KR920000676B1

KR920000676B1 - 표면층 제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법

Info

Publication number: KR920000676B1
Application number: KR1019870013426A
Authority: KR
Inventors: 겐다로오 니시오까
Original assignee: 다이닛뽕 스크린 세이조오 가부시기가이샤; 이시다 도구지로오
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1992-01-20
Also published as: US4767495A; KR880008424A; JPH0319698B2; JPS63147327A

Abstract

내용 없음.

Description

표면층 제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법

제1도는 종래의 처리종점 검지방법이 설명도

제2도는 실시예에서 사용되는 장치의 블록도.

제3도 -제6도 및 제9도는 실시예의 원리설명도.

제7도는 본 발명의 제1실시예의 동작을 나타낸 순서도.

제8도는 제1실시예에 있어서의 파형도.

제10도는 제2실시예의 동작을 나타낸 순서도.

제11도는 제2실시예에 있어서의 파형도.

제12도는 제3실시예의 동작을 나타낸 순서도.

제13도 및 제14도는 제3실시예에 있어서의 비교판단을 나타낸 파형도.

제15도 및 제16도는 본 발명의 변형에의 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

BT : 기준주기 L_R: 반사광

r : 표면층 제거처리진행속도 λ₀: 파장

S : 수광신호 (G(i)) : 차분절대치

* T에 대한 부호의 설명

T : 기준주기 L_R: 반사광

r : 표면층 제거처리진행속도 λ₀: 파장

S : 수광신호 (G(i) : 차분절대치, TQ : 시정수)

T₁: 종기파전시간폭 V₀: 비교최저한계값

본 발명은 반도체기판이나 액정용기판등(이하 “웨이퍼”라고 칭한다)의 에칭(ething)공정과 같이 기체상에 형성된 표면층을 제거하는 처리에 있어서, 그 제거처리가 종료한 시점을 검지하기 위한 방법에 관한 것이다.

반도체장치의 제조에 있어 에칭공정등에 있어서는 희망하는 영역의 에칭이 종료한 시점을 정확하게 검지하고 그 시점에서 에칭액에 웨이퍼(wafer)의 침지(浸漬)등을 정지시킬 필요가 있었다.

그것은 필요이상으로 에칭액에 웨이퍼를 침지시킨다던가, 에칭액을 웨이퍼 표면에 분무한다거나 하면 주위의 영역으로의 옆패임(side eatching)등이 커져버리기 때문이다. 그리고 이와같은 점검검지방법으로서는 다음의 각 기술이 알려져 있다.

제1기술에 있어서는 웨이퍼를 사이에 두고 적외광투광기와 수광기(수광기)를 설치한다. 이 수광기의 출력(Q₁)(제1도)는 도면에 없는 대수증폭회로, 최고값(peak value)검출회로, 필터회로 및 미분회로에 의하여 처리되어서 신호(Q₂)로 된다. 그리고 신호(Q₂)이 시간적 변화가 관찰된다.

신호(Q₂)가 시동한 시점을 T₁이라하고 에칭의 진행에 따라서 표면의 알루미늄층이 제거되어서 이 신호(Q₂)가 정지된 시점을 t₂라고 하자. 이때 상기한 시점(t₂)으로 부터 기산하여(t₂-t₁)에 비례한 시간이 경과한 다음의 시점(t₃)이 에칭종로 점으로서 검지된다.

제2의 종래기술에서는 상기와 마찬가지의 광학계통배치에서 수광기의 출력(Q₁)의 차분값을 일정한 시정수로 평활화(편균화)한 값을 처리종점검지의 지표로서 사용한다.

그리고 이 지표가 저레벨로 되었음을 검출하므로서 에칭종료가 가까워졌음을 알 수 있도록 하고 있다. 나아가서 제3의 종래기술에서는 에칭개시시에 있어서의 수광출력 초기값이 기억된다. 그리고 수광기출력이 이 초기값으로 부터 레벨변동을 발생하여 다시금 소정시간이 경과한 시점을 처리종점으로 하고 있다.

이와같은 각 기술은 그나름대로 특징이 있으나 이것들은 모두 알루미늄층과 같이 빛이 투과하지 않는 표면층을 에칭하는 경우에만 적용될 수 있는 것이다. 그것은 빛을 투과하는 표면층을 에칭하는 경우에는 에칭의 종료에 의하여 수광기출력이 출현하다고 하는 현상은 발생하기 않기 때문이다.

또, 제4의 기술(PCT/US 83/00655)에는 에칭물질이 특징의 파장영역에서 광투과성을 지녔을 경우에 대한 기술이 게재되어 있다. 즉 이 기술에서는 에칭부분의 영역보다 현저히 큰 영역을 광조사한다.

그리고, 에칭의 진행에 대하여 에칭층으로부터 표면반사하는 빛과 에칭층을 투과하여 지지기체표면층으로 부터 반사하는 빛과의 빛간섭신호를 얻는다. 이 신호에 대하여 2차 및 3차의 미분(微分)을 하게된다. 그리고 양 미분신호가 실질적으로 영으로된 시점에서 부터 그 시점으로 되기까지에 경과한 시간의 1배 또는 2배로 대략 같은 시간이 경과하였을때에는 에칭을 정지시킨다.

그런데 본 기술에서는 웨이퍼를 회전시키면서 그 표면에 노즐로 부터 표면처리액을 분사하여 표면처리를 하는 경우에 있어 문제가 발생한다. 결과적으로 이와 같은 처리방시의 경우에는 에칭이 종료한 다음에도 센서출력에 약간의 시간적 변화를 볼 수 있는 경우가 자주 있다. 이와같은 때에는 센서출력이 영으로 수렴하는 것을 전제로 하고 있는 이 제4이 기술은 이와같은 경우에는 적용할 수 없다.

본 발명은 피처리물상에 설치된 표면층을 제거하는 표면층제거처리의 종료시점을 검지하는 방법을 대상으로 하고 있다. 본 발명에 있어서는 우선 표면층을 투과할 수 있는 빛의 파장과 표면층 제거처리에 의한 표면층의 두께의 감소가 파장의 2분의 1만큼 진행함에 필요한 기준주기를 구하여 둔다. 그리고, 표면층 제거처리를 하면서 피처리물에 빛을 조사하는 한편에서 피처리물로 부터의 반사광 또는 투과광의 강도를 검출하여 강도검출신호를 발생한다.

이 강도검출신호에 따라 종료시점을 검지하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 스텝, 즉 강도검출신호의 시간적 변화를 표현한 제1데이터를 발생하는 스텝, 기준주기에 비례한 시간간격마다의 제1데이터의 시간차분값을 구하여 그에 따라서 제1데이터로 부터 기준주기에 비례한 순환주기로 주기적인 시간변화를 하는 성분을 추출하는 스텝, 시간차분값의 주기변화를 표현한 제2데이터를 구하는 스텝 및 제2데이터의 값을 일정한 최저한계치(threshold)를 비교하여 제2데이터의 값과 전술한 최저한계치와의 대소관계가 반전한 시점을 기초로하여 종래시점을 검지하는 스텝을 구비하고 있다.

예를 들면, 피처리물로 부터의 반사광이 강도검출신호가 제8a도와 같이 시간변화할때 제1데이터는 제8c도와 같이 구할 수 있다. 제1데이터의 차분값은 제8d도와 같이 시간변화한다. 바람직한 실시예에 의하며 제8d도의 파형은 평균화되어서, 제8e도에 나타낸 제2데이터를 얻게된다. 그리고 제2데이터의 값이 최저 한계값(V₀)이하로 된 시점(t_f)을 기초로 하여 종료시점(t_e)이 특정된다.

본 발명은 또, 피처리물상에 설치된 표면층을 제거하는 표면층제거처리의 종료시점을 검지하는 장치를 제공한다. 이 장치는 다음의 것을 구비한다. 표면층을 투과할 수 있는 빛을 피처리물에 향하여 조사하는 빛조사수단, 피처리물에서의 반사광 또는 피처리물의 투과광을 수광하여 전기신호를 발생하는수광수단, 수광수단으로부터의 전기신호를 제1시정수로 시간적으로 평균화하고, 그에 따라서 제1데이터를 발생하는 제1 평균화수단, 제1데이터의 소정시간 간격마다의 시간차분값을 구하는 차분연산수단으로서 시간간격이 표면층 제거처리의 처리진행속도와 빛의 파장과의 비에 비례한 값을 지니고 있는 것, 차분값의 시간적 변화를 추적하는 추적수단, 차분값을 제2시정수로 시간적으로 평균화하여 그에 따라서 제2데이터를 발생하는 제2평균화수단, 제2데이터의 값과 일정한 최저한계값을 비교하는 비교수단 및 제2데이터값과 최저한계값의 대소관계가 반전한 시점을 검출하여 대소관계의 반전이 발생한 시점을 기초로 하여 종료시점을 특정하는 종료시점특정수단.

그 때문에 본 발명의 제1목적은 기체상에 형성된 표면층이 빛을 투과하는 경우에 있어서, 이 표면층의 제거처리가 종료한 시점을 정확히 검지할 수 있는 표면층 제거처리종점 검지방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 제2목적은 표면처리액의 분사나 피처리물의 기계적인 진동, 회전에 의하여 빛검출에 불안정성이 발생하기 쉬운 경우에 있어서도 제거처리가 종료한 시점을 정확히 검지할 수 있는 표면층제거처리 종점검지방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

본 발명이 상술한 목적 및 그밖의 목적과 특징은 첨부한 도면을 참조하여 하는 다음의 상세한 설명으로 부터 가일층 명백하여질 것이다.

A. 장치의 구성

제2도는 본 발명의 실시예에 사용되는 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 제2도에 나타낸 장치는 반도체웨이퍼(W)의 에칭장치로서 형성되어 있다. 다음에 있어 웨이퍼(W)의 에칭에 있어서의 표면층제거 처리종점검지를 예로들어 설명을 진행한다.

이 웨이퍼(W)는 제3a도에 확대단면도로서 나타낸 바와 같이 기체로서의 실리콘기판(silicon substrate)(1)의 하나의 주면상에, 표면층으로서의 산화실리콘(2)이 형성되어 있다. 또 주지하는 감광성레지스트(photoresist)형성공정에 의하여 산화실리콘층(2)위의 상면에는 희망하는 패턴을 지닌 레지스트층(3)이 선택적으로 형성되어 있다.

그리고, 제2도에 나타낸 장치에는 그 상면에 레지스트층(3)이 존재하고 있지 않은 에칭영역(4)에 대하여 산화실리콘층(3)의 제거처리를 하게 된다.

제2도에 되돌아와서, 이와같은 구조를 지닌 웨이퍼(W)는 스핀자크(spin chuck)(10)의 위에 고정되어 있으며, 모우터(M)을 회전구동함에 따라 웨이퍼(W)는 도면중의 화살표(α)방향으로 수평회전한다.

한편, 탱크(11)내에 준비되어 있는 부식제(etchant)(H)는 펌프(P)로 퍼올려져서, 노즐(12)에 의하여 웨이퍼(W)의 표면에 분무된다. 부식제(H)로서는 예를 들면 불산(弗酸)과 불화암모늄의 수용액을 사용할 수 있다.

따라서, 웨이퍼(W)를 회전시키면서 부식제(H)의 분무를 계속하면, 제3a도의 산화실리콘층(2)이 서서히 부식되어 간다. 또 제2도의 장치는 발광소자(13) 및 수광소자(14)를 구비하고 있다. 이것들중에서 발광소자(13)는 발광다이오우드등에 의하여 구성되어 있으며, 이 발광소자(13)로 부터의 빛은 투광용 광섬유(15)를 게재하여 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다. 이 조사 스포트의 지름은 이 조사스포트에 의하여 에칭영역(4)과 레지스트층(3) 쌍방이 한번에 조사되는 크기로 된다.

발광소자(13)로서는 산화실리콘층(2)를 투과할 수 있는 파장성분을 포함하는 빛을 발생하는 소자를 사용한다. 주지하는 바와 같이 산화실리콘층은 적외광을 투과시키기 때문에, 예를 들면, λ₀=940nm의 파장을 지닌 단색 간섭성빛 또는 이파장(λ₀)을 포함하는 협대역광(挾帶域光)을 발생하는 그러한 소자를 발광소자(13)로서 사용하는 것이 좋다. 이와같은 파장(λ₀)을 지닌 성분을 포함하는 조사광(L₁)은 제3b도에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다.

이중에서 레지스트층(3)의 상면에 조사된 빛(L₁₀)은 그 일부분이 레지스트층(3)에 이하여 흡수되고 나머지가 반사광(L_R0)이 된다.

또 에칭영역(4)에 조사된 빛(L₁₁)의 상당한 부분은 산화실리콘층(2)을 투과하고 다시금 실리콘기판(1)을 투과하여 웨이퍼(W)의 외부로 관통한다. 그것은 실리콘기판(1)도 상기한 파장의 적외광에 대하여 투명이기 때문이다. 더욱이 반사광으로서는 도면에 나타낸 빛 이외의 빛도 여러가지 있으나, 도면에 나타낸 빛이 주요한 한 반사광이다. 더구나, 도면에 나타낸 빛은 여러가지의 반사광을 합성한 빛이라고 생각하여도 좋다.

그러나 이 조사광(L₁₁)의 모두가 웨이퍼(W)를 관통하는 것은 아니고 이 조사광(L₁₁)은 산화실리콘층(2)의 상면(5)이나, 산화실리콘층(2)과 실리콘기판(1)의 경계면(6), 그에 따라서 실리콘기판(1)의 하면(7)에서 어느정도의 반사를 받는다.

이러한 면에서 각기 반사되어 산화실리콘막(2) 위의 대기속으로 되돌아오는 반사광(L_R1), (L_R2), (L_R3)의 각각의 일부는 레지스트층(16)의 수광단(受光端)(17)은 투광용광섬유(15)의 투광단(投光端)(18)과 함께, 웨이퍼(W)의 표면에 근접한 위치에 웨이퍼(W)에 대향하여 배설되어 있다. 따라서 상기한 반사에 의하여 발생하는 반사광(L_R) 즉,

L_R=K(L_R0+L_R1+L_R2+L_R3) …………………………………………(1)

는 수광용광섬유(16)를 개재하여 수광소자(14)에 안내된다. 단 K는 수광단(18)의 사이즈나 배치위치등에 의하여 정하여지는 정수(0〈K〈1)이다.

수광소자(14)로 부터 출력되는 수광전기신호(S)는 수광한 반사광(L_R)의 강도에 비례한 레벨을 지닌다. 이 수광신호(S)는 증폭기(20)에서 증폭된 다음, 고주파제거필터(21)를 개재하여 A/D 콘버어터(22)로 A/D 변환된다. 이 A/D변환에 의하여 얻은 검출신호(E)는 CPU(24)나 자리이동레지스터(shift register)(25), 그에 따라서 메모리(26)등으로 포함하는 제어기(23)에 부여된다.

이 제어기(23)는 이미 설명한 모우터(M)나 펌프(P)에 대한 구동제어신호를 부여하도록 되어 있다.

B. 수광신호(S)의 성질

다음에 수광신호(S)의 성질에 대하여 설명한다. 먼저 제3도에 관하여 설명한 바와 같이 반사광(L_R)은 (1)식으로 나타내었음에 착안하자.

(1)식의 우변의 각항중에서 반사광(KL_R1)과 그 이외의 부분을 분리하여, 후자를 KL_RA라고 쓰기로 한다. 즉,

L_R=K(L_R1+L_RA) ……………………………………………………………(2)

L_RA=L_R0+L_R2+L_R3)…………………………………………………………(3)

이다.

그런다음 반사광(L_R)은 제1과 제2반사광(L_R1)(L_RA)의 합성에 의한 간섭파형으로 되지만, 이 2종류의 반사광(L_R1), (L_RA) 사이의 위상차는 에칭의 진행과 함께 변화한다. 그것은 제2반사광(L_RA)의 광로(光路) 길이는 에칭의 진행상황의 무관계임에 대하여 제1반사광(L_R1)의 광로길이는 에칭의 진행에 따라서 변화하기 때문이다.

그 결과 에칭이 진행하여 제3c도와 같이 되면 웨이퍼(W)의 주면에 수직한 방향으로의 반사에 있어서 제2반사광(L_R1)의 광로길이는 2(D₀-D(t)) 만큼 증가한다. 단, D₀는 에칭전의 산화실리콘층(2)의 두께이며, D(t)는 에칭개시후의 임의의 시각(t)에 있어서의 실리콘층(2)의 두께이다. 또, 이 두께 D(t)는 에칭진행속도를 일정값(r)에 의하여 근사하였을때,

D(t)=D₀-rt ……………………………………………………………………(4)

와 같이 쓸 수 있다.

따라서, 예컨대 제4a도에 나타낸 바와 같이 제1과 제2의 반사광(KL_R1), (KL_RA)의 위상이 일치하는 두께 D(t)=D₁에 대하여는 제1과 제2의 반사광(L_R1), (L_RA)이 서로 강하여지게 합치도록 간섭하여, 반사광(L_R)의 진폭을 커진다.

또, 제4b도에 나타낸 바와 같이 제1과 제2의 반사광(KL_R1), (KL_RA)의 위상이 역위상으로 되는 두께; D(t)=D₂에 있어서는 쌍방이 서로 약하여지게 합쳐서 반사광(L_R)의 진폭을 감소한다. 이때문에 산화실리콘층(2)의 두께 D(t)와 반사광(L_R)의 진폭(A)과의 관계는 제5도와 같은 진동파형으로 된다.

이 진동의 주기(ΔD)는 조사광(L₁)(따라서 반사광 L_R)의 파장 (λ₀)의 1/2이다.

주지하는 바와같이 빛의 강도는 그 진폭의 2승에 비례한다. 이때문에 수광소자(14)로 얻을 수 있는 수광신호(S)의 레벨은 제5도이 진폭(A)의 2승에 비례한다. 그 결과,

S∽A²………………………………………………………………………………(5)

로 된다.

한편 진폭(A)은 제5도의 관계에 따라서 두께 D(t)와 연관되어 있으며, 이 두께 D(t)는 (4)으로 표현할 수 있다. 그 결과 다음의 (6), (7)식을 얻을 수 있다.

S∽A²={a+b sin(4πD(t)/λ₀+θ)}²= a²+2ab sin(4πD(t)/λ₀+θ)+b²{1-cos(8πD(t)/λ₀+2θ)}/2 = a²-2ab sin(4πrt)/λ₀+e)-b²{1-cos(8πr(t)/λ₀+2e)}/2 ………………………………………………………………………………(6)

e=θ-4 D₀/λ₀…………………………………………………………………(7)

단, a, b, θ는 에칭진행속도(r)에 의존하지 않는 정수이며, 이중에서 a, b는 각기 제5도중에 나타내고 있는 바와같이, 진폭(A)자체의 진동중심 및 진폭이다.

(6)식의 진동상태는 정수(a), (b)의 대소관계에 따라서 달라지지만, 여기에서는 간단화를 위하여 a〉b이라고 하자. 그런다음 (6)식의 최종변중에서 제3항은 생략할 수 있어, 다음의 (8)식을 얻을 수 있다.

S∽a²-2ab sin(4 rt/λ₀-e) …………………………………………………(8)

이 (8)식으로 부터 알 수 있는 바와 같이 수광신호(S)의 레벨은 다음에 나타낸(9)식과 같이 파장(λ₀)과 표면층제거처리진행속도(r)의 비에 비례하는 주기(기준주기)(T)로서 시간적으로 진동한다. 바꾸어 말하면, 기준주기(T)는 에칭에 의하여 산화 실리콘층(2)의 두께의 감소가 파장(λ₀)의 2분의 1만큼 진행하는 시간에 상당한다.

T=λ₀/(2r) …………………………………………………………………………(9)

그 결과 수광신호(S)는 시간(t)의 경과에 따라서 제6a도와 같이 진동한다. 그리고 산화실리콘층(2)의 두께 D(t)가 0으로 되어서 에칭이 종료하는 시각(t_f)이후는 (6)식의 D(t)를 0으로한 최종값(s_f)으로 정지한다.

이 최종 값(S_f)은 (10)식으로 주어진다.

S_f=a²+2ab sinθ+b²{1-cos(2θ)}/2 ……………………………………(10)

이상의 해석에 따라서, 제6a도의 수광신호(S)로 부터 기본주기(T)를 순환주기로서 지닌 진동성분을 추출하여 이 성분이 저하하는 시각(t_f)에 기초하여 처리종점검지를 할 수 있다고 하는 사정을 이해할 수 있다. 그러나 제6a도의 파형은 어디까지나 이론적 근사에 의하여 구한 것이며 실제에는 수광신호(S)를 평균화하여 얻을 수 있는 검출신호(E) 속에도 제6b도와 같은 복잡한 노이즈성분등이 포함된다. 이와같은 노이즈의 원인으로서는 웨이퍼(W)의 회전이나 부식제외 안개, 그러기 때문에 레지스트층(3)의 패턴의 불균일성등에 의한 영향이 있다. 이 때문에 기준지기(T)를 순환주기로서 지닌 진동성분을 정확히 추출하기 위한 방법이 필요하게 된다.

본 발명의 실시에는 이와같이 추출처리에 연구를 가한 것이며, 다음에 있어서는 이와같은 상황에 따른 표면층 제거처리종점검지동작에 대하여 설명한다.

C. 제1실시예의 동작

제7도는 본 발명의 제1실시예의 동작을 나타낸 순서도이며, 이 처리는 CPU(24)의 동작에 따라서 실행된다. 먼저 제7도의 스텝(S₁)에서는 나중에 설명하는 각처리에 필요로 하는 여러정수를 채택하여 넣어 초기설정을 한다. 이것들의 여러정수로서는 다음과 같은 것이 있으며, 이것들은 메모리(26)속에 미리 기억되어 있다. 이것들의 여러정수의 의미는 나중에 설명한다.

① 초기검지금지기간(T₀)

② 검출신호가산시간폭(제1시정수)(T_e)

③ 차분시간간격 (T_Y)

④ 차분가산시간폭(제2시정수)(T_v)

⑤ 종기판정시간폭 (T₁)

⑥ 비교최저한계값 (V₀)

다음의 스텝(S₂)에서는 모우터(M)나 펌프(P)에 구동제어신호를 부여하여, 이것들의 구동을 개시하게 한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 회전과 노즐(12)으로 부터의 부식제(H)의 분무가 개시된다.

또 이 시점에서 제어기(23)에 내장된 초기기간개시용 타이머(도면에 없음)이 개시(t)를 개시한다.

이 타이머에는 초기검지금지시간폭(T₀)이 설정되어 있으며, 이 시간폭(T₀)이 경과하기까지는 나중의 처리루우틴(routine)으로 이행하지 않도록 되어 있다(스텝 S₃). 그것은 표면처리개시직후에는 수광신호(S)가 불안정하고 표면처리개시직후에 종점 검지동작을 하게 하면 잘못된 동작을 발생할 가능성이 존재하기 때문이다. 더욱이, 이 수광신호(S)의 일부분이 제8a도에 나타내어 있다.

이 초기검지금지기간(T₀)이 경과하면 스텝(S₄)에 진행하여 다음의 처리사이클을 샘플링시간폭(Δt)(예컨대 0.1 sec)마다 한다.

먼저, 스텝(S₄)에서는 그 시점에 있어서의 검출신호(E)의 레벨값(제8b도)를 자리이동레지스터(25)(제2도)에 기억시킨다. 또, 시각(t₁)=iΔt에 편입된 데이터에 대응하는 량을 예컨대 E(i)와 같이 표현한다.

제7도의 다음 스텝(S₅)에서는 그 시점에 있어서 자리이동레지스터(25)에 기억되어 있는 검출신호값 E(i)(i=0, 1,…n)중에서, 가장 새로운 검출신호값 E(n)으로 부터 셈하여 N₁개 앞까지의 검출신호값 : E(n)~E(n-n₁+1)을 판독한다. 단, N₁은(11)식으로 부여되며, 예컨대 N₁=5이다.

N₁=T_e/Δt …………………………………………………………………………(11)

그리고 이와같이 하여 판독된 검출신호값 E(n) E(n-n₁+1)를 (12)식과 같이 가산(즉, 평균화)하여, 제1평균화데이터값 I(n)을 구한다.

각 처리사이클마다(12)식으로부터 얻은 제1평균화 데이터값 I(i)을 이어가면 제8c도와 같이 된다.

다음의 스텝(S₆)에서는 그 시점에서 가장 새로운 제1평균화데이터값 I(n)과 그보다도 시간(T_d)만큼 오래된 제1평균화데이터값 I(n-N₂)의 차분값 F(n)의 절대치(이하, “차분절대치”라고 한다) G(n)을 (13)식과 같이 구한다.

G(n) =│F(n)│=│I(n)-I(n-N₂)│………………………………………(13)

N₂=T_d/Δt ………………………………………………………………………(14)

이 차분시간간격(T_d)은 이미 설명한 기준주기(T)에 따라서 정하여진다. 이 기준주기(T)는 예컨대(9) 식으로 표현할 수 있으나, 일반적으로는 처리진행 속도(r)와 파장(λ₀)에 의존하는 진동주기로서 정의되어 반드시(9)식과 같은 간단한 식으로 표현할 필요는 없다.

가장 바람직한 것은 차분시간간격(T_d)을 기준주기(T)의 1/2로 설정하는 일이다. 이것은 다음과 같이 설명할 수 있다. 즉, 각 진동수(ω)를 지닌 진동성분에 대하여, 차분시간간격(T_d)에서의 차분값(J)을 구하면 다음의 (15)식으로 된다.

J=sin{ω(t+T_d)+θ}-sin(ω t+θ)=2sin(ω T_d/2)×cos(ω t+θ+ω T_d/2) ……………………………………………………………………………………(15)

차분치(J)의 진폭(J₀)은 2sin(ω T_d/2)이지만, 이 진폭(J₀)은,

T_d/2=π/2………………………………………………………………………(16)

일 때 최대치 “2”를 채택한다. 그리고, 각 진동수(T)가 기준주가(ω)에 대하여

ω=2π/T ………………………………………………………………………(17)

의 관계에 있을 경우에는 (16)식에 의하여,

T_d=T/2 …………………………………………………………………………(18)

을 얻을 수 있다. 즉, 기준주기(T)의 2분의 1의 차분시간폭에서의 차분치를 구하면 그 차분치는 기준 주기(T)를 주기로 하는 진동성분을 가장 잘 추출한 것이 된다.

더욱이, 차분시간간격(T_d)으로서 (18)식 이외의 값을 채택하여도 좋다. 바꾸어 말하면, 기준주기(T)에 비례하는 시간간격이 차분시간간격(T_d)으로서 채용된다. 일반적으로 차분시간간격(T_d)과 차분값(F)의 진폭(J₀)의 관계는 제9도와 같이 되기 때문에 (1/2)^T근방의 값으로서, (1/4)^T-(3/4)^T의 범위의 값을 선택하는 것이 바람직하다.

더욱이, M을 임의의 정수로 하여

T_d=(2M+1/2)T ………………………………………………………………(19)

의 경우에도 주기(T)의 진동성분을 잘 유도해 낼 수 있다.

그러나, 차분시간간격(T_d)을 너무 크게하면 응답이 늦어지기 때문에, (18)식과 같이 차분시간간격(T_d)을 정하는 것이 더욱 바람직하다. 표면층제거처리 진행속도(r)의 값은 더미웨이퍼(dummy wafer)등을 사용하여 미리 그 측정을 함에 따라 미리 알수 있다.

이와 같이 하여 구한 차분절대치 G(i)의 시간변화를 추적함에 따라 제8d도에 나타낸 파형을 얻을 수 있다. 제8d도로 부터 알 수 있는 바와 같이 에칭이 대략완료한 시점(t_a)이후의 차분절대치 G(i)의 레벨은 0에 가까운 것으로 되어 있다.

다음의 스텝(S₇)에서는 이 차분절대치 G(i)에 대하여 최신의 값 G(n)으로 부터 N₃개만의 차분절대치 G(n)-G(n-N₃+1)의 합을 채택하여, 다음의 (20)식으로 나타내는 제2평균화데이터값

단, N₃는 차분가산시간폭(T_v)으로 부터 (21)식으로 구하는 값이며, 예컨대 N₃=5이다.

N₃= T_v/Δt ………………………………………………………………………(21)

스텝(S₈)에서는 이와 같이 하여 얻은 제2평균화데이터값 V(i)중에서, 그 시점에서 가장 새로운 데이터값 V(n)과 최저한계값(V₀)을 비교한다.

그리고 데이터값 V(n)이 최저한계값(V₀)보다도 클때에는 스텝(S₉)에서 제어기(23)내에 설치되어 있는 종점판정게시용의 타이머(도면에 없음)을 복귀하여 스텝(S₄)에 되돌아온다.

한편 V(n)〈V₀이면 스텝(S₈)에서 스텝(S₁₀)으로 진행하고 종점판정게시용의 타이머를 참조함에 따라서 V(n)〈V₀로 반전시점(t_f)으로 부터 종기판정 시간폭(T₁)가 경과하였는지 어떤지를 본다.

경과전에 있으면 스텝(S₄)에 되돌아오지만, V(n)〈V₀의 대소관계반전상태가 종기판정기간폭(T₁) 만큼 지속하면 스텝(S₁₀)의 판정은 “yes”으로 되고 이 시점이 저처리종점(t_e)으로서 검지된다. 이에 따라서, 표면층제거처리종점검지동작 그 자체는 완료하여, 표면처리정지동작으로 이행한다.

이 표면처리정지동작의 상세에 대한 설명은 생략하였으나, 펌프(P)의 정지나 웨이퍼(W)의 순수세정, 탈수, 건조등을 포함하는 동작이다.

이상과 같은 동작을 함에 따라서, 잡음등의 영향을 제거한 정확한 처리종점검지를 하게 된다. 더욱이, 종기판정시간폭(T₁)을 설정하여 두는 것은, ① 우연히 단시간만 V(n)〈V₀로 되었을때에 이것을 처리종점과 오인하지 않도록 하기 위한 것과, ② V(n)〈V₀로 되어도 웨이퍼(W)의 일부분에는 또 에칭이 완료하고 있지 않는 영역이 남아있는 경우가 있으며, 그 부분의 에칭을 완전히 완료시키기 위하여는 어느정도 여분으로 에칭시간을 잡아 두는 것이 좋다고 하는 2가지 이유에 의한 것이다. 또, 기준주기(T)는 통상 예를 들면 5sec-10sec이지만, 차분가산시간(T_v)을 크게 잡으면 제2평균화데이터값(V)은 제8도중에서 파선(V′)으로 나타낸 바와 같이 변화한다.

D. 제2실시예의 동작

제10도는 본 발명의 제2실시에의 동작을 나타내는 순서도이다. 이 제10도와 제7도를 비교하면 알 수 있는 바와 같이 제2실시예에서는 제7도의 스텝(S₅)이 생략되어 있으며 차분절대치 G(n)로서 검출신호치 E(n)의 차분절대치를 구하였다(스텝 S₂₁).

즉, 제2실시예에서는 반사광(L_R)의 강도의 시간적 변화에 따라서 정하여지는 “제1데어터”로서 검출신호치 E(n)를 채용하게 된다. 그리고, 스텝(S₂₂)에서는 이 차분절대치 G(n)로 부터 평균화데이터치 V(n)를 구하게 되고, 스텝(S₂₃)에서 평균화데이터치 V(n)와 최저한계치(V₀)를 비교한다.

이와같은 경우의 각 데이터의 시간변화를 제11a도-제11d도에 나타내었으나, 이 방법에 의하여도 종점(t_e)이 정확히 구하여짐을 알 수 있다. 더욱이 T_v의 값을 크게하면, 평균화데이터 V(i)는 제11d도중에서 파선(V′)으로 나타낸 바와 같은 시간 변화를 이루게 된다.

E. 제3실시예

제12도는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 순서도이다. 제3실시예에서는 제7도의 스텝(S₇)이 생략되어 있다. 그리고 차분절대치G(n)와 절대한계치(V₀)가 비교된다(스텝S₃₂). 따라서 이 실시예에 있어서는 제1실시예에 있어서의 제8a도-제8d도의 파형을 얻을 수 있어, 제11c도의 파형에 대하여 제14도와 같은 비교처리를 하게 된다.

F. 변형예

상술한 실시예에서는 기준주기(T)를 (9)식과 같이 이론적으로 도출하였으나, 실제에는 여러가지의 오차가 발생하기 때문에, 이 기준주기(T)를 실험적으로 구하고, 그에 따라서 차분시간폭(T_d)을 결정하여도 좋다. 또, 차분절대치를 구하는 것도 반드시 필요한 것은 아니고, 차분치 F(n)와 최저한계치 ±V₀를 비교하여, (-V₀)〈F(n)〈(+V₀)이 되도록한 시각을 특정하여도 좋다. 평균화를 하는 경우에는 평균치를 구하여도 좋다.

나아가서 제15도와 같이 발광소자(13)와 수광소자(14)를 웨이퍼(W)를 사이에 두고 대향시켜, 투과광(L_T)을 검출하여도 좋다. 이 경우에는, 기체와 표면 층과의 쌍방을 투과할 수 있는 빛을 사용한다. 그리고 제16도중에 나타낸 주요한 2종류의 투과광(L₁₁), (L₁₂)의 광로차(광로차)가 에칭의 진행에 따라서 변화하는 사실을 이용한다.

제16도에 나타낸 투과광(L₁₃)과 같이, 이것을 이외의 투과광도 존재한다는 것은 제1실시예에 있어서의 반사광의 경우와 마찬가지이다. 투과광(L_T)을 이것들의 여러가지 투과광의 합성광이라고 생각하면 좋다는 것도 제1실시예와 마찬가지이다.

또, 본 발명은 웨이퍼(W)에 부식제를 분무하는 경우뿐만 아니라 내식막(resist) 제작시의 현상처리등 여러가지의 피처리물의 표면층제거처리에 적용할 수 있다.

G. 발명의 이점

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 표면층의 두께의 변화에 의한 빛의 간섭상태의 변화를 이용하여 처리종점검지를 하고 있다.

이 때문에 기체상에 형성된 표면층이 빛을 투과하는 경우에 있어서, 이 표면층의 중에서, 일정한 영역에 존재하는 부분의 제거처리가 종료한 시점을 정확히 검지할 수 있다.

또, 표면처리액의 분사나 피처리물의 기계적인 진동·회전에 의하여 발생하는 것과 같은 빛검출의 불안정성은 기준주기를 순환주기로 하여 지닌성분을 유도해내는 과정에서 제거되기 때문에 이와같은 경우에 있어서도 제거처리가 종료한 시점을 정확히 검지할 수 있다.

특히, 피처리물을 회전시키면서 제거처리를 할 경우에 이와같은 정확성이 확보된다는 것은 커다란 이점이다.

이상, 본 발명에 대하여 상세히 설명하였으나, 이것들은 어디까지나 예시한 것으로서 하등 한정된 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위는 첨부한 청구범위의 기재에 의하여서만 규정되는 것이다.

Claims

피처리물(W)의 기체(1)상에 설치된 표면층(2)을 제거하는 표면층제거 처리의 종료시점(te)을 검지하는 방법에 있어서, 표면층(2)을 투과할 수 있는 빛(LI)의 파장(λo) 알아내는 스텝, 표면층제거처리에 따라서 표면층(2) 두께의 감소가 파장(λo)의 2분의 1만큼 전진함에 필요한 기준주기(T)를 구하여 두는 스텝, 표면층제거처리를 하면서 피처리물에 빛(LI)을 조사하는 스텝, 피처리물(W)로 부터의 반사광(L_R) 또는 투과광의 강도를 검출하여 강도검출신호(E(n))를 부여하는 스텝, 강도 검출신호의 시간적변화를 표현한 제1데이터(I(n))를 발행하는 스텝, 기준주기(T)에 비례한 시간간격(Td)마다의 제1데이터(I(n))의 시간차분치(G(n))를 구하고, 그에 따라서 제1데이터(I(n))로부터 기준주기(T)에 비례한 순환주기로 주기적인 시간변화를 하는 성분을 추출하는 스텝 및 시간차분치(G(n))의 시간변화를 표현한 제2데이터(V(n))구하는 스텝 및 제2데이터(V(n))의 값을 일정한 최저한계값(Vo)을 비교하여, 제2데이터(V(n))의 값과 최저한계값(Vo)의 대소관계가 반전한 시점(tf)을 기초로 종료시점(te)을 검지하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
제1항에 있어서, 시간차분치(G(n))를 구하기 위한 시간간격(Td)은 기준주기(T)의 2분의 1정도의 값으로 되어 있음을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
제2항에 있어서, 제1데이터(I(n))는 강도검출신호(E(n))를 제1시정수(T_e)로 시간간격으로 평균화하여 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
제3항에 있어서, 제2데이터(V(n))는 제1데이터(I(n))의 시간차 분치의 절대치를 제2시정수(V_v)로 시간적으로 평균화하여 얻을 수 있는 데이터임을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
제4항에 있어서, 종료시점(te)은 대소관계가 반전한 다음, 대소관계의 반전상태가 일정한 기간(T1)만 지속하여 끝난 시점으로서 검지되는 것을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
제1항에 있어서, 제2데이터(V(n))는 제1데이터(I(n))의 시간 차분치의 절대치임을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
피처리물(W)의 기체(1)상에 설치된 표면층(2)을 제거하는 표면층제거 처리의 종료시점(te)을 검지하는 방법에 있어서, 표면층(2)을 투과할 수 있는 빛(LI)의 피처리물(W)에 향하여 조사하는 빛 주사수단(13), 피처리물(W)에서의 반사광(L_R) 또는 피처리물(W)의 투과광을 수광하여 전기신호를 발생하는 수광수단(14)으로 부터의 전기신호를 제1시정수(T_e)로 시간적으로 평활화하고 그에 따라서 제1데이터(I(n))의 일정한 시간간격(Td)마다의 시간차분치(G(n))를 구하는 차분연산수단(23)과 단 시간간격(Td)은 표면층제거처리의 처리진행속도와 빛(LI)의 파장(λo)의 비에 비례한 값을 지니고 있는 차분치(G(7))의 시간적 변화를 추적하는 추적수단(23), 차분치(G(n))를 제2시정수(T_v)로 시간적으로 평활화하여 그에 따라서 제2데이터(V(n))를 발생하는 제2평활화수단(23), 제2데이터(V(n))의 값과 일정한 최저한계값(Vo)을 비교하는 비교수단(23) 및 제2데이터(V(n))의 값과 최저한계값(Vo)대소관계가 반전한 시점(tf)를 검출하여, 대소관계의 반전이 발생한 시점(tf)을 기초로 하여 종료시점(te)을 특정하는 종료시점 특정수단(23)을 구비한 것을 특징으로하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
제7항에 있어서 시간차분치(G(n))를 구하기 위한 시간간격(Td)은 비의 2분의 1정도의 값으로 되어 있음을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.
제8항에 있어서, 표면층제거처리는 표면층(2)에 대하여, 부식제를 분무하여 그에 따라서 표면층(2)을 에칭하는 처리임을 특징으로 하는 표면층제거처리에 있어서의 처리종점 검지방법.