KR20070047415A - 기판 가공 공정의 종점 검출 방법 및 이를 수행하기 위한장치 - Google Patents
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Abstract
반도체 기판에 대한 식각 공정에서 종점(end point)을 검출하는 방법 및 장치에서, 상기 식각 종점은 상기 식각 공정이 수행되는 챔버로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 가공 부산물의 농도를 측정하고, 상기 측정된 농도를 기준값과 비교함으로써 검출될 수 있다. 상기 종점을 검출하기 위하여 상기 배기 가스를 배출하기 위한 배기 라인에는 상기 가공 부산물의 농도를 검출하기 위한 농도 측정기가 설치되며, 상기 농도 측정기는 상기 측정된 농도에 근거하여 상기 종점을 검출하기 위한 연산부가 연결된다. 따라서, 종래의 플라즈마 분광 분석에 의한 종점 검출에서 발생되는 신호 노이즈 문제를 해결할 수 있으며, 상기 분광 분석을 위한 윈도우가 필요하지 않으므로 상기 식각 장치의 예방 정비를 위한 분해 조립에 소요되는 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
Description
도 1은 종래의 종점 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가공 공정의 종점 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 반도체 기판 200 : 플라즈마 식각 장치
202 : 상부 챔버 204 : 하부 챔버
206 : 돔 208 : 고주파 코일
210 : 정전척 212 : 포커스 링
214 : 리프트 핀 216 : 펌프
218 : 격리 밸브 220 : 배기 라인
300 : 식각 종점 검출 장치 310 : 농도 측정기
320 : 연산부
본 발명은 기판 가공 공정에서 종점(end point)을 검출하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판에 대한 가공 공정에서 종점을 검출하기 위한 방법과 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication; FAB) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting)공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정에서, 반도체 기판 상에는 실리콘 산화층(silicon dioxide layer), 폴리실리콘층(polysilicon layer), 알루미늄층, 구리층 등과 같은 다양한 층들이 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 물리 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 열 산화(thermal oxidation), 이온 주입(ion implantation), 이온 확산(ion diffusion) 등과 같은 공정들을 수행함으로써 형성된다. 상기 층들은 플라즈마 상태의 반응 물질(또는 에천트)을 사용하는 식각 공정을 수행함으로써 전기적 특성을 갖는 패턴들로 형성될 수 있다.
상기와 같은 팹 공정에서, 반도체 기판에 대한 공정을 인시튜(in-situ) 방식으로 모니터링하는 것이 요구된다. 예를 들면, 화학 기상 증착 및 물리 기상 증착 공정에서, 목적하는 두께의 막이 증착된 후 증착 공정이 중단되는 것이 바람직하 며, 식각 공정에서, 식각 되는 막의 과도 식각(overetching)을 방지하기 위해 종점 검출 방법이 사용된다. 전형적인 공정 모니터링 방법의 예로는, 광학 방출 분광 분석법(optical emission spectroscopy; OES), 타원법(ellipsometry), 간섭법(interferometry) 등이 있다. 상기와 같은 공정 모니터링 방법의 예들은 미합중국 특허 제6,390,019호(issued to Grimbergen et al.)에 개시되어 있다.
광학 방출 분광 분석법에서, 플라즈마의 방출 스펙트럼들은 식각되는 층의 변화에 대응하는 화학적 조성의 변화를 확인하기 위해 측정되며, 측정된 방출 스펙트럼에 따라 식각 공정의 종점(end point)이 결정된다.
상기 광학 방출 분광 분석법을 수행하기 위한 장치는, 플라즈마로부터 발생되는 광을 광학 방출 분광계로 전송하기 위한 윈도우를 갖는다. 상기 윈도우는 공정 챔버의 측벽에 형성된 뷰포트(view port)를 커버하도록 형성되며, 고온에 대한 저항성을 갖는 석영(quartz)으로 이루어진다.
도 1은 종래의 종점 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 종점 검출 장치(미도시)는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판에 대한 식각 공정을 수행하기 위한 플라즈마 식각 장치(100)에 장착될 수 있다. 구체적으로, 상기 플라즈마 식각 장치(100)는 반도체 기판(10)에 대한 식각 공정이 수행되는 공간을 제공하는 프로세스 챔버로서 기능하는 상부 챔버(102)와, 상기 반도체 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위하여 상기 반도체 기판(10)이 이송되는 공간을 제공하는 트랜스퍼 챔버로서 기능하는 하부 챔버(104)를 포함할 수 있다.
상기 챔버들(102, 104) 내에는 상기 반도체 기판(10)을 지지하며 상기 플라즈마의 거동을 제어하기 위한 캐소드(cathode)로서 기능하는 정전척(106)이 이동 가능하도록 배치된다. 또한, 상기 반도체 기판(10)을 상기 정전척 상에 로딩 및 상기 정전척(106)으로부터 언로딩하기 위한 리프트 핀들(108)이 상기 정전척(106)을 관통하여 배치된다.
상기 상부 챔버(102) 상에는 플라즈마를 형성하기 위한 석영 돔(110)과 상기 돔(110)을 감싸도록 배치되는 고주파 코일(112)이 배치되며, 상기 상부 챔버(102)의 측벽에는 상기 플라즈마를 이용하는 식각 공정을 모니터링하기 위한 뷰 포트(view port)가 형성되어 있으며, 상기 뷰 포트를 커버하도록 윈도우(114)가 배치된다.
한편, 미설명된 도면 부호 116 및 118은 상기 상부 챔버의 내부의 압력을 조절하며 상기 식각 공정 도중에 발생되는 반응 부산물을 제거하기 위한 터보 펌프와, 상기 터보 펌프의 배기단과 연결되어 상기 반응 부산물을 포함하는 배기 가스를 배출하기 위한 배기 라인을 의미한다.
상기 플라즈마를 이용하여 반도체 기판(10) 상에 형성된 층들에 대한 식각 공정을 수행하는 동안, 플라즈마의 성분은 상기 층들의 성분에 따라 변화된다. 즉, 식각되는 층의 변화에 따라 플라즈마로부터 방출되는 광의 스펙트럼들이 변화되며, 광학 방출 분광계로부터 측정되는 광의 스펙트럼들의 변화에 따라 식각 공정의 종점이 검출된다.
상기 식각 공정을 수행하는 동안 발생되는 반응 부산물들 및 공정 레지듀 (process residues)들은 상기 공정을 수행하기 위한 상부 챔버(102)의 내벽과 상기 윈도우(114)의 표면에 증착되며, 식각 공정을 수행하는 동안 오염원으로 작용할 수 있다. 따라서, 정기적인 예방 정비를 통하여 상기 레지듀를 제거할 필요가 있으며, 통상적으로 상기 상부 챔버(102)를 분해하여 습식 식각을 통해 상기 레지듀를 제거한다. 이때, 상기 종점 검출을 위한 윈도우(114) 또한 상기 상부 챔버(102)로부터 분리되어 세정되며, 세정이 종료된 후 다시 조립된다. 상기와 같은 정기적인 예방 정비에는 많은 시간이 소요되며, 이는 생산성을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 또한, 윈도우(114)를 통한 분광 분석의 경우, 상기 레지듀의 축적에 의해 노이즈가 발생될 수 있으며, 이는 종점 검출의 신뢰도를 저하시킬 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 예방 정비에 의한 분해 조립에 상관없으며 플라즈마 방출 분광의 노이즈에 영향을 받지 않는 종점 검출 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 상술한 바와 같은 종점 검출 방법을 수행하는데 적합한 장치를 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 기판 가공 공정의 종점 검출 방법은, 기판에 대한 가공 공정이 수행되는 챔버로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 가공 부산물의 농도를 측정하는 단계와, 상기 측정된 농도를 기준값과 비교하여 상기 기판 가공 공정의 종점(end point)을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가공 공정은 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 상기 기판 상에 형성된 막을 식각하는 공정일 수 있으며, 상기 기준값은 상기 막과 상기 반응 물질 사이에서 발생된 반응 부산물 농도의 최저값으로 설정될 수 있다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 기판 가공 공정의 종점 검출 장치는, 기판에 대한 가공 공정이 수행되는 챔버로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 가공 부산물의 농도를 측정하기 위하여 상기 챔버로부터 연장되는 배기 라인에 설치되는 농도 측정기와, 상기 농도 측정기와 연결되며 상기 측정된 농도를 기 설정된 기준값과 비교하여 상기 가공 공정의 종점을 검출하기 위한 연산부를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 기판 가공 공정에서의 종점 검출은 상기 가공 공정을 수행하는 챔버로부터 배출되는 배기 가스로부터 검출된 가공 부산물의 농도에 기초하여 판단되므로, 종래의 윈도우가 필요하지 않으며, 이에 따라 상기 가공 공정을 수행하는 장치의 예방 정비에서 윈도우의 분해 결합에 따른 시간적 손실을 방지할 수 있다. 또한, 종래의 플라즈마 분광 분석과는 달리 배기 가스를 분석하므로, 종점 검출에서 플라즈마 방출광으로부터 획득되는 신호에서의 노이즈 문제를 완전히 배제시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 도는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가공 공정의 종점 검출 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 기판 가공 공정은 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 실리콘웨이퍼와 같은 반도체 기판(10) 상에 형성된 막을 식각하는 공정을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반도체 기판(10) 상에는 다양한 막들이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 막들은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속, 절연물 등으로 이루어질 수 있다. 상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 막은 상기 플라즈마 상태의 반응 물질과의 반응 및 플라즈마 이온 충격에 의해 제거될 수 있으며, 이에 따라 상기 기판(10) 상에는 목적하는 패턴이 형성될 수 있다.
상기 기판 가공 공정을 수행하기 위한 플라즈마 식각 장치(200)는 상기 식각 공정이 수행되는 공간을 한정하는 상부 챔버(202)와, 상기 식각 공정을 수행하기 위하여 상기 반도체 기판(10)을 상기 상부 챔버(202)로 이송하고 상기 식각 공정이 종료된 반도체 기판(10)을 외부로 반출하기 위하여 상기 상부 챔버(202)의 하부에 배치되는 하부 챔버(204)를 포함할 수 있다.
상기 상부 챔버(202)는 개방된 상부를 가지며, 상기 플라즈마는 상기 개방된 상부를 커버하도록 배치된 석영 재질의 돔(206) 내부에서 형성된다. 상기 돔(206)의 주위에는 반응 가스를 상기 플라즈마로 형성하기 위하여 고주파 에너지를 인가하는 고주파 코일(208)이 배치되며, 상기 고주파 코일(208)은 고주파 전원(미도시)과 연결되어 있다.
도시되지는 않았으나, 상기 반응 가스는 상기 상부 챔버(202) 내에 위치된 다수의 노즐로부터 상기 돔(206) 내부로 분사되며, 상기 고주파 에너지에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.
상기 반도체 기판(10)은 상기 상부 챔버(202)와 하부 챔버(204) 사이에서 이동 가능하도록 배치된 정전척(210) 상에 지지되며, 상기 정전척(210)은 상기 반도체 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위해 하부 챔버(204)에 배치된다. 또한, 상기 정전척(210)은 상기 반도체 기판(10)을 상기 상부 챔버(202) 내부로 이송하기 위하여 상승하며, 식각 공정이 종료된 반도체 기판(10)을 하부 챔버(204)로 이송하기 위하여 하강한다.
한편, 상기 정전척(210)은 상기 플라즈마의 거동을 제어하기 위한 캐소드로서 기능한다. 구체적으로, 상기 정전척(210)에는 상기 플라즈마 내의 활성화된 반응 물질을 상기 반도체 기판(10)으로 유도하기 위하여 바이어스 전원이 인가될 수 있다. 또한, 상기 상부 챔버(202) 내에는 상기 플라즈마를 상기 반도체 기판(10) 상으로 포커싱하기 위한 포커스 링(212)이 배치된다.
또 한편으로, 상기 반도체 기판(10)을 상기 정전척(210) 상에 위치시키고, 상기 정전척(210)으로부터 이탈시키기 위한 리프트 핀들(214)이 상기 정전척(210)을 관통하여 이동 가능하도록 배치되어 있다.
상기 상부 챔버(202)의 일측에는 상기 상부 챔버(202) 내부의 압력을 조절하고 상기 식각 공정을 수행하는 동안 발생되는 가공 부산물(또는 반응 부산물)을 배출하기 위한 펌프(216)가 격리 밸브(218)를 통해 연결되어 있다. 구체적으로, 상기 펌프(216)로는 터보 펌프가 사용될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 상기 터보 펌프(216)의 진공 형성을 보조하기 위한 러핑 펌프로서 기능하는 드라이 펌프가 상기 상부 챔버(202)에 더 연결될 수 있다.
상기 터보 펌프(216)로부터 연장하는 배기 라인(220)에는 배기 가스로부터 상기 가공 부산물을 제거하기 위한 트랩(trap, 미도시)이 연결되어 있으며, 상기 트랩은 상기 트랩을 통과한 배기 가스를 정화시키기 위한 가스 스크러버(미도시)와 연결된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 종점 검출 장치(300)는 상기 배기 라인(220) 중에 설치되어 상기 가공 부산물의 농도를 측정하기 위한 농도 측정기(310)와, 상기 농도 측정기(310)에 의해 측정된 농도에 기초하여 상기 플라즈마 식각 공정의 종점을 검출하기 위한 연산부(320)를 포함할 수 있다.
상기 농도 측정기(310)로는 레이저빔의 산란을 이용하는 입자 측정기, 전자빔 발생기와 전자빔 검출기 및 X선 검출기 등을 포함하는 분석 장치 등이 사용될 수 있다. 또한, 적외선 빔을 이용하는 고속 측정 장치가 사용될 수도 있다. 즉, 상기 농도 측정기(310)로는 다양한 측정 장치들이 사용될 수 있으며, 상기 농도 측정 기(310)의 종류에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 상기 농도 측정기(310)에 대한 예들은 한국공개특허공보 제1998-80105호, 제2001-17173호, 제2004-95560호 등에 개시되어 있다.
상기 연산부(320)로는 통상의 퍼스널 컴퓨터 또는 범용 프로세서가 사용될 수 있으며, 상기 측정된 농도를 기준값과 비교하여 상기 측정된 농도가 설정된 기준값 범위 내에 있는 경우 상기 플라즈마 식각 장치(200)의 제어부(미도시)로 종점 검출 신호를 전송하며, 상기 제어부는 상기 종점 검출 신호의 수신에 따라 상기 식각 공정의 종료 여부를 결정한다.
이하, 상기와 같은 종점 검출 장치(300)를 사용하여 플라즈마 식각 공정을 제어하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판(10)을 하부 챔버(204) 내에 위치된 정전척(210) 상으로 로딩한 후, 상기 정전척(210)의 상승에 의해 반도체 기판(10)이 상부 챔버(202) 내에 위치된다. 이어서, 상기 돔(206) 내부로 반응 가스가 도입되며, 상기 반응 가스는 고주파 코일(208)로부터 인가되는 파워에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.
상기 반도체 기판(10) 상에 형성된 막은 상기 플라즈마 상태의 반응 물질과 반응하여 부분적으로 제거될 수 있으며, 상기 반응 물질과 상기 막 사이의 반응에 의해 발생된 식각 부산물은 터보 펌프(216)에 의해 배출된다.
상기 식각 부산물을 포함하는 배기 가스는 상기 터보 펌프(216)의 배기단에 연결된 배기 라인(220)을 통해 배출되며, 상기 배기 라인(220)에 설치된 농도 측정기(310)에 의해 상기 식각 부산물의 농도가 측정된다.
상기 식각 부산물의 농도는 상기 식각 공정이 진행됨에 따라 점차 감소되며, 상기 연산부(320)는 상기 농도의 변화를 모니터링한다. 즉, 상기 측정된 농도와 상기 기준값을 실시간으로 비교하며, 상기 측정된 농도가 상기 기준값 범위 내에서 확인될 경우, 종점 검출 신호를 발생시킨다. 이때, 상기 기준값은 상기 식각 부산물 농도의 최저값이 될 수 있다. 이는 식각 대상막에서 원하는 부분이 모두 제거될 경우 상기 식각 부산물의 조성이 변하기 때문이다.
상기 연산부(320)에 의해 종점 검출 신호가 발생되면, 상기 플라즈마 식각 장치(200)의 제어부는 반응 가스의 공급 및 플라즈마 파워 인가를 중단시키고, 상기 상부 챔버(202) 내부로 퍼지 가스를 제공하여 상부 챔버(202) 내부를 퍼지시킨다.
이어서, 상기 식각 처리된 반도체 기판(10)은 정전척(210)의 하강에 의해 하부 챔버(204)로 이송되며, 외부의 이송 로봇에 의해 하부 챔버(204)로부터 반출된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 기판에 대한 식각 공정의 종점을 상기 식각 공정에 의해 발생되는 부산물의 농도를 측정함으로써 용이하게 검출될 수 있다. 따라서, 종래의 플라즈마 방출광을 검출하는 경우에 발생되는 신호 노이즈 문제를 완전히 제거할 수 있으며, 상기 플라즈마 분광 분석을 위한 윈도우가 필요하지 않으므로 상기 식각 공정을 수행하기 위한 장치의 예방 정비를 위한 분해 조립의 소요 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 기판에 대한 가공 공정이 수행되는 챔버로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 가공 부산물의 농도를 측정하는 단계; 및상기 측정된 농도를 기준값과 비교하여 상기 기판 가공 공정의 종점(end point)을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 공정의 종점을 검출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가공 공정은 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 상기 기판 상에 형성된 막을 식각하는 공정인 것을 특징으로 하는 기판 가공 공정의 종점을 검출하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 기준값은 상기 막과 상기 반응 물질 사이에서 발생된 반응 부산물 농도의 최저값인 것을 특징으로 하는 기판 가공 공정의 종점 검출 장치.
- 기판에 대한 가공 공정이 수행되는 챔버로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 가공 부산물의 농도를 측정하기 위하여 상기 챔버로부터 연장되는 배기 라인에 설치되는 농도 측정기; 및상기 농도 측정기와 연결되며 상기 측정된 농도를 기 설정된 기준값과 비교 하여 상기 가공 공정의 종점을 검출하기 위한 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 공정의 종점 검출 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 농도 측정기는 적외선 광, 전자빔 또는 레이저빔을 이용하는 것을 특징으로 하는 기판 가공 공정의 종점 검출 장치.
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| KR1020050104122A KR20070047415A (ko) | 2005-11-02 | 2005-11-02 | 기판 가공 공정의 종점 검출 방법 및 이를 수행하기 위한장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20070047415A true KR20070047415A (ko) | 2007-05-07 |
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| KR (1) | KR20070047415A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101160438B1 (ko) * | 2011-08-29 | 2012-06-26 | 차동호 | 다채널 감지 신호의 시분할 처리가 가능한 공정 이상 모니터링 장치 |
-
2005
- 2005-11-02 KR KR1020050104122A patent/KR20070047415A/ko not_active Application Discontinuation
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