DE3002509A1

DE3002509A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer aetzung

Info

Publication number: DE3002509A1
Application number: DE19803002509
Authority: DE
Inventors: Thomas S Latos
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1980-01-24
Publication date: 1980-08-07
Also published as: GB2042718B; US4208240A; JPS55104482A; GB2042718A

Description

Albert-Rosshaupter-Strasse 65, D 8000 München 70, Telefon (089) 7605520

GOULD INC. 24-O Januar 1980

10 Gould Center

Rolling Meadows, Illinois 60008

U. S* A.

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Ätzung

Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Ätzung«. Insbesondere betrifft diese Erfindung Verbesserungen an einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Ätzung, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 857,384- (vom 5<, Dezember 1977? Erfinder; Heinz H. Busta, Robert E. Lajos und KuI H₀ Bhasin) beschrieben sind; mit der Bezugnahme auf diese US-Patentanmeldung

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soll deren Inhalt auch zum Bestandteil dieser Unterlagen gemacht werden.

Bei der Herstellung integrierter Schaltungen und ähnlicher Bauelemente und Vorrichtungen ist es übliche Praxis, in einem vorgegebenen oder vorgeschriebenen Muster durch eine erste Dünnschicht hindurch zu ätzen, um ein darunterliegendes Substrat freizulegen. Sofern die Dünnschicht aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, handelt es sich bei dem Substrat typischerweise um entweder ein Metall oder um einen Halbleiter. Nachdem das vorgeschriebene Muster durch die Isolierschicht hindurch geätzt worden ist, kann eine andere Schicht aus Metall oder einem Halbleiter auf dieser Isolierschicht aufgebracht werden, um in Kontakt mit den freigelegten Abschnitten des darunterliegenden Substrates zu kommen. Im Verlauf dieses anfänglichen und/oder im Verlauf nachfolgender Ätzvorgänge kann nach Abätzung der alleräußersten Materialschicht der Beginn eines Überätz-Zustandes auftreten, dessen Stärke eine Punktion der Ätzparameter ist, insbesondere der Ätzparameter beim Plasmaätzen. Sofern nach Beginn dieses Überätz-Zustandes der Ätzvorgang nicht bald beendet wird, kann ein unbrauchbares Bauelement erhalten werden.

Sofern an einer Schicht aus Isoliermaterial, die gerade geätzt wird, Licht reflektiert wird, wird dieses reflektierte Licht an einem optischen Detektor ein niederfrequentes Signal mit einer Frequenz in der Größenordnung von ungefähr 0,005 Hz erzeugen. Die Bildung dieses niederfrequenten oder wellen-

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förmigen Signals beruht auf konstruktiven und destruktiven Interferenzen der reflektierten Lichtwellen_o Sobald eine Isolierschicht vollständig abgeätzt ist, und eine darunterliegende Metallschicht freigelegt wird, wird der Detektor ein im wesentliches konstantes Signal oder ein Gleichstromsignal erzeugen, was die Anwesenheit des Metalls anzeigt„ Es sind Meßsysteme bekannt, die auf dieser Grundlage den Übergang von einer Isolierschicht zu einer Metallschicht erfassen; diese Systeme sind jedoch nicht zur Feststellung des Übergangs von einer Metallschicht zu einer Isolierschicht geeignet. Ferner*sind solche Systeme bekannt, die mit einer Verarbeitung von Digitalsignalen arbeiten und hierzu einen Umwandler von Analog- in Digitalsignale benötigen, dessen Umwandlungszeitspannen gedoch keinen Bezug zu dem zu steuernden Vorgang haben. Wegen des vom Detektor erzeugten niederfrequenten Signals benötigen solche Systeme zumeist sowohl Analog- wie Digitalfilterkreise _o

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Maßnahmen vorgeschlagen worden, um das Fortschreiten eines Ätzvorganges zu überwachen, um genau den Zeit-punkt zu bestimmten, wann eine Oberflächenschicht abgeätzt worden ist und das darunterliegende Substrat freigelegt wirdo So wird von R_oN_ePrice in IBM Technical Disclosure Bulletin ϋ,8. 3532-33 (April 1973) ein Ä'tzendpunkt-Detektor beschrieben, bei welchem von einer gerade geätzt werdenden Oberfläche Licht reflektiert wird, und dieses reflektierte Licht überwacht wird, um Ände-

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rungen charakteristischer Lichteigenschaften festzustellen, welche den angestrebten Endpunkt anzeigen. Hierbei wird ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Ableitung des Lichtsignals nach der ,Zeit für eine bestimmte Zeitspanne den Wert O hat. Auf diese Weiee kann die Ätzung durch eine Isolierschicht auf eine darunterliegende Metallschicht überwacht werden. Von J.G. Collins und P.J. Pavone wird in IBM Technical Disclosure Bulletin, 12, S. 1342-43 (Oktober 1974) ein anderes Ätzendpunkt-Detektorsystem beschrieben; dieses System kann jedoch nicht leicht angepaßt werden, um Übergänge von kleinen zu hohen Werten der Ableitung des Lichtsignals festzustellen. Ein vergleichbares System wird ebenfalls von H. Moritz in IBM Technical Disclosure Bulletin, I^, S. 2579-80 (Dezember 1976) beschrieben, bei welchem die Intensität des reflektierten Lichtes aufgezeichnet und zur Endpunktbestimmung überwacht wird. Schließlich wird mit der US-Patentschrift 4041 404 (R.C. Lewis vom 9. August 1977) ein System zur Überwachung der Änderungen der Ableitung eines zeitlich veränderlichen Signals beschrieben.

Alle diese bekannten Endpunkt-Bestimmungssysteme haben hinsichtlich gewisser Anforderungen bestimmte Vorteile; trotzdem liefert keines dieser bekannten Systeme einen geschlossenen Regelkreis, welcher den Ätzvorgang beendet, nachdem der angestrebte Endpunkt erreicht worden ist. Darüberhinaus sind diese bekannten Systeme offensichtlich gegenüber den von üblichen elektrischen Bauelementen ausgehenden Rsuscn- .

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vorgängen recht empfindlich und erlauben keine Flexibilität hinsichtlich der Umwandlungsdauer von Analog- in Digitalsignale, was wiederum die Verfolgung unterschiedlicher Ätzvorgänge mit verschiedenen Eigenschaften durch ein solches System zulassen würde. Schließlich bestehen erhebliche Zweifel, ob diese bekannten Systeme den Endpunkt der Ätzung beim Übergang von Metall auf Isoliermaterial oder von einem Isoliermaterial auf ein anderes Isoliermaterial zuverlässig feststellen können«

Davon ausgehend besteht die wesentliche Aufgabe dieser Erfindung darin, ein Ätzendpunkt-Detektorsystem mit geschlossenem Eegelkiäs für die naß arbeitende Ätzung oder die Plasmaätzung bereitzustellen.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein solches Detektorsystem bereitzustellen, das relativ unempfindlich gegenüber typischen elektrischen Rauschvorgängen ist_o

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein solches System bereitzustellen, das für eine Vielfalt von Ätzvorgängen brauchbar ist, welche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ablaufen.

Schließlich besteht ein weiteres Ziel dieser Erfindung darin, ein solches System bereitzustellen, das den Endpunkt der Ätzung beim Übergang von einer Metallschicht zu einer anderen Metallschicht, beim Übergang von einer Isoliermaterialschicht

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zu einer anderen Isoliermaterialschicht, beim Übergang von einer Metallschicht zu einer Isolierschicht und beim Übergang von einer Isolierschicht zu einer Metallschicht zuverlässig feststellen kann und den Ätzvorgang entsprechend regelt bzw. steuert.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe und Ziele ist ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen, sowie eine Vorrichtung mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist somit im wesentlichen vorgesehen, an einer Schicht, die gerade geätzt wird, ein Strahlenbündel zu reflektieren, und die reflektierte Strahlung mittels einem geeigneten Detektor zu erfassen, um ein Signal zu erzeugen. Für fortlaufende Intervalle wird von diesem Signal die Ableitung nach der Zeit erzeugt, und diese Ableitung mit einer vorgegebenen, den Endpunkt der Ätzung anzeigenden Bezugsgröße verglichen. Sofern bei diesem Vergleich eine bestimmte Bedingung erfüllt ist, wird der Ätzvorgang automatisch beendet. Hierdurch kann die Erreichung des Endpunktes bei der Ätzung einer Vielzahl verschiedener Material-Paare sicher festgestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 erläutert; es zeigt:

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Pig. 1 in Form eines Blockdiagramms die wesentlichen Bestandteile und deren Zuordnung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Figo 2 bis 5 in Form graphischer Darstellungen, wobei längs der Ordinate die Amplitude und längs der Abzisse die Ätzdauer aufgetragen ist,die Form der Signale, die beim Ätzen verschiedener Material-Paare vom Detektor erzeugt werden; hierbei betrifft

Fig. 2 das Signal bei der Durchätzung einer Metallschicht zur Freilegung einer anderen Metallschicht;

Fig. 3 das Signal bei der Durchätzung einer Metallschicht zur Freilegung einer Isolierschicht;

Fig. 4- das Signal bei der Durchätzung einer Isolierschicht zur Freilegung einer Metallschicht; und

Fig. 5 das Signal bei der Durchätzung einer Isolierschicht zur Freilegung einer anderen Isolierschicht«

Zu der mit Fig. 1 schematisch dargestellten erfindungsp;emässen Vorrichtung gehört eine Kammer 10 für die Plasmaätzung, in der sich auf einer Halterung 12 eine oder mehrere Schichten aus Isoliermaterial oder aus Metall oder aus Isolier-

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material und Metall befinden, wobei Jede beliebige Kombination oder Aufeinanderfolge dieser Materialien möglich ist. Zum Beispiel kann sich auf der Halterung 12 zuerst eine, die Unterlage bildende Schicht 14 aus Isoliermaterial und darüber eine zweite, die Auflage bildende Schicht 16 aus Metall befinden.

An den Schichten 14 und 16 wird eine Plasmaätzung einem vorgegebenen Muster folgend durchgeführt, wozu eine übliche Plasmaätzquelle 18 und übliche photolithographxsche Maßnahmen angewandt werden. Darüberhinaus ist die vorliegende Erfindung auch für die Anwendung bei naß arbeitenden Ätzverfahren geeignet. Von der Plasmaätzquelle 18 wird ein Plasmastrahl 20 · auf die Oberfläche der zu ätzenden Schicht gerichtet, so daß schließlich das darunterliegende Substrat freigelegt wird. Vorzugsweise ist die Plasmastrahlzusammensetzung dahingehend festgelegt, daß lediglich die äußerste Schicht geätzt wird; eine solche Festlegung ist jedoch nicht für sämtliche Materialkombinationen möglich.

Aus einer geeigneten Quelle 22 wird ein Strahlenbündel 24 aus Laserlicht oder anderem kohärenten Licht auf die Oberfläche der zu ätzenden Schicht gerichtet. Der reflektierte Lichtstrahl 26 trifft auf einen Photodetektor 28 und erzeugt dort ein elektrisches Ausgangssignal. Sofern beispielsweise mittels dem Plasmastrahl 20 eine Metallschicht durchgeätzt wird, wird es sich beim vom Detektor 28 erzeugten elektrischen Signal im wesentlichen um ein Gleichstrom-Signal handeln.

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Sofern andererseits mittels dem Plasmastrahl 20 eine Isolierschicht durchgeätzt wird, wird es sich bei dem vom Detektor 28 erzeugten elektrischen Signal um ein sehr niederfrequentes oder wellenförmiges Signal handeln, das der Ätzgeschwindigkeit proportional ist» So wird beispielsweise beim Ätzen von Tantaloxid mit einer Abtraggeschwindigkeit von angenähert 1000 ^-Einheiten/min ein Signal mit einer irequenz von angenähert 0,005 Hz erhalten., Das vom Detektor 28 ermittelte Signal xvird von einem Verstärker 30 verstärkt, der mit einem Spannungs/Frequenz-Umsetzer 32 gekoppelt ist» Die Frequenz des den Umsetzer 32 verlassenden Ausgangssignals ist eine Funktion der Größe der diesem Umsetzer 32 zugeführt e-n Spannung. Die Ausgangspulse werden ein pm ZSlUl wrk J4 zugeführt, das von einem einstellbaren Zeitgeber 35 freigegeben wird. Die zum Zählen bestimmte Zeitspanne oder die Freigabeperiode des Zeitgebers 35 wird vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 s gewählt, um die Rauschunterdrückung des typisch elektrischen Rauschens zu optimieren und trotzdem eine gute Ubergangsfunktion zur Feststellung des Endpunktes zu gewährleisten. Sofern sich die Ausgangsspannung des Verstärkers 30 im Verlauf der nächsten Zählperiode oder des entsprechenden Zeitrahmens ändert, wird auch die Frequenz der Ausgangspulse des Umsetzers 32 geändert»

Das im Verlauf der anfänglichen Zählperiode gebildete Aur>gangssignal des Zählwerks 34 wird einem Speicherkreis 36 zugeführt; ferner wird das im Verlauf der folgenden Zählperiode

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gebildete Ausgangssignal einer Subtraktionsschaltung 38 zugeführt.Der im Speicherkreis 36 gespeicherte anfängliche Zählwert wird der Subtraktionsschaltung 38 gleichzeitig mit dem nächstfolgenden Zählwert aus dem Zählwerk 34- zugeführt. Der nächstfolgende oder der vorliegende Zählwert der Pulse wird von dem anfänglichen oder vorausgegangenen Zählwert sub-trahiert, so daß die gebildete Differenz proportional der Ableitung oder der Steigung des vom Detektor 28 ermittelten Signals ist. Hierbei ist zu beachten, daß die Tätigkeit der Subtraktionsschaltung 38 auch umgekehrt sein kann, so daß der anfängliche oder vorausgehende Zählwert vom nächsten oder derzeitigen Zählwert abgezogen wird, um eine gleichermaßen brauchbare Information über die Ableitung zu erhalten. Die Ordnung der Aufeinanderfolge von Zählwerk 34, Speicherkreis 36 und Subtraktionsschaltung 38 wird vom Zeitgeber 35 in bekannter Weise durchgeführt. Erfindungsgemäß ist der Zeitgeber 35 ^mit einer Einstellung 39 versehen, so daß die Zählperiode oder Freigabeperiode des Zählwerks 3^· gezielt entsprechend dem angewandten Verfahren eingestellt werden kann. Um den Bereich der Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erweitern, ist eine (durch "N" dividierende) Dividierschaltung 40 mit dem Spannungs/Frequenz-Umsetzer 32 und dem Zählwerk 3^ verbunden. Die Dividierschaltung 40 erlaubt die Erzeugung einer größeren Anzahl von Pulsen innerhalb des Umsetzers 32, ohne daß das Zählwerk 34 entsprechend erweitert werden muß, sofern lange Zählperioden bei kleinen Ätzgeschwindigkeiten angewandt werden.

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Das Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung 38 wird einem Eingang eines Digital-Komparators 42 zugeführt„ Einem anderen Eingang dieses !Comparators 42 werden die Signale zugeführt, die vom Generator 44 erzeugt werden und eine Bezugsgröße für die Erreichung des Endpunktes darstellen; bei diesem Generator 44 kann es sich um irgendeinen geeigneten Programmer mit Tasteneingabe handeln» Sobald die von der Subtraktionsschaltung 38 erzeugten Signale der vom Generator 44 gelieferten Information entsprechen, wird der Komparator 42 ein Steuersignal auf der Ausgangsleitung 46 erzeugen= Dieses Steuersignal wird, der Plasmaätzquelle 18 zugeführt, um deren Tätigkeit zu beenden, bevor ein Uberätzzustand auftreten kann»

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figo 2 bis 5 Beziig genommen, welche verschiedene Detektorsignale wiedergeben. Pig. 2 zeigt in Form einer graphischen Darstellung, wobei längs der Ordinate die Amplitude und längs der Abzisse die Zeit aufgetragen ist, das vom Detektor 28 erhaltene Signal, sofern die Ätzung durch eine Metallschicht erfolgt, um eine Schicht aus einem anderen Metall freizulegen. Der Abschnitt 50 der Signalaufzeichnung entspricht der Ätzung des einen Metalls und stellt im wesentlichen eine gerade Linie dar; das gleiche gilt für den Abschnitt 51? welcher dem anderen Metall entspricht« Die Ableitung der horizontal verlaufenden, geraden Abschnitte 50 und 51 hat jeweils den Wert Null oder im wesentlichen KuIl₀ Demgegenüber hat jedoch der gekrümmte Abschnitt 52, welcher die beiden geraden Ab-

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schnitte 50 und 51 verbindet, eine Ableitung ungleich KuIl. Die mit Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterte Schaltung erfaßt den Übergang von der Steigung Null zur Steigung ungleich KuIl als Endpunktanzeige und beendet daraufhin die Tätigkeit der Plasmaätzquelle 18. Obwohl mit Fig. 2 beim Ätzen eines Metalles zur Freilegung eines anderen Metalles ein Signal darge-.stellt ist, das mit fortschreitender Zeit ansteigt, könnte der Übergang von einem Metall zum anderen Metall auch mit einem Signal angezeigt werden, dessen Wert mit fortschreitender Zeit abnimmt.

IViR. 3 zeigt in einer Darstellung analog zu Fig. 2 das vom Detektor 28 erhaltene Signal, wenn die Ätzung durch eine Metallschicht erfolgt, um eine Isolatorschicht freizulegen. Hier entspricht der gerade Abschnitt 5^ der Abätzung des Metalles; im Verlauf dieses Ätzvorganges hat die Ableitung des Detektorsignals im wesentlichen den Wert KuIl. Am Punkt des geraden Abschnittes 5^ geht die Signalaufzeichnung in eine niederfrequente Kurve 58 über, die typischerweise eine Frequenz um 0,005 Hz aufweist. Der anfängliche Abschnitt 58a hat eine von Null deutlich verschiedene Ableitung, was das Auftreten eines Steuersignals am Ausgang des Komparators 42 veranlaßt, worauf die Tätigkeit der Plasmaätzquelle 18 beendet wird. Daher wird, sobald das erfindungsgemäße System die vollständige Freilegung des Substrates aus Isoliermaterial wahrnimmt, der Ätzvorgang gestoppt und damit eine Uberätzung verhindert.

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Fig. 4- zeigt in·analoger Darstellung zur Fig» 2 das vom Detektor 28 erhaltene Signal, wenn die Ätzung durch eine Isolatorschicht erfolgt, um Metall freizulegen=, Hier entspricht der niederfrequente Kurvenzug 60, typischerweise bei einer Frequenz von ungefähr 0,005 Hz der Ätzung den Isoliermaterials. Die Ableitung eines solchen Signals . hat stets einen von Null verschiedenen Wert, ausgenommen die Minima 60a und die Maxima 6Ob₀ Jedoch ist das Zeitintervall an den Minima und Maxima kurz im Vergleich zu der vom Generator 54- erzeugten, vorgegebenen Bezugsgröße«, Daher wird an den Minima und Maxima kein Stpuer^ignel erzeugt, r.ondern die Plasmaätzung fortgesetzte Nachdem die Ätzung dor Isolierschicht vollständig durchgeführt ist, und din Motnllech'icht völlig freigelegt ist, wird von dem Detektor ?}'· fin Gleichstromsignal 62 wahrgenommen«, Dieses Gleichstromsignal 62 ergibt eine Ableitung vom Wert Null im Verlauf eines wesentlich längeren Zeitintervalls, als die bei den Minima 60a und Maxima 60b ermittelten Null-Werte der Ableitung; damit, ist die Bedingung für die Bezugsgröße des Generators 44 erfüllt und es wird ein Steuersignal erzeugt, welches die Tätigkeit der Ätzvorrichtung beendet, wodurch eine Uberätzung des freigelegten Metallsubstrates verhindert wird_o

Die Fig. 5 zeigt in einer analogen Darstellung zur iig„ 2 das vom Detektor 28 erhaltene Signal, wenn die Ätzung durch eine Isolierschicht erfolgt, um eine Schicht aus anderem Isoliermaterial freizulegen. Der gekrümmte Kurvenabschnitt 64 ent-

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spricht dem Detektorsignal beim Abätzen der anfänglichen Isoliermaterialschicht, und der gekrümmte Kurvenabschnitt 66 entsprechend der nachfolgend freigelegten Isoliermaterialschicht.

Hier weist der gekrümmte Kurvenabschnitt 64 eine höhere frequenz auf, als der gekrümmte Kurvenabschnitt 66; der Unterschied beruht auf der Plasmazusammensetzung, welche wiederum verschiedene Ätzgeschwindigkeiten in den unterschiedlichen Materialien zur Folge hat. Der Übergangspunkt 68 zwischen den beiden gekrümmten Kurvenabschnitten 64 und 66 wird vom Detektor 28 erfaßt, und bei Übereinstimmung mit der vorgegebenen, vom Generator 44 erzeugten Bezugsgröße wird ein Steuersignal erzeugt, welches die Tätigkeit der Ätzvorrichtung beendet. Zur Erfassung des Punktes 68 dient der Unterschied zwischen den Ableitungen der Kurvenabschnitte 64 und 66; ersichtlich wird für die mittlere Ableitung des Kurvenabschnittes 66 ein kleinerer Wert erhalten, als für die mittlere Ableitung des Kurvenabschnittes 64.

Der Generator 44 zur Erzeugung der Bezugsgröße erhält eine Eingangsinformation bezüglich der aufeinanderfolgenden Zeitraumeinheiten, in deren Verlauf eine Anzeige der Endpunktbedingungen ermittelt werden muß, bevor ein Steuersignal über die Leitung 46 abgegeben wird. Bei einer Ausführungsform sind 5 Zeitraumeinheiten erforderlich, um das Bestehen der angestrebten Bedingungen zu bestätigen, wobei jede Zeitraumeinheit eine Dauer von 1 bis 5 ^s sowie mehr oder weniger haben kann. Dank dieser langen Zeitraumeinheit werden Beiträge herausintegriert, die auf typisches elektrisches Rauschen

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zurückzuführen sind, nämlich Beiträge mit einer frequenz kleiner als 10 Hz₀ Darüberhinaus werden bei der Durchführung der Subtraktion in der Subtraktionsschaltung 38 auch Gleichstrom-Unregelmäßigkeiten beseitigt, wie sie etwa als Folge einer Bauelementabweichung auftreten können_o

Die dem Generator 44 zur Bildung der Bezugsgröße zugeführte Information über den Ätzendpunkt wird von Hand oder über geeignete andere Mittel eingegeben und beruht auf experimentellen Ergebnissen. Die Änderungen des Detektor-Ausgangssignals, wie sie mit den Figo 2 bis 5 erläutert sind, folgen den allgemeinen, dargestellten Formen; jedoch ist für Fachleute geläufig, daß Signalwerte, Frequenzen und dgl« sich in Abhängigkeit von den Verfahrensparametern und den betroffenen Materialien ändern können_o Zur Bestimmung der mit den Fig. 2 bis 4- dargestellten Ergebnisse wurde eine Probe der in Rede stehenden Schichten in eine Plasmaätzvorrichtung gegeben und daraufhin absichtlich über den Endpunkt hinaus geätzt, was an der Analogaufzeichnung am Detektor-Ausgangssignal festgestellt wurde_o Unter der Voraussetzung, daß die tatsächlichen Ätzbedingungen denen des Kalibrierversuches weitgehend folgen, werden die analogen Kurvenzüge für entsprechende zukünftige Ätzvorgänge repräsentativ sein.

Das System nach Fig. 1 wird so eingestellt, daß eine Änderung der Zählwerte von wenigstens 10 (dem Schwellenwert) erforderlich ist, um den Endpunkt anzuzeigen; eine solche Ändo-

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rung muß wenigstens 10mal hintereinander (der Durchgangsanzahl) festgestellt werden. Die im Verlauf der tatsächlichen Kalibrierung festgestellten Zählwertdifferenzen werden mit dem aufgezeichneten Kurvenzug verglichen. Für eine Ätzung durch eine Isolierschicht zur Freilegung einer Metallschicht (vgl. Fig. M-) wird der niedrigste Wert der Ableitung oder der Schwellenwert zur Anzeige des Endpunktes durch die Differenz der Zählwerte gebildet, welche auf den Endpunkt folgen; und die Anzahl der erforderlichen, erfolgreichen, aufeinanderfolgenden Versuche, die sog. Durchgangsanzahl, wird durch diejenige Anzahl festgelegt, die erforderlich ist, um eine Auslösung bei einem Maxima oder Minima zu vermeiden. Der Zählwerk-Freigabezeitraum wird im Hinblick auf die max. zulässige Uberätzung über die erste Schicht hinaus in die zweite Schicht hinein festgelegt. Sofern beispielsweise der bestimmte betrachtete Plasmaätzvorgang eine Ätzgeschwindigkeit von "A" ^-Einheiten pro Zeiteinheit in der zweiten Schicht ergibt, und die max. zulässige Überätzung "B" S-Einheiten beträgt, dann hat der max. zulässige Zeitschritt, innerhalb welchem das erfindungsgemäße System feststellen muß, ob der Ätzendpunkt erreicht ist, eine Dauer von "B/A"-Zeiteinheiten. Sofern die Durchgangsanzahl für diesen Vorgang "C" aufeinanderfolgende Anzeigen des Ätzendpunktes beträgt, dann wird der Freigabezeitraum auf einen Wert von "B/2AC" festgelegt, da jede Anzeige des Ätzendpunktes den Vergleich von zwei aufeinanderfolgenden Zählwerten erfordert. Wie bereits oben ausgeführt, erlaubt das Einstellmittel 39 am Zeitgeber 35 die Auswahl der Zählwerk-Freigabedauer ent-

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sprechend dem bestimmten, zu steuernden Ätzvorgang, womit wiederum gewährleistet ist, daß eine max.. zulässige Uberätzung nicht überschritten wird. Ähnliche Maßnahmen sind auch für die mit den Figo 2 und 3 dargestellten Ätzvorgänge vorgesehen. Es ist geschätzt werden, daß bei Anwendung entsprechender Bezugsgrößen die Uberätzung weniger als 100 nm (1000 £—Einheiten) ausmacht=

Für die mit Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterten Ätzbedingungen ist zumeist eine -etwas unterschiedliche Technik erforderlich, um die Endpunkt-Bezugsgröße zu bestimmen, c\& bier die Änderung des Detektorsignals zumeist weniger deutlich orTolgt. Sofern die Geschwindigkeit, mit welcher die "boidnn Isoliermaterialien geätzt werden recht unterschiedlich Esind, etwa um einen Faktor 10, dann kann die oben beechriebene Technik angewandt werden. Sofern jedoch die Ätzgeschwindigkeiten der beiden Materialien vergleichbar sind, muß die Zeitspanne zwischen dem Maxima oder dem Minima erfaßt werden= Die Ableitung des Detektorausgangssignals wird an diesen, im regelmäßigen Abstand befindlichen Punkten eine charakteristische Änderung aufweisen. Nachdem jedoch der Endpunkt überschritten ist, wird sich der Abstand zwischen den Maxima oder Minima ändern, was als Endpunktanzeige dienen kann» Das heißt, vor Erreichen des Endpunktes wird im Verlauf jedes Zeitschrittes eine charakteristische Änderung der Steigung auftreten, vorausgesetzt die Zeitschritte sind so gewählt, daß sie stets ein Maxima oder ein Minima einschließen» Nach Erreichen des

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Endpunktes wird das System fortfahren, nach einer charakteristischen Änderung in jedem Zeitschritt zu suchen; das Fehlen einer solchen charakteristischen Änderung in einer ausgewählten Anzahl aufeinanderfolgender Zeitschritte kann als Endpunktanzeige dienen.

Die Erfindung ist anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert worden. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um ein einzelnes System, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Für Fachleute ist ersichtlich, daß Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom grundlegenden Kern der Erfindung abzuweichen.

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Claims

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Rolling Meadows, Illinois 60008 U. S. A.

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Ätzung

Patentanspruches

JJ. Verfahren zum Itzen einer ersten Schicht aus einem ersten Material zum Freilegen einer darunterliegenden zweiten Schicht aus einem zweiten Material, dadurch pekennzeichnet, daß

ein Ätzmittel auf die erste Schicht einwirkt; ein kohärentes Strahlenbündel auf die Oberfläche der ersten Schicht und im Verlauf der Ätzung nachfolgend auf die Oberfläche der zweiten Schicht gerichtet wird;

das von der ersten oder zweiten Schicht reflektierte Strahlenbündel erfaßt und ein entsprechendes erstes Analogsignal erzeugt wird;

im Verlauf der nachfolgenden Intervalle die Ableitung dieses ersten Analogsignals nach der Zeit gebildet wird, wobei die Zeitdauer jedes Intervalls im Hinblick auf die gerade noch zulässige maximale Überätzung über die erste Schicht hinaus in die zweite Schicht hinein ausgewählt festgelegt wird; die für jedes Intervall ermittelte Ableitung mit einer vorgegebenen, den Endpunkt der Ätzung zwischen den beiden Schichten anzeigenden Bezugsgröße verglichen wird, um bei Erreichung dieses Endpunktes ein Steuersignal zu erzeugen; und
die Ätzeinwirkung auf dieses Steuersignal hin beendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

zur Bildung der Ableitung des ersten Analogsignals nach der Zeit dieses Analogsignal in eine Pulsfolge umgewandelt wird, die bei einer, dem Analogsignal proportionalen Frequenz auftritt;

die Pulsanzahl im Verlauf der nachfolgenden Intervalle ermittelt wird, wobei die Zeitdauer jedes Intervalls im Hinblick auf die gerade noch zulässige maximale Überätzung über die erste Schicht hinaus in die zweite Schicht hinein festgelegt wird; und
die Pulsanzahlen aufeinanderfolgender Intervalle verglichen werden, um eine Signalfolge zu erhalten, welche der Ablei-

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tung des Analogsignals nach der Zeit proportional ist_o
3« Vorrichtung zum Ätzen einer ersten Schicht aus einem ersten Material zum Freilegen einer darunterliegenden zweiten Schicht aus einem zweiten Material, gekennzeichnet durch

ein© Einrichtung (18) zur Einwirkung eines Ätzmittels auf die erste Schicht (16);

eine Strahlungsquelle (22) zur Bestrahlung der ersten Schicht (16) und im Verlauf der Ätzung nachfolgend der zweiten Schicht (14-) mit einem kohärenten Strahlenbündel (24); .

einen Detektor (28) zur Erfassung des von der ersten Schicht (16) oder der zweiten Schicht (14) im Verlauf der Ätzung reflektierten Strahlenbündels, welcher ein ent= sprechendes, erstes Analogsignal erzeugt; einen Umsetzer (32) zur Umwandlung dieses Analogsignals in eine Pulsfolge bei einer dem ersten Signal proportionalen Frequenz;

ein Zählwerk (34) zum Zählen der Pulse im Verlauf nachfolgender Intervalle, wobei die Zeitdauer jedes Intervalls im Hinblick auf die gerade noch zulässige maximale Uberätzung über die erste Schicht (16) hinaus in die zweite Schicht (14) hinein gezielt auswählbar ist; eine Einrichtung (36,38) zum Vergleich der Puls-Zählwerte in aufeinanderfolgenden Intervallen, um eine zur Steigung

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des Analogsignals proportionale Signalfolge zu erzeugen; eine Einrichtung (44) zur Speicherung einer den Ätzendpunkt zwischen den beiden Schichten (16,14) anzeigenden Bezugsgröße;

einen Komparator (42), welcher die Signalfolge mit der Bezugsgröße vergleicht, um bei Erreichung des Ätzendpunktes ein Steuersignal zu erzeugen; und

eine Einrichtung, welche auf das Steuersignal hin, die Ätzeinwirkung beendet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, daß

zum Zählwerk (34) ein einstellbarer Zeitgeber (35) gehört, mittels dem die Intervalldauer eingestellt werden kann.

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