JP2893391B2 - プラズマパラメータ測定装置 - Google Patents
プラズマパラメータ測定装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプロセスプラズマの
パラメータ測定及び監視を行うための装置に関するもの
である。
パラメータ測定及び監視を行うための装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程や、ＬＣＤ等の平面表示
板の製造工程には、エッチング、アッシング及び薄膜Ｃ
ＶＤ処理のためのプラズマプロセスが多く利用されてい
る。近年、半導体集積回路の高密度化と微細化にともな
い、プラズマプロセスの制御にも厳密さが要求されるた
め、そのプラズマパラメータ、例えば電子密度、シース
幅及び衝突周波数などの正確な測定が必要となってき
た。なお、ここにいうプラズマシースとは、生成された
プラズマに対向する物体（典型的には電極）に近接して
形成される本質的に単一極性の密集荷電粒子層のことで
ある。
板の製造工程には、エッチング、アッシング及び薄膜Ｃ
ＶＤ処理のためのプラズマプロセスが多く利用されてい
る。近年、半導体集積回路の高密度化と微細化にともな
い、プラズマプロセスの制御にも厳密さが要求されるた
め、そのプラズマパラメータ、例えば電子密度、シース
幅及び衝突周波数などの正確な測定が必要となってき
た。なお、ここにいうプラズマシースとは、生成された
プラズマに対向する物体（典型的には電極）に近接して
形成される本質的に単一極性の密集荷電粒子層のことで
ある。
【０００３】従来、上記プラズマパラメータの測定法と
しては、静電プローブ法やプラズマ発光分光法等が用い
られているが、これらの方法ではシース幅が測定できな
いという致命的な欠陥を有する。また、この欠点を解消
するものとして提案されている既知の変位電流測定法
は、プラズマが例えば電子密度において１０9(cm-3）以
上の高密度になると等価インピーダンスが低下し、変位
電流に振動が現れにくいため、プロセスプラズマのパラ
メータ測定には用いられないという、やはり致命的な欠
陥を有するものであった。
しては、静電プローブ法やプラズマ発光分光法等が用い
られているが、これらの方法ではシース幅が測定できな
いという致命的な欠陥を有する。また、この欠点を解消
するものとして提案されている既知の変位電流測定法
は、プラズマが例えば電子密度において１０9(cm-3）以
上の高密度になると等価インピーダンスが低下し、変位
電流に振動が現れにくいため、プロセスプラズマのパラ
メータ測定には用いられないという、やはり致命的な欠
陥を有するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
集積回路の高密度化と微細化に対応するためには、大口
径ウエーハの高速処理技術の確立が急務であり、必然的
に高密度プラズマの生成自体を可能とすると同時に、そ
のパラメータ測定を行うことができる測定技術を確立し
なければならない。
集積回路の高密度化と微細化に対応するためには、大口
径ウエーハの高速処理技術の確立が急務であり、必然的
に高密度プラズマの生成自体を可能とすると同時に、そ
のパラメータ測定を行うことができる測定技術を確立し
なければならない。
【０００５】本発明の課題は、高密度プラズマにおいて
もシース幅を含むプラズマパラメータを正確に測定する
装置を提供することである。
もシース幅を含むプラズマパラメータを正確に測定する
装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明はプロセスプラズマにおいて、基板バイアス
用又はプラズマ生成用としてのＤＣ又はＲＦ電力が印加
される被処理物載置用電極に、プラズマ生成用ＲＦ電源
電圧の振幅より小さい振幅及び同電源電圧の周期より短
い幅のパルス電圧を加えるためのパルス電源と、前記パ
ルス電圧を加えたことにより発生するプラズマチャンバ
内の変位電流における振動成分を検出するために、同チ
ャンバ内のプラズマ相に対して露出した検出電極を有す
る検出器、及び検出した振動成分を演算処理することに
より、プラズマの電子密度、前記被処理物及びその載置
用電極に接して形成されるシースの幅及び衝突周波数等
のプラズマパラメータを算出するための演算部を備えた
プラズマパラメータ測定装置を構成したものである。
め、本発明はプロセスプラズマにおいて、基板バイアス
用又はプラズマ生成用としてのＤＣ又はＲＦ電力が印加
される被処理物載置用電極に、プラズマ生成用ＲＦ電源
電圧の振幅より小さい振幅及び同電源電圧の周期より短
い幅のパルス電圧を加えるためのパルス電源と、前記パ
ルス電圧を加えたことにより発生するプラズマチャンバ
内の変位電流における振動成分を検出するために、同チ
ャンバ内のプラズマ相に対して露出した検出電極を有す
る検出器、及び検出した振動成分を演算処理することに
より、プラズマの電子密度、前記被処理物及びその載置
用電極に接して形成されるシースの幅及び衝突周波数等
のプラズマパラメータを算出するための演算部を備えた
プラズマパラメータ測定装置を構成したものである。
【０００７】上記の構成によれば、相対的に微小なパル
ス電圧は被処理物を載置する電極に印加されるため、こ
の電極及び被処理物に接して形成されるシースに直接作
用することになる。この場合、チャンバ内における前記
検出電極と被処理物載置用電極との間の等価電気回路
は、パルス電圧波形に対しては十分大きいインダクタン
ス及び直列抵抗に置き換えられるプラズマ相と、同じく
十分大きいキャパシタンスに置き換えられるプラズマシ
ースとの直列回路からなるため、この等価回路には微小
パルス電圧に基づく過渡現象として減衰振動型の変位電
流が流れる。一方、物理現象の見地から、等価回路素子
たるプラズマシースの状態は固定的でなく、微小パルス
による一撃で変化し、これが振動電流の形成・維持に寄
与することになる。まず微小パルスを加えることによ
り、シース幅も若干増加するがシース幅間の電圧が瞬間
的に大きくなる。シース電界はこのシース電圧上昇の影
響を強く受けて大きくなり、これが変位電流の増大をも
たらし、バルクプラズマ（プラズマ本体）内での電圧降
下を増加させる。この電圧降下の増加は逆にシース電界
の低下、従って変位電流の減少を来し、今度はバルクプ
ラズマ内での電圧降下を逆に小さくし、再びシース電界
を上昇させるという変位電流振動の１周期を終え、この
ような態様で減衰振動が起こるものと考えられる。
ス電圧は被処理物を載置する電極に印加されるため、こ
の電極及び被処理物に接して形成されるシースに直接作
用することになる。この場合、チャンバ内における前記
検出電極と被処理物載置用電極との間の等価電気回路
は、パルス電圧波形に対しては十分大きいインダクタン
ス及び直列抵抗に置き換えられるプラズマ相と、同じく
十分大きいキャパシタンスに置き換えられるプラズマシ
ースとの直列回路からなるため、この等価回路には微小
パルス電圧に基づく過渡現象として減衰振動型の変位電
流が流れる。一方、物理現象の見地から、等価回路素子
たるプラズマシースの状態は固定的でなく、微小パルス
による一撃で変化し、これが振動電流の形成・維持に寄
与することになる。まず微小パルスを加えることによ
り、シース幅も若干増加するがシース幅間の電圧が瞬間
的に大きくなる。シース電界はこのシース電圧上昇の影
響を強く受けて大きくなり、これが変位電流の増大をも
たらし、バルクプラズマ（プラズマ本体）内での電圧降
下を増加させる。この電圧降下の増加は逆にシース電界
の低下、従って変位電流の減少を来し、今度はバルクプ
ラズマ内での電圧降下を逆に小さくし、再びシース電界
を上昇させるという変位電流振動の１周期を終え、この
ような態様で減衰振動が起こるものと考えられる。
【０００８】プラズマパラメータは、変位電流の振動成
分解析より次のようにして求められる。まず、検出され
た変位電流の振動成分はコンピュータ解析によってフー
リエ成分スペクトルに分解される。検出値から計算され
た振動波形ｆ(t) の式は次の通りである。
分解析より次のようにして求められる。まず、検出され
た変位電流の振動成分はコンピュータ解析によってフー
リエ成分スペクトルに分解される。検出値から計算され
た振動波形ｆ(t) の式は次の通りである。
【０００９】
【数１】
【００１０】上式中で、振幅Ａn が最大となるフーリエ
成分の周波数ωr ＝ｎ* ωを抽出し、このωr からプラ
ズマの電子密度ｎe を次式より求める。なお、フーリエ
展開から、ωr を求める演算には市販の高速フーリエ変
換プログラムを用いることができる。 ｎe ＝ 3.13 ×10-10 ωr2Ｌ／ｄ (ｃｍ-3) ─ （２） ここに、ｄはシース幅、Ｌはプラズマ長であり、チャン
バ内において前記検出電極から被処理物載置用電極の直
前（シース中に入らない位置）に至るプラズマ相中の経
路長さである。未知数であるシース幅ｄは、 ｄ ＝√２・λd (eＶdc／ｋＴe ）1/2 ─ （３） 但し、λd はプラズマ中のデバイ長、Ｖdcは測定自己バ
イアス、ｋはボルツマン定数、そしてＴe は電子温度で
ある。上式（３）において、λd ＝｛（ε0 ｋＴe ）／
（ｎe ｅ2)｝1/2 、（ここに、ε0 は真空の誘電率（Ｆ
／ｍ）、ｅは電子の電荷量（Ｃ）である。）そして、ｋ
Ｔe ＝ｎe とおけば、 ｄ ＝1.05×103(e Ｖdc／ｎe ）1/2 ─ （４） 式（２）及び（４）は電子密度ｎe と、シース幅ｄを未
知数とする連立方程式である。また電子の衝突周波数
は、測定時刻ｔ1 及びｔ2 における振動電流の振幅をそ
れぞれＡ1 及びＡ2 として、 ν ＝｛１／（ｔ1 −ｔ2 ) ｝ loge ( Ａ1 ／Ａ2 ）─ （５） より求められる。
成分の周波数ωr ＝ｎ* ωを抽出し、このωr からプラ
ズマの電子密度ｎe を次式より求める。なお、フーリエ
展開から、ωr を求める演算には市販の高速フーリエ変
換プログラムを用いることができる。 ｎe ＝ 3.13 ×10-10 ωr2Ｌ／ｄ (ｃｍ-3) ─ （２） ここに、ｄはシース幅、Ｌはプラズマ長であり、チャン
バ内において前記検出電極から被処理物載置用電極の直
前（シース中に入らない位置）に至るプラズマ相中の経
路長さである。未知数であるシース幅ｄは、 ｄ ＝√２・λd (eＶdc／ｋＴe ）1/2 ─ （３） 但し、λd はプラズマ中のデバイ長、Ｖdcは測定自己バ
イアス、ｋはボルツマン定数、そしてＴe は電子温度で
ある。上式（３）において、λd ＝｛（ε0 ｋＴe ）／
（ｎe ｅ2)｝1/2 、（ここに、ε0 は真空の誘電率（Ｆ
／ｍ）、ｅは電子の電荷量（Ｃ）である。）そして、ｋ
Ｔe ＝ｎe とおけば、 ｄ ＝1.05×103(e Ｖdc／ｎe ）1/2 ─ （４） 式（２）及び（４）は電子密度ｎe と、シース幅ｄを未
知数とする連立方程式である。また電子の衝突周波数
は、測定時刻ｔ1 及びｔ2 における振動電流の振幅をそ
れぞれＡ1 及びＡ2 として、 ν ＝｛１／（ｔ1 −ｔ2 ) ｝ loge ( Ａ1 ／Ａ2 ）─ （５） より求められる。
【００１１】
【発明を実施する形態】以下、本発明の好ましい実施例
について、図を参照して説明する。
について、図を参照して説明する。
【００１２】
〔実施例１〕図１Ａは本発明の第１の実施例における装
置構成を示すもので、１は金属製のチャンバ主部、２は
チャンバ底部に設けられた同じく金属製の電極構体であ
り、被処理物（基板）３を載置するための支持電極部２
ａをチャンバ主部１における周壁の内側に段上げ・形成
したものである。電極構体２の周縁部チャンバ主部１の
周壁下端縁との間には、気密リング４ａ、４ｂを介して
絶縁物５が挿入され、チャンバ主部１の周壁には真空吸
引口６及び電極挿入口７が形成され、更に、チャンバ天
板にはプラズマ生成用ガスの供給口８が形成されてい
る。図示しないが、電極構体２の下側にはチャンバ主部
１に連なるチャンバ底部が存在する。支持電極部２ａに
は整合器９を介してパルス電圧重畳機能付ＲＦ電源１０
を接続し、本発明に従って支持電極部２ａに微小パルス
電圧を印加できるようになっている。電極挿入口７には
チャンバ主部１内のプラズマ相１１に接するように、変
位電流検出電極１２が接地され、この電極１２の引出線
は変位電流波形を観察するためのシンクロスコープ１３
及び変位電流の振動成分からプラズマパラメータを演算
するためのパーソナルコンピュータ１４に接続される。
パーソナルコンピュータ１４には更に、演算結果の推移
を監視するためのＴＶモニタ１５が接続される。パルス
電圧重畳機能付ＲＦ電源１０には接地電位線１６ととも
に前述した測定及び演算計をなすシンクロスコープ１
３、パーソナルコンピュータ１４及びモニタ１５に接続
される信号線が導出されている。
置構成を示すもので、１は金属製のチャンバ主部、２は
チャンバ底部に設けられた同じく金属製の電極構体であ
り、被処理物（基板）３を載置するための支持電極部２
ａをチャンバ主部１における周壁の内側に段上げ・形成
したものである。電極構体２の周縁部チャンバ主部１の
周壁下端縁との間には、気密リング４ａ、４ｂを介して
絶縁物５が挿入され、チャンバ主部１の周壁には真空吸
引口６及び電極挿入口７が形成され、更に、チャンバ天
板にはプラズマ生成用ガスの供給口８が形成されてい
る。図示しないが、電極構体２の下側にはチャンバ主部
１に連なるチャンバ底部が存在する。支持電極部２ａに
は整合器９を介してパルス電圧重畳機能付ＲＦ電源１０
を接続し、本発明に従って支持電極部２ａに微小パルス
電圧を印加できるようになっている。電極挿入口７には
チャンバ主部１内のプラズマ相１１に接するように、変
位電流検出電極１２が接地され、この電極１２の引出線
は変位電流波形を観察するためのシンクロスコープ１３
及び変位電流の振動成分からプラズマパラメータを演算
するためのパーソナルコンピュータ１４に接続される。
パーソナルコンピュータ１４には更に、演算結果の推移
を監視するためのＴＶモニタ１５が接続される。パルス
電圧重畳機能付ＲＦ電源１０には接地電位線１６ととも
に前述した測定及び演算計をなすシンクロスコープ１
３、パーソナルコンピュータ１４及びモニタ１５に接続
される信号線が導出されている。
【００１３】図１Ｂは上記のような構造の真空チャンバ
内において形成されるプラズマ系の等価回路を示す図で
ある。真空チャンバは接地接続されているため、アース
電極としてのチャンバ壁１ａとＲＦ電極としての支持電
極部２ａとの間において、プラズマ相１１は接地電極１
ａの直前からＲＦ電極２ａのやや手前にかけて形成さ
れ、等価的にＲＬ直列回路として表現される。そして、
ＲＦ電極とプラズマの下端との間には、主シース１７
（図１Ａ参照）が形成され、これは等価的にキャパシタ
ンスで表現される。プラズマ長はＬ、シース幅はｄ、プ
ラズマ電圧はＥp 、シース電圧はＥS 、合計電圧はＥRF
であり、変位電流検出電極１２は支持電極部２ａとの間
において、ＥRFを検出するものである。
内において形成されるプラズマ系の等価回路を示す図で
ある。真空チャンバは接地接続されているため、アース
電極としてのチャンバ壁１ａとＲＦ電極としての支持電
極部２ａとの間において、プラズマ相１１は接地電極１
ａの直前からＲＦ電極２ａのやや手前にかけて形成さ
れ、等価的にＲＬ直列回路として表現される。そして、
ＲＦ電極とプラズマの下端との間には、主シース１７
（図１Ａ参照）が形成され、これは等価的にキャパシタ
ンスで表現される。プラズマ長はＬ、シース幅はｄ、プ
ラズマ電圧はＥp 、シース電圧はＥS 、合計電圧はＥRF
であり、変位電流検出電極１２は支持電極部２ａとの間
において、ＥRFを検出するものである。
【００１４】上記実施例１は平行平板型のエッチング装
置であり、プラズマ生成電極が被処理物支持電極と一緒
になっている場合の適用例であるが、次に説明する実施
例２は一巻アンテナコイルを装着したベルジャにより誘
導結合型の高密度プラズマを生成する方式である。
置であり、プラズマ生成電極が被処理物支持電極と一緒
になっている場合の適用例であるが、次に説明する実施
例２は一巻アンテナコイルを装着したベルジャにより誘
導結合型の高密度プラズマを生成する方式である。
【００１５】〔実施例２〕図２に示す通り、実施例２の
装置において、図１の実施例１と相違する点は、石英ベ
ルジャ１８がチャンバ主部１上に載置され、これに装着
された一巻アンテナコイル１９には整合器２０を介して
プラズマ生成用ＲＦ電源２１が接続されるとともに、支
持電極部２ａがプラズマ主部１と電気的に接続されるチ
ャンバ底部２２から絶縁部２３を介して形成されたこと
であり、これ以外は実施例１と同様である。但し、支持
電極部２ａに整合器９を介して接続されたパルス電圧重
畳機能付ＲＦ電源１０はバイアス用ＲＦ電源であり、こ
の装置もまた被処理物たる基板表面のエッチングに用い
られる。この実施例２におけるチャンバ内の等価回路は
図１Ｂと同様である。
装置において、図１の実施例１と相違する点は、石英ベ
ルジャ１８がチャンバ主部１上に載置され、これに装着
された一巻アンテナコイル１９には整合器２０を介して
プラズマ生成用ＲＦ電源２１が接続されるとともに、支
持電極部２ａがプラズマ主部１と電気的に接続されるチ
ャンバ底部２２から絶縁部２３を介して形成されたこと
であり、これ以外は実施例１と同様である。但し、支持
電極部２ａに整合器９を介して接続されたパルス電圧重
畳機能付ＲＦ電源１０はバイアス用ＲＦ電源であり、こ
の装置もまた被処理物たる基板表面のエッチングに用い
られる。この実施例２におけるチャンバ内の等価回路は
図１Ｂと同様である。
【００１６】図３は実施例２の装置を駆動することによ
り得られた変位電流波形の計算値を示したものである。
まず、図３Ａは基板ＲＦバイアス電圧に何らの微小パル
ス電圧も重畳しない場合の変位電流波形であり、当然な
がら、振動波形は観測されない。なお、図３のグラフ中
に表示したη＝５０とは電子温度で規格化されたＲＦ電
圧の振幅、ηＢ＝５２．５とは電子温度で規格化された
自己バイアス電圧、Λ＝０．７５とは電子の容器往復回
数とＲＦ周波数の比、すなわち電子温度の逆数であり、
ρ＝１は電子の平均自由行程と容器寸法との比であって
圧力に比例したもの、Ω＝０．００７５とはプラズマ振
動数とＲＦ周波数の比、すなわち電子密度の逆数であ
る。
り得られた変位電流波形の計算値を示したものである。
まず、図３Ａは基板ＲＦバイアス電圧に何らの微小パル
ス電圧も重畳しない場合の変位電流波形であり、当然な
がら、振動波形は観測されない。なお、図３のグラフ中
に表示したη＝５０とは電子温度で規格化されたＲＦ電
圧の振幅、ηＢ＝５２．５とは電子温度で規格化された
自己バイアス電圧、Λ＝０．７５とは電子の容器往復回
数とＲＦ周波数の比、すなわち電子温度の逆数であり、
ρ＝１は電子の平均自由行程と容器寸法との比であって
圧力に比例したもの、Ω＝０．００７５とはプラズマ振
動数とＲＦ周波数の比、すなわち電子密度の逆数であ
る。
【００１７】これに関し、同一のＲＦバイアス電圧に同
一条件において微小パルスを重畳した場合の変位電流波
形は図３Ｂのようになり、これはパルスの重畳時点ｔp
において振動波形が発生していることがわかる。この振
動数が前述した通り、プラズマ振動数とシース幅に関係
することから、前式（２）〜（５）を用いてプラズマ密
度、シース幅及び衝突周波数等のプラズマパラメータを
決定できる。
一条件において微小パルスを重畳した場合の変位電流波
形は図３Ｂのようになり、これはパルスの重畳時点ｔp
において振動波形が発生していることがわかる。この振
動数が前述した通り、プラズマ振動数とシース幅に関係
することから、前式（２）〜（５）を用いてプラズマ密
度、シース幅及び衝突周波数等のプラズマパラメータを
決定できる。
【００１８】図４はこの場合に基板に印加したＲＦバイ
アス波形とそれに重畳される微小パルス電圧を示したも
のである。微小パルス電圧は元波形に対して振幅が1/2
0、パルス幅1/30の大きさであり、その位相は元波形と
同期してその負の半周期の後半に加えられたものであ
る。なお、実施例１においても同様な微小パルス電圧を
与えることにより、同様な変位電流の振動が生ずるもの
である。
アス波形とそれに重畳される微小パルス電圧を示したも
のである。微小パルス電圧は元波形に対して振幅が1/2
0、パルス幅1/30の大きさであり、その位相は元波形と
同期してその負の半周期の後半に加えられたものであ
る。なお、実施例１においても同様な微小パルス電圧を
与えることにより、同様な変位電流の振動が生ずるもの
である。
【００１９】前述した実施例１及び２において、ＲＦ基
板電圧への微小パルス重畳位相をＲＦ電源により種々調
整し、パルス重畳位相等の変位電流振動波形の振動数を
測定することにより、ＲＦ基板のためのバイアス周期内
でのエッチングプラズマパラメータの変化を測定し、種
々の制御に役立てることができる。
板電圧への微小パルス重畳位相をＲＦ電源により種々調
整し、パルス重畳位相等の変位電流振動波形の振動数を
測定することにより、ＲＦ基板のためのバイアス周期内
でのエッチングプラズマパラメータの変化を測定し、種
々の制御に役立てることができる。
【００２０】〔実施例３〕図５に示した実施例の装置構
成は、一見した構造が図１に示した実施例１と似ている
が、実施例１及び実施例２との根本的な違いは、支持電
極部２ａがターゲット２４を支持するものであり、処理
基板３はチャンバ主部１の天板面に固定され、支持電極
部２ａにＤＣ電圧を印加することによりプラズマを生成
する平行平板型プラズマスパッタ装置を構成したもので
ある。このように、ＤＣ電力によりプラズマ生成及びタ
ーゲットへのイオン引き込み電圧を与える方式におい
て、本発明に従って微小パルス電圧を重畳するために
は、その重畳パルスを生成するためのパルス電源２５の
出力電圧をプラズマ生成用ＤＣ電源２６とターゲット支
持電極２ａとの間にトランス結合により印加するように
なっている。このようにして重畳された微小パルス電圧
によりチャンバ内に変位電流の振動成分が発生し、これ
により前述した態様において同様にプラズマパラメータ
が演算される。この場合、主シースはターゲット２４前
面のシース１７ａであり、前述したシース幅と同様にそ
の幅が演算される。
成は、一見した構造が図１に示した実施例１と似ている
が、実施例１及び実施例２との根本的な違いは、支持電
極部２ａがターゲット２４を支持するものであり、処理
基板３はチャンバ主部１の天板面に固定され、支持電極
部２ａにＤＣ電圧を印加することによりプラズマを生成
する平行平板型プラズマスパッタ装置を構成したもので
ある。このように、ＤＣ電力によりプラズマ生成及びタ
ーゲットへのイオン引き込み電圧を与える方式におい
て、本発明に従って微小パルス電圧を重畳するために
は、その重畳パルスを生成するためのパルス電源２５の
出力電圧をプラズマ生成用ＤＣ電源２６とターゲット支
持電極２ａとの間にトランス結合により印加するように
なっている。このようにして重畳された微小パルス電圧
によりチャンバ内に変位電流の振動成分が発生し、これ
により前述した態様において同様にプラズマパラメータ
が演算される。この場合、主シースはターゲット２４前
面のシース１７ａであり、前述したシース幅と同様にそ
の幅が演算される。
【００２１】図６は上記のような実施例３の条件におい
て微小パルス電圧を重畳し、その場合に変位電流に現れ
た振動周波数と電子密度の関係を計算したものであり、
この関係から振動周波数を測定すれば、電子密度が求め
られることは明らかである。
て微小パルス電圧を重畳し、その場合に変位電流に現れ
た振動周波数と電子密度の関係を計算したものであり、
この関係から振動周波数を測定すれば、電子密度が求め
られることは明らかである。
【００２２】〔実施例４〕本発明のいま一つの実施例
は、図７に示す通りである。この実施例４においては、
実施例２の一巻アンテナコイル１９に代えて、マイクロ
波そのものを石英ベルジャ２７に供給するようにしたも
のであり、それ以外は図２と同様の構成である。この場
合、マイクロ波電力の周波数は２．４５GHz であり、バ
イアス用ＲＦ電源１０ａの周波数も実施例２と同様の
値、例えば１３．５６MHz にすることができる。
は、図７に示す通りである。この実施例４においては、
実施例２の一巻アンテナコイル１９に代えて、マイクロ
波そのものを石英ベルジャ２７に供給するようにしたも
のであり、それ以外は図２と同様の構成である。この場
合、マイクロ波電力の周波数は２．４５GHz であり、バ
イアス用ＲＦ電源１０ａの周波数も実施例２と同様の
値、例えば１３．５６MHz にすることができる。
【００２３】以上の実施例１、２及び４において、シリ
コン基板をプラズマエッチングする場合、プラズマパラ
メータの変化をエッチングの開始以後、追跡し、そのパ
ラメータの何れかがプラズマ生成による通常的な状態か
ら（勾配等の傾向が）急激に異なった場合、それは基板
表面のエッチングが完了したことを表わすものであり、
これによってエッチングの終点を特定することができ
る。
コン基板をプラズマエッチングする場合、プラズマパラ
メータの変化をエッチングの開始以後、追跡し、そのパ
ラメータの何れかがプラズマ生成による通常的な状態か
ら（勾配等の傾向が）急激に異なった場合、それは基板
表面のエッチングが完了したことを表わすものであり、
これによってエッチングの終点を特定することができ
る。
【００２４】〔実験例１〕図８Ａ、Ｂは本発明の実験例
を示すシンクロスコープ写真であり、これは図１に示し
た実施例１の装置においてアルゴン圧力６mTorr 、圧力
５０Ｗの条件で得られたものであり、その変位電流に比
較的大きな振幅の振動が見られる。これに対し、図８Ｂ
は同様の装置においてアルゴン圧力８mTorr とした場合
の振動波形であり、圧力の増加、したがってプラズマ密
度の増加により振動周波数は大きくなるが、その振幅が
小さくなっているのがわかる。図９はこれらの関係を系
統的に示したものであり、上述のように、圧力の増加と
ともにプラズマ密度は増加するが、振動の振幅が大きく
減少していくのがわかる。
を示すシンクロスコープ写真であり、これは図１に示し
た実施例１の装置においてアルゴン圧力６mTorr 、圧力
５０Ｗの条件で得られたものであり、その変位電流に比
較的大きな振幅の振動が見られる。これに対し、図８Ｂ
は同様の装置においてアルゴン圧力８mTorr とした場合
の振動波形であり、圧力の増加、したがってプラズマ密
度の増加により振動周波数は大きくなるが、その振幅が
小さくなっているのがわかる。図９はこれらの関係を系
統的に示したものであり、上述のように、圧力の増加と
ともにプラズマ密度は増加するが、振動の振幅が大きく
減少していくのがわかる。
【００２５】〔実験例２〕図１０は更に別の実験例の結
果を示したものである。これは図２に示した実施例２の
装置による実験結果であり、石英ベルジャを介して投入
されたＲＦ電力により誘導結合プラズマを生成する場合
において、この投入電力を変えたときの変位電流振動成
分の変化をプラズマ密度（電子密度ｎe ）を横軸として
示したものである。実線で示す曲線は基板バイアス用電
源（１３．５６MHz ）に微小パルス電圧を重畳する代わ
りに、基板バイアス用ＲＦ電源電圧をその周期の数倍以
上の周期で断続的に印加するように時間変調し、そのバ
イアス印加期間の開始時におけるバイアスＲＦの瞬時立
上がり部において微小パルス印加を模擬し、同等以上の
効果を得たものである。この場合、断続周波数は１MHz
（したがって、断続周期はＲＦ周期の１３．５６倍）で
あり、ＲＦ電圧印加期間のデューティファクタを２０％
とし、シンクロスコープにより１MHz で繰返す振動とし
て測定したものである。これは破線で示した時間変調な
しの場合に（微小パルスは与えてないが、ＲＦ電圧自体
が極微パルスを含む微小振動原因であると見て）拡大ス
ケールで測定したグラフに比して、振動成分の振幅が大
きく得られたことがわかる。
果を示したものである。これは図２に示した実施例２の
装置による実験結果であり、石英ベルジャを介して投入
されたＲＦ電力により誘導結合プラズマを生成する場合
において、この投入電力を変えたときの変位電流振動成
分の変化をプラズマ密度（電子密度ｎe ）を横軸として
示したものである。実線で示す曲線は基板バイアス用電
源（１３．５６MHz ）に微小パルス電圧を重畳する代わ
りに、基板バイアス用ＲＦ電源電圧をその周期の数倍以
上の周期で断続的に印加するように時間変調し、そのバ
イアス印加期間の開始時におけるバイアスＲＦの瞬時立
上がり部において微小パルス印加を模擬し、同等以上の
効果を得たものである。この場合、断続周波数は１MHz
（したがって、断続周期はＲＦ周期の１３．５６倍）で
あり、ＲＦ電圧印加期間のデューティファクタを２０％
とし、シンクロスコープにより１MHz で繰返す振動とし
て測定したものである。これは破線で示した時間変調な
しの場合に（微小パルスは与えてないが、ＲＦ電圧自体
が極微パルスを含む微小振動原因であると見て）拡大ス
ケールで測定したグラフに比して、振動成分の振幅が大
きく得られたことがわかる。
【００２６】以上の実施例において、本発明が適用され
るプロセスプラズマの電子密度は、少なくとも１０9(cm
-3）以上の場合であり、本発明は、このような高密度プ
ラズマにおけるプラズマパラメータの測定に適用される
ものである。
るプロセスプラズマの電子密度は、少なくとも１０9(cm
-3）以上の場合であり、本発明は、このような高密度プ
ラズマにおけるプラズマパラメータの測定に適用される
ものである。
【００２７】図１１は図５の実施例３以外の実施例装置
におけるパルス電圧重畳機能付ＲＦ電源として用いるに
適した回路構成を示すブロック線図である。上部ブロッ
ク列２８は本来のバイアス又はプラズマ発生用としての
ＲＦ電源回路であり、その下部に描かれたブロック列２
９はパルス重畳部であり、位相調整器３０、振幅調整器
３１及び半波チョッパ回路３２のシリーズからなってい
る。位相調整器３０はＲＦ電源部２８の発振部から発振
波形を得て微小パルス電圧の位相をこの波形上に設定す
る。振幅調整器３１はこのようにして位相調整された微
小パルス電圧の振幅を調整し、これを半波チョッパ回路
３２に送り、負の半サイクルをカットしてＲＦ電源部２
８の混合器に供給するものである。ＲＦ電源のその他の
機能は従来周知の構成であり、当業者によって種々に設
計されることが可能である。
におけるパルス電圧重畳機能付ＲＦ電源として用いるに
適した回路構成を示すブロック線図である。上部ブロッ
ク列２８は本来のバイアス又はプラズマ発生用としての
ＲＦ電源回路であり、その下部に描かれたブロック列２
９はパルス重畳部であり、位相調整器３０、振幅調整器
３１及び半波チョッパ回路３２のシリーズからなってい
る。位相調整器３０はＲＦ電源部２８の発振部から発振
波形を得て微小パルス電圧の位相をこの波形上に設定す
る。振幅調整器３１はこのようにして位相調整された微
小パルス電圧の振幅を調整し、これを半波チョッパ回路
３２に送り、負の半サイクルをカットしてＲＦ電源部２
８の混合器に供給するものである。ＲＦ電源のその他の
機能は従来周知の構成であり、当業者によって種々に設
計されることが可能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、以上述べた通り、高密度のプ
ロセスプラズマにおいて微小パルス電圧の重畳に基づい
た変位電流の振動発生という特徴的機能を付加したこと
により、簡便な測定及び演算装置により、プラズマパラ
メータを容易に算出する技術を提供するものである。
ロセスプラズマにおいて微小パルス電圧の重畳に基づい
た変位電流の振動発生という特徴的機能を付加したこと
により、簡便な測定及び演算装置により、プラズマパラ
メータを容易に算出する技術を提供するものである。
【図１】本発明の第１の実施例における回路構成（Ａ）
及びチャンバ内の等価回路（Ｂ）を示す図である。
及びチャンバ内の等価回路（Ｂ）を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す線図であ
る。
る。
【図３】本発明の第２の実施例における変位電流波形の
計算値を示すグラフであり、微小パルス電圧を重畳しな
い場合（Ａ）及び微小パルス電圧を重畳した場合（Ｂ）
の図である。
計算値を示すグラフであり、微小パルス電圧を重畳しな
い場合（Ａ）及び微小パルス電圧を重畳した場合（Ｂ）
の図である。
【図４】本発明の第２の実施例において基板に印加した
ＲＦバイアス波形及びこれに重畳された微小電圧パルス
を示す波形図である。
ＲＦバイアス波形及びこれに重畳された微小電圧パルス
を示す波形図である。
【図５】本発明の第３の実施例の装置構成を示す線図で
ある。
ある。
【図６】本発明の第３の実施例において微小パルス電圧
を重畳したとき、発生する変位電流の振動周波数と電子
密度の関係を計算してグラフ表示した図である。
を重畳したとき、発生する変位電流の振動周波数と電子
密度の関係を計算してグラフ表示した図である。
【図７】プラズマ生成のためにマイクロ波を送り込んだ
実施例を示す線図である。
実施例を示す線図である。
【図８】本発明の第１の実施例の装置により得られた変
位電流振動波形のシンクロスコープ写真であり、アルゴ
ン圧力６mTorr の場合（Ａ）及びアルゴン圧力８mTorr
の場合（Ｂ）に分けて示したものである。
位電流振動波形のシンクロスコープ写真であり、アルゴ
ン圧力６mTorr の場合（Ａ）及びアルゴン圧力８mTorr
の場合（Ｂ）に分けて示したものである。
【図９】図８のＡ及びＢの比較を含む圧力対プラズマ密
度（電子密度）及び圧力対振動電流の関係を示したもの
である。
度（電子密度）及び圧力対振動電流の関係を示したもの
である。
【図１０】本発明の第２の実施例の装置において、供給
圧力を加えた場合の変位電流の振動成分の変化をプラズ
マ密度に対して示すものであり、パルス重畳位相を時間
変調した場合及び時間変調しない場合について作図した
ものである。
圧力を加えた場合の変位電流の振動成分の変化をプラズ
マ密度に対して示すものであり、パルス重畳位相を時間
変調した場合及び時間変調しない場合について作図した
ものである。
【図１１】本発明の微小パルス電圧重畳機能付ＲＦ電源
の回路構成を示すブロック線図である。
の回路構成を示すブロック線図である。
１ チャンバ主部 ２ 電極構体 ２ａ 支持電極部 ３ 被処理物 ４ａ、４ｂ 気密リング ５ 絶縁物 ６ 真空吸引口 ７ 電極挿入口 ８ 供給口 ９、２０ 整合器 １０ 微小パルス電圧重畳機能付ＲＦ電源 １１ プラズマ相 １２ 変位電流検出電極 １３ シンクロスコープ １４ パーソナルコンピュータ １５ ＴＶモニタ １６ 接地電位線 １７ 主シース １８ 石英ベルジャ １９ 一巻きアンテナコイル ２１ プラズマ生成用ＲＦ電源 ２２ チャンバ底部 ２３ 絶縁部
Claims (7)
- 【請求項１】 プロセスプラズマにおいて、基板バイア
ス用又はプラズマ生成用としてのＤＣ又はＲＦ電力が印
加される被処理物載置用電極に、プラズマ生成用ＲＦ電
源電圧の振幅より小さい振幅及び同電源電圧の周期より
短い幅のパルス電圧を加えるためのパルス電源と、前記
パルス電圧を加えたことにより発生するプラズマチャン
バ内の変位電流における振動成分を検出するために、同
チャンバ内のプラズマ相に対して露出した検出電極を有
する検出器、及び検出した振動成分を演算処理すること
により、プラズマの電子密度、前記被処理物載置用電極
に接して形成されるシース幅及び衝突周波数等のプラズ
マパラメータを算出するための演算部を備えたことを特
徴とするプラズマパラメータ測定装置。 - 【請求項２】 前記パルス電圧は、前記プラズマ生成用
ＲＦ電源が発生する電源周波数周期の1/10〜1/3 のパル
ス幅を有するものであって、前記電源周波数周期と同期
的に加えられるものであることを特徴とする請求項１記
載のプラズマパラメータ測定装置。 - 【請求項３】 前記パルス電圧は、前記プラズマ生成用
ＲＦ電源が発生する電源周波数周期の1/10〜1/3 のパル
ス幅を有するものであって、その位相を前記電源周波数
周期に対して変化させ、前記プラズマパラメータを位相
ごとに測定するようにしたことを特徴とする請求項１又
は２に記載のプラズマパラメータ測定装置。 - 【請求項４】 前記パルス電圧は、基板バイアス用ＲＦ
電源電圧をその電源周期の数倍以上の周期で断続的に印
加することにより、そのバイアス印加期間の開始時にお
ける前記バイアス用ＲＦ電源電圧の瞬時値で近似的に発
生するものであることを特徴とする請求項１記載のプラ
ズマパラメータ測定装置。 - 【請求項５】 プラズマ電子密度が、１０9(cm-3) 以上
であるプロセスプラズマに適用されることを特徴とする
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマパラメー
タ測定装置。 - 【請求項６】 プロセスプラズマによりエッチング処理
を行う場合において、少なくとも一つのプラズマパラメ
ータの値を追跡し、そのパラメータの時間的変動の状態
が急激に変化した時をもって、被エッチング材料の種類
に応じたエッチング終点を決定することを特徴とする請
求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマパラメータ
測定装置を用いたエッチング終点検出方法。 - 【請求項７】 プロセスプラズマにおいて、プラズマ生
成用としてのＤＣ電力が印加されるターゲット載置用電
極に、前記ＤＣ電圧より小さい振幅及びプラズマ生成周
期に対して瞬間的な幅のパルス電圧を加えるためのパル
ス電源と、前記微小パルス電圧を加えたことにより発生
するプラズマチャンバ内の変位電流における振動成分を
検出するために、同チャンバ内のプラズマ相に対して露
出した検出電極を有する検出器、及び検出した振動成分
を演算処理することにより、プラズマの電子密度、前記
ターゲット載置用電極に接して形成されるシース幅及び
衝突周波数等のプラズマパラメータを算出するための演
算部を備えたことを特徴とするプラズマパラメータ測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8327963A JP2893391B2 (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | プラズマパラメータ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8327963A JP2893391B2 (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | プラズマパラメータ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10154600A JPH10154600A (ja) | 1998-06-09 |
| JP2893391B2 true JP2893391B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=18204970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8327963A Expired - Fee Related JP2893391B2 (ja) | 1996-11-21 | 1996-11-21 | プラズマパラメータ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2893391B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6356097B1 (en) * | 1997-06-20 | 2002-03-12 | Applied Materials, Inc. | Capacitive probe for in situ measurement of wafer DC bias voltage |
| US6265831B1 (en) * | 1999-03-31 | 2001-07-24 | Lam Research Corporation | Plasma processing method and apparatus with control of rf bias |
| JP5486383B2 (ja) * | 2010-04-13 | 2014-05-07 | 富士フイルム株式会社 | ドライエッチング方法及び装置 |
| JP7394711B2 (ja) * | 2020-06-23 | 2023-12-08 | 東京エレクトロン株式会社 | 測定器及びシースの厚さを求める方法 |
-
1996
- 1996-11-21 JP JP8327963A patent/JP2893391B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10154600A (ja) | 1998-06-09 |
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