KR20070001344A - 종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치 Download PDF

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Abstract

기판의 식각 종말점을 검출하기 위한 종말점 검출 장치는 플레이트 및 플레이트로부터 돌출되는 돌출부를 포함하며 챔버 내부에서 발생되는 광을 챔버 외부로 전달하는 뷰 포트를 구비한다. 브래킷은 뷰 포트의 플레이트 부위를 감싸며, 뷰 포트를 챔버에 고정한다. 광 케이블은 뷰 포트의 돌출부와 연결되며, 돌출부로부터 광을 전달받아 전송한다. 검출기는 광 케이블로부터 전송된 광을 분석하여 식각 종말점을 검출한다. 따라서 광 케이블과 상기 브래킷의 접촉을 방지된다.

Description

종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치{End point detector and apparatus for etching a substrate using plasma having the same}
도 1은 종래 기술에 따른 종말점 검출 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 종말점 검출 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 뷰 포트 112 : 플레이트
114 : 돌출부 120 : 브래킷
130 : 광 케이블 140 : 어뎁터
150 : 검출기 310 : 챔버
320 : 스테이지 330 : 가스 공급부
340 : 샤워 헤드 350 : 고주파 전원
360 : 종말점 검출부 W : 웨이퍼
본 발명은 종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 식각할 때 식각 종말점을 검출할 수 있는 종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 표면에는 여러 가지 박막이 형성되는데, 이러한 박막 중에서 필요한 부분만 남기고 필요없는 부분의 박막을 화학적 또는 물리적 방법으로 제거하기 위하여 식각 공정이 수행된다. 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 이방성 특성을 나타내는 건식 식각이 식각 공정에 많이 이용된다. 건식 식각은 챔버 내에 반응가스를 주입하고 고주파 또는 마이크로웨이브 전력을 인가시켜 플라즈마 상태를 형성하고, 반응가스로부터 자유전자 또는 이온을 발생시켜 웨이퍼 또는 임의의 피가공 재료를 식각하는 것이다.
상기와 같은 식각 공정에서 식각 종말점을 정확히 검출하는 것은 매우 중요하다. 일반적으로, 식각 공정에서 식각 대상이 되는 물질층의 완전한 식각을 위해 약간의 과도 식각이 진행된다. 상기 식각 공정에서 과도 식각은 식각 종말점이 검출된 후 정해진 시간동안 실시되는 것이 일반적이다. 따라서, 종말점의 검출이 온전히 이루어지지 않거나, 잘못하여 정해진 만큼의 식각이 진행되지도 않았는데 식각이 이루어진줄 알고 미리 식각공정을 중단하는 경우, 식각 대상 물질층에 심각한 손상을 입히거나, 식각공정이 지연되어 반도체 장치의 생산성을 저하시키는 원인을 제공하기도 한다
상기 챔버 외벽에는 식각 종말점을 검출하기 위한 종말점 검출 장치(end point detector)가 구비된다.
도 1은 종래 기술에 따른 종말점 검출 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종말점 검출 장치는 윈도우(12)가 형성된 챔버(10)의 외벽에 상기 챔버(10) 내부에서 발생하는 광을 외부로 전달하는 뷰 포트(20)를 구비한다. 브래킷(30)은 상기 뷰 포트(20)를 감싸 상기 챔버(10)에 고정한다. 광 케이블(40)은 상기 브래킷(30)에 의해 고정되어 상기 뷰 포트(20)와 연결된다. 상기 광 케이블(40)은 상기 뷰 포트(20)로부터 전달된 광을 검출기(미도시)로 전달한다.
상기 브래킷(30)은 일반적으로 금속 재질로 형성된다. 따라서 상기 챔버(10) 내부를 플라즈마 상태로 형성하기 위해 인가되는 고주파 전원이 상기 챔버(10) 및 브래킷(30)을 통해 상기 광 케이블(40)까지 영향을 미친다. 따라서 정확한 식각 종말점 검출이 어려워진다. 그러므로 반도체 장치의 품질이 저하되거나 상기 반도체 장치의 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 챔버 내부를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원의 영향을 방지할 수 있는 종말점 검출 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 종말점 검출 장치를 갖는 플라즈마 식각 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하 면, 종말점 검출 장치는 플레이트 및 상기 플레이트로부터 돌출되는 돌출부를 포함하며, 챔버 내부에서 발생되는 광을 챔버 외부로 전달하는 뷰 포트를 구비한다. 브래킷은 상기 뷰 포트의 플레이트 부위를 감싸며, 상기 뷰 포트를 상기 챔버에 고정하고, 광 케이블은 상기 뷰 포트의 돌출부와 연결되며, 상기 돌출부로부터 광을 전달받아 전송한다. 검출기는 상기 광 케이블로부터 전송된 광을 분석하여 식각 종말점을 검출한다.
상기 광 케이블의 단부에 상기 돌출부와 상기 광 케이블의 연결을 위한 어댑터를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 플라즈마 식각 장치는 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 챔버를 구비한다. 가스 공급부는 상기 챔버 내부로 식각을 위한 공정 가스를 공급하고, 플라즈마 발생부는 상기 공정 가스를 활성화시킨다. 종말점 검출부는 플레이트 및 상기 플레이트로부터 돌출되는 돌출부를 포함하며 상기 챔버 내부에서 발생되는 광을 챔버 외부로 전달하는 뷰 포트, 상기 뷰 포트의 플레이트 부위를 감싸며 상기 뷰 포트를 상기 챔버에 고정하기 위한 브래킷, 상기 뷰 포트의 돌출부와 연결되며 상기 돌출부로부터 광을 전달받아 전송하기 위한 광 케이블 및 상기 광 케이블로부터 전송된 광을 분석하여 식각 종말점을 검출하기 위한 검출기를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치는 상기 브래킷과 광 케이블이 서로 접촉되지 않는다. 상기 플라즈마 발생부가 상기 광 케이블에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 따라서 식각 종말점 을 정확하게 검출할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 종말점 검출 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 종말점 검출 장치(100)는 뷰 포트(110), 브래킷(120), 케이블(130), 어뎁터(140) 및 검출기(150)로 구성된다.
상기 뷰 포트(110)는 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정이 수행되는 챔버(10)의 외측벽에 구비된다. 구체적으로 상기 뷰 포트(110)는 윈도우(12)가 형성된 챔버(10)의 외측벽에 구비된다. 상기 뷰 포트(110)는 상기 챔버(10) 내부에서 상기 플라즈마에 의해 발생되는 광을 외부로 전달한다.
상기 뷰 포트(110)는 원형 또는 사각형의 플레이트(112)와 상기 플레이트(112)의 일면으로부터 돌출되는 돌출부(114)로 구성된다. 상기 플레이트(112)의 크기는 상기 윈도우(12)의 크기보다 크도록 형성된다. 상기 뷰 포트(110)는 상기 돌출부(114)가 상기 챔버(10)의 외부를 향하도록 상기 챔버(10)의 외측벽에 구비된다. 상기 퓨 포트(110)의 재질로는 석영이 사용된다.
상기 브래킷(120)은 상기 뷰 포트(110)를 상기 챔버(10)의 외측벽에 고정한다. 상기 브래킷(120)은 상기 뷰 포트(110)의 플레이트(112)의 측면 및 상기 돌출부(114)가 형성된 면의 가장자리 부위를 감싸도록 구비된다. 다시 말하면, 상기 브래킷(120)은 상기 돌출부(114)가 노출되도록 상기 뷰 포트(110)를 감싼다.
상기 실시예에 따르면, 상기 뷰 포트(110)는 플레이트(112) 및 돌출부(114)로 구성된다. 그러나 다른 실시예에 따르면 상기 뷰 포트(110)는 플레이트(112)로만 구성된다. 상기 뷰 포트(110)가 플레이트(112)로만 구성되는 경우, 상기 브래킷(120)은 상기 플레이트(112)의 측면 및 상기 챔버(10)의 외측벽과 접촉하지 않는 플레이트(112)의 일면 가장자리 부위를 감싸도록 구비된다. 즉, 상기 브래킷(120)은 상기 챔버(10)의 외측벽과 접촉하지 않는 플레이트(112)의 일면의 중앙 부위를 노출시킨다.
상기 챔버(310)의 외측벽과 상기 뷰 포트(361) 사이 및 상기 뷰 포트(361)와 브래킷(362) 사이에는 밀봉을 위한 밀봉 부재(미도시)가 개재될 수 있다.
상기 광 케이블(130)은 상기 뷰 포트(110)의 돌출부(114)와 연결된다. 상기 광 케이블(130)은 상기 뷰 포트(110)로부터 광을 전달받아 전송한다. 상기 광 케이블(130)은 상기 브래킷(120)에 의해 노출된 돌출부(114)와 연결되므로 상기 브래킷(120)과는 접촉하지 않는다. 따라서 상기 챔버(10)에 플라즈마를 형성하기 위해 인가되는 고주파 전원이 금속 재질의 브래킷(120)을 통해 상기 광 케이블(130)에 영향을 미치는 것이 방지된다.
한편, 상기 광 케이블(130)은 여러 다발로 이루어진 광 섬유 및 상기 광 섬유로부터 광이 새어 나가는 것을 방지하기 위해 상기 광섬유를 감싸는 피복 부재로 구성된다.
상기 어댑터(140)는 상기 광 케이블(130)의 일측 단부에 구비되어 상기 광 케이블(130)과 상기 뷰 포트(110)의 돌출부(114)를 연결한다. 상기 어댑터(140)는 상기 광 케이블(130)의 일측 단부로부터 연장되며, 내부에 상기 돌출부(114)를 수용하기 위한 공간을 갖는다.
상기 뷰 포트(110)가 플레이트(112)로만 구성되는 경우, 상기 광 케이블(130)은 상기 브래킷(120)에 의해 노출된 상기 플레이트(112)의 중앙 부위와 연결되므로 상기 브래킷(120)과는 접촉하지 않는다. 따라서 상기 챔버(10)에 플라즈마를 형성하기 위해 인가되는 고주파 전원이 금속 재질의 브래킷(120)을 통해 상기 광 케이블(130)에 영향을 미치는 것이 방지된다.
상기 검출기(150)는 상기 광 케이블(130)의 타측 단부에 연결된다. 상기 검출기(150)는 상기 광 케이블(130)로부터 전송된 광의 파장을 분석하여 식각 종말점을 검출한다. 상기 검출기는 모노크로메이터(monochromator)를 사용하여 상기 플라즈마로부터 발생한 광에서 임의의 파장의 단색광만을 추출하고, 상기 파장의 세기가 급격한 변화를 보이는 시점을 찾아낸다.
따라서 상기 종말점 검출 장치(100)는 상기 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전원 등의 영향을 방지하여 정확한 식각 종말점을 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 식각 장치(300)는 챔버(310), 스테이지(320), 가스 공급부(330), 샤워 헤드(340), 고주파 전원(350) 및 종말점 검출부(360)를 구비한다.
상기 챔버(310)는 반도체 소자의 제조 공정 중 웨이퍼(W)를 식각하기 위한 식각 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 상기 챔버(310)의 일측 측면에는 상기 챔버(310) 내부로 상기 웨이퍼(W)를 출입하기 위한 슬릿 포트(미도시)가 형성된다. 상기 슬릿이 형성된 측면과 마주보는 상기 챔버(310)의 타측 측면에는 광을 통과시키는 투명한 윈도우(312)가 형성된다.
상기 챔버(310)의 내측에는 상기 식각 공정 중 발생하는 부산물이 상기 챔버(310) 내벽에 닿지 않도록 라이너가 구비될 수 있다. 상기 라이너로는 챔버 벽 라이너, 슬릿 포트 라이너, 윈도우 라이너 등이 있다.
상기 스테이지(320)는 상기 챔버(310)의 내측 하부에 구비되어 상기 웨이퍼(W)를 지지한다.
상기 가스 공급부(330)는 상기 챔버(310) 내부로 상기 웨이퍼(W)를 식각하기 위한 공정 가스를 공급한다. 상기 공정 가스는 상기 웨이퍼(W) 상에 형성된 막의 종류, 즉 식각 대상에 따라 달라진다.
상기 샤워 헤드(350)는 상기 챔버(310)의 내측 상부에 상기 스테이지(320)와 마주 보도록 구비된다. 상기 샤워 헤드(350)는 상기 가스 공급부(330)로부터 공급되는 공정 가스를 상기 스테이지(320)에 지지된 웨이퍼(W)에 고르게 공급되도록 한다. 따라서 상기 공정 가스의 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.
상기 고주파 전원(350)은 상기 샤워 헤드(350)와 연결되며, 상기 샤워 헤드(350)로 고주파를 인가한다. 상기 고주파에 의해 상기 공정 가스는 플라즈마 상태로 활성화된다. 따라서 상기 플라즈마 상태의 공정 가스를 이용하여 식각 공정을 진행한다.
상기 종말점 검출부(360)는 윈도우(312)가 형성된 챔버(310)의 외측벽에 구비된다. 상기 종말점 검출부(360)는 상기 챔버(310) 내의 플라즈마로부터 발생하는 광을 이용하여 식각 대상막의 식각 종말점을 검출한다.
상기 종말점 검출부(360)는 뷰 포트(361), 브래킷(362), 광 케이블(363), 어댑터(364) 및 검출기(365)로 구성된다. 상기 종말점 검출부(360)에 대한 상세한 설명은 본 발명의 일실시예에 따른 종말점 검출 장치(100)와 동일하다.
따라서 상기 플라즈마 식각 장치(300)를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 막을 식각하는 경우, 상기 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전원(350)의 영향을 방지할 수 있는 상기 종말점 검출부(360)를 이용하여 상기 식각 대상막의 정확한 식각 종말점을 검출할 수 있다.
이하에서는 상기 플라즈마 식각 장치(300)의 작동에 대해 설명한다.
식각하고자 하는 대상막이 형성된 웨이퍼(W)를 챔버(310)의 슬릿 포트를 통해 스테이지(320) 상으로 로딩한다. 상기 웨이퍼(W)의 로딩이 완료되면, 가스 공급부(330)는 상기 챔버(310) 내부로 상기 대상막을 식각하기 위한 공정 가스를 공급한다. 상기 챔버(310)로 공급된 공정 가스는 샤워 헤드(340)에 의해 고르게 분산된 상태로 상기 스테이지(320)에 지지된 웨이퍼(W)로 공급된다.
이때, 상기 샤워 헤드(320)에는 고주파 전원(350)으로부터 고주파가 인가된다. 상기 고주파에 의해 상기 공정 가스가 플라즈마 상태로 활성화된다. 따라서 상기 웨이퍼(W)로 플라즈마 상태의 공정 가스가 공급된다.
상기 플라즈마 상태의 공정 가스를 이용하여 대상막을 식각한다. 그리고 종 말점 검출부(360)를 이용하여 상기 대상막의 식각 종말점을 검출한다.
구체적으로, 상기 플라즈마 상태의 공정 가스가 상기 대상막을 식각하는 동안 상기 대상막의 고유한 파장을 포함하는 제1 광이 발산된다. 상기 광이 뷰 포트(361) 및 광 케이블(363)을 통해 검출기(365)로 전달된다. 상기 검출기(365)는 상기 광으로부터 상기 대상막의 고유한 파장을 검출한다.
상기 대상막이 모두 식각되고 상기 대상막 하부의 막이 식각되면, 상기 검출기(365)에서 검출되는 상기 대상막의 고유한 파장이 급격하게 변화된다. 상기 검출기(365)에서 검출되는 식각 대상막의 고유한 파장이 급격한 변화를 보이는 시점을 상기 대상막의 식각 종말점으로 판단한다.
이때 상기 광 케이블(363)은 상기 고주파 전원(350)의 영향을 받는 브래킷(362)과 접촉되지 않는다. 상기 광 케이블(363)을 통해 전송되는 상기 광은 상기 고주파 전원(350)의 영향없이 정확하게 전달된다. 따라서 상기 종말점 검출부(360)를 이용하여 상기 식각 대상막의 식각 종말점을 정확하게 검출할 수 있다.
이후 상기 종말점 검출부(360)가 식각 종말점을 검출하면, 상기 가스 공급부(330)는 가스 공급을 중단하고, 상기 고주파 전원(350)은 고주파의 인가를 중지한다. 상기 식각 공정 중 발생한 부산물과 잔류 공정 가스를 배출구를 통하여 챔버(310)의 외부로 배출한다.
상기 대상막이 식각된 웨이퍼(W)를 상기 스테이지(320)로부터 언로딩하여 상기 슬릿 포트를 통하여 외부로 반송한다.
이후 상기 공정들을 반복하여 식각 공정을 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 종말점 검출 장치 및 이를 갖는 플라즈마 식각 장치는 브래킷과 광 케이블의 접촉을 방지한다. 따라서 상기 브래킷을 통해 고주파 전원이 상기 광 케이블을 통해 전송되는 광에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 상기 종말점 검출 장치는 정확한 식각 종말점을 검출할 수 있다.
또한 상기 식각 종말점을 정확하게 검출하므로, 상기 플라즈마 식각 장치를 이용하여 제조되는 반도체 장치의 품질을 향상시킬 수 있고, 나아가 상기 반도체 장치 제조 공정의 생산성도 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 플레이트 및 상기 플레이트로부터 돌출되는 돌출부를 포함하며, 챔버 내부에서 발생되는 광을 챔버 외부로 전달하는 뷰 포트;
    상기 뷰 포트의 플레이트 부위를 감싸며, 상기 뷰 포트를 상기 챔버에 고정하기 위한 브래킷(bracket);
    상기 뷰 포트의 돌출부와 연결되며, 상기 돌출부로부터 광을 전달받아 전송하기 위한 광 케이블; 및
    상기 광 케이블로부터 전송된 광을 분석하여 식각 종말점을 검출하기 위한 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 종말점 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 케이블의 단부에 상기 돌출부와 상기 광 케이블의의 연결을 위한 어댑터(adapter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 종말점 검출 장치.
  3. 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 챔버;
    상기 챔버 내부로 식각을 위한 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부;
    상기 공정 가스를 활성화시키기 위한 플라즈마 발생부; 및
    플레이트 및 상기 플레이트로부터 돌출되는 돌출부를 포함하며 상기 챔버 내부에서 발생되는 광을 챔버 외부로 전달하는 뷰 포트, 상기 뷰 포트의 플레이트 부 위를 감싸며 상기 뷰 포트를 상기 챔버에 고정하기 위한 브래킷(bracket), 상기 뷰 포트의 돌출부와 연결되며 상기 돌출부로부터 광을 전달받아 전송하기 위한 광 케이블 및 상기 광 케이블로부터 전송된 광을 분석하여 식각 종말점을 검출하기 위한 검출기를 포함하는 종말점 검출부를 포함하는 플라즈마 식각 장치.
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KR (1) KR20070001344A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170028094A (ko) * 2015-09-03 2017-03-13 삼성전자주식회사 마이크로파 탐침, 그 탐침을 구비한 플라즈마 모니터링 시스템, 및 그 시스템을 이용한 반도체 소자 제조방법
KR20170089546A (ko) * 2016-01-27 2017-08-04 삼성전자주식회사 공정 챔버 모니터링 장치

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KR20170028094A (ko) * 2015-09-03 2017-03-13 삼성전자주식회사 마이크로파 탐침, 그 탐침을 구비한 플라즈마 모니터링 시스템, 및 그 시스템을 이용한 반도체 소자 제조방법
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