KR20180089201A - 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단방법 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법이 개시된다. 이러한 식각 종료점 진단 방법은 플라즈마 진단 장비를 이용하여 일정한 시간간격으로 순차적으로 측정된 n개의 로우 데이터들(Raw data)을 수집하는 단계, 로우 데이터들을 정규화(normalization)하여 n개의 분석대상 데이터들을 생성하는 단계, 유클리드 공간에서 모든 경우의 수에 따라 n개의 분석대상 데이터들을 2개의 군집(cluster)으로 분류하고 각 경우에 대해 분석대상 데이터들 사이의 거리에 기초하여 군집 유효도 값들(cluster validity factors)을 산출하는 단계 및 산출된 군집 유효된 값들 중 최소값의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단하는 단계를 구비한다.

Description

플라즈마 공정의 식각 종료점 진단방법{METHOD OF DETERMINING AN ETCHING END POINT OF PLASMA PROCESS}
본 발명은 플라즈마 식각 공정 중 반응기의 상태 변화를 통해 식각 공정의 종료점을 진단하는 방법에 관한 것이다.
플라즈마 공정은 1980년대 중반 이후 반도체의 집적도가 높아짐에 따라 선폭 미세화를 위해 실제 공정에 도입되었으며, 현재는 반도체 및 디스플레이 패널 생산에서의 식각 및 증착공정을 포함하여 각종 표면처리공정 등에 폭넓게 사용되고 있다. 그런데 플라즈마를 이용한 공정의 난이도가 계속 증가함에 따라, 공정 진행 중 반응기의 상태 변화 양상에 대한 정확한 파악이 중요해 졌으며, 또한 공정의 재현성 확보 및 공정 조건의 안전성 확보에 대한 필요성이 커지고 있다. 이러한 요구들을 달성하기 위해서는 기판 위의 박막에 직접적으로 영향을 주는 플라즈마의 특성을 파악하는 것이 필수적이며, 이를 위해 여러 종류의 방법들이 사용되고 있다.
일반적으로 플라즈마의 물리적, 화학적 상태는 반응기의 형태, 반응기 내의 압력, 주입 가스, 인가된 전압, 공정 진행 상황 등 다양한 변수들의 영향을 받아 결정된다. 이러한 다양한 변수들로 인하여, 공정 진행이 완료된 기판에 대하여 임의적인 표본을 추출하여 조사하는 것으로는 공정 진행에 최적인 조건을 구하기가 어려운 상황이다. 따라서 적절한 진단 도구를 이용하여 플라즈마의 물리적, 화학적 상태변화를 파악하고, 이를 통해서 플라즈마 반응기 내에서 실제로 발생하는 현상을 이해할 수 있을 때 정확한 공정 제어가 가능하다.
플라즈마 상태를 파악하기 위해 현재 사용되고 있는 실시간 진단기술은 크게 플라즈마에 상대적으로 많은 교란을 주는 침습식과 플라즈마에 거의 교란을 주지 않는 비침습식으로 나눌 수 있다. 정전 탐침(electrostatic probes) 기법인 랭뮤어 탐침(langmuir probe)이나 이중 플로팅 탐침(double floating probe)처럼 플라즈마에 상대적으로 큰 교란을 주는 경우 침습식으로 분류되고, 이러한 침습식의 경우 비침습식에서 얻을 수 없는 정보를 얻을 수 있으므로 공정조건 확립에 사용될 수 있으나, 플라즈마에 일어나는 교란 때문에 제조 현장에서 사용이 어려운 단점이 있다. 그리고 빛을 이용해서 플라즈마를 진단하는 광학적 진단 기법처럼 플라즈마에 거의 교란을 주지 않는 경우 비침습식으로 분류된다. 대표적인 것으로 빛 방출 분석 방법(optical emission spectroscopy)을 들 수 있는데, 이 방법은 플라즈마에서 방출되는 빛의 파장별 강도를 분석하는 장비이다. 각 파장들의 강도는 플라즈마를 구성하는 원자 및 분자에 따라 변화하게 되며, 장비개발 과 양산공정 전반에 걸쳐 널리 쓰이는 진단 방법이다. 이는 플라즈마를 교란하지 않으면서 낮은 비용으로 중성 종과 특정 이온의 존재 유무를 판단할 수 있기 때문이며 현재 플라즈마 식각종료점 검출에 널리 사용 중이다.
일반적으로, 웨이퍼상에 형성되는 박막은 박막형성 공정의 특성 및 하부구조의 단차에 의한 영향으로 위치에 따라서 서로 다른 두께를 가지게 된다. 따라서 박막의 원하는 영역을 완전히 제거하면서 동시에 공정시간을 단축하기 위하여, 식각공정은 주 식각 공정과 과도 식각 공정의 두 단계를 거치게 된다. 주 식각 공정에서는 비교적 식각선택비가 좋지 않지만 식각속도가 빠른 물질로 빠르게 하부 막질이 노출될 때까지 식각을 진행하고, 과도 식각 공정에서는 식각속도가 조금 낮더라도 식각선택비가 좋은 물질을 이용하여 잔류 물질을 정확하게 제거하는 것이다. 이때, 주 식각 공정을 통하여 하부 막질이 드러나는 식각 종료점을 정확히 찾을 필요가 있는데, 이는 과도한 식각을 방지하여 하부 막을 보호하기 위함이다.
플라즈마에서 방출되는 빛을 이용하여 플라즈마를 진단하는 광학적 진단 방법들 중, 빛 방출 분석장치(optical emission spectroscopy, OES)는 원자, 분자, 그리고 이온의 분광학적 특성을 이용하는 방법이다. 플라즈마에 존재하는 전자들 중 충분한 에너지를 가지고 있는 자유전자가 원자, 이온 또는 분자와 충돌할 경우, 원자를 구성하고 있는 전자의 에너지 준위가 상승했다가 다시 낮은 에너지 상태로 천이될 때 빛이 방출되게 된다. 이때 방출되는 빛의 파장은 원자의 종류에 따라 서로 다르므로, 방출되는 빛의 파장에 대한 분석을 통해 어떠한 입자가 플라즈마 내에 존재하는지 알아낼 수 있다. 따라서 이 분석기법은 주로 식각공정과 세정공정에서 공정이 완료되었을 때 반응기 내의 원자종에 변화가 일어남을 이용하여 공정의 종료시점을 파악하는데 사용될 수 있다. 일반적으로는 특정 원자, 이온 또는 분자종과 관련된 단파장 추적을 통하여 공정의 종료점을 검출하며, 또한 공정의 이상 상태 진단에 사용될 수 있다.
플라즈마 공정에서 식각 종료점을 판단하기 위해서 종래에는 일반적으로 플라즈마에서 방출되는 파장을 분석하였다. 한 예로, 플루오로카본 계열 물질을 사용하여 실리콘산화막을 식각하는 경우, 실리콘과 플라즈마 상태의 염소가 반응하여 식각부산물로 염화실리콘과 일산화탄소가 생성된다. 따라서 실리콘산화막이 거의 제거되면 식각부산물의 생성이 급격히 줄어들고, 그에 따라서 염화실리콘 의하여 방출되는 빛의 파장(334.7nm 등)과 일산화탄소에 의하여 방출되는 빛의 파장(482.56nm 등) 세기가 급격하게 낮아지게 된다. 따라서 빛 방출 분석장치 등을 이용하여 관련된 단파장을 선택적으로 추적하여 파장의 세기를 시간에 따르는 함수로 나타내면, 일정 시점에서 변곡점을 가지며 급격히 감소하는 형태의 곡선을 얻을 수 있으며, 이 변곡점을 식각 종료점이라고 결정할 수 있다.
하지만 최소 배선폭(feature size)가 작아져서 식각면적이 작아지면 광학적 신호의 변화량이 감소하고, 또한, 빛 방출 분석을 위해서는 반응기에 석영 창(view port)를 달아야 하는데, 공정 진행 과정에서 생긴 부산물들이 이 석영 창에 달라붙어 신호감도를 점점 나쁘게 만들며, 그에 따라 기존의 빛 방출 분석장치를 통한 종료점 검출이 점점 어렵게 되고 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마로부터 방출되는 복수의 파장의 광들을 이용하여 군집 유효도를 산출하고 이의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단함으로써, 단일 파장의 강도 변화만을 측정하여 식각 종료점을 진단하는 종래의 방법에 비해 신호의 민감도를 현저하게 향상시킬 수 있고, 그 결과, 배선폭이 작아져서 식각 면적이 좁아지더라도 식각 종료점을 실시간으로 정확하게 진단할 수 있는 플라즈마 공정에서의 식각 종료점 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법은 플라즈마 진단 장비를 이용하여 일정한 시간간격으로 순차적으로 측정된 n개의 로우 데이터들(Raw data)을 수집하는 제1 단계; 상기 로우 데이터들을 정규화(normalization)하여 n개의 분석대상 데이터들을 생성하는 제2 단계; 유클리드 공간에서 모든 경우의 수에 따라 상기 n개의 분석대상 데이터들을 2개의 군집(cluster)으로 분류하고 각 경우에 대해 분석대상 데이터들 사이의 거리에 기초하여 군집 유효도 값들(cluster validity factors)을 산출하는 제3 단계; 및 상기 산출된 군집 유효도 값들 중 최소값의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단하는 제4 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 군집 유효도 값들은 하기 수식 1을 이용하여 산출될 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
상기 수식 1에서, V, n, xi,
Figure pat00002
및
Figure pat00003
는 ‘군집 유효도 값’‘분석대상 데이터의 수’‘번째 분석대상 데이터의 값’‘개의 분석대상 데이터의 평균값’및 ‘번째 군집에 속한 분석대상 데이터들의 평균값’을 각각 나타내고, aij는 i번째 분석대상 데이터가 j번째 군집에 속할 때는 1이며 i번째 분석대상 데이터가 j번째 군집에 속하지 않을 때에는 0이다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 진단 장비는 빛 방출 분석장치(OES), 자체 빛 방출 분석장치(SPOES) 또는 플라즈마 임피던스 모니터링 장치(VI probe)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 플라즈마 진단 장비가 플라즈마로부터 발생되는 M개의 파장들에 대한 각각의 강도를 측정하는 빛 방출 분석장치(OES) 또는 자체 빛 방출 분석장치(SPOES)를 포함하는 경우, 상기 로우 데이터는 상기 M개의 파장들 중 2개 이상의 파장들의 각각의 강도 정보를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 플라즈마 진단 장비가 플라즈마 임피던스 모니터링 장치(VI probe)가 사용되는 경우, 상기 로우 데이터 각각은 각각의 측정 시간에서의 전압, 전류 및 임피던스 및 그 고조파들 각각의 크기 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제4 단계에서 상기 최소 군집 유효도 값의 시간에 따른 변화는 상기 n개의 분석대상 데이터들 중 최초 측정된 로우 데이터를 제외하고 새로이 측정된 신규 로우 데이터를 추가하여 n개의 분석대상 데이터를 유지한 상태에서 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계를 수행함으로써 도출될 수 있다. 이는 분석대상 데이터의 수 n이 미리 정해둔 임의의 수 k개 이상 누적되었을 때 적용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 플라즈마로부터 방출되는 복수의 파장의 광들을 이용하여 군집 유효도를 산출하고 이의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단함으로써, 단일 파장의 강도 변화만을 측정하여 식각 종료점을 진단하는 종래의 방법에 비해 신호의 민감도를 현저하게 향상시킬 수 있고, 그 결과, 배선폭이 작아져서 식각 면적이 좁아지더라도 식각 종료점을 실시간으로 정확하게 진단할 수 있다.
또한, 연산장치의 성능에 따라 분석대상 데이터를 수의 조절이 용이하고, 그 결과, 분석대상 데이터의 수를 증가시킬 경우, 노이즈가 감소된 정확한 신호를 파악하여 식각 종료점을 정확하게 진단할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법을 설명하기 위한 순서도 및 알고리즘이다.
도 3a는 웨이퍼 표면적을 기준으로 4.0%의 면적을 갖는 산화실리콘 패턴에 대한 플라즈마 공정 동안 측정된 파장에 따른 강도 정보를 포함하는 로우 데이터를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 상기 로우 데이터를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA'), 비교예에 따른 주성분 분석방법('PCA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’에 따라 분석한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 3c는 도 3b의 그래프 중 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’의 결과를 미분한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 웨이퍼 표면적을 기준으로 1.0%의 면적을 갖는 산화실리콘 패턴에 대한 플라즈마 공정 동안 측정된 파장에 따른 강도 정보를 포함하는 로우 데이터를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 상기 로우 데이터를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA'), 비교예에 따른 주성분 분석방법('PCA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’에 따라 분석한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 4c는 도 4b의 그래프 중 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’의 결과를 미분한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법을 설명하기 위한 순서도 및 알고리즘이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법은 플라즈마 진단 장비를 이용하여 일정한 시간간격으로 순차적으로 측정된 n개의 로우 데이터들(Raw data)을 수집하는 제1 단계(S110); 상기 로우 데이터들을 정규화(normalization)하여 n개의 분석대상 데이터들을 생성하는 제2 단계(S120); 유클리드 공간에서 모든 경우의 수에 따라 상기 n개의 분석대상 데이터들을 2개의 군집(cluster)으로 분류하고 각 경우에 대해 하기 수식 1을 이용하여 군집 유효도 값(cluster validity factor)을 산출하는 제3 단계(S130); 및 상기 산출된 군집 유효된 값들 중 최소값의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단하는 제4 단계(S140)를 포함한다.
상기 제1 단계(S110)에 있어서, 상기 플라즈마 진단 장비는 플라즈마 공정에서 플라즈마의 물리적, 화학적 상태 변화를 진단하는 장비로서, 빛 방출 분석장치(OES), 자체 빛 방출 분석장치(SPOES), 플라즈마 임피던스 모니터링 장치(VI probe) 등을 포함할 수 있고, 상기 n개의 로우 데이터들은 일정한 시간간격으로 순차적으로 측정된 데이터들일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 진단 장비로 빛 방출 분석장치(OES), 자체 빛 방출 분석장치(SPOES) 등이 사용되는 경우, 상기 로우 데이터 각각은 각각의 측정 시간에서 플라즈마에서 방출되는 광들 중 2개 이상의 파장들에 대한 강도 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 플라즈마 진단 장비가 M개의 파장들에 대한 각각의 강도를 측정하는 경우, 상기 로우 데이터는 상기 M개의 파장들 중 2개 이상 파장들, 예를 들면, M개 파장들의 각각의 강도 정보를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 진단 장비로 플라즈마 임피던스 모니터링 장치(VI probe)가 사용되는 경우, 상기 로우 데이터 각각은 각각의 측정 시간에서의 전압, 전류 및 임피던스 및 그 고조파들 각각의 크기 정보를 포함할 수 있다.
한편, 상기 측정 시간 간격은 플라즈마 식각의 속도, 상기 플라즈마 진단 장비의 성능 등을 기초로 임의로 설정될 수 있고, 상기 로우 데이터의 수는 컴퓨터 등과 같은 연산장치의 연산능력을 기초로 임의로 설정될 수 있다.
상기 제2 단계(S120)에 있어서, 상기 n개의 로우 데이터들은 평균 및 표준 편차를 기초로 정규화됨으로써, 상기 n개의 분석대상 데이터들을 생성할 수 있다. 상기 로우 데이터들을 정규화하여 분석대상 데이터를 생성하고 이를 이용하여 식각 종료점을 진단함으로써, 측정 로우 데이터 값의 단위에 의한 영향을 제거할 수 있고 신호의 상대적 비율 변화를 고려할 수 있게 된다.
상기 제3 단계(S130)에 있어서, 상기 n개의 분석대상 데이터들 각각은 유클리드 공간의 점에 대응될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 진단 장비로 빛 방출 분석장치(OES), 자체 빛 방출 분석장치(SPOES) 등이 사용되고 상기 분석대상 데이터 각각이 플라즈마에서 방출되는 광들 중 M개의 파장들 각각의 강도 정보를 포함하는 경우, 상기 유클리드 공간은 M개의 파장들에 대응하는 축에 의해 정의되는 M차원의 공간 또는 M개의 파장들 중 일부에 의해 정의되는 공간일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 진단 장비로 플라즈마 임피던스 모니터링 장치(VI probe)가 사용되고 상기 분석대상 데이터 각각이 전압, 전류 및 임피던스의 N차 고조파들 각각의 크기 정보를 포함하는 경우, 상기 유클리드 공간은 상기 전압, 전류 및 임피던스의 고조파들에 대응하는 축들에 의해 정의되는 3N차원 공간 또는 이들 중 일부에 의해 정의되는 공간일 수 있다.
상기와 같은 유클리드 공간의 점들에 각각 대응하는 상기 n개의 분석대상 데이터들에 대해, 모든 경우의 수에 따라 2개의 군집으로 분류하고, 각 경우의 수에 따라 2개의 군집으로 분류된 분석대상 데이터들에 대해 하기 수식 1을 이용하여 각 분류된 경우들에 대응하는 군집 유효도 값을 산출할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00004
상기 수식 1에서, V, n, xi,
Figure pat00005
및
Figure pat00006
는 ‘군집 유효도 값’‘분석대상 데이터의 수’‘번째 분석대상 데이터의 값’‘개의 분석대상 데이터의 평균값’및 ‘번째 군집에 속한 분석대상 데이터들의 평균값’을 각각 나타내고, AT는 A의 전치행렬(transposed matrix)을 나타낸다. 그리고 aij는 1 또는 0의 값을 가지는 계수로서, i번째 분석대상 데이터가 j번째 군집에 속할 때는 1이고, i번째 분석대상 데이터가 j번째 군집에 속하지 않을 때에는 0이다.
상기 수식 1에 의해 산출되는 군집 유효도 값은 각 유효데이터들 사이의 유클리드 거리에 기초하여 군집 분류의 유효성을 평가하는 기준으로서, 군집 유효도 값(V)이 1에 가깝다면 이는 군집간 특성의 차이가 별로 없음을 나타내는 것으로서 군집 분류가 유효하지 않음을 의미하고, 군집 유효도 값(V)이 1보다 작을수록 분류된 군집들 사이의 특성 차이가 큼을 나타내는 것으로서 군집 분류가 유효함을 의미한다. 따라서, 모든 경우의 수에 따라 상기 n개의 분석대상 데이터들을 2개의 군집으로 분류하는 경우, 최소 군집 유효도 값을 갖는 경우에 따라 2개의 군집으로 분류되는 것이 가장 유효하게 분류된 것으로 평가될 수 있다.
상기 제4 단계(S140)에 있어서, 상기 산출된 군집 유효도 값들 중 최소값(이하 ‘최소 군집 유효도 값’이라 함)의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 최소 군집 유효도 값의 시간에 따른 변화는 상기 n개의 분석대상 데이터들 중 최초 측정된 값을 제외하고 새로이 측정된 값을 추가하는 방식으로 n개의 분석대상 데이터를 유지한 상태에서 앞에서 설명한 방식에 따라 군집 유효도 값들을 산출함으로써 파악할 수 있다. 이는 분석 대상 데이터의 수 n이 미리 정해둔 임의의 수 k개 이상 누적되었을 때 적용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 식각 종료점은 시간에 따른 상기 최소 군집 유효도 값의 변화율을 산출함으로써 진단할 수 있다. 플라즈마 공정에서, 식각 종료점을 기준으로 플라즈마의 물리적, 화학적 상태가 급격히 변화한다. 따라서, 식각 종료점 이전 상태에서는 상기 최소 군집 유효도 값의 변화 속도가 상대적으로 일정하나, 상기 식각 종료점에서는 상기 최소 군집 유효도 값의 변화 속도가 크게 변화한다. 따라서, 본 발명에서는 상기 최소 군집 유효도 값의 변화 속도가 크게 변화하는 시점이 파악하여 상기 식각 종료점을 진단하는 것이다.
이하 본 발명의 기술적 효과를 상술하기 위해 실시예들에 대해 설명한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
[실험 방법]
포토레지스트가 코팅되고 직경이 300mm인 실리콘 웨이퍼 상에 150nm의 두께를 갖고 상기 웨이퍼 표면적을 기준으로 4.0% 및 1.0%의 면적을 갖는 산화실리콘 패턴들이 각각 형성된 시료들에 대해 상기 산화실리콘 패턴을 식각하기 위한 플라즈마 식각 공정을 수행하였다. 이때, 상기 산화실리콘 패턴을 식각하기 위해, 40 sccm CF4, 10sccm O2, 40sccm Ar을 주입하면서 50 mTorr의 압력 하에서 250 W의 소스(source) 파워와 바이어스(bias) 파워를 인가하였다.
플라즈마 식각 공정 동안 빛 방출 분석장치(OES)를 이용하여 199.4nm에서 1099.6nm사이의 파장들을 2755개의 채널로 나눠 0.5초 간격으로 신호를 측정하였다.
[분석 결과]
도 3a는 웨이퍼 표면적을 기준으로 4.0%의 면적을 갖는 산화실리콘 패턴에 대한 플라즈마 공정 동안 측정된 파장에 따른 강도 정보를 포함하는 로우 데이터를 나타내는 그래프이고, 도 3b는 상기 로우 데이터를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA'), 비교예에 따른 주성분 분석방법('PCA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’에 따라 분석한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 3c는 도 3b의 그래프 중 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’의 결과를 미분한 결과를 나타내는 그래프이다. 그리고 도 4a는 웨이퍼 표면적을 기준으로 1.0%의 면적을 갖는 산화실리콘 패턴에 대한 플라즈마 공정 동안 측정된 파장에 따른 강도 정보를 포함하는 로우 데이터를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 상기 로우 데이터를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA'), 비교예에 따른 주성분 분석방법('PCA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’에 따라 분석한 결과를 나타내는 그래프이며, 도 4c는 도 4b의 그래프 중 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법('Ts-CA') 및 비교예에 따른 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’의 결과를 미분한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 도 4a를 참조하면, SiO2의 상대적으로 좁은 면적으로 인하여 단일 파장에 대한 강도 변화 분석으로는 식각 종료점에 따른 신호의 변화 시간을 파악하기 어려움을 확인할 수 있다.
도 3b, 도 3c, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 식각 종료점 진단 방법은 종래에 이미 적용되고 있는 비교예에 따른 주성분 분석방법('PCA') 및 수정된 K-평균군집 분석방법(‘’과 동일한 지점에서 신호 변화가 일어남을 확인할 수 있고, 특히, 도 3c 및 도 4c에 도시된 바와 같이 최소 군집 유효도 값의 변화율을 산출하는 경우에는 식각 종료점에서 변화율이 급격하게 변함을 확인할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 플라즈마로부터 방출되는 복수의 파장의 광들을 이용하여 군집 유효도를 산출하고 이의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단함으로써, 단일 파장의 강도 변화만을 측정하여 식각 종료점을 진단하는 종래의 방법에 비해 신호의 민감도를 현저하게 향상시킬 수 있고, 그 결과, 배선폭이 작아져서 식각 면적이 좁아지더라도 식각 종료점을 실시간으로 정확하게 진단할 수 있다.
또한, 연산장치의 성능에 따라 분석대상 데이터를 수의 조절이 용이하고, 그 결과, 분석대상 데이터의 수를 증가시킬 경우, 노이즈가 감소된 정확한 신호를 파악하여 식각 종료점을 정확하게 진단할 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.
없음

Claims (7)

  1. 플라즈마 진단 장비를 이용하여 일정한 시간간격으로 순차적으로 측정된 n개의 로우 데이터들(Raw data)을 수집하는 제1 단계;
    상기 로우 데이터들을 정규화(normalization)하여 n개의 분석대상 데이터들을 생성하는 제2 단계;
    유클리드 공간에서 모든 경우의 수에 따라 상기 n개의 분석대상 데이터들을 2개의 군집(cluster)으로 분류하고 각 경우에 대해 분석대상 데이터들 사이의 거리에 기초하여 군집 유효도 값들(cluster validity factors)을 산출하는 제3 단계; 및
    상기 산출된 군집 유효된 값들 중 최소값의 시간에 따른 변화를 기초로 식각 종료점을 진단하는 제4 단계를 포함하는, 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 군집 유효도 값들은 하기 수식 1을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법:
    [수식 1]
    Figure pat00007

    상기 수식 1에서, V, n, xi,
    Figure pat00008
    및
    Figure pat00009
    는 ‘군집 유효도 값’‘분석대상 데이터의 수’‘번째 분석대상 데이터의 값’‘개의 분석대상 데이터의 평균값’및 ‘번째 군집에 속한 분석대상 데이터들의 평균값’을 각각 나타내고, aij는 i번째 분석대상 데이터가 j번째 군집에 속할 때는 1이며 i번째 분석대상 데이터가 j번째 군집에 속하지 않을 때에는 0이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 진단 장비는 빛 방출 분석장치(OES), 자체 빛 방출 분석장치(SPOES) 또는 플라즈마 임피던스 모니터링 장치(VI probe)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 진단 장비가 플라즈마로부터 발생되는 M개의 파장들에 대한 각각의 강도를 측정하는 빛 방출 분석장치(OES) 또는 자체 빛 방출 분석장치(SPOES)를 포함하는 경우, 상기 로우 데이터는 상기 M개의 파장들 중 2개 이상의 파장들의 각각의 강도 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 진단 장비가 플라즈마 임피던스 모니터링 장치(VI probe)가 사용되는 경우, 상기 로우 데이터 각각은 각각의 측정 시간에서의 전압, 전류 및 임피던스 및 그 고조파들 각각의 크기 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 로우 데이터들은 표준 편차를 기초로 정규화되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서 상기 최소 군집 유효도 값의 시간에 따른 변화는 상기 n개의 분석대상 데이터들 중 최초 측정된 로우 데이터를 제외하고 새로이 측정된 신규 로우 데이터를 추가하여 n개의 분석대상 데이터를 유지한 상태에서 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계를 수행함으로써 도출되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 공정의 식각 종료점 진단 방법.
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