KR20060012076A

KR20060012076A - Method for detecting of end point

Info

Publication number: KR20060012076A
Application number: KR1020040060789A
Authority: KR
Inventors: 전덕재
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-02-07

Abstract

본 발명은 웨이퍼 상부에 도포되어 있는 감광막을 제거하기 위한 식각종말점 검출방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 딜레이 타임 구간에 식각종말점 시그날이 일정한 레벨을 가지도록 미리 설정하여, 웨이퍼 상부의 도포되어 있는 감광막의 두께에 상관없이 프로세스 구간으로 진행될 수 있도록 하고, 프로세스 종료시점에 이를 수 있도록 한다. 그 결과, 웨이퍼 상부에 도포된 감광막이 영역에 따라 다르더라도 웨이퍼 전체 영역에 대해 감광막을 효과적으로 제거함으로써 공정 안정화를 이룰 수 있게 되고, 생산성 또한 향상시킬 수 있게 된다.
The present invention relates to an etching endpoint detection method for removing the photosensitive film applied on the wafer. In the present invention, the etching endpoint signal is set in advance in the delay time section to have a constant level, so that it can proceed to the process section irrespective of the thickness of the photosensitive film applied on the wafer, to reach the end of the process. As a result, even if the photoresist film applied on the wafer is different depending on the area, process stabilization can be achieved by effectively removing the photoresist film for the entire wafer area, and the productivity can be improved.

반도체, 플라즈마, 감광막, 식각종말점 Semiconductor, Plasma, Photoresist, Etch End Point

Description

Method for detecting end point

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식각종말점 검출방법을 설명하기 위해 적용된 일반적인 식각공정에 대한 식각종말점 그래프이다.
1 is an etching endpoint graph of a general etching process applied to explain the etching endpoint detection method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상부의 감광막을 보다 효과적으로 제거하기 위한 식각종말점 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing method, and more particularly, to an etching endpoint detection method for more effectively removing the photosensitive film on the wafer.

최근 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 대중화에 따라 반도체 디바이스도 비약적으로 발전하고 있다. 이로 인해 그 기능적인 면에 있어서도 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구되어 반도체 디바이스의 집적도는 점차 증가되고 있는 실정이다. 이러한 반도체 디바이스의 고집적화 및 대용량화 추세로 인해 메모리셀을 구성하는 각각의 단위소자 사이즈가 축소됨에 따라 제한된 면적내에 다층구조를 형성하는 고집적화기술 또한 눈부신 발전을 거듭하고 있다. Recently, with the rapid development of the information communication field and the rapid popularization of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. As a result, it is required to operate at high speed and have a large storage capacity in terms of its functional aspects, and thus the degree of integration of semiconductor devices is gradually increasing. Due to the trend toward higher integration and higher capacity of semiconductor devices, as the size of each unit device constituting the memory cell is reduced, a high integration technology for forming a multilayer structure within a limited area has also been remarkably developed.

일반적으로 반도체 디바이스는 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 박막을 증착하고 이를 패터닝하여 다양한 회로 기하구조를 형성함으로써 제조하게 되는데, 이러한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정은 크게 반도체 기판 상에 가공막을 형성하는 증착(deposition)공정, 상기 증착공정으로 형성된 가공막 상에 감광막을 도포한 뒤, 마스크를 이용하여 감광막을 노광한 후 노광되어 패터닝된 상기 감광막을 식각마스크로서 이용하여 반도체 기판상의 상기 가공막을 패터닝하는 포토리소그래피(photolithography)등과 같은 식각 공정, 그리고 웨이퍼 표면에 층간절연막등을 증착한 후에 일괄적으로 웨이퍼 표면을 연마하여 단차를 없애는 평탄화(CMP: Chemical Mechanical Polishing)공정등과 같은 여러 단위 공정들로 이루어져 있다.In general, a semiconductor device is manufactured by depositing and patterning a thin film that performs various functions on the wafer surface to form various circuit geometries. A process for manufacturing such a semiconductor device is largely formed by forming a processing film on a semiconductor substrate. After applying a photoresist film on the process film formed by the deposition process, the deposition process, and then using the mask to expose the photoresist film and patterning the processed film on the semiconductor substrate using the exposed and patterned photosensitive film as an etching mask Etching processes such as photolithography and chemical mechanical polishing (CMP) processes to remove the step by polishing the wafer surface after depositing an interlayer insulating film on the wafer surface. consist of.

반도체 디바이스를 제조함에 있어서, 웨이퍼 표면 상부에 여러 가지 기능을 수행하는 물질막 패턴을 형성하기 위해서는, 증착된 전체 물질막 중에서 필요한 부분은 남겨두고 불필요한 부분은 제거하기 위한 화학적 또는 물리적 방법의 식각 공정이 수행된다. 그러나 반도체 소자의 고집적화 추세가 가속됨에 따라 메모리셀을 구성하는 각각의 단위 영역들간의 단차가 증가하여 종횡비(aspect ratio)가 증가됨으로 인하여 보다 미세한 가공기술들의 연구가 불가피한 실정이다. 따라서, 상기한 식각 공정에 있어서, 습식 식각은 밀착성이 나쁘고 감광막과 하부물질막 사이에 식각에천트가 스며들어 패터닝의 정확도가 불량한 단점이 있어 제한적으로 적용된다. 이에 비하여 건식 식각은 감광막의 밀착성을 특히 우수하게 유지하여야 할 필요성이 습식 식각에 비해 낮으며, 사이드 에치가 적어 정확한 프로파일이 얻어지는 장 점이 있어 광범위하게 적용되고 있는데, 이러한 건식 식각공정으로서는 플라즈마, 스퍼터링 또는 이온 빔을 이용한 건식 식각 공정이 통상적으로 행해지고 있다.In manufacturing a semiconductor device, in order to form a material film pattern that performs various functions on the wafer surface, an etching process of a chemical or physical method is required to remove an unnecessary part while leaving a necessary part of the entire deposited material film. Is performed. However, as the trend toward higher integration of semiconductor devices accelerates, research into more sophisticated processing technologies is inevitable due to an increase in aspect ratio due to an increase in a step ratio between each unit region constituting a memory cell. Therefore, in the above etching process, wet etching has a disadvantage in that adhesion is poor and patterning accuracy is poor due to infiltration of etching etches between the photoresist film and the lower material film, and thus is limited. On the other hand, dry etching has a wide range of advantages in that the need for maintaining excellent adhesion of the photoresist film is lower than that of wet etching, and the side profile has less side etch, so that an accurate profile can be obtained. Such dry etching processes include plasma, sputtering or Dry etching processes using ion beams are commonly performed.

일반적으로, DRAM등의 반도체 디바이스를 제조함에 있어서는, 반응챔버내에 반응가스를 주입하고 고주파 또는 마이크로 웨이브 전력을 인가시켜 플라즈마 상태를 형성하고, 반응가스로부터 자유전자 또는 이온을 발생시켜 웨이퍼 상부의 물질막을 패터닝하는 플라즈마 방식의 건식 식각 공정은 반도체 디바이스 제조를 위해 수행되는 매우 주요한 공정중의 하나이다. 그런데, 상기에서 언급한 바와 같이, 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 인접 패턴들과의 종횡비가 증가하여 영역간의 물질막의 증착두께가 일정하지 않고, 기존에 형성된 패턴들의 단차로 인하여 식각 공정이 웨이퍼 전반에 걸쳐 이상적으로만 이루어지지는 않는다. 따라서, 원하는 부분에서 원하는 물질층을 완전히 식각하기 위해서는 충분한 시간동안 식각공정을 진행할 수 밖에 없다. 그러나, 식각이 오래 진행되면 식각 타겟막은 물론 그 하부의 원치않는 물질막까지도 식각되는 경우가 있다. 식각률을 높이기 위해 선택비가 낮은 식각물질을 사용할 경우 이러한 문제점은 더욱 심화될 수 있다.In general, in manufacturing a semiconductor device such as a DRAM, a reaction gas is injected into a reaction chamber and high frequency or microwave power is applied to form a plasma state, and free electrons or ions are generated from the reaction gas to form a material film on the wafer. Plasma patterned dry etching is one of the major processes performed for semiconductor device fabrication. However, as mentioned above, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the aspect ratio with adjacent patterns increases, so that the deposition thickness of the material film between regions is not constant. It is not ideally done throughout. Therefore, in order to completely etch the desired material layer in the desired portion, the etching process is forced to proceed for a sufficient time. However, if the etching proceeds for a long time, not only the etching target layer but also the unwanted material layer below may be etched. This problem may be further exacerbated by using low selectivity etching materials to increase the etching rate.

따라서, 이러한 문제점을 완화시키기 위해 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정에서는 일정 시간을 정해놓고 공정을 진행시키는 방법 이외에 공정의 특정 시점을 찾아 식각 조건을 바꾸어주는 방법이 많이 사용되고 있다. 즉, 특정 시점 전에는 식각 속도를 빠르게 할 수 있는 조건을 선택하여 공정을 진행시키고, 특정 시점후에는 식각속도는 보다 느려도 타겟막 하부의 물질막과의 선택비가 높은 조건을 선택하여 공정을 진행시키는 방법이다. 이때, 상기 특정 시점이라함은 식각할 타겟 막 하부의 물질막이 드러나는 시점을 시점을 의미하는데, 이를 식각종말점(End Point)이라 한다. 이러한 식각종말점 검출과정에 있어서, 식각할 타겟막 하부의 물질막이 드러나는 시점(식각종말점)전까지의 식각 공정을 주식각, 상기 하부의 물질막이 드러난 시점 이후의 식각 공정을 과도식각이라 한다. 이와 같이, 식각 단계를 나누어 수행함에 있어서는 식각종말점을 검출하는 것이 매우 중요한 과정이다. 이러한 식각종말점을 검출하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 공정챔버내의 플라즈마에서 발생하는 에미션(emission)을 모노크로메터(monocrometer)로 측정하여 특정 물질의 고유한 파장임을 인식함으로써 식각 공정을 제어하는 방법이 주로 이용되고 있다.Therefore, in order to alleviate such a problem, in the dry etching process using plasma, a method of changing the etching conditions by finding a specific time point of the process, in addition to the method of deciding a predetermined time, is used. In other words, before a specific point in time, the process may be performed by selecting a condition that may speed up the etching rate, and after a certain point, the process may be selected by selecting a condition having a high selectivity with the material film under the target layer even though the etching rate is slower. to be. In this case, the specific time point refers to a time point at which the material film under the target layer to be etched is exposed, which is referred to as an end point. In the etching end point detection process, the etching process until the material layer under the target layer to be etched (etching end point) is called stock etching, and the etching process after the point where the lower material layer is exposed is called overetching. In this way, in performing the etching step by dividing the etching end point is a very important process. There are various methods for detecting the etching end point, but the method of controlling the etching process by measuring the emission generated by the plasma in the process chamber with a monochromometer to recognize the unique wavelength of the specific material. This is mainly used.

한편, 반도체 제조 장비의 공정 챔버내에서는 감광막 찌꺼기를 제거하기 위한 공정이 진행되는데, 먼저 일정한 시간동안 감광막을 제거하는 방법과 공정시 발생하는 화학물의 파장을 이용하여 공정의 종료시점을 검출하는 방법이 있다. 그러나, 상기한 전자의 방법은 공정 챔버의 상태가 변하여도 이상점을 발견할 수 없어 원활한 공정을 진행할 수 없는 단점이 있으므로, 후자의 방법인 파장을 이용하여 식각공정의 종료시점을 검출하는 방법이 주로 이용되고 있다.In the process chamber of the semiconductor manufacturing equipment, a process for removing the photoresist film is performed. First, a method of removing the photoresist film for a predetermined time and a method of detecting the end point of the process using the wavelength of the chemical generated during the process have. However, the former method has a disadvantage in that it is difficult to proceed smoothly because no abnormality can be found even when the state of the process chamber changes. Therefore, the method of detecting the end point of the etching process using the latter wavelength is used. Mainly used.

그러나, 공정 진행시 발생하는 화학물의 파장은 웨이퍼 상부에 도포되어 있는 감광막의 두께와 밀접한 관련이 있는 바, 다른 영역에 비해 감광막의 두께가 얇거나 아예 감광막이 존재하지 않은 영역이 있을 경우에는 식각공정의 종료시점을 검출하는 장비에 오류가 발생하게 된다. 그 결과, 감광막이 완전히 제거되지 못하는 등의 문제점이 발생하여 후속의 공정에까지 악영향을 미치게 됨으로써, 결과적 으로 생산성을 저하시키는 심각한 문제점이 초래된다.
However, the wavelength of the chemicals generated during the process is closely related to the thickness of the photoresist film coated on the wafer, so when the thickness of the photoresist film is thinner than other regions or there is no region at all, the etching process is performed. An error occurs in the equipment that detects the end point. As a result, a problem such that the photoresist film is not completely removed occurs, which adversely affects subsequent processes, resulting in a serious problem of lowering productivity.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼 상부에 도포되어 있는 감광막의 영역별 두께차이에 관계없이 일정 두께를 식각하여 제거할 수 있는 식각종말점 검출방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention for solving the above-described problems is to provide an etching endpoint detection method capable of etching by removing a predetermined thickness irrespective of a region-specific thickness difference of a photoresist film coated on a wafer.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식각종말점 검출방법은, 딜레이 타임 구간에 식각종말점 시그날이 일정한 레벨을 가지도록 미리 설정하여, 웨이퍼 상부의 도포되어 있는 감광막의 두께에 상관없이 프로세스 구간으로 진행될 수 있도록 하고, 프로세스 종료시점에 이를 수 있도록 함을 특징으로 한다.
In the etching end point detection method according to the present invention for achieving the above object, the etching end point signal is set in advance in the delay time section to have a constant level, regardless of the thickness of the photosensitive film applied on the wafer to proceed to the process section And to reach the end of the process.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 카테고리를 벗어나지 않는 범위내에서 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention. The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete and common knowledge It is provided to fully inform the person of the scope of the invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식각종말점 검출방법을 설명하기 위해 적용된 일반적인 식각공정에 대한 식각종말점 그래프로서, X축은 챔버내 식각종말점의 트레이스(trace)를 나타내고, Y축은 식각종말점 신호를 나타낸다. 1 is an etching endpoint graph of a general etching process applied to explain the etching endpoint detection method according to an embodiment of the present invention, X axis represents the trace of the etching endpoint in the chamber, Y axis represents the etching endpoint signal .

상기 도 1은 웨이퍼 전체 영역에 감광막이 고른 두께로 균일하게 도포되어 있는 정상적인 상태에서의 식각종말점을 나타내는 그래프로서, 딜레이 타임 구간, 프로세스 구간 및 오버 타임 구간으로 나뉘어 있다. 상기 그래프를 통해 알 수 있는 것과 같이, 식각공정이 진행되는 프로세스 구간에서는 식각종말점 신호의 레벨이 약 6.5에 이르도록 크게 쉬프트되며, 식각종말점 신호가 1.7에 도달하는 시점을 프로세스 종료 시점으로 설정해놓고 있다.FIG. 1 is a graph illustrating an etching end point in a normal state in which a photoresist film is uniformly coated on an entire wafer area, and is divided into a delay time section, a process section, and an over time section. As can be seen from the graph, in the process section during the etching process, the level of the etch endpoint signal is greatly shifted to reach about 6.5, and the point at which the etch endpoint signal reaches 1.7 is set as the end point of the process. .

일반적으로, 웨이퍼 상부에 감광막이 고르게 도포되어 있는 정상적인 웨이퍼 상태에서는 상기와 같은 식각공정이 순조롭게 진행될 수 있다. 그러나, 웨이퍼가 비정상적인 상태, 즉 웨이퍼 영역별로 감광막의 도포 두께가 일정하지 않거나 아예 감광막이 존재하지 않는 경우에는 프로세스 구간의 식각종말점 신호 레벨이 상기 그래프에서와 같이 상승하지 않고 거의 0 인 상태에서 식각공정이 진행된다. 그 결과, 프로세스 종료 시점인 1.7에 도달하지 못하고 오류를 발생시키게 된다. In general, the etching process may be smoothly performed in a normal wafer state in which a photosensitive film is evenly coated on the wafer. However, in the case where the wafer is abnormal, that is, the coating thickness of the photoresist film is not constant for each wafer region or there is no photoresist film at all, the etching end signal level of the process section does not rise as shown in the graph, but the etching process is almost zero. This is going on. As a result, 1.7 is not reached at the end of the process and an error occurs.

따라서, 본 발명에서는 상기 딜레이 타임 구간의 그래프 레벨을 프로세스시 웨이퍼에서 일어나는 화학물의 파장으로 레벨을 표시하지 않고, 일정한 수치의 레벨로 미리 설정해 둔다. 그 결과, 웨이퍼 상부의 감광막의 도포 두께가 영역별로 다르거나 아예 감광막이 존재하지 않는 경우에도 딜레이 타임 구간을 거쳐 프로세스 구간으로 넘어가면 프로세스 종료 시점인 레벨 1.7에 이를 수 있어 식각종말점 검출 오류를 방지할 수 있게 된다.
Therefore, in the present invention, the graph level of the delay time interval is set to a predetermined numerical level without displaying the level in terms of the wavelength of the chemical generated in the wafer during the process. As a result, even if the application thickness of the photoresist film on the wafer is different for each region or there is no photoresist film at all, if it passes through the delay time section to the process section, it can reach level 1.7, which is the end point of the process, thereby preventing the etching endpoint detection error. It becomes possible.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 웨이퍼 상부에 도포되어 있는 감광막을 제거함에 있어서, 딜레이 타임 구간에 식각종말점 시그날이 일정한 레벨을 가지도록 미리 설정하여 웨이퍼 상부의 도포되어 있는 감광막의 두께에 상관없이 프로세스 구간으로 진행될 수 있도록 하고, 프로세스 종료시점에 이를 수 있도록 한다. 그 결과, 웨이퍼 상부에 도포된 감광막이 영역에 따라 다르더라도 웨이퍼 전체 영역에 대해 감광막이 효과적으로 제거되어 공정 안정화를 이룰 수 있게 되고, 생산성 또한 향상시킬 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, in removing the photoresist film coated on the wafer, the process is performed regardless of the thickness of the photoresist film applied on the wafer by presetting the etch endpoint signal at a predetermined level in the delay time interval. Allow the process to proceed to the interval and reach the end of the process. As a result, even if the photoresist film applied on the wafer is different depending on the area, the photoresist film is effectively removed for the entire wafer area, thereby achieving process stabilization and improving productivity.

Claims

In the etching end point detection method for the photosensitive film applied on the wafer,

The etching end point signal is set in advance in the delay time section to have a constant level, so that the process proceeds to the process section irrespective of the thickness of the photosensitive film applied on the wafer and reaches the end point of the process. Endpoint detection method.

The method of claim 1, wherein the end point of the process is detected through a wavelength of a chemical generated during an etching process.