JPH01171225A - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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められている。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（ファクタ）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。したがって、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って大きな障害になっている。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ェハ・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。

Ｃ３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、 それぞれ仕事関数の異なる、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、励起高周波によって励起される
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は取る手段、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
よっ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は手段は、レーザ・
パルスを生成する手段を含む。

本発明の他の実施例では、濾波手段は、直流信号成分を
ブロッ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・フィルタ手段を含む。

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。この方法は、 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、 励起高周波によって励起される高周波電極によって、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は取り、 プラズマ放電電圧信号を濾波及び増幅して、放電プラズ
マの励起及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、各ステップを含む。

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
、材料表面に当たったとき、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。同様に、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。したがって、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っ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。

エツチ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層はスタッド３０を含む）。第１図に
示した例では、エツチングされる物品はウェハ１４でよ
い。制限としてではなく、−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、エフラード（Ｅｐｈｒａｔｈ
　）の参照文献ｒＶＬＳＩの乾式エツチング−論評（Ｄ
ｒｙＥｔｃｈｉｎｇ　ｆｏｒ　ＶＬＳＩ−Ａ　Ｒｅｖｉ
ｅｗ）　Ｊ　ｌＳｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＳｉｌｉｃ
ｏｎ　　１９８１、（Ｈ，Ｒ，ハフ（ｆｌｕｆｆ）　Ｙ
。

タケイシ及びＲ，Ｊ、クリ−グラ−（Ｋｒ　ｉｅｇｌｅ
ｒ　）編）　ｓ　Ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　５ｏｃｉｅｔｙｖ米国ニューシャーシー州ペニン
トン、Ｖｏｌ、８１−５．１）り、８２７　（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Ｏ エツチング室工Ｏ中の高周波電極１２は、線１７によっ
て標準の高周波エネルギーａ１８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ットワーク２０によって電極１２に
供給される。制限としてではなく、−例を挙げると、こ
のインピーダンス整合ネットワーク２０は、Ａ。

Ｊ、ディーフェンデルフｙ　−（Ｄｉｅｆｅｎｄｅｒｆ
ｅｒ）の参照文献、「電子機器の原理（Ｐｒｉｎｃｉｐ
ｌｅｓ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔａｔｉｏｎ）　Ｊ　）ｌＪ、Ｂ、ｓａｕｎｄｅｒｓ
ＣＯＮ米国ペンシルヴエニア州フィラデルフィア（１９
７９年）、に示されている型式の標準のＬＣまたはパイ
回路によって実施できる。第２の電極２２が、室内で電
極１２と反対側に置かれ、線２４によって基準電位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２２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
ー争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、したがっ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
は手段は、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ョップされた連続波ビーム源にする
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・ストップ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・ビームの入射角が斜めにな
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。

放出される光電子のエネルギーＫＥ、ｌは、ＫＥ−＋＝
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。

したがって、エネルギー・ビームのエネルギーは、物品
１４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。−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居を含み、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。２３０−２５０ｎｍ
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、光の波長と材料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。したがって、これらの光電子は、低い運動
エネルギーをもち、衝突過程によって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
上に置くことによって実施される。

これらの電極のシース電圧は、入力電極電力密度とガス
組成及びエツチング室１０内の圧力によって決まる。た
とえば、高周波陰電極１２は、通常、ミＩＪ　）ルの圧
力で０　、２５　Ｗ／ｃｍ２の電極電力密度を用いてバ
ッチＲＩＥツール内で、または０゜５−４トルの圧力で
１−２　Ｗ／ｃ＋ａ２の電極電力密度を用いて単一ウェ
ハ・エツチング・ツール内で１００ｅＶないしＩＫｅＶ
のシース電圧を生成する。陽電極工６は、通常、こうし
た励起レベルで約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１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。したがって、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って加速
される。光電子はシースを横切って加速されて、電子と
シース電界の静電相互作用からか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ＩＫｅＶの範囲のシース電位に近づ
く。したがって、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次電子を誘導するの
に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１θ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次光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・ショット
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、プラズマによって（２次放出の増加によって
）増幅されるとき、高周波電極での電流の突然の変化に
よって引き起こされる。

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、１３．５６ＭＨ
ｚ）ならびに高周波励起周波数の任意の高調波及び高周
波人力（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って、高いＳ
Ｎ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をフィルタ／増幅器ネットワーク４２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。したがって、一連の帯域フィルタ及び阻止フ
ィルタを利用して、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。応用分野によっては、望ましい
濾波仕事関数を実現するために、−組のＬＣネットワー
クを低域フィ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、
市販の阻止ネッ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、フィ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・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
する同期信号によって実現できる。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・パルスにわたってこれ
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、ボックスカー積
分回路を含む。こうしたボッ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ィンドーで濾
波され増幅された信号を検出し、次に一連のレーザ・パ
ルスにわたって異なる時間ウィンドー信号をそれぞれ積
分するように設定できる。標準の時間ウィンドーの間隔
は、たとえば、１ミリ秒であり、積分されるレーザ・シ
ョットの数は、５ないし１００の範囲にある。別法とし
て、信号処理装置４４を、過渡ディジタライザによって
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・ショットと
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４４によっ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
ック４８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、ブロック４８が、チャ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によっ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である。この図では、時間軸がミ
’）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
時間ウィンドーを表わす。時間図の各点を形成するため
に、４０個のレーザ・ショッ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、フィルタ／増幅器ネッ
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、フィルタ／増
幅器ネットワークの例が示しである。この実施例では、
電極１２は、線１６を介して、オプションの容量分割器
ネットワーク５０に接続されている。この容量分割器ネ
ットワークは、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、この分割器ネットワーク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の間の後続点に
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・フィルタ６
０によって実現できる。ノツチ・フィルタ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・フィルタは、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・フィルタ６０
、直流阻止コンデンサ５８、容量性電圧ドライバ・ネッ
トワーク５０、インピーダンス整合ネットワーク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・フィルタ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がこのフィ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・フィルタ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
・フィルタ６０の共鳴周波数より低い場合には、ノツチ
・フィルタは誘導子として曇く。したがって、ノツチ・
フィルり６０は、コンデンサ６８とあいまってこれらの
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。−例を挙げると、ノツチ・フィルタ６０とコンデ
ンサ６８の組合せは、０゜３〜７ＭＨｚの範囲、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
数の抽出を排除するために、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・フィルタ７０を含む
。このノツチ・フィルタは、一端でノード６６に接続さ
れ、やはり約１３．５８ＭＨｚ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・フィルタ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・フィル
タ７０は、コンデンサ７８とあいまって、やはりフィル
タ７０の１３．５８ＭＨｚ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８０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、オプションのヒユーズ回路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
超える場合に所定の基板材料から放出される。したがっ
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居をその下に備え
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を放
出しない。しかし、エネルギー・ビームが露出金属（た
とえば、ＡＱＣｕｚ　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
界によっ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層上に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は取る
。このプラズマ摂動は、そ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
術によっ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ェ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。したがって、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
よっ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
がっ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
分光分析やオージェ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
、超真空環境にウェ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
たがって、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ッタ付着膜の測定と検出にを利で
ある。

この構造を使って、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次電子の発生によって、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って
、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、それによって低い運動エネル
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
せることによって実施される。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。本発明の他のう様は、プラズマ摂動信号が主
にプラズマ放電の減衰及び励起の固有周波数（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の物品に当てる
には、室内に１つのウィンドー・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
ファ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、単に電気フィルタを高周波整合
ボッ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１爪Ｊ／パルス（通常
のエキシマ・レーザは１００〜１０１００Ｏ／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った、終点検出を将
来及び既存の工程ステップにおいて行ない、したがって
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、ＡＱ／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ェハに
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ェハは、５％のヴアイア・ホール・
パターンをもち、残りは５ｉＣｈである。ブランケット
Ｓｔ○２からは測定可能な光電子信号は誘導されなかっ
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。したがって、レーザの代わりにチョップした
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、したがっ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。

Ｅ０発明の効果 本発明によって提供される利点は、パターン率の極めて
低い終点が、高解像度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、上部層を、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図のフィルタと増幅器ブロック４２を実
施するのに使用されるフィルタと増幅器ネットワークの
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、１２．１Ｂ・・・・電極、１４・・・
・物品、１４・・・・ウェハ、１８・・・・高周波エネ
ルギー源、２０・・・・インピーダンス整合ネットワー
ク、３２・・・・光源、４４・・・・信号処理装置、４
６・・・・フィルタ／増幅器回路、４８・・・・エツチ
ング・サーボ制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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って上記
   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. （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って上記
   第２のマテリアルの露出を検知する ステップを含む、プラズマ処理方法。