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

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655030
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 寒川 誠二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30323108)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 熊谷 慎也 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70333888) ; 羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893) ; 小柳 光正 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60205531)
• Keywords: オンウエハモニタリング / プラズマプロセス / 光照射損傷 / マイクロマシン / センサー / イオンエネルギー分布 / 電子エネルギー分布 / 側壁導電性

Research Abstract

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。

Research Products

• [Publications] T.Shimmura: "Effects of fluorocarbon gas species on electrical conductivity and chemical structure of deposited polymer in SiO_2 etching processes"J.Vac.Sci.Technol.B. 22. 533-538 (2004)
• [Publications] T.Shimmura: "Mitigation of accumulated electric charge by deposited fluorocarbon film during SiO_2 etching"J.Vac.Sci.Technol.A. 22. 433-436 (2004)