JP2004055324A - Plasma density information measuring method and apparatus, plasma density information monitoring method and apparatus, plasma processing method and apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ密度情報の測定、プラズマ密度情報の変化の監視、およびプラズマ処理を効率良く行うことができるプラズマ密度情報測定方法およびその装置、並びにプラズマ密度情報監視方法およびその装置、並びにプラズマ処理方法およびその装置を提供することを目的とする。
【解決手段】測定プローブ7を、プラズマ処理に関する被処理物である基板Wよりも手前側に挿設可能に構成し、基板Wよりも手前側に挿設して配設することで、基板Wに対して測定プローブ7が影になり難く、プラズマ密度情報の測定、プラズマ密度情報の変化の監視、およびプラズマ処理を効率良く行うことができる。
【選択図】 図1A plasma density information measuring method and apparatus, and a plasma density information monitoring method and apparatus, and a plasma processing method capable of efficiently performing plasma density information measurement, plasma density information change monitoring, and plasma processing. And an apparatus thereof.
A measurement probe (7) is configured to be insertable in front of a substrate (W) to be processed with respect to plasma processing, and is inserted and disposed in front of the substrate (W). Therefore, the measurement probe 7 is less likely to be shadowed, so that the measurement of the plasma density information, the monitoring of the change in the plasma density information, and the plasma processing can be performed efficiently.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や薄膜素子の製造工程や、粒子ビーム源あるいは分析装置等に用いられるプラズマ密度情報測定方法およびその装置、並びにプラズマ密度情報監視方法およびその装置、並びにプラズマ処理方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プラズマを応用した技術として、プラズマCVD(化学気相成長)やプラズマエッチング等が知られている。このようなプラズマ応用技術では、プラズマ処理を行うためのプラズマ処理室(例えばチャンバ)内のプラズマが経時的に変化するので、生成プラズマの特性を良く示すプラズマ密度に関する情報、すなわちプラズマ密度情報を十分に把握することが、適切な処理を行う上で非常に重要となる。プラズマ密度情報に関する有用な物理量として電子密度に関係する量、すなわち吸収周波数や、プラズマ表面波共鳴周波数等がある。これらの周波数等を測定することによってプラズマ密度情報を十分に把握してプラズマ処理を行うことができる。
【0003】
プラズマ密度情報を測定する手法として、本発明者等は、特開2000−100598号の発明を先に提案している。この発明では、図11に示すように、プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用プローブ101(以下、適宜『測定プローブ101』と略記する)をプラズマ処理室であるチャンバ102内に挿入して、プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源103(以下、適宜『測定用電源103』と略記する)からプラズマ密度情報測定用電力(以下、適宜『測定用電力』と略記する)をチャンバ102内のプラズマPMに供給することによって測定が行われる。測定プローブ101は電力を放射するアンテナ104と、測定用電力を伝送する同軸ケーブル105と、先端が閉じられた誘電体製のチューブ106とから構成されており、この誘電体製のチューブ106内にアンテナ104と同軸ケーブル105とが接続されて挿設されている。
【0004】
測定用電源103から測定用電力は同軸ケーブル105を介してアンテナ104に放射されて、チャンバ102内のプラズマPMに供給される。チャンバ102内のプラズマPMに供給された測定用電力は、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて同軸ケーブル105を介して戻ってくる。つまり、プラズマPMに供給された測定用電力によって、測定プローブ101の誘電体製のチューブ106の表面にプラズマの電子密度に依存した波長の表面波が励起して、表面波の伝搬する領域がちょうど波長の整数倍になるとき、すなわち表面波が共振するとき、吸収が起こり、整数倍でないときには電源側へ反射する。このとき、測定用電力を周波数掃引すると波長は周波数に対して比例して変化するので、ある周波数でのみ強い吸収を示す。この周波数を測定することでプラズマ密度情報が測定される。
【0005】
詳述すると、測定用電源103は周波数掃引式であって、ある周波数帯域(例えば100kHzから2.5GHzまで)の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。測定用電力が吸収または反射されると、チャンバ102内のプラズマPMに供給した方向とは逆方向に電力の反射分が伝送されて、測定プローブ101と測定用電源103との間に配設されている方向性結合器107で検出されてモニタなどに出力する出力装置108に送り込まれる。出力装置108には測定用電源6から出力される測定用電力の周波数も逐次送り込まれる。
【0006】
出力装置108は、測定用電力の周波数と、測定用電力の検出反射量とに基づいて、測定用電力の反射率の対周波数変化を求める。つまり、同じ周波数において〔測定用電力の検出反射量〕÷〔測定用電力の全出力量〕なる演算を行い測定用電力の反射率を求め、掃引される周波数と測定用電力の反射率とを対応付けてプロットする。そして、得られた結果に基づいて、電子密度に起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収周波数を求める。上述の吸収周波数は電子密度などのようなプラズマ密度情報と一定の相関関係があるので、吸収周波数が求まることによって、プラズマ密度情報が容易に求められる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
上述した測定プローブ101を用いてプラズマ処理(プラズマCVDやプラズマエッチング処理)に適用すると、図12に示すように、チャンバ102内には処理用の電圧(バイアス電圧)に接続されている電極109が配設されており、この電極109上に被処理物である基板Wが載置されている。測定されるべきプラズマ密度情報は高い空間分解能で測定されてしまうので、測定プローブ101の配設位置によって測定されるプラズマ密度情報の結果が異なり、プラズマ処理をより精度良く制御するためには、基板Wの近傍(図12では真上)で、かつチャンバ102の中心付近に測定プローブ101が配設される。
【0008】
しかしながら、このように測定プローブ101を配設させると、基板Wに対して測定プローブ101が影になる。従って、プラズマ処理を行うためにバイアス電圧を電極109に印加すると、プラズマ中のイオンなどが印加された電極109に向かって一斉に移動するが、測定プローブ101が影になることでイオンなどが基板Wや電極109にまで到達しなくなる。その結果、プラズマ処理が進行し難くなり、プラズマ処理に悪影響を与える。
【0009】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プラズマ密度情報の測定、プラズマ密度情報の変化の監視、およびプラズマ処理を効率良く行うことができるプラズマ密度情報測定方法およびその装置、並びにプラズマ密度情報監視方法およびその装置、並びにプラズマ処理方法およびその装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
コイルを備えたアンテナに電流を流すことでアンテナに磁場を発生させて、アンテナからの磁場による誘導電場の発生によってプラズマを生成する、いわゆるICP(Inductively Coupled Plasma)型、すなわち誘導結合プラズマを例に採って説明する。チャンバの直径は400mmである。生成用電力の周波数を13.56MHz,500Wの生成用電力をコイルに印加して、上述の測定プローブ101(図11,図12参照)の配設位置をそれぞれ変えたときの電子密度の測定結果を図13に示す。また、プラズマを生成するガスとしてアルゴン(Ar)を用い、ガス圧を4Pa,5Pa,6Paとそれぞれする。プローブの(配設)位置をrとすると、位置rが200mmのときがチャンバの中心にプローブを配設したときとなり、位置rが0mmのときがチャンバの壁にプローブを配設したときとなる。
【0011】
図13に示すように、電子密度は位置rが200mm(チャンバ中心)をピークに壁に向かって連続的に減少しており、位置rが0mmのときでも、すなわちチャンバの壁にプローブを配設したときでも、位置rが200mmのときと比較して1〜2桁低くなるが1015/m3以上の電子密度を測定することができる。しかし、1015/m3前後では、図11,図12に示す測定プローブ101では電子密度を確認するための吸収波形(測定用電力の反射率の対周波数変化)の信号強度(吸収レベル)が小さくなり、測定が困難になる。
【0012】
そこで、本発明者等が以前提案した特開2002−043093号の発明に係る測定プローブ(図14参照)を用いると、図15に示す相対関係、および図16に示す吸収周波数での吸収率の結果が得られる。なお、測定プローブ201は、図14に示すように、電力を放射するアンテナ202と、測定用電力を伝送する同軸ケーブル203とから構成されており、アンテナ202は、中心導体204と金属製の平板205(図14(b)の平面図を参照)とから構成されている。同軸ケーブル203は中心導体204の一端側に接続されており、平板205は中心導体204の他端側に接続されている。また、中心導体204と平板205とは、図14(a)の断面図に示すように誘電体製外皮206によって被覆されている。
【0013】
また、図15は、生成用電力をそれぞれ変えたときのチャンバ中心での電子密度,および壁から2.5mmでの吸収周波数の測定結果、図16は、生成用電力をそれぞれ変えたときのチャンバ中心,壁から2.5mmでの吸収率の測定結果である。図15において、実線は、図11,図12に示す測定プローブ101をチャンバ中心に配設したときの電子密度、2点鎖線は、測定プローブ201を壁から2.5mmに配設したときの吸収周波数である。また、図16において、実線は、チャンバ中心に配設したときの吸収周波数での吸収率、2点鎖線は、壁から2.5mmに配設したときの吸収周波数での吸収率である。
【0014】
特開2002−043093号の発明でも述べたように、図11,図12に示す測定プローブ101で測定された吸収周波数の1/10から1/100程度で、図14に示す測定プローブ201で吸収周波数が測定され、図11,図12に示す測定プローブ101で測定された吸収周波数と、図14に示す測定プローブ201で測定された吸収周波数とは、本来別個のものである。従って、図11,図12に示す測定プローブ101で測定された電子密度と、図14に示す測定プローブ201で測定された吸収周波数とも、本来別個のものである。しかし、図11,図12に示す測定プローブ101によって測定されたチャンバ中心における電子密度と、図14に示す測定プローブ201によって測定された壁から2.5mmにおける吸収周波数とは互いに高い相関を持つことが、図15からもわかる。また、図16に示すように、図14に示す測定プローブ201によって測定された吸収率は、壁から2.5mmに配設したときでも、チャンバ中心に配設したときと比較して、半分程度のレベルとなり、図14に示す測定プローブ201で測定した場合には、吸収周波数などのプラズマ密度情報が測定し易くなる。
【0015】
以上の理由により、図11,図12に示す測定プローブ101で測定する場合には図13のグラフに、図14に示す測定プローブ201で測定する場合には図15の相対関係を示すグラフにそれぞれ基づいて、チャンバ中心で基板近傍における電子密度などのプラズマ密度情報を求めることができる。すなわち、チャンバ中心で基板近傍におけるプラズマ密度情報を求めなくとも、基板などの被処理物より手前の位置でプラズマ密度情報を求めれば、それで足りる。
【0016】
そこで、発想を変えて、本発明者等は、基板などの被処理物より手前の位置でプラズマ密度情報を求めることに想到した。このような知見に基づく本発明は、次のような構成をとる。
【0017】
すなわち、請求項1に記載の発明は、プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するプラズマ密度情報測定方法であって、(a)前記プラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブを、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設して配設する過程と、(b)前記プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給する過程と、(c)前記被処理物より手前側に配設された前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する過程とを備えることを特徴とするものである。
【0018】
〔作用・効果〕請求項1に記載の発明によれば、(b)の過程においてプラズマ密度情報測定用電源(以下、適宜『測定用電源』と略記する)から供給されたプラズマ密度情報測定用電力(以下、適宜『測定用電力』と略記する)は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。つまり、プラズマ密度情報測定用プローブの表面にプラズマに依存した表面波が励起して、それによってプラズマ負荷による吸収または反射が起こる。(c)の過程では、その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報を測定することにより、プラズマの特性を把握することになる。また、(a)の過程では、プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設されて配設されているので、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが影になり難くプラズマ密度情報の測定を効率良く行うことができる。
【0019】
プラズマ密度情報測定用プローブを被処理物よりも手前側に挿設されて配設すればよいが、好ましくは、被処理物よりも手前に位置するプラズマ処理室の壁よりも、さらに手前側に挿設して配設する(請求項2に記載の発明)。これによって、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが、より影になり難く、プラズマ密度情報の測定を効率良く行うことができる。
【0020】
また、プラズマ密度情報測定用プローブを、電力を放射するアンテナと、プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備えるように構成するとともに、ケーブルをアンテナの一端側で接続し、少なくともアンテナを誘電体性領域が直接に被覆するように構成すること(請求項3に記載の発明)で、吸収波形の吸収率が他のプラズマ密度情報測定用プローブと比較して大きくなり、プラズマ密度情報が測定し易くなる。
【0021】
請求項4に記載の発明は、プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するプラズマ密度情報測定装置であって、前記プラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力に反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する前記プラズマ密度情報測定用プローブとを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設可能に構成されていることを特徴とするものである。
【0022】
〔作用・効果〕請求項4に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源(測定用電源)から入射されたプラズマ密度情報測定用電力(測定用電力)は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定される。また、プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設可能に構成されているので、プラズマ密度情報測定用プローブを被処理物よりも手前側に挿設して配設することで、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが影になり難くプラズマ密度情報の測定を効率良く行うことができる。
【0023】
また、請求項2に記載の発明と同じく、プラズマ密度情報測定用プローブを、好ましくは、被処理物よりも手前に位置するプラズマ処理室の壁よりも、さらに手前側に挿設して配設する(請求項5に記載の発明)。これによって、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが、より影になり難く、プラズマ密度情報の測定を効率良く行うことができる。
【0024】
また、プラズマ密度情報測定用プローブを、電力を放射するアンテナと、プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備えるように構成するとともに、ケーブルをアンテナの一端側で接続し、少なくともアンテナを誘電体性領域が直接に被覆するように構成すること(請求項6に記載の発明)で、吸収波形の吸収率が他のプラズマ密度情報測定用プローブと比較して大きくなり、プラズマ密度情報が測定し易くなる。
【0025】
請求項7に記載の発明は、プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を監視するプラズマ密度情報監視方法であって、(a)前記プラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブを、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設して配設する過程と、(b)前記プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給する過程と、(c1)前記被処理物より手前側に配設された前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視する過程とを備えることを特徴とするものである。
【0026】
〔作用・効果〕請求項7に記載の発明によれば、(b)の過程においてプラズマ密度情報測定用電源(測定用電源)から供給されたプラズマ密度情報測定用電力(測定用電力)は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。(c1)の過程では、その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報の時間的変化が監視される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報の時間的変化を監視することにより、プラズマの特性の時間的変化を把握することになる。また、(a)の過程では、プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設されて配設されているので、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが影になり難くプラズマ密度情報の変化の監視を効率良く行うことができる。
【0027】
また、請求項2,請求項5に記載の発明と同じく、プラズマ密度情報測定用プローブを、好ましくは、被処理物よりも手前に位置するプラズマ処理室の壁よりも、さらに手前側に挿設して配設する(請求項8に記載の発明)。これによって、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが、より影になり難く、プラズマ密度情報の変化の監視を効率良く行うことができる。
【0028】
また、プラズマ密度情報測定用プローブを、電力を放射するアンテナと、プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備えるように構成するとともに、ケーブルをアンテナの一端側で接続し、少なくともアンテナを誘電体性領域が直接に被覆するように構成すること(請求項9に記載の発明)で、吸収波形の吸収率が他のプラズマ密度情報測定用プローブと比較して大きくなり、プラズマ密度情報の変化が監視し易くなる。
【0029】
また、プラズマ密度情報の変化を監視する具体的な手法として、下記の請求項10に記載の発明の方法が挙げられる。すなわち、請求項10に記載の発明は、請求項7から請求項9のいずれかに記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記(b)の過程は、前記プラズマ密度情報測定用電源から周波数を掃引しながら各周波数のプラズマ密度情報測定用電力を逐次にプラズマに供給する過程であって、前記(c1)の過程は、掃引された前記周波数における前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率の変化を示す吸収波形の時間的変化に基づいて、プラズマ密度情報の時間的変化を監視する過程であることを特徴とするものである。
【0030】
〔作用・効果〕請求項10に記載の発明によれば、(b)の過程においてプラズマ密度情報測定用電源から周波数を掃引しながら各周波数のプラズマ密度情報測定用電力を逐次にプラズマに供給することで、掃引された周波数におけるプラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率の変化を示す吸収波形が求められる。(c1)の過程では、この吸収波形の時間的変化に基づいて、プラズマ密度情報の変化を監視することができる。
【0031】
請求項10に記載の発明に係る(c1)の過程の、さらなる具体的な例として、請求項11〜請求項15に記載の発明の方法が挙げられる。例えば、吸収波形の吸収率の時間的変化(請求項11に記載の発明),吸収波形においてプラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率が半分になるときの周波数幅である半値幅の時間的変化(請求項12に記載の発明),吸収波形においてプラズマ負荷による共鳴の度合いを示すQ値(quality factor)の時間的変化(請求項13に記載の発明),吸収波形において掃引された周波数のうち同一周波数におけるプラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率の時間的変化(請求項14に記載の発明),または吸収波形の周波数微分の極大,極小の周波数、もしくは極大,極小値の時間的変化(請求項15に記載の発明)に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視してもよい(請求項11〜請求項15に記載の発明)。
【0032】
請求項16に記載の発明は、プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を監視するプラズマ密度情報監視装置であって、前記プラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力に反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する前記プラズマ密度情報測定用プローブと、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報からプラズマ密度情報の時間的変化を監視する監視手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設可能に構成されていることを特徴とするものである。
【0033】
〔作用・効果〕請求項16に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源(測定用電源)から入射されたプラズマ密度情報測定用電力(測定用電力)は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報の時間的変化が監視手段によって監視される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報の時間的変化を監視することにより、プラズマの特性の時間的変化を把握することになる。また、プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設可能に構成されているので、プラズマ密度情報測定用プローブを被処理物よりも手前側に挿設して配設することで、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが影になり難くプラズマ密度情報の変化の監視を効率良く行うことができる。
【0034】
また、請求項2,請求項5,請求項8に記載の発明と同じく、プラズマ密度情報測定用プローブを、好ましくは、被処理物よりも手前に位置するプラズマ処理室の壁よりも、さらに手前側に挿設して配設する(請求項17に記載の発明)。これによって、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが、より影になり難く、プラズマ密度情報の変化の監視を効率良く行うことができる。
【0035】
また、プラズマ密度情報測定用プローブを、電力を放射するアンテナと、プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備えるように構成するとともに、ケーブルをアンテナの一端側で接続し、少なくともアンテナを誘電体性領域が直接に被覆するように構成すること(請求項18に記載の発明)で、吸収波形の吸収率が他のプラズマ密度情報測定用プローブと比較して大きくなり、プラズマ密度情報の変化が監視し易くなる。
【0036】
請求項19に記載の発明は、プラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、(a)前記プラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブを、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設して配設する過程と、(b)前記プラズマ密度情報を測定するためのプラズマ密度情報測定用電源からプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給する過程と、(c)前記被処理物より手前側に配設された前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する過程、あるいは(c1)前記被処理物より手前側に配設された前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視する過程と、(d)測定あるいは監視された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する過程とを備えることを特徴とするものである。
【0037】
〔作用・効果〕請求項19に記載の発明によれば、(b)の過程においてプラズマ密度情報測定用電源(測定用電源)から供給されたプラズマ密度情報測定用電力(測定用電力)は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。(c)あるいは(c1)の過程では、その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定、あるいはその時間的変化が監視される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報を測定、あるいはその時間的変化を監視することにより、(d)の過程においてプラズマ処理が制御される。また、(a)の過程では、プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設されて配設されているので、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが影になり難くプラズマ処理を効率良く行うことができる。
【0038】
また、請求項2,請求項5,請求項8,請求項17に記載の発明と同じく、プラズマ密度情報測定用プローブを、好ましくは、被処理物よりも手前に位置するプラズマ処理室の壁よりも、さらに手前側に挿設して配設する(請求項20に記載の発明)。これによって、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが、より影になり難く、プラズマ処理を効率良く行うことができる。
【0039】
また、プラズマ密度情報測定用プローブを、電力を放射するアンテナと、プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備えるように構成するとともに、ケーブルをアンテナの一端側で接続し、少なくともアンテナを誘電体性領域が直接に被覆するように構成すること(請求項21に記載の発明)で、吸収波形の吸収率が他のプラズマ密度情報測定用プローブと比較して大きくなり、プラズマ処理が制御し易くなる。
【0040】
請求項22に記載の発明は、プラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力をプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ負荷による前記プラズマ密度情報測定用電力に反射または吸収に基づいてプラズマ密度情報を測定する前記プラズマ密度情報測定用プローブと、測定された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する制御手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設可能に構成されていることを特徴とするものである。
【0041】
〔作用・効果〕請求項22に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源(測定用電源)から入射されたプラズマ密度情報測定用電力(測定用電力)は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマ密度情報が測定される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報を測定することにより、制御手段によってプラズマ処理が制御される。また、プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設可能に構成されているので、プラズマ密度情報測定用プローブを被処理物よりも手前側に挿設して配設することで、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが影になり難くプラズマ処理を効率良く行うことができる。
【0042】
また、監視されたプラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する場合には、プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報からプラズマ密度情報の時間的変化を監視する監視手段を備えればよい(請求項23に記載の発明)。
【0043】
また、請求項2,請求項5,請求項8,請求項17,請求項20に記載の発明と同じく、プラズマ密度情報測定用プローブを、好ましくは、被処理物よりも手前に位置するプラズマ処理室の壁よりも、さらに手前側に挿設して配設する(請求項24に記載の発明)。これによって、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが、より影になり難く、プラズマ処理を効率良く行うことができる。
【0044】
また、プラズマ密度情報測定用プローブを、電力を放射するアンテナと、プラズマ密度情報測定用電力を伝送するケーブルと、プラズマに結合する誘電体性領域とを備えるように構成するとともに、ケーブルをアンテナの一端側で接続し、少なくともアンテナを誘電体性領域が直接に被覆するように構成すること(請求項25に記載の発明)で、吸収波形の吸収率が他のプラズマ密度情報測定用プローブと比較して大きくなり、プラズマ処理が制御し易くなる。
【0045】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図1は、本発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブに用いられるプラズマ処理装置の一実施例の概略構成を示したブロック図である。なお、本実施例では、ICP(Inductively Coupled Plasma)型、すなわち誘導結合プラズマであって、エッチング処理を例に採って説明する。
【0046】
本実施例に係るエッチング処理装置は、図1に示すように、プラズマPMが生成されるチャンバ1を備えており、このチャンバ1内には図示を省略する処理用の電圧に接続されている電極2が配設されており、この電極2上に被処理物である基板Wが載置されている。この電極2に処理用の電圧を印加することによってプラズマによる基板Wのエッチング処理が行われる。チャンバ1の上部には石英板3およびコイル4が配設されている。このコイル4とプラズマPMを生成するための生成用電源5とは接続されており、生成用電源5からコイル4を介して石英板3に電流を流すことにより、石英板3から磁場が発生する。この石英板3からの磁場によって誘電磁場が発生して、これによる加熱によってプラズマPMが生成される。本実施例では、生成用電源5から供給される生成用電力は500W程度で周波数が13.56MHz程度の高周波である。
【0047】
なお、プラズマ処理としては、プラズマエッチングに限定されず、プラズマCVD、あるいはプラズマアッシングなど、通常プラズマによって行われる処理であれば、特に限定されない。また、チャンバ1は、ICP型以外に、2つの電極を互いに対向させて、両電極間にプラズマを生成する、いわゆるCCP(Capacitively Coupled Plasma) 型、すなわち容量結合プラズマといった無磁場のプラズマに用いられるチャンバであってもよいし、ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマのように有磁場のプラズマに用いられるチャンバであってもよい。
【0048】
生成用電源5は、生成用電力制御部6を介して、コイル4に接続されており、この生成用電力制御部6によって生成用電源5からチャンバ1に供給される生成用電力が操作される。この生成用電力制御部6は、本発明における制御手段に相当する。
【0049】
また、チャンバ1内には、上述した基板Wや電極2の他に、チャンバ1内のプラズマ密度情報を測定する測定プローブ7が挿入されている。この測定プローブ7は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用プローブに相当する。
【0050】
測定プローブ7と、プラズマ密度情報を測定するための測定用電源8とは、同軸ケーブル9とプローブ制御部10とを介して接続されている。なお、本実施例では、プラズマ密度情報として電子密度を測定しているが、その他のプラズマ密度情報として例えばイオン密度や後述する吸収周波数やプラズマ表面波共鳴周波数等がある。測定用電源8は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電源に相当する。
【0051】
上述の基板W、電極2、測定プローブ7の他に、チャンバ1と、プラズマPMを生成するためのガスを供給するガス供給源(タンク)11とは、ガス調整用バルブ12を介して連通接続されている。
【0052】
次に、生成用電力制御部6の具体的構成について説明する。生成用電力制御部6は、エッチングレート変換部13と、エッチング時間変換部14と、エッチング時間設定部15と、インピーダンス整合器16とから構成されている。エッチングレート変換部13は、測定プローブ7とプローブ制御部10とによって測定された電子密度を電子密度に応じたエッチングレートに変換するように構成されており、エッチング時間変換部14は、変換されたエッチングレートを電子密度に応じたエッチング時間に変換するように構成されている。また、エッチング時間設定部15は、エッチング時間を設定するように構成されており、インピーダンス整合器16は、チャンバ1への生成用電力の供給を調節したり、設定されたエッチング時間が経過するとチャンバ1への生成用電力の供給を終了するように構成されている。なお、本明細書中において用いられるエッチングレートとは単位時間当たりにエッチングされる膜の厚みのことをいう。
【0053】
エッチングレート変換部13とエッチング時間変換部14とは、CPU(中央演算処理部)等の演算部の機能を備えており、エッチングレートと電子密度の間には固有のプロセスにおいて一定の相関関係にあることを利用して、測定された電子密度を演算部によって係数倍したものがエッチングレートとして変換されるとともに、エッチングする必要のある膜の厚みをエッチングレートで割った値がエッチング時間として変換される。本実施例では、エッチングレート変換部13とエッチング時間変換部14とをCPU(中央演算処理部)等の演算部で構成したが、図示を省略する記憶部をも備えるとともに、その記憶部に電子密度とエッチングレートとの相関関係を示す検量線等を予め記憶させて、測定された電子密度に応じてその記憶部から随時読み出しを行ってエッチングレートやエッチング時間等を導出するように構成してもよい。
【0054】
エッチング時間設定部15は、タイマやクロックの機能を備えており、電子密度が測定されるのとほぼ同時にタイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、エッチング時間設定部15はインピーダンス整合器16に対して、生成用の電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器16内の整合回路を操作する。なお、本実施例では、エッチング時間設定部15はインピーダンス整合器16を操作することによって、プラズマPMへの生成用の電力の供給を終了させたが、生成用電源5に対して直接的に操作して電圧の印加等を直接的に終了するようにエッチング時間設定部15を構成してもよいし、電極2に印加している処理用の電圧等を直接的に操作するように構成してもよい。また、基板Wを連続的に処理する場合には、エッチング時間設定部15によって設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、処理中の基板Wをチャンバ1内から取り出して、次に処理されるべき基板Wをチャンバ1内に投入するように構成してもよい。
【0055】
インピーダンス整合器16は、生成用電源5の周波数がMHzオーダの周波数の場合、インダクタンスとキャパシタンスとを組み合わせた整合回路が用いられる。また上述の周波数が1GHz以上の周波数の場合、EHチューナやスタブチューナが用いられる。
【0056】
次に、測定プローブ7について、図2を参照して説明する。測定プローブ7は、同軸ケーブル9の先端部を加工成形することによって構成されており、図2に示すように、先端部において同軸ケーブル9の外部絶縁体9aと外部導体9bとを除去してから先端部が閉じられている誘電体製のチューブ17を被せることによって構成されている。また、外部絶縁体9aと外部導体9bと、さらに中心絶縁体9cを除去したことによって同軸ケーブル9の先端部において中心導体9dのみとなって、中心導体9dは、同軸ケーブル9を介して伝送された電力を放射するアンテナの機能を果たすことになる。
【0057】
測定プローブ7をプラズマPM中に挿入させる。次に、測定用電源8から測定用電力を伝送させる。すると、測定プローブ7の吸収周波数において、先端ではチューブ17や同軸ケーブル9等を境界条件に持ちながら共鳴吸収が起きる。この結果、測定用電源8から供給されて伝送された電磁波が吸収されるので、測定プローブ7の吸収周波数において反射電力が小さくなる。また、測定用電力がプラズマPMによって吸収されると吸収されなかった残りの測定用電力は、測定用電源8側からプラズマPM側に伝送した方向とは逆方向に、測定用電源8側に向かって伝送される。また、測定用電力がプラズマPMによって反射されると、反射された測定用電力は、同様に測定用電源8側に向かって伝送される。この測定用電力は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電力に相当する。
【0058】
チューブ17は、本実施例では比誘電率が約4である石英(SiO2 )で形成されている。チューブ17を形成する物質については、例えば比誘電率が2であるフッ素樹脂や、比誘電率が10であるアルミナ(Al2 O3 )や、比誘電率が35であるジルコニア(zirconia)(ZrO2 )や、異方性誘電体や、純度によって比誘電率が変化するが比誘電率が約20前後である炭化ケイ素(silicon carbide )(SiC)等のように、特に限定されないが、固体の誘電体の場合ではチューブ17を形成し易い点から鑑みると、比誘電率が2から50までの物質でチューブ17は形成されている方が好ましい。
【0059】
その他に、図2に示すように、チャンバ1に測定プローブ7を案内するための外筒状のガイド部18が測定プローブ7の周囲を取り囲むように配設されている。このガイド部18は当接部18aを備えており、測定プローブ7をチャンバ1内に挿入すると、測定プローブ7とともにガイド部18は移動し、当接部18aがチャンバ1の外壁1aに当接するとガイド部18はとまって、測定プローブ7のみがチャンバ1内に挿入される。
【0060】
また、測定プローブ7の後端には、リング状の係止部材19が測定プローブ7の周囲を取り囲むように配設されており、測定プローブ7のみをチャンバ1内に挿入した際に、この係止部材19がガイド部18の後端の側壁に当接することで、測定プローブ7のチャンバ1への挿設を止めることができる。この係止部材19がガイド部18の後端の側壁に当接する際には、測定プローブ7はチャンバ1の内壁1bから2.5mmの位置に配設され、その2.5mmの位置よりもチャンバ1の中心側に測定プローブ7が挿入するのを防止する。なお、被処理物である基板Wはチャンバ1の中心に配設されており、測定プローブ7は基板Wよりも手前側に挿設されて配設される。つまり、測定プローブ7は、被処理物である基板Wよりも手前側に挿設可能に構成されることになる。
【0061】
続いて、プローブ制御部10の具体的構成について説明する。プローブ制御部10は、図1に示すように、方向性結合器20と、減衰器21と、フィルタ22と、吸収周波数導出部23と、電子密度変換部24とから構成されている。測定プローブ7には、同軸ケーブル9を介して測定用電源8側から順に、方向性結合器20、減衰器21、およびフィルタ22が接続されている。
【0062】
測定用電源8は周波数掃引式であって、ある周波数帯域(例えば100kHzから2.5GHzまで)の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。測定用電源8から出力された測定用電力は、同軸ケーブル9中を伝送しながら方向性結合器20、減衰器21、およびフィルタ22の順に経由して、測定プローブ7へ伝送される。一方、測定用電力が吸収または反射されると、上述したように逆方向に電力の反射分が伝送されて、方向性結合器20で検出されて、吸収周波数導出部23へ送り込まれる。吸収周波数導出部23には測定用電源8から出力される測定用電力の周波数も逐次送り込まれる。
【0063】
フィルタ22は、プローブ制御部10に混入してくる電力やノイズを除去する機能を果たす。また、減衰器21は、測定プローブ7へ送り込む測定用電力の量を調整する機能を果たす。
【0064】
吸収周波数導出部23は、測定用電力の周波数と、測定用電力の検出反射量とに基づいて、測定用電力の反射率の対周波数変化を求める。そして、得られた結果に基づいて、電子密度に起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収周波数を求める。なお、吸収周波数の具体的な導出については、後述するフローチャートで説明する。
【0065】
電子密度変換部24は、吸収周波数導出部23によって求められた吸収周波数に基づいて電子密度に変換するように構成されている。上述の吸収周波数は電子密度と一定の相関関係があるので、吸収周波数が求まることによって、電子密度が容易に求められる。
【0066】
続いて、上述した構成を有するエッチング処理装置において、エッチング処理の流れを、図3のフローチャートを参照して説明する。なお、ステップS1の時点ではプラズマ生成用の生成用電源5のスイッチは既にON状態であって、ガス供給源(タンク)11からチャンバ1内にガスが既に供給されて、プラズマPMも既に生成されているものとする。
【0067】
〔ステップS1〕測定用電源8のスイッチをONにする。測定プローブ7を被処理物である基板Wよりも手前側に挿設して配設する。具体的には、上述したように、ガイド部18の当接部18aがチャンバ1の外壁1aに当接するとガイド部18はとまって、測定プローブ7のみがチャンバ1内に挿入される。係止部材19がガイド部18の後端の側壁に当接することで、測定プローブ7はチャンバ1の内壁1bから2.5mmの位置に配設される。このステップS1は、本発明における(a)の過程に相当する。
【0068】
〔ステップS2〕測定用電源8から100kHzから2.5GHzまでの周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。また、自動掃引しながら吸収周波数導出部23に上述の周波数が逐次送り込まれる。出力された測定用電力は、同軸ケーブル7を介して測定プローブ7に供給される。このステップS2は、本発明における(b)の過程に相当する。
【0069】
〔ステップS3〕供給された測定用電力は、プラズマPMに依存した表面波によって吸収または反射が起こって、供給時とは逆方向に同軸ケーブル9を介して測定用電力の反射分だけ測定用電源8側に伝送される。測定用電力の反射量は、フィルタ22、減衰器21、および方向性結合器20の順に経由して、方向性結合器20で検出される。そして、吸収周波数導出部23へ送り込まれる。
【0070】
吸収周波数導出部23では、同じ周波数において〔測定用電力の検出反射量〕÷〔測定用電力の全出力量〕なる演算が行われて測定用電力の反射率が求められる。掃引される周波数と、この測定用電力の反射率とを対応付けてプロットすることによって、図4に示すような測定用電力の反射率の対周波数変化が求められる。図4に示すように、反射率が大きく下がるところは、電子密度に起因して測定電力の強い吸収が起こる吸収ポイントであって、その吸収ポイントの周波数が吸収周波数ということになる。
【0071】
図4中では吸収ポイントPa,Pbの2つが現れている。通常、吸収ポイントは複数個現れて、それに伴って吸収周波数も吸収ポイントと同数個だけ存在する。これらの吸収周波数は、いずれにおいても電子密度等のプラズマ密度情報と一定の相関関係があるが、特に、吸収周波数のうち、電子密度に対して2乗に比例する吸収周波数は、プラズマ表面波共鳴周波数と呼ばれている。電子密度等のプラズマ密度情報を導出する際においてこのプラズマ表面波共鳴周波数は有用な物理量の1つである。このステップS3は、本発明における(c)の過程に相当する。
【0072】
なお、本明細書中では、Q値(quality factor)がもっとも大きい吸収ポイントにおける吸収周波数を『0次の吸収周波数』または『基本吸収周波数』と呼ぶ。そして、吸収の大きい順に1次,2次,…と吸収周波数を定義づける。一番高次の吸収周波数、すなわち吸収のもっとも小さい吸収ポイントにおける吸収周波数は、電子密度に対して2乗に比例する、上述したプラズマ表面波共鳴周波数となる。
【0073】
従って、実際に、プラズマ密度情報を測定するには、Q値が大きい吸収は、吸収(反射による損失)が大きく、かつ半値幅が狭い吸収であるので、Q値がもっとも大きい吸収周波数、すなわち0次の吸収周波数(基本吸収周波数)を測定するのが通常である。本実施例では、0次の吸収周波数、すなわちQ値がもっとも大きい吸収ポイントにおける基本吸収周波数(0次の吸収周波数)を測定する。
【0074】
〔ステップS4〕吸収周波数導出部23によって導出されたこの吸収周波数は、電子密度変換部24に送り込まれる。電子密度変換部24は、基本吸収周波数からプラズマ表面波共鳴周波数を求め、さらにプラズマ表面波共鳴周波数から電子密度に変換する。
【0075】
なお、測定プローブ7がチャンバ1の内壁1bから2.5mmの位置に配設されているので、ここで求められた電子密度は、内壁1bから2.5mmでの値である。基板Wは、チャンバ1の中心に配設されているので、チャンバ1の中心での電子密度を求めなければならない。そこで、『課題を解決するための手段』の欄でも述べたように、図13のグラフに基づいて、内壁1bから2.5mmの位置での電子密度から、チャンバ1の中心での電子密度に校正すればよい。なお、本実施例では、電子密度変換部24は、この校正の機能をも有しているが、図13のグラフを記憶して校正を行う校正部を別に設けてもよい。
【0076】
〔ステップS5〕電子密度が求まってから、基板Wをチャンバ1内に投入して、電極2上に載置する。この電極2に処理用の電圧を印加することによって、プラズマPM中のイオンや電子が基板Wの表面に到達して、基板Wのエッチング処理が行われる。従って、処理用の電圧を印加するのとほぼ同時に、またはエッチング処理が開始されるのとほぼ同時に、エッチング時間設定部15において、タイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。エッチング処理をより精密に行うという点において、チャンバ1内への基板Wの投入とステップS5での電子密度の測定とはほぼ同時に行われる方が好ましい。
【0077】
〔ステップS6〕一方、測定された電子密度は、生成用電力制御部6内のエッチングレート変換部13に送り込まれて、電子密度に基づいてエッチングレートに変換される。上述したように、エッチングレートと電子密度との間には一定の相関関係にあるので、測定された電子密度を係数倍するだけでエッチングレートが求まる。
【0078】
〔ステップS7〕エッチングレートが求まると、エッチング時間変換部14によってエッチング時間が求まる。例えば、エッチングしたい膜厚の厚みが10μmであって、エッチングレートが1μm/minのとき、エッチング時間は、上記膜厚の厚みの10μmから上記エッチングレートの1μm/minで割った10minとなって求められる。
【0079】
〔ステップS8〕エッチング時間が求まると、エッチング時間設定部15に送り込まれる。ステップS5において開始されたタイマがエッチング時間に相当する分だけカウントされると、すなわちエッチング時間が経過すると、エッチング時間設定部15はインピーダンス整合器16に対して、生成用電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器16内の整合回路を操作する。この操作によって生成用電源5から供給される生成用電力は0となって、エッチング処理が終了する。このステップS5〜S8は、本発明における(d)の過程に相当する。
【0080】
以上のステップS1〜S8から、ステップS2において測定用電源8から測定用電力をプラズマPMに供給すると、測定用電源8から入射された測定用電力は、測定プローブ7を介して、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。ステップS3では、その測定用電力の反射または吸収に基づいて、測定プローブ7を用いてプラズマ密度情報である吸収周波数が測定される。プラズマ密度情報はプラズマの特性を示すので、プラズマ密度情報を測定することにより、ステップS5〜S8においてプラズマエッチング処理が制御される。
【0081】
また、測定プローブ7は、被処理物である基板Wよりも手前側に挿設されて配設されているので、基板Wに対して測定プローブ7が影になり難い。従って、プラズマ密度情報の測定、さらにはプラズマエッチング処理を効率良く行うことができる。
【0082】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【0083】
(1)上述した本実施例でのステップS1〜S8では、1枚の基板Wのエッチング処理が終了すると生成用電源5から供給する生成用電力を0にする手順であったが、基板Wを連続的に処理する場合にはエッチング時間に達すると、処理中の基板Wをチャンバから1枚取り出して、次に処理されるべき基板Wをチャンバ1内に投入するような手順であってもよい。
【0084】
(2)上述した本実施例ではエッチング処理についてのプラズマ処理であったが、例えばCVD(化学気相成長)処理や、アッシング処理や、チャンバのクリーニング処理等、プラズマ中の被処理物に行うプラズマ処理であれば、特に限定されない。また、プラズマ処理のみならず、プラズマ密度情報を単に測定するプラズマ密度情報測定装置にも本発明を適用することができる。
【0085】
同様に、プラズマ密度情報の変化を監視するプラズマ密度情報監視装置や、それを用いたプラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。以下に、図5を参照して詳しく説明する。なお、本実施例と共通する箇所については同符号を付して、その箇所の図示および説明を省略する。
【0086】
この変形例に係るプラズマ密度情報監視装置や、それを用いたプラズマ処理装置は、図5に示すように、監視部25を備えており、この監視部25は、データ解析部26と、出力判定部27と、データ記憶部28と、表示モニタ29とから構成されている。データ解析部26は、出力判定部27を介して、データ記憶部29に接続されており、データ解析部26,出力判定部27,およびデータ記憶部29はそれぞれ表示モニタ29に接続されている。本実施例では、方向性結合器20および測定用電源8は吸収周波数導出部23に接続されていたが、この変形例では、方向性結合器20および測定用電源8はデータ解析部26に接続されている。また、本実施例では、生成用電力制御部6内のエッチングレート変換部13はプローブ制御部10内の電子密度変換部24に接続されていたが、この変形例では、生成用電力制御部6内のインピーダンス整合器16が監視部25内の出力判定部27に接続されている。この監視部25は、本発明における監視手段に相当する。
【0087】
データ解析部26と出力判定部27とは、CPU(中央演算処理部)等の演算部の機能を備えており、本実施例における吸収周波数導出部23と同様の、測定用電力の周波数と測定用電力の検出反射量とに基づく、測定用電力の反射率の対周波数変化を求める機能を備えている。この変形例では、この測定用電力の反射率の対周波数変化を『吸収波形』とする。データ解析部26は、この吸収波形の吸収の程度を示す吸収率を、すなわち測定用電力の反射率を解析し、出力判定部27は、ある周波数における吸収波形の吸収率が所定の吸収率より大きければ、その周波数においてプラズマ密度に起因してプラズマ負荷による測定用電力の吸収/反射が起こっているとし、その周波数を吸収周波数と判定する。また、データ解析部26と出力判定部27とは、解析および判定を経時的に行っており、吸収波形の吸収率の時間的変化を監視している。従って、図6に示すように、例えばプラズマ密度情報の1つである吸収周波数が時間的に変化したとき、すなわち先に観測された吸収率が所定の吸収率より小さくなって、かつ別の周波数における吸収波形の吸収率が所定の吸収率より大きくなったときには、出力判定部27はその別の周波数を吸収周波数と判定する。
【0088】
データ記憶部28は、データ解析部26や出力判定部27で得られた各データを記憶する。表示モニタ29は、データ解析部26,出力判定部27,データ記憶部28での各データを表示出力するものであって、例えば図4に示すような測定用電力の反射率の対周波数変化(吸収波形)を逐次に表示出力する。もちろん、表示モニタ28は、図4に示すような吸収波形だけでなく、例えば、掃引された周波数のうち同一周波数における吸収波形の時間的変化を表示出力してもよい。
【0089】
この変形例では、監視部25によってプラズマ密度情報の時間変化を監視することができる。また、出力判定部27の結果をインピーダンス整合器16に与え、それによって生成用電力の操作を行うことができ、プラズマ処理を制御することができる。なお、プラズマ密度情報の時間変化を監視する場合には、時間的変化を監視することさえできれば、プラズマ処理を制御することができるので、本実施例のようにプラズマ密度情報の値を正確に測定する必要はない。従って、本実施例のような吸収周波数導出部23を備える必要はない。
【0090】
(3)上記(2)の変形例におけるプラズマ密度情報監視装置や、それを用いたプラズマ処理装置では、吸収波形の吸収率の時間的変化に基づいて監視を行ったが、吸収波形においてプラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率が半分になるときの周波数幅である半値幅の時間的変化,Q値(quality factor)の時間的変化,吸収波形において掃引された周波数のうち同一周波数におけるプラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率の時間的変化,または吸収波形の周波数微分の極大,極小の周波数、もしくは極大,極小値の時間的変化に基づいて、監視を行ってもよい。
【0091】
半値幅の場合には、図7に示すように、吸収周波数をf0とし、測定用電力の反射率が半分になるときの周波数をそれぞれf1,f2(ただしf1<f2)とすると、周波数幅である半値幅は(f2−f1)となる。この半値幅(f2−f1)をデータ解析部26が求め、出力判定部27は、所定の半値幅より大きければ、その周波数においてプラズマ密度に起因してプラズマ負荷による測定用電力の吸収/反射が起こっているとし、その半値幅(f2−f1)の平均値を吸収周波数f0と判定する。Q値の場合には、Q=f0/(f2−f1)よりデータ解析部26がQ値を求め、出力判定部27は、所定のQ値より大きければ、その周波数においてプラズマ密度に起因してプラズマ負荷による測定用電力の吸収/反射が起こっているとし、そのf0を吸収周波数と判定する。半値幅やQ値の場合においても、それぞれの時間的変化を監視し、各々の時間的変化に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視する。
【0092】
同一周波数におけるプラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率の場合には、図8に示すように、同一の周波数における吸収波形の時間的変化を監視する。この場合には、経時的に吸収波形の変化が大きい周波数を吸収周波数と判定することができる。また、吸収周波数が時間的に変化したとき、別の周波数において経時的に変化が大きい吸収波形が観測されるので、その別の周波数を吸収周波数と判定する。
【0093】
吸収波形の周波数微分の極大,極小の周波数、もしくは極大,極小値の場合には、図9(b)に示す周波数微分波形のように、極大または極小を観測する。極大または極小を観測することで、図9(a)に示す吸収波形の傾斜の最大値が観測される。この極大,極小の周波数、もしくは極大,極小値が経時的に大きく変化したときに、吸収周波数も経時的に大きく変化したと判定する。
【0094】
(4)本実施例ではプラズマを生成するための生成用電力を操作してプラズマ処理を制御したが、例えば生成用電力以外にもプラズマを生成するガス圧や、ガスの混合比等を操作してプラズマ処理を制御してもよく、通常のプラズマ制御において用いられる方法ならば、特に限定されない。
【0095】
また、本実施例では電子密度に応じてエッチング時間等の処理時間を設定して、生成用電力を操作したが、処理時間を固定にしておいて、インピーダンス整合器16などを操作することによって生成用電力を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい、同様の手法で、図1中のガス調整用バルブ12によってガス圧や、ガスの混合比等を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい。また、上述したこれらの方法を適宜互いに組み合わせることもできる。
【0096】
(5)上述した本実施例ではプラズマ密度情報は吸収周波数や電子密度であったが、イオン密度もプラズマの特性を示すので、これらの物理量を校正して測定することで、プラズマ発生に係る物理量(例えば生成用電力や、ガス圧や、ガスの混合比など)を操作してもよい。例えば、図1中の吸収周波数導出部23によって吸収周波数を求めた後、吸収周波数とエッチング処理との相関関係によって生成用電力を操作してもよい。
【0097】
(6)また、測定プローブ7はチャンバ1の内壁1bから2.5mmの位置に配設され、この位置は被処理物である基板Wよりも手前側であったが、基板Wよりも手前側であれば、例えば基板Wの直径を200mmとし、チャンバ1の直径を400mmとし、基板Wをチャンバ1の中心(200mm)に配設したときに、内壁1bから100mm(=200mm−100mm)よりも手前である99mmに測定プローブ7を挿設して配設してもよい。ただ、測定プローブ7は、影の影響を鑑みると、より手前側に配設されているのが好ましく、基板Wよりも手前に位置するチャンバ1の外壁1aないしは内壁1bよりも、さらに手前側に配設されていてもいてもよい。
【0098】
例えば、図10に示すように、ガイド部18と測定プローブ7のチューブ17との間にOリングのようなシール部材30を介在させた場合には、シール部材30の位置までプラズマPMが分布し得るので、そのシール部材の付近にまで測定プローブ7を配設することもできる。
【0099】
(7)本実施例に係る測定プローブ7は、図2に示すように、アンテナに相当する、先端部における中心導体9dは、誘電体製のチューブ17に直接に被覆されておらず、空隙が介在されている。『課題を解決するための手段』の欄でも述べたように、かかる測定プローブ7をチャンバ1の壁付近に配設して測定を行うと、吸収波形の吸収率が、図13に示すように小さくなり、測定が困難になる。そこで、測定プローブ7を、本発明者等が以前提案した特開2002−043093号の発明に係る測定プローブ201(図14参照)のように構成してもよい。アンテナ202は、本発明におけるアンテナに相当し、同軸ケーブル203は、本発明におけるケーブルに相当し、誘電体製外皮206は、本発明における誘電体性領域に相当する。
【0100】
図2に示す測定プローブ7で測定された吸収周波数と、図14に示す測定プローブ201で測定された吸収周波数とは、本来別個のものである。これは、測定プローブ201をプラズマPM中に挿入すると、アンテナ202である中心導体204と金属製の平板205との周りに『シース(Sheath)』と呼ばれる層が発生し、測定プローブ7で測定された吸収周波数の1/10から1/100程度の低周波領域で共鳴が起こるような強い電界がシースにかかり、そこで吸収が起こると考えられる。一方、測定プローブ7では、アンテナに相当する、先端部における中心導体9dは、プラズマに直接触れることなく、誘電体製のチューブ17を介してプラズマと接し、測定プローブ7では、シースよりもプラズマと結合しやすく、チューブ17の表面にプラズマ表面波が励起される。このように、図14に示す測定プローブ201では、シースに結合し易く、図2に示す測定プローブ7では、プラズマに結合し易い。
【0101】
上述したように、図2に示す測定プローブ7で測定された吸収周波数と、図14に示す測定プローブ201で測定された吸収周波数とは、本来別個のものであるが、測定プローブ7によって測定されたチャンバの中心における電子密度と、測定プローブ201で測定された壁から2.5mmにおける吸収周波数とは、図15に示すように互いに高い相関を持つ。また、図16に示すように、図14に示す測定プローブ201によって測定された吸収率は、壁から2.5mmに配設したときでも、チャンバ中心に配設したときと比較して、半分程度のレベルとなり、図14に示す測定プローブ201で測定した場合には、吸収周波数などのプラズマ密度情報が測定し易くなる。
【0102】
そこで、図14に示す測定プローブ201で測定する場合には、測定プローブ201によって、壁から2.5mmにおける吸収周波数を測定した後に、図15の相対関係を示すグラフに基づいて、チャンバ中心における電子密度に変換すればよい。
【0103】
なお、図14に示す測定プローブ201には、信号強度を強めるために中心導体204の一端側に金属製の平板205が取り付けられており、アンテナ202としての機能を中心導体204と金属製の平板205とが果たしていたが、アンテナ202としての機能を中心導体204のみが果たしてもよい。また、アンテナ202は誘電体製外皮206によって被覆されていたが、アンテナ202のみならず、同軸ケーブル203全体が誘電体製外皮206によって被覆されていてもよい。
【0104】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、プラズマ密度情報測定用プローブは、プラズマ処理に関する被処理物よりも手前側に挿設可能に構成されているので、プラズマ密度情報測定用プローブを被処理物よりも手前側に挿設して配設することで、被処理物に対してプラズマ密度情報測定用プローブが影になり難く、プラズマ密度情報の測定、プラズマ密度情報の変化の監視、およびプラズマ処理を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本実施例に係る測定プローブの構成を示す一部縦断面図である。
【図3】本実施例に係るエッチング処理の流れを示すフローチャート図である。
【図4】吸収周波数を求める説明に供するグラフである。
【図5】変形例に係る装置の構成を示すブロック図である。
【図6】吸収波形の吸収率の時間的変化に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視する説明に供するグラフである。
【図7】半値幅,Q値の時間的変化に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視する説明に供するグラフである。
【図8】同一周波数におけるプラズマ密度情報測定用電力の反射または吸収率の時間的変化に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視する説明に供するグラフである。
【図9】吸収波形の周波数微分の極大,極小の周波数、もしくは極大,極小値の時間的変化に基づいてプラズマ密度情報の時間的変化を監視する説明に供するグラフであって、(a)は吸収波形のグラフ、(b)はその周波数微分のグラフである。
【図10】さらなる変形例に係る測定プローブを用いたときの装置の構成を示す図である。
【図11】プラズマ密度情報を測定するための従来の手法の説明に供する図である。
【図12】プラズマ密度情報を測定するための従来の手法の説明に供する図である。
【図13】測定プローブの配設位置をそれぞれ変えたときの電子密度の測定結果を示すグラフである。
【図14】(a)は、さらなる変形例に係る測定プローブの断面図であって、(b)はその平面図である。
【図15】生成用電力をそれぞれ変えたときのチャンバ中心での電子密度,および壁から2.5mmでの吸収周波数の測定結果を示すグラフである。
【図16】生成用電力をそれぞれ変えたときのチャンバ中心,壁から2.5mmでの吸収率の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
6 … 生成用電力制御部
7 … 測定プローブ
8 … 測定用電源
PM … プラズマ
W … 基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma density information measuring method and apparatus, a plasma density information monitoring method and apparatus, and a plasma processing method and apparatus used in a manufacturing process of a semiconductor element or a thin film element, a particle beam source, an analyzer, or the like. About.
[0002]
[Prior art]
As techniques using plasma, plasma CVD (chemical vapor deposition), plasma etching, and the like are known. In such a plasma application technique, plasma in a plasma processing chamber (for example, a chamber) for performing a plasma process changes with time, and thus information on the plasma density that indicates the characteristics of the generated plasma, that is, the plasma density information is sufficiently obtained. Is very important for proper processing. Useful physical quantities related to the plasma density information include quantities related to the electron density, that is, an absorption frequency, a plasma surface wave resonance frequency, and the like. By measuring these frequencies and the like, plasma density information can be sufficiently grasped to perform plasma processing.
[0003]
As a technique for measuring plasma density information, the present inventors have previously proposed the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-100598. In the present invention, as shown in FIG. 11, a plasma density information measurement probe 101 (hereinafter, abbreviated as “
[0004]
The measurement power is radiated from the
[0005]
More specifically, the
[0006]
The
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example having such a configuration has the following problem.
When applied to plasma processing (plasma CVD or plasma etching processing) using the above-described
[0008]
However, when the
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a plasma density information measuring method and apparatus capable of efficiently measuring plasma density information, monitoring changes in plasma density information, and performing plasma processing. And a plasma density information monitoring method and apparatus, and a plasma processing method and apparatus therefor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have earnestly studied to solve the above problems, and have obtained the following findings.
A so-called ICP (Inductively Coupled Plasma) type, in which a magnetic field is generated in the antenna by passing a current through an antenna having a coil and an induced electric field is generated by the magnetic field from the antenna, that is, an inductively coupled plasma is taken as an example. Take and explain. The diameter of the chamber is 400 mm. Measurement results of the electron density when the frequency of the generation power is 13.56 MHz and the generation power of 500 W is applied to the coil, and the arrangement position of the above-described measurement probe 101 (see FIGS. 11 and 12) is changed. Is shown in FIG. Further, argon (Ar) is used as a gas for generating plasma, and the gas pressure is set to 4 Pa, 5 Pa, and 6 Pa, respectively. Assuming that the (arrangement) position of the probe is r, when the position r is 200 mm, the probe is arranged at the center of the chamber, and when the position r is 0 mm, the probe is arranged on the wall of the chamber. .
[0011]
As shown in FIG. 13, the electron density continuously decreases toward the wall with the position r peaking at 200 mm (center of the chamber). Even when the position r is 0 mm, that is, the probe is arranged on the wall of the chamber. Is lower by one to two digits than when the position r is 200 mm, Fifteen / M 3 The above electron density can be measured. However, 10 Fifteen / M 3 Before and after, in the
[0012]
Therefore, when the measurement probe (see FIG. 14) according to the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-043093 previously proposed by the present inventors is used, the relative relationship shown in FIG. 15 and the absorption rate at the absorption frequency shown in FIG. The result is obtained. As shown in FIG. 14, the
[0013]
FIG. 15 shows the measurement results of the electron density at the center of the chamber and the absorption frequency at 2.5 mm from the wall when the generation power was changed. FIG. 16 shows the chamber when the generation power was changed. It is a measurement result of the absorptivity at 2.5 mm from the center and the wall. 15, the solid line indicates the electron density when the
[0014]
As described in the invention of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-043093, the absorption frequency is about 1/10 to 1/100 of the absorption frequency measured by the
[0015]
For the above reasons, the graph shown in FIG. 13 is used for measurement with the
[0016]
Therefore, the present inventors have changed their ideas, and have arrived at obtaining plasma density information at a position in front of an object to be processed such as a substrate. The present invention based on such knowledge has the following configuration.
[0017]
That is, the invention according to
[0018]
According to the first aspect of the present invention, the plasma density information measuring power supplied from the plasma density information measuring power source (hereinafter abbreviated as "power source for measuring" as appropriate) in the step (b). The power (hereinafter, abbreviated as “measurement power” as appropriate) is absorbed or reflected by the plasma load due to the plasma density and returned through the plasma density information measurement probe. In other words, a surface wave depending on the plasma is excited on the surface of the probe for measuring plasma density information, whereby absorption or reflection by the plasma load occurs. In the process (c), the plasma density information is measured using the plasma density information measurement probe based on the reflection or absorption of the measurement power. Since the plasma density information indicates the characteristics of the plasma, the characteristics of the plasma can be grasped by measuring the plasma density information. In the process (a), the plasma density information measuring probe is inserted and disposed on the front side of the object to be processed related to the plasma processing. The probe is less likely to be shadowed, and the plasma density information can be measured efficiently.
[0019]
The plasma density information measurement probe may be inserted and disposed on the near side of the object to be processed, but preferably, is further on the front side than the wall of the plasma processing chamber located on the front side of the object to be processed. It is inserted and arranged (the invention according to claim 2). Thus, the probe for measuring plasma density information is less likely to be shadowed on the object to be processed, and the measurement of plasma density information can be performed efficiently.
[0020]
Further, the probe for measuring plasma density information is configured to include an antenna for radiating power, a cable for transmitting power for measuring plasma density information, and a dielectric region coupled to plasma. By connecting at one end, at least the antenna is directly covered by the dielectric region (the invention according to claim 3), so that the absorption rate of the absorption waveform is compared with that of another plasma density information measurement probe. And the plasma density information is easily measured.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a plasma density information measuring apparatus for measuring plasma density information indicating characteristics of a plasma, wherein the plasma density information measuring power is supplied to the plasma to measure the plasma density information. Power supply for density information measurement, comprising the plasma density information measurement probe to measure the plasma density information based on the reflection or absorption of the plasma density information measurement power by the plasma load, the plasma density information measurement probe, The plasma processing apparatus is characterized in that it is configured to be able to be inserted in front of an object to be processed related to plasma processing.
[0022]
According to the fourth aspect of the present invention, the plasma density information measuring power (measuring power) input from the plasma density information measuring power source (measuring power source) is a plasma density information measuring probe. , Is absorbed or reflected by the plasma load due to the plasma density and returns. Based on the reflection or absorption of the measurement power, the plasma density information is measured using the plasma density information measurement probe. In addition, since the probe for measuring plasma density information is configured to be insertable on the near side of the object to be processed related to plasma processing, the probe for measuring plasma density information is inserted and installed on the near side of the object to be processed. By arranging them, the plasma density information measurement probe is less likely to be shadowed on the object to be processed, and the plasma density information can be measured efficiently.
[0023]
Further, similarly to the invention according to
[0024]
Further, the probe for measuring plasma density information is configured to include an antenna for radiating power, a cable for transmitting power for measuring plasma density information, and a dielectric region coupled to plasma. By connecting at one end side, at least the antenna is directly covered by the dielectric region (the invention according to claim 6), so that the absorption rate of the absorption waveform is compared with that of another plasma density information measurement probe. And the plasma density information is easily measured.
[0025]
The invention according to claim 7 is a plasma density information monitoring method for monitoring plasma density information indicating plasma characteristics, wherein: (a) a probe for measuring the plasma density information; (B) inserting the plasma density information measurement power from the plasma density information measurement power source for measuring the plasma density information into the plasma. And (c) 1 Using the probe for measuring plasma density information disposed on the front side of the object to be processed, monitoring a temporal change in plasma density information based on reflection or absorption of the power for measuring plasma density information by a plasma load. And a step of performing the operation.
[0026]
According to the invention described in claim 7, the plasma density information measurement power (measurement power) supplied from the plasma density information measurement power source (measurement power source) in the process (b) is: Via the plasma density information measuring probe, the light is absorbed or reflected by the plasma load due to the plasma density, and returns. (C 1 In the process of (2), a temporal change of the plasma density information is monitored using the plasma density information measuring probe based on the reflection or absorption of the measuring power. Since the plasma density information indicates the characteristics of the plasma, by monitoring the temporal change of the plasma density information, the temporal change of the plasma characteristics can be grasped. In the process (a), the plasma density information measuring probe is inserted and disposed on the front side of the object to be processed related to the plasma processing. It is possible to efficiently monitor the change in the plasma density information because the probe is not easily shadowed.
[0027]
Also, as in the second and fifth aspects of the present invention, the plasma density information measuring probe is preferably inserted further in front of the wall of the plasma processing chamber located in front of the object to be processed. (The invention according to claim 8). As a result, the plasma density information measuring probe is less likely to be overshadowed by the object to be processed, and a change in the plasma density information can be monitored efficiently.
[0028]
Further, the probe for measuring plasma density information is configured to include an antenna for radiating power, a cable for transmitting power for measuring plasma density information, and a dielectric region coupled to plasma. By connecting at one end and at least the antenna being directly covered by the dielectric region (the invention according to claim 9), the absorption rate of the absorption waveform is compared with that of other plasma density information measurement probes. And changes in plasma density information can be easily monitored.
[0029]
Further, as a specific method for monitoring a change in plasma density information, a method according to the present invention described in
[0030]
According to the tenth aspect of the present invention, in the process (b), the plasma density information measuring power of each frequency is sequentially supplied to the plasma while the frequency is swept from the plasma density information measuring power supply. Thus, an absorption waveform indicating a change in the reflection or absorptance of the power for measuring plasma density information at the swept frequency is obtained. (C 1 In the process (2), a change in the plasma density information can be monitored based on the temporal change of the absorption waveform.
[0031]
According to the invention of
[0032]
An invention according to
[0033]
According to the invention, the power for measuring plasma density information (power for measurement) input from the power source for measuring plasma density (power for measurement) is a probe for measuring plasma density information. , Is absorbed or reflected by the plasma load due to the plasma density and returns. Based on the reflection or absorption of the measuring power, the monitoring means monitors the temporal change of the plasma density information using the plasma density information measuring probe. Since the plasma density information indicates the characteristics of the plasma, by monitoring the temporal change of the plasma density information, the temporal change of the plasma characteristics can be grasped. In addition, since the probe for measuring plasma density information is configured to be insertable on the near side of the object to be processed related to plasma processing, the probe for measuring plasma density information is inserted and installed on the near side of the object to be processed. By arranging, it is possible to efficiently monitor the change in the plasma density information, since the probe for measuring the plasma density information is not easily shadowed on the object to be processed.
[0034]
Also, as in the second, fifth, and eighth aspects of the present invention, the plasma density information measuring probe is preferably located further forward than the wall of the plasma processing chamber located closer to the object to be processed. (The invention according to claim 17). As a result, the plasma density information measuring probe is less likely to be overshadowed by the object to be processed, and a change in the plasma density information can be monitored efficiently.
[0035]
Further, the probe for measuring plasma density information is configured to include an antenna for radiating power, a cable for transmitting power for measuring plasma density information, and a dielectric region coupled to plasma. By connecting at one end, at least the antenna is directly covered by the dielectric region (the invention according to claim 18), so that the absorption rate of the absorption waveform is compared with that of another plasma density information measurement probe. And changes in plasma density information can be easily monitored.
[0036]
The invention according to
[0037]
[Operation / Effect] According to the invention of
[0038]
Also, as in the second, fifth, eighth, and seventeenth aspects of the present invention, the plasma density information measuring probe is preferably provided on a wall of the plasma processing chamber located in front of the workpiece. Are also inserted and disposed on the near side (the invention according to claim 20). Thus, the plasma density information measuring probe is less likely to be shadowed on the object to be processed, and the plasma processing can be performed efficiently.
[0039]
Further, the probe for measuring plasma density information is configured to include an antenna for radiating power, a cable for transmitting power for measuring plasma density information, and a dielectric region coupled to plasma. By connecting at one end and at least the antenna being directly covered by the dielectric region (the invention according to claim 21), the absorption rate of the absorption waveform is compared with that of another plasma density information measurement probe. And the plasma processing becomes easier to control.
[0040]
An invention according to
[0041]
According to the invention described in
[0042]
In the case where the plasma processing is controlled based on the monitored plasma density information, a monitoring means for monitoring a temporal change of the plasma density information from the plasma density information measured by the plasma density information measuring probe may be provided. Good (the invention according to claim 23).
[0043]
Also, as in the second, fifth, eighth, seventeenth, and twentieth aspects of the present invention, the plasma density information measuring probe is preferably located in front of the workpiece. It is arranged by being inserted further in front of the wall of the room (the invention according to claim 24). Thus, the plasma density information measuring probe is less likely to be shadowed on the object to be processed, and the plasma processing can be performed efficiently.
[0044]
Further, the probe for measuring plasma density information is configured to include an antenna for radiating power, a cable for transmitting power for measuring plasma density information, and a dielectric region coupled to plasma. The connection is made at one end, and at least the antenna is directly covered with the dielectric region (the invention according to claim 25), so that the absorption rate of the absorption waveform is compared with that of another plasma density information measurement probe. And the plasma processing becomes easier to control.
[0045]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a plasma processing apparatus used for a probe for measuring plasma density information according to the present invention. In this embodiment, an ICP (Inductively Coupled Plasma) type, that is, an inductively coupled plasma, and an etching process will be described as an example.
[0046]
As shown in FIG. 1, the etching apparatus according to the present embodiment includes a
[0047]
Note that the plasma treatment is not limited to plasma etching, and is not particularly limited as long as it is a process usually performed by plasma, such as plasma CVD or plasma ashing. In addition to the ICP type, the
[0048]
The
[0049]
Further, in the
[0050]
The measurement probe 7 and a
[0051]
In addition to the above-described substrate W,
[0052]
Next, a specific configuration of the generation power control unit 6 will be described. The generation power control unit 6 includes an etching
[0053]
The etching
[0054]
The etching
[0055]
When the frequency of the
[0056]
Next, the measurement probe 7 will be described with reference to FIG. The measurement probe 7 is formed by processing and forming the distal end of the coaxial cable 9, and as shown in FIG. 2, after removing the
[0057]
The measurement probe 7 is inserted into the plasma PM. Next, measurement power is transmitted from the
[0058]
The
[0059]
In addition, as shown in FIG. 2, an outer
[0060]
At the rear end of the measurement probe 7, a ring-shaped locking
[0061]
Subsequently, a specific configuration of the
[0062]
The
[0063]
The
[0064]
The absorption
[0065]
The electron
[0066]
Next, the flow of the etching process in the etching apparatus having the above-described configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. At the time of step S1, the switch of the
[0067]
[Step S1] The switch of the measuring
[0068]
[Step S2] The power for measurement is output from the power supply for
[0069]
[Step S3] The supplied measuring power is absorbed or reflected by a surface wave dependent on the plasma PM, and the measuring power is reflected by the measuring power via the coaxial cable 9 in a direction opposite to that at the time of supply. 8 is transmitted. The amount of reflection of the measurement power is detected by the
[0070]
The absorption
[0071]
In FIG. 4, two absorption points Pa and Pb appear. Usually, a plurality of absorption points appear, and accordingly, the same number of absorption frequencies as the absorption points exist. Each of these absorption frequencies has a certain correlation with the plasma density information such as the electron density. In particular, among the absorption frequencies, the absorption frequency proportional to the square of the electron density is the plasma surface wave resonance. It is called frequency. The plasma surface wave resonance frequency is one of useful physical quantities when deriving plasma density information such as electron density. This step S3 corresponds to the step (c) in the present invention.
[0072]
In this specification, the absorption frequency at the absorption point where the Q value (quality factor) is the largest is referred to as “zero-order absorption frequency” or “basic absorption frequency”. Then, the absorption frequency is defined as primary, secondary,... In order of absorption. The highest-order absorption frequency, that is, the absorption frequency at the absorption point having the smallest absorption, is the above-described plasma surface wave resonance frequency, which is proportional to the square of the electron density.
[0073]
Therefore, in order to actually measure the plasma density information, an absorption having a large Q value is an absorption having a large absorption (loss due to reflection) and a narrow half-value width. It is usual to measure the next absorption frequency (basic absorption frequency). In this embodiment, the zero-order absorption frequency, that is, the basic absorption frequency (zero-order absorption frequency) at the absorption point where the Q value is the largest is measured.
[0074]
[Step S4] The absorption frequency derived by the absorption
[0075]
Since the measurement probe 7 is disposed at a position 2.5 mm from the
[0076]
[Step S5] After the electron density is determined, the substrate W is loaded into the
[0077]
[Step S6] On the other hand, the measured electron density is sent to the etching
[0078]
[Step S7] When the etching rate is determined, the etching time is determined by the etching
[0079]
[Step S8] When the etching time is determined, it is sent to the etching
[0080]
From the above steps S1 to S8, when the measurement power is supplied from the
[0081]
In addition, since the measurement probe 7 is disposed so as to be inserted in front of the substrate W, which is an object to be processed, the measurement probe 7 is less likely to be shadowed on the substrate W. Therefore, the measurement of the plasma density information and the plasma etching process can be performed efficiently.
[0082]
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified as follows.
[0083]
(1) In the above-described steps S1 to S8 in the present embodiment, when the etching processing of one substrate W is completed, the generation power supplied from the
[0084]
(2) In this embodiment described above, the etching process is a plasma process. However, for example, a plasma process such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) process, an ashing process, or a chamber cleaning process is performed on an object to be processed in a plasma. There is no particular limitation on the processing. In addition, the present invention can be applied not only to plasma processing but also to a plasma density information measuring device that simply measures plasma density information.
[0085]
Similarly, the present invention can be applied to a plasma density information monitoring device that monitors a change in plasma density information, and a plasma processing device using the same. The details will be described below with reference to FIG. Note that the same reference numerals are given to portions common to the present embodiment, and the illustration and description of the portions are omitted.
[0086]
The plasma density information monitoring device and the plasma processing device using the same according to this modification include a
[0087]
The
[0088]
The
[0089]
In this modification, the
[0090]
(3) In the plasma density information monitoring device and the plasma processing device using the same in the modification of the above (2), monitoring was performed based on a temporal change in the absorption rate of the absorption waveform. Temporal change of the half width, which is the frequency width when the reflection or absorption rate of the power for information measurement is halved, temporal change of the Q factor (quality factor), plasma at the same frequency among the frequencies swept in the absorption waveform Monitoring may be performed based on a temporal change in the reflection or absorption rate of the power for density information measurement, or a temporal change in the maximum or minimum frequency or a maximum or minimum value of the frequency derivative of the absorption waveform.
[0091]
In the case of the half-value width, as shown in FIG. 0 And the frequency at which the reflectivity of the measuring power is halved is f 1 , F 2 (However, f 1 <F 2 ), The half width, which is the frequency width, is (f) 2 −f 1 ). This half width (f 2 −f 1 ) Is obtained by the
[0092]
In the case of the reflection or absorption rate of the power for measuring plasma density information at the same frequency, as shown in FIG. 8, the temporal change of the absorption waveform at the same frequency is monitored. In this case, the frequency at which the absorption waveform changes greatly with time can be determined as the absorption frequency. Further, when the absorption frequency changes with time, an absorption waveform that changes with time at another frequency is observed, so that the other frequency is determined as the absorption frequency.
[0093]
In the case of the maximum or minimum frequency or the maximum or minimum value of the frequency derivative of the absorption waveform, the maximum or minimum is observed as in the frequency differential waveform shown in FIG. 9B. By observing the maximum or the minimum, the maximum value of the slope of the absorption waveform shown in FIG. 9A is observed. When the maximum frequency or the minimum frequency or the maximum value or the minimum value greatly changes with time, it is determined that the absorption frequency also changes greatly with time.
[0094]
(4) In this embodiment, the plasma processing is controlled by controlling the generation power for generating the plasma. However, for example, in addition to the generation power, the gas pressure for generating the plasma, the gas mixing ratio, and the like are also controlled. The plasma processing may be controlled by any method, and is not particularly limited as long as it is a method used in ordinary plasma control.
[0095]
In this embodiment, the processing time such as the etching time is set in accordance with the electron density, and the power for generation is operated. However, the processing time is fixed, and the power is generated by operating the
[0096]
(5) In the above-described embodiment, the plasma density information is the absorption frequency and the electron density. However, since the ion density also indicates the characteristics of the plasma, these physical quantities are calibrated and measured to obtain the physical quantities related to the plasma generation. (For example, generation power, gas pressure, gas mixture ratio, etc.) may be operated. For example, after the absorption frequency is determined by the absorption
[0097]
(6) The measurement probe 7 is disposed at a position 2.5 mm from the
[0098]
For example, as shown in FIG. 10, when a
[0099]
(7) In the measurement probe 7 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
[0100]
The absorption frequency measured by the measurement probe 7 shown in FIG. 2 and the absorption frequency measured by the
[0101]
As described above, the absorption frequency measured by the measurement probe 7 shown in FIG. 2 and the absorption frequency measured by the
[0102]
Therefore, when measuring with the
[0103]
The
[0104]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the probe for measuring plasma density information is configured to be insertable in front of the object to be processed related to plasma processing. The probe for plasma density information measurement is less likely to be shadowed on the object to be processed, and the plasma density information is measured and the change in the plasma density information is monitored. And plasma processing can be performed efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of a measurement probe according to the present embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of an etching process according to the embodiment.
FIG. 4 is a graph for explaining an absorption frequency.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a device according to a modification.
FIG. 6 is a graph for explaining monitoring of a temporal change of plasma density information based on a temporal change of an absorption rate of an absorption waveform.
FIG. 7 is a graph for explaining monitoring of a temporal change of plasma density information based on a temporal change of a half width and a Q value.
FIG. 8 is a graph for explaining monitoring of a temporal change of plasma density information based on a temporal change of a reflection or absorption rate of power for measuring plasma density information at the same frequency.
FIG. 9 is a graph used to explain monitoring of a temporal change of plasma density information based on a temporal change of a maximum or a minimum frequency or a maximum or a minimum value of a frequency derivative of an absorption waveform. The graph of the absorption waveform, and (b) is the graph of the frequency derivative.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an apparatus when a measurement probe according to a further modification is used.
FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional method for measuring plasma density information.
FIG. 12 is a diagram provided for explanation of a conventional method for measuring plasma density information.
FIG. 13 is a graph showing the measurement results of the electron density when the positions of the measurement probes are respectively changed.
FIG. 14A is a cross-sectional view of a measurement probe according to a further modification, and FIG. 14B is a plan view thereof.
FIG. 15 is a graph showing measurement results of the electron density at the center of the chamber and the absorption frequency at 2.5 mm from the wall when the power for generation is changed.
FIG. 16 is a graph showing the measurement results of the absorptivity at 2.5 mm from the center of the chamber and the wall when the power for generation is changed.
[Explanation of symbols]
6 Power generator for generation
7 ... Measuring probe
8 Power supply for measurement
PM… plasma
W… Substrate
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