JP2007266365A - Plasma treatment apparatus, and method of measuring high-frequency current quantity in plasma - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,処理容器内にプラズマを生成して基板を処理するプラズマ処理装置と,そのプラズマ処理装置におけるプラズマ内の高周波電流量の測定方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that generates a plasma in a processing container to process a substrate, and a method for measuring a high-frequency current amount in plasma in the plasma processing apparatus.
例えば半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおけるエッチングや成膜などの基板処理では,プラズマを用いた処理が広く用いられている。 For example, plasma processing is widely used in substrate processing such as etching and film formation in manufacturing processes of semiconductor devices and liquid crystal display devices.
そのプラズマ処理は,通常プラズマ処理装置で行われている。このプラズマ処理装置には,処理容器内に上下に対向する電極が設けられ,例えば基板を載置した下部電極に高周波電力を供給し,下部電極と上部電極との間にプラズマを生成して基板の処理を行っている。 The plasma processing is usually performed by a plasma processing apparatus. In this plasma processing apparatus, electrodes that are vertically opposed to each other are provided in a processing container. For example, high-frequency power is supplied to a lower electrode on which a substrate is placed, and plasma is generated between the lower electrode and the upper electrode to generate a substrate. Is being processed.
上述のプラズマ処理では,高周波電力の供給により下部電極から上部電極に向けてプラズマ内に高周波電流が流れる。この高周波電流は,プラズマの生成に寄与し,プラズマ密度やセルフバイアス(Vdc)などのプラズマ状態と密接な関係を有するものであり,基板の処理状態を評価する上で重要な要素となる。このため,従来より,プラズマ処理装置では,下部電極に接続されたマッチング装置の出力側に電流センサを取り付け,マッチング装置から電極に流れる高周波電流量を測定することが行われていた(特許文献1参照)。 In the above-described plasma processing, a high frequency current flows in the plasma from the lower electrode toward the upper electrode by supplying high frequency power. This high-frequency current contributes to plasma generation and has a close relationship with plasma states such as plasma density and self-bias (Vdc), and is an important factor in evaluating the processing state of the substrate. For this reason, conventionally, in a plasma processing apparatus, a current sensor is attached to the output side of the matching device connected to the lower electrode, and the amount of high-frequency current flowing from the matching device to the electrode has been measured (Patent Document 1). reference).
しかしながら,上述のように電流センサをマッチング装置の出力側に設けた場合,高周波電流量の測定点がプラズマから離れており,また処理容器のインピーダンスの影響を受けて電力が消費されるため,実際にプラズマ内を通過する高周波電流量と電流センサによる測定電流量が異なっている。このため,測定した高周波電流量から,基板の処理状態を正確に評価することは難しかった。特にエッチング処理に用いられる数十MHz程度の高周波では,上記マッチング装置の出力側の測定点における電流量と実際にプラズマ内に入る電流量との違いが大きくなることが多く,この場合基板の処理状態を正確に知ることはできなかった。 However, when the current sensor is provided on the output side of the matching device as described above, the measurement point of the high frequency current amount is away from the plasma, and the power is consumed due to the influence of the impedance of the processing container. The amount of high-frequency current passing through the plasma differs from the amount of current measured by the current sensor. For this reason, it has been difficult to accurately evaluate the processing state of the substrate from the measured amount of high-frequency current. In particular, at a high frequency of about several tens of MHz used for the etching process, the difference between the amount of current at the measurement point on the output side of the matching device and the amount of current actually entering the plasma often becomes large. I could not know the condition accurately.
ところで,処理容器内のコンディションの変化,例えば処理容器の内壁面や上下電極の汚染や損傷などは,プラズマ内における高周波電流の流れの変化により検出できる。しかしながら,上述の電流センサでは,プラズマ内における高周波電流の流れは把握できないため,処理容器内のコンディションの変化を検出できなかった。このため,処理容器内のコンディションの変化による基板の処理状態の変動を早期に検出し,それに対応することができなかった。 By the way, a change in the condition in the processing vessel, for example, contamination or damage to the inner wall surface of the processing vessel or the upper and lower electrodes can be detected by a change in the flow of high-frequency current in the plasma. However, the current sensor described above cannot detect the flow of high-frequency current in the plasma, and thus cannot detect a change in the condition in the processing vessel. For this reason, the change in the processing state of the substrate due to the change of the condition in the processing container was detected at an early stage and could not be dealt with.
また,同じ仕様のプラズマ処理装置であっても,各プラズマ処理装置毎に,処理容器内のコンディションが僅かに異なるが,上述のようにそのコンディションを知るためのプラズマ内の高周波電流の流れが把握できないため,各プラズマ処理装置のコンディションの違い(機差)を合わせ込むことができなかった。この結果,複数のプラズマ処理装置で基板を並行して処理すると,基板の処理状態が装置間でばらつくことがあった。 Even if the plasma processing equipment has the same specifications, the conditions in the processing vessel are slightly different for each plasma processing equipment. However, as described above, the flow of high-frequency current in the plasma to know the conditions is known. Because it was not possible, it was not possible to match the differences in the conditions (machine differences) of each plasma processing equipment. As a result, when a plurality of plasma processing apparatuses process a substrate in parallel, the processing state of the substrate may vary between apparatuses.
本発明は,かかる点に鑑みてなされたものであり,処理容器内のプラズマ内を流れる高周波電流量を正確に検出し,さらにプラズマ内の高周波電流の流れを把握することをその目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to accurately detect the amount of high-frequency current flowing in the plasma in the processing vessel and to grasp the flow of high-frequency current in the plasma.
上記目的を達成するために,本発明は,処理容器内に上下に対向する高周波電極を有し,それらの高周波電極の少なくともいずれかの高周波電極に高周波電力を供給し処理容器内にプラズマを生成して,基板を処理するプラズマ処理装置であって,前記処理容器内に設置され,前記処理容器の上下方向の中心軸に対し周方向に向かう磁界の時間変化量を検出するプローブと,前記プローブによる前記磁界の時間変化量の検出結果に基づいて,前記高周波電力の供給によりプラズマ内を軸方向に流れる高周波電流量を算出する算出部と,を有し,前記プローブは,前記処理容器内の上下方向の複数個所に設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention has a high-frequency electrode facing up and down in a processing vessel, and supplies high-frequency power to at least one of the high-frequency electrodes to generate plasma in the processing vessel. A plasma processing apparatus for processing a substrate, wherein the probe is installed in the processing container and detects a time change amount of a magnetic field in a circumferential direction with respect to a vertical center axis of the processing container, and the probe A calculation unit that calculates an amount of high-frequency current flowing in the axial direction in the plasma by the supply of the high-frequency power based on the detection result of the time change amount of the magnetic field by the probe. It is provided at a plurality of locations in the vertical direction.
本発明によれば,処理容器内の中心軸周りに実際に生じている磁界の時間変化量を検出し,その磁界の時間変化量から高周波電流量を算出できるので,処理容器内のプラズマ内を軸方向に流れる高周波電流量を正確に検出できる。この結果,基板の処理状態を正確に評価することができる。また,処理容器内の上下方向の複数個所にプローブを配置して,複数個所の高周波電流量を算出できるので,処理容器内における高周波電流量の変動を検出し,高周波電流の流れを把握できる。これにより,処理容器内のコンディションの変化を検出できる。また,複数の装置間でコンディションを合わせ込むことができる。 According to the present invention, the amount of time change of the magnetic field actually generated around the central axis in the processing container can be detected, and the amount of high-frequency current can be calculated from the amount of time change of the magnetic field. The amount of high-frequency current flowing in the axial direction can be accurately detected. As a result, the processing state of the substrate can be accurately evaluated. In addition, since high-frequency current amounts at a plurality of locations can be calculated by arranging probes at a plurality of locations in the vertical direction in the processing vessel, it is possible to detect a change in the high-frequency current amount in the processing chamber and grasp the flow of the high-frequency current. Thereby, the change of the condition in a processing container is detectable. In addition, the condition can be adjusted among a plurality of devices.
前記プローブは,コイル状に形成され,そのコイルの軸が前記処理容器の中心軸周りの前記周方向に向けられていてもよい。 The probe may be formed in a coil shape, and the axis of the coil may be directed in the circumferential direction around the central axis of the processing container.
前記プローブは,前記磁界の時間変化量として前記コイルに生じる誘導起電力を検出し,前記算出部は,前記誘導起電力から前記高周波電流量を算出するようにしてもよい。 The probe may detect an induced electromotive force generated in the coil as a time change amount of the magnetic field, and the calculation unit may calculate the high-frequency current amount from the induced electromotive force.
前記プローブは,前記上下の高周波電極の間の高さに設けられていてもよい。 The probe may be provided at a height between the upper and lower high-frequency electrodes.
前記プローブは,前記処理容器内で上下のいずれかの高周波電極に保持された基板よりも外側に設けられていてもよい。 The probe may be provided outside the substrate held by any one of the upper and lower high-frequency electrodes in the processing container.
前記プローブの少なくとも一つは,上方の高周波電極の直下の高さに設けられ,少なくとも一つは,下方の高周波電極の直上の高さに設けられていてもよい。 At least one of the probes may be provided at a height immediately below the upper high-frequency electrode, and at least one of the probes may be provided at a height immediately above the lower high-frequency electrode.
前記算出部は,一方の高周波電極側に近いプローブにより検出された高周波電流量から,他方の高周波電極側に近いプローブにより検出された高周波電流量を減算し,それらのプローブ間で増減した軸方向の高周波電流量から径方向に流れる高周波電流量を算出するようにしてもよい。 The calculation unit subtracts the high-frequency current amount detected by the probe close to the other high-frequency electrode side from the high-frequency current amount detected by the probe close to the one high-frequency electrode side, and increases or decreases the axial direction between the probes. The amount of high-frequency current flowing in the radial direction may be calculated from the amount of high-frequency current.
上記プラズマ処理装置は,前記プローブ間の高周波電流量の算出を基板の処理中に行い,その算出された前記高周波電流量と予め設定された高周波電流量の閾値に基づいて基板の処理を停止させる制御部を有していてもよい。 The plasma processing apparatus calculates a high-frequency current amount between the probes during the processing of the substrate, and stops the processing of the substrate based on the calculated high-frequency current amount and a preset threshold value of the high-frequency current amount. You may have a control part.
上記プラズマ処理装置は,前記検出された磁界の時間変化量を,その中に含まれる各周波数成分に分解する解析部を有し,前記算出部は,前記各周波数毎に,前記プローブ間の高周波電流量を算出するようにしてもよい。 The plasma processing apparatus has an analysis unit for decomposing the time variation of the detected magnetic field into each frequency component included therein, and the calculation unit performs a high-frequency operation between the probes for each frequency. The amount of current may be calculated.
上記プラズマ処理装置は,算出された前記各周波数の高周波電流量に基づいて,特定の周波数の高周波電流量を調整する調整部を有するようにしてもよい。 The plasma processing apparatus may include an adjustment unit that adjusts the high-frequency current amount of a specific frequency based on the calculated high-frequency current amount of each frequency.
前記プローブは,絶縁体のカバーによって覆われていてもよい。 The probe may be covered with an insulating cover.
前記プローブは,生成されたプラズマに面した部材内に埋め込まれていてもよく,例えばプローブは,前記処理容器の壁部内に埋め込まれていてもよい。 The probe may be embedded in a member facing the generated plasma. For example, the probe may be embedded in a wall portion of the processing container.
また,最下部のプローブは,前記処理容器内の下方の高周波電極に保持された基板の外周を囲む環状部材内に埋め込まれていてもよい。 The lowermost probe may be embedded in an annular member surrounding the outer periphery of the substrate held by the lower high-frequency electrode in the processing container.
前記プローブは,前記処理容器内で昇降自在であってもよい。 The probe may be movable up and down in the processing container.
別の観点による本発明によれば,処理容器内に上下に対向する高周波電極を有し,それらの高周波電極の少なくともいずれかの高周波電極に高周波電力を供給し処理容器内にプラズマを生成して,基板を処理するプラズマ処理装置において,プラズマ内を流れる高周波電流量を測定する方法であって,前記処理容器内の上下方向の複数個所に設置されたプローブにより,前記処理容器の上下方向の中心軸に対し周方向に向かう磁界の時間変化量を検出する工程と,各プローブの前記磁界の時間変化量の検出結果に基づいて,前記高周波電力の供給によりプラズマ内を軸方向に流れる高周波電流量を算出する工程と,一方の高周波電極側に近いプローブにより検出された高周波電流量から,他方の高周波電極側に近いプローブにより検出された高周波電流量を減算し,それらのプローブ間で増減した軸方向の高周波電流量から径方向に流れる高周波電流量を算出する工程と,を有することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the processing vessel has high-frequency electrodes facing vertically, and high-frequency power is supplied to at least one of the high-frequency electrodes to generate plasma in the processing vessel. In a plasma processing apparatus for processing a substrate, a method for measuring the amount of high-frequency current flowing in plasma, wherein the center of the processing container in the vertical direction is measured by probes installed at a plurality of vertical positions in the processing container. The amount of high-frequency current flowing in the plasma in the axial direction by the supply of the high-frequency power based on the step of detecting the amount of time change of the magnetic field in the circumferential direction with respect to the axis and the detection result of the time change amount of the magnetic field of each probe Detected by the probe near the other high-frequency electrode side from the step of calculating the amount of high-frequency current detected by the probe near the one high-frequency electrode side The frequency current amount is subtracted, to a step of calculating a high-frequency current amount that flows from the high-frequency current amount of axially increased or decreased between the probes in the radial direction, characterized in that it has a.
本発明によれば,生成されたプラズマ内を流れる高周波電流量を正確に検出できるので,その高周波電流量により基板の処理状態を正確に把握することができる。また,プラズマ内の高周波電流の流れを把握できるので,それによって装置コンディションの変化を検出でき,また装置間の機差を合わせ込むことができる。 According to the present invention, since the amount of high-frequency current flowing in the generated plasma can be detected accurately, the processing state of the substrate can be accurately grasped by the amount of high-frequency current. In addition, since the flow of the high-frequency current in the plasma can be grasped, it is possible to detect a change in the device condition and to adjust the machine difference between the devices.
以下,本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は,本発明にかかるプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置1の構成の概略を示す縦断面の説明図である。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory view of a longitudinal section showing an outline of a configuration of a
図1に示すようにプラズマエッチング装置1は,例えば略円筒状の処理容器2を備えている。この処理容器2の内側に処理空間Kが形成される。処理容器2の内壁面には,例えばアルミナなどの保護膜が被覆されている。また処理容器2は,接地されている。
As shown in FIG. 1, the
例えば処理容器2内の中央部の底部には,絶縁板10を介在して円柱状の電極支持台11が設けられている。電極支持台11上には,基板Wを載置する載置台を兼ねた高周波電極としての下部電極12が設けられている。下部電極12の上面は,例えば中央が円柱状に突出しており,この突出部12aに基板Wが保持される。なお,突出部12aは,静電チャックになっている。下部電極12の突出部12aの周囲には,石英製で環状の環状部材としてのフォーカスリング13が設けられている。
For example, a
下部電極12と対向する処理容器2の天井部には,例えば略円盤形状の上部電極20が取り付けられている。上部電極20の下面には,例えば多数のガス吐出孔20aが形成されている。ガス吐出孔20aは,上部電極20の上面に接続されたガス供給管22により,ガス供給源23に連通している。ガス供給源23には,エッチング処理のための処理ガスが貯留されている。ガス供給管22から上部電極20内に導入された処理ガスは,複数のガス吐出孔20aから処理空間Kに供給される。
For example, a substantially disk-shaped
下部電極12には,整合器(図示せず)を介して高周波電源31が電気的に接続されている。高周波電源31は,例えば40MHz以上,例えば60MHzの周波数の高周波電力を出力できる。また高周波電源31と下部電極12との間には,整合器とは別に,下部電極12側の回路のインピーダンスを補正可能なインピーダンス調整部30が設けられている。なお,高周波電源31やインピーダンス調整部30の動作の制御は,後述する制御部60により行われている。
A high-
処理容器2の側壁部2aの近傍には,上下方向に2つのプローブ40,41が設置されている。例えば下部プローブ40は,図2に示すように直径が3mm程度の円形の二巻きコイル40aにより構成されている。コイル40aは,その軸の向きが処理容器2の上下方向の中心軸周りの周方向θに向けられている。換言すると,コイル40aは,図1に示すように下部電極12上の基板Wの表面と処理容器2の側壁部2aの内側面との両面に対し,コイル面が直角になるように設置されている。これによって,処理空間Kに生じる周方向θの磁束がコイル40a内を貫通し,その磁束の変化によってコイル40aに誘導起電力を生じさせることができる。したがって,下部プローブ40は,周方向θの磁界の時間変化量を誘導起電力として検出できる。
In the vicinity of the
上部プローブ41も下部プローブ40と同様の構成を有し,例えば円形の二巻きコイル41aにより構成され,コイル41aは,その軸の向きが処理容器2の上下方向の中心軸周りの周方向θに向けられている。したがって,上部プローブ41は,処理空間Kに生じる周方向θの磁束をコイル41a内に貫通させ,その磁束の変化によってコイル41aに誘導される誘導起電力を,周方向θの磁界の時間変化量として検出できる。
The
下部プローブ40は,例えば下部電極12の直上,つまり下部電極12上の基板Wの外方であって基板Wと同程度の高さに設置されている。例えば下部プローブ40は,コイル40aの下端部が基板Wの表面より5〜10mm程度高くなる位置に設置されている。これにより,下部プローブ40は,下部電極12付近の高さの周方向θの磁界の時間変化量を検出できる。また,下部ブローブ40は,図3に示すように側壁部2aの近傍であって側壁部2aの内側面から15〜25mm,より好ましくは20mmの位置に設置されている。下部プローブ40は,側壁部2aに固定された絶縁体の例えば石英又はセラミックスのカバー42によって覆われている。
The
上部プローブ41は,図1に示すように例えば上部電極20の直下の高さに設置されている。例えば上部プローブ41は,コイル41aの上端部が上部電極20の下面より5〜10mm程度低くなる位置に設置されている。また,上部ブローブ41は,下部プローブ40と同様に側壁部2aの近傍であって側壁部2aの内側面から15〜25mm,より好ましくは20mmの位置に設置されている。上部プローブ41は,側壁部2aに固定された絶縁体の例えば石英又はセラミックスのカバー43によって覆われている。
As shown in FIG. 1, the
下部プローブ40のコイル40aと上部プローブ41のコイル41aは,解析部としてのアナライザボックス50に接続されている。アナライザボックス50は,プローブ40,41において検出された磁界の時間変化量(誘導起電力)を,その中に含まれる各周波数成分に分解できる。
The
アナライザボックス50は,算出部としてのコンピュータ51に接続されている。コンピュータ51は,アナライザボックス50で分解された各周波数成分の誘導起電力から,後述する算出原理を用いて,処理空間Kのプラズマ内を流れる高周波電流量を算出し,それらの情報を蓄積できる。なお,ここでいう高周波電流量とは,プラズマ領域P内を流れる高周波電流の各プローブ40,41の位置における総電流量である。
The
ここで,図4を用いてプラズマ領域P内を軸方向に流れる高周波電流Izの高周波電流量Azの算出原理について説明する。図4は,プラズマ領域Pを有する処理容器2の内部を模式的に示すものである。図4中のrは,処理容器2の中心軸からの距離,Hθ(r)は,周方向θの磁界の強さ,V(r)は,コイル40a(41a)に生じる誘導起電力を示す。高周波電流Izは,高周波電流量Azを用いて,次式(1)
Here, the calculation principle of the high-frequency current amount Az of the high-frequency current Iz flowing in the axial direction in the plasma region P will be described with reference to FIG. FIG. 4 schematically shows the inside of the
で表せられる(ωは,高周波の振動数)。また,アンペールの法則から,次式(2) (Ω is the frequency of the high frequency). From Ampere's law, the following equation (2)
が成り立つ。また,磁束をΦとすると,ファラデーの法則により次式(3) Holds. If the magnetic flux is Φ, the following equation (3) is given by Faraday's law:
が成り立つ。Nをコイル40a(41a)の巻き数,Sをコイル面の面積,μ0を透磁率とし,式(1),(2)を式(3)に代入し変形すると,
Holds. When N is the number of turns of the
となる。したがって, It becomes. Therefore,
となり,コイル40a(41a)に生じる誘導起電力V(r)から高周波電流量Azが算出される。
Thus, the high-frequency current amount Az is calculated from the induced electromotive force V (r) generated in the
以下,下部プローブ40のコイル40aに生じる誘導起電力をV(r)1,その誘導起電力V(r)1から算出される高周波電流量をAz1とする。また,上部プローブ41のコイル41aに生じる誘導起電力をV(r)2,その誘導起電力V(r)2から算出される高周波電流量をAz2とする。この例の場合,下部プローブ40により算出される高周波電流量Az1は,図1に示すように下部電極12からプラズマ領域Pに入力される高周波電流量になり,上部プローブ41により算出される高周波電流量Az2は,プラズマ領域Pから上部電極20に出力される高周波電流量Az2になる。
Hereinafter, the induced electromotive force generated in the
コンピュータ51は,さらに高周波電流量Az1と高周波電流量Az2の差を求めて,上部電極20と下部電極12との間で径方向の側壁部2aに流出する損出高周波電流量Ar(Ar=Az1―Az2)を算出できる。コンピュータ51は,算出された損出高周波電流量Arの情報を,例えばプラズマエッチング装置1の制御部60に出力できる。
The
制御部60は,例えば出力された損出高周波電流量Arと予め設定された閾値と比較し,損出高周波電流量Arの値が閾値を超えている場合には,エラーを出力して基板Wの処理を停止させることができる。なお,閾値については,例えば処理容器2のコンディションや基板Wの処理状態に不具合が生じる場合の損出高周波電流量Arの値を予め求めておき,その値を閾値に設定する。
For example, the
処理容器2の下部には,排気機構(図示せず)に通じる排気管70が接続されている。排気管70を介して処理容器2内を真空引きすることで,処理空間Kを所定の圧力に減圧できる。
An
次に,以上のように構成されたプラズマエッチング装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the
プラズマエッチング装置1においてエッチング処理を行う際には,図1に示すように先ず基板Wが処理容器2内に搬入され,下部電極12上に載置される。排気管70から排気が行われ処理容器2内が減圧され,ガス吐出孔20aからは所定の処理ガスが供給される。次に,高周波電源31により,下部電極12にプラズマ生成用の高周波電力が供給される。これにより,下部電極12と上部電極20との間に高周波電圧が印加され,処理容器2内の下部電極12と上部電極20との間の処理空間Kにプラズマが生成され,プラズマ領域Pが形成される。このプラズマにより処理ガスから活性種やイオンなどが生成され,ウェハWの表面膜がエッチングされる。所定時間エッチングが行われた後,高周波電力の供給と処理ガスの供給が停止され,ウェハWが処理容器2内から搬出されて,一連のエッチング処理が終了する。
When performing an etching process in the
プラズマエッチング装置1において,例えばプラズマ領域P内の高周波電流量の変動を検出する際には,先ずプラズマの発生中に,下部プローブ40により処理空間Kの下部電極12付近の周方向θの磁界の時間変化量が検出される。この際,下部プローブ40のコイル40aには,処理空間Kの下部電極12付近の周方向θの磁束Φが通過し,そのコイル40a内の磁束Φの変化によりコイル40aに誘導起電力V(r)1が生じる。この誘導起電力V(r)1が下部電極12の付近の磁界の時間変化量として検出される。また,上部プローブ41により処理空間Kの上部電極20付近の周方向θの磁界の時間変化量が検出される。上部プローブ41のコイル41aには,処理空間Kの上部電極20付近の周方向θの磁束Φが通過し,そのコイル41a内の磁束Φの変化によりコイル41aに誘導起電力V(r)2が生じる。この誘導起電力V(r)2が上部電極20付近の磁界の時間変化量として検出される。
In the
誘導起電力V(r)1,V(r)2の検出情報は,アナライザボックス50に入力され,アナライザボックス50では,検出された誘導起電力V(r)1,V(r)2が,高周波電力の基本波,高調波などの各周波数成分に分解される。各周波数成分に分解された誘導起電力V(r)1,V(r)2は,コンピュータ51に送られ,コンピュータ51では,上記式(4)などの算出原理を用いて,各誘導起電力V(r)1,V(r)2に対応する高周波電流量Az1,Az2が算出される。また,コンピュータ51では,高周波電流量Az1から高周波電流量Az2を引いた損出高周波電流量Arが算出される。
The detection information of the induced electromotive forces V (r) 1 and V (r) 2 is input to the
算出された高周波電流量Az1,Az2,Arは,例えば制御部60に出力され,例えば損出高周波電流量Arが周波数成分毎に予め設定された閾値と比較され,閾値内の場合には正常と判定され,閾値を超えていた場合には,例えばエラーが出力され,基板Wの処理が停止される。また,高周波電流量Az1,Az2,Arの情報は,制御部60に蓄積され,基板Wの処理状態や処理容器2内のコンディションを評価する情報として利用される。なお,閾値の設定の仕方によって,閾値を下回った場合にエラーを出力するようにしてもよい。
The calculated high-frequency current amounts Az1, Az2, Ar are output to, for example, the
以上の実施の形態によれば,プローブ40,41が処理容器2内に設置されたので,プラズマ内を流れる高周波電流量Az,Arを直接的に検出することができる。このため,正確な高周波電流量Az,Arを検出でき,この高周波電流量Az,Arにより例えば基板Wの処理状態を正確に評価することができる。
According to the above embodiment, since the
また,処理容器2内の上下の電極12,20付近にプローブ40,41をそれぞれ設けたので,下部電極12からプラズマ領域P内に入力される高周波電流量Az1と,プラズマ領域Pから上部電極20に出力される高周波電流量Az2とを検出でき,それらの高周波電流量Az1,Az2から,下部電極12と上部電極20との間の側壁面2aに流出する損出高周波電流量Arを検出できる。これにより,プラズマ領域P内における高周波電流量の変動を検出し,プラズマ領域P内の高周波電流の流れを把握できる。この結果,例えば処理容器2内のコンディションを把握できる。例えば処理容器2の内壁面や電極12,20に汚れや亀裂が生じたり,内壁面の保護膜が減少したり,或いは上部電極20のガス孔20aなどに異常放電が生じているような場合には,高周波電流量Izの上部電極20方向の流れが妨げられたり,側壁面2a方向への流出が妨げられたりして,高周波電流量Az,Arが変わる。したがって,本実施の形態のように高周波電流量Az,Arから高周波電流の流れを把握することにより,処理容器2内のコンディションの変化を検出できる。また,処理容器2内のコンディションを把握できるので,そのコンディションに基づいて他のプラズマエッチング装置との間の機差を補正できる。
Further, since the
また,各プローブ40,41がコイル状に形成され,コイル40a,41aの軸が処理空間Kの周方向θに向けられているので,コイル40a,41a内に磁束Φを貫通させ,電磁誘導によりコイル40a,41aに誘導起電力を生じさせることにより,周方向θの磁界の時間変化量を誘導起電力V(r)として簡単かつ正確に検出することができる。
Further, since the
各プローブ40,41が絶縁体の石英又はセラミックスからなるカバー42,43により覆われているので,プラズマによるプローブ40,41の腐食を防止できる。
Since the
各プローブ40,41が,処理容器2内の基板Wの外側であって側壁部2aの近傍に設けられたので,処理容器2内にプローブ40,41を設けても,処理空間Kの基板Wの処理を妨げることなく,基板Wの処理を適正に行うことができる。
Since the
またプローブ40,41は,処理容器2の側壁部2aの内側面から15mm〜25mmの位置に設けられている。図5は,他の条件を同じにして,プローブと側壁部2aとの距離を変えた場合のプローブによる検出電流量を示すグラフである。この図5のグラフから,プローブが側壁部2aから15mm〜25mmの距離にあるときに,検出電流量が高くなることが分かる。したがって,プローブ40,41を側壁部2aから15mm〜25mmの範囲に位置させることにより,プローブ40,41の感度を最適にすることができる。
The
また,以上の実施の形態では,下部プローブ40を基板Wと同程度の高さの下部電極12の直上の高さに配置したので,下部電極12からプラズマ領域Pに流入した高周波電流量Az1を正確に検出できる。また,上部プローブ41を上部電極20の直下の高さに配置したので,プラズマ領域Pから上部電極20に流出する高周波電流量Az2を正確に検出できる。さらに,これにより下部電極12から上部電極20に至るまでに外部に流出する高周波電流量Arも正確に検出できる。
In the above embodiment, since the
上記実施の形態では,制御部60により,損出高周波電流量Arが閾値を超えた場合に基板Wの処理を停止させたので,基板Wの処理状態の異常や処理容器2内のコンディションの異常に早期に対応することができ,不良の基板Wを大量に製造することを防止できる。
In the above embodiment, since the processing of the substrate W is stopped by the
アナライザボックス50により,プローブ40,41から出力された誘導起電力V(r)1,V(r)2を,高周波電力の基本波,高調波などの各周波数成分に分解するので,コンピュータ51において,各周波数成分毎に高周波電流量Az1,Az2と損出高周波電流量Arを算出できる。このため,基板Wの処理状態や処理容器2内のコンディションをより詳細に把握できる。
In the
上記実施の形態において,算出された特定の周波数成分である基本波や高調波の高周波電流量Arに基づいて,下部電極12側の回路における基本波や高調波に対するインピーダンスを制御してもよい。この場合,例えばインピーダンス調整部30は,図6に示すように可変素子としての可変コンデンサ75,固定コイル76などから構成され,可変コンデンサ75の容量を変更することによって,下部電極12側の回路全体の基本波や高調波に対するインピーダンスを変更できる。そして,制御部60は,算出された基本波や高調波の高周波電流量Az,Arに基づいて,インピーダンス調整部30を制御し,下部電極12側の回路の基本波や高調波に対するインピーダンスを制御する。こうすることにより,プラズマ内の基本波や高調波の高周波電流量Az,Arを調整し,プラズマ状態や基板Wの処理状態,又は処理容器2内のコンディションをより適正なものに調整できる。
In the above-described embodiment, the impedance to the fundamental wave and harmonics in the circuit on the
以上の実施の形態では,プローブ40,41が処理容器2の側壁部2aに取り付けられていたが,プローブ40,41は,図7に示すように側壁部2a内に埋め込まれていてもよい。この場合,例えば側壁部2a内に上下2つの空間80,81が形成され,その空間80,81内にプローブ40,41がそれぞれ設置される。こうすることにより,処理容器2内の処理空間Kにプローブ40,41が突出しないので,処理空間Kのプラズマがプローブ40,41により影響を受けることがない。また,側壁部2aによりプローブ40,41が保護されるので,プラズマによるプローブ40,41の腐食も防止できる。なお,この場合,上述の図5に示したようにプローブ40,41により検出される電流量が減少することも考えられるので,この場合例えば予めその減少量を考慮に入れて,高周波電流量Azを評価するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
また,上記例において,フォーカスリング13の材質が誘電体の場合,下部プローブ40が,図8に示すように基板Wの周囲にあるフォーカスリング13の内部に埋め込まれていてもよい。かかる場合,例えばフォーカスリング13内に空間90が形成され,その空間90内に下部プローブ40が設置される。この場合も,処理容器2内の処理空間Kに下部プローブ40が突出することがないので,処理空間Kのプラズマが下部プローブ40により影響を受けることがない。また,フォーカスリング13により下部プローブ40が保護されるので,プラズマによる下部プローブ40の腐食も防止できる。さらに,下部プローブ40の位置が基板Wの表面に近いので,エッチングプロセスに最も影響を与える基板Wの直上に流出する高周波電流量Az1を正確に検出できる。
In the above example, when the material of the
なお,プローブ40,41は,側壁部2aやフォーカスリング13に限られず,処理容器2内を見るための窓部(図示せず)や上部電極20などのプラズマ領域Pに面する他の誘電体の部材に埋め込まれていてもよい。
The
以上の実施の形態では,プローブ40,41が側壁部2aに固定されていたが,プローブ40,41が上下方向に移動できるようにしてもよい。この場合,例えば図9に示すように処理容器2の側壁部2aに,上下方向に延びるレール100が設けられ,このレール100に,上下に移動する2つのスライダ101,102が設けられてもよい。そしてその下方のスライダ101に,下部プローブ40及びそのカバー42が取り付けられ,上方のスライダ102に,上部プローブ41及びそのカバー43がそれぞれ取り付けられてもよい。高周波電流量Az1,Az2,Arを検出する際には,下部プローブ40又は上部プローブ41のいずれか,或いは下部プローブ40と上部プローブ41の両方を上下動させ,上下方向の任意の位置で磁界の時間変化量を検出し,各位置の高周波電流量Az1,Az2と,その損出高周波電流量Arを算出する。こうすることにより,例えば側壁部2a面内において損出高周波電流量Arの多い位置或いは少ない位置を特定できる。この結果,例えば処理容器2内のコンディションの変動の原因となる側壁部2aの亀裂や保護膜の剥離などの位置を特定できる。また,プラズマ領域P内の高周波電流Izの流れをより詳細に把握でき,基板Wの処理状態や処理容器2内のコンディションを正確に知ることができる。
In the above embodiment, the
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において,各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えばプローブ40,41のコイル40a,41aの巻き数は,二巻に限られず,一巻或いは三巻以上であってもよい。またコイル40a,41aの形状も円形でなく,方形であってもよい。また,以上の実施の形態では,下部電極12に高周波電力が供給されていたが,上部電極20に高周波電力を供給してもよい。また下部電極12と上部電極20の両方に高周波電力を供給してもよい。また,プローブの数も2つに限られず,3つ以上の複数箇所に設けられてもよい。以上の実施の形態では,本発明をプラズマエッチング装置1に適用していたが,本発明は,エッチング処理以外の基板処理,例えば成膜処理を行うプラズマ処理装置にも適用できる。また,本発明のプラズマ処理装置で処理される基板は,半導体ウェハ,有機EL基板,FPD(フラットパネルディスプレイ)用の基板等のいずれのものであってもよい。
The preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such an example. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the spirit described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs. For example, the number of turns of the
本発明によれば,基板のプラズマ処理装置において,プラズマ内を流れる高周波電流量を正確に検出し,またプラズマ内の高周波電流の流れを把握する際に有用である。 The present invention is useful for accurately detecting the amount of high-frequency current flowing in the plasma and grasping the flow of high-frequency current in the plasma in the substrate plasma processing apparatus.
1 プラズマエッチング装置
2 処理容器
12 下部電極
20 上部電極
40 下部プローブ
41 上部プローブ
51 コンピュータ
60 制御部
P プラズマ領域
K 処理空間
W 基板
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記処理容器内に設置され,前記処理容器の上下方向の中心軸に対し周方向に向かう磁界の時間変化量を検出するプローブと,
前記プローブによる前記磁界の時間変化量の検出結果に基づいて,前記高周波電力の供給によりプラズマ内を軸方向に流れる高周波電流量を算出する算出部と,を有し,
前記プローブは,前記処理容器内の上下方向の複数個所に設けられていることを特徴とする,プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus having a high-frequency electrode facing vertically in a processing vessel, supplying high-frequency power to at least one of the high-frequency electrodes, generating plasma in the processing vessel, and processing a substrate. And
A probe that is installed in the processing container and detects the amount of time change of the magnetic field in the circumferential direction with respect to the central axis in the vertical direction of the processing container;
A calculation unit that calculates the amount of high-frequency current flowing in the axial direction in the plasma by the supply of the high-frequency power based on the detection result of the time change amount of the magnetic field by the probe;
The plasma processing apparatus, wherein the probe is provided at a plurality of locations in the vertical direction in the processing container.
前記算出部は,前記誘導起電力から前記高周波電流量を算出することを特徴とする,請求項2に記載のプラズマ処理装置。 The probe detects an induced electromotive force generated in the coil as a time change amount of the magnetic field,
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the calculation unit calculates the high-frequency current amount from the induced electromotive force.
前記算出部は,前記各周波数毎に,前記プローブ間の高周波電流量を算出することを特徴とする,請求項7又は8のいずれかに記載のプラズマ処理装置。 An analysis unit for decomposing the time variation of the magnetic field detected by each probe into frequency components included therein;
The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the calculation unit calculates a high-frequency current amount between the probes for each frequency.
前記処理容器内の上下方向の複数個所に設置されたプローブにより,前記処理容器の上下方向の中心軸に対し周方向に向かう磁界の時間変化量を検出する工程と,
各プローブの前記磁界の時間変化量の検出結果に基づいて,前記高周波電力の供給によりプラズマ内を軸方向に流れる高周波電流量を算出する工程と,
一方の高周波電極側に近いプローブにより検出された高周波電流量から,他方の高周波電極側に近いプローブにより検出された高周波電流量を減算し,それらのプローブ間で増減した軸方向の高周波電流量から径方向に流れる高周波電流量を算出する工程と,を有することを特徴とする,プラズマ内の高周波電流量の測定方法。 In a plasma processing apparatus having a high-frequency electrode opposed vertically in a processing container, supplying high-frequency power to at least one of the high-frequency electrodes to generate plasma in the processing container, and processing a substrate, A method for measuring the amount of high-frequency current flowing in plasma,
Detecting a time change amount of a magnetic field in a circumferential direction with respect to a central axis in the vertical direction of the processing container by using probes installed at a plurality of vertical positions in the processing container;
Calculating the amount of high-frequency current flowing in the axial direction in the plasma by supplying the high-frequency power based on the detection result of the time change amount of the magnetic field of each probe;
The amount of high-frequency current detected by the probe close to the one high-frequency electrode is subtracted from the amount of high-frequency current detected by the probe close to the one high-frequency electrode, and the amount of axial high-frequency current increased or decreased between these probes is subtracted. And a step of calculating the amount of high-frequency current flowing in the radial direction.
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