KR20050005799A

KR20050005799A - 기판 식각 공정에서 간섭계방식 종료점 탐지

Info

Publication number: KR20050005799A
Application number: KR1020040051960A
Authority: KR
Inventors: 코리올란아이. 프룸; 취펭 수이; 홍킹 샨
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2005-01-14
Also published as: TW200503073A; TWI340990B; CN1326224C; US20050006341A1; CN1577786A; KR101046986B1; US6905624B2

Abstract

기판을 식각하는 방법은 기판을 공정 지대(zone)에 위치시키는 것을 포함한다. 상기 기판은 두께가 있는 물질을 가지며, 이 물질은 패터닝된 마스크의 부분들(features) 사이에 노출된 영역들을 갖는다. 에천트 가스가 상기 공정 지대로 공급된다. 상기 에천트 가스는 활성화되어 상기 물질을 식각한다. 기판 물질 식각의 종료점은 (i) 기판 내에서 상기 물질 두께의 약 1.5배 내지 약 4배의 간섭성 길이를 갖도록 선택된 파장을 갖는 광빔을 기판으로부터 반사시키고, (ii) 반사된 광빔을 탐지하여 기판 식각 공정의 종료점을 결정하므로써 결정된다. 이에 더하여, 광빔의 파장은 흡수차(absorption differential), 즉 패터닝된 마스크에서 광빔의 흡수와 상기 물질에서 광빔의 흡수 사이의 차이를 최대화시키도록 선택될 수 있다.

Description

기판 식각 공정에서 간섭계방식 종료점 탐지{Interferometric endpoint detection in a substrate etching process}

본 발명은 기판의 식각에서 종료점 탐지에 관한 것이다.

전자소자들, 예컨대 전기회로들 및 디스플레이들을 제조하기 위한 기판 공정에서, 식각 공정들은 전자 소자들의 층들 또는 구성요소들에 대응하는 기판 내의 패턴들을 식각형성하기 위해 수행된다. 예를 들면, 패턴들은 게이트들, 비아들, 콘택홀들 또는 배선들을 포함할 수 있다. 전형적으로, 리지스트(resist) 또는 하드마스크 물질들을 포함하는 내식각(etch-resistant) 부분들(features)로 이루어진 패터닝된 마스크가 기판 상에 형성되고, 내식각 부분들 사이에 노출된 기판 영역들이 식각되어 패턴들을 형성한다.

식각 공정 동안, 종료점 탐지 방법은 유전층을 통한 식각 정도를 평가하고 제어하기 위해, 예컨대 미리 정해진 트렌치(trench) 식각 깊이에서 식각을 종료하거나 변경하기 위해 사용된다. 간섭계의 종료점 탐지 방법들에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광빔(76)이 기판(10) 상으로 인도되고 반사된 광빔(78)이 기판(10)에서 나온다. 충분한 시간에 걸쳐 반사된 광빔(78) 부분들의 보강 또는 상쇄 간섭은 상기 광빔(78)을 변조하여 간섭 무늬들, 예컨대 최대 및 최소 강도를 형성한다. 반사된 광빔(78)은 간섭신호(interference signal)를 발생시키는 탐지기에 의해 탐지되는 데, 간섭신호는 식각공정의 종료점을 결정하기 위해 모니터된다. 반사 신호는 기판(10) 표면에서의 주 반사(50)와 첫 번째 커플층들(couple of layers), 예컨대 주로 제2층(22)에서의 반사들 사이의 간섭에 기인하는 무늬들을 나타낸다. 상기 간섭 무늬들은 식각률, 식각 깊이를 측정하고, 식각 공정 종료점이 도달되었는지를 결정하기 위해 사용된다.

그러나, 마스크 부분들(62) 사이의 노출된 영역들(61) 상에 입사되는 광빔(76)의 일부(76b)는 부분적으로 제1 및 제2층들(30, 22) 아래의 심층들(deep layers, 23), 예컨대 제3층(23) 또는 제4층(도시하지 않음)까지 부분적으로 투과한다. 이들 심층들(23)에서 반사된 광빔(51 내지 53)의 부분들은 바람직하지 않게 주 반사(50)와 간섭하여, 반사 신호에서 의미 있는 간섭무늬 식별을 어렵게 하는 노이즈성의 여분의 간섭 무늬들을 반사된 광빔(78)에 더한다. 기판(10)에 입사되는 또 다른 광 빔 부분(76a)은 마스크 부분들(62), 예컨대 마스크(15)의 표면(17)에서 또는 상기 마스크 물질 아래의 층들(30, 22, 23)에서조차도 반사된다. 이들 이질적인 반사들(40 내지 44)도 또한 반사된 광빔(78)과 간섭하고 전체 반사 신호에 더해져, 실효 신호 대 노이즈 비율을 감소시키며 잘못된 종료점 지시를 유발할 수 있다.

반도체 소자들이 크기에서 더욱 미세하게 공정 진행됨에 따라, 고도의 정밀성 및 증가된 정확성을 가지고 종료점을 탐지하는 것이 바람직하다. 마스크 부분들(62) 및 심층들(23)에서의 반사들(52, 53, 40 내지 44)은 반사신호에 노이즈를 더하여 종료점 탐지의 간결성 및 정확성을 유효하게 제한한다. 이 노이즈는 때때로 대역통과필터(bandpass filter)들과 같은 필터들을 사용하여 제거되나, 이 필터들은 종료점 탐지의 복잡성을 증가시키며 종종 노이즈를 완전히 제거하지 못한다. 얕은 트렌치들을 식각하고 더 정확한 깊이까지 트렌치들을 식각하기 위해서는, 더욱 더 고도로 정밀한 종료점 탐지기를 갖는 것이 바람직할 것이다. 종래의 간섭계 종료점 탐지기들에서, 반사 신호에 더해지는 노이즈는 종료점 탐지 능력을 감소시킨다. 예를 들면, 종래의 몇몇 간섭계 종료점 탐지기들은 식각되는 트렌치의 약 320 nm의 최소 탐지가능 깊이를 갖는다.

따라서, 더욱 고도의 정밀성으로 기판 공정 단계의 종료점을 간섭계 방식으로 탐지하는 것이 바람직하다. 또한, 잘못된 종료점들에 덜 민감하게, 따라서 개선된 정확성을 가지고 종료점을 간섭계 방식으로 탐지하는 것이 바람직하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기판 식각 공정에서 더욱 고도한 정밀성 및 개선된 정확성을 가지고 종료점을 간섭계적으로 탐지하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 기판 식각 공정에서 더욱 고도한 정밀성 및 개선된 정확성을 가지고 종료점을 간섭계적으로 탐지할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 광빔이 인도되어, 반사되고 있는 기판의 개략적인 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 광빔이 인도되어, 반사되고 있는 기판의 개략적인 측단면도이다.

도 3은 약 254 nm의 파장을 갖는 반사된 광빔에 대응하는 시간에 대한 강도 신호의 플롯이다.

도 4는 약 220 nm 보다 작은 파장을 갖는 반사된 광빔에 대응하는 시간에 대한 강도 신호의 플롯이다.

도 5는 약 254 nm의 파장을 갖는 광빔을 사용하여 달성할 수 있는 최소 식각 깊이와 약 220 nm 보다 작은 파장을 갖는 광빔을 사용하여 달성할 수 있는 최소 식각 깊이를, 양자 모두 마스크 부분들(features) 사이의 노출된 영역의 백분율의 함수로서 보여주는 플롯이다.

도 6은 인도되는 광빔 파장(λ)의 함수들로서 마스크 및 유전층의 흡수 계수들(α)을 보여주는 플롯이다.

도 7은 기판의 물질을 식각하고, 식각 종료점을 탐지하고, 식각공정을 종료하거나 공정 조건들을 변경하기 위해 사용되는 공정 단계들의 흐름도(flowchart)이다.

도 8은 본 발명에 따른 기판 공정 장치 및 종료점 탐지 시스템의 개략적인 측단면도이다.

도 9는 도 8의 기판 공정 장치 제어기의 개략도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *

110: 기판, 115: 마스크,

122: 하지물질(underlying material), 123: 심층(deep) 하지물질,

126: 제1 물질과 하지물질 사이의 계면(interface),

127: 하지물질과 심층 하지물질 사이의 계면,

128: 심층 하지물질의 바닥,

130: 제1 물질, 150: 광 빔의 주 반사(primary reflection),

151 내지 153: 반사된 광 빔의 일부들, 161: 노출된 영역들,

162: 마스크 부분들(features), 176: 광 빔,

176a: 광 빔의 제1 부분, 176b: 광 빔의 제2 부분,

178: 반사된 광 빔

기판을 식각하는 방법은 공정 지대(zone)에 기판을 위치시키는 것을 포함한다. 상기 기판은 두께를 갖는 물질을 포함한다. 에천트 가스가 상기 공정지대로 공급된다. 상기 에천트 가스는 활성화되어 상기 물질을 식각한다. 상기 물질 식각의 종료점은 (i) 상기 기판 내에서 상기 물질 두께의 약 1.5배 내지 약 4배의 간섭성 길이(coherence length)를 갖도록 선택된 파장을 갖는 광빔을 상기 기판으로부터 반사시키고, (ii) 상기 반사된 광빔을 탐지하여 상기 기판 식각 공정의 종료점을 결정하므로써 결정된다.

상기 기판을 식각하는 또 다른 방법에서, 상기 기판의 물질은 패터닝된 마스크의 부분들 사이에 노출된 영역들을 갖는다. 상기 물질 식각의 종료점은 (i) 흡수차(absorption differential), 즉 패터닝된 마스크에서 광빔의 흡수와 상기 물질에서 광빔의 흡수 사이의 차이를 최대화시키도록 선택된 파장을 갖는 광빔을 상기 기판으로부터 반사시키고, (ii) 상기 반사된 광빔을 탐지하여 상기 기판 식각 공정의 종료점을 결정하므로써 결정된다.

기판을 식각하기 위한 장치는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대(support)를 구비하는 챔버를 포함한다. 가스 디스트리뷰터(distributor)는 에천트 가스를 상기 챔버내로 공급한다. 가스 활성기(gas energizer)는 상기 에천트 가스를 활성화시키어 상기 기판의 물질을 식각한다. 광빔 소오스(light beam source)는 상기 기판으로부터 광빔을 반사시키고, 상기 광빔은 상기 기판에서 상기 기판 물질 두께의 약 1.5배 내지 약 4배의 간섭성 길이를 갖도록 선택된 파장을 갖는다. 광 탐지기는 상기 반사된 광빔을 탐지하고 상기 반사된 광빔의 측정된 강도에 응답하여 신호를 발생시킨다. 제어기는 상기 신호를 평가하여 상기 기판 식각 공정의 종료점을 결정한다.

상기 기판을 식각하기 위한 다른 장치에서, 상기 기판은 패터닝된 마스크의 부분들 사이에 노출된 영역들을 갖는 물질을 포함한다. 광빔 소오스는 상기 기판으로부터 광빔을 반사시키고, 상기 광빔은 흡수차, 즉 패터닝된 마스크에서 상기 광빔의 흡수와 상기 물질에서 상기 광빔의 흡수 사이의 차이를 최대화하도록 선택된 파장을 갖는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

종료점 탐지 시스템은 기판들 상에 집적회로들을 제조하는 데 유용하며, 특히 기판 상의 유전체, 반도체 또는 도체 물질들을 식각하는 데 유용하다. 유전체 및 반도체 물질들은 종종 서로의 상에 층으로 형성되어, 예컨대 두꺼운 상부 유전 물질을 관통하여 식각하면서 얇은 하지 반도체 물질을 식각함이 없이 식각 공정을 종료하는 것을 어렵게 한다. 상기 유전물질들은 예컨대, 저유전체들(low-k dielectrics)을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질들은 예컨대, 폴리실리콘 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명은 증발증착(evaporation)과 같은 다른 공정들에 사용될 수 있으며, 여기에 제공된 예들에 제한되지 않는다.

도 2에 도시된 기판(110)은 본 공정을 사용하여 식각될 수 있는 기판의 대표적인 설명목적의 일예이며, 제한하기 위한 의도가 아니다. 기판(110)은 패터닝된 마스크(115), 예컨대 리소그라피(lithographic) 방법들에 의해 형성된 포토레지스트 및/또는 하드마스크(전형적으로, 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드) 부분들(162)을 포함하는 패터닝된 마스크(115)를 포함한다. 상기 마스크 부분들(162) 사이에 식각을 위해 개방되는 기판(110) 하지물질들(underlying materials)의 영역들(161)이 노출된다. 유전물질들의 식각에 있어서, 마스크(115)는 전형적으로 포토레지스트를 포함한다. 노출된 영역들(161)에서, 기판(110)은 또한 마스크(115)의 평면 아래에 식각될 제1 물질(130) 및 제1 물질(130) 아래의 하지물질(underlying materials, 122)을 포함한다. 예를 들면, 제1 물질(130)은 low-k 유전체와 같은 유전물질일 수 있다. 대표적인 하지물질(122)은 약 10 nm 내지 300 nm의 두께를 갖는 얇은 실리콘 다이옥사이드 물질을 포함한다.

본 발명에 따른 기판 식각을 위한 종료점 탐지 방법의 예가 이제 설명될 것이며, 제1 물질(130)이 식각되고 종료점이 고도의 정확성 및 정밀성을 가지고 탐지되어, 그 결과 하지물질(122)을 바람직하지 않게 식각하거나 손상시키는 것을 피하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 식각공정 동안 선택된 파장을 갖는 광빔(176)이 기판(110) 상에 포커싱되고 반사된 광빔(178)의 강도가 측정된다. 식각이 진행됨에 따라 광빔(176)의 다양한 반사들(150 내지 153)은 보강 또는 상쇄 간섭하여 빠르게 변조하는 강도를 갖는 반사된 광빔(178)을 생성하고, 상기 변조하는 강도는 종료점을 지시하기 위해 모니터된다.

일예에서, 광빔(176)의 파장은 기판(110) 내에서 제한된 간섭성 길이(d)를 갖도록 선택되어 반사된 광빔(178)의 강도 신호(intensity signal, 210)에서 노이즈를 감소시킨다. 간섭성 길이(d) 내에서 기판(110)을 통하여 전파하는 동안, 상기 간섭성 길이 내에서 광빔(176)의 분리되어 반사된 부분들(150, 151)이 서로 간섭하여 간섭무늬들을 생성하도록 광빔(176)은 한정된 위상을 유지한다. 도 2에서, 간섭성 광(coherent light)은 실선 및 파선(dashed line)들로 도시된다.

그러나, 초기 간섭성 광(176)이 기판(110) 내에서 그것의 경로를 통해 전파함에 따라, 광빔(176)은, 상기 기판 물질에 의한 흡수 및 재방출 뿐만 아니라 광빔(176)의 자기간섭(self-interference) 때문에, 점차적으로 간섭성을 잃는다. 상기 간섭성 길이 보다 멀리 전파한 후, 간섭성 광(176)은 도 2에 간점선(dotted-dashed line)으로 도시된 바와 같이 비간섭성(incoherent)이 된다. 비간섭성 광(152, 153)은 충분한 시간에 걸친 전체 반사빔(178)의 강도를 거의 변조하지 않는다. 달리 말해서, 광빔(176)의 일부가 기판(110) 내에서 간섭성 길이를 초과하여 전파한 후, 광빔(176)의 그 일부는 광빔(176)의 반사된 부분들 간에 간섭이 거의 발생하지 않도록 그것의 한정된 위상을 잃는다. 간섭성 길이(d)는 다음 비례식 1에 의해 근사될 수 있다.

여기서, λ는 간섭성이 고려되는 파장이고 Δλ는 광빔(176) 파장들의 대역폭(bandwidth))이다. 제1 물질(130) 내에서 광빔(176)의 파장 λ는 제1 물질(130)의 굴절지수에 반비례한다.

파장을 선택할 때 특정파장 또는 특정 파장 밴드폭을 선택하는 것을 포함하여 기판(110) 내에서 간섭성 길이를 제한할 수 있다. 예를 들면, 간섭성 길이(d)를 감소시키기 위해, 탐지되는 특정파장 λ가 위의 식 1에서 분자 λ²를 감소시키도록 더 작게 선택될 수 있다. 또는, 분모에서 파장 대역폭 Δλ가 증가되어 간섭성 길이(d)를 감소시킬 수 있다. 때때로, 파장을 선택하는 것은 사용되는 특정파장들 λ와 상기 파장들의 대역폭 Δλ를 모두 조정하는 것을 수반한다. 일 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이 광빔(176)의 간섭성 길이가 제1 물질(130) 두께의 약 1.5배 내지 약 4배 또는 제1 물질(130) 두께의 약 2배 내지 약 3배가 되도록 파장이 선택된다.

이에 더하여 또는 택일적으로, 마스크(115)의 부분들(162)에 부딪치는 광빔(176)의 제1 부분(176a)이 거의 완전히 마스크(115)에 흡수되도록 광빔(176)의 파장이 선택될 수 있다. 광빔의 위 제1 부분(176a)이 마스크(115)에서 반사된다면, 반사신호에서 여분의 간섭무늬들을 초래하여 종료점이 정확하고 정밀하게 탐지되는 것을 방해할 것이다.

그러나, 광빔(176)의 제2 부분(176b)은 제1 물질(130)을 관통하여 앞뒤로 거의 투과되는 것이 또한 중요하다. 입사 광빔(176)의 제2 부분(176b)은 식각되면서 식각 신호(etch signal)를 발생시키는 기판(110)의 노출된 영역들(161)로 들어가고, 부분적으로 반사된다. 자외선 광빔(176)의 상기 제2 부분(176b)은 제1 물질(130)을 통과하고, 마스크(115)에서의 반사 강도에 대한 제1 물질(130)에서의 반사강도의 비율이 유익하게 증가되어 기판(110)에서 반사된다. 제2 부분(176b)의 제1 단편(fraction, 151)은 제1 물질(130)을 통과하고, 제1 물질(130)과 제1 하지물질(122) 사이의 계면(126)에서 반사된다. 제2 부분(176b)의 제2 단편(152)은 유전물질(130) 및 제1 하지물질(122)을 통과하고, 그 후 제1 하지물질(122)과 심층 제2 하지물질(123) 사이의 계면(127)에서 반사된다. 제1 부분(176b)의 제3 단편(153)은 제1 물질(130), 제1 하지물질(122), 심층 제2 하지물질(123)을 통과하고, 그 후 심층 제2 하지물질(123)의 바닥(128)에서 반사된다.

예를 들면, 마스크(115)는 광빔(176)의 제1 물질(130) 내로의 침투 깊이(penetration depth)의 역수인 잘 알려진 흡수 계수(α)를 가질 수 있으며, 이때 상기 침투 깊이에서 광빔(176)의 강도는 1/e의 율로 감소된다. 흡수계수(absorption coefficient)는 파장의 함수이고, 곡선으로 플로팅 될 수 있는 데, 상기 곡선은 흡수가 증가 또는 감소되는 최적 파장들을 나타내는 곡선에서 상향 피크들(upward peaks)처럼 보이는 극대들을 구비한다. 이 흡수계수, 마스크(115)의 두께, 및 제1 물질(130)의 흡수계수를 고려하여, 흡수차(Δα=α_마스크-α_제 _{1 물질}), 즉 마스크(115)에서 광빔(176)의 흡수(α_마스크)와 제1 물질(130)에서 광빔(176)의 흡수(α_제 _{1 물질}) 사이의 차이를 최대화하도록 광빔(176)의 파장이 선택된다. 일 실시예에서, 마스크(115)의 흡수계수는 흡수 길이(1/α)가 약 1 마이크론 보다 작게 선택된다. 광빔(176)은 적어도 약 1 마이크론의 두께를 갖는 마스크(115) 내부에서 약 1 마이크론 깊이에 의해 거의 흡수된다.

도 6은 파장(λ)의 함수로 나타낸 흡수계수(α)의 플롯이다. 상술한 바와 같이, 광빔(176)의 간섭성 길이(d)는 그것의 파장 대역폭(Δλ)에 반비례한다. 적정 해결책으로, 마스크(115)에서의 흡수계수와 제1 물질(130)에서의 흡수계수 사이의 차이(Δα)는 바람직한 간섭성 길이(d), 예컨대 제1 물질(130) 두께의 약 1.5배 내지 약 4배 또는 이 두께의 약 2배 내지 약 3배를 제공하는 제한된 파장 대역폭(Δλ) 하에서 최대화된다.

마스크(115) 및 제1 물질(130 내에서 임의의 선택된 파장들의 반사 또는 흡수는 초기 기판 공정 동안, 예컨대 상술한 종료점 탐지의 제1 스테이지(stage) 전에 결정될 수 있다. 예를 들면, 이 보정 단계는 종료점을 결정하는 데 사용되는 광빔(176)의 자외선 파장들에서 각 기판(110)에 대해 반사 또는 흡수 "스냅사진"(snapshot)을 생성할 수 있다. 빛의 광대역(broadband) 스펙트럼(spectrum), 예컨대 빛의 광대역 플래쉬(flash)가 기판(110)에 인도된다. 기판(110)에서 반사되는 빛을 탐지하여 그 특정 기판(110)의 흡수 및 반사 특성들을 결정한다.

도 3은 약 254 nm의 파장을 갖는 광빔(76)에 대해 경과된 시간(seconds)의 함수로 나타낸 반사 신호의 상대 강도의 플롯이다. 이 설명목적의 실시예에서, 제1 물질(30)은 약 1.47의 굴절지수(n)를 갖는 저유전체(low-k dielectric)이다. 간섭신호에서 피크대 피크(peak-to-peak) 거리(d_pp)는 λ/(2n)이고, 여기서 λ는 광빔(76)의 파장이고, n은 제1 물질(30)의 굴절지수이다. 이 예에서, d_pp는 약 86.4 nm로 계산된다. 광빔(76)은 마스크(15)에 의해 거의 흡수되지 않으며, 따라서 원치 않는 반사들이 전체 반사된 광빔(78) 내에 존재한다. 전형적으로, 반사된 광빔(78)은 수용되어 전기신호로 변환되고, 신호처리(signal processing)가 상기 전기신호에서 원치 않는 반사들의 영향을 제거하기 위해 사용된다. 예를 들면, 상기 전기신호는 트렌치 반사(50)와 마스크 반사들(44) 사이에서 위상천이(shifting phase)에 기인하는 간섭 성분들을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 마스크(15)가 부분적으로 식각되고, 따라서 마스크(15)의 두께가 감소하고 있다면, 위상천이는 마스크(15)의 표면에서의 반사(40)와 상기 마스크 아래에서의 반사(41 내지 44) 사이에서 발생하여 저주파 간섭성분에 영향을 줄 수 있다. 디지털 신호처리기(digital signal processor; DSP)는 신호처리를 수행하기 위해 사용되어 이들 원치 않는 간섭 성분들을 제거할 수 있으나, 상기 신호처리는 시간을 소비하며, 그 시간 동안 전기신호는 전형적으로 종료점 지시기의 존재를 위해서 모니터될 수 없다. 그러므로, 종료점이 평가될 수 있는 최소 지속기간은 디지털 신호 처리기의 시간 요구들 및 광빔(76)의 파장 모두에 의해 제한된다. 이 예에서, "깨끗한" 전자신호를 생성하기 위한 신호처리에 약 35초가 걸릴 수 있으며, 그 후 종료점이 탐지될 수 있기 전에 약 13초가 경과할 수 있다. 이러한 지연시간은 합계 약 48초가 되며, 이는 약 3200Å의 식각에 대응한다. 그러므로, 식각깊이가 약 3200Å으로 낮게 제한된다.

도 3과 대비하여, 도 4는 약 220 nm 보다 작은 파장을 갖는 광빔(176)에 대해 경과된 시간(seconds)의 함수로 나타낸 반사 신호의 상대강도 플롯이다. 마스크(115)의 물질은 위 파장에서 광빔(176)을 거의 흡수하고, 따라서, 높은 신호대 노이즈(signal-to-noise) 비율을 얻는다. 높은 신호대 노이즈 비율 때문에, 신호처리는 거의 또는 전혀 요구되지 않는다. 도시된 예에서, 신호처리에 약 20초가 걸리고, 12초 후에 최소 종료점이 평가될 수 있는 데, 이때 식각공정은 약 1800Å의 바람직하게 보다 작은 식각깊이에 도달한다.

종래의 장파장 종료점 탐지 시스템(다이아몬드 선, 254 nm 파장)과 본 발명에 따른 단파장 종료점 탐지 시스템(삼각형 선, 215 nm 파장)에서 종료점이 특정될 수 있는 최소 트렌치 깊이들을 도 5에 도시하여 비교한다. 위 플롯은 기판(110)의 전 영역에 대한 노출된 영역의 백분율의 함수로서 최소 트렌치 깊이를 옹스트롬(Å) 으로 나타낸다. 노출된 영역이 증가함에 따라, 마스크(115)의 부분들(162)에서의 반사가 감소하여 양 방법들 모두 정밀성이 증가한다. 그러나, 노출된 영역의 전형적인 백분율들에서 상기 단파장이 상기 장파장에 비해 정밀성에서 주목할 만한개선을 보여준다. 예를 들어, 약 50% 보다 작은 노출된 영역에 대해, 254 nm 광빔을 사용하여 탐지 가능한 최소 트렌치 깊이는 약 3100Å이고, 이것은 약 310 nm와 동일하다. 이와 비교하여, 215 nm 광빔을 사용하여 탐지 가능한 최소 트렌치 깊이는 약 1900Å 보다 작고, 이것은 약 190 nm 보다 작은 것과 동일하다.

따라서, 제1 물질(130)에서 광빔(176)의 낮은 흡수를 유지하는 반면에 마스크(115)에서 광빔(176)의 흡수를 증가시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 약 240 nm 보다 작은 파장을 선택하여 제1 물질(130)에서 광빔(176)의 낮은 흡수를 유지하면서 마스크(115)에서 광빔(176)의 흡수를 개선한다. 예를 들어, 파장은 약 240 nm 보다 작게 또는 약 150 nm 내지 약 220 nm가 되도록 선택되어 광빔(176)의 각 흡수들을 최적화할 수 있다. 이들 파장 선택은 또한 주 반사(primary reflection, 150)와 심층들(123)에서의 원치 않는 반사들(153) 사이의 간섭을 제거하여 신호대 노이즈 비율을 특히 개선한다. 예를 들어, 이들 파장들은 광빔(176)에서 대략 파장 대역폭의 중앙에 놓일 수 있다.

본 발명의 상기 식각 및 종료점 탐지 방법은 시간 차원에서 종료점 탐지의 정밀성을 개선하여 기판 수율을 상당히 개선할 수 있으며, 그 결과 저유전층(low-k dielectric layer, 130)을 식각하는 동안 하지층(122)이 얇은 게이트 산화층일 때와 같이, 유전층(130) 아래의 층들(122, 123)의 식각 손상 또는 다른 손상을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 약 200 nm 보다 작은 탐지 가능한 최소 트렌치 깊이가 종종 달성될 수 있다. 이에 더하여, 탐지 가능한 최소 노출 영역(161)이 감소된다. 기판(110)에서 광빔(176)의 간섭성 길이를 감소시키고 마스크(115)에서 광빔(176)의 흡수를 증가시킴으로써, 이질적이고 노이즈성인 간섭 무늬들이 제거되며, 따라서 종료점 탐지의 정확성이 개선된다. 활성화된 식각 공정 단계에 의해 하지층(122)이 손상되기 전에 식각 공정을 정지함으로써, 본 종료점 탐지 방법은 고수율 및 더 좋은 품질의 집적회로들을 제공한다.

종료점은 전형적으로 반사된 광빔(178)의 강도신호(intensity signal, 210)에서의 간섭무늬들의 수를 카운팅(counting)하여 탐지되며, 이때 상기 간섭 무늬들은 강도 신호(210)에서의 주기적인 점들(periodic points), 예컨대 강도 신호(210)의 미분이 대략 0인 극대들 또는 극소들이다. 예를 들어, 상기 종료점은 일련의 극대들을 카운팅하여 또는 택일적으로 일련의 극소들을 카운팅하여 탐지될 수 있다. 국부적인 무늬들은 신호 파형의 모양에 기초하여 다음의 주기적인 점까지 추정되는 시간에 의하여 카운팅될 수 있다. 기판(110)에서 반사되어 통합된 자외선 광빔(178)의 변조 내의 간섭 사이클들(cycles)의 수는 약 d(2n/λ₀)이며, 여기서 n은 제1 물질(130)의 굴절지수이고, d는 식각 깊이이고, λ₀는 진공에서의 광빔(176)의 파장이다. 간섭무늬들의 미리 정해진 수가 일단 카운팅되면, 식각종료점이 도달되었거나 가까이 있는 것으로 결정된다. 택일적으로, 상기 종료점은 반사 강도 신호(210)를 예상 강도 패턴(intensity pattern)과 비교하여 탐지될 수 있다.

식각 및 종료점 탐지 공정에서, 도 7의 공정흐름도로 나타낸 바와 같이, 식각되는 제1 물질(130)의 두께는 연속적으로 측정된다. 일 실시예에서, 식각은 거의 완전히, 예컨대 기판(110) 상에 약 300Å의 제1 물질(130)이 잔존할 때까지 진행하며, 여기서 상기 식각공정은 정지되거나 택일적으로 제1 공정 조건들이 식각률을 감소시키는 제2 공정 조건들로 변경된다. 상기 제2 공정 조건들은 제1 물질(130)의 식각을 더 느리게 따라서 더 잘 제어하고, 식각선택비(etching selectivity ratio)를 증가시키어 하지물질(122)에 비해 상대적으로 제1 물질(130)의 식각을 진척시킨다. 상기 식각률은 에천트 가스의 구성을 변경하여, 예컨대 활성 가스들을 제거하고, RF 바이어스 전력 레벨들을 낮추고, 기판 온도를 낮추는 등에 의해 감소될 수 있다.

여기서 개시된 상기 종료점 탐지 방법은, 상기 물질(130)의 두께를 탐지하고 주어진 제1 물질(130)의 두께가 도달된 후 공정 조건들을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 식각 공정들에서, 상기 종료점 탐지 방법은 공정 기체 조성을 변경하여 특정 식각률들(etch rates) 또는 식각선택비들(etching selectivity ratios)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 상기 종료점 탐지 방법은 대부분의 제1 물질(130)이 식각되는 순간을 탐지하기 위해 사용될 수 있어서, 제1 공정 조건들을 덜 활성화된 제2 공정 조건들로 또는 그 역으로 변경하여 식각률, 식각선택비 또는 식각 공정의 다른 특성에서, 예컨대 더 높은/더 낮은 식각률들 또는 다른 조성을 갖는 하지층(123)의 식각에서 원하는 변화를 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 종료점 탐지 방법은, 제1의 고도로 활성화된 식각 단계, 즉 에천트 가스에 불소함유 가스의 존재에 기인한 높은 식각률을 제공하는 식각 단계 후에 식각 공정을 정지시키고, 제2의 덜 활발한 식각 단계, 즉 잔존하는 제1 물질(130)을 더 느린 식각률로 식각하기 위해 상기 불소함유 가스가 거의 없는 에천트 가스를 사용하여 식각이 더 잘 제어되는식각 단계를 위한 시작점을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

기판(110)은, 도 8에 개략적으로 도시된 예와 같은 기판 공정 장치(240)에서 식각되며, 상기 기판 공정 장치(240)는 미국 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼즈 사(Applied Materials, Inc.)에서 입수가능하다. 장치(240)는, 기판(110)을 공정진행하기 위한 공정 지대(process zone, 244)를 갖는 공정챔버(242) 및 공정지대(244)에서 기판(110)을 지지하는 정전기 척(electrostatic chuck)과 같은 지지대(support, 246)를 포함한다. 공정 챔버(242)의 천장(242)은 평평하거나 직사각형 모양, 아치형, 콘형, 돔 모양(dome-shaped) 또는 다중 반경(multi-radius) 돔 모양일 수 있다. 바람직하게는, 공정지대(244)의 전 영역에 걸쳐서 균일한 분포의 플라즈마 소오스(source) 전력을 제공하고 평평한 천장 보다 기판 표면에 걸쳐서 더 균일한 플라즈마 이온 밀도를 제공하기 위해서, 상기 천장은 돔 모양이다.

기판(110)은 로봇 암(robot arm)에 의해 슬릿 밸브(slit valve, 도시하지 않음)를 통해 로드락(load-lock) 이송챔버(도시하지 않음)에서 챔버(242)의 공정지대(244)로 이송된다. 기판(110)은 정전기 척에 의해 지지대(246) 상에 지지되고, 헬륨이 지지대(246) 내의 개구들(apertures)을 통해 공급되어 기판(110)의 온도를 제어한다. 그 후, 공정챔버(242) 내의 공정 조건들이 기판(110)의 물질(130)을 처리하도록 설정되되, 상기 공정조건들은 공정 기체 조성과 유량들, 가스 활성기들의 전력 레벨들, 가스 압력, 및 기판 온도 중 하나 또는 그 이상을 포함한다. 상기 공정은 또한 다중 스테이지들에서 수행될 수 있는 데, 예로서 각 스테이지는 서로다른 공정 조건들을 갖는다. 예를 들면, 식각공정에서, 기판(110)을 식각하기 위한 에천트 가스를 포함하는 공정 기체의 하나 또는 그 이상의 조성들이 가스 디스트리뷰터(distributor)를 통해 챔버(242)로 공급된다. 기판(110) 상의 물질들을 식각하기 위한 적합한 에천트 가스들은 예컨대 염소함유(chlorine-containing) 기체들, 플루오로카본들(fluorocarbons)과 같은 불소함유(fluorine-containing) 기체들 및 그들의 혼합기체들을 포함한다. 챔버(242)는 전형적으로 약 0.1에서 약 400 mTorr 범위의 압력에서 유지된다. 상기 에천트 가스 조성은 하지층(122)에 비해 상부 유전층(130)을 식각하는 것에 대한 높은 식각률들 및/또는 높은 식각선택비들(etching selectivity ratios)을 제공하도록 선택된다. 다중층들(multiple layers)이 차례로 식각될 때, 제1, 제2, 제3의 에천트 가스 조성들이 챔버(242)로 차례로 공급되어 각 특정층을 식각할 수 있다.

여기서 서술된 상기 에천트 가스들과 같은 공정 가스들은, 가스 흐름 제어 밸브를 구비하는 가스 흐름 제어 시스템 및 공정 기체 소오스(source)를 포함하는 가스 디스트리뷰터(248)를 통해 챔버(242)의 공정지대(244)로 공급된다. 가스 디스트리뷰터(248)는 도시된 바와 같이 기판(110)의 주변부에 또는 그 둘레에 위치하는 하나 또는 그 이상의 가스 배출구들(outlets, 250), 또는 배출구들을 구비하면서 챔버(242)의 천장에 장착된 샤워헤드(showerhead, 도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 사용된 공정 기체 및 식각 부산물들은 전형적으로 러핑펌프(roughing pump) 및 터보몰레큘라 펌프(turbomolecular pump)를 포함하는 배출 시스템(252)을 통해 공정챔버(242)에서 배출된다. 트로틀 밸브(throttle valve, 254)가 배출 시스템(252)에 제공되어 사용된 공정가스의 흐름 및 챔버(242) 내의 공정 가스 압력을 제어한다.

챔버(242)의 공정 지대(244) 내에 또는 공정 챔버(242)에 인접한 원거리 지대 내에 전기장을 결합(coupling)하여 공정가스를 활성화시키는 가스 활성기(256)를 사용하여 공정 가스에서 플라즈마를 발생시킨다. 공정지대(244) 내의 플라즈마는 기판(110)의 유전물질(130)을 식각하기에 적합한 제1 공정조건들로 유지된다. 적합한 가스 활성기(256)는 챔버(242)의 중심을 지나고 기판(110) 면에 수직인 세로 수직축에 일치하는 중심축에 대해 원대칭인 하나 또는 그 이상의 유도코일들로 이루어진 유도 안테나(inductor antenna, 258)를 포함한다. 유도 안테나(258)가 상기 돔 천장 근처에 위치할 때, 상기 챔버(242)의 천장은, RF 필드(field)들을 투과시키며 또한 전기적 절연물질인 유전물질, 예컨대 산화알루미늄(aluminum oxide)을 포함한다. 유도 안테나(258)에 인가되는 RF 전압의 주파수는 전형적으로 약 50 kHz 내지 약 60 MHz이며, 더욱 전형적으로는 13.56 MHz이고, 상기 안테나(258)에 인가되는 RF 전력 레벨은 약 100 와트 내지 약 5000 와트이다.

유도 안테나(258)에 더하여, 하나 또는 그 이상의 공정 전극들(260, 262)이 챔버(242) 내에서 플라즈마 이온들을 가속하거나 활성화하기 위해 사용될 수 있다. 공정 전극들(260, 262)은, 전기적으로 접지되거나 바이어스되어 기판(110) 아래의 제2 전극(262)과 용량성으로 결합하는 제1 전극(260)으로 기능하는 챔버(242)의 천장 또는 측벽들을 포함하여, 챔버(242) 내에서 플라즈마를 발생시키거나 활성화하는 용량성 전기장를 형성한다. 바람직하게는, 제2 전극(262)에 플라즈마 발생 RF전압을 공급하기 위한 AC 전압 서플라이(supply)와 전극(260)에 척킹(chucking) 전압을 공곱하기 위한 DC 전압 서플라이를 포함하는 전극 전압 서플라이에 의해, 상기 제1 및 제2 전극들(260, 262)은 서로에 대해 전기적으로 바이어스된다. 상기 AC 전압 서플라이는 약 50 와트 내지 3000 와트의 전력레벨에서 약 400 kHz 내지 약 13.56 MHz의 하나 또는 그 이상의 주파수들을 갖는 RF 발생 전압을 공급한다.

공정챔버(242)는, 챔버(242)에서 수행되는 공정의 종료점을 탐지하기 위해 상술한 종료점 탐지 방법에 따라 작동하는 종료점 탐지 시스템(264)을 포함한다. 일반적으로, 종료점 탐지 시스템(264)은, 입사 광빔(176)을 방출하기에 적합한 광빔 소오스(light beam source, 266, 또는 광원)와 기판(110)에서 반사된 광빔(178)의 강도를 측정하여 반사된 강도 신호(210)를 발생시키는 광 탐지기(270)를 포함한다. 포커싱 어셈블리(focusing assembly, 268)가 선택사양으로 입사 광빔(176)을 기판(110) 상에 포커싱하기 위해 포함될 수 있다. 제어기(300)는, 추가적으로 또는 택일적으로 실시간 측정된 반사 신호 파형의 부분들을 저장된 특성 파형 또는 다른 대표적인 패턴과 비교하고, 두 파형들이 거의 동일한 모양을 가질 때 공정 챔버(242) 내의 공정조건들을 조정한다.

광원(266)은, 기판(110)에서 측정가능한 강도로 반사되는 반사된 광빔(178)을 제공하기 위해 충분히 높은 강도를 갖는 광빔(176)을 발생시키는, 단색 또는 다색의 광원을 포함한다. 일 예에서, 광원(266)은 챔버(242) 내에서 상기 주위의 플라즈마를 포함한다. 다른 예에서, 광원(266)은 선택된 광 파장을 제공하는 단색 광원, 예컨대 헬륨-네온(He-Ne) 또는 엔디 야그(neodymium-yttrium aluminum garnet;ND-YAG) 레이저를 포함한다. 또 다른 예에서, 광원(266)은 크세논(Xe) 또는 수은-카드뮬(Hg-Cd) 램프와 같이 다색광을 제공한다. 선택사양으로, 다색광원(266)은 선택된 파장들을 갖는 입사광빔(176)을 제공하도록 필터링될 수 있으며, 또는 색 필터들(color filters)이 광 탐지기(270)의 전면에 배치되어 광 탐지기(270)로 들어가는 반사된 광빔(278)의 강도를 측정하기에 앞서 원하는 광의 파장들을 제외하고 원치 않는 파장들을 필터링할 수 있다. 예를 들어, 상기 필터들은, 기판(110)에서 광빔(176)의 원하는 간섭성 길이를 얻기 위해, 상술한 원하는 파장 대역폭(Δλ) 내에 있지 않는 파장들을 필터링하는 데 사용될 수 있다. 전형적으로, 이 광원(266)은 간섭성의 자외선 광빔(176)을 생성한다. 예를 들면, 광원(266)은 약 240 nm 보다 작은, 예컨대 약 150 nm 내지 220 nm의 파장들에서 광의 방출 스펙트럼을 발생시키도록 변형될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 볼록한 포커싱 렌즈들(274a, 274b)이 사용되어 광원(266)에서 나온 입사광빔(176)을 기판(110) 상에 빔 스폿(beam spot, 280)으로 포커싱하고, 반사된 광빔(178)을 다시 광 탐지기(270)의 활성면 사에 포커싱한다. 빔 스폿(280)의 크기 또는 영역은, 기판(110)의 표면 지형의 변화들을 보상하여 작은 개구부들을 갖는 높은 종횡비의 형상들, 예컨대 비아들(vias) 또는 깊고 좁은 트렌치들을 식각할 수 있도록 충분히 커야한다. 반사된 광빔(178)의 영역은, 광탐지기(270)의 광 탐지 활성면의 큰 부분을 활성화시키도록 충분히 커야 한다. 입사 및 반사광빔들(176, 178)은 공정 챔버(242) 내의 투명창(transparent window, 282)을 통해 인도되는 데, 상기 투명창(282)은 광빔들(176, 178)이 공정지대(244)의 내부또는 외부로 나아가도록 한다.

선택사양으로(optionally), 광빔 포지셔너(positioner, 284)가, 상기 기판 표면을 가로질러 입사광빔(176)을 이동시키어 유전물질(130)의 적당한 부분을 발견하고, 또한 선택사양으로 마스크(115)의 적당한 부분을 발견하고, 그 부분 상에 빔 스폿(280)을 "고정"하여 기판 공정을 모니터하기 위해 사용된다. 광빔 포지셔너(284)는, 도시된 바와 같이, 작은 각도로 회전하여 광원(266)에서 나온 광빔(176)을 기판(110)의 다른 위치들로 편향시키는 하나 또는 그 이상의 주 미러(primary mirror, 286)들을 포함한다. 추가적인 부 미러(secondary mirror; 도시하지 않음)가 기판(110)에서 반사된 광빔(178)을 차단하고 상기 광빔(178)을 광 탐지기(270) 상에 포커싱하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광빔 포지셔너(284)는 상기 기판표면을 가로질러 래스터 패턴(raster pattern)으로 광빔(176)을 스캔(scan)하기 위해 사용된다. 이 예에서, 광빔 포지셔너(284)는 광원(266), 포커싱 어셈블리(268), 집광 렌즈 및 탐지기(270)가 탑재된 이동 스테이지(movable stage)로 이루어지는 스캐닝(scanning) 어셈블리를 포함한다. 상기 이동 스테이지는, 구동 메카니즘, 예컨대 스텝퍼 모터(stepper motor)에 의해 설정된 간격들씩 이동되어, 기판(110)을 가로질러 빔 스폿(280)을 이동시킬 수 있다.

광 탐지기(270)는 광감성 전자 성분, 예컨대 광전자 배증관(photomultiplier), 광전지(photovoltaic cell), 광다이오드(photodiode) 또는 광트랜지스터(phototransistor)를 포함하며, 상기 광감성 전자 성분은 기판(110)에서 반사된 광빔(178)의 측정된 강도에 응답하여 전기적 신호를 제공한다. 신호 필터(도시하지 않음)가 광 탐지기(270) 전면에 판금(plate)될 수 있다. 상기 신호는 전기적 구성성분을 통해 흐르는 전류 레벨의 변화 형태 또는 전기적 구성성분을 가로질러 인가되는 전압의 변화 형태일 수 있다. 반사된 광빔(178)은 광빔(178)의 강도를 증가 또는 감소시키는 보강 및/또는 상쇄 간섭을 겪고, 광 탐지기(270)는 반사된 광빔(178)의 측정된 강도와 관련하여 전기적 출력 신호를 제공한다.

광 탐지기(270)에 의해 발생된 상기 전기적 신호는 제어기(300)에 보내져 평가된다. 제어기(300)의 일 실시예의 블록도 및 관련된 컴퓨터 판독 프로그램(computer-readable program, 320)이 도 9에 도시되어 있다. 제어기(300)는 예컨대, 아날로그 및 디지털 입출력 보드(board)들, 하드웨어 인터페이스(interface) 보드(304)와 같은 인터페이스 보드들, 및 모터 제어기 보드들을 포괄하는 복수개의 인터페이스 카드들(cards)을 포함한다. 제어기(300)는 중앙처리장치(central processing unit; CPU, 306), 예컨대 미국 캘리포니아의 시너지 마이크로시스템즈(Synergy Micorsystems)로부터 상업적으로 입수 가능한 68040 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 미국 캘리포니아 산타클라라의 인텔 사(Intel Corporation)로부터 상업적으로 입수 가능한 펜티엄 프로세서(Pentium Processor)를 더 포함하며, 상기 CPU(306)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 메모리(308)와 주변 컴퓨터 기기들과 결합된다. 바람직하게는, 메모리(308)는, 예컨대 컴팩트 디스크(CD) 또는 플로피 드라이브(floppy drive)와 같은 제거가능 저장매체(removable storage media, 310), 예컨대 하드 드라이브와 같은 제거 불가능(non-removable) 저장매체(312) 및 램덤 억세스 메모리(ROM, 314)를 포함한다. 사용자(operator)와 제어기(300) 사이의 인터페이스에는 예컨대, 디스플레이(316) 및 라이트 펜(318)이 있을 수 있다. 라이트 펜(318)은 디스플레이(316)에서 방출된 빛을 라이트 펜(318)의 끝에 있는 광 센서로 탐지한다. 특정 스크린 또는 기능을 선택하기 위해, 사용자는 디스플레이(316) 상의 스크린의 지정된 영역을 접촉하고 라이트 펜(318) 상에 있는 버튼을 누른다. 전형적으로, 접촉된 영역은 색이 변하거나 새로운 메뉴가 디스플레이되어, 사용자와 제어기(300) 사이의 통신을 확인한다.

제어기(300) 상의 컴퓨터 판독 프로그램(320)은 기판(110)의 잔존하는 유전물질(130)의 두께를 실시간으로 계산하고, 그에 따라 공정챔버(242) 내의 공정 조건들을 조정한다. 상기 컴퓨터 프로그램은 전형적으로 반사된 광빔(178)의 강도 신호(210) 내에서 간섭 무늬들의 수를 카운팅하고, 미리 정해진 무늬들의 수가 달성된 후 프로그램된 지침들(guidelines)에 따라 챔버(242) 내의 공정 조건들을 변경한다. 컴퓨터 판독 프로그램(320)은 반사신호의 모양을 저장된 특성 파형 또는 다른 대표적인 패턴과 비교하기 위한 프로그램 코드(code)를 포함할 수 있으며, 모니터된 반사 신호가 저장된 특성 파형 또는 패턴과 일치할 때 식각 공정의 종료점을 결정할 수 있다.

컴퓨터 판독 프로그램(320)은 메모리(308), 예컨대 제거 불가능 저장 매체(312) 또는 제거 가능 저장 매체(310)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 프로그램(320)은 일반적으로, 챔버(242) 및 그것의 구성요소들을 동작시키기 위한 프로그램 코드를 포함하는 공정 제어 소프트웨어, 챔버(242)에서 수행되는 공정들을 모니터하기 위한 공정 모니터링 소프트웨어, 안전 시스템 소프트웨어, 및 다른 제어 소프트웨어를 포함한다. 컴퓨터 판독 프로그램(320)은 모든 종래의 컴퓨터 판독 프로그래밍 언어, 예컨대 어셈블리 언어, C⁺⁺, 파스칼(Pascal) 또는 포트란(Fortran)으로 작성될 수 있다. 적합한 프로그램 코드는 종래의 문자편집기(text editor)를 사용하여 단일의 파일 또는 다중의 파일에 기입되고 메모리(308)의 컴퓨터 사용 매체(computer-usable medium)에 저장 또는 구현된다. 기입된 코드 텍스트가 고차원 언어 형태이면, 상기 코드는 기계어로 번역되고, 그 결과의 컴파일러(compiler) 코드는 그 후 프리컴파일드 라이브러리 루틴들(precompiled library routines)의 목적코드(object code)와 결합된다. 상기 결합된 컴파일드 목적 코드를 실행하기 위해, 사용자는 상기 목적코드를 불러오고, CPU(306)가 상기 코드를 읽고 실행하여 프로그램(320)에 특정된 업무들을 수행하도록 한다.

도 9는 또한 컴퓨터 판독 프로그램(320)의 상세한 실시예의 계층적 제어 구조를 설명하는 블록도를 보여준다. 라이트 펜 인터페이스(318)를 사용하여, 사용자는 디스플레이(316) 상에 나타나는 메뉴들 또는 스크린들에 응답하여 지시들을 컴퓨터 판독 프로그램(320)에 입력한다. 컴퓨터 판독 프로그램(320)은, 챔버 공정을 모니터하기 위한 코드 뿐만 아니라, 기판 위치, 가스 유량, 가스 압력, 온도, RF 전력 레벨, 및 특정 공정의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 공정 세트(set)들은 상술된 공정들을 수행하기 위해 필요한 공정 파라미터들의 미리 정해진 그룹들이다. 상기 공정 파라미터들은 제한 없이 가스 조성, 가스 유량들, 온도, 압력, 및 가스 활성기 설정들(settings), 예컨대 RF 또는 마이크로파 전력 레벨들을 포함하는 공정 조건들이다.

공정 순서 지시 세트(322)는, 컴퓨터 판독 프로그램(320)으로부터 챔버 유형 및 공정 파라미터들의 세트를 수용하고 그것의 동작을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 순서 프로그램(322)은, 공정 챔버(242)에서 다중(multiple) 공정 업무들을 제어하는 챔버 운영 지시 세트(chamber manager instruction set, 324)에 특정 공정 파라미터들을 보내어, 상기 공정 세트의 실행을 시작한다. 전형적으로, 챔버 운영 지시 세트(324)는 기판 위치 지시세트(substrate positioning instruction set, 326), 가스 유량 제어 지시 세트(328), 가스 압력 제어 지시세트(330), 온도 제어 지시세트(332), 가스 활성기 제어 지시 세트(gas energizer control instruction set, 334), 및 공정 모니터링 지시세트(336)를 포함한다. 전형적으로, 기판 위치 지시세트(326)는, 기판(110)을 지지대(246) 위에 올려 놓거나 선택사양으로 기판(110)을 챔버(242)내에서 원하는 높이까지 들어올리기 위해 사용되는 챔버 구성요서들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 가스 유량 제어 지시 세트(328)는 공정 기체의 서로 다른 구성 성분들의 유량들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 가스 유량 제어 지시 세트(328)는 가스 유량 조절 밸브들(도시하지 않음)의 개폐 위치를 제어하여 원하는 가스 유량을 얻는다. 가스 압력 제어 지시세트(330)는, 챔버(242)의 배출 시스템(252)에서 트로틀 밸브(254)의 개방 크기를 조절하여 챔버(242) 내의 압력을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 가스 활성기 제어 지시 세트(334)는 챔버(242) 내의 가스를 활성시키기 위한 프로그램 코드를 포함한다. 예를 들면, 가스 활성기 제어 서브루틴(334)은, 챔버(242) 내의 공정 전극들에 인가되는 RF 바이어스 전압 전력 레벨을 설정하기 위한 코드를 포함할 수 있다. 선택사양으로, 온도 제어 지시 세트는, 챔버 구성요소들 예컨대 지지대(246)의 부분들의 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다.

공정 모니터링 지시세트(336)는 챔버(242) 내의 공정을 모니터링하기 위한 코드를 포함한다. 일 예에서, 공정 모니터링 지시세트(336)는 광 탐지 지시 세트(light detection instruction set, 337)를 포함하여 광 탐지기(270)을 제어한다. 예를 들면, 광 탐지 지시 세트(337)는, 반사된 광빔(178)의 탐지 파라미터들, 예컨대 파장들의 범위를 설정하는 코드를 포함하거나, 상기 탐지 수단으로부터 탐지된 신호를 처리하는 코드를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 광 탐지 지시세트(337)는 사용자에 의해 입력된 파라미터 세트에 따라 공정의 종료점을 결정하는 코드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 탐지기(270)는 반사된 광빔(178)의 강도와 관련된 신호를 제어기(300)에 전달한다. 제어기(300)에 포함된 광 탐지 지시세트(337)는 시간과 파장의 함수로서 반사된 광빔(178)에 대응하는 상기 반사 신호를 처리할 수 있다. 일단 강도 신호(210) 예컨대 임의의 미리 선택된 시간에 대해 미리 정해진 레벨이 도달되면, 챔버 공정의 종료점은 광 탐지 지시세트(337)에 의해 결정될 수 있다. 일단 공정 종료점이 도달되면, 신호는 광 탐지 지시세트(337)에 의해 공장 자동화 호스트 컴퓨터(338)에 전달되어 챔버 공정을 정지하거나 공정조건들을 변경한다.

제어기(300)에 의해 수용 및/또는 평가된 상기 데이터 신호들은 공장 자동화 호스트 컴퓨터(338)에 보내질 수 있다. 공장 자동화 호스트 컴퓨터(338)는 호스트소프트웨어 프로그램(340)을 포함하며, 상기 호스트 소프트웨어 프로그램(340)은, 몇 개의 시스템들, 플랫폼들(platforms) 또는 챔버들로부터 전송되고 기판들(110)의 배치들(batches)에 대한 또는 연장된 기간에 걸친 데이터를 평가하여 (i) 기판들(110) 상에 수행되는 공정들, (ii) 단일의 기판(110)에 걸쳐서 통계적 관계에서 변할 수 있는 특성, 또는 (iii) 한 배치의 기판들(110)에 걸쳐서 통계적 관계에서 변할 수 있는 특성의 통계적 공정 제어 파라미터들을 특정한다. 상기 호스트 소프트웨어 프로그램(340)은 또한 진행중의 인시투(in-situ) 공정 평가들을 위한 또는 다른 공정 파라미터들의 제어를 위한 데이터를 사용할 수 있다. 적합한 호스트 소프트웨어 프로그램은 앞서 언급한 어플라이드 머티어리얼즈 사로부터 입수 가능한 워크스트림(WORKSTREAM^TM)을 포함한다. 공장 자동화 호스트 컴퓨터(338)는, (i) 예컨대 기판 특성이 부적당하거나 통계적으로 결정된 수치범위 내에 들어오지 않거나 공정 파라미터가 수용가능한 범위를 벗어나면, 특정 기판들(110)을 상기 공정 순서(sequence)로부터 제거하거나, (ii) 특정 챔버(242)에서 공정을 종료하거나, (iii) 기판(110) 또는 공정 파라미터가 부적합한 특성을 갖는다는 결정하에 공정 조건들을 조정하기 위한 지시신호들을 제공하기에 더 적합해질 수 있다. 공장 자동화 호스트 컴퓨터(338)는 또한 호스트 소프트웨어 프로그램(340)에 의한 데이터 평가에 응답하여 기판(110) 공정의 시작 또는 종료에서 지시신호를 제공할 수 있다.

본 발명은 임의의 바람직한 예들을 참조하여 설명된다. 그러나, 다른 예들도 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 종료점 탐지방법은 증착, 세정 또는 다른 식각 공정들에서 종료점을 탐지하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들면, 상기 방법은 스퍼터링(sputtering) 식각 챔버들, 세정 챔버들 또는 증착 챔버들에서 종료점을 탐지하기 위해 적용될 수 있으며, 이는 당해 기술분야에서 당업자에게 자명할 것이다. 그러므로, 청구항들의 사상 및 범위는 여기에 포함된 바람직한 예들의 개시에 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면, 기판 식각 공정에서 더욱 고도한 정밀성 및 개선된 정확성을 가지고 종료점을 간섭계적으로 탐지하는 방법을 제공할 수 있다. 또한, 기판 식각 공정에서 더욱 고도한 정밀성 및 개선된 정확성을 가지고 종료점을 간섭계적으로 탐지할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

Claims

(a) 기판을 공정 지대에 위치시키되, 상기 기판은 두께를 갖는 물질을 포함하고,

(b) 상기 공정 지대로 에천트 가스를 공급하고,

(c) 상기 에천트 가스를 활성화시키어 상기 물질을 식각하고,

(d) (i) 상기 기판에서 상기 물질 두께의 약 1.5배 내지 약 4배의 간섭성 길이를 갖도록 선택된 파장을 갖는 광빔을 상기 기판으로부터 반사시키고 (ii) 상기 반사된 광빔을 탐지하여 기판 식각 공정의 종료점을 결정함으로써, 상기 물질 식각의 종료점을 결정하는 것을 포함하는 기판을 식각하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기판에서 상기 물질 두께의 약 2배 내지 약 3배의 간섭성 길이를 갖는 상기 파장을 선택하는 것을 더 포함하는 기판을 식각하는 방법.
제 1 항에 있어서,

간섭성 길이가 λ²/Δλ에 비례하는 근사 비례에 따라 상기 파장을 선택하는 것을 포함하되, 여기서 λ는 상기 파장이고 Δλ는 상기 광빔에서 파장들의 대역폭인 기판을 식각하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 물질은 패터닝된 마스크의 부분들 사이에 노출된 영역을 포함하고,

흡수차, 즉 상기 패터닝된 마스크에서 상기 광빔의 흡수와 상기 물질에서 상기 광빔의 흡수 사이의 차이를 최대화하는 상기 파장을 선택하는 것을 더 포함하는 기판을 식각하는 방법.
제 1 항에 있어서,

약 240 nm 보다 작도록 상기 파장을 선택하는 것을 포함하는 기판을 식각하는 방법.
제 5 항에 있어서,

약 150 nm 내지 약 220 nm가 되도록 상기 파장을 선택하는 것을 포함하는 기판을 식각하는 방법.
두께를 갖는 물질을 포함하는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 포함하는 챔버;

에천트 가스를 상기 챔버 내로 공급하는 가스 디스트리뷰터;

상기 기판의 물질을 식각하기 위해 상기 에천트 가스를 활성화시키는 가스 활성기;

상기 기판에서 상기 물질 두께의 약 1.5배 내지 약 4배의 간섭성 길이를 갖도록 선택된 파장을 갖는 광빔을 상기 기판으로부터 반사시키기 위한 광빔 소오스;

상기 반사된 광빔을 탐지하고 상기 반사된 광빔의 측정된 강도에 응답하여 신호를 발생시키는 광 탐지기; 및

기판 식각 공정의 종료점을 결정하기 위해 상기 신호를 평가하는 제어기를 포함하는 기판 식각을 위한 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 광빔 소오스는 상기 물질 두께의 약 2배 내지 3배의 간섭성 길이를 갖도록 선택된 파장을 갖는 광빔을 인도하는 기판 식각을 위한 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 광빔 소오스는, 간섭성 길이가 λ²/Δλ에 비례하는 근사 비례에 따라 선택된 파장을 갖는 광빔을 인도하되, 여기서 λ는 상기 파장이고 Δλ는 상기 광빔에서 파장들의 대역폭인 기판 식각을 위한 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 광빔 소오스는 약 240 nm 보다 작은 파장을 갖는 광빔을 인도하는 기판 식각을 위한 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 광빔 소오스는 약 150 nm 내지 약 220 nm의 파장을 갖는 광빔을 인도하는 기판을 식각하기 위한 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 물질은 패터닝된 마스크의 부분들 사이에 노출된 영역들을 포함하고,

상기 광빔 소오스는 흡수차, 즉 상기 패터닝된 마스크 내에서 상기 광빔의 흡수와 상기 물질 내에서 상기 광빔의 흡수 사이의 차이를 최대화하도록 선택된 파장을 갖는 광빔을 인도하는 기판을 식각하기 위한 장치.