JP2007073420A - Plasma measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、プラズマ特性を計測するプラズマ計測装置に関する。 The present invention relates to a plasma measuring apparatus for measuring plasma characteristics.
従来、半導体装置の製造において、プラズマを用いたドライエッチング装置による加工が多用されている。プラズマを用いてドライエッチングをする工程において、プラズマ処理の条件を決定したり、ドライエッチング装置の状態を把握して部品交換などの作業を効率よくおこなうため、プラズマ状態をモニタすることが有効である。 Conventionally, processing by a dry etching apparatus using plasma has been frequently used in the manufacture of semiconductor devices. In the process of dry etching using plasma, it is effective to monitor the plasma state in order to determine the conditions of the plasma processing and to grasp the state of the dry etching apparatus and efficiently perform parts replacement etc. .
プラズマ特性を計測する手法として、プラズマ中にプローブを装荷して、その直流的な電圧電流特性を測定することにより、プラズマの密度、電子温度などを測定するラングミュアプローブ法と呼ばれる技術が知られている(たとえば、下記特許文献1参照。)。 As a method for measuring plasma characteristics, a technique called Langmuir probe method is known, in which a probe is loaded in plasma and its DC voltage-current characteristics are measured to measure plasma density, electron temperature, etc. (For example, see Patent Document 1 below.)
しかしながら、上述した半導体の製造プロセスに使用されるドライエッチング装置では、金属汚染があると不良品が発生する原因となってしまうため、金属汚染が発生しないように容器(装置)内壁がアルマイトなどにより絶縁処理されている。このように、プラズマが接する容器内壁が絶縁処理されているため、容器内壁は基準電極として機能しない。この条件下においては、プローブ電流のリターンパスの抵抗が高くなるため、正バイアス側の電流が低い値にとどまってしまい、正確な測定ができないという問題点が一例として挙げられる。 However, in the dry etching apparatus used in the above-described semiconductor manufacturing process, if there is metal contamination, a defective product is generated. Therefore, the inner wall of the container (apparatus) is made of alumite so that metal contamination does not occur. Insulated. Thus, since the inner wall of the container in contact with the plasma is insulated, the inner wall of the container does not function as a reference electrode. Under this condition, the resistance of the return path of the probe current becomes high, so that the current on the positive bias side stays at a low value, and accurate measurement cannot be performed as an example.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、金属汚染がなく、精密にプラズマ特性を計測することができるプラズマ計測装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a plasma measuring apparatus capable of accurately measuring plasma characteristics without metal contamination in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかるプラズマ計測装置は、導電性の材質からなり、内壁が絶縁処理されたチャンバと、前記チャンバ内のプラズマ中に挿入されるプローブと、前記プローブに電圧を供給する電圧供給手段と、前記プローブにより検出された前記プラズマから流入するプローブ電流を測定する電流測定手段と、前記プローブ電流を測定する際の基準電位を得るために、前記チャンバ内に設置された基準電極と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a plasma measuring apparatus according to the invention of claim 1 is made of a conductive material and has an inner wall insulated, and is inserted into the plasma in the chamber. A probe for supplying a voltage to the probe, a current measuring unit for measuring a probe current flowing in from the plasma detected by the probe, and a reference potential for measuring the probe current. And a reference electrode installed in the chamber.
また、請求項2の発明にかかるプラズマ計測装置は、請求項1に記載の発明において、前記チャンバには、前記プローブを当該チャンバ外部に導出する導電性の材質からなるプローブフランジが設けられており、前記プローブフランジは、前記基準電極に接続され、前記チャンバの外部において接地されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the plasma measuring apparatus according to the first aspect, the chamber is provided with a probe flange made of a conductive material that leads the probe out of the chamber. The probe flange is connected to the reference electrode and is grounded outside the chamber.
また、請求項3の発明にかかるプラズマ計測装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記基準電極はリング状に形成され、前記チャンバの底面に設置される円形状の被処理基板の外周部に同心円状に設置されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the plasma measuring apparatus according to the first or second aspect, wherein the reference electrode is formed in a ring shape and is a circular substrate to be processed which is installed on the bottom surface of the chamber. It is characterized by being installed concentrically on the outer periphery.
また、請求項4の発明にかかるプラズマ計測装置は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明において、前記基準電極の少なくとも前記プラズマ中のイオンの降下方向に向いた部分が覆われるように絶縁部材を設けたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the plasma measurement apparatus according to any one of the first to third aspects, at least a portion of the reference electrode that is directed in the descending direction of ions in the plasma is covered. As described above, an insulating member is provided.
また、請求項5の発明にかかるプラズマ計測装置は、請求項4に記載の発明において、前記絶縁部材は、前記基準電極の内周側壁面を露出するように設けたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the plasma measuring apparatus according to the fourth aspect, wherein the insulating member is provided so as to expose an inner peripheral side wall surface of the reference electrode.
上述した請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明によれば、プローブ電流のリターンパス抵抗の影響を防ぐことができる。そのため、精密にプラズマ特性を計測することができる。また、請求項4または5に記載の発明によれば、基準電極の金属汚染を防ぐことができる。 According to the invention described in any one of claims 1 to 3 described above, the influence of the return path resistance of the probe current can be prevented. Therefore, it is possible to accurately measure plasma characteristics. Moreover, according to the invention of Claim 4 or 5, metal contamination of the reference electrode can be prevented.
本発明にかかるプラズマ計測装置によれば、金属汚染がなく、精密にプラズマ特性を計測することができるという効果を奏する。 According to the plasma measuring apparatus of the present invention, there is an effect that the plasma characteristics can be accurately measured without metal contamination.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるプラズマ計測装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a plasma measuring apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
(実施の形態)
図1は、実施の形態にかかるプラズマ計測装置の概略を示す説明図である。図1において、測定対象となるプラズマ内に円筒状のプローブ101が装荷されている。プローブ101の形状は円筒に限らず、平板、球などであってもよい。また、プローブ101の材質には、タングステン、白金などを用いることができる。
(Embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of a plasma measuring apparatus according to an embodiment. In FIG. 1, a
また、プローブ101の他端には電線102が接続されている。プローブ101は、プローブに流れるプローブ電流を測定する電流計103と、プローブ101に電圧を印加する直流電源104とを介して接地されている。また、電線102の周囲は、アルマイト処理により形成された絶縁膜などで絶縁されている。
An
チャンバ100内には、基準電極105となる直径3mmのSUSワイヤをリング状に形成したリングが設置されている。本実施の形態においては、SUSワイヤをリング状に形成したが、SUSワイヤはリング状でなくても、基準電極105としての目的を達成することができる。本実施の形態において、SUSワイヤをリング状にしたのは、発明者らが、基準電極105をリング状にしておいた方が、チャンバ100内でバランスよくアースを取ることができると考えたためである。基準電極105は、プローブ電流を測定する際の基準電位を得るために設置されている。
In the
基準電極105は、被処理基板106の周囲に設置されている。また、基準電極105は、図示しない下部電極とのショートを防ぐために、被処理基板106の外周部に設置されているフォーカスリング107のさらに外周部に設置されている。また、基準電極105は、被処理基板106からできるだけ離れた位置に設置することが好ましい。後述するArプラズマの測定には、基準電極105をチャンバ100の内壁108から10mm程度内側となるように設置して測定をおこなった。
The
チャンバ100は導電性の材質からなり、チャンバ100の内壁108は、アルマイトなどの絶縁コートが施されている。さらに、チャンバ100の内部を真空に保つために密閉されている。そのため、基準電極105と、導電性の材質が顕わになっているプローブ取り付けフランジ109(以下、「プローブフランジ」という)とを電線110により接続し、プローブフランジ109を接地することにより、基準電極105の接地を実現している。ここで、プローブフランジ109は、チャンバ100の外部において接地されている。また、プローブフランジ109は、一方が開口した円筒状からなりこの開口とチャンバ100に形成した開口とが対向するようにチャンバ100と接続する。プローブフランジ109の他方は電線102が通されているが、チャンバ100の内部が真空に保たれるように密閉されている。また、電線110との接続箇所以外のプローブフランジ109の内面およびプローブフランジ109との接続箇所以外の電線110の表面はアルマイト処理されていることが望ましい。
The
また、基準電極105の上部には、絶縁部材111が設けられている。絶縁部材111は、チャンバ100の底面の方向に向かって加速されたイオンが直接基準電極105に接しないように設けられており、金属汚染が起こらないようにされている。絶縁部材111の例については、後述する。以上のような構成により、チャンバ100内が金属汚染されることなく、プローブ電流のリターンパス抵抗の影響を受けずにプラズマ特性の計測が可能となる。
In addition, an
つぎに、絶縁部材111について説明する。図2は、絶縁部材111の例について示す説明図である。図2において、チャンバ100の底部の略中央には、被処理基板106が置かれている。被処理基板106の下には、図示しない基板電極(下部電極)が設置されており、基準電極105は、基板電極とショートしないように被処理基板106から離れて設置されている。
Next, the
基準電極105には、絶縁性のチューブ状の絶縁部材111が覆い被せられている。絶縁部材111は、基準電極105全体を覆い被せるため、略円環状に形成されている。図2においては、絶縁部材111は、基準電極105を覆うように設けられているが、絶縁部材111は、少なくとも基準電極のプラズマ中のイオンの降下方向に向いた部分が覆われる様に設けられていればよい。たとえば、絶縁部材111は、内周側面に切欠き111aが形成されて、基準電極105の内周側壁面が露出するようになっている。図2においては、絶縁部材111の断面201は略円形となっているが、断面201の形状は円形には限らない。
The
(プラズマ計測装置の処理手順)
つぎに、本発明のプラズマ計測装置によりプラズマ特性を計測して、ドライエッチングをするまでの処理手順について説明する。図3は、本発明のプラズマ計測装置によりプラズマ特性を計測して、ドライエッチングをするまでの処理手順について示すフローチャートである。図3のフローチャートにおいて、まず、被処理基板106を設置し(ステップS301)、被処理基板106の周囲に基準電極105を設置する(ステップS302)。
(Processing procedure of plasma measuring device)
Next, a procedure for measuring plasma characteristics with the plasma measuring apparatus of the present invention and performing dry etching will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure from measuring plasma characteristics with the plasma measuring apparatus according to the present invention until dry etching is performed. In the flowchart of FIG. 3, first, the substrate to be processed 106 is installed (step S301), and the
つぎに、絶縁部材111を設置し(ステップS303)、チャンバ100内を真空にする(ステップS304)。そして、チャンバ100の内部にプラズマを発生させ(ステップS305)、プラズマ特性を計測する(ステップS306)。つぎに、プラズマ条件を設定し(ステップS307)、被処理基板106をドライエッチングする(ステップS308)。
Next, the insulating
図4は、プラズマ計測装置によりArプラズマを測定した結果を示すグラフである。図4のグラフにおいて、縦軸は、電流[A]を示しており、横軸は、電圧[V]を示している。また、グラフ中の実線401は、基準電極105を設置して測定した結果を示しており、点線402は、基準電極105を設置せずに測定した結果を示している。
FIG. 4 is a graph showing the results of measuring Ar plasma with a plasma measuring device. In the graph of FIG. 4, the vertical axis indicates current [A], and the horizontal axis indicates voltage [V]. In addition, a
また、プラズマの測定は、Ar:100sccm,Ws(ソースパワー):200W,Wb(バイアスパワー):0W,P:25mTorrの条件下で測定をおこなった。グラフに示すように、基準電極105を設置して測定した結果(図中実線401)は、基準電極105を設置せずに測定した結果(図中点線402)に比べて、正バイアス側の電流の値が一桁高くなり、正確なプラズマ測定ができている。
The plasma was measured under the conditions of Ar: 100 sccm, Ws (source power): 200 W, Wb (bias power): 0 W, P: 25 mTorr. As shown in the graph, the result of measurement with the
また、本発明のプラズマ計測装置は、たとえば、容量結合型プラズマ(CCP)装置、誘導結合プラズマ(ICP)装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECRP)装置などに適用することができる。 Further, the plasma measuring apparatus of the present invention can be applied to, for example, a capacitively coupled plasma (CCP) apparatus, an inductively coupled plasma (ICP) apparatus, an electron cyclotron resonance plasma (ECRP) apparatus, and the like.
以上説明したように、プラズマ計測装置によれば、金属汚染を防ぐことができる。また、プローブ電流のリターンパス抵抗の影響を防ぐことができる。そのため、精密にプラズマ特性を計測することができる。 As described above, according to the plasma measuring apparatus, metal contamination can be prevented. Further, the influence of the return path resistance of the probe current can be prevented. Therefore, it is possible to accurately measure plasma characteristics.
以上のように、本発明にかかるプラズマ計測装置は、プラズマ特性の計測に有用であり、特に、プラズマを用いたドライエッチング装置に適している。 As described above, the plasma measuring apparatus according to the present invention is useful for measuring plasma characteristics, and is particularly suitable for a dry etching apparatus using plasma.
100 チャンバ
101 プローブ
102 電線
103 電流計
104 直流電源
105 基準電極
106 被処理基板
107 フォーカスリング
108 内壁
109 プローブフランジ
110 電線
111 絶縁部材
111a 切欠き
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記チャンバ内のプラズマ中に挿入されるプローブと、
前記プローブに電圧を供給する電圧供給手段と、
前記プローブにより検出された前記プラズマから流入するプローブ電流を測定する電流測定手段と、
前記プローブ電流を測定する際の基準電位を得るために、前記チャンバ内に設置された基準電極と、
を備えることを特徴とするプラズマ計測装置。 A chamber made of a conductive material and having an inner wall insulated;
A probe inserted into the plasma in the chamber;
Voltage supply means for supplying a voltage to the probe;
Current measuring means for measuring a probe current flowing from the plasma detected by the probe;
In order to obtain a reference potential for measuring the probe current, a reference electrode installed in the chamber;
A plasma measuring apparatus comprising:
前記プローブフランジは、前記基準電極に接続され、前記チャンバの外部において接地されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ計測装置。 The chamber is provided with a probe flange made of a conductive material that leads the probe out of the chamber,
The plasma measuring apparatus according to claim 1, wherein the probe flange is connected to the reference electrode and is grounded outside the chamber.
The plasma measuring apparatus according to claim 4, wherein the insulating member is provided so as to expose an inner peripheral side wall surface of the reference electrode.
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