JPH0581168B2 - - Google Patents

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JPH0581168B2
JPH0581168B2 JP63252221A JP25222188A JPH0581168B2 JP H0581168 B2 JPH0581168 B2 JP H0581168B2 JP 63252221 A JP63252221 A JP 63252221A JP 25222188 A JP25222188 A JP 25222188A JP H0581168 B2 JPH0581168 B2 JP H0581168B2
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plasma
energy
electrons
signal
etching
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JP63252221A
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Hawaado Keraa Jon
Suchuwaato Seruin Garii
Suingu Joishii
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPH01171225A publication Critical patent/JPH01171225A/ja
Publication of JPH0581168B2 publication Critical patent/JPH0581168B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、一般に材料処理の分野に関し、具体
的にはプラズマ装置、ならびに処理の終点を検出
する方法に関する。
Ｂ 従来技術及びその問題点 非挿入式（non−intrusive）のエツチング終点
感知装置、及びエツチング中の物品の所望の部分
層の露出を検出する方法が求られている。発光分
光分析、プラズマ・インピーダンス監視及びレー
ザ干渉計測定などエツチング終点検出用技術がい
くつか開示されてきた。しかし、これらの技術は
すべて、パターン・エツチング率（フアクタ）が
非常に低いとき、すなわち物品の表面がわずかし
かエツチング媒体にさらされていないときには十
分な感度をもたない。さらに、これらの技術のあ
るものは、SN比を改善するためにかなりの信号
の平均化が必要である。したがつて、これらの方
法を使用すると、エツチング・プラズマの組成変
化に対する応答が遅くなり、プラズマ中の終点標
識に対する応答も遅くなる。
従来技術ではパターン率が非常に低い場合の終
点を検出することができないため、より高速の回
路デバイスを目指す半導体業界にとつて大きな障
害になつている。こうした高速回路デバイスは、
部品寸法をより小さくすることが必要であり、そ
の結果しばしばウエハ・パターン密度が非常に低
くなる。同時に、エツチング工程が高速になると
迅速な終点検出応答により、より正確な終点制御
を行なう必要が生じる。
また、付着工程で低パターン率領域の該当範囲
を高精度で検出できることが望ましい。この種の
工程でも、上記で指摘したものと類似の検出問題
に遭遇する。
本発明は、パターン率が低いときに生じる上記
のエツチング終点及び付着終点の検出上の問題点
及び制限条件を是正することを目的とする。
Ｃ 問題点を解決するための手段 要約すると、本発明の１実施態様は、プラズマ
処理装置を含み、この装置は、 それぞれ仕事関係の異なる、第１の材料からな
る第１の部分と第２の材料からなる第２の部分を
含む物品を処理するためのプラズマ室、 励起高周波によつて励起される高周波付勢電極
を含む、プラズマ室内でプラズマを発生させる手
段、 第２の材料をプラズマにさらすときだけ電子を
発生させ放出する手段、 生成された電子のエネルギーを増加させ、電子
を加速させて、プラズマ中で第２次電子を発生さ
せるのに十分なエネルギーをもつプラズマ状態に
する手段、 プラズマ高周波放電電圧信号を受け取る手段、 プラズマ高周波放電電圧信号を濾波して励起高
周波を除去する手段、 プラズマ放電電圧信号の電子摂動に反応してプ
ラズマ放電の固有（natural）周波数を増幅し、
それによつて処理の終点または表面状態を検出す
る手段を含む。
好ましい実施例では、電子エネルギー増加／加
速手段は、電極電圧シースを生成する手段、及び
この電圧シース内に電子を発生させて、電子を加
速しプラズマに注入する手段を含む。
本発明の他の実施例では、電子発生手段は、第
１の材料から光電子を放出させるためには不十分
であるが、露出した第２の材料の領域から光電子
を発生させるには十分な、選択されたエネルギー
範囲の光子ビームを物品に当てる手段を含む。こ
の光子ビーム方向付け手段は、レーザ・パルスを
生成する手段を含む。
本発明に他の実施例では、濾波手段は、直流信
号成分をブロツクするコンデンサと、高周波励起
信号の高調波を取り除くノツチ・フイルタ手段を
含む。
この装置はさらに、濾波された信号を積分する
手段を含む。ある実施例では、この積分手段は、
各レーザ・パルスの発生から所定の時間後に濾波
された信号を検出し、複数の検出された濾波信号
を積分する手段を含む。
本発明の他の実施例では、プラズマ・エツチン
グまたは付着工程の終点を検出する方法が開示さ
れ特許請求される。その方法は、 仕事関数の異なる第１の材料（マテリアル）か
らなる第１の部分と第２の材料（マテリアル）か
らなる第２の部分を含む処理すべき物品をプラズ
マ室に置き、 励起高周波によつて励起される高周波電極によ
つて、プラズマ室で物品を処理するためのプラズ
マを発生させ、 第２の材料がプラズマに露出するときだけ材料
から電子を発生させて放出し、 生成された電子を加速して十分なエネルギーで
プラズマに注入して、プラズマ中に２次電子を発
生させ、 プラズマ放電電圧信号を受け取り、 プラズマ放電電圧信号を濾波及び増幅して、放
電プラズマの励起帯び減衰の固有周波数を監視
し、工程の終点または表面状態を決定する、各ス
テツプを含む。
Ｄ 実施例 本発明は、光電効果、すなわち、材料の仕事関
数より大きい量子当りのエネルギーをもつエネル
ギー・ビームが、材料表面に当たつたとき、電子
がその表面から放出されることを利用したもので
ある。たとえば、第１の材料からなる上部層を貫
通してその下の第２の材料からなる第２層をエツ
チングするエツチング工程では、これら２つの材
料の仕事関数はたいていの場合異なることが認め
られる。付着工程でも、第１の材料からなる上部
層を第２の材料からなる第２層上に付着させる際
に、これらの２つの材料の仕事関数はたいていの
場合異なることが認められる。本発明は、処理中
の物品上のこれらの２層で異なる仕事関数が実現
化することと電子放出効果を組み合わせて利用し
て、有効な終点検出装置と方法をもたらすもので
ある。さらに、本発明では、所与の材料が露出さ
れたときに放出される電子のエネルギーを増大さ
せ、これらの電子を加速させて検出可能な２次電
子を生成するのに十分なエネルギーをもつプラズ
マに加速する手段を使用する。最後に、本発明
は、エツチング用プラズマ中のこうした２次電子
に対する応答を、RFプラズマ放電の励起及び減
衰の固有周波数で検出できることの発見にもとづ
いている。したがつて、RFプラズマ励起高周波
とその高調波及び励起信号の直流成分を、適切な
濾波作用によつて取り除くことができ、同時にプ
ラズマ放電の励起及び減衰の固有周波数を含む周
波数帯域を増幅して高いSN比が得られる。
本発明を、まずエツチング・システムに関連し
て説明する。しかし、本発明は付着システムや他
の処理システムにも同様に適用できる。第１図を
参照すると、その上にエツチングすべき物品１４
が付着されている電極１２を備えた、標準の乾式
エツチング室１０が示されている。エチツングさ
れているこの物品１４は、それぞれ仕事関数の異
なる第２の材料からなる第２層３０上に付着され
た第１の材料からなる上部層つまり第１層２８を
含む（第１図では、第２層はスタツド３０を含
む）。第１図に示した例では、エツチングされる
物分はウエハ１４でよい。制限としてではなく、
一例を挙げると、反応性イオン・エツチングを実
行するのに利用できる代表的な乾式エツチング室
は、L.M.エフラート（Ephrath）の参照文献
「VLSIの乾式エツチング―論評（Dry Etching
for VLSI―Ａ Review）」、Semiconductor
Silicon 1981、（H.R.ハフ（Huff）Y.タケイシ及
びR.J.クリーグラー（Kriegler）編）、The
Electrochemical Seciety、米国ニユージヤージ
ー州ペニントン、Vol.81―５、pp.627（1981年）
に記載されている。こうした室は、エツチング室
１０に適切なエツチング用ガス混合物を供給する
ためのガス入口をもつ。
エツチング室１０中の高周波電極１２は、線１
７によつて標準の高周波エネルギー源１８に接続
される。高周波エネルギー源１８は、室内のガス
を励起してその中にエツチング用プラズマを形成
させる励起周波数を供給する。高周波励起信号源
１８からの高周波励起周波数は、インピーダンス
整合ネツトワーク２０によつて電極１２に供給さ
れる。制限としてではなく、一例を挙げると、こ
のインピーダンス整合ネツトワーク２０は、A.J.
デイーフエンデルフアー（Diefenderfer）の参照
文献、「電子機器の原理（Principles of
Electronic Instrumentation）」、W.B.
SaundersCo、米国ペンシルヴエニア州フイラデ
ルフイア（1979年）、に示されている形式の標準
のLCまたはパイ回路によつて実施できる。第２
の電極２２が、室内で電極１２と反対側に置か
れ、線２４によつて基準電位２６に接続されてい
る。RIEエツチング用プラズマが、電極１２と２
２の間で生成される。
本発明はさらに、選択された材料がエツチング
用プラズマにさらされているときだけ電子を発生
させ放出する手段を含む。１つの実施例では、こ
の電子発生手段は、選択されたエネルギー範囲の
光子または量子のエネルギー・ビームをエツチン
グ中の物品１４の表面に当てる手段を含む。この
エネルギー範囲は、エツチング中の物品１４上の
第１の材料層２８または第２の材料層３０の何れ
か一方から電子を放出するには不十分であるが、
第１の材料層２８または第２の材料層３０の他方
から電子を放出するには十分であり、したがつて
他方の材料が露出しているとき電子を放出させ
る。
第１図に示した実施例では、エネルギー・ビー
ム方向付け手段は、エネルギー・ビーム源３２、
経路３５をたどるエネルギー・ビーム３４及びエ
ツチング中の物品１４の表面にエネルギー・ビー
ムを当てるための室１０の窓３６を含む。この実
施例では、エネルギー・ビーム源は、単にレーザ
または紫外線源から構成できる。たとえば、エキ
シマ・レーザ、周波数４倍化Nd：VAGレーザま
たは周波数２倍化同調式ダイ・レーザなどの紫外
線波長レーザも利用できる。エネルギー源を、パ
ルス式ビーム源や適切にチヨツプされた連続ビー
ム源にすると好都合である。エネルギー・ビーム
経路３２は、必要に応じて、窓３６を経て室１０
にエネルギーを向けるための１つまたは複数のミ
ラー３８を含むことができる。このエネルギー・
ビームは、エツチングされる物品１４のビームと
衝突する領域の面積に応じて、集束または拡散さ
れる。エネルギー・ビームが室１０内で制御され
ずに反射されることを防止するため、ビームが物
品１４の表面から反射された後にエネルギー・ビ
ームを受ける。室１０の窓４０とエネルギー・ビ
ーム・ストツプ４１を含むことも望ましい。エネ
ルギー・ビームをエツチングされる物品１４に垂
直に当てることも、また斜角度で当てることもで
きることに留意されたい。また、物品１４の表面
に対するエネルギー・ビームの入斜角が斜めにな
るほど、終点の測定がより一般化されることにも
留意されたい。
第１図の例では、エネルギー・ビーム３４が金
属、半導体または絶縁体表面に当たるとき、光子
エネルギーがその材料の仕事関数Ｕを超える場合
に光電子を放出する。放出される光電子エネルギ
ーKEe1は、KEe1＝hv−Ｕに等しい。ただし、hv
は入射光のエネルギーである。しかし、エネルギ
ー・ビームの光子エネルギーがその材料の仕事関
数よりも小さい場合は、エネルギー・ビームの強
度に関わらず、光電子は放出されない。したがつ
て、エネルギー・ビームのエネルギーは、部品１
４上の第１または第２の材料の一方からは電子を
放出しないが、第１または第２材料の他方からは
電子を放出するように選ばれる。一例を挙げる
と、第１の材料からなる第１の層２８が、ガラ
ス・ポリイミド・二酸化シリコンなどの絶縁体の
層を含み、第２の材料からなる第２の層３０が金
属を含むと仮定する。230−250nの範囲の紫外光
を発生するレーザを使用すると、それぞれ5.4な
いし4.9eVの光子エネルギーが生成される。典型
的な金属の仕事関数は4.3ないし4.5eVであるが、
二酸化シリコンなどの絶縁体の典型的な仕事関数
は約９−10eVである。すなわち、二酸化シリコ
ンの第１の層２８に当たる紫外線エネルギー・ビ
ームの方向は、光電子を放出しない。しかし、エ
ツチング工程中に金属の小面積が露出されると、
これらの露出した金属領域は、光の波長の仕事関
数の正確な値に応じて、0.6ないし0.8eVのエネル
ギーをもつ光電子を放出する。したがつて、これ
らの光電子は、低し運動エネルギーをもち、衝突
過程によつて２次イオンを生成するには不十分な
エネルギーをもつことを特徴とする。
しかし、本発明はさらに、これらの低運動エネ
ルギーの光電子のエネルギーのエネルギーを増加
させ、光電子を加速させて、プラズマ中で２次電
子を発生するのに十分なエネルギーをもつエツチ
ング用プラズマにする手段を含む。好ましい実施
例では、この光電子エネルギー増加／加速手段
は、電極電圧シース（sheath）を生成する手段、
及びこの電圧シース内で低い運動エネルギーの光
電子を発生させて、光電子を加速させプラズマに
する手段を含む。第１図に示した実施例では、こ
の光電子エネルギー増加／加速手段は、エツチン
グ動作中にエツチングされる物品１４を高周波陰
電極１２または高周波陽電極１６上に置くことに
よつて実施される。これらの電極シース電圧は、
入力電極電力密度とガス組成及びエツチング室１
０内の圧力によつて決まる。たとえば、高周波陰
電極１２は、通常、ミリトルの圧力で0.25W／cm2
の電極電力密度を用いてバツチRIEツール内で、
または0.5−４トルの圧力で１−2W／cm2の電極電
力密度を用いて単一ウエハ・エツチング・ツール
内で100eVないし1KeVのシース電圧を生成する
陽電極１６は、通常、こうした励起レベルで30−
500ボルトのシース電圧をもつ。すなわち、物品
１４をRF陰電極１２上に置く第１図に示した例
では、発生される低運動エネルギーの光電子は、
陰電極１２の周りに配置された陰極シース電圧内
に放出される。したがつて、これらの低運動エネ
ルギーの放出光電子は、陰極シース内の強い電位
によつて加速される。光電子はシースを横切つて
加速されて、電子とシース電界の静電相互作用か
らなりの運動エネルギーを獲得し、その結果、光
電子は加速されて、前述のように100eVないし
1KeVの範囲のシース電位に近づく。したがつ
て、これらの低運動光電子は、高エネルギー電子
に変換され、電極１２と１６の間で加速されてプ
ラズマになる。プラズマ中で、これらの高エネル
ギー電子は、気相の化学種との衝突から２次電子
を誘導する十分なエネルギーをもつ。さらに、こ
れらの高エネルギー光電子は、対向電極１６に衝
突して、その表面から２次電子を発生させる。２
次電子発生の正味の結果として、光電子放出現象
が増幅される。
１次元電子を発生させるエネルギー・ビーム源
３２としてレーザ・パルスを利用する場合、（適
切な仕事関数の材料が露出していると仮定する
と）各レーザ・シヨツトの後で高エネルギー電子
のパルス化された流入ビームが生じる結果、室内
のプラズマ放電インピーダンスが反復して摂動す
る。このプラズマ放電インピーダンス及び電圧の
増幅された反復する摂動は、高エネルギー電子が
放出されてプラズマになり、プラズマによつて
（２次放出の増加によつて）増幅されるとき、高
周波電極での電流の突然の変化によつて引き起こ
される。高周波電極１２とプラズマは電気的に結
合されるので、この摂動の結果、発振が起こり、
時間の経過につれてそれが減衰する。このプラズ
マ放電電圧の増幅された反復する摂動は、高周波
励起周波数（通常、13.56MHz）ならびに高周波
励起周波数の任意の高調波及び高調波入力（RF
−powered）電極１２で検出される信号の直流成
分を濾波し、同時にプラズマ放電摂動の励起及び
減衰の周波数を増幅することによつて、高いSN
比で電子的に監視できることが判明した。
このプラズマ摂動を検出し測定するために、高
周波電極１２をフイルタ／増幅器ネツトワーク４
２に接続して、望ましくない周波数を取り除き、
望ましい周波数を増幅することができる。この点
に関して、本出願人は、このプラズマ摂動からの
主な応答が、プラズマ放電の励起及び減衰の固有
周波数（減衰時定数の逆数）にあることを発見し
た。したがつて、一連の帯域フイルタ及び阻止フ
イルタを利用して、高周波基本励起周波数、関連
する励起高周波高調波及び陰極１２の直流自己バ
イアス電圧を取り除くことができる。応用分野に
よつては、望ましい濾波仕事関数を実現するため
に、一組のLCネツトワークを低域フイルタ及び
直流阻止コンデンサと組み合わせることができ
る。高周波出力の高い他の応用分野では、市販の
阻止ネツトワークが必要なこともある。プラズマ
放電電圧信号中のプラズマ放電の励起及び減衰の
固有周波数を増幅する、すなわち、フイルタの増
幅応答を調整して、励起及び減衰の周波数と整合
させることにより光電子信号を増幅する手段も設
けられる。
電極信号から望ましくない直流成分及び高周波
成分を除去し、プラズマ放電電圧摂動の減衰の固
有周波数を増幅させた後で、この濾波され増幅さ
れた信号を信号処理装置４４に入力する。ある実
施例では、この信号処理装置４４は単にオシロス
コープだけを含む。定量測定の場合、この信号処
理装置４４は、濾波され増幅された信号をエネル
ギー・ビーム源３２からのレーザー・パルスと同
期させて積分する手段をも含む。この同期は、線
４６を介する同期信号によつて実現できる。要約
すると、この信号処理装置は、線４６上の同期信
号に応じて動作して、各レーザ・パルスの発生後
の一連の所定時間に濾波された信号を検出し、複
数のレーザ・パルスにわたつてこれらの検出され
た濾波信号を積分する。信号を積分するのに使用
される代表的な信号処理装置は、ボツクスカー積
分回路を含む。こうしたボツクスカー積分回路
は、たとえばあるレーザ・パルスの後の選択され
た一連の異なる時間に発生する一連の選択された
時間ウインドーで濾波され増幅された信号を検出
し、次に一連のレーザ・パルスにわたつて異なる
時間ウインドー信号をそれぞれ積分するように設
定できる。標準の時間ウインドーの間隔は、たと
えば、１ミリ秒であり、積分されるレーザ・シヨ
ツトの数は、５ないし100の範囲にある。別法と
して、信号処理装置４４を、過渡デイジタライザ
によつて実施することもできる。要約すると、こ
の好ましい実施例では、信号処理装置４４の出力
にレーザ・シヨツトと同相の100KHzないし3MHz
の減衰発振が突然現われると、終点に達したこと
を示し、または、仕事関数の低い材料の出現を知
らせる。
信号処理装置４４からの出力をエツチング・サ
ーボ制御装置４８に印加して、室１０内のエツチ
ング・パラメータ（高周波出力、ガス流量）を制
御し、または所定の信号レベルが信号処理装置４
４によつて検出されたときエツチング工程を停止
させることができる。この動作を容易にするため
に、ある形のしきい値検出装置を制御ブロツク４
８に含めることができる。同様のサーボ制御装置
を使って、付着パラメータを制御することもでき
る。また、ブロツク４８が、チヤート記録装置だ
けを含んでいてもよい。
第３図を参照すると、低い運動エネルギーの光
電子パルスがエツチング用プラズマよつて増幅さ
れたとき信号処理装置４４の出力に見られる、代
表的な積分されたプラズマ摂動応答が示してあ
る。この図では、時間軸がミリ秒単位で、電圧軸
がミリボルト単位である。図中の点は、一連のレ
ーザ・パルスの後で発生する一連の積分時間ウイ
ンドーを表わす。時間図の各点を形成するため
に、40個のレーザ・シヨツトが積分されている。
第２図を参照すると、プラズマ放電摂動信号か
ら様々な望ましくない周波数を取り除き、フイル
タ／増幅器ネツトワーク４０を実施するのに利用
できるプラズマ放電の励起及び減衰の周波数を増
幅するための、フイルタ／増幅器ネツトワークの
例が示してある。この実施例では、電極１２は、
線１６を介して、オプシヨンの容量分割器ネツト
ワーク５０に接続されている。この容量分割器ネ
ツトワークは、プラズマ放電信号電圧を望ましい
電圧範囲まで低下させるためのものである。第２
図に示した実施例では、この分割器ネツトワーク
５０は、線１６と接地電位などの基準電位の間に
直列接続されたコンデンサ５２と５４を含むだけ
である。望ましい電圧範囲まで低下された電圧
は、コンデンサ５２と５４の間の接続点にあるノ
ード５６から取り出される。
この回路はさらに、プラズマ放電信号中の直流
成分を阻止する手段を含む。この直流阻止機能
は、第２図では、単に直流阻止コンデンサ５８を
その一端でノード５６に接続するだけで実現され
る。
この回路はさらに、プラズマ放電インピーダン
ス信号から基本高周波励起信号を取り除く手段を
含む。第２図に示した実施例では、この手段は、
ノード５９で直流阻止コンデンサ５８の他端に接
続されたノツチ・フイルタ６０によつて実現でき
る。ノツチ・フイルタ６０は、コンデンサ６４に
並列に接続された誘導子６２を含む。このノツ
チ・フイルタは、約13.56MHzの高周波駆動周波
数と共鳴するように設計されている。第１図及び
第２図に示す本発明の実施例では、ノツチ・フイ
ルタ６０、直流阻止コンデンサ５８、容量性電圧
ドライバ・ネツトワーク５０、インピーダンス整
合ネツトワーク２０、及び高周波信号源１８は、
すべて、接地シールド１００内部に配置されてい
る。ノツチ・フイルタ６０に高い高周波電圧がか
かることがあり得るので、ワイヤ巻線誘導子６２
がこのフイルタ中で利用される。
この回路はさらに、プラズマ放電摂動の減衰の
周波数を含む周波数の範囲を増幅する手段を含
む。様々な増幅器を利用して、この増幅機能を実
現することができる。第２図に示した実施例で
は、この増幅機能は、ノツチ・フイルタ６０の他
端のノード６６をコンデンサ６８を介して基準電
圧に接続することにより実現される。濾波された
プラズマ放電信号の周波数成分がノツチ・フイル
タ６０の共鳴周波数より低い場合には、ノツチ・
フイルタは誘導子として働く。したがつて、ノツ
チ・フイルタ６０は、コンデンサ６８とあいまつ
てこれらのより低周波数帯域に共鳴して、この周
波数範囲にある信号の振幅を増加させたり、最高
にするように設計されている。一例を挙げると、
ノツチ・フイルタ６０とコンデンサ６８の組合せ
は、0.3〜7MHz範囲、好ましくは１〜5MHzの信
号周波数を増幅するように設計することができ
る。
別法として、駆動周波数が増幅すべき摂動周波
数より低い場合、信号増幅を実行するために第２
図のコンデンサ６８と７８の代わりに誘導子要素
を用いることができる。
この回路はさらに、低高周波環境で高周波励起
基本周波数の抽出に排除するために、接地シール
ド１００の外側に配置された第２の低電圧ノツ
チ・フイルタ７０を含む。このノツチ・フイルタ
は、一端でノード６６に接続され、やはり約
13.5、6MHzで共鳴するように設計された、並列
に接続された誘導子７２とコンデンサ７４を含
む。この場合も、第２のノツチ・フイルタ７０の
他端のノード７６は、コンデンサ７８を介して基
準電圧に接続され、第２の増幅器を形成する。誘
導ノツチ・フイルタ７０は、コンデンサ７８とあ
いまつて、やはりフイルタ７０の13.56MHzのノ
ツチより低い周波数の帯域に共鳴して、この周波
数範囲にある信号の振幅を増加させたり、最高に
するように設計されている。
この回路はさらに、ノード７６に接続された、
高周波励起基本周波数の高調波を濾波する手段８
０を含む。第２図に示した実施例では、高調波濾
波手段は、ノード７６と８４の間に接続された抵
抗器８２、及びノード８４と基準電位の間に接続
されたコンデンサ８６を含む。
最後に、この回路は、オプシヨンのヒユーズ回
路８８を含んでもよい。
光電子は、入射光のエネルギーが基板材料の仕
事関数を越える場合に所定の基板材料から放出さ
れる。したがつて、レーザ光線のエネルギーを、
エツチング中の物品上の様々な第１及び第２材料
に合わせて調整することができる。唯一の要件
は、その２つの材料の仕事関数が異なることであ
る。この処理が利用できる代表的な例には、鉄
（仕事関数の範囲4.3〜4.5）や半導体（仕事関数
4.2）など仕事関数のより低い材料からなる第２
層のその下に備えた約９〜10eV程度の高い仕事
関数をもつガラス、石英、ポリイミドなどの絶縁
材料のエツチングがある。絶縁材料の仕事関数よ
り小さいが、その下の材料層の仕事関数エネルギ
ーより大きい選択されたエネルギーをもつエネル
ギー・ビームが絶縁体に入射するとき、そのエネ
ルギー・ビームは、エツチング処理の始めに光電
子が放出しない。しかし、エネルギー・ビームが
露出金属（たとえば、AlCu、AuまたはＷ）また
はシリコン表面に入射すると、表面から光電子が
放出され、シース電界によつて加速されてプラズ
マ摂動を生成する。
別法として、エネルギー仕事関数の低い材料を
仕事関数のより高い材料からなる第２層上の上部
層として配置してもよい。この例では、より低い
仕事関数材料がエツチングされてなくなるまで、
プラズマ摂動信号を受け取る。このプラズマ摂動
は、この後かなり減少するが、プラズマ摂動のこ
の変化を監視し、それを使って終点を決定する。
さらに、この装置及び技術は、シリコンに対し
て感受性をもち、ポリシリコンなどの材料の上ま
たはその下の高濃度にドープされたシリコン領域
の終点の検出に使用できる。この点に関連して、
ポリシリコンの下にあるＮ＋シリコンは、最新の
トランジスタで見られる形の低いパターン率があ
る場合には特にそうであるが、他の診断技術によ
つて検出するのが非常に難しい。しかし、Ｎ＋シ
リコンとポリシリコンの間のフエルミ準位にかな
り差があるので、これらの材料の仕事関数も異な
り、Ｎ＋シリコンの仕事関数の方が低くなる。し
たがつて、周波数２倍化同調式ダイ・レーザを用
いて、ポリシリコンからではなく、Ｎ＋シリコン
から光電子を放出させ、それによつて終点検出機
能を実現することができる。
さらに、この装置及び方法は、プラズマ・エツ
チング中にシリコンの表面組成に対する感受性が
あることが判明した。具体的には、この装置及び
技術は、プラズマ処理中に、シリコン上にある表
面汚染または極めて薄い付着層の存在をその場で
検出することができる。こうした層は光電子の通
過に対する効果的な障壁を形成し、したがつて観
察される光電子信号が変化する。レーザ干渉測定
法など他の技術では検出が可能になるのにより厚
い膜が必要なので、この装置及び方法は、表面分
析技術に使用すると感度の面でかなり利点をもた
らす。Ｘ線光電子光分析やオージエ分光分析など
従来の表面監視技術は表面感度が極めて高いが、
これらの技術を使用するには、超真空環境にウエ
ハを移すことが必要なので、エツチング工程完了
後の、処理後分析にしか利用できない。したがつ
て、この装置及び方法は、実際のプラズマ露光期
間中の表面汚染やスパツタ付着膜の測定と検出に
有利である。
この構造を使つて、電子放出層上での層の均一
な付着を検出できることに留意されたい。この場
合、プラズマ中での２次電子の発生によつて、初
期信号が生成されることになる。電子放出材料上
に均一な層が付着されると、この信号は消えるこ
とになる 以上このエツチング装置を、第１の材料からな
る第１層が第２の材料からなる第２層に対して垂
直に配置された物品に関して説明してきた。しか
し、本発明は、この構成をもつ物品のエツチング
用に限られるものではない。この点に関連して、
第１の材料からなる第１部分及び第２の材料から
なる第２の部分を上下関係に置かずに、エツチン
グすべき物品上の異なる側面位置に配置すること
ができる。この第１及び第２の材料の位置関係を
使つて、終点を決定することができる。
本発明は、エツチング中の材料の仕事関数に合
わせて光電子効果を適切に調整し、それによつて
低い運動エネルギーの光電子を発生させ、加速装
置を併用して、こうした低い運動エネルギーの光
電子を加速させて、高エネルギーの光電子に変換
し、プラズマ中に２次電子を放出させるものであ
る。本発明のこの実施例では、前述の概念は、１
つの高周波電極のシース電界内で光電子を発生さ
せることによつて実施される。シース電界は、光
電子エネルギーをプラズマの２次イオン化を誘導
するのに十分な量だけ増幅する。最終的に検出可
能なプラズマ摂動を生成するのは、１次光電子と
結合したこの多くの２次電子である。本発明の他
の態様は、プラズマ摂動信号が主にプラズマ放電
の減衰及び励起に固有周波数（摂動の励起及び減
衰時定数の逆数）にあるという認識である。本発
明は、本発明のこの態様を実現するための適切な
濾波・検出装置を含む。
この終点検出装置及び方法は、直接的で、比較
的低コストであり、最小の変更で従来の機器に搭
載できる。この点に関して、レーザ光線をエツチ
ング中に物品に当てるには、室内に１つのウイン
ドー・ポートがあればよい。別法として、レーザ
光線をエツチング室に送るために光フアイバまた
は導波管が使用できる。その結果発生するプラズ
マ摂動の検出は、単に電気フイルタを高周波整合
ボツクス回路に取り付け、濾波された出力をアナ
ログ検出器に送るだけで実現できる。単一レーザ
を利用して、複数の反応器を動作させるための電
力を供給できることに留意されたい。というの
は、約１ｍＪ／パルス（通常のエキシマ・レーザ
は100〜1000ｍＪ／パルスを生成する）しか必要
でないからである。この技術は、他のどの従来技
術でもうまくいかなかつた、終点検出の将来及び
既存の工程ステツプにおいて行ない、したがつて
将来の半導体技術処理に重要な役割を果たす。
この技術及び装置は、Al／Cuヴアイア上に配
置された第１の絶縁体層を含む低いパターン率の
製品ウエハに対して有効なことが実証された。測
定した光電気信号のSN比は、20：１より大きく、
非常に高感度を示すと判定された。この実証で
は、エツチング中の半導体ウエハは、５％のヴア
イア・ホール・パターンをもち、残りはSiO2で
ある。ブランケツトSiO2からは測定可能な光電
子信号は誘導されなかつた。
この装置及び方法は、レーザ誘導蛍光など他の
技術と比べて波長に対する感受性がそれほど高く
ないことに留意されたい。したがつて、レーザの
代わりにチヨツプしたインコヒーレントな紫外線
光源も使用できる。他の代替光源の例としては、
水銀燈や水素またはキセノン放電燈などがある。
さらに、この発明及び技術は、プラズマの組成
に余り依存せず、したがつて極めて広い動作のベ
ースまたは範囲をもつことにも留意されたい。
Ｅ 発明の効果 本発明によつて提供される利点は、パターン率
の極めて低い終点が、高解像及び非常に迅速な応
答で検出できることである。この終点検出は、た
とえば、上部層を貫通してその下の他の層までエ
ツチングする際に、これら２つの層の仕事関数が
異なるときに利用できる。また、本発明は、上層
部を、仕事関数の異なる他の層上に付着させると
きに使用できる。すなわち、本発明は、金属、半
導体または絶縁体の上部層を、その下にある仕事
関数の異なる金属、半導体または絶縁体からなる
層上に付着させるときに使用できる。本発明は、
プラズマ組成とはほとんど無関係であり、検出の
SN比が高く、波長に対して余り敏感でない点で、
特に有利である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の１つの実施例の概略構成図
である。第２図は、第１図のフイルタと増幅器ブ
ロツク４２を実施するのに使用されるフイルタと
増幅器ネツトワークの概略構成図である。第３図
は、本発明の装置と方法を利用して得られる積分
信号応答のグラフである。 １０……室、１２，１６……電極、１４……物
品、１４……ウエハ、１８……高周波エネルギー
源、２０……インピーダンス整合ネツトワーク、
３２……光源、４４……信号処理装置、４６……
フイルタ／増幅器回路、４８……エツチング・サ
ーボ制御装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 仕事関数の異なる、第１のマテリアルからな
    る第１の部分と第２のマテリアルからなる第２の
    部分を含む処理対象物を処理するためのプラズマ
    室と、 上記プラズマ室内においてプラズマを生成する
    ための手段と、 上記プラズマにさらされている上記第２のマテ
    リアルからのみ電子を放出させる手段と、 上記放出された電子のエネルギーを増加させて
    上記プラズマに注入する手段と、 上記エネルギーの増加された電子の注入に起因
    するプラズマ摂動を検知し、該プラズマ摂動の検
    知をもつて上記第２のマテリアルの露出を検知す
    る手段 を含む、プラズマ処理装置。 ２ 仕事関数の異なる、第１のマテリアルからな
    る第１の部分と第２のマテリアルからなる第２の
    部分を含む処理対象物をプラズマ室内に置き、 上記プラズマ室内においてプラズマを生成し、 上記プラズマにさらされている上記第２のマテ
    リアルからのみ電子を放出させるべく選択された
    エネルギーを持つ光子ビームを上記処理対象物表
    面に導き、 上記放出された電子のエネルギーを増加させて
    上記プラズマに注入し、 上記エネルギーの増加された電子の注入に起因
    するプラズマ摂動を検知し、該プラズマ摂動の検
    知をもつて上記第２のマテリアルの露出を検知す
    る ステツプを含む、プラズマ処理方法。
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