KR20120024264A - 식각 시스템 - Google Patents

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Abstract

식각 시스템이 제공된다. 식각 시스템은 피처리 기판으로 입사광을 조사하기 위한 광원, 상기 피처리 기판으로부터 반사되는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 파장별 강도를 측정할 수 있는 광량 측정부, 상기 간섭광의 파장별 강도 변화시 상기 강도의 극값의 발생 시점을 검출할 수 있는 신호 처리부, 및 상기 신호 처리부에서 검출된 상기 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 이와 대응하는 기준 시점과 비교하고 그 결과에 따라 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

식각 시스템{Etching system}
본 발명은 식각 시스템에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는 웨이퍼에 있어서 마스크 패턴을 이용하여 피식각막에 트렌치나 리세스를 형성하는 식각이 행해지고 있다. 식각 공정에서는 마스크 패턴에 의해 덮여 있지 않은 부분의 피식각막이 물리적 식각에 의해 식각될 수 있다.
리세스를 형성하는 공정에 있어서는 상기 리세스의 깊이를 제어해야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 식각 공정시 식각에 의해 형성되는 리세스의 깊이를 균일하게 제어할 수 있는 식각 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 시스템의 일 태양은, 피처리 기판으로 입사광을 조사하기 위한 광원, 상기 피처리 기판으로부터 반사되는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 파장별 강도를 측정할 수 있는 광량 측정부, 상기 간섭광의 파장별 강도 변화시 상기 강도의 극값의 발생 시점을 검출할 수 있는 신호 처리부, 및 상기 신호 처리부에서 검출된 상기 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 이와 대응하는 기준 시점과 비교하고 그 결과에 따라 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 식각 시스템의 다른 태양은, 피처리 기판으로 입사광을 조사하기 위한 광원, 상기 피처리 기판으로부터 반사되는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 파장별 강도를 측정할 수 있는 광량 측정부, 상기 간섭광 중 제1 파장을 갖는 제1 간섭광 및 제1 파장과 서로 다른 제2 파장을 갖는 제2 간섭광에 대해 상기 제1 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점 및 상기 제2 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 검출할 수 있는 신호 처리부, 및 상기 신호 처리부에서 검출된 상기 제1 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점 및 상기 제2 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점 사이의 시간차를 이와 대응하는 기준 시간차와 비교하고 그 결과에 따라 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 식각 공정 제어 장치에 이용되는 간섭광을 구성하는 반사광들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 식각 공정 제어시 기준이 되는 식각 공정에 이용되는 피처리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 3의 마스크 패턴보다 두껍게 형성된 마스크 패턴을 갖는 피처리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 3의 마스크 패턴보다 얇게 형성된 마스크 패턴을 갖는 피처리 기판을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 3에 도시된 피처리 기판의 식각 공정에 있어서 두 번째의 극값이 발생한 시점의 피처리 기판을 나타내는 단면도이다,
도 10 내지 도 12는 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은 서로 다른 파장을 갖는 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 식각된 피식각층의 식각면이 보잉 프로파일(Bowing profile)을 갖는 경우를 설명하기 위한 피처리 기판의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 식각 시스템(1)은 예를 들어, 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지는 처리실(11)을 포함한다. 처리실(11)의 하부에는 피처리 기판(W)이 위치되는 스테이지로서 하부 전극(12)이 형성된다. 하부 전극(12)의 상부에는 일정 간격을 띄워 배치된 샤워헤드(13)가 설치된다.
처리실(11)의 하부에는 진공 배기 장치(미도시)에 연결되는 배기부(14)가 형성된다. 하부 전극(12)에는 정합기(15)를 통해 전원(16)이 연결된다. 샤워헤드(13) 내부의 버퍼실(17)에는 처리 가스 도입관(18)이 설치되며, 처리 가스 도입관(18)은 처리 가스 공급 장치(19)와 연결된다. 샤워헤드(13)는 복수 개의 가스 구멍(20)을 가지며, 처리 가스 도입관(18)으로부터 버퍼실(17) 내로 도입된 처리 가스를 복수 개의 가스 구멍(20)을 통하여 처리 공간(S)에 공급된다.
배기부(14)에 의해 처리실(11) 내를 일정한 진공도까지 감압한 후, 하부 전극(12)으로부터 처리 공간(S)에 전압을 인가한 상태에서, 샤워헤드(13)로부터 처리 공간(S)으로 처리 가스를 공급하고, 처리 공간(S)에서 처리 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 상기 발생한 플라즈마는, 피처리 기판(W)에 충돌?접촉하여 피처리 기판(W)을 식각한다.
처리실(11) 내의 샤워헤드(13)에는 하부 전극(12) 상에 배치된 피처리 기판(W)을 상방으로부터 관측하기 위한 모니터링부(21)가 배치되어 있다. 모니터링부(21)는 원통형상의 부재로 이루어지고, 샤워헤드(13)를 관통한다. 모니터링부(21)의 상단에는 석영 유리 등의 투명체로 이루어지는 모니터링 창 (22)가 마련되어 있다. 또한, 모니터링부(21)의 상부에는 모니터링부(21)에 대응하여 집광 렌즈(23) 및 광 섬유(24)가 배치되어 있다.
광 섬유(24)는 피처리 기판(W)의 식각 공정을 제어하는 식각 공정 제어 장치(25)에 접속되어 있다. 식각 공정 제어 장치(25)는 피처리 기판(W)으로 입사광을 조사하기 위한 광원(26), 피처리 기판(W)으로부터 반사되는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 파장별 강도(intensity)를 측정할 수 있는 광량 측정부(27), 상기 간섭광의 파장별 강도 변화시 상기 강도의 극값의 발생 시점을 검출할 수 있는 신호 처리부(28), 및 신호 처리부(28)에서 검출된 상기 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 기준 발생 시점과 비교하고 그 결과에 따라 공정 조건을 조절하는 제어부(29)를 포함한다.
광원(26)은 피처리 기판(W)으로부터 측정 가능한 강도로 반사되는 반사광을 생성하기에 충분히 높은 강도를 갖는 광을 발생시키는 단색 또는 다색의 광원일 수 있다. 예를 들어, 광원(26)은 헬륨-네온(He-Ne) 또는 앤디 야그(neodymium-yttrium aluminum garnet: ND-YAG) 레이저와 같은 단색 광원일 수 있다. 또는 광원(26)은 크세논(Xe) 또는 수은-카드뮴(Hg-Cd) 램프와 같은 다색 광원일 수 있다. 광원(26)이 다색 광원인 경우, 선택된 파장을 갖는 입사광만이 처리실(11) 내로 입사되도록 다색 광원은 필터링될 수 있으며, 또는 광량 측정부(27) 전면에 색필터(color filter)가 배치되어 광량 측정부(27)로 들어가는 반사광 중 원치않은 파장을 갖는 반사광을 필터링할 수도 있다. 광원(26)으로부터 발생된 입사광은 광 섬유(24), 집광 렌즈(23), 모니터링 창(22), 및 모니터링부(21)를 통하여 피처리 기판(W) 상에 조사된다.
피처리 기판(W) 상에 조사된 광이 높이가 서로 다른 피처리 기판(W)의 표면들에서 반사된다면 복수 개의 반사광이 발생된다. 상기 복수 개의 반사광은 서로 간섭하여 간섭광을 발생시킨다. 간섭광은 광 섬유(24)를 통하여 광량 측정부(27)로 입사된다. 광량 측정부(27)는 간섭광의 파장별 강도를 측정한다.
상기 간섭광은 상기 반사광들의 보강 간섭 또는 상쇄 간섭으로 인하여 상기 간섭광의 강도는 극값, 즉 극대값 및 극소값을 가진다. 신호 처리부(28)는 상기 간섭광의 강도의 극대값 및 극소값의 발생 시점을 검출한다.
제어부(29)는 신호 처리부(28)에서 검출된 상기 간섭광의 강도의 극대값 또는 극소값의 발생 시점을 기준 발생 시점과 비교하고 그 결과에 따라 공정 조건을 조절한다. 제어부(29)는 식각 시스템(1)의 각 구성 요소와 연결되어 있으며, 각 구성 요소의 동작을 제어한다. 제어부(29)는 예를 들어, 전원(16), 처리 가스 공급 장치(19), 배기부(14) 등에 연결되어 있을 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제어부(29)는 공정 조건과 관련이 있는 모든 구성 요소에 연결되어 있을 수 있다.
식각 공정 제어 장치(25)를 이용하여 식각 공정을 제어하는 방법에 대해서는 후술한다.
도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 시스템의 식각 공정 제어 장치를 이용하여 식각 공정을 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 도 2는 식각 공정 제어 장치에 이용되는 간섭광을 구성하는 반사광들을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 내지 도 8은 마스크 패턴의 두께가 서로 다르게 형성된 피처리 기판의 식각 공정에 있어서 식각 깊이를 균일하게 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 피처리 기판(W)은 피식각층(110) 상에 형성된 마스크 패턴(120)을 포함한다. 마스크 패턴(120)을 식각 마스크로 하여 마스크 패턴(120)에 의해 노출된 피식각층(110)을 식각한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 식각 시스템(1)의 식각 공정 제어 장치(25)는 피식각층(110)의 식각이 개시되면 광원(26)으로부터 입사광(L1)을 피처리 기판(W)으로 조사한다. 입사광(L1)의 일부는 마스크 패턴(120)을 투과하고, 마스크 패턴(120)과 피식각층(110)의 계면에서 제1 반사광(L2)으로서 반사된다. 또한 입사광(L1)의 다른 일부는 마스크 패턴(120)에 의해 노출된 피식각층(110)의 표면에서 제2 반사광(L3)으로서 반사된다. 제1 반사광(L2)와 제2 반사광(L3)는 서로 간섭하여 간섭광을 발생시킨다.
식각 공정의 깊이의 균일도의 관점에서 균일하게 제어되어야 하는 것은 마스크 패턴(120)과 피식각층(110)의 계면에서부터 식각된 지점까지의 깊이이다. 따라서 본 실시예에서는 마스크 패턴(120)과 피식각층(110)의 계면에서 제1 반사광(L2) 및 마스크 패턴(120)에 의해 노출된 피식각층(110)의 표면에서 제2 반사광(L3)의 간섭광을 이용한다. 입사광(L1)은 마스크 패턴(120)의 상부 표면 등에서도 반사되어 반사광을 형성할 수 있다. 그러나 그러한 반사광과 제2 반사광(L3)에 의한 간섭광 등은 노이즈 신호(noise signal)가 된다. 따라서 입사광(L1)의 파장은 피식각층(110)의 표면 및 피식각층(110)과 마스크 패턴(120)의 계면에서의 반사도가 최대가 될 수 있는 파장을 선택하는 것이 좋다. 예를 들어, 입사광(L1)의 파장에 대해서 피식각층(110)의 표면 및 피식각층(110)과 마스크 패턴(120)의 계면에서의 반사도가 마스크 패턴(120)의 표면에서의 반사도보다 훨씬 크며, 제2 반사광(L2)이 마스크 패턴(120)에 의해 흡수되는 정도가 최소화될 수 있는 파장을 선택하는 것이 좋다.
식각 공정이 진행되는 동안 마스크 패턴(120)과 피식각층(110)의 계면으로부터 마스크 패턴(120)에 의해 노출되어 식각되는 피식각층(120)의 표면까지의 깊이가 깊어짐에 따라 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도는 변화한다. 식각 공정 제어 장치(25)의 광량 측정부(27)에서 상기 간섭광의 파장별 강도가 측정된다. 이어서 신호 처리부(28)에서 상기 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점이 검출된다. 신호 처리부(28)는 간섭광의 강도의 시간에 대한 미분값이 0이 되는 지점을 간섭광의 강도의 극값으로 결정한다.
반사광(L2)과 반사광(L3)은 동일한 높이를 갖는 피식각층(110)의 표면에서 반사되더라도 반사광(L2)은 마스크 패턴(120)을 매질로 하고, 반사광(L3)은 진공을 매질로 한다. 진공의 굴절률이 가장 낮으므로, 실제로 반사광(L2)과 반사광(L3)의 광 경로차가 최초로 0이 되는 지점은 식각이 어느 정도 진행되어 마스크 패턴(120)에 의해 노출되어 식각되는 피식각층(120)의 표면의 높이가 마스크 패턴(120)과 피식각층(120) 사이의 계면의 높이보다 낮아진 지점이 된다. 반사광(L2)과 반사광(L3)의 광 경로차가 0이 되면, 두 반사광(L2, L3)의 위상은 동일하게 된다. 그 결과 그 지점에서 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도는 극대값이 된다.
피처리 기판(W)마다 마스크 패턴(120)의 두께가 서로 다르거나 식각률 등의 공정 조건이 다르더라도 간섭광의 강도의 극값이 발생된 시점에서 마스크 패턴(120)과 피식각층(110) 사이의 계면으로부터 마스크 패턴(120)에 의해 노출되어 식각되는 피식각층(120)의 표면까지의 깊이는 피처리 기판(W)마다 동일하다. 따라서 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생된 시점에서 마스크 패턴(120)과 피식각층(110) 사이의 계면으로부터 마스크 패턴(120)에 의해 노출되어 식각되는 피식각층(120)의 표면까지의 깊이는 피처리 기판(W)마다 동일하다. 이를 이용하여 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명하는 바와 같이 마스크 패턴의 두께가 서로 다른 경우에도 상기 마스크 패턴의 두께로 인하여 식각 종료 후에 리세스의 깊이가 서로 달라지는 것을 실시간으로 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3은 식각 공정 제어시 기준이 되는 식각 공정에 이용되는 피처리 기판을 나타내는 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 피처리 기판(W)은 피식각층(110) 상에 형성된 마스크 패턴(120)을 포함한다. 마스크 패턴(120)을 식각 마스크로 하여 마스크 패턴(120)에 의해 노출된 피식각층(110)을 식각하기 시작하면 마스크 패턴(120)에 의해 노출된 피식각층(110)의 상면에는 리세스(recess)(130)가 형성된다. 마스크 패턴(120)의 두께는 s1이며, 두께 s1은 식각 공정시 마스크 패턴(120)의 기준이 되는 두께이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 신호 처리부(28)에서 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 검출한다. 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점은 t11이다. 이 시점에서 마스크 패턴(120)과 피식각층(110) 사이의 계면으로부터 리세스(130)의 하면까지의 깊이는 d11이다. 이 때 t11은 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점의 기준 시점이 된다. 기준 시점인 t11을 지나서 식각을 일정 시간 동안 지속하여 원하는 깊이까지 식각이 되면 식각은 종료된다. 식각이 종료되는 시점을 t_end라고 하며, 이를 식각 종료의 기준 시점으로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5는 도 3의 마스크 패턴보다 두껍게 형성된 마스크 패턴을 갖는 피처리 기판을 나타내는 단면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 피처리 기판(W1)은 피식각층(110) 상에 형성된 마스크 패턴(121)을 포함한다. 마스크 패턴(121)의 두께는 s2이며, s2는 s1보다 크다. 마스크 패턴(121)을 식각 마스크로 하여 마스크 패턴(121)에 의해 노출된 피식각층(110)을 식각하기 시작하면 마스크 패턴(121)에 의해 노출된 피식각층(110)의 상면에는 리세스(131)가 형성된다.
도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 신호 처리부(28)에서 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 검출하며, 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점은 t21이다. 이 시점에서 마스크 패턴(121)과 피식각층(110) 사이의 계면으로부터 리세스(131)의 하면까지의 깊이는 d21이다. 여기서 d21과 도 3의 d11은 마스크 패턴들(120, 121)의 두께와 상관없이 동일하다. 그러나 기준 두께보다 두꺼운 마스크 패턴(121)을 사용한 경우, 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점 t21은 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점의 기준 시점인 t11보다 늦다.
만일 피처리 기판(도 3의 W)를 식각하는 총 식각 시간과 피처리 기판(W1)을 식각하는 총 식각 시간을 동일하게 한다면, 식각 종료 후의 피처리 기판(W1)의 리세스(131)의 깊이는 피처리 기판(W)의 리세스(130)의 깊이보다 얕을 것이다. 따라서 마스크 패턴들(120, 121)의 두께 차이에 따른 식각 깊이의 차이를 보상하기 위해서는 피처리 기판(W1)의 식각이 종료되는 시점을 기준 식각 공정의 경우보다 늦추어야 한다.
피처리 기판(W1)의 식각 공정에 있어서 신호 처리부(28)에서 간섭광의 강도의 최초 극대값의 발생 시점 t21을 검출하고, 제어부(29)에서 t21을 기준 시점인 t11과 비교한다. t21이 t11보다 느린 것으로 판단되면, 제어부(29)는 피처리 기판(W1)의 식각 종료 시점이 피처리 기판(W)의 식각 종료의 기준 시점 t_end에 t21과 t11 사이의 시간차만큼 더한 시점이 될 수 있도록 피처리 기판(W1)의 식각 공정 시간을 조절한다. 이로써 식각 종료 후에 피처리 기판(W)과 피처리 기판(W1)의 리세스들(130, 131)의 깊이가 동일할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7은 도 3의 마스크 패턴보다 얇게 형성된 마스크 패턴을 갖는 피처리 기판을 나타내는 단면도이며, 도 8은 도 7에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 피처리 기판(W2)은 피식각층(110) 상에 형성된 마스크 패턴(122)을 포함한다. 마스크 패턴(122)의 두께는 s3이며, s3는 s1보다 작다. 마스크 패턴(122)을 식각 마스크로 하여 마스크 패턴(122)에 의해 노출된 피식각층(110)을 식각하기 시작하면 마스크 패턴(122)에 의해 노출된 피식각층(110)의 상면에는 리세스(132)가 형성된다.
도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 신호 처리부(28)에서 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도가 최초의 극값의 발생 시점을 검출하며, 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 최초 극대값이 되는 시점은 t31이다. 이 시점에서 마스크 패턴(122)과 피식각층(110) 사이의 계면으로부터 리세스(132)의 하면까지의 깊이는 d31이다. 여기서 d31과 도 3의 d11은 마스크 패턴들(120, 122)의 두께와 상관없이 동일하다. 그러나 기준 두께보다 얇은 마스크 패턴(122)을 사용한 경우, 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점 t31은 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점의 기준 시점인 t11보다 빠르다.
만일 피처리 기판(도 3의 W)를 식각하는 총 식각 시간과 피처리 기판(W2)을 식각하는 총 식각 시간을 동일하게 한다면, 식각 종료 후의 피처리 기판(W2)의 리세스(132)의 깊이는 피처리 기판(W)의 리세스(130)의 깊이보다 깊을 것이다. 따라서 마스크 패턴들(120, 122)의 두께 차이에 따른 식각 깊이의 차이를 보상하기 위해서는 피처리 기판(W2)의 식각이 종료되는 시점을 기준 식각 공정의 경우보다 앞당겨야 한다.
피처리 기판(W2)의 식각 공정에 있어서 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 최초 극대값의 발생 시점 t31을 검출하고, 제어부(29)에서 t31을 기준 시점인 t11과 비교한다. t31이 t11보다 빠른 것으로 판단되면, 제어부(29)는 피처리 기판(W2)의 식각 종료 시점이 피처리 기판(W)의 식각 종료의 기준 시점 t_end에서 t11과 t31 사이의 시간차만큼 뺀 시점이 될 수 있도록 피처리 기판(W2)의 식각 공정 시간을 조절한다. 이로써 식각 종료 후에 피처리 기판(W)과 피처리 기판(W2)의 리세스들(130, 132)의 깊이가 동일할 수 있다.
도 1 내지 도 2 및 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각 시스템의 식각 공정 제어 장치를 이용하여 식각 공정을 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 도 9 내지 도 12는 간섭광의 강도의 극값이 2회 이상 발생되는 경우에 있어서, 2회의 극값들의 발생 시점을 이용하여 식각률이 서로 다른 식각 공정에 있어서 식각 깊이를 균일하게 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 3에 도시된 피처리 기판의 식각 공정에 있어서 두 번째의 극값이 발생한 시점의 피처리 기판을 나타내는 단면도이며, 도 10 내지 도 12는 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 피처리 기판의 식각 공정시 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 1, 도 9 및 도 10을 참조하면, 피처리 기판(W)의 식각 공정을 계속 진행하면 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도의 극값이 2회 이상 발생될 수 있다. 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생되는 시점, 예를 들어 최초의 극대값이 발생되는 시점은 t11이며, 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 두 번째 극값이 발생되는 시점, 예를 들어 최초의 극소값이 발생되는 시점은 t12이다.
앞서 설명한 바와 같이 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생된 시점에서 마스크 패턴(120)과 피식각층(110) 사이의 계면으로부터 마스크 패턴(120)에 의해 노출되어 식각되는 피식각층(120)의 표면까지의 깊이(도 3의 d11)는 피처리 기판(W)마다 동일하며, 간섭광의 강도의 두 번째 극값이 발생된 시점에서 마스크 패턴(120)과 피식각층(110) 사이의 계면으로부터 마스크 패턴(120)에 의해 노출되어 식각되는 피식각층(120)의 표면까지의 깊이(도 9의 d12)도 피처리 기판(W)마다 동일하다.
따라서 식각 공정들의 식각률이 서로 다르면 각 식각 공정에 있어서 간섭광의 강도의 첫 번째의 극값이 발생되는 시점과 두 번째의 극값이 발생되는 시점 사이의 시간차가 서로 다르다. 이를 이용하여 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명하는 바와 같이 식각률의 차이로 인하여 식각 종료 후에 리세스의 깊이가 서로 달라지는 것을 실시간으로 제어할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 신호 처리부(28)에서 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 검출한다. 도 3에 도시된 피처리 기판(W)의 식각을 진행하는 과정에서 신호 처리부(28)에서 검출된 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생되는 시점은 t11이며, 두 번째 극값이 발생되는 시점은 t12이다. 이 때 t11은 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생되는 시점의 기준 발생 시점이 되며, t12는 간섭광의 강도의 두 번째 극값이 발생되는 시점이 기준 발생 시점이 된다. t12와 t11과의 시간차는 Δt1이며, Δt1은 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생되는 시점과 두 번째 극값이 발생되는 시점의 시간차의 기준값이 된다. 원하는 깊이까지 식각이 된 후에 식각이 종료되는 시점의 기준 시점을 t_end라고 한다.
도 1, 도 5 및 도 11을 참조하면, 도 5에 도시된 피처리 기판(W1)의 식각 공정에 있어서, 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 두 번째 극값이 발생되는 시점이 t22인 경우를 예로 들어 설명한다. 신호 처리부(28)에서 간섭광의 강도의 첫 번째 극값의 발생 시점 t21 및 두 번째 극값의 발생 시점 t22를 검출하고, 제어부(29)에서 t21을 기준 시점인 t11과 비교하며, t22를 t12와 비교한다. 그리고 제어부(29)에서 t22와 t21 사이의 시간차 Δt2와 t12와 t11 사이의 시간차 Δt1를 비교한다.
시간차 Δt2가 시간차 Δt1보다 큰 경우, 피처리 기판(W1)의 식각 공정의 식각률은 기준 식각 공정인 피처리 기판(도 9의 W)의 식각 공정의 식각률보다 낮다. 이 경우 식각 종료 후에 피처리 기판의 리세스들의 깊이의 균일도를 유지하기 위해서는 피처리 기판(W1)의 식각 공정의 종료 시점을 기준 식각 공정의 경우보다 늦추거나, 가스 유량, 전원, 압력 등을 변경하여 식각률을 상대적으로 높게 조절할 필요가 있다.
피처리 기판(W1)의 식각 공정에 있어서 제어부(29)가 t21을 기준 시점인 t11과 비교하고, t22를 t12와 비교한 후, t22와 t21 사이의 시간차 Δt2와 t12와 t11 사이의 시간차 Δt1를 비교하여 시간차 Δt2가 시간차 Δt1보다 큰 것으로 판단되면, 제어부(29)는 피처리 기판(W1)의 식각 종료 시점이 피처리 기판(W)의 식각 종료의 기준 시점 t_end보다 늦은 시점이 되도록 공정 조건을 조절하거나, 가스 유량, 전원, 압력 등을 변경하여 식각률을 상대적으로 높일 수 있도록 조절한다. 이로써 식각 종료 후에 피처리 기판(W)과 피처리 기판(W1)의 리세스들(130, 131)의 깊이가 동일할 수 있다.
도 1, 도 7 및 도 12를 참조하면, 도 7에 도시된 피처리 기판(W2)의 식각 공정에 있어서, 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광의 강도의 두 번째 극값이 발생되는 시점이 t32인 경우를 예로 들어 설명한다. 신호 처리부(28)에서 간섭광의 강도의 첫 번째 극값의 발생 시점 t31 및 두 번째 극값의 발생 시점 t32를 검출하고, 제어부(28)에서 t31을 기준 시점인 t11과 비교하며, t32를 t12와 비교한다. 그리고 제어부(28)에서 t32와 t31 사이의 시간차 Δt3와 t12와 t11 사이의 시간차 Δt1를 비교한다.
시간차 Δt3가 시간차 Δt1보다 작은 경우, 피처리 기판(W2)의 식각 공정의 식각률은 기준 식각 공정인 피처리 기판(도 9의 W)의 식각 공정의 식각률보다 높다. 이 경우 식각 종료 후에 피처리 기판의 리세스들의 깊이의 균일도를 유지하기 위해서는 피처리 기판(W2)의 식각 공정의 종료 시점을 기준 식각 공정의 경우보다 앞당기거나, 가스 유량, 전원, 압력 등을 변경하여 식각률을 상대적으로 낮게 조절할 필요가 있다.
피처리 기판(W2)의 식각 공정에 있어서 제어부(29)가 t31을 기준 시점인 t11과 비교하고, t32를 t12와 비교한 후, t32와 t31 사이의 시간차 Δt3와 t12와 t11 사이의 시간차 Δt1를 비교하여 시간차 Δt3가 시간차 Δt1보다 작은 것으로 판단되면, 제어부(29)는 피처리 기판(W2)의 식각 종료 시점이 피처리 기판(W)의 식각 종료의 기준 시점 t_end보다 빠른 시점이 되도록 공정 조건을 조절하거나, 가스 유량, 전원, 압력 등을 변경하여 식각률을 상대적으로 낮출 수 있도록 조절한다. 이로써 식각 종료 후에 피처리 기판(W)과 피처리 기판(W2)의 리세스들(130, 132)의 깊이가 동일할 수 있다.
도 13를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식각 시스템의 식각 공정 제어 장치를 이용하여 식각 공정을 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 도 13은 서로 다른 파장을 갖는 간섭광의 시간에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 하나의 파장에 대해서 두 번의 극값이 발생되는 간섭광이 관찰되기 위해서는 반사광(L2) 및 반사광(L3) 사이의 광 경로차가 최소한 관찰되는 간섭광의 파장의 1/2 이상이 되어야 한다. 또한 극값 검출을 위한 신호 처리를 위해서는 극값 전후로 추가적인 시간 여유가 존재하는 것이 좋다. 따라서 피식각층이 식각되는 깊이가 충분히 길지 않은 경우에는 두 번의 극값이 발생되는 간섭광이 존재하지 않을 수 있다. 이 경우에는 도 13에 도시된 바와 같이 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 간섭광을 이용한다.
도 1 및 도 13을 참조하면, 도 3의 피처리 기판(W)의 식각 공정에 있어서, 신호 처리부(28)에서는 두 반사광(L2, L3)에 의한 간섭광들 중 파장이 서로 다른 간섭광 A의 강도의 극값의 발생 시점과 간섭광 B의 강도의 극값의 발생 시점을 각각 검출한다. 신호 처리부(28)에서 검출된 간섭광 A의 강도의 최초 극값이 발생하는 시점은 t11이며, 간섭광 B의 강도가 최초 극값이 발생하는 시점은 t41이다. 이 때 t11은 간섭광 A의 강도의 최초 극값이 발생되는 시점의 기준 발생 시점이 되며, t41는 간섭광 B의 강도의 최초 극값이 발생되는 시점이 기준 발생 시점이 된다.
간섭광 A의 강도의 최초 극값이 발생하는 시점에서 마스크 패턴(120)과 피식각층(110)의 계면에서부터 식각된 피식각층(110)의 표면까지의 깊이는 마스크 패턴(120)의 두께 또는 공정 조건 등에 상관 없이 피처리 기판(W)마다 동일하며, 간섭광 B의 강도의 최초 극값이 발생하는 시점에서 마스크 패턴(120)과 피식각층(110)의 계면에서부터 식각된 피식각층(110)의 표면까지의 깊이도 마스크 패턴(120)의 두께 또는 공정 조건 등에 상관 없이 피처리 기판(W)마다 동일하다.
따라서 식각 공정들의 식각률이 서로 다르면 각 식각 공정에 있어서 간섭광 A의 강도의 최초 극값이 발생하는 시점과 간섭광 B의 강도의 최초 극값이 발생하는 시점 사이의 시간차가 서로 다르다. 이를 이용하여 식각률의 차이로 인하여 식각 종료 후에 리세스의 깊이가 서로 달라지는 것을 실시간으로 제어할 수 있다.
도 10 내지 도 12를 이용하여 설명한 것과 유사하게, 신호 처리부(28)에서 간섭광 A의 강도의 최초 극값의 발생 시점 및 간섭광 B의 강도의 최초 극값의 발생 시점을 각각 검출하고, 제어부(29)에서 각 식각 공정에 있어서 간섭광 A의 강도의 최초 극값의 발생 시점을 기준 시점인 t11과 비교하며, 간섭광 B의 강도의 최초 극값의 발생 시점을 기준 시점인 t41과 비교한다. 그리고 제어부(29)에서 각 식각 공정에 있어서 간섭광 A의 강도의 최초 극값의 발생 시점과 간섭광 B의 강도의 최초 극값의 발생 시점 사이의 시간차를 t41와 t11 사이의 시간차 Δt4와 비교한다.
간섭광 A의 강도의 최초 극값의 발생 시점과 간섭광 B의 강도의 최초 극값의 발생 시점 사이의 시간차가 기준값 Δt4보다 크면, 해당 식각 공정의 식각률은 기준 식각 공정의 식각률보다 낮다. 이 경우 식각 종료 후에 피처리 기판의 리세스들의 깊이의 균일도를 유지하기 위해서는 제어부(29)는 해당 식각 공정의 종료 시점을 기준 식각 공정의 경우보다 늦추거나, 가스 유량, 전원, 압력 등을 변경하여 식각률을 상대적으로 높게 조절할 필요가 있다. 이에 반하여, 간섭광 A의 강도의 최초 극값의 발생 시점과 간섭광 B의 강도의 최초 극값의 발생 시점 사이의 시간차가 기준값 Δt4보다 작으면, 해당 식각 공정의 식각률은 기준 식각 공정의 식각률보다 높다. 이 경우 식각 종료 후에 피처리 기판의 리세스들의 깊이의 균일도를 유지하기 위해서는 제어부(29)는 해당 식각 공정의 종료 시점을 기준 식각 공정의 경우보다 앞당기거나, 가스 유량, 전원, 압력 등을 변경하여 식각률을 상대적으로 낮게 조절할 필요가 있다. 이로써 식각 종료 후에 피처리 기판들마다 리세스들의 깊이가 동일할 수 있다.
도 14를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식각 시스템의 식각 공정 제어 장치를 이용하여 식각 공정을 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 도 14는 식각된 피식각층의 식각면이 보잉 프로파일(Bowing profile)을 갖는 경우를 설명하기 위한 피처리 기판의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 마스크 패턴(122)의 두께(d3)가 기준이 되는 식각 공정의 마스크 패턴(도 3의 120)의 두께(d1)보다 작은 경우, 리세스(132)의 측면 식각이 증가되어 리세스(132)의 식각면이 보잉 프로파일(Bowing profile)을 가질 수 있다. 도 2 내지 도 8을 통하여 설명된 바와 같이 마스크 패턴의 두께가 서로 다르게 형성된 피처리 기판의 식각 공정에서 간섭광의 강도의 최초의 극값이 발생되는 시점이 서로 다르다는 것을 이용하여, 간섭광의 강도의 최초의 극값이 발생되는 시점이 기준이 되는 식각 공정과 비교하여 상대적으로 빠른 경우, 즉 마스크 패턴의 두께가 기준이 되는 식각 공정과 비교하여 상대적으로 작은 경우에는 가스 유량, 전원, 압력 등의 공정 조건을 상대적으로 낮춤으로써 리세스(132)의 프로파일을 제어할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
11: 처리실 12: 하부 전극
13: 샤워헤드 14: 배기부
15: 정합기 16: 전원
17: 버퍼실 18: 처리 가스 도입관
19: 처리 가스 도입관 20: 가스 구멍
21: 모니터링부 22: 모니터링 창
23: 집광 렌즈 24: 광 섬유
25: 식각 공정 제어 장치 110: 피식각층
120: 마스크 패턴 130, 131, 132: 리세스

Claims (10)

  1. 피처리 기판으로 입사광을 조사하기 위한 광원;
    상기 피처리 기판으로부터 반사되는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 파장별 강도를 측정할 수 있는 광량 측정부;
    상기 간섭광의 파장별 강도 변화시 상기 강도의 극값의 발생 시점을 검출할 수 있는 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부에서 검출된 상기 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 이와 대응하는 기준 시점과 비교하고 그 결과에 따라 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함하는 식각 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 피처리 기판은 피식각층 및 상기 피식각층 상에 형성된 마스크 패턴을 포함하며,
    상기 간섭광은 상기 피식각층과 상기 마스크 패턴 사이의 계면에서의 반사광과 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 상기 피식각층의 표면에서의 반사광의 간섭광인 식각 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점을 검출하는 식각 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점이 상기 기준 시점보다 늦으면, 상기 제어부는 식각 종료의 기준 시점에 상기 간섭광의 최초 극대값이 발생되는 시점과 상기 기준 시점 사이의 시간차를 더한 시점에서 식각이 종료되도록 상기 식각 종료 시점을 조절하는 식각 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 간섭광의 강도의 최초 극대값이 발생되는 시점이 상기 기준 시점보다 빠르면, 상기 제어부는 식각 종료의 기준 시점으로부터 상기 기준 시점과 상기 간섭광의 최초 극대값이 발생되는 시점 사이의 시간차를 뺀 시점에서 식각이 종료되도록 상기 식각 종료 시점을 조절하는 식각 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 간섭광 중 동일한 파장을 갖는 하나의 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생되는 시점 및 두 번째 극값이 발생되는 시점을 검출하는 식각 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생되는 시점 및 두 번째 극값이 발생되는 시점 각각을 대응하는 상기 기준 시점들과 비교하고,
    상기 간섭광의 강도의 첫 번째 극값이 발생되는 시점과 두 번째 극값이 발생되는 시점 사이의 시간차를 이에 대응하는 상기 기준 시점들간의 시간차와 더 비교하여 그 결과에 따라 공정 조건을 조절하는 식각 시스템.
  8. 피처리 기판으로 입사광을 조사하기 위한 광원;
    상기 피처리 기판으로부터 반사되는 반사광들의 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 파장별 강도를 측정할 수 있는 광량 측정부;
    상기 간섭광 중 제1 파장을 갖는 제1 간섭광 및 제1 파장과 서로 다른 제2 파장을 갖는 제2 간섭광에 대해 상기 제1 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점 및 상기 제2 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점을 검출할 수 있는 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부에서 검출된 상기 제1 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점 및 상기 제2 간섭광의 강도의 극값의 발생 시점 사이의 시간차를 이와 대응하는 기준 시간차와 비교하고 그 결과에 따라 공정 조건을 조절하는 제어부를 포함하는 식각 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 피처리 기판은 피식각층 및 상기 피식각층 상에 형성된 마스크 패턴을 포함하며,
    상기 간섭광은 상기 피식각층과 상기 마스크 패턴 사이의 계면에서의 반사광과 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 상기 피식각층의 표면에서의 반사광의 간섭광인 식각 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 제1 및 제2 간섭광의 강도의 최초 극값이 발생되는 시점을 검출하는 식각 시스템.
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