超高精度プラズマプロセス用オンウエハーモニタリングシステムの構築

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LSIプロセスおよびマイクロマシン技術をもとにプラズマモニタリング用マイクロセンサー(阻止電界型イオンエネルギーアナライザー、電子エネルギーアナライザー、フォトン検出器、マイクロ分光器、側壁導電性測定プローブ)を開発した。以下に実績をのべる。1.阻止電界型イオンエネルギーアナライザー電極用Al、電極間絶縁用のSiO2の材料を交互に積層させて、これにコンタクトホールを形成し、阻止電界型のイオンエネルギーアナライザーを試作した。電子阻止電極に電圧を加え、コレクタ電極に流れる電流のI-V特性からイオンエネルギー分布を評価することに成功した。イオンエネルギーのピークは30V程度であり、プラズマの空間電位より見積もられる値と一致した。2.電子エネルギーアナライザーシリコン基板状に電極パッドを作成し、これに絶縁膜を堆積させ、その後コンタクトホールを形成する。本センサーを用いてI-V特性からウェハ上のパターン内に入射する電子のエネルギーを評価することに成功した。ウェハ上で検出される電子のエネルギーはプラズマ中のものより高く現れた。3.フォトン検出器絶縁膜中にそのバンドギャップよりも高いエネルギーの光が入射すると電子-正孔対が生成する。このホールを絶縁膜中に作製した電極にバイアスをかけてホール電流として測定する。各種絶縁膜構造に対して、プロセスガスを変えて測定を行った。ホール電流の大小が光照射によるデバイスダメージと大きな相関があることが明らかになった。4.マイクロ分光器光導波路、回折構造、光検出器を集積して、マイクロ分光器を試作した。光導波試験により、入射光が波長ごとに分解され、分光された光が光検出器により検出されることを確認した。5.側壁導電性測定プローブコンタクトホールエッチング時にホール側壁に形成される保護膜(フロロカーボン膜)の導電性を測定するためのプローブを作製した。本プローブにより側壁保護膜(フロロカーボン膜)に導電性があることがはじめて分かった。