NL8102402A

NL8102402A - Werkwijze voor de eindpuntdetectie bij een fysisch etsproces.

Info

Publication number: NL8102402A
Application number: NL8102402A
Authority: NL
Original assignee: Varian Associates
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1981-05-15
Publication date: 1981-12-16
Also published as: FR2482783A1; GB2076330A; CH652237A5; DE3118834A1; JPS579877A; GB2076330B; US4358338A

Description

v E 1609-146 P & C

Werkwijze voor de eindpuntdetectie bij een fysisch etsproces.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van het eindpunt van een fysisch etsproces en in het bijzonder op een werkwijze waarbij de stroom door het doel wordt bewaakt teneinde te bepalen als een fysisch etsproces het eindpunt heeft bereikt.

5 Het selectief verwijderen van materialen ter verkrijging van een patroon op een oppervlak gebeurt gewoonlijk door middel van het afschuren van harde merkstukken met of zonder schuurmiddelen of door het etsen met natte chemische processen. Bij de vervaardiging van halfgeleiderkomponenten waarbij lichtgevoelige maskers, isolatoren, geleidende lagen of halfgeleider-10 materiaal moeten worden vormgegeven bij de vervaardiging van geïntegreerde circuits is hét niet mogelijk gébruik te maken van schuurmiddelen wegens de in het geding zijnde fijne geometriën en aangezien de schuurmiddelresten de vervaardigde circuits zouden verontreinigen. Hoewel nat chemisch etsen is toegepast in de halfgeleiderindustrie wordt dit steeds meer onwenselijk 15 met het oog op de kosten, de tijd, de eisen bij het hanteren en de noodzaak tot het af voeren van giftige afvalstoffen.

Daardoor bestaat een neiging tot het overgaan op fysisch etsen, waarbij gebruik wordt gemaakt van plasma-bestanddelen voor het selectief verwijderen van materiaal van de drager. Bij het bewerken met ionen en het etsen met 20 reaktieve ionen worden ionenbundels met hoge energie die naar het doel worden versneld of worden opgewekt in een sproeiontlading van voldoende kracht toegepast. Dit is in wezen een soort atomair of moleculair zandstralen die het mogelijk maakt zeer fijne patronen te krijgen en waarbij weinig resten achterblijven. Verder is een voordeel dat de resten gemakkelijk 25 worden af gevoerd en dat er geen giftige afvalstoffen ontstaan. Bij het bewerken met ionen berust de etsing op de kinetische energie van niet-reaktieve atomaire of moleculaire soorten. Bij het etsen met reaktieve ionen worden reaktieve molekulen toegepast teneinde de kinetische effekten te kombineren met chemische effekten ter verhoging van de etssnelheid en 30 ter verkrijging van selectiviteit.

Daar steeds ingewikkelder strukturen worden vervaardigd bij de bewerking van halfgeleiders wordt het steeds wenselijker effektievere etstechnieken te ontwikkelen en een snellere doorstroming te verkrijgen. Het is in het bijzonder wenselijk ondersnijding te vermijden en overmatig etsen te vermijden. 35 Bij strukturen met integratie op grote schaal is het wenselijk de etsen met een nauwkeurige beheersing van de etsdiepte, dat wil zeggen er dient tegen te worden gewaakt, onderliggende lagen te beschadigen. Derhalve is het zeer wenselijk, in staat te zijn te bepalen hoe ver men is doorgedrongen 8102402 - 2 - in een bepaald materiaal en te bepalen wanneer een grensvlak tussen ongelijke materialen is bereikt. Deze informatie is tot dusver verkregen door meting van de intensiteit van de ionenbundel· .en de blootstellings-tijd. Bij de hoge bundeliintensiteiten die moeten worden toegepast voor 5 het verkrijgen van een snelle doorstroming is het echter mogelijk grenzen in korte tijdperioden te overschrijden en kritieke gebieden van de vervaardigde geïntegreerde circuits te beschadigen. Derhalve is het bijzonder wenselijk een onmiddellijke aanwijzing te verkrijgen van de etsing met een ionenbundel door een grenslaag tussen ongelijke materialen, 10 bijvoorbeeld de grenslaag tussen een geleider en een isolator of de grenslaag tussen een isolator;en een halfgeleider-drager.

Bij de bestaande etstechnieken met ionenbundels zijn verschillende technieken voor het detecteren van het eindpunt toegepast. Er zijn micro-balansen met kwartskristallen toegepast voor het wegen van het voorwerp 15 terwijl dit wordt geëtst. Naarmate het voorwerp wordt geëtst verliest het aan gewicht en aan de. hand van de geëtste oppervlakte en de dichtheid van het materiaal kan men daaruit de etsdiepte bepalen. Een andere benadering maakt gebruik van vierpool-gasnalysatoren voor het detecteren van aanwezigheid van een bepaalde gassoort in het stelsel. Als een bepaalde soort 20 wordt gedetecteerd, blijkt daaruit dat een grens tussen ongelijke materialen is bereikt. Deze methode maakt het mogelijk te bepalen of een bepaalde laag is bereikt, maar is niet bijzonder geschikt voor een meting van de etsdiepte. De overheersende techniek is het beheersen van de etsduur in samenhang met een geijkt etstempo. Deze benadering is nuttig als gebruik 25 wordt gemaakt van selectieve etsmiddelen, dat wil zeggen etsmiddelen die het bovenliggende materiaal in kwestie veel sneller etsen dan het onderliggende materiaal. Het gebruik van een beheerste etsduur met selectieve etsmiddelen is geschikt als er een selectief etsmiddel beschikbaar is met een etsverhouding van de orde van 30:1 of meer (waarbij de etsverhouding 30 de verhouding is tussen de etssnelheid van geëtst materiaal ten opzichte van de etssnelheid van onderliggend materiaal). Als de etsverhouding te laag is, bijvoorbeeld 10:1 of lager, bestaat de waarschijnlijkheid dat te diep wordt doorgedrongen in de drager of dat het materiaal in kwestie wordt ondersneden. De benaderingswijze met detectie van het eind-35 punt aan de hand van een gestuurde etsduur is bijzonder ongeschikt voor etsstelsels die werken met reaktieve ionen, daar het etsen met reaktieve ionen het etsvermogen van de kinetische energie van de ionenbundel kombineert met de chemische eigenschappen. Daar de selectiviteit een chemisch mechanisme is bestaat dan de mogelijkheid dat een etsmiddel dat 8102402 * € * - 3 - chemisch zeer selectief is de onderliggende laag etst met een snelheid vergelijkbaar met de etssnelheid voor de bovenliggende laag, ten gevolge van de kinetische energie van de ionenbundel. Zoals eerder vermeld is het bij zeer ingewikkelde of uit vele lagen bestaande circuits of bij bijzonder 5 dunne onderliggende lagen zoals poortoxiden bij MOS-komponenten wenselijk de etsstappen voort te zetten tot een vastgelegde diepte binnen een nauwkeurigheid van 100 nm. De mogelijkheid om een etsbewerking binnen zo nauwe grenzen te beëindigen is met de beschikbare technieken niet steeds voor handen.

10 De uitvinding beoogt een werkwijze voor het detecteren van het eindpunt te verschaffen waarbij de stroom door het doel wordt gemeten teneinde veranderingen te detecteren die overgangen tussen ongelijke materialen aangeven.

De uitvinding beoogt verder een werkwijze te verschaffen voor het 15 bepalen van het eindpunt van een fysische etsbewerking die bijzonder geschikt is voor het etsen met reaktieve ionen.

De uitvinding beoogt verder een werkwijze voor het detecteren van het eindpunt te verschaffen die onmiddellijk het indringen van een ionenbundel door een bovenliggende laag in een onderlaag aangeeft.

20 De uitvinding wordt hieronder nader toegelicht aan de hand van de tekening, die betrekking heeft op een uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding.

Fig. 1 is een schets van een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

25 Fig. 2 is een perspektivisch aanzicht van een stempel en masker te gebruiken in de inrichting uit fig. 1.

Fig. 3 is een blokschema van het circuit voor de elektrische detectie van stroom door het doel.

Fig. 4 is een schema van de differentiator uit fig. 3.

30 Fig. 5 is een schema van de tijdsdiscriminator uit fig. 3.

Fig. 6 is een schema van de stuurlogica uit fig. 3.

Figuren 7a tot en met 7d zijn diagrammen van een reeks profielen van ionenbundel-stroom door het plaatje als functie van de tijd voor verschillende kombinaties van materialen.

35 Het eindpunt van een fysisch etsproces wordt bepaald door het meten van de stroom door het doel en het detecteren van veranderingen in de gemeten stroom. Veranderingen van deze stroom geven overgangen aan tussen ongelijke materialen of geven de indringingsdiepte in een bepaald materiaal aan. Tijdelijke veranderingen van de etsflux, bijvoorbeeld in een ionenbundel, 81 02 4 02 t -4 - kunnen worden uitgeschakeld ..door de stroom te meten in een masker dat in de nabijheid van het doel is geplaatst en door de maskerstroom af te trekken van de stroom door het doel.

In het volgende wordt de uitdrukking "bovenlaag" gebruikt voor het 5 beschrijven van de te etsen laag, de uitdrukking "onderlaag" wordt gebruikt voor het beschrijven van de laag onmiddellijk onder de bovenlaag, de uitdrukkingen "doel" of "plaatje" worden gebruikt voor het beschrijven van het geheel dat de bovenlaag en de onderlaag bevat en de uitdrukking "eindpunt" wordt gebruikt voor het tijdstip waarop een verandering wordt 10 waargenomen in de gemeten stroom door het doel of plaatje. De uitdrukking "door het doel" of "stroom door het plaatje" wordt in algemene zin gebruikt voor stroom die wordt gemeten op enig punt in het plaatje en omvat derhalve mede stroom die wordt gemeten aan de achterzijde van een plaatje of stroom die op het oppervlak van. het plaatje langs zijn omtrek 15 wordt gemeten. Deze uitdrukking dekt dus zowel massa-weerstand-effekten als Oppervlaklaag-weerstand-effekten. Fysisch vallen de waargenomen stroomveranderingen samen met of zij vallen dichtbij het tijdstip waarop een bepaald deel van de bovenlaag geheel is verwijderd en de onderlaag gedeeltelijk is blootgelegd. Op dat tijdstip beginnen-de afwijkende 20 eigenschappen ten aanzien van secundaire elektronen of geleiding in de onderlaag vergeleken met de overeenkomstige effekten in de bovenlaag waarneembaar te worden. Vanaf dit tijdstip tot aan de volledige verwijdering van de bovenlaag blijft het overheersense effekt de gemeten stroom door het plaatje of doel veranderen totdat de stroomeigenschappen van de 25 onderlaag worden waargenomen. Daar het eindpunt wordt gedefinieerd als het punt waarop de onderlaag begint bloot te komen moet het etsproces voldoende lang worden voortgezet om de onderlaag geheel bloot te leggen. Deze voort-zettingstijd wordt aangeduid als de overets-tijd en wordt gerekend als een percentage van de tijd die nodig is voor het etsen door de bovenlaag 30 waarbij de omstandigheden van de ionenbundel en de fysische configuratie gelijk blijven.

De mechanismen die ten grondslag liggen aan de stroom die wordt gemeten door een doelmateriaal dat ionenbombardement ondergaat zijn in het algemeen békend. Zij omvatten de effektieve weerstand van het doel en een eventuele 35 houder, die een effekt is dat de weerstand van alle lagen kombineert; de emissie van secundaire elektronen aan de gebombardeerde oppervlaklaag; de emissie van secundaire ionen aan de gebombardeerde oppervlaklaag; het insluiten van lading in lagen halfgeleidermateriaal en tertiaire effekten waardoor secundaire elektronen die zijn geëmitteerd door de drager daarheen 81 0 2 4 02 s « * - 5 - terugkeren (in sommige gevallen kunnen deze ladingen opzettelijk worden ingevoerd, bijvoorbeeld door een neutralisator). Deze effekten hangen af van het materiaal in kwestie en beïnvloeden rechtstreeks de stroom die wordt gemeten door een doel dat wordt gebombardeerd met een 5 ionenbundel en zij worden opgeteld bij of afgetrokken van de werkelijke ionenbundel-stroom. Men dient in aanmerking te nemen dat de stroom die wordt gemeten door het doel, hierna aangeduid als een halfgeleiderplaatje, een kombinatie is van de werkelijke ionenstroom van de invallende bundel en deze andere effekten. Deze effekten hangen af van de eigenschappen 10 van de laag (over een basis) die op een bepaald tijdstip blootligt en maken het mogelijk, daaruit af te leiden welke laag in feite blootligt.

Deze effekten maken een primaire wijze voor het bepalen van het eindpunt mogelijk die niet afhangt van de brutowaarde van de stroom, maar uitsluitend van veranderingen van de stroom.

15 Zoals ook hierna zal worden aangenomen wordt het plaatje vaak vast gehouden in een stempel, zodat de metingen het gemakkelijkste aan de stemoel kunnen worden gedaan. Derhalve geldt

I I„ - IT + Im p R I SE

waarin 1^ = stroom van de stempel naar aarde 20 I_ = werkelijke ionenstroom van de invallende bundel

R

= stroom veroorzaakt door secundaire positieve ionen

Im= stroom veroorzaakt door secundaire elektronen SE

In een geval waar de geleidingsmechanismen niet overheersen kan I

R

als konstant worden beschouwd of hij kan worden gecompenseerd door gebruik 25 te maken van een masker zoals hierna zal worden beschreven voor het meten en aftrekken van deze term. In vele gevallen kan de secundaire emissie van ionen worden verwaarloosd. Als de emissie van secundaire elektronen overheerst geldt derhalve

dl = + dl__ p SE

30 en men kan overgangen tussen ongelijke materialen waarnemen daar deze verschillende eigenschappen ten aanzien van de emissie van elektronen zullen hebben. In dat verband wordt verwezen naar "Ion Bombardment in Solids" door G. Carter e.a., hoofdstuk 3 "Secondary Electron Emission" (1968) en "American Institute of Physics Handbook" onder redaktie van D.E. Gray, 35 3e editie (1972), bladzijde 9-183 "Secondary Emission". Men dient in aanmerking te nemen dat I ^ kan worden beheerst door de instelspanning van een masker over het plaatje/stempel, zodat deze term naar wens kan worden vergroot of verkleind. Een positieve instelspanning trekt extra elektronen uit het oppervlak en een negatieve instelspanning onderdrukt de emissie 8102402 r' it - 6 - of stoot geëmitteerde elektronen af en zet deze als tertiaire elektronen terug naar de drager.

Als geleidingseffekten overheersen, dat wil zeggen als de eigenschappen ten aanzien van de emissie van secundaire elektronen soortgelijk zijn, maar 5 de soortelijke weerstanden verschillen, kan IgE worden beschouwd als konstant of klein en geldt

dl = -dl P R

Deze term neemt af als men door een geleidende bovenlaag etst naar een isolerende onderlaag en neemt toe als men door een isolerende laag etst 10 naar een geleidende laag. Het eerste effekt levert een stroomkromme die kan worden gebruikt voor het bepalen van de indringingsdiepte in een geleidende bovenlaag.

Bij de meeste.. kombinaties van bovenlagen en onderlagen kan het overheersende effekt worden voorspeld en/of proefondervindelijk worden 15 bepaald. De overige effekten kunnen aanwezig zijn, maar worden overschaduwd door het waarneembare overheersende effekt. De voorspelbare overheersing van een bepaald effekt maakt het mogelijk met de werkwijze volgens de uitvinding de overgang tussen ongelijke materialen te bepalen en in bepaalde gevallen de indringingsdiepte in een bepaald materiaal te bepalen.

20 Een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding heeft de opbouw die in fig. 1 is geschetst. Deze configuratie wordt bijvoorbeeld toegepast bij de etsinrichting met bundels reaktieve ionen van het type FE-580 van Varian/Extrion. Hij is voorzien van een invoermechanisme en uitvoermechanisme voor het plaatje volgens het Amerikaanse octrooi-25 schrift 3.901.183 en is een voorbeeld van de vele configuraties waarbij de werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast. Een ionenbron 10 levert een ionensoort of groep ionensoorten die langs een lineaire baan naar het plaatje 11 op het stempel 12 worden versneld door middel van spanningen op extractieplaten 8 en versnellingsplaten 9. In een typerend 30 geval is de ionenbundel niet geanalyseerd, zodat een bron van een brede bundel van het Kaufman-type kan worden toegepast (f. 15 cm Kaufman bron van Ion Tech., Port Collins, Colorado, Verenigde Staten van Amerika); deze soort bundel maakt het tevens mogelijk een groter gebied te bestrijken met minder ingewikkelde apparatuur. Zulke bronnen van een brede bundel 35 zijn ook beter bruikbaar door de betrouwbaarheid en nauwkeurigheid van de eindpuntdetectie volgens de uitvinding, dat wil zeggen een grotere ongelijkmatigheid van de elektronenbundel kan bij gelijkblijvende ets-toleranties worden toegestaan als onmiddellijk en met grote nauwkeurigheid bekend is als materiaalovergangen optreden.

8102402 ' Ï ft - 7 -

De ionenbundel 14 treft het halfgeleiderplaatje 11 met een blootliggend oppervlak 15. In een typerend geval heeft het blootliggende oppervlak 15 een patroon dat wordt gedefinieerd door een lichtgevoelig masker. De blootliggende oppervlakgebieden worden geëtst met een snelheid die afhangt van 5 de ionensoorten in de bundel, de bundelenergie, de eigenschappen van het materiaal van de blootliggende laag, waaronder zijn chemische reaktiviteit met de ionensoorten en zijn dichtheid of gestelstruktuur. Het materiaal dat wordt gedefinieerd door het patroon en dat moet worden geëtst wordt in een typerend geval veel sneller geëtst dan het lichtgevoelige masker. In 10 elk geval kan de dikte van het lichtgevoelige masker groot genoeg worden gekozen om een ruime veiligheidsmarche te verkrijgen, zodat al het blootliggende materiaal is geëtst voordat het lichtgevoelige masker is uitgeput.

Volgens de uitvinding wordt het halfgeleiderplaatje 11 gemonteerd op en is het in geleidende aanraking met het stempel 12. Het stempel is bij 15 voorkeur van de soort die tevens een goed warmtekontakt en elektrisch kontakt maakt met het plaatje, zodat een geleidende baan bestaat vanaf het stempel 12, door de achterzijde en de inwendige gebieden van het plaatje tot aan de onderlaag en door de bovenlaag. In plaats daarvan kan, zoals bij de stempel volgens Waycool, beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage 20 21.352 en in het bijzonder fig. 2 daarvan, het halfgeleiderplaatje door een kleraring 27 worden gedrukt tefcjen een stempel 26 dat is bekleed met een buigzaam warmtegeleidend materiaal. Daar het buigzame warmtegeleidende materiaal geen goede elektrische geleider is, loopt het primaire elektrische kontakt via de klem op het oppervlak van het plaatje langs zijn omtrek.

25 De elektrische stroom die wordt gemeten op het stempel is derhalve de stroom die over het oppervlak van de bovenlaag diffundeert naar de klemring. Zoals blijkt uit fig. 1 is een stroommeetcircuit 16 op het stempel aangesloten voor het meten van de stroom door het plaatje (vergelijk de eerdere definitie van deze uitdrukking). Volgens een voorkeursuitvoering 30 wordt de stroom door een geleidend masker 18 eveneens gemeten door middel van een meetinrichting 17, zodat de momentele waarde van de ionenbundel-stroom kan worden gecondenseerd in de stroom die door het plaatje wordt gemeten. Dit is in fig. 2 aangegeven als een masker 25 dat door isolerende afstandhouders 28 is gescheiden van het stempel 29 volgens Waycool.

35 Zoals hierboven beschreven wordt bij een voorkeursuitvoering de stroom door een masker dat grenst aan het stempel gemeten teneinde momentele fluctuaties van de ionenbundeldichtheid te compenseren. Fig. 3 is een blok-schema waaruit blijkt hoe de maskerstroom en de stempelstroom kunnen worden verwerkt. Daarbij worden de gemeten signalen vroegtijdig numeriek 8102402 r v * -8 - gemaakt en gedifferentieerd en dit is slechts één van de vele wijzen waarop de stroomsignalen kunnen worden bewerkt teneinde veranderingen te detecteren. De stroom door het masker wordt via de leiding 31 als referentie-stroom ingevoerd in een differentiator 33 (hierna nader te beschrijven 5 aan de hand van fig. 4). De stroom door het plaatje en de stempel worden via de leiding 32 toegevoerd aan de differentiator 34. In beide gevallen neemt de differentiator veranderingen in de stroom waar, waarbij de afgeleiden hetzelfde teken hebben als het verwachte eindpunt (daar het overheersende mechanisme in een bepaald geval bekend is, is ook de richting 10 van verandering van de stroom bekend). De numeriek gemaakte uitgangssignalen van de differentiatoren 33 en 34 worden toegevoerd aan een tijd-discriminator 35 (hierna nader te beschrijven aan de hand van fig. 5) waarin de masker/referentie-stroom in feite wordt afgetrokken en de duur van een eventuele werkelijke verandering van de stempelstroom wordt verge-15 leken met een tijdstandaard. Als een afwijking van een gemiddelde stroom voortduurt gedurende een periode die langer is dan de tijdstandaard, gaat men er van uit dat een eindpunt is bereikt en de tijddiscriminator geeft een scherp uitgangssignaal af aan de stuurlogica 36 (hierna nader te beschrijven aan de hand van fig. 6). De reeks krommen uit fig. 3 geeft 20 aan dat een verstoring 37 in de stempelstroom en 37' in de referentiestroom vermoedelijk worden veroorzaakt door fluctuaties van de bron en niet door veranderingen in het plaatje, zodat geen eindpunt wordt aangegeven. Als later de stempelstroom bij 38 begint te stijgen wordt een eindpunt aangegeven aangezien de verandering uitsluitend plaatsvindt in de stempelstroon en een 25 gevolg moet zijn van fysische veranderingen in het plaatje.

Een differentiator geschikt voor gebruik in het circuit voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding is afgebeeld in fig. 4. De ingangsstroom wordt via een leiding 43 toegevoerd aan een lineair drietraps-netwerk van operationele versterkers. De operationele versterkers 40, 41 30 en 42 zijn van het type National Semiconductor LM 35ls en de transistor 46 is van het type 2N3904. De schakelaar 44 maakt van de eerste trap een.'., omkeertrap als hij wordt omgelegd. Deze mogelijkheid wordt gebruikt als bijvoorbeeld bekend is dat de stroom door de stempel zal afnemen in plaats van toenemen bij het eindpunt. Daardoor behoeft het overige deel van het circuit 35 slechts positief gerichte eindpunten te verwerken. De omgekeerde logica geldt als bekend is dat de stroom door de stempel bij het eindpunt zal toenemen. De tweede trap omvat de rekenversterker 41 en met geschikte waarden voor de ingangscondensator en de tegenkoppelcondensator en tegen-koppelweerstand wordt daarmee het stroomsignaal gedifferentieerd. Een tweede 8102402 v i i - 9 - differentiatie vindt plaats door de operationele versterker 42 teneinde de gevoeligheid te vergroten. Vervolgens wordt de uitgang gebufferd en afgenomen van de collector 45 van de transistor 46. Het is duidelijk dat de differentiatoren 34 en 35 uit fig. 3 noodzakelijkerwijs functioneel 5 identiek zijn, dat wil zeggen zij zijn beide uitvoering volgens fig. 4 of volgens een andere gemeenschappelijke uitvoering teneinde volgen mogelijk te maken.

Fig. 5 is een blokschema van een tijddiscriminator van de soort als toegepast in het circuit uit fig. 3. De komponenten 50, 51, 52 en 57 10 zijn NAND-poorten zoals die voorkomen in het geintegreerde circuits van het type National Semiconductor 74C00. De komponenten 53, 54, 55 en 56 zijn monostabiele/astabiele multivibratoren zoals die van het type National Conductor CMOS 4047s. Het stempelstroomsignaal, dat wil zeggen het tweemaal gedifferentieerde signaal uit fig. 4 wordt via de leiding 15 58 toegevoerd aan de monostabiele/astabiele multivibrator 55. Het refe- rentiesignaal wordt via de leiding 59 toegevoerd aan de monostabiele/ astabiele multivibrator 53. Als een verstoring wordt waargenomen in het masker zowel als de stempel hebben de numerieke impulsen van de monostabiele/ . astabiele multivibratoren 54 en 56 tegengestelde tekens en de NAND-poort 20 57 levert geen uitgangssignaal. Als daarentegen het stempelstroomsignaal in de leiding 58 verandert, maar het masker/referentie-stroomsignaal in de leiding 59 niet verandert en deze ongecorreleerde verandering voortduurt gedurende een periode langer dan de vertraging die is ingebouwd in de monostabiele/astabiele multivibratoren, levert de NAND-25 poort 57 een uitgangssignaal die de grendel gevormd door de kruiselings gekoppelde NAND-poorten 50 en 51 trekt. Het uitgangssignaal van de NAND-poort 50 geeft de toestand van de grendel aan en wordt aan de aansluiting 61 afgenomen als uitgangssignaal van de tijddiscriminator. Na te zijn getrokken en daardoor de detectie van het eindpunt te hebben aangegeven, 30 wordt de grendel via de leiding 60 teruggesteld.

In fig. 6 is de stuurlogica van het circuit uit fig. 3 afgebeeld.

De stuurlogica ontvangt uit de tijddiscriminator 35 een aanwijzing dat het eindpunt is bereikt. De stuurlogica zorgt dan voor voortzetting van de etsing gedurende de overetstijd, die zoals hierboven beschreven een vooraf-35 bepaald breukdeel is van de tijd die nodig is voor het etsen van de bovenliggende laag.' Het begin van de etsing van de bovenliggende laag wordt via de NAND-poort 72 aangegeven aan de NAND-poort 73 die de klok 75 in werking stelt, waardoor een voorwaartse telling plaatsvindt in de teller 76. Deze teller kan zijn samengesteld uit onderdelen van het type National 8102402 β ' * - 10-

Semiconductor CMOS 74C193. Deze telling gaat voort gedurende de gehele etsperiode voor het bereiken van het eindpunt. De telling kan worden vastgehouden door het in werking stellen van de NAND-poort 71 of, als het proces voortijdig wordt beëindigd, kan de teller 76 worden terug-5 gesteld. In het andere geval stelt de telling op het tijdstip waarop het eindpunt is bereikt, de totale etstijd voor. Als het eindpunt wordt aangegeven door de tijddiscriminator 65, verandert het uitgangssignaal van de NAND-poort 67. Op dat eindtijdstip wordt de basis van de transistor 83 hoog en stroom wordt opgenomen via de lichtemitterende diode 82, die het 10 eindpunt zichtbaar aangeeft. Op.hetzelfde tijdstip verandert de uitgang 84 van de tijddiscriminator 65, zodat de NAND-poort 69 wordt uitgeschakeld, zodat via de NAND-poort 70 de NAND-poort 73 wordt uitgeschakeld en de voorwaarts tellende klok 75 buiten werking wordt gesteld. Ook op dat tijdstip verandert de NAND-poort 69 van toestand door het signaal afkomstig 15 van de NAND-poort 68 en dit op zijn beurt stelt de terugtellende klok 74 in werking, die een achterwaartse telling in de teller 76 begint. Het tempo van de klok 74 vergeleken met de klok 75 bepaalt de mate van over-etsing. Deze relatieve snelheid is instelbaar en kan van buitenaf worden ingesteld door de gebruiker, in een typerend geval in een overetsings-20 bereik tussen 1% en 100%. Als de teller 76 0 bereikt, wordt een impuls doorgegeven aan de NAND-poort 78 die kruiselings is gekoppeld met de NAND-poort 77 en daarmee een grendel vormt. Het uitgangssignaal van de NAND-poort 78 maakt de transistor 84 geleidend, zodat stroom wordt opgenomen via de lichtemitterende diode 85 die zichtbaar het einde van de overetsing aan- 25 geeft. Te gelijker tijd schakelt het uitgangssignaal van de NAND-poort 77 de NAND-poort 79 in, zodat het uitgangssignaal van de NOF-poort 90 de bron van de ionenbundel kan uitschakelen. Op dat tijdstip wordt een automatisch terugstelsignaal ingevoerd op de aangegeven plaats en de stuurlogica is gereed voor het sturen van een nieuw proces na ontvangst 30 van een nieuw startsignaal aan de ingang van de NAND-poort 72.

Zoals later zal worden beschreven kunnen kleine veranderingen van de stroom door het plaatje een overgang tussen materialen definitief aangeven.

Voor bepaalde materiaalsystemen kan de toeneming of afneming van de ionen-bundelstroom kwantitatief worden gebruikt voor het bepalen van de indringings-35 diepte. Ook is het mogelijk dat de helling van de gemeten stroom een eindpunt aangeeft, zoals bij diëlektrika bestaande uit twee lagen, waarbij de overgang van de ene helling naar de andere helling een overgang van het ene materiaal op het andere materiaal kan aan geven. In de meeste gevallen is het wenselijk veranderingen van de ionenbundelstroom die worden veroor- 81 0 2 4 02 ' <, * - 11 - zaakt door intensiteitveranderingen van de bron uit te schakelen- Derhalve wordt bij bepaalde uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding een masker 18 tussen de bron 10 en de stempel 12 aangebracht. Dit masker dient zowel voor het beschermen van de stempel tegen overmatige aangroei van ionen-5 bundelresten als ook als platform voor het ontvangen van een ionenbundel-stroom die per eenheid van oppervlakte goed vergelijkbaar is met de stroom die wordt gemeten door het plaatje. Zoals later zal worden beschreven kan dit masker een voorspanning krijgen,

De praktische uitvoering van de eindpuntdetectie volgens de uitvinding 10 wordt toegelicht aan de hand van bepaalde materiaal kombinaties. De besproken kombinaties zijn enige belangrijke kombinaties, hoewel vele andere kombinaties mogelijk zijn, waaronder een uit twee lagen bestaande isolator bestaande uit siliciumnitride op siliciumdioxide, siliciumnitride op III-V-verbindingen en halfgeleiders of metalen. De volgende toelichtende 15 kombinaties tonen tevens de werking van de mechanismen in het bijzonder de geleidingsmechanismen en mechanismen van emissie van secundaire elektronen die hiervoor algemeen zijn beschreven.

Geleider op isolator

Een eindniveau van de meeste geïntegreerde circuits omvat metallisering. 20 Deze metallisering moet selectief delen van het geintegreerde circuits met elkaar verbinden en ligt in een typerend geval over een isolerende laag van siliciumdioxide of siliciumnitride, waarbij kontakt met aktieve gebieden wordt gemaakt door openingen in de isolator. De definitie van het doorver-bindingspatroon vindt plaats door een laag lichtgevoelig masker volgens een 25 patroon aan te brengen over een laag van het metalliseringsmateriaal, bijvoorbeeld over AlCuSi. Het patroon wordt dan tot stand gébracht door etsing door de gebieden die niet zijn bedekt met het lichtgevoelige masker. Voor etsmaterialen met reaktieve ionen, zoals de verschillende chloorsoorten die worden verkregen door dissociatie van CCl^ blijkt dat de effektieve ets 30 snelheden van de drager groter zijn dan die van het lichtgevoelige masker.

Ook kan de dikte van de laag lichtgevoelig masker groter worden gemaakt dan die van de metalissering, zodat bij elke gegeven etsbewerking het metallise-ringspatroon volledig tot stand wordt gebracht, dat wil zeggen het eindpunt van de etsing wordt bereikt en een toereikende overetsing wordt verkregen, 35 voordat het lichtgevoelige masker geheel is verwijderd. Zoals hiervoor in het algemeen is uiteengezet kan de etsing van de metallisering een stroom door het plaatje opleveren en deze stroom, gemeten aan de stengel, neemt toe (als de emissie van secundaire elektronen overheerst) of neemt af (als de geleiding overheerst). Hier volgt een voorbeeld van elk van beide mogelijk- heden; 81 Q 2 4 0 2 - 12 -

Voorbeeld 1

Zoals afgebeeld in fig. 7a wordt een halfgeleiderplaatje met een door een lichtgevoelig masker gedifinieerd patroon op een bovenlaag van AlCuSi en een onderlaag van SiO^ geëtst in een ionenbundel met een stroom van 45 mA.

5 Het lichtgevoelige masker bestaat uit Shipley AZ1350J met een dikte van 1.5 jam. Het AlCuSi heeft een dikte van 0,75 jam. De bron is van het type IonTech Kaufmann 15 cm waarin CCl^ wordt ontleed. De extractiespanning aan de plaat 8 bedraagt 700 V en de etstijd tot het eindpunt, de vertikale lijn 81, bedraagt 607,7 s. De overetstijd tussen de lijn 81 en de lijn 82 10 bedraagt 48,5 s en vormt een overetsing van 8%. Er wordt geen smoorspanning aangelegd aan het masker 18, zodat vermoedelijk mechanisme van differentiële emissie van secundaire elektronen overheerst.

Voorbeeld 2

Zoals blijkt uit fig. 7b wordt een halfgeleideorplaatje met een door een 15 lichtgevoelig masker gedefinieerd patroon op een laag van AlCuSi geëtst met een bundel van de ionenbestanddelen verkregen door ontleding van CCl^. De bundelenergie bedraagt 27 mA. Het lichtgevoelige masker heeft een dikte van 1.5 jam en de laag AlCuSi heeft een dikte van 0,75 jum. De extractiespanning bedraagt ongeveer 675 V. De tijd tot het eindpunt bedraagt 794 s en de 20 overetstijd bedraagt ongeveer 80 s. Een masker met een diameter van 63,5 mm op een groot plaatje wordt toegepast. In dit geval is de inrichting volgens fig. 1 gewijzigd door toevoeging van een instelring ongeveer 254 mm stroomafwaarts van de versnellingselektrode 5 (op ongeveer 381 mm van het plaatje) en er wordt geen instelmasker naast het plaatje toegepast. Aan 25 de instelring wordt een onderdrukkingsspanning van -500 V toegevoerd en deze wordt aan de stroomopwaartse zijde beschermd door een geaard masker van grafiet. Dit veonnindeort de emissie van secundaire elektronen en bevordert de terugkeer van tertiaire elektronen naar het plaatje. Door de negatieve instelspanning is het primaire mechanisme geleiding, dat wil zeggen de 30 weerstand neemt toe naaosnate de geleidende laag wordt weggeëtst en de stroom door het plaatje neemt af.

Isolerende laag op halfgeleider

Tussenliggende niveaus van geïntegreerde circuits bevatten vaak isolerende lagen zoals lagen van thermisch aangegroeid siliciumdioxide of kristallijn 35 silicium. Toegang tot gebieden van de siliciumdrager van de halfgeleider is nodig voor het tot stand brengen van kontakt met de metallisering als hieorvoor beschreven. Daarvoor is etsing van het siliciumdioxide nodig en dit wordt volgens de uitvinding tot stand gebracht met een fysisch etsproces. Teneinde aktieve gebieden van de inrichting te beschermen, zoals bronnen, 8102402 * - 13 - \ afvoeren of emitters, kan in het bijzonder de werkwijze volgens de uitvinding voor het bepalen van het eindpunt worden toegepast. Bij het voorbeeld uit fig. 7c wordt een bovenlaag van Si02 met een dikte van 500 mm op een basis van silicium geëtst. Evenals bij het vorige voorbeeld wordt gebruik 5 gemaakt van een gewijzigde uitvoering van de inrichting uit fig. 1, waarbij een instelring met een negatieve instelspanning van 500 V ongeveer 229 mm stroomafwaarts van de versnellingselektrode is aangebracht. De instelring wordt beschermd door een geaard masker van grafiet en er wordt geen instelspanning aangelegd aan het masker 18. De totale tijd voor het volledig 10 verwijderen van de laag bedraagt 1051 s. Dit is gebleken, het punt te zijn waarop de stroomkromme horizontaal gaat verlopen. Een instelspanning van 500 V wordt aangelegd aan het masker. De vroege stijging van de stroom vanaf de lijn 85 tot de lijn 86 wordt vermoedelijk veroorzaakt door het ontbreken van het SiC^ tot een amorf mengsel en op de top blijkt de'dikte 650 nm 15 te bedragen, vermoedelijk door het opnemen van ionenbundelkomponenten in het mengsel. Bij de lijn 86 begint etsing op te treden en tot aan de lijn 87 neemt de dikte van de bovenlaag af. De stroomtoppen 89 zijn vermoedelijk veroorzaakt door kortsluitingen van de ionenbundel door het amorfe mengsel. Bij de lijn 87, die na ongeveer 404 s wordt bereikt, ligt vermoedelijk een 20 belangrijk deel van de siliciumdrager bloot en de stroom neemt geleidelijk toe door het toenemen van de geleiding door het SiC^ naar het Si.

Polykristallijn silicium op siliciumdioxide

Zwaar gedoteerd polykristallijn silicium wordt als geleider toegepast bij sommige MOS-processen. Het wordt van patronen voorzien en wordt geëtst 25 uit de overwegingen die hierboven zijn aangegeven voor geleidende bovenlagen. De inrichting uit fig. 1 wordt gebruikt voor het etsen van een 500 nm dikke laag zwaar n-gedoteerd polykristallijn silicium op een onderlaag van siliciumdioxide (500 nm siliciumdioxide op monokristallijn silicium). Er wordt een Kaufmann bron van 15 cm gebruikt. Diodebundelstroom bij het plaatje 30 bedraagt 50 ma. De extractiespanning aan de plaat 9 bedraagt 700 V. Zoals blijkt uit fig. 7d bedraagt de tijd tot het bereiken van het eindpunt bij de lijn 101 407 s en de totale etstijd bedraagt 505 s voor een overetsing van 19,4%. Het primaire mechanisme is vermoedelijk de geleiding, daar de weerstand toeneemt door het wegnemen van de sterk geleidende bovenlaag.

35 Het is duidelijk dat naast de hierboven gegeven circuits en specifieke materiaalkombinaties vele modificaties mogelijk zijn. Het beginsel van de uitvinding is steeds het meten van de stroom door het doel en het detecteren van veranderingen daarin voor het bepalen van het eindpunt. Af gezien daarvan kunnen de systeemconfiguratie, de instelniveaus e.d. naar wens worden 40 gewijzigd. g.| Q 2 4 0 2

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen..van het eindpunt van een fysisch ets-proces, met het kenmerk dat men de stroom door het te etsen doel meet en veranderingen van de stroom door het doel detecteerd tijdens het 5 voortschrijden van het fysische etsproces, waarbij men het eindpunt afleidt uit de detectie van een verandering die een voorafbepaald bedrag te boven gaat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men de stroom door het doel meet door het meten van de stroom door een halfgeleider- 10 plaatje en veranderingen van de stroom door het doel detecteerd aan de hand van veranderingen van de stroom door het halfgeleiderplaatje.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat men voor het meten ;van de stroom en het detecteren van veranderingen van de stroom de stroom door een van een opening voorzien masker boven het halfgeleider-15 plaatje meet en de stroom door het van een opening voorzien masker aftrekt van de stroom die wordt gemeten door het halfgeleiderplaatje, teneinde een plaatje-afhankelijk stroomkomponent te verkrijgen, waarbij men veranderingen van de stroom door het halfgeleiderplaatje detecteerd door het detecteren van veranderingen van de plaatje-afhankelijke stroomkomponent. 20

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat men veranderingen van de plaatje-afhankelijke stroomkomponent detecteerd door de veranderingen van de helling van de plaatje-afhankelijke stroomkomponent te detecteren.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat men aan het masker een instelspanning aanlegt.

6. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat men een stroom door een halfgeleiderplaatje meet door een stroom te meten door een halfgeleiderplaatje met een bovenlaag van een eerste materiaal en een onderlaag van een tweede materiaal.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat men de stroom meet 30 door de stroom te meten door een halfgeleiderplaatje met een bovenlaag van een geleidend materiaal en een onderlaag van een isolerend materiaal.

8. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat men de stroom meet door het meten van de stroom door een halfgeleiderplaatje met een bovenlaag van siliciumdioxide en een onderlaag van een halfgeleidermateriaal.

9. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat men het etsproces beëindigd na een overetsing met een gegeven tijdsduur. 81 0 2 4 0 2