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JP2004055324A - Plasma density information measuring method and apparatus, plasma density information monitoring method and apparatus, plasma processing method and apparatus - Google Patents

Plasma density information measuring method and apparatus, plasma density information monitoring method and apparatus, plasma processing method and apparatus Download PDF

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JP2004055324A
JP2004055324A JP2002210770A JP2002210770A JP2004055324A JP 2004055324 A JP2004055324 A JP 2004055324A JP 2002210770 A JP2002210770 A JP 2002210770A JP 2002210770 A JP2002210770 A JP 2002210770A JP 2004055324 A JP2004055324 A JP 2004055324A
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JP
Japan
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density information
plasma
plasma density
measuring
power
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Application number
JP2002210770A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Toyoda
豊田 直樹
Seiichi Takasuka
高須賀 誠一
Shigehisa Wada
和田 茂久
Arata Takeuchi
竹内 新
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Nissin Co Ltd
Original Assignee
Nissin Co Ltd
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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1
A 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/m以上の電子密度を測定することができる。しかし、1015/m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、(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。(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(c)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。(c)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(c)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(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(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、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f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f,f(ただしf<f)とすると、周波数幅である半値幅は(f−f)となる。この半値幅(f−f)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(f−f)の平均値を吸収周波数fと判定する。Q値の場合には、Q=f/(f−f)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f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 “measurement probe 101” as appropriate) for measuring plasma density information is inserted into a chamber 102 which is a plasma processing chamber. Then, the power for measuring plasma density information 103 (hereinafter abbreviated as “power for measuring 103”) for measuring plasma density information (hereinafter abbreviated as “power for measurement” as appropriate). Is supplied to the plasma PM in the chamber 102 to perform the measurement. The measurement probe 101 is composed of an antenna 104 for radiating power, a coaxial cable 105 for transmitting power for measurement, and a dielectric tube 106 having a closed end. The antenna 104 and the coaxial cable 105 are connected and inserted.
[0004]
The measurement power is radiated from the measurement power supply 103 to the antenna 104 via the coaxial cable 105 and supplied to the plasma PM in the chamber 102. The measuring power supplied to the plasma PM in the chamber 102 is absorbed by the plasma load due to the plasma density or reflected and returned via the coaxial cable 105. In other words, a surface wave having a wavelength depending on the electron density of the plasma is excited on the surface of the dielectric tube 106 of the measurement probe 101 by the measurement power supplied to the plasma PM, and the region where the surface wave propagates is just When the wavelength becomes an integral multiple of the wavelength, that is, when the surface wave resonates, absorption occurs. At this time, when the frequency of the measurement power is swept, the wavelength changes in proportion to the frequency, so that strong absorption is exhibited only at a certain frequency. By measuring this frequency, the plasma density information is measured.
[0005]
More specifically, the measurement power supply 103 is of a frequency sweep type, and outputs the power for measurement while automatically sweeping at a frequency in a certain frequency band (for example, from 100 kHz to 2.5 GHz). When the measuring power is absorbed or reflected, the reflected power is transmitted in a direction opposite to the direction in which the power is supplied to the plasma PM in the chamber 102, and is disposed between the measuring probe 101 and the measuring power supply 103. The directional coupler 107 is sent to an output device 108 for outputting to a monitor or the like. The frequency of the measurement power output from the measurement power supply 6 is also sequentially sent to the output device 108.
[0006]
The output device 108 obtains a change in the reflectance of the measurement power with respect to the frequency based on the frequency of the measurement power and the detected reflection amount of the measurement power. That is, at the same frequency, an operation of [detection reflection amount of measurement power] ÷ [total output amount of measurement power] is performed to determine the reflectance of the measurement power, and the swept frequency and the reflectance of the measurement power are calculated. Plot them in association. Then, based on the obtained result, an absorption frequency at which strong absorption of the measuring power occurs due to the electron density is obtained. Since the above-mentioned absorption frequency has a certain correlation with plasma density information such as electron density, plasma density information can be easily obtained by obtaining the absorption frequency.
[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 measurement probe 101, an electrode 109 connected to a processing voltage (bias voltage) is provided in a chamber 102 as shown in FIG. The substrate W as an object to be processed is placed on the electrode 109. Since the plasma density information to be measured is measured with high spatial resolution, the result of the measured plasma density information differs depending on the arrangement position of the measurement probe 101. In order to control the plasma processing more precisely, A measurement probe 101 is arranged near W (directly above in FIG. 12) and near the center of the chamber 102.
[0008]
However, when the measurement probe 101 is provided in this manner, the measurement probe 101 becomes a shadow on the substrate W. Therefore, when a bias voltage is applied to the electrode 109 for performing the plasma processing, ions in the plasma move at the same time toward the electrode 109 to which the ions are applied. It does not reach W or electrode 109. As a result, the plasma processing becomes difficult to proceed, which adversely affects the plasma processing.
[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 measurement probe 101 shown in FIGS. 11 and 12, the signal intensity (absorption level) of the absorption waveform (reflectance change of the measurement power with respect to the frequency) for confirming the electron density becomes small, making the measurement difficult. Become.
[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 measurement probe 201 is composed of an antenna 202 for radiating power and a coaxial cable 203 for transmitting power for measurement. The antenna 202 is composed of a central conductor 204 and a flat metal plate. 205 (see the plan view of FIG. 14B). The coaxial cable 203 is connected to one end of the center conductor 204, and the flat plate 205 is connected to the other end of the center conductor 204. Further, the center conductor 204 and the flat plate 205 are covered with a dielectric outer cover 206 as shown in the cross-sectional view of FIG.
[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 measurement probe 101 shown in FIGS. 11 and 12 is disposed at the center of the chamber, and the two-dot chain line indicates the absorption when the measurement probe 201 is disposed 2.5 mm from the wall. Frequency. In FIG. 16, the solid line indicates the absorption rate at the absorption frequency when arranged at the center of the chamber, and the two-dot chain line indicates the absorption rate at the absorption frequency when arranged at 2.5 mm from the wall.
[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 measurement probe 101 shown in FIGS. The frequency is measured, and the absorption frequency measured by the measurement probe 101 shown in FIGS. 11 and 12 is originally different from the absorption frequency measured by the measurement probe 201 shown in FIG. Therefore, the electron density measured by the measurement probe 101 shown in FIGS. 11 and 12 and the absorption frequency measured by the measurement probe 201 shown in FIG. 14 are originally different from each other. However, the electron density at the center of the chamber measured by the measurement probe 101 shown in FIGS. 11 and 12 and the absorption frequency at 2.5 mm from the wall measured by the measurement probe 201 shown in FIG. However, it can be seen from FIG. Also, as shown in FIG. 16, the absorption rate measured by the measurement probe 201 shown in FIG. 14 is about half that when the probe is arranged at 2.5 mm from the wall as compared with the case where the probe is arranged at the center of the chamber. When the measurement is performed by the measurement probe 201 shown in FIG. 14, the plasma density information such as the absorption frequency is easily measured.
[0015]
For the above reasons, the graph shown in FIG. 13 is used for measurement with the measurement probe 101 shown in FIGS. 11 and 12, and the graph shown in FIG. 15 is used for measurement with the measurement probe 201 shown in FIG. Based on this, plasma density information such as electron density near the substrate at the center of the chamber can be obtained. That is, it is sufficient if the plasma density information is obtained at a position before the object to be processed such as the substrate without obtaining the plasma density information near the substrate at the center of the chamber.
[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 claim 1 is a plasma density information measuring method for measuring plasma density information indicating characteristics of plasma, wherein: (a) a plasma density information measuring probe which is a probe for measuring the plasma density information; A step of inserting and disposing a probe for plasma processing in front of an object to be processed related to plasma processing; and (b) a power source for measuring plasma density information from a power source for measuring plasma density information. Supplying the plasma density information to the plasma; and (c) using the plasma density information measurement probe disposed on the front side of the object to be processed, based on the reflection or absorption of the plasma density information measurement power by the plasma load. Measuring the plasma density information.
[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 claim 2, the plasma density information measuring probe is preferably inserted and disposed further on the front side than the wall of the plasma processing chamber located on the front side of the object to be processed. (The invention according to claim 5). 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.
[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 claim 10 below can be mentioned. That is, according to a tenth aspect of the present invention, in the plasma density information monitoring method according to any one of the seventh to ninth aspects, in the step (b), the frequency is swept from the plasma density information measuring power supply. While sequentially supplying the plasma density information measuring power of each frequency to the plasma, 1 The step of) is a step of monitoring the temporal change of the plasma density information based on the temporal change of the absorption waveform indicating the change of the reflection or the absorptance of the power for measuring the plasma density information at the swept frequency. It is characterized by the following.
[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 claim 10, (c) 1 As a further specific example of the step ()), the method according to the invention described in claims 11 to 15 can be mentioned. For example, the temporal change of the absorption rate of the absorption waveform (the invention according to claim 11), the temporal width of the half width which is the frequency width when the reflection or absorption rate of the power for measuring plasma density information becomes half in the absorption waveform. Change (the invention according to claim 12), a temporal change in the Q value (quality factor) indicating the degree of resonance due to the plasma load in the absorption waveform (invention according to claim 13), and the change of the frequency swept in the absorption waveform. Of these, the temporal change in the reflection or absorption rate of the power for measuring plasma density information at the same frequency (the invention according to claim 14), or the maximum or minimum frequency of the frequency derivative of the absorption waveform, or the temporal change in the maximum or minimum value. The temporal change of the plasma density information may be monitored based on the change (the invention according to claim 15) (the invention according to claims 11 to 15). .
[0032]
An invention according to claim 16 is a plasma density information monitoring apparatus for monitoring 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. A power source for density information measurement, the plasma density information measurement probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption of the plasma density information measurement power by a plasma load, and a plasma density information measurement probe Monitoring means for monitoring a temporal change of the plasma density information from the plasma density information, wherein the plasma density information measuring probe is configured to be able to be inserted in front of an object to be processed related to plasma processing. It is a feature.
[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 claim 19 is a plasma processing method for performing plasma processing on an object to be processed in plasma, wherein (a) a plasma density information measuring probe, which is a probe for measuring the plasma density information, (B) supplying plasma density information measuring power to the plasma from a plasma density information measuring power source for measuring the plasma density information; And (c) using the plasma density information measurement probe disposed in front of the object to be processed, based on the reflection or absorption of the plasma density information measurement power by the plasma load. Or measuring (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 (d) controlling the plasma processing based on the measured or monitored plasma density information.
[0037]
[Operation / Effect] According to the invention of claim 19, in the process (b), the plasma density information measuring power (measuring power) supplied from the plasma density information measuring power source (measuring power source) is: Through the plasma density information measuring probe, the light is absorbed or reflected by the plasma load due to the plasma density, and returns. (C) or (c 1 In the process of step (1), the plasma density information is measured using the probe for measuring the plasma density information or the change over time is monitored based on the reflection or absorption of the measuring power. Since the plasma density information indicates the characteristics of the plasma, the plasma processing is controlled in the process (d) by measuring the plasma density information or monitoring its temporal change. 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 plasma processing can be performed efficiently.
[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 claim 22 is a plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed in plasma, wherein plasma density information measurement power is supplied to the plasma to measure plasma density information. A power supply, a plasma density information measuring probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption of the plasma density information measuring power by a plasma load, and controlling a plasma process based on the measured plasma density information. The plasma density information measuring probe is configured to be inserted in front of an object related to plasma processing.
[0041]
According to the invention described in claim 22, the power for plasma density information measurement (power for measurement) input from the power supply for plasma density information measurement (power for measurement) is a probe for plasma density information measurement. , 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. Since the plasma density information indicates the characteristics of the plasma, the plasma processing is controlled by the control unit by measuring the plasma density information. 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 disposing, the plasma density information measurement probe is less likely to be shadowed on the object to be processed, and the plasma processing can be performed efficiently.
[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 chamber 1 in which a plasma PM is generated, and an electrode connected to a processing voltage (not shown) in the chamber 1. A substrate W as an object to be processed is placed on the electrode 2. By applying a processing voltage to the electrode 2, the substrate W is etched by the plasma. A quartz plate 3 and a coil 4 are provided in an upper portion of the chamber 1. The coil 4 is connected to a power source 5 for generating plasma PM, and a magnetic field is generated from the quartz plate 3 by passing a current from the power source 5 for generation to the quartz plate 3 via the coil 4. . A dielectric magnetic field is generated by the magnetic field from the quartz plate 3, and plasma PM is generated by heating. In this embodiment, the generation power supplied from the generation power supply 5 is a high frequency of about 500 W and a frequency of about 13.56 MHz.
[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 chamber 1 is used for a so-called CCP (Capacitively Coupled Plasma) type in which two electrodes are opposed to each other and a plasma is generated between the two electrodes, that is, a non-magnetic field plasma such as a capacitively coupled plasma. It may be a chamber or a chamber used for a magnetic field plasma such as ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma.
[0048]
The generation power supply 5 is connected to the coil 4 via a generation power control unit 6, and the generation power control unit 6 controls the generation power supplied from the generation power supply 5 to the chamber 1. . The generation power control unit 6 corresponds to a control unit in the present invention.
[0049]
Further, in the chamber 1, in addition to the substrate W and the electrodes 2 described above, a measurement probe 7 for measuring plasma density information in the chamber 1 is inserted. The measurement probe 7 corresponds to the plasma density information measurement probe in the present invention.
[0050]
The measurement probe 7 and a measurement power supply 8 for measuring plasma density information are connected via a coaxial cable 9 and a probe control unit 10. In this embodiment, the electron density is measured as the plasma density information, but other plasma density information includes, for example, ion density, an absorption frequency described later, and a plasma surface wave resonance frequency. The power supply for measurement 8 corresponds to the power supply for measuring plasma density information in the present invention.
[0051]
In addition to the above-described substrate W, electrode 2, and measurement probe 7, the chamber 1 and a gas supply source (tank) 11 for supplying a gas for generating plasma PM are connected to each other via a gas adjusting valve 12. Have been.
[0052]
Next, a specific configuration of the generation power control unit 6 will be described. The generation power control unit 6 includes an etching rate conversion unit 13, an etching time conversion unit 14, an etching time setting unit 15, and an impedance matching unit 16. The etching rate converter 13 is configured to convert the electron density measured by the measurement probe 7 and the probe controller 10 into an etching rate corresponding to the electron density, and the etching time converter 14 converts the electron density. It is configured to convert the etching rate into an etching time according to the electron density. The etching time setting unit 15 is configured to set the etching time, and the impedance matching unit 16 adjusts the supply of the power for generation to the chamber 1 or sets the chamber after the set etching time elapses. 1 is terminated. Note that the etching rate used in this specification refers to a thickness of a film etched per unit time.
[0053]
The etching rate conversion unit 13 and the etching time conversion unit 14 have a function of a calculation unit such as a CPU (central processing unit), and have a certain correlation between the etching rate and the electron density in a unique process. Taking advantage of this, a value obtained by multiplying the measured electron density by a coefficient by the calculation unit is converted as an etching rate, and a value obtained by dividing the thickness of a film to be etched by the etching rate is converted as an etching time. You. In the present embodiment, the etching rate conversion unit 13 and the etching time conversion unit 14 are configured by a calculation unit such as a CPU (central processing unit). However, a storage unit not shown is provided, and the storage unit includes an electronic storage unit. A calibration curve or the like indicating the correlation between the density and the etching rate is stored in advance, and read out from the storage unit at any time according to the measured electron density to derive the etching rate and the etching time. Is also good.
[0054]
The etching time setting unit 15 has a timer and a clock function. The timer is reset almost at the same time as the electron density is measured, and the timer starts counting. When the timer is counted by an amount corresponding to the set etching time, the etching time setting unit 15 supplies the impedance matching unit 16 with a matching circuit in the impedance matching unit 16 so as to end the supply of the power for generation. To operate. In the present embodiment, the etching time setting unit 15 terminates the supply of the power for generation to the plasma PM by operating the impedance matching unit 16, but operates the power supply 5 for generation directly. The etching time setting unit 15 may be configured to directly terminate the application of voltage or the like, or may be configured to directly operate the processing voltage or the like applied to the electrode 2. Is also good. In the case where the substrate W is continuously processed, when the timer is counted by an amount corresponding to the etching time set by the etching time setting unit 15, the substrate W being processed is taken out of the chamber 1, and The substrate W to be processed next may be loaded into the chamber 1.
[0055]
When the frequency of the generation power supply 5 is a frequency on the order of MHz, a matching circuit combining an inductance and a capacitance is used as the impedance matching device 16. When the frequency is 1 GHz or more, an EH tuner or a stub tuner is used.
[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 external insulator 9 a and the external conductor 9 b of the coaxial cable 9 at the distal end. It is constituted by covering a dielectric tube 17 having a closed end. In addition, since the outer insulator 9a, the outer conductor 9b, and the center insulator 9c are removed, only the center conductor 9d is provided at the distal end of the coaxial cable 9, and the center conductor 9d is transmitted through the coaxial cable 9. The antenna functions as an antenna that radiates the electric power.
[0057]
The measurement probe 7 is inserted into the plasma PM. Next, measurement power is transmitted from the measurement power supply 8. Then, at the absorption frequency of the measurement probe 7, resonance absorption occurs at the distal end while holding the tube 17, the coaxial cable 9, and the like under boundary conditions. As a result, the electromagnetic wave supplied and transmitted from the measurement power supply 8 is absorbed, and the reflected power at the absorption frequency of the measurement probe 7 is reduced. When the measurement power is absorbed by the plasma PM, the remaining measurement power that is not absorbed is directed toward the measurement power supply 8 in a direction opposite to the direction transmitted from the measurement power supply 8 to the plasma PM. Transmitted. When the measuring power is reflected by the plasma PM, the reflected measuring power is similarly transmitted toward the measuring power supply 8 side. This measuring power corresponds to the plasma density information measuring power in the present invention.
[0058]
The tube 17 is formed of quartz (SiO2) having a relative dielectric constant of about 4 in this embodiment. Examples of the material forming the tube 17 include fluororesin having a relative dielectric constant of 2, alumina (Al2O3) having a relative dielectric constant of 10, zirconia (ZrO2) having a relative dielectric constant of 35, and zirconia (ZrO2). Although not particularly limited, such as anisotropic dielectrics and silicon carbide (SiC) whose relative dielectric constant changes depending on purity but has a relative dielectric constant of about 20 or the like, solid dielectrics are not particularly limited. In view of the fact that the tube 17 is easily formed in such a case, it is preferable that the tube 17 be formed of a substance having a relative dielectric constant of 2 to 50.
[0059]
In addition, as shown in FIG. 2, an outer cylindrical guide portion 18 for guiding the measurement probe 7 to the chamber 1 is provided so as to surround the measurement probe 7. The guide portion 18 has an abutment portion 18a. When the measurement probe 7 is inserted into the chamber 1, the guide portion 18 moves together with the measurement probe 7, and the abutment portion 18a contacts the outer wall 1a of the chamber 1. The guide section 18 stops, and only the measurement probe 7 is inserted into the chamber 1.
[0060]
At the rear end of the measurement probe 7, a ring-shaped locking member 19 is provided so as to surround the circumference of the measurement probe 7. When the stop member 19 abuts on the side wall at the rear end of the guide portion 18, the insertion of the measurement probe 7 into the chamber 1 can be stopped. When the locking member 19 comes into contact with the rear end side wall of the guide portion 18, the measurement probe 7 is disposed at a position 2.5 mm from the inner wall 1 b of the chamber 1. This prevents the measurement probe 7 from being inserted into the center of the device 1. The substrate W to be processed is disposed at the center of the chamber 1, and the measurement probe 7 is disposed to be inserted closer to the front side than the substrate W. In other words, the measurement probe 7 is configured to be insertable on the near side of the substrate W that is the object to be processed.
[0061]
Subsequently, a specific configuration of the probe control unit 10 will be described. As shown in FIG. 1, the probe control unit 10 includes a directional coupler 20, an attenuator 21, a filter 22, an absorption frequency derivation unit 23, and an electron density conversion unit 24. The directional coupler 20, the attenuator 21, and the filter 22 are connected to the measurement probe 7 via the coaxial cable 9 in order from the measurement power supply 8 side.
[0062]
The measurement power supply 8 is a frequency sweep type, and outputs while automatically sweeping the measurement power at a frequency in a certain frequency band (for example, from 100 kHz to 2.5 GHz). The measurement power output from the measurement power supply 8 is transmitted to the measurement probe 7 via the directional coupler 20, the attenuator 21, and the filter 22 in this order while being transmitted through the coaxial cable 9. On the other hand, when the measuring power is absorbed or reflected, the reflected power is transmitted in the opposite direction as described above, detected by the directional coupler 20, and sent to the absorption frequency deriving unit 23. The frequency of the measurement power output from the measurement power supply 8 is also sequentially sent to the absorption frequency deriving unit 23.
[0063]
The filter 22 has a function of removing power and noise mixed in the probe control unit 10. Further, the attenuator 21 has a function of adjusting the amount of measurement power sent to the measurement probe 7.
[0064]
The absorption frequency deriving unit 23 obtains a change in the reflectance of the measurement power with respect to the frequency based on the frequency of the measurement power and the detected reflection amount of the measurement power. Then, based on the obtained result, an absorption frequency at which strong absorption of the measuring power occurs due to the electron density is obtained. The specific derivation of the absorption frequency will be described later with reference to a flowchart.
[0065]
The electron density conversion unit 24 is configured to convert the electron density into an electron density based on the absorption frequency obtained by the absorption frequency derivation unit 23. Since the above-mentioned absorption frequency has a certain correlation with the electron density, the electron density can be easily obtained by obtaining the absorption frequency.
[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 generation power supply 5 for plasma generation is already in the ON state, the gas is already supplied from the gas supply source (tank) 11 into the chamber 1, and the plasma PM is already generated. It is assumed that
[0067]
[Step S1] The switch of the measuring power supply 8 is turned on. The measurement probe 7 is inserted and disposed on the front side of the substrate W which is the object to be processed. Specifically, as described above, when the contact portion 18a of the guide portion 18 contacts the outer wall 1a of the chamber 1, the guide portion 18 stops, and only the measurement probe 7 is inserted into the chamber 1. The measurement probe 7 is disposed at a position 2.5 mm from the inner wall 1 b of the chamber 1 by the engagement of the locking member 19 with the rear end side wall of the guide portion 18. This step S1 corresponds to the step (a) in the present invention.
[0068]
[Step S2] The power for measurement is output from the power supply for measurement 8 while automatically sweeping the power for measurement at a frequency from 100 kHz to 2.5 GHz. In addition, the above-described frequencies are sequentially sent to the absorption frequency deriving unit 23 while automatically sweeping. The output measurement power is supplied to the measurement probe 7 via the coaxial cable 7. This step S2 corresponds to the process (b) in the present invention.
[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 directional coupler 20 via the filter 22, the attenuator 21, and the directional coupler 20 in this order. Then, it is sent to the absorption frequency deriving unit 23.
[0070]
The absorption frequency deriving unit 23 calculates [reflected amount of measurement power] / [total output amount of measurement power] at the same frequency to obtain the reflectance of the measurement power. By plotting the swept frequency and the reflectance of the measurement power in association with each other, a change in the reflectance of the measurement power versus frequency as shown in FIG. 4 is obtained. As shown in FIG. 4, the place where the reflectance is greatly reduced is an absorption point where strong absorption of the measured power occurs due to the electron density, and the frequency of the absorption point is the absorption frequency.
[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 frequency derivation unit 23 is sent to the electron density conversion unit 24. The electron density converter 24 obtains a plasma surface wave resonance frequency from the basic absorption frequency, and further converts the plasma surface wave resonance frequency into an electron density.
[0075]
Since the measurement probe 7 is disposed at a position 2.5 mm from the inner wall 1 b of the chamber 1, the electron density obtained here is a value at 2.5 mm from the inner wall 1 b. Since the substrate W is disposed at the center of the chamber 1, the electron density at the center of the chamber 1 must be obtained. Therefore, as described in the section of “Means for Solving the Problems”, based on the graph of FIG. 13, the electron density at the position of 2.5 mm from the inner wall 1 b is changed to the electron density at the center of the chamber 1. You only need to calibrate. In the present embodiment, the electron density conversion unit 24 also has the function of this calibration, but a calibration unit that stores the graph of FIG. 13 and performs calibration may be separately provided.
[0076]
[Step S5] After the electron density is determined, the substrate W is loaded into the chamber 1 and placed on the electrode 2. By applying a processing voltage to the electrode 2, ions and electrons in the plasma PM reach the surface of the substrate W, and the substrate W is etched. Therefore, the timer is reset in the etching time setting section 15 and the counting of the timer is started almost simultaneously with the application of the processing voltage or almost simultaneously with the start of the etching processing. In terms of performing the etching process more precisely, it is preferable that the charging of the substrate W into the chamber 1 and the measurement of the electron density in the step S5 be performed almost simultaneously.
[0077]
[Step S6] On the other hand, the measured electron density is sent to the etching rate conversion unit 13 in the generation power control unit 6, and is converted into an etching rate based on the electron density. As described above, since there is a certain correlation between the etching rate and the electron density, the etching rate can be obtained only by multiplying the measured electron density by a coefficient.
[0078]
[Step S7] When the etching rate is determined, the etching time is determined by the etching time conversion unit 14. For example, when the thickness of the film to be etched is 10 μm and the etching rate is 1 μm / min, the etching time is determined as 10 min obtained by dividing the thickness of the film by 10 μm and the etching rate of 1 μm / min. Can be
[0079]
[Step S8] When the etching time is determined, it is sent to the etching time setting unit 15. When the timer started in step S5 is counted by an amount corresponding to the etching time, that is, when the etching time has elapsed, the etching time setting unit 15 terminates the supply of the generation power to the impedance matching unit 16. Then, the matching circuit in the impedance matching unit 16 is operated. With this operation, the generation power supplied from the generation power supply 5 becomes 0, and the etching process ends. Steps S5 to S8 correspond to the process (d) in the present invention.
[0080]
From the above steps S1 to S8, when the measurement power is supplied from the measurement power supply 8 to the plasma PM in step S2, the measurement power input from the measurement power supply 8 is caused by the plasma density via the measurement probe 7. Then it is absorbed by the plasma load or reflected back. In step S3, the absorption frequency, which is plasma density information, is measured using the measurement probe 7 based on the reflection or absorption of the measurement power. Since the plasma density information indicates the characteristics of the plasma, the plasma etching processing is controlled in steps S5 to S8 by measuring the plasma density information.
[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 generation power supply 5 is set to 0. In the case of continuous processing, a procedure may be adopted in which, when the etching time has been reached, one substrate W being processed is removed from the chamber, and a substrate W to be processed next is loaded into the chamber 1. .
[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 monitoring unit 25 as shown in FIG. 5, and the monitoring unit 25 includes a data analysis unit 26 and an output determination unit. It comprises a unit 27, a data storage unit 28, and a display monitor 29. The data analysis unit 26 is connected to a data storage unit 29 via an output determination unit 27, and the data analysis unit 26, the output determination unit 27, and the data storage unit 29 are each connected to a display monitor 29. In the present embodiment, the directional coupler 20 and the measurement power supply 8 are connected to the absorption frequency derivation unit 23, but in this modification, the directional coupler 20 and the measurement power supply 8 are connected to the data analysis unit 26. Have been. Further, in the present embodiment, the etching rate conversion unit 13 in the generation power control unit 6 is connected to the electron density conversion unit 24 in the probe control unit 10, but in this modification, the generation power control unit 6 Is connected to the output determination unit 27 in the monitoring unit 25. The monitoring unit 25 corresponds to a monitoring unit according to the present invention.
[0087]
The data analysis unit 26 and the output determination unit 27 have the function of a calculation unit such as a CPU (Central Processing Unit), and have the same frequency as the absorption frequency derivation unit 23 in this embodiment. It has a function of calculating a change in the reflectance of the measurement power with respect to frequency based on the detected reflection amount of the power for use. In this modification, the change in reflectance of the measurement power with respect to frequency is referred to as an “absorption waveform”. The data analysis unit 26 analyzes the absorption rate indicating the degree of absorption of the absorption waveform, that is, the reflectance of the measurement power, and the output determination unit 27 determines that the absorption rate of the absorption waveform at a certain frequency is higher than the predetermined absorption rate. If it is higher, it is assumed that the measurement power is absorbed / reflected by the plasma load due to the plasma density at that frequency, and that frequency is determined as the absorption frequency. The data analysis unit 26 and the output determination unit 27 perform analysis and determination with time, and monitor a temporal change in the absorption rate of the absorption waveform. Therefore, as shown in FIG. 6, for example, when the absorption frequency, which is one of the plasma density information, changes with time, that is, the previously observed absorption rate becomes smaller than the predetermined absorption rate, and another frequency When the absorption rate of the absorption waveform at becomes larger than the predetermined absorption rate, the output determination unit 27 determines that another frequency is the absorption frequency.
[0088]
The data storage unit 28 stores each data obtained by the data analysis unit 26 and the output determination unit 27. The display monitor 29 displays and outputs each data in the data analysis unit 26, the output determination unit 27, and the data storage unit 28. For example, as shown in FIG. (Absorption waveform) is sequentially displayed and output. Of course, the display monitor 28 may display and output not only the absorption waveform as shown in FIG. 4 but also, for example, the temporal change of the absorption waveform at the same frequency among the swept frequencies.
[0089]
In this modification, the monitoring unit 25 can monitor the time change of the plasma density information. In addition, the result of the output determination unit 27 is provided to the impedance matching unit 16, whereby the power for generation can be controlled, and the plasma processing can be controlled. When monitoring the time change of the plasma density information, the plasma processing can be controlled as long as the time change can be monitored, so that the value of the plasma density information can be accurately measured as in the present embodiment. do not have to. Therefore, it is not necessary to provide the absorption frequency deriving unit 23 as in this embodiment.
[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 data analysis unit 26, and the output determination unit 27 determines that absorption / reflection of measurement power by the plasma load is occurring due to the plasma density at that frequency if the width is larger than the predetermined half width, and Price range (f 2 −f 1 ) To the absorption frequency f 0 Is determined. In the case of the Q value, Q = f 0 / (F 2 −f 1 ), The data analysis unit 26 obtains the Q value, and if the Q value is larger than the predetermined Q value, the output determination unit 27 determines that absorption / reflection of the measurement power by the plasma load occurs at that frequency due to the plasma density. , That f 0 Is determined as the absorption frequency. Even in the case of the half width and the Q value, the respective temporal changes are monitored, and the temporal change of the plasma density information is monitored based on the respective temporal changes.
[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 impedance matching unit 16 or the like. By adjusting the power for use and controlling the electron density in accordance with the processing time, the gas pressure, the gas mixing ratio, and the like are adjusted by the gas adjusting valve 12 in FIG. The electron density may be controlled according to the processing time. In addition, these methods described above can be appropriately combined with each other.
[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 frequency deriving unit 23 in FIG. 1, the power for generation may be operated based on the correlation between the absorption frequency and the etching process.
[0097]
(6) The measurement probe 7 is disposed at a position 2.5 mm from the inner wall 1 b of the chamber 1, and this position is on the near side of the substrate W to be processed, but on the near side of the substrate W. Then, for example, when the diameter of the substrate W is 200 mm, the diameter of the chamber 1 is 400 mm, and the substrate W is disposed at the center (200 mm) of the chamber 1, the distance from the inner wall 1 b is 100 mm (= 200 mm−100 mm). The measurement probe 7 may be inserted and disposed at 99 mm, which is the near side. However, it is preferable that the measurement probe 7 is disposed on the near side in consideration of the influence of the shadow, and is further on the front side than the outer wall 1a or the inner wall 1b of the chamber 1 located on the front side of the substrate W. It may be provided.
[0098]
For example, as shown in FIG. 10, when a seal member 30 such as an O-ring is interposed between the guide portion 18 and the tube 17 of the measurement probe 7, the plasma PM is distributed to the position of the seal member 30. Therefore, the measurement probe 7 can be disposed near the seal member.
[0099]
(7) In the measurement probe 7 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the center conductor 9 d at the distal end, which corresponds to an antenna, is not directly covered with the dielectric tube 17, and a gap is formed. Intervened. As described in the section of “Means for Solving the Problems”, when the measurement probe 7 is arranged near the wall of the chamber 1 and the measurement is performed, the absorption rate of the absorption waveform becomes as shown in FIG. Small and difficult to measure. Therefore, the measurement probe 7 may be configured as a measurement probe 201 (see FIG. 14) according to the invention of JP-A-2002-043093 previously proposed by the present inventors. The antenna 202 corresponds to the antenna according to the present invention, the coaxial cable 203 corresponds to the cable according to the present invention, and the dielectric sheath 206 corresponds to the dielectric region according to the present invention.
[0100]
The absorption frequency measured by the measurement probe 7 shown in FIG. 2 and the absorption frequency measured by the measurement probe 201 shown in FIG. 14 are originally different from each other. This is because when the measurement probe 201 is inserted into the plasma PM, a layer called “sheath” is generated around the central conductor 204 as the antenna 202 and the metal flat plate 205, and is measured by the measurement probe 7. It is considered that a strong electric field that causes resonance in a low frequency region of about 1/10 to 1/100 of the absorbed frequency is applied to the sheath, and absorption occurs there. On the other hand, in the measurement probe 7, the center conductor 9d at the distal end, which corresponds to the antenna, does not directly contact the plasma, but comes into contact with the plasma via the dielectric tube 17, and the measurement probe 7 has the plasma rather than the sheath. The coupling is easy, and a plasma surface wave is excited on the surface of the tube 17. Thus, the measurement probe 201 shown in FIG. 14 is easily coupled to the sheath, and the measurement probe 7 shown in FIG. 2 is easily coupled to plasma.
[0101]
As described above, the absorption frequency measured by the measurement probe 7 shown in FIG. 2 and the absorption frequency measured by the measurement probe 201 shown in FIG. As shown in FIG. 15, the electron density at the center of the chamber and the absorption frequency at 2.5 mm from the wall measured by the measurement probe 201 have a high correlation with each other. Also, as shown in FIG. 16, the absorption rate measured by the measurement probe 201 shown in FIG. 14 is about half that when the probe is arranged at 2.5 mm from the wall as compared with the case where the probe is arranged at the center of the chamber. When the measurement is performed by the measurement probe 201 shown in FIG. 14, the plasma density information such as the absorption frequency is easily measured.
[0102]
Therefore, when measuring with the measurement probe 201 shown in FIG. 14, after measuring the absorption frequency at 2.5 mm from the wall with the measurement probe 201, based on the graph showing the relative relationship in FIG. What is necessary is just to convert into density.
[0103]
The measurement probe 201 shown in FIG. 14 has a metal flat plate 205 attached to one end of the center conductor 204 to enhance the signal strength. Although the function of the antenna 205 has been performed, only the center conductor 204 may perform the function as the antenna 202. Further, although the antenna 202 is covered with the dielectric outer cover 206, not only the antenna 202 but also the entire coaxial cable 203 may be covered with the dielectric outer cover 206.
[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

Claims (25)

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プラズマ密度情報測定方法。What is claimed is: 1. A plasma density information measurement method for measuring plasma density information indicating characteristics of plasma, comprising: (a) a plasma density information measurement probe, which is a probe for measuring the plasma density information, (B) supplying plasma density information measuring power to the plasma from the plasma density information measuring power supply for measuring the plasma density information, and (c) supplying the plasma density information measuring power to the plasma. Measuring the plasma density information based on reflection or absorption of the plasma density information measurement power by a plasma load using the plasma density information measurement probe disposed on the front side of the object to be processed. A method for measuring plasma density information, characterized in that: 請求項1に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記(a)の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを、前記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過程であることを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。2. The plasma density information measuring method according to claim 1, wherein in the step (a), the plasma density information measuring probe is positioned further forward than a wall of a plasma processing chamber located forward of the workpiece. A plasma density information measuring method, wherein the method is a process of inserting and arranging on a side. 請求項1または請求項2に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記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、前記ケーブルが前記アンテナの一端側で接続されており、少なくともアンテナが前記誘電体性領域によって直接に被覆されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。3. The method for measuring plasma density information according to claim 1, wherein the probe for measuring plasma density information is coupled to an antenna that radiates power, a cable that transmits the power for measuring plasma density information, and plasma. A plasma density information measuring method, comprising: a dielectric region; wherein the cable is connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered by the dielectric region. 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プラズマ密度情報測定装置。A plasma density information measurement device for measuring plasma density information indicating characteristics of plasma, comprising: a plasma density information measurement power supply for supplying plasma density information measurement power to plasma for measuring the plasma density information; and a plasma load. The plasma density information measurement probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption of the plasma density information measurement power by the plasma density information measurement probe, wherein the plasma density information measurement probe is located before the object to be processed related to plasma processing. A plasma density information measuring device characterized in that it can be inserted into the side. 請求項4に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記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可能に構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定装置。5. The plasma density information measurement device according to claim 4, wherein the plasma density information measurement probe is configured to be inserted further in front of a wall of a plasma processing chamber positioned in front of the object to be processed. A plasma density information measuring device, characterized in that: 請求項4または請求項5に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記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、前記ケーブルが前記アンテナの一端側で接続されており、少なくともアンテナが前記誘電体性領域によって直接に被覆されていることを特徴とするプラズマ密度情報測定装置。The plasma density information measuring device according to claim 4 or 5, wherein the plasma density information measuring probe is coupled to an antenna that radiates power, a cable that transmits the plasma density information measuring power, and a plasma. A plasma density information measuring device, comprising: a dielectric region, wherein the cable is connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered by the dielectric region. 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、(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プラズマ密度情報監視方法。A plasma density information monitoring method for monitoring plasma density information indicating characteristics of plasma, comprising: (a) a plasma density information measurement probe that is a probe for measuring the plasma density information; a process to dispose be inserted on the front side, and a step of supplying a plasma power for measuring plasma density information from the plasma density information measuring power supply to measure (b) the plasma density information, (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 plasma density information monitoring method. 請求項7に記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記(a)の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを、前記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過程であることを特徴とするプラズマ密度情報監視方法。8. The plasma density information monitoring method according to claim 7, wherein, in the step (a), the plasma density information measuring probe is positioned further forward than a wall of a plasma processing chamber located forward of the workpiece. A plasma density information monitoring method, wherein the method is a process of inserting and arranging the plasma density information on the side. 請求項7または請求項8に記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記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、前記ケーブルが前記アンテナの一端側で接続されており、少なくともアンテナが前記誘電体性領域によって直接に被覆されていることを特徴とするプラズマ密度情報監視方法。9. The plasma density information monitoring method according to claim 7, wherein the probe for measuring plasma density information is coupled to an antenna that radiates power, a cable that transmits the power for measuring plasma density information, and plasma. A plasma density information monitoring method, comprising: a dielectric region; wherein the cable is connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered by the dielectric region. 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(c)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プラズマ密度情報監視方法。10. The plasma density information monitoring method according to claim 7, wherein in the step (b), the power for measuring plasma density information of each frequency is swept while sweeping a frequency from the power source for measuring plasma density information. Is sequentially supplied to the plasma, and the step (c 1 ) is a step in which a temporal change of an absorption waveform indicating a change in reflection or absorptance of the power for measuring plasma density information at the swept frequency is provided. A method for monitoring a temporal change of plasma density information based on the information. 請求項10に記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記(c)の過程は、前記吸収波形の吸収率の時間的変化に基づいて、前記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プラズマ密度情報監視方法。11. The plasma density information monitoring method according to claim 10, wherein the step (c 1 ) is a step of monitoring a temporal change of the plasma density information based on a temporal change of an absorption rate of the absorption waveform. A method for monitoring plasma density information, characterized in that: 請求項10に記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記(c)の過程は、前記吸収波形において前記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に基づいて、前記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プラズマ密度情報監視方法。11. The plasma density information monitoring method according to claim 10, wherein the step (c 1 ) is a half-width that is a frequency width when the reflection or absorption rate of the power for plasma density information measurement becomes half in the absorption waveform. Monitoring the temporal change of the plasma density information based on the temporal change of the plasma density information. 請求項10に記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記(c)の過程は、前記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値の時間的変化に基づいて、前記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プラズマ密度情報監視方法。11. The plasma density information monitoring method according to claim 10, wherein the step (c 1 ) is performed based on a temporal change of a Q value indicating a degree of resonance due to a plasma load in the absorption waveform. A method for monitoring plasma density information, wherein the method is a step of monitoring a change in temperature. 請求項10に記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記(c)の過程は、前記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時間的変化に基づいて、前記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プラズマ密度情報監視方法。11. The plasma density information monitoring method according to claim 10, wherein the step (c 1 ) is a step in which the reflection or absorption rate of the power for measuring plasma density information at the same frequency among the swept frequencies in the absorption waveform is temporally determined. A method for monitoring a temporal change of the plasma density information based on the change. 請求項10に記載のプラズマ密度情報監視方法において、前記(c)の過程は、前記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、前記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プラズマ密度情報監視方法。11. The plasma density information monitoring method according to claim 10, wherein the step (c 1 ) is performed based on a maximum or minimum frequency of a frequency derivative of the absorption waveform or a temporal change in a maximum or minimum value of the absorption waveform. A method of monitoring plasma density information, which is a process of monitoring a temporal change of density information. 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プラズマ密度情報監視装置。A plasma density information monitoring device for monitoring plasma density information indicating characteristics of plasma, comprising: a plasma density information measurement power supply for supplying plasma density information measurement power to plasma for measuring the plasma density information; and a plasma load. The plasma density information measuring probe for measuring the plasma density information based on the reflection or absorption of the plasma density information measuring power, and the time of the plasma density information from the plasma density information measured by the plasma density information measuring probe. And a monitoring means for monitoring a target change, wherein the plasma density information measuring probe is configured to be insertable in front of an object to be processed related to plasma processing. 請求項16に記載のプラズマ密度情報監視装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記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可能に構成されていることを特徴とするプラズマ密度情報監視装置。17. The plasma density information monitoring device according to claim 16, wherein the plasma density information measurement probe is configured to be inserted further in front of a wall of a plasma processing chamber located in front of the object to be processed. A plasma density information monitoring device, comprising: 請求項16または請求項17に記載のプラズマ密度情報監視装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記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、前記ケーブルが前記アンテナの一端側で接続されており、少なくともアンテナが前記誘電体性領域によって直接に被覆されていることを特徴とするプラズマ密度監視装置。18. The plasma density information monitoring device according to claim 16, wherein the probe for measuring plasma density information is coupled to an antenna that radiates power, a cable that transmits the power for measuring plasma density information, and plasma. A plasma density monitoring device comprising: a dielectric region; wherein the cable is connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered by the dielectric region. 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(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プラズマ処理方法。A plasma processing method for performing plasma processing on an object to be processed in plasma, wherein (a) a plasma density information measuring probe, which is a probe for measuring the plasma density information, is positioned before an object related to plasma processing. (B) supplying plasma density information measuring power from the plasma density information measuring power supply for measuring the plasma density information to the plasma, and (c) providing the plasma density information measuring power for measuring the plasma density information. Measuring the plasma density information based on the reflection or absorption of the power for measuring the plasma density information by the plasma load, using the probe for measuring the plasma density information disposed on the front side of the processing object, or (c 1) Using the probe for measuring plasma density information disposed on the front side of the object to be processed, and measuring the plasma density by a plasma load. Monitoring the temporal change of the plasma density information based on the reflection or absorption of the information measuring power; and (d) controlling the plasma processing based on the measured or monitored plasma density information. Characteristic plasma processing method. 請求項19に記載のプラズマ処理方法において、前記(a)の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを、前記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過程であることを特徴とするプラズマ処理方法。20. The plasma processing method according to claim 19, wherein, in the step (a), the plasma density information measuring probe is positioned further forward than a wall of a plasma processing chamber located closer to the object to be processed. A plasma processing method, which is a process of inserting and disposing. 請求項19または請求項20に記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記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、前記ケーブルが前記アンテナの一端側で接続されており、少なくともアンテナが前記誘電体性領域によって直接に被覆されていることを特徴とするプラズマ処理方法。21. The plasma processing method according to claim 19, wherein the probe for measuring plasma density information includes an antenna for radiating power, a cable for transmitting power for measuring plasma density information, and a dielectric material coupled to the plasma. And a conductive region, wherein the cable is connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered by the dielectric region. 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プラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed in plasma, comprising: a plasma density information measurement power supply for supplying plasma density information measurement power to plasma for measuring plasma density information; The plasma density information measurement probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption in density information measurement power, and control means for controlling plasma processing based on the measured plasma density information, the plasma A plasma processing apparatus characterized in that the density information measuring probe is configured to be insertable in front of an object to be processed related to plasma processing. 請求項22に記載のプラズマ処理装置において、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を備え、監視された前記プラズマ密度情報に基づいて、前記制御手段はプラズマ処理を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。23. The plasma processing apparatus according to claim 22, further comprising monitoring means for monitoring a temporal change in plasma density information from plasma density information measured by the plasma density information measuring probe, based on the monitored plasma density information. The control means controls the plasma processing. 請求項22または請求項23に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記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可能に構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。24. The plasma processing apparatus according to claim 22 or 23, wherein the plasma density information measuring probe can be inserted further in front of a wall of a plasma processing chamber located in front of the object to be processed. A plasma processing apparatus, comprising: 請求項22から請求項24のいずれかに記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、電力を放射するアンテナと、前記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、前記ケーブルが前記アンテナの一端側で接続されており、少なくともアンテナが前記誘電体性領域によって直接に被覆されていることを特徴とするプラズマ処理装置。25. The plasma processing apparatus according to claim 22, wherein the plasma density information measuring probe is coupled to an antenna that radiates power, a cable that transmits the plasma density information measuring power, and a plasma. A plasma processing apparatus, wherein the cable is connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered by the dielectric region.
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