DE4132562A1 - Verfahren zur in-situ bestimmung des schichtwiderstandes bzw. von prozessgroessen von unter dem einfluss eines plasmas hergestellten, duennen elektrisch leitenden schichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur in-situ Bestimmung des Schichtwiderstandes bzw. von Prozeßgrößen von unter dem Einfluß eines Plasmas hergestellten, dünnen elektrisch lei­ tenden Schichten, wie sie insbesondere in der Halbleiter- und Dünnschicht-Technologie eingesetzt werden, durch eine Zwei­ punkt-oder Vierpunkt-Meßmethode. Die Erfindung betrifft außer­ dem Anwendungen des Meßverfahrens.

Ein Verfahren der genannten Art ist aus der EP-PS 01 46 720 bekannt.

Dünne elektrisch leitende Schichten sind beispielsweise für Hartstoffschichten, für optische Vergütungsschichten auf Glä­ sern und insbesondere in der Mikroelektronik für die Verdrah­ tung von integrierten Halbleiterbauelementen auf einem Sili­ ziumsubstrat unverzichtbar. Die ständig steigenden Anforderun­ gen an derartige Schichten erfordern bei ihrer Herstellung eine reproduzierbar höchste Schichtqualität und somit eine in­ tensive Prozeßkontrolle, die am besten in situ, also während der Herstellung, erfolgen sollte, um maximale Information über den Prozeß zu erlangen. Zudem wird in der Halbleiter- und Dünn­ schichttechnik zunehmend von Mehrkammersystemen Gebrauch ge­ macht, in denen mehrere Prozeßschritte mit Abscheidung oder Strukturierung hintereinander in mehreren Prozeßkammern ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgen. Da sich die Schichteigen­ schaften beim Verlassen des Vakuums bzw. beim Abkühlen verän­ dern, ist bei Mehrkammersystemen eine in-situ Kontrolle sogar zwingend erforderlich, da durch nachfolgende Messungen der Zu­ stand der Schichten im Vakuumsystem nicht richtig wiedergege­ ben wird und der Zustandsverlauf der Schichtbildung im Prozeß nicht verfolgt und gesteuert werden kann.

Typische, eine leitende, insbesondere metallische Schicht charakterisierende Parameter sind Struktur und Gefüge, sowie Stöchiometrie. Ein gutes Maß für diese Parameter sind die elektrischen Eigenschaften der Schicht, also ihr Widerstand.

Aus der EP-PS 00 67 432 ist zwar eine Anordnung zum Messen des Widerstandes und der Temperatur von durch Aufdampfen oder Auf­ stäuben auf Substraten abgeschiedenen metallischen Schichten während der Schichtherstellung bekannt, jedoch stützt sich die daraus bekannte Methode, ähnlich wie andere bekannte Verfah­ ren, auf die Verwendung eines Referenzsubstrats. Es kann des­ halb nicht an beliebigen Stellen direkt am zu prozessierenden Substrat gemessen werden, sondern es müssen spezielle Kontak­ tierungsmaßnahmen an einem speziellen Referenzwafer, der dann oft nicht mehr ohne weiteres in den Herstellungsprozeß inte­ grierbar ist, getroffen werden. Bei der bekannten Anordnung, bei der die Meßdaten telemetrisch an einen Empfänger übertra­ gen werden, ist die Meß- und Sendeelektronik in der Prozeß­ kammer angebracht, was weitere Nachteile mit sich bringt. So ist beispielsweise die Temperaturbeständigkeit gering und die Prozeßkammer wird unvermeidlich durch Ausgasen der Elektronik­ bauteile kontaminiert, während andererseits die Meßanordnung selbst nicht resistent gegen beispielsweise bei Atzplasmen auftretende aggressive Gase ist.

Ein noch größeres Problem hinsichtlich der Messung eines Schichtwiderstandes während der Herstellung der Schicht bzw. der Struktur ergibt sich daraus, daß immer öfter plasmaunter­ stützte Ätz- und Abscheideprozesse eingesetzt werden. Sobald die sich bildende Schicht in den Einflußbereich des Plasmas kommt, wird der in-situ gemessene elektrische Schichtwider­ stand verfälscht. Durch das Plasma werden beispielsweise bei der Kathodenzerstäubung, bei der Gasphasenabscheidung (PECVD), oder beim Strukturieren in RIE-, MERIE- oder ECR-Reaktoren Stö­ rungen induziert, die das Nutzsignal oftmals um mehr als 50% übersteigen können und damit eine erhebliche Fehlmessung be­ wirken. In der Praxis sind jedoch, angesichts der heutigen An­ forderungen, bereits weniger als 10% Fehlmessung nicht mehr tolerierbar.

In der obengenannten EP-PS 01 46 720 wird - unter anderem - ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, den Schichtwiderstand trotz Plasmaeinflusses zu messen, indem der elektrische Widerstand oder der Spannungsabfall über die Schicht bei mindestens zwei aufeinanderfolgenden, unterschied­ lichen Meßströmen I_M1 und I_M2 bekannter Größe bestimmt wird, wobei die Meßströme entsprechend dem Schichtwiderstand gewählt werden und die Differenz zwischen den verwendeten Meßströmen im Bereich des Verhältnisses 2 bis 100 gewählt wird. Abgesehen davon, daß bei der Durchführung des bekannten Verfahrens auf ein Telemetriesystem abgestellt wird, hat sich, wie nachfol­ gend noch näher erläutert wird, herausgestellt, daß aus prin­ zipiellen elektrotechnischen Gründen eine vollständige Eli­ minierung des Plasmaeinflusses beim bekannten Verfahren nicht möglich ist.

Im übrigen ist außer beim bisher in den Vordergrund gestellten Schichtwiderstand selbst auch eine Kontrolle der den Schicht­ widerstand bestimmenden Prozeßparameter notwendig. Über ein Nachregeln der Prozeßparameter können die Schichtparameter in den gewünschten, engen Toleranzen gehalten werden. Bisher exi­ stieren lediglich Kontroll-bzw. Regelverfahren für Druck, Lei­ stung, Gasfluß oder Restgasqualität, während Größen wie Ionen­ strom, Floating-Potential oder Plasmainnenwiderstand, die direkt das Plasma betreffen, nicht mit vertretbarem Aufwand bestimmt werden können. Auch eine Messung der direkten Schicht­ temperatur gestaltet sich bisher schwierig, da dazu im allge­ meinen ein spezielles Testsubstrat, beispielsweise mit aufge­ brachtem Widerstandsthermometer, verwendet werden muß. Hinzu kommt wiederum die vom veränderlichen Widerstand herrührende Empfindlichkeit gegenüber einem Plasmaeinfluß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genann­ ten Art anzugeben, daß die beschriebenen Nachteile vermeidet, also insbesondere den Plasmaeinfluß eliminiert und ohne Refe­ renzsubstrat auskommt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,

• - daß durch mindestens eine Spannungs- oder Stromquelle ein Strom in einem Stromkreis, der aus einem ersten Stromzweig, dem Schichtwiderstand und einem zweiten Stromzweig besteht, erzeugt wird,
• - daß der vom Plasma in die Schicht injizierte Störstrom I_P aus einem ersten und zweiten Anteil gebildet wird, die sym­ metrisch in die beiden, insgesamt jeweils gleichen Wider­ stand aufweisenden Stromzweige eingespeist werden,
• - daß die somit im ersten und zweiten Stromzweig tatsächlich fließenden Ströme I_A und I_B jeweils direkt oder mittels des Spannungsabfalles an bekannten Meßwiderständen gemessen werden,
• - daß aus den Strömen I_A und I_B durch Mittelwertbildung ein vom Plasmaeinfluß unabhängiger Meßstrom I_M ermittelt wird,
• - und daß aus dem ermittelten Meßstrom I_M und der Messung des Spannungsabfalles am Schichtwiderstand dieser bestimmt wird.

Ausgestaltungen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Aufgrund des vom Plasma her gesehenen symmetrischen Meßaufbaus erlaubt die Erfindung die vollständige Eliminierung des Plas­ maeinflusses und damit eine fehlerfreie Messung des Schicht­ widerstandes. Die Meßgrößen können durch Kontaktierung direkt von dem zu prozessierenden Werkstück, beispielsweise einem Standardsubstrat, abgegriffen werden. Es ist ohne weiteres möglich, die Meßelektronik außerhalb der Prozeßkammer zu po­ sitionieren, wodurch Probleme mit der Temperaturbeständigkeit wegfallen und die besonders im Hinblick auf die Restgasquali­ tät kritische Kontamination der Prozeßkammer vermieden werden kann. Grundsätzlich liegt es jedoch durchaus im Rahmen der Er­ findung, daß Verfahren mit einem Referenzsubstrat und/oder mit einer telemetrischen Meßwertübertragung zu verwirklichen. Da­ rüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren mit geringem Aufwand so weitergebildet werden, daß auch die einzelnen Meß­ größen Schichttemperatur, Ionenstrom, Floating-Potential und Plasmainnenwiderstand erfaßt werden können. Desweiteren läßt sich auch die für die Anpassung an den während der Schicht­ herstellung veränderlichen Schichtwiderstand erforderliche Meßdynamik auf einfache Weise implementieren. Schließlich kann der Meßstrom durch eine Gleichstrom- oder durch eine Wechsel­ stromquelle mit definierter Trägerfrequenz aufgeprägt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spieles und unter Bezugnahme auf die vier Figuren der beige­ fügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Prinzipschaltung für die Widerstandsmes­ sung,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung eines erfin­ dungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Durchführung eines weiteren er­ findungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 eine Anordnung zur Kontaktierung einer erfindungsgemäß zu messenden Schicht.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau, von dem E. Schrüfer, "Elektrische Meßtechnik", C. Hanser-Verlag München 1983 zufolge zur Messung von ohmschen Widerständen ausgegangen werden muß. Dargestellt ist ein Stromkreis mit einem zu mes­ senden Widerstand 1 und einer einen Meßstrom I_M einprägenden Spannungsquelle 2. Ohne störenden Plasmaeinfluß kann der Wi­ derstand 1 einfach mittels eines Stroms 3 und eines Spannungs­ meßgerätes 4 bestimmt werden.

Soll statt dessen ein Schichtwiderstand, der einem Plasma aus­ gesetzt ist, gemessen werden, so ist für Messungen nicht nur der eingeprägte Meßstrom I_M maßgebend. Vielmehr wird, da neben neutralen Teilchen auf dem zu beschichtenden Material auch Ionen sowie Elektronen auftreffen, in die Schicht auch ein Störstrom I_P injiziert, der berücksichtigt werden muß. Auf­ grund der unvermeidlichen Verzweigung des in Fig. 1 angedeute­ ten Störstroms I_P in die vom Widerstand wegführenden Stromzwei­ ge ergeben sich in den beiden Stromzweigen unsymmetrische Ver­ hältnisse hinsichtlich des injizierten Störstrom-Anteils. Zur Eliminierung des Plasmaeinflusses genügt es daher nicht, nur den Störstrom-Anteil in einem der beiden Stromzweige auszu­ werten. Die in der genannten EP-PS 01 46 720 vorgeschlagene, aufeinanderfolgende Messung mit zwei unterschiedlichen Meß­ strömen bekannter Größe kann daher rechnerisch nur einen Stör­ strom eliminieren, der nicht dem tatsächlichen entspricht.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei dem zwei symme­ trische Stromzweige A und B mit jeweils einer Spannungsquelle 5 und 6 vorgesehen sind, die Spannungen U_V1 und U_V2 erzeugen, und bei der jeweils ein Meßwiderstand 7 und 8 (R_M1 bzw. R_M2) vorgesehen ist. Bei eingeschaltetem Plasma werden Störgrößen über die zu messende Schicht in den Stromkreis induziert. Die Vorgänge im Verfahren und ihre Beziehungen zur Schaltungsan­ ordnung können nun anhand des Ersatzschaltbildes gemäß Fig. 2 beschrieben werden.

Durch die beiden Spannungsquellen 5 und 6 wird dem Meßobjekt, das sich aus den beiden Schichtwiderständen 9 und 10 zusammen­ setzt, ein definierter, von den Widerständen im Stromkreis abhängiger Strom eingeprägt. Dieser überlagert sich mit den zwei gegenläufigen, aber betragsmäßig gleichen Anteilen des Störstromes I_P, die vom Plasma über die Schicht in die Strom­ zweige A und B eingespeist werden. Dies hat zur Folge, daß dort nicht der ursprünglich eingeprägte Strom, sondern von­ einander verschiedene Ströme I_A und I_B fließen. Diese führen zu Spannungsabfällen U_M1 am R_M1, U_S am Schichtwiderstand (R_S) und U_M2 am R_M2. Bei bekannten Meßwiderständen 7 und 8 kann über die Spannungsabfälle an diesen Meßwiderständen und Mittel­ wertbildung ein vom Plasmaeinfluß unabhängiger Meßstrom I_M be­ rechnet werden. Der Wert von U_S wird über I_M und damit über die beiden Spannungsquellen 5 und 6 eingestellt. Die Größen U_A und U_B geben das Potential jeweils vor bzw. nach dem Meßobjekt an, woraus, zusammen mit I_M, der Schichtwiderstand zu bestim­ men ist. Der Aufbau mit zwei Meßwiderständen ist zu wählen, um einen vom Plasma aus gesehen symmetrischen Aufbau der Meß­ schaltung zu erreichen, wodurch sich der in den Stromzweigen A und B gleiche, aber gegenläufige Plasmaeinfluß herausmitteln läßt.

Das Plasma wirkt als Spannungsquelle U_P mit variablem Innen­ widerstand. Da der Innenwiderstand jedoch klein ist, kann das Plasma als ideale Spannungsquelle dargestellt werden. Folgen­ de, durch Messungen bestätigte Verhältnisse, stellen sich ein:

U_V1 ≦λτ U_P ≦λτ U_V2 (1)

Die Spannungsquelle U_P prägt über das Meßobjekt den Störstrom I_P in die Meßschaltung ein. Da die Meßschaltung vom Plasma aus gesehen in die zwei Stromzweige A (mit Strom I_A) und B (mit Strom I_B) zerfällt, teilt sich der Störstrom I_P in zwei An­ teile I_P1 und I_P2 auf. Es gilt:

I_A + I_P - I_B = 0, also I_P - I_A (2)

und

I_P =I_P2 + I_P1 = (I_M + I_P2) - (I_M - I_P1) (3)

Somit also zusammen:

I_B = (I_M + I_P2) (4)

I_A = (I_M - I_P1) (5)

Da die Störgröße innerhalb des Meßobjektes angreift, zerfällt das Meßobjekt in zwei Einzelwiderstände R_SA und R_SB (vgl. Fig. 2). Es gilt dabei R_S = R_SA + R_SB, weswegen angesetzt werden muß:

- U_A + U_SA + U_SB + U_B = 0 (6)

An den Widerständen fällt durch den im jeweiligen Zweig flies­ senden Strom I_A und I_B die Spannung U_SA bzw. U_SB ab. Unter Verwendung von Gleichung (4) und (5) gilt:

U_M1 = R_{M1 *} I_A = R_{M1 *} (I_M - I_P1) (7)

U_M2 = R_{M2 *} I_B = R_{M2 *} (I_M + I_P2) (8)

U_SA = R_{SA *} I_A = R_{SA *} (I_M - I_P1) (9)

U_SB = R_{SB *} I_B = R_{SB *} (I_M + I_P2) (10)

Das Innere des Meßobjektes ist einer Messung nicht zugänglich. Die Größen U_SA bzw. U_SB können somit nicht direkt bestimmt werden. Eine direkte Messung des vom Plasma auf das Meßobjekt induzierten Stromes I_P bzw. I_P1 und I_P2 ist meßtechnisch ebenfalls nicht möglich. R_Schicht muß daher indirekt bestimmt werden.

Eine Mittelwertbildung über U_M1 und U_M2 liefert:

1/2 (I_M1 + U_M2) = 1/2 ((R_{M1 *} I_M) - (R_{M1 *} I_P1) + (R_{M2 *} I_M) + (R_{M2 *} I_P2) (11)

Wenn in der Schaltung die Beziehungen R_M1 = R_M2 = R_M und I_P1 = I_P2 gelten, vereinfacht sich Gleichung (11) zu:

1/2 (U_M1 + U_M2) = R_M * I_M (12)

Aus den Gleichungen (6), (9) und (10) folgt:

U_A) - U_B = U_SA + U_SB = (R_{SA *} I_M) - (R_{SA *} I_P1) + (R_{SB *} I_M) + R_{SB *} I_P2) (13)

Unter der Annahme der Beziehungen R_SA = R_SB und I_P1 = I_P2 vereinfacht sich Gleichung (13) zu:

U_A - U_B = (R_SA + R_SB) _* I_M = R_{Schicht *} I_M (14)

Mit Hilfe der Gleichungen (12) und (14) und mit U_M1 = R_{M1 *} I_M errechnet sich R_Schicht zu:

R_Schicht = (U_A - U_B)/I_M = (U_A - U_B)/(1/2(U_M1 + U_M2)/R_M) = (2 _* (U_A - U_B) _* R_M)/(U_V1 - U_A + U_V2) (15)

da außerdem U_M1 + U_A - U_V1 = 0 und U_M2 + U_V2 - U_B = 0 ist.

Die Messung des Schichtwiderstandes wird also wie im ungestörten Fall auf eine Spannungsmessung zurückgeführt (4 X Single-ended gegen Masse oder 2· differentiell an R_MX und am Meßobjekt). Der Plasmaeinfluß wird dabei völlig eliminiert.

Die Berechnung des Widerstandes des Meßobjektes ging von folgenden Annahmen aus:

R_M1 = R_M2 = R_M (A1)

R_SA = R_SB (A2)

I_P1 = I_P2 (A3)

Die Annahme A1 ist schaltungstechnisch durch spezielle Wider­ standsauswahl leicht zu realisieren. Wenn Annahme A1 sicherge­ stellt ist, sieht das Plasma also U_P einen symmetrischen Meß­ aufbau (d. h. der Gesamtwiderstand in beiden Zweigen ist gleich). Da auch der Schichtwiderstand über das Meßobjekt ho­ mogen ist, entstehen vollsymmetrische Verhältnisse, in denen die Annahme A2 zulässig ist und U_P sich in der Mitte von U_A und U_B und da R_M1 = R_M2 in der Mitte von U_V1 und U_V2 einstellt

(U_P = 1/2 (U_V1 + U_V2) = 1/2 (U_A + U_B)).

Damit gilt auch I_P1 = I_P2. Andererseits wird deutlich, daß bei asymmetrischen Aufbau die Messung nicht mehr funktioniert, da sämtliche Annahmen (A1-A3), die für eine Eliminierung des Plasmaeinflusses getrof­ fen werden müssen, verletzt sind.

Über die Meßwiderstände 7 und 8 wird, wie schon angesprochen, der Strom im Stomkreis ermittelt. Aus Gründen der Meßgenauig­ keit ist es vorteilhaft, die beiden Meßwiderstände R_M1 und R_M2 so zu wählen, daß in etwa die gleiche Spannung an jeweils den beiden Meßwiderständen und an der Schicht abfällt (U_S = U_M1 = U_M2). Aufgrund des sich während der Herstellung stark verän­ dernden Schichtwiderstandes - bei einer Abscheidung von Lei­ terbahnen auf einem Siliziumsubstrat muß beispielsweise mit einem Abfall von 10 MOhm auf 1 Ohm gerechnet werden, bei einer Schichtstrukturierung hingegen mit einem entsprechenden Anstieg - sollten die Meßwiderstände daher immer dem jeweiligen Schichtwiderstand angepaßt werden. Eine einfache und zuver­ lässige Lösungsmöglichkeit besteht in einer Anordnung mit ver­ schiedenwertigen Widerständen mit vorgeschalteten Relais, die über einen Rechner gesteuert werden. Der Spannungsabfall U_S sollte so gewählt werden, daß der Meßstrom I_M unterhalb etwa 100 mA bleibt. In der Praxis erweist sich für U_V1 und U_V2, je nach Schichtwiderstand, ein Wert zwischen 1 V und 10 V bei angelegten negativen Spannungen U_V1 und U_V2 als günstig.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren ist auch durchführbar, wenn die Spannungsquellen 5 und 6 durch Stromquellen ersetzt wer­ den, oder wenn eine Spannungsquelle entfernt wird. Die für den Erfolg entscheidende symmetrische Einspeisung des Störstroms geht dabei nicht verloren, da der Innenwiderstand einer Span­ nungsquelle ideal Null ist. Desweiteren ist das Meßverfahren ohne weiteres auch mit einer Wechselstrommessung mit defi­ nierter Trägerfrequenz durchzuführen. Auch können die Meß­ widerstände 7 und 8 in beiden Stromzweigen weggelassen werden, wenn der Strom im jeweiligen Zweig direkt bestimmt wird.

In Fig. 3 ist in einem Blockschaltbild das Zusammenwirken ver­ schiedener Schaltungskomponenten zur Durchführung eines wei­ tergebildeten erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Als konkretes Meßobjekt wurde ein Standard-Siliziumsubstrat 11 mit einer darauf abzuscheidenden Schicht, deren Schichtwiderstand 12 in Fig. 3 angedeutet ist, gewählt.

Am mit der Schicht bedeckten Standard-Siliziumsubstrat 11 wird gemäß der an sich bekannten Vierpunkt-Meßmethode an vier Stel­ len ein Meßsignal abgegriffen. Dabei dienen je zwei Stellen zur Kontaktierung jedes aus zwei Stromwegen 13 und 14 bzw. 15 und 16 zur getrennten Stromeinprägung und Spannungsmessung bestehenden Stromzweiges. Es ist vorteilhaft, dabei in jedem der vier Stromwege 13 und 14, bzw. 15 und 16 ein Tiefpaßfilter 17 und 18 bzw. 19 und 20 zur Eliminierung höherfrequenter, aus der Umwelt stammender Störungen vorzusehen. Als Grenzfrequenz für die Tiefpaßfilter muß ein Kompromiß zwischen möglichst tie­ fer Eckfrequenz und einer Signalverfälschung durch Zeitkonstan­ ten gefunden werden. Eine typische Eckfrequenz ist 100 Hz. In jedem der beiden Stromzweige sind in Fig. 3 außerdem eine An­ ordnung 21 bzw. 22 mit verschiedenwertigen Widerständen und mit den Auswahlrelais und eine Spannungsquelle 5 bzw. 6 ange­ deutet. Die Meßwertaufnahme erfolgt über einen AD-Wandler 23, der an einen PC 24 als Prozeßrechner gekoppelt ist. Die An­ zeige der Meßwerte kann beispielsweise mittels eines Bild­ schirms oder mit einem Printer erfolgen.

Mit dem Meßaufbau gemäß Fig. 3 ist auch eine Widerstandmessung nach der van-der-Pauw-Methode (zyklische Vertauschung der Strom/Spannungskontakte) möglich. Eine Zweipunktmessung ist natürlich prinzipiell auch möglich, erscheint jedoch aufgrund der Verfälschung der Meßwerte bei kleinen Widerständen im Ausmaß der Kontaktwiderstände als weniger vorteilhaft.

Als vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen Verfahren hat auch zu gelten, daß sich Probleme mit der Kontaktierung oder bei der Meßwertübertragung erübrigen. Es ist ohne weiteres mög­ lich, daß Siliziumsubstrat beispielsweise mittels eines Schleifrings zu kontaktieren und eine Vakuumdurchführung für die Übermittlung der Meßwerte vorzusehen, so daß durch diese Anordnung der Meßelektronik außerhalb der Prozeßkammer die Messung auch keinerlei Temperaturbeschränkungen unterliegt.

Zur Temperaturmessung kann beispielsweise auf einem Standard­ substrat zwischen zwei Isolationsschichten direkt am Wafer eine Platinschicht aufgebracht und die Temperatur über den elektrischen Widerstand der Platinschicht bestimmt werden. Die Bestimmung kann etwa durch Vergleich mit einer Eichkurve erfolgen. Da im Falle einer Temperaturmessung die Dynamik der Meßgröße nicht so groß ist, daß der Meßwiderstand ständig an den Schichtwiderstand angepaßt werden müßte, kann zur Verein­ fachung des Meßaufbaus die Anordnung von Einzelwiderständen auf einer Stellung arretiert werden. Die Kontaktierung kann wieder über vier freie Kontaktstelle auf der Platinschicht, bzw. über Kontaktierstellen, die mit Platinschicht verbunden sind, erfolgen.

In Fig. 4 sind mehrere auf einem Siliziumsubstrat 11 verteilte Platinstrukturen 25, die mit Kontaktierstellen 26 verbunden sind, dargestellt. Dadurch ist es möglich, eine Ortsauflösung der Substrattemperatur aufzunehmen.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung des Ionenstroms bzw. des Plasmainnenwiderstandes verwendet werden soll, sind die Spannungsquellen in den beiden Stromzweigen durch einen Kurzschluß zu ersetzen. Die leitende Schicht, deren Schichtwi­ derstand bestimmt werden soll, dient als Sensor für die ge­ nannten Prozeßgrößen. Der Ionenstrom wird über eine Messung des Stromes an beiden Stromzweigen bestimmt. Bei bekannter Sub­ stratfläche kann dann die Stromdichte bestimmt werden. Zu be­ achten ist, daß die Strommessungen im allgemeinen sehr nieder­ ohmig ausgeführt werden müssen. Ist der Schichtwiderstand der Sensorschicht größer als, typischerweise, etwa 500 Ohm, so ist dieser Schichtwiderstand bei der Strommessung zu berücksichti­ gen. Auch bei einer derartigen niederohmigen Messung ist es wichtig, einen symmetrischen Meßaufbau einzusetzen, da anson­ sten der Meßfehler zwar klein gehalten, jedoch nicht elimi­ niert werden kann.

Der Plasmainnenwiderstand kann über eine Belastungsmessung des Plasmas bestimmt werden. Als Meßwiderstand R_M wird ein regel­ barer Widerstand mit komplexer Komponente, beispielsweise ein Ast in einem Widerstandsnetzwerk, eingefügt. Bei Variation von R_M, beispielsweise über den Prozeßrechner, bricht die Plasma­ spannung, die an einer der beiden Seiten des Substrates gegen Masse gemessen wird, auf einen bestimmten Schwellwert zusam­ men, der dann den jeweiligen Plasmainnenwiderstand charakte­ risiert. Bei einem als ohmscher Widerstand angenommenen Plasma ist dieser Schwellwert 50% der ursprünglichen Plasmaspannung.

Schließlich können zur Anwendung für eine Floating-Potential- Messung beide Spannungsquellen auch durch eine Leitungsunter­ brechung ersetzt werden. Die leitende Schicht dient, wie bei der Ionenstrommessung als Sensor. Das Floating-Potential kann nun durch Messung von einem der beiden an der Scheibe anlie­ genden Spannungswerte gegen Masse gemessen werden, wobei auf eine hochohmige Messung geachtet werden muß.

Claims (11)

1. Verfahren zur in-situ Bestimmung des Schichtwiderstandes bzw. von Prozeßgrößen von unter dem Einfluß eines Plasmas her­ gestellten, dünnen elektrisch leitenden Schichten, wie sie insbesondere in der Halbleiter- und Dünnschicht-Technologie eingesetzt werden, durch eine Zweipunkt- oder Vierpunkt-Meß­ methode, dadurch gekennzeichnet,

• - daß durch mindestens eine Spannungs- oder Stromquelle ein Strom in einem Stromkreis, der aus einem ersten Stromzweig, dem Schichtwiderstand und einem zweiten Stromzweig besteht, erzeugt wird,
• - daß der vom Plasma in die Schicht injizierte Störstrom I_P aus einem ersten und zweiten Anteil gebildet wird, die sym­ metrisch in die beiden, insgesamt jeweils gleichen Wider­ stand aufweisenden Stromzweige eingespeist werden,
• - daß die somit im ersten und zweiten Stromzweig tatsächlich fließenden Ströme I_A und I_B jeweils direkt oder mittels des Spannungsabfalles an bekannten Meßwiderständen gemessen werden,
• - daß aus den Strömen I_A und I_B durch Mittelwertbildung ein vom Plasmaeinfluß unabhängiger Meßstrom I_M ermittelt wird,
• - und daß aus dem ermittelten Meßstrom I_M und der Messung des Spannungsabfalles am Schichtwiderstand dieser bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs- oder Stromquellen einen Gleichstrom erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs- oder Stromquellen einen Wechselstrom mit definierter Frequenz erzeugen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei symmetrische Stromzweige, die jeweils eine Span­ nungsquelle und einen Meßwiderstand R_M1 und R_M2 beinhalten, vorgesehen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßwiderstände R_M1 und R_M2 so gewählt werden, daß in etwa die gleiche Spannung an jeweils den beiden Meßwi­ derständen und an der Schicht abfällt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwiderstände R_M1 und R_M2 während der Schichtherstel­ lung insbesondere schrittweise an den sich verändernden Schichtwiderstand angepaßt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise an einem Standard-Siliziumsubstrat ein Meßsi­ gnal an vier Stellen (Vierpunkt-Meßmethode) abgegriffen wird, wobei je zwei Stellen zur Kontaktierung jedes aus zwei Strom­ wegen zur getrennten Stromeinprägung und Spannungsmessung be­ stehenden Stromzweiges dienen, und wobei vorzugsweise in jedem der vier Stromwege ein Tiefpaßfilter vorgesehen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierpunkt-Messung nach der Van-der-Pouw-Methode durchgeführt wird.

9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Temperaturmessung der Schicht.

10. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die beiden Stromzweige ohne Spannungs- oder Stromquellen kurzgeschlossen werden, zur Bestimmung des Ionenstroms bzw. des Plasmainnenwiderstandes des Plasmas.

11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Spannungs- oder Stromquellen jeweils durch eine Leitungsunterbrechung ersetzt werden, zur Bestimmung des Floating-Potentials.