JP2006066552A - 周波数測定装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 プラズマ処理装置におけるプラズマの状態を、高精度に測定する。
【解決手段】 プラズマを用いた処理を行うプラズマ処理装置であって、処理室内に発生するプラズマの状態あるいは排気配管に付着した反応性生成物の付着量を、周波数測定装置を用いて検出する。ここで、周波数測定装置は、金属電極を有し、測定対象装置の側面に取り付けできる測定子と、金属電極に接続し、高周波信号を発振し、この高周波信号に対する測定対象装置の高周波特性を測定する測定器とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 プラズマを用いた処理を行うプラズマ処理装置であって、処理室内に発生するプラズマの状態あるいは排気配管に付着した反応性生成物の付着量を、周波数測定装置を用いて検出する。ここで、周波数測定装置は、金属電極を有し、測定対象装置の側面に取り付けできる測定子と、金属電極に接続し、高周波信号を発振し、この高周波信号に対する測定対象装置の高周波特性を測定する測定器とを備える。
【選択図】 図1
Description
この発明は、周波数測定装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。更に具体的には、基板にプラズマを用いた処理を行うプラズマ装置内の、プラズマの周波数特性の変化を検出することができる周波数測定装置、及びこれを用いて、装置内のプラズマを検出できるプラズマ処理装置並びにプラズマ処理方法として好適なものである。
半導体素子や液晶ディスプレイ(LCD;Liquid Crystal Display)等の電子デバイスの製造工程においては、例えば、エッチング、薄膜形成、スパッタリングなど、プラズマを利用した多くの処理が行われる。
このようにプラズマを利用して各種の処理を行う場合、製品の歩留まりの向上を図るため、プラズマ処理のプロセス性能を一定に保持することが重要である。また、製品の量産においては、複数のプラズマ処理装置が用いられるため、プラズマ処理装置間で、プロセス性能にばらつきが生じないようにする必要がある。
しかし、プラズマ処理のプロセス性能の経時的な変化や、プラズマ処理装置間でのプロセス性能のばらつきを、直接検出することは困難である。従って、一般的には、製品に異常が発生した時に、プロセス性能に変化が生じたものとしてプラズマ処理装置のメンテナンスを行い、プロセス性能の保持を行っていた。あるいは、また、プロセス性能が変化する時期を予測し、定期的にプラズマ処理装置のメンテナンスを行うことにより、プロセス性能の一定化を図っていた。
しかし、製品に異常が発生したときにメンテナンスを行うのでは、歩留まりの低下につながってしまう。また、定期的なメンテナンスでは、必ずしもプラズマ処理装置のプロセス性能の変化に対応できない場合がある。
そこで、例えば、チャンバ(プラズマ処理室)に高周波電力を供給する高周波供給源の電気的な変化を検出することにより、チャンバ内のプラズマの異常を検出し、これにより、プラズマ処理装置のプロセス性能を評価する方法が考えられている(例えば、特許文献1参照)。
この方法においては、チャンバ内の放電電極と、放電電極への電力供給系との間、即ち、チャンバ内にプラズマを発生させる高周波回路中に、電気的な変化を検出するモニタを接続する。モニタは、高周波回路中のインピーダンスを測定する。そして、このモニタにより測定されたインピーダンスを、モニタに接続されたコンピュータに取り込んで、その測定信号が予め設定した範囲内にあるか否かを判断することにより、プラズマ処理装置の状況を評価することができる。
この方法においては、チャンバ内の放電電極と、放電電極への電力供給系との間、即ち、チャンバ内にプラズマを発生させる高周波回路中に、電気的な変化を検出するモニタを接続する。モニタは、高周波回路中のインピーダンスを測定する。そして、このモニタにより測定されたインピーダンスを、モニタに接続されたコンピュータに取り込んで、その測定信号が予め設定した範囲内にあるか否かを判断することにより、プラズマ処理装置の状況を評価することができる。
しかし、この場合、モニタは、電力供給系と放電電極との間に設置されるため、基本的に、電力供給系の電源周波数に対するインピーダンスしか測定することができない。このため、その電源周波数における、プロセスのインピーダンスの変動が小さい、あるいは無い場合には、プラズマ状況が変化していても、その変化を測定することができないという問題がある。
これに対して、プラズマの周波数依存性を測定し、高精度のプラズマモニタリングを行う方法が提案されている。
具体的には、放電電極と電力供給源との間に方向性結合器を配置し、更に、電源供給源とは分岐して、ネットワークアナライザを、この方向性結合器に接続する。方向性結合器は、入力端子から入射する高周波を分岐して、必要に応じて、放電電極側、あるいはネットワークアナライアザ側に、独立して出力する。ネットワークアナライザは、プラズマが発生しない範囲内の高周波信号を出力し、測定系のインピーダンスに対する、チャンバ2の反射係数と透過係数とを測定し、この結果から、チャンバ2の高周波特性を測定する。このような構造にすることにより、電力供給源から、放電電極に高周波電力を供給した時、放電電極からの反射波を、電源供給源からの高周波電力の影響を受けることなく測定することができるようになっている。
具体的には、放電電極と電力供給源との間に方向性結合器を配置し、更に、電源供給源とは分岐して、ネットワークアナライザを、この方向性結合器に接続する。方向性結合器は、入力端子から入射する高周波を分岐して、必要に応じて、放電電極側、あるいはネットワークアナライアザ側に、独立して出力する。ネットワークアナライザは、プラズマが発生しない範囲内の高周波信号を出力し、測定系のインピーダンスに対する、チャンバ2の反射係数と透過係数とを測定し、この結果から、チャンバ2の高周波特性を測定する。このような構造にすることにより、電力供給源から、放電電極に高周波電力を供給した時、放電電極からの反射波を、電源供給源からの高周波電力の影響を受けることなく測定することができるようになっている。
この装置によるインピーダンス測定の場合、電力供給源からの電力が0Wの時に測定されるインピーダンスは、ネットワークアナライザから、供給系を経て、放電電極に至るまでの装置インピーダンスである。また、それ以外の条件では、プラズマのインピーダンスと装置インピーダンスとを測定することになる。これにより、単一周波数でのインピーダンス計測に比べると、インピーダンスの周波数特性がわかるため、情報量が多く、その分、高い精度での測定をおこなうことができる。
上述したように、方向性結合器を用いるインピーダンス測定の場合、高周波電力供給源と放電電極との間、即ち、プラズマを発生させる高周波回路中に方向性結合器を挿入する必要がある。しかし、高周波回路中に、方向性結合器の挿入する場合、微妙な供給系の変化が、プロセス性能の変化につながってしまう場合がある。また、CVD装置等のように供給系が高温である場合や、装置内の設置スペースに制限がある場合等、方向性結合器の使用環境が合わず取り付けられない場合も考えられる。また、装置インピーダンスがプラズマインピーダンスに比べて大きい場合、プラズマインピーダンスの測定感度が鈍くなるという問題がある。
従って、この発明は、プラズマ処理装置におけるプラズマのインピーダンスをより精度よくモニタリングできるように改良した周波数測定装置及びこれを用いたプラズマ処理装置並びにプラズマ処理方法を提供するものである。
この発明の周波数測定装置は、測定対象装置内の高周波特性を検出する周波数測定装置であって、金属電極を有し、前記測定対象装置の側面に取り付けできる測定子と、前記金属電極に接続し、高周波信号を発振し、この高周波信号に対する前記測定対象装置の高周波特性を測定する測定器と、を備えるものである。
また、この発明のプラズマ処理装置は、プラズマを用いた処理を行うプラズマ処理装置であって、処理室と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、前記処理室又は前記排気配管の壁面を貫通し、前記壁面に囲まれるようにして配置された金属電極を有する測定子と、前記金属電極に接続し、高周波信号を発振し、前記高周波信号に対する前記処理室又は前記排気配管内の高周波特性を測定する測定器と、を備えるものである。
また、この発明のプラズマ処理方法は、金属電極と、前記金属電極に接続し、高周波信号を発振し、前記高周波信号に対するプラズマ処理装置の高周波特性を測定する測定器と、を備える周波数測定装置を用いて、プラズマ処理中の装置の処理室内又は前記排気配管の壁面に前記測定子を取り付け、前記測定器からの高周波信号に対する前記処理室又は前記排気配管からの反射係数と透過係数とを測定し、この測定結果から、前記プラズマ処理室の高周波特性を算出し、前記算出結果に応じて、前記プラズマ処理装置を制御しながらプラズマ処理を行うものである。
この発明の周波数測定装置は、プラズマ処理装置の処理室あるいは配管壁面等に測定子を取り付けることにより、プラズマ処理装置の電力供給系とは独立して、プラズマ処理室内のプラズマの状態を測定することができる。従って、使用環境の汎用性を大きくすることができ、より広い範囲で、様々なプラズマ処理装置の測定に用いることができる。また、測定子自体のインピーダンスを自由に設計できることから、感度、精度ともに良好に、インピーダンスの測定を行うことができる。これにより、チャンバクリーニングの終点や、CVDの膜厚、膜質、エッチング時におけるCDシフト等の各プロセスにおけるプラズマの状態を、高精度に観察することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
また、以下の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及する場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や原理的に明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
また、以下の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及する場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や原理的に明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1におけるプラズマ処理装置を説明するための模式図である。
実施の形態1におけるプラズマ処理装置は、CVDに用いる平行平板型プラズマ処理装置である。
図1はこの発明の実施の形態1におけるプラズマ処理装置を説明するための模式図である。
実施の形態1におけるプラズマ処理装置は、CVDに用いる平行平板型プラズマ処理装置である。
図1に示すように、プラズマ処理装置には、プラズマ処理を行うためのチャンバ2が設けられている。チャンバ2は、チャンバ径50cmの大きさを有する。チャンバ2内の上部には、上部電極4が設けられ、上部電極4はアースに接続されている。また、下部電極6は、上部電極4に対向して配置されている。下部電極6と、上部電極4との距離は、10mm、14mm、24mmと変更できるようになっている。また、下部電極6は、絶縁物8を介して、チャンバ2に固定されている。絶縁物8は、下部電極6とチャンバ2とを、電気的に絶縁する。下部電極6には、プラズマ処理の対象となるウェハ10が載置される。従って、下部電極6は、8インチのウェハ10が載置されるために十分な大きさを有する。
下部電極6には、高周波電源12が電気的に接続されている。また、下部電極6と高周波電源12との間には、インピーダンス整合器14が設けられている。高周波電源12は、下部電極6に、周波数13.56MHz、2000Wまでの電力を印加することができる。また、インピーダンス整合器14は、可変コンデンサと可変インダクタンスからなり、高周波電源12から供給される電力を効率よく下部電極6に輸送する。
チャンバ2の一箇所には、チャンバ2内に通じる導入配管16が設けられ、他の一箇所には、チャンバ2内に通じる排気配管18が設けられている。導入配管16からは、チャンバ2内に所定の反応性ガスを導入することができる。また、排気配管18には、バタフライバルブ20が設けられ、真空ポンプ(図示せず)に接続されている。これにより、排気配管18から、チャンバ2内の雰囲気を排気することができる。
また、チャンバ2には、リモートプラズマ源22が設けられている。リモートプラズマ源22は、ラジカルを発生させて、これをチャンバ2内に供給し、チャンバ2内に付着した反応性生成物を洗浄する装置である。
また、チャンバ2の壁面の一部には、周波数測定装置が設置されている。周波数測定装置は、測定子30と、ネットワークアナライザ32と、計算機34により構成される。具体的には、測定子30は、チャンバ2側壁に設置されている。また、測定子30は、ネットワークアナライザ32に接続され、ネットワークアナライザ32は、計算機34に接続されている。また、計算機34は、制御装置36に接続されている。そして、制御装置36は、排気配管18のバタフライバルブ20と、高周波電源12とに接続され、これらを制御できるようになっている。
図2は、プラズマ処理装置に備えられた測定子30を説明するための模式図であり、図1における測定子30の部分を拡大して表したものである。
図2に示すように、測定子30は、誘電体42と、Oリング44と、金属電極46と、金属カバー48とを含んで構成されている。
図2に示すように、測定子30は、誘電体42と、Oリング44と、金属電極46と、金属カバー48とを含んで構成されている。
誘電体42は、チャンバ2の側壁40の一部に開口を設け、この開口に、側壁40に囲まれるようにして配置されている。誘電体42は、チタン酸バリウムにより構成され、直径5cm、厚さ7mmに形成されている。また、誘電体42とチャンバ2との接続部には、Oリング44が設けられ、真空にシールされている。誘電体42には、アルミの金属電極46が近接配置されている。金属電極46は、直径4.8cm、厚さ1cmに形成されている。また、金属電極46周囲には、ノイズ等の影響を軽減するため、金属のカバー48が設けられている。
このように構成された測定子30の金属電極46は、ネットワークアナライザ32に接続されている。
このように構成された測定子30の金属電極46は、ネットワークアナライザ32に接続されている。
次に、プラズマ処理装置の動作について説明する。
チャンバ2内の下部電極6上には、このプラズマ処理装置での成膜対象となるウェハ10が載置される。
下部電極6には、高周波電源12から電力が供給される。高周波電源12は、13.56MHz、2000Wまで印加可能であり、インピーダンス整合器14により調整されて印加が行われる。高周波電源12が供給する電力量は、制御装置36により制御されている。
チャンバ2内の下部電極6上には、このプラズマ処理装置での成膜対象となるウェハ10が載置される。
下部電極6には、高周波電源12から電力が供給される。高周波電源12は、13.56MHz、2000Wまで印加可能であり、インピーダンス整合器14により調整されて印加が行われる。高周波電源12が供給する電力量は、制御装置36により制御されている。
チャンバ2内には、導入配管16から、成膜原料となる反応性ガスが供給される。ガスの最大流量は、300sccmである。この流量は、排気配管18に接続された真空ポンプ(図示せず)及びバタフライバルブ22により制御される。
チャンバ2内に、反応性ガスが導入され、高周波電源12から電力が供給されると、下部電極6と上部電極4との間でプラズマが発生し、反応性ガスの反応が進行する。これにより、ウェハ10上に所定の膜が形成される。
この成膜反応においては、プラズマを、反応を励起するエネルギーとして利用している。従って、成膜される薄膜の膜厚や膜質の特性を高精度に制御するためには、チャンバ2内のプラズマを制御する必要がある。従って、この実施の形態1においては、上述したような周波数測定装置をチャンバ2に設置し、成膜中に、プラズマのモニタリングを行うことができるようになっている。以下に、周波数測定装置の動作について説明する。
図3は、実施の形態1におけるプラズマ処理装置の、チャンバ2の側壁40、プラズマQ、測定子30を電気回路に置き換えた等価回路図である。図3において、破線30で覆わせた部分が測定子30の等価回路であり、破線Qで覆われた部分が、プラズマの等価回路である。
測定子30に接続されたネットワークアナライザ32は、回路や素子に、高周波信号を入力し、回路からの反射波、透過波を測定して、回路や素子のインピーダンス等の高周波特性を求める測定器である。また、ネットワークアナライザ32は、高周波信号の周波数を掃引することで、インピーダンスの周波数特性を測定することができる。
この実施の形態1の周波数測定装置では、チャンバ2の側壁の一部に、誘電体42を介して、金属電極46を設け、これをネットワークアナライザ32に接続している。そして、図3に示すように、ネットワークアナライザ32は、金属電極46に高周波信号を入力し、ネットワークアナライザ32から測定子30に至る測定子インピーダンスZ30と、プラズマQからウェハ10や装置側壁を介してアースに至るプラズマインピーダンスZqとの総合的なインピーダンスを測定することができる。
なお、ここで、チャンバ2内に発生するプラズマQを感度よく測定するためには、測定子インピーダンスZ30を、プラズマインピーダンスZqに対して、約10%以下とすることが望ましい。上述した測定子30の誘電体42及び金属電極46のサイズは、これを考慮したものである。実際には測定子30のインピーダンスの多くはチタン酸バリウムによるものであるため、誘電体42の厚さを調整しながら設計を行っている。なお、測定子30のインピーダンスは、低ければ低いほど、感度良く測定を行うことができる。
また、ネットワークアナライザ32は、計算機34に接続されており、データの読出し、書き込み等のデータ伝達が可能である。従って、成膜処理中に、常にチャンバ2中のプラズマを測定しながら、計算機34では、エラー、プロセス、発報の判定を行うことができる。更に、場合によっては、計算機34からの信号により、制御装置36にてプロセス条件を制御することができる。
次に、実際の成膜中でのインピーダンス算出の流れについて説明する。
まず、チャンバ2の内部を、真空ポンプにて排気し、真空に近い状態とする。その後、ネットアークアナライザ32により、放電していない、即ち、プラズマの無い状態でのインピーダンスを測定する。このとき測定されるインピーダンスは、図3に示す等価回路のうち、破線30で囲まれている測定子インピーダンスZ30であり、即ち、測定子の浮動容量C1、誘電体の容量C32、金属電極の抵抗成分R、金属電極の誘導成分Lを含む部分のインピーダンスである。
まず、チャンバ2の内部を、真空ポンプにて排気し、真空に近い状態とする。その後、ネットアークアナライザ32により、放電していない、即ち、プラズマの無い状態でのインピーダンスを測定する。このとき測定されるインピーダンスは、図3に示す等価回路のうち、破線30で囲まれている測定子インピーダンスZ30であり、即ち、測定子の浮動容量C1、誘電体の容量C32、金属電極の抵抗成分R、金属電極の誘導成分Lを含む部分のインピーダンスである。
プラズマが生成されていない状態において、周波数10MHzにおける測定子インピーダンスZ30は、約1.7Ωであった。これは、後述するが、プラズマ放電中のインピーダンスに対しては十分に小さいものであると考えられる。
このように測定した測定子インピーダンスZ30のデータを用いて、等価回路の回路定数の算出を行う。等価回路の回路定数は、ネットワークアナライザ32により計測されたインピーダンス特性と、破線30内の部分のインピーダンス特性とをフィッティングさせることにより算出される。この算出方法は、一般的な高周波回路の回路定数解析で用いられるものである。回路定数を算出した結果、測定子30の浮動容量C1は5pF、誘電体の容量C2は50nF、金属電極の抵抗成分Rは、0.3Ω、金属電極の誘導成分Lは、30nHであった。
次に、プラズマを発生させて、ウェハ10に成膜処理行い、同時に、インピーダンスを測定する。
まず、搬送ロボット(図示せず)により、ウェハ10が下部電極6の上に搬送される。そして、導入配管16からは、TEOSとO2とが反応性ガスとして、ガス圧力1200Paで導入される。それぞれのガス流量は、TEOSが800sccm、O2が700sccmである。ガス導入後、高周波電源から、高周波電力を、13.56MHz、700W印可してプラズマを生成し、温度400℃で、ウェハ処理を60秒間実施する。
まず、搬送ロボット(図示せず)により、ウェハ10が下部電極6の上に搬送される。そして、導入配管16からは、TEOSとO2とが反応性ガスとして、ガス圧力1200Paで導入される。それぞれのガス流量は、TEOSが800sccm、O2が700sccmである。ガス導入後、高周波電源から、高周波電力を、13.56MHz、700W印可してプラズマを生成し、温度400℃で、ウェハ処理を60秒間実施する。
このとき、同時に、ウェハ処理開始から終了までのインピーダンスをネットワークアナライザ32にて測定する。測定されたデータは、順次、計算機34に送られる。
ここで、ネットワークアナライザ32にて測定されるインピーダンスは、図3における、Zmに相当し、プラズマインピーダンスZ30と測定子インピーダンスZ30とを含む。従って、プラズマQのみのインピーダンスZqを算出するためには、ネットワークアナライザ32で測定するインピーダンスZmから、測定子インピーダンスZ30を除外する必要がある。プラズマインピーダンスZqの算出は、次式(1)により行うことができる。
Zq={S3×Zm×ejθ−S4}/{S1×Zm×ejθ−S2} ・・・(1)
なお、S1、S2、S3、S4は、測定子30の等価回路を四端子回路網の四端子定数から算出したインピーダンスの係数である。また、θは、位相差を示す。
Zq={S3×Zm×ejθ−S4}/{S1×Zm×ejθ−S2} ・・・(1)
なお、S1、S2、S3、S4は、測定子30の等価回路を四端子回路網の四端子定数から算出したインピーダンスの係数である。また、θは、位相差を示す。
計算機34は、算出されるプラズマインピーダンスZqの値が、所定の範囲内にあるかどうかを判断し、この値が所定の範囲外となった場合には、制御装置36に信号を送る。制御装置36は、計算機34からの信号を受けて、高周波電源12からの電力やバタフライバルブ20からの排気量等を調整することによりプロセス条件を制御し、あるいは、プラズマ処理を中止する。
次に、ネットワークアナライザ32から、測定子30に送る高周波信号の周波数について説明する。
図4は、ネットワークアナライザ32から、測定子30に送る高周波信号の周波数を変化させながら、式(1)のインピーダンス算出方法により、インピーダンスZqを算出した結果を示すものであり、即ち、プラズマインピーダンスZq周波数依存性を示すグラフである。図4において、縦軸はプラズマインピーダンスZqの値(Ω)を示し、横軸は周波数(MHz)を示す。また、黒い四角の点でプロットしたラインは、メンテナンス直前を示し、白丸でプロットしたラインは、メンテナンス直後を示す。
図4は、ネットワークアナライザ32から、測定子30に送る高周波信号の周波数を変化させながら、式(1)のインピーダンス算出方法により、インピーダンスZqを算出した結果を示すものであり、即ち、プラズマインピーダンスZq周波数依存性を示すグラフである。図4において、縦軸はプラズマインピーダンスZqの値(Ω)を示し、横軸は周波数(MHz)を示す。また、黒い四角の点でプロットしたラインは、メンテナンス直前を示し、白丸でプロットしたラインは、メンテナンス直後を示す。
図5は、ネットワークアナライザ32から測定子30に送る高周波信号の周波数が、13.56MHz付近、及び4MHzでの、インピーダンスZqの、メンテナンス直前と、直後における変化を表すグラフである。図5において、縦軸は、インピーダンスZqの値(a.u.)、横軸は、経過時間、即ち、装置の状態を示す。また、三角でプロットしたラインは、周波数4MHzの場合を示し、黒丸でプロットしたラインは、周波数13.56MHzの場合を示す。
図4、図5に示すように、ネットワークアナライザ32の高周波信号として、13.56MHzの周波数を用いた場合に測定されるプラズマインピーダンスZqに比べ、4MHzの周波数を用いた場合に測定されるプラズマインピーダンスZqの値は、メンテナンス前後での変化が大きい。ここで、13.56MHzは、プラズマ処理装置における成膜時の供給系の周波数と同じ周波数であるが、この成膜時の使用周波数とは異なる、4MHz付近として、インピーダンスをモニタリングすることにより、より高精度にプロセスモニタリングを行うことができることがわかる。
なお、図4に示すプラズマインピーダンスにおいて、周波数が10MHzにおける値は20Ωである。この値は、測定子のみのインピーダンス1.7Ωに比べて十分に大きな値であり、測定誤差は小さいことがわかる。
以上説明したように、この実施の形態1においては、インピーダンス測定に用いる高周波信号の周波数を、プラズマ処理装置の下部電極6に印可される周波数とは独立して制御することができる。従って、プラズマ処理装置のプラズマQの状態に影響を与えることなく、例えば、装置の故障やメンテナンス時期等をより確実にモニタリングできる周波数を選択して、その周波数でのプラズマインピーダンスZqの測定を行うことができる。
また、ここでは、測定子30の大きさ、形状を自由に設計することができるため、プラズマインピーダンスに対する測定子インピーダンスを十分に小さくすることができる。従って、測定子のインピーダンスの影響を十分に小さく抑えて、感度、精度ともに良好に、プラズマインピーダンスZqの測定を行うことができる。
また、この周波数測定装置は、プラズマ処理装置とは独立に構成されたものであり、チャンバ2内の一箇所に設けた開口に、簡単に取り付けることができる。また、この場合、特に、プラズマ処理装置内の高周波回路中等に、周波数測定装置の一部または全部を挿入する必要がない。従って、プラズマ装置内部における温度や設置スペース等の使用環境による制限を受けることなく、さまざまなタイプの装置に取り付けることができる。
なお、この実施の形態1においては、ネットワークアナライザ32により、プラズマインピーダンスを測定してプロセス性能を管理する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、インピーダンスの測定に代えて、共振周波数あるいはQ値を測定するものであってもよい。ここで、共振周波数(ωr)は、リアクタンス(インピーダンスの虚数成分)が0となるときの周波数である。また、Q値は、以下(2)式で表される値である。
Q=ωr/(ω2-ω1) ・・・・(2)
なお、ω1、ω2は、以下(3)、(4)式で表される値である。
ω1=ωr−R/2L ・・・・(3)
ω2=ωr+R/2L ・・・・(4)
実施の形態1においては、プラズマ状態を電気回路として扱うことから、回路の特徴を示す共振周波数やQ値の変化によっても、プラズマ状態及び装置や壁面の状態を観測することができる。
Q=ωr/(ω2-ω1) ・・・・(2)
なお、ω1、ω2は、以下(3)、(4)式で表される値である。
ω1=ωr−R/2L ・・・・(3)
ω2=ωr+R/2L ・・・・(4)
実施の形態1においては、プラズマ状態を電気回路として扱うことから、回路の特徴を示す共振周波数やQ値の変化によっても、プラズマ状態及び装置や壁面の状態を観測することができる。
なお、この実施の形態1において、使用した、高周波電源12の電力、周波数、あるいは、ガスの流量、ガスの種類、測定におけるネットワークアナライザ32の周波数等は、この発明を拘束するものではない。これらは、用いる成膜装置や、ウェハ10に成膜する膜種、成膜条件等を考慮し、適宜決定するものである。また、ネットワークアナライザ32の周波数は、それに応じて、特に、メンテナンス時期や、あるいは装置の異常を発見しやすい周波数を割り出して決定すればよい。
実施の形態2.
図6は、実施の形態1における周波数測定装置によるモニタリング方法を用いて平行平板CVD装置のプラズマインピーダンスZqをモニタリングした状態を説明するグラフである。図6において、縦軸は、インピーダンス及び共振周波数を示し、横軸は、膜厚を示す。
図7は、測定したプラズマインピーダンスZqと膜ストレスとの関係を説明するためのグラフである。図7において、縦軸は膜ストレス、横軸はインピーダンスを示す。
図6は、実施の形態1における周波数測定装置によるモニタリング方法を用いて平行平板CVD装置のプラズマインピーダンスZqをモニタリングした状態を説明するグラフである。図6において、縦軸は、インピーダンス及び共振周波数を示し、横軸は、膜厚を示す。
図7は、測定したプラズマインピーダンスZqと膜ストレスとの関係を説明するためのグラフである。図7において、縦軸は膜ストレス、横軸はインピーダンスを示す。
実施の形態2においては、実施の形態1において説明した成膜条件、即ち、高周波電源12からの電源周波数13.56MHz、700W、導入配管16からのガス圧力1200Pa、TEOSのガス流量800sccm、O2のガス流量700sccm、温度400℃で、ウェハ10を60秒間処理した場合の、具体的な、プラズマ状態のモニタリング及び制御方法について説明する。
図6に示すように、測定されるプラズマインピーダンスZq、あるいは共振周波数が小さくなるにつれて、成膜される膜厚は厚くなる。従って、この関係を利用して、膜厚が規格外となるプラズマインピーダンスZq(あるいは、共振周波数)の値を特定して、計算機34に記録しておく。
成膜中に、ネットワークアナライザ32によるプラズマインピーダンスZqの測定を続け、計算機34は、規格外を示す値を算出した場合、エラーの判定を行う。そして、必要に応じて、制御装置36に信号を送信し、プロセスの制御あるいは中断を行う。
成膜中に、ネットワークアナライザ32によるプラズマインピーダンスZqの測定を続け、計算機34は、規格外を示す値を算出した場合、エラーの判定を行う。そして、必要に応じて、制御装置36に信号を送信し、プロセスの制御あるいは中断を行う。
あるいは、図7に示すように、プラズマインピーダンスZq(あるいは、共振周波数)が増加するにつれて、膜ストレスが大きくなる。従って、この関係を利用して、膜ストレスが所定以上になり、プロセスが規格外になる場合の値を特定して、計算機34に記録しておく。
成膜中には、常に、ネットワークアナライザ32によるプラズマインピーダンスZqの測定を行い、計算機34は、規格外を示す値を算出した場合には、エラーの判定を行う。そして、同様に、必要に応じて、制御装置36に信号を送信し、プロセスの制御あるいは中断を行う。
成膜中には、常に、ネットワークアナライザ32によるプラズマインピーダンスZqの測定を行い、計算機34は、規格外を示す値を算出した場合には、エラーの判定を行う。そして、同様に、必要に応じて、制御装置36に信号を送信し、プロセスの制御あるいは中断を行う。
以上のようにして、プラズマ処理中においても、チャンバ2内のプラズマのモニタリングを随時行うことができる。また、ここでは、実施の形態1に説明したように、周波数測定装置により、高精度にプラズマインピーダンスの測定を行うことができる。従って、装置の異常、プロセスが規格外となる場合を、より的確に検出することができ、より高精度に、プラズマ処理のプロセス制御を行うことができる。
なお、実施の形態2においては、膜厚とプラズマインピーダンスZqとの関係を用いた制御、及び、膜ストレスとプラズマインピーダンスZqとの関係を用いた制御について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、他の条件とインピーダンスとの関係を用いて、プロセス制御を行うものであってもよい。また、これらは、個別に、いずれかのものを制御するものに限らず、様々な条件を考慮し、そのすべてが規格内となるプラズマインピーダンスZqの値を特定して、制御するものであってもよい。これにより、より高精度にプロセス制御を行うことができる。
その他は、実施の形態1において説明したものと同様であるから説明を省略する。
その他は、実施の形態1において説明したものと同様であるから説明を省略する。
実施の形態3.
図8は、この発明の実施の形態3におけるクリーニング開始の状態を説明するための模式図である。また、図9は、実施の形態3におけるプラズマ処理装置のチャンバ2の側壁40、プラズマQ、測定子30を電気回路に置き換えた等価回路図である。また、図10は、リモートプラズマによるクリーニング中の、チャンバ2内のプラズマインピーダンスZm(あるいは共振周波数)の変化を表すグラフである。図10において、縦軸は、インピーダンスZm(あるいは共振周波数)の値を示し、横軸は時間を表す。
図8は、この発明の実施の形態3におけるクリーニング開始の状態を説明するための模式図である。また、図9は、実施の形態3におけるプラズマ処理装置のチャンバ2の側壁40、プラズマQ、測定子30を電気回路に置き換えた等価回路図である。また、図10は、リモートプラズマによるクリーニング中の、チャンバ2内のプラズマインピーダンスZm(あるいは共振周波数)の変化を表すグラフである。図10において、縦軸は、インピーダンスZm(あるいは共振周波数)の値を示し、横軸は時間を表す。
実施の形態3においては、実施の形態1において説明した平行平板型プラズマCVD装置及びこれに取り付けられた周波数測定装置と同様のものを用いる。
但し、実施の形態3においては、成膜前後に、チャンバ2内に付着した反応性生成物50のクリーニングを行う場合に、その終点を、周波数測定装置を用いて検出する場合について説明する。
但し、実施の形態3においては、成膜前後に、チャンバ2内に付着した反応性生成物50のクリーニングを行う場合に、その終点を、周波数測定装置を用いて検出する場合について説明する。
チャンバ2内のクリーニングは、チャンバ2に接続されたリモートプラズマ源22による供給されるリモートプラズマを用いて行う。
具体的に例えば、成膜後、図8に示すように、チャンバ2の壁部に、反応性生成物50が約500Å付着した状態から、クリーニングを開始する。このとき、周波数測定装置を用いて、実施の形態1に説明したのと同様の算出方法にて、インピーダンスZmを測定し、装置のモニタリングを行う。
具体的に例えば、成膜後、図8に示すように、チャンバ2の壁部に、反応性生成物50が約500Å付着した状態から、クリーニングを開始する。このとき、周波数測定装置を用いて、実施の形態1に説明したのと同様の算出方法にて、インピーダンスZmを測定し、装置のモニタリングを行う。
クリーニングにおいては、まず、リモートプラズマ源22により、フッ素ラジカルを生成し、これをチャンバ2内に導入する。このとき、同時に、ネットワークアナライザ32によりインピーダンスZm(あるいは共振周波数又はQ値)を測定する。なお、ここで、チャンバ2内には、プラズマを発生させていないため、Zqはゼロとなる。従って、測定されるインピーダンスは、測定子インピーダンスZ30である。そして、このインピーダンスは、測定子30の誘電体に付着した反応性生成物の容量C50を含む回路のインピーダンスである。
クリーニングの終点は、算出したインピーダンスZmの変化で判断することができる。
具体的に、この場合には、反応性生成物50が、クリーニングにより小さくなるにつれて、図9に示す等価回路図における反応性生成物の容量C50も徐々に小さくなり、インピーダンスZ30及びインピーダンスZmは、徐々に減少する。即ち、図10に示すように、インピーダンスZmは、クリーニング開始から、クリーニング終点まで、徐々に低下し、クリーニング終点に至ると、一定となる。あるいは、共振周波数を測定する場合、共振周波数は、クリーニング開始から、クリーニング終点まで、所定の割合で変化して下がり、クリーニング終点に至ると、一定となる。これを利用して、インピーダンスあるいは共振周波数が共に一定となったときを、クリーニングの終点と判断して、クリーニングを終了する。この実施の形態3においては、約9分間で計算機34にてクリーニングの終点が判断され、制御装置36にて、プロセスを自動的に終了した。
具体的に、この場合には、反応性生成物50が、クリーニングにより小さくなるにつれて、図9に示す等価回路図における反応性生成物の容量C50も徐々に小さくなり、インピーダンスZ30及びインピーダンスZmは、徐々に減少する。即ち、図10に示すように、インピーダンスZmは、クリーニング開始から、クリーニング終点まで、徐々に低下し、クリーニング終点に至ると、一定となる。あるいは、共振周波数を測定する場合、共振周波数は、クリーニング開始から、クリーニング終点まで、所定の割合で変化して下がり、クリーニング終点に至ると、一定となる。これを利用して、インピーダンスあるいは共振周波数が共に一定となったときを、クリーニングの終点と判断して、クリーニングを終了する。この実施の形態3においては、約9分間で計算機34にてクリーニングの終点が判断され、制御装置36にて、プロセスを自動的に終了した。
以上のように、周波数測定装置を用いてインピーダンスを測定することにより、チャンバ2内のクリーニングの状態をモニタリングすることができ、適切なクリーニング終了時を判断することができる。
なお、実施の形態3においては、実施の形態1と同様に、測定子30をチャンバ壁の1箇所に取り付ける場合を想定して説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。測定子30は、複数箇所に設置したものであってもよく、これにより、より高精度なモニタリングを行うことができる。
実施の形態4
図11は、この発明の実施の形態4における周波数測定の状態を説明するための模式図である。
実施の形態4における周波数測定装置を用いたインピーダンスの測定方法は、実施の形態1〜3において説明したものと同様である。
図11は、この発明の実施の形態4における周波数測定の状態を説明するための模式図である。
実施の形態4における周波数測定装置を用いたインピーダンスの測定方法は、実施の形態1〜3において説明したものと同様である。
ただし、実施の形態4においては、図11に示すように、周波数測定装置の測定子52は、図1に示す平行平板プラズマ処理装置の排気配管18に、開口を設けて、ここに設置している。
そして、周波数測定装置を用いて、排気配管18内の反応性生成物50の付着量を、インピーダンスをモニタリングすることにより測定する。
そして、周波数測定装置を用いて、排気配管18内の反応性生成物50の付着量を、インピーダンスをモニタリングすることにより測定する。
ここで、測定子52は、実施の形態1における測定子30とは異なっている。具体的には、誘電体54は、チタン酸バリウムからなるが、中空の円形状に形成されている。誘電体54の中心には、誘電体54にその外周を囲まれるようにして、金属電極56が配置されている。金属電極56は、誘電体54によって、排気配管18と絶縁されている。
また、誘電体54の外周には、Oリング58が設けられ、真空にシールされている。また、誘電体54及び金属電極56の外側は、金属カバー60によりカバーされて保護されている。また、金属電極56は、ネットワークアナライザ32に接続されているが、ネットワークアナライザ32と、金属電極56との間には、ブロッキングコンデンサ62が設けられている。
このように、金属電極56を誘電体54で囲む構造にして、更に、金属電極56とネットワークアナライザ32との間にブロッキングコンデンサ62を配置する。ブロッキングコンデンサ62は、耐圧性で、高周波特性の良いものとする。ブロッキングコンデンサ62は、直流成分がネットワークアナライザ32に入力されない場合には、必ずしも必要はない。
ここで測定するインピーダンスは、実施の形態3の図9において説明した等価回路における、測定子インピーダンスZ30のみである。即ち、プラズマQは、排気配管18においては発生していないことから、Zqは、ゼロとなっている。この測定子インピーダンスには、誘電体54に付着した、反応性生成物50の容量も含まれる。測定子側のインピーダンスZ30は、反応性生成物50の付着量の増加に伴い、徐々に増加すると考えられる。従って、この変化量を測定することにより、排気配管18内の反応性生成物50の付着量を予測して、必要に応じて、クリーニング、取り替え等の時期を決定する。
一般に、チャンバ2内のクリーニングは、リモートプラズマにより実施することができ、また、このときの反応性生成物50の付着量は、実施の形態3に説明したようにして測定することができる。しかしながら、排気配管18まで、プラズマクリーニングを行うことができない。このため、排気配管18においては、定期的なメンテナンスを必要とするが、従来、その時期の予測は、困難であった。しかし、以上のような方法により、排気配管18の反応性生成物50の付着量を予想することができ、より的確にメンテナンス時期を判断することができる。
なお、この実施の形態4においても、測定子52を1箇所に配置する場合を想定して説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、複数箇所に配置してもよい。それにより、より高精度に反応性生成物48の付着量を予測することができる。
また、実施の形態4においては、排気配管18の一部に、金属電極56を配置して、その周囲を囲むように誘電体54を設けて、金属電極56と排気配管18とを絶縁した測定子について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、他に、図12に示すように、横方向に排気配管18を切断するようにして、この部分に、金属電極の表面が排気配管の内径と一致するような金属電極を設けて、またこの内径と同じ誘電体を、金属電極と排気配管とを絶縁するように配置したような測定子等が考えられる。このようにすることにより、測定子の表面積を増やすことができ、測定子の測定感度を高くすることができる。
また、実施の形態4においては、排気配管18に測定子を設置する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、反応性生物が付着する様々な個所に測定子を取り付けることにより、反応性生物の付着量を予想することができ、これにより、クリーニング等のメンテナンスの時期を判断することができる。
その他は実施の形態1〜3と同様であるから説明を省略する。
その他は実施の形態1〜3と同様であるから説明を省略する。
実施の形態5.
図13は、この発明の実施の形態5における測定子を説明するための模式図である。
実施の形態5における周波数測定装置は、実施の形態1において説明したものと類似するものである。但し、図13に示すように、測定子66の形状は、実施の形態1における測定子30と異なっている。
図13は、この発明の実施の形態5における測定子を説明するための模式図である。
実施の形態5における周波数測定装置は、実施の形態1において説明したものと類似するものである。但し、図13に示すように、測定子66の形状は、実施の形態1における測定子30と異なっている。
実施の形態5における測定子60において、誘電体68は、ドーム形状に形成され、チャンバ2の側壁40に設けられた開口から、チャンバ2内に突出する形で、配置されている。そして、この突出部に密着する形で、金属電極70が配置されている。金属電極70と誘電体68とは、チャンバ2の側面に沿って配置された金属カバー72によりカバーされている。また、金属カバー72はOリング74により、チャンバ2側壁に密着され、チャンバ2内の真空が保たれている。金属電極70は、ネットワークアナライザ32に接続されている。
以上のように、測定子66を、チャンバ2内に突出した形にすることにより、プラズマQの測定における情報量をより大きくすることができ、より高精度に、プラズマインピーダンスZqの測定を行うことができる。
なお、実施の形態5においては、誘電体68を、ドーム形状にして突出させる場合について説明したが、必ずしもドーム形状に限るものではなく、他の形状にして突出させたものであっても良い。また、測定子66は、実施の形態1、2のようにプラズマ処理装置のプラズマインピーダンスZqの測定に用いる場合に限らず、実施の形態3のようにチャンバ2内のリモートプラズマによるクリーニングの状態を測定する場合や、実施の形態4のように排気配管18内の反応性生成物50のモニタリングを行う場合にも用いることができる。
他の部分については、実施の形態1〜4と同様であるから説明を省略する。
他の部分については、実施の形態1〜4と同様であるから説明を省略する。
実施の形態6.
図14は、この発明の実施の形態6におけるエッチング装置について説明するための模式図である。
この実施の形態6におけるエッチング装置は、電子サイクロトン共鳴(ECR;Electron Cyclotron Resonance)プラズマ放電式のポリエッチング装置であり、実施の形態1の場合と同様に、チャンバ2に、測定子30を取り付け、周波数測定装置によりインピーダンスの測定ができるようになっている。
図14は、この発明の実施の形態6におけるエッチング装置について説明するための模式図である。
この実施の形態6におけるエッチング装置は、電子サイクロトン共鳴(ECR;Electron Cyclotron Resonance)プラズマ放電式のポリエッチング装置であり、実施の形態1の場合と同様に、チャンバ2に、測定子30を取り付け、周波数測定装置によりインピーダンスの測定ができるようになっている。
図14に示すように、実施の形態6のエッチング装置の構造は、実施の形態1において説明したCVD装置の構造と類似する。但し、チャンバ2内には、上部電極4及び下部電極6は配置されておらず、ウェハ10を載置する支持台として、ウェハステージ80が設けられている。
また、チャンバ2上部には、マイクロ波導入窓82が設けられ、真空封止されている。また、マイクロ波導入窓82には、導波管84が取り付けられ、導波管84は、マイクロ波発生器86に接続されている。また、チャンバ2の外周部には、磁場発生コイル88が設けられている。これにより、チャンバ2内に、高密度のプラズマを発生させることができる。
このように構成されたエッチング装置の動作について説明する。
エッチング装置のウェハステージ80には、ウェハ10が載置される。ウェハ10にエッチングを施すため、エッチングガスとして、導入配管16からは、Cl2/HBr/O2が導入される。一方、マイクロ波発生器86からは、2.45GHzのマイクロ波が、導波管84に導入される。このマイクロ波は、磁場発生コイル88により発生する磁場により、電子サイクロトン共鳴を生じた状態で、マイクロ波導入窓82から、チャンバ2内に導入される。この導入された高密度のプラズマをエネルギーとして、ウェハ10にエッチング処理が施される。
エッチング装置のウェハステージ80には、ウェハ10が載置される。ウェハ10にエッチングを施すため、エッチングガスとして、導入配管16からは、Cl2/HBr/O2が導入される。一方、マイクロ波発生器86からは、2.45GHzのマイクロ波が、導波管84に導入される。このマイクロ波は、磁場発生コイル88により発生する磁場により、電子サイクロトン共鳴を生じた状態で、マイクロ波導入窓82から、チャンバ2内に導入される。この導入された高密度のプラズマをエネルギーとして、ウェハ10にエッチング処理が施される。
このとき、同時に、周波数測定装置により、インピーダンス(あるいは共振周波数)が測定され、計算機34によりチャンバ2のプラズマインピーダンスZpが測定されている。
図15は、チャンバ2内のプラズマインピーダンスZpの変化に対する、CDシフトの変化を示すグラフである。図15において、縦軸は、CDシフト(単位)を表し、横軸は、プラズマインピーダンスZpを表す。また、図16は、ウェハの処理枚数に対するCDシフトの変化を表すグラフであり、図17は、ウェハの処理枚数に対するプラズマインピーダンスZpの変化を示すグラフである。図16、16において、横軸は、共に、ウェハの処理枚数を示し、縦軸は、それぞれ、CDシフト、プラズマインピーダンスZpを示す。また、図18は、マイクロ波発生器86から供給する電力とプラズマインピーダンスZpとの関係を説明するグラフである。
図15に示すように、プラズマインピーダンスZpが大きくなるにつれて、CDシフトは小さくなることがわかる。
例えば、図16に示すように、全く制御を行わない場合、チャンバ2内の反応性生成物の状態や、プロセスキットの状態が、経時的に変化するため、ウェハ10の処理枚数を重ねるに連れて、CDシフトは小さくなり、目標値との差は、大きくなる。また、プラズマインピーダンスZpは、逆に大きくなり、目標値との差も大きくなる。
例えば、図16に示すように、全く制御を行わない場合、チャンバ2内の反応性生成物の状態や、プロセスキットの状態が、経時的に変化するため、ウェハ10の処理枚数を重ねるに連れて、CDシフトは小さくなり、目標値との差は、大きくなる。また、プラズマインピーダンスZpは、逆に大きくなり、目標値との差も大きくなる。
また、図18に示すように、プラズマインピーダンスZpは、マイクロ波発生器86のマイクロ波電力が大きくなると、反比例のように小さくなっていく傾向がある。従って、この関係を利用して、プラズマインピーダンスZpの算出値に応じて、制御装置36により、マイクロ波発生器86の出力を制御しながら、エッチングを行えばよい。
以上のようにして、プラズマインピーダンスZpは、図17のように、ほぼ一定の状態に制御される。また、これに伴い、プラズマQの不均一により生じるCDシフトの変化を抑えることができ、図16に示すように、エッチングの目標値に比較的近い状態で、より多くのウェハの処理を行うことができる。
なお、この実施の形態においては、ECRプラズマ放電式のエッチング装置に周波数測定装置を取り付ける場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、他のエッチング装置に用いることもできる。
また、実施の形態6においては、測定子30をチャンバ2に取り付ける場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、例えば、実施の形態4の測定子52や、実施の形態5の測定子66をチャンバ2の側壁に取り付けたものであってもよい。
また、ここでは、プラズマインピーダンスZpの測定値から、マイクロ波電力を制御して、プラズマQを一定に保つ場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、プラズマインピーダンスZpとエッチング量との関係を算出してエッチング終了時期を予測するものや、あるいは、エッチングプロセスが規格外となるようなプラズマインピーダンスZp値を特定しておいて、エラーの判定をおこないプロセスを制御するものなど、測定するプラズマインピーダンスZpを、他のプロセス制御に用いてもよい。
その他は、実施の形態1〜5と同様であるから説明を省略する。
その他は、実施の形態1〜5と同様であるから説明を省略する。
実施の形態7.
図19は、この発明の実施の形態7における誘導結合型プラズマ処理装置を説明するための模式図である。
図19に示すように、実施の形態7における誘導結合型プラズマ(ICP;Inductivity Coupled Plasma)処理装置は、従来のICP処理装置に、実施の形態1において説明する周波数測定装置を取り付けたものである。
図19は、この発明の実施の形態7における誘導結合型プラズマ処理装置を説明するための模式図である。
図19に示すように、実施の形態7における誘導結合型プラズマ(ICP;Inductivity Coupled Plasma)処理装置は、従来のICP処理装置に、実施の形態1において説明する周波数測定装置を取り付けたものである。
ICP処理装置の構造は、実施の形態6において説明したプラズマ放電式のポリエッチング装置の構造と類似する。しかし、実施の形態6のエッチング装置のチャンバ2上部には、ECRを生じさせるため、マイクロ波導入窓82、導波管84、マイクロ波発生器86、磁場発生コイル88が設けられているのに対して、実施の形態7のICP処理装置においては、ペルジャー90が備えられ、ペルジャ−90の外周には、ICPコイル92が配置されている。また、ICPコイル92には、ICP高周波電源94が接続されている。
ICP処理装置においては、まず、導入配管16からは所定のガスが導入される。この状態でICPコイル92に、高周波電源94から電力が供給されると、誘電体ペルジャ−90により、チャンバ2内に、高密度のプラズマが発生する。このプラズマをエネルギーとして、導入されたガスによるエッチング等の処理が行われる。
このとき、周波数測定装置を用いて、実施の形態1〜6において説明したのと同様の方法により、プラズマインピーダンスZpを測定することにより、チャンバ2内のプラズマQの状態をモニタリングし、プロセス管理、プロセス制御、異常検出等を行うことができる。また、チャンバ2内に付着した反応性生成物のクリーニングする際の、クリーニング終点の制御や、排気配管18のモニタリングを行うこともできる。
その他は実施の形態1〜6と同様であるから説明を省略する。
その他は実施の形態1〜6と同様であるから説明を省略する。
以上、実施の形態1〜7において、周波数測定装置及びこれを取り付けたプラズマ処理装置の例について説明した。しかし、この発明においては、周波数測定装置は、必ずしも、実施の形態1、4、5に説明した形状に限るものではない。例えば、この発明の周波数測定装置における測定子は、少なくとも、測定個所に取り付けられる金属電極を有する、ものであればよく、その形状、寸法、材質等は、自由に選択することができる。但し、測定子のインピーダンスは、測定するプラズマインピーダンスに対して十分に小さくなることが望ましい。また、ネットワークアナライザに、直流成分が入力されるような場合には、実施の形態1において説明したように、金属電極46に誘電体42を取り付けて、金属電極46を、チャンバ2から絶縁するか、あるいは、実施の形態4に説明したように、ブロッキングコンデンサを設けることが好ましい。誘電体としては、チタン酸バリウムを用いる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものでもなく、例えば石英ガラスなど、他の材料を用いたものであっても良い。また、Oリングは、真空にシールする機能を発揮するものであれば、各図に示す位置に取り付けられたものに限らず、他の位置に配置されていてもよい。また、必ずしもOリングによるシールに限られず、真空にシールできる状態が確保されるものであればよい。
また、実施の形態1〜7においては、平行平板プラズマCVD装置、ECR放電式プラズマエッチング装置、ICP処理装置のチャンバ2あるいは、排気配管18に、周波数測定装置を設置する場合について説明した。しかし、プラズマのモニタリングの対象はこれらの装置に限るものではなく、他のプラズマを用いる処理装置に広く利用することができる。また、設置場所も、チャンバ2内に限るものではなく、プラズマが発生する部分や、反応性生成物が付着しやすい個所等に、設置することができる。
なお、例えば、実施の形態1〜7における、測定子30、測定子66、測定子52は、この発明の「測定子」に該当し、金属電極46、金属電極56、電極70は、この発明の「金属電極」に該当する。また、例えば、実施の形態1〜7におけるネットワークアナライザ32は、この発明の「測定器」に該当する。また、例えば、実施の形態1におけるチャンバ2の側壁40あるいは実施の形態4における排気配管18の側面は、この発明の「測定対象装置の側面」に該当する。また、誘電体42、誘電体68は、この発明の「誘電体」に該当し、ブロッキングコンデンサ62は、この発明の「ブロッキングコンデンサ」に該当する。また、例えば、この実施の形態1〜7において測定するインピーダンスZm、測定子インピーダンスZ30、プラズマインピーダンスZq、あるいは共振周波数、Q値は、この発明において測定する「高周波特性」に該当する。
2 チャンバ、 4 上部電極、 6 下部電極、 8 絶縁物、 10 ウェハ、 12 高周波電源、 14 インピーダンス整合器、 16 導入配管、 18 排気配管、 20 バタフライバルブ、 22 リモートプラズマ源、 30 測定子、 32 ネットワークアナライザ、 34 計算機、 36 制御装置、 40 側壁、 42 誘電体、 44 Oリング、 46 金属電極、 48 金属カバー、 50 反応性生成物、 52 測定子、 54 誘電体、 56 金属電極、 58 Oリング、 60 金属カバー、 62 ブロッキングコンデンサ、 66 測定子、 68 誘電体、 70 金属電極、 72 金属カバー、 74 Oリング、 80 ウェハステージ、 82 マイクロ波導入窓、 84 導波管、 86 マイクロ波発生器、 88 磁場発生コイル、 90 ペルジャー、 92 ICPコイル、 94 ICP高周波電源
Claims (9)
- 測定対象装置内の高周波特性を検出する周波数測定装置であって、
金属電極を有し、前記測定対象装置の側面に取り付けできる測定子と、
前記金属電極に接続し、高周波信号を発振し、この高周波信号に対する前記測定対象装置の高周波特性を測定する測定器と、
を備えることを特徴とする周波数測定装置。 - 前記測定子は、前記金属電極に接続する誘電体を備え、
前記金属電極は、前記誘電体により、前記測定対象装置の壁面から、絶縁されていることを特徴とする請求項1に記載の周波数測定装置。 - 前記誘電体は、前記測定対象装置の側面から、前記測定対象装置の内側に突出するように構成され、
前記金属電極は、前記誘電体の突出した部分に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の周波数測定装置。 - 前記金属電極と、前記測定器との間に、ブロッキングコンデンサを備えることを特徴とする請求項1に記載の周波数測定装置。
- プラズマを用いた処理を行うプラズマ処理装置であって、
処理室と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気配管と、
前記処理室又は前記排気配管の壁面を貫通し、前記壁面に囲まれるようにして配置された金属電極を有する測定子と、
前記金属電極に接続し、高周波信号を発振し、前記高周波信号に対する前記処理室又は前記排気配管内の高周波特性を測定する測定器と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記測定子は、前記金属電極に接続する誘電体を備え、
前記金属電極は、前記壁面から、前記誘電体により絶縁されていることを特徴とする請求項5に記載のプラズマ処理装置。 - 前記誘電体は、前記壁面から、前記処理室又は排気配管の内側に突出するように構成され、
前記金属電極は、前記誘電体の突出した部分に配置されることを特徴とする請求項6に記載のプラズマ処理装置。 - 前記金属電極と、前記測定器との間に、ブロッキングコンデンサを備えることを特徴とする請求項5に記載の周波数測定装置。
- 金属電極と、前記金属電極に接続し、高周波信号を発振し、前記高周波信号に対するプラズマ処理装置の高周波特性を測定する測定器と、を備える周波数測定装置を用いて、
プラズマ処理中の装置の処理室内又は前記排気配管の壁面に前記測定子を取り付け、
前記測定器からの高周波信号に対する前記処理室又は前記排気配管からの反射係数と透過係数とを測定し、
この測定結果から、前記プラズマ処理室の高周波特性を算出し、
前記算出結果に応じて、前記プラズマ処理装置を制御しながらプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
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