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저Coherence 간섭계를 이용한 플라즈마 공정 중의 기판온도 계측기술

전문가 제언: ○ 반도체 제조기술은 소자의 고집적화, 고기능화에 따라 고도로 발전하고 있으며 요소기술인 플라즈마 에칭(etching), 화학증착(CVD), 열산화 같은 반도체공정에서 피가공면의 온도가 공정결과에 큰 영향을 주고 있어 미세가공기술의 새로운 미세화, 고정밀화를 추진하기 위해 정확한 온도측정 및 제어는 매우 중요하다.

○ 플라즈마 에칭을 사용하는 마이크로머신 제작공정에서 SOI(silicon on insulator) 같은 비교적 두껍고 열전도성이 나쁜 절연 층(SiO2)을 가진 다층구조기판(Si/SiO2/Si)을 사용하고 있으므로 기판표면층과 이면 층 사이에 온도차가 생긴다. 이때 온도차를 측정하는 방법은 접촉 식으로는 불가능하여 비접촉식 방법에 의해 각 층의 온도변화를 측정하는 기술개발이 필요하다.

○ 여기서는 실리콘 다층구조기판에서 각 층의 온도를 측정하는 비접촉식 방법으로 저 Coherence 간섭계를 사용한 온도측정법을 개발하였으며, 플라즈마 공정에서 기판이면부터 표면까지의 피가공면층을 포함한 각 층의 온도변화를 동시에 측정 가능한 방법을 기술하였다.

○ 저 Coherence 간섭계를 사용한 온도측정법은 기판의 각 경계면에서의 간섭파형을 검출할 수 있으므로 각 층의 광로의 길이변화, 즉 온도변화를 측정할 수 있다. 따라서 SOI 같은 다층기판에서 각 층의 온도변화를 동시에 측정하는 것이 가능하다. 동시에 측정하는 시스템을 동일 광섬유에 의해 SLD를 사용한 저 Coherence 간섭계와 LD를 사용한 마이켈슨 간섭계를 사용하여 구축했다. 온도측정 정확도는 약 1°C 정도이다.

○ 여기서 개발한 저 Coherence 간섭계를 사용한 온도측정법은 히터를 사용한 모의실험의 결과이므로 실제 플라즈마 공정에서 검증되고 실용화 될 수 있어야 할 것이다. 현재는 광원의 가간섭성 길이 이하의 박막 층을 갖는 반도체기판의 온도측정법을 개발했지만 앞으로 플라즈마 공정을 고정밀하게 제어하기 위해 피가공면의 온도를 모니터링 할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.

저자: T. Ohta, M. Ito
자료유형: 학술정보