JP3838481B2 - Plasma density information measurement method and apparatus, plasma density information measurement probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method and apparatus - Google Patents

Plasma density information measurement method and apparatus, plasma density information measurement probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP3838481B2
JP3838481B2 JP2000226867A JP2000226867A JP3838481B2 JP 3838481 B2 JP3838481 B2 JP 3838481B2 JP 2000226867 A JP2000226867 A JP 2000226867A JP 2000226867 A JP2000226867 A JP 2000226867A JP 3838481 B2 JP3838481 B2 JP 3838481B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
density information
plasma density
measuring
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2000226867A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002043093A (en
Inventor
秀郎 菅井
誠一 高須賀
直樹 豊田
正平 南光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nagoya University NUC
Nissin Dental Products Inc
Tokai National Higher Education and Research System NUC
Original Assignee
Nagoya University NUC
Nissin Dental Products Inc
Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nagoya University NUC, Nissin Dental Products Inc, Tokai National Higher Education and Research System NUC filed Critical Nagoya University NUC
Priority to JP2000226867A priority Critical patent/JP3838481B2/en
Publication of JP2002043093A publication Critical patent/JP2002043093A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3838481B2 publication Critical patent/JP3838481B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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におけるプラズマ密度情報測定方法及びその装置並びにプラズマ密度情報測定用プローブ、プラズマ発生方法及びその装置、プラズマ処理方法及びその装置に係り、特にプラズマ密度情報を簡単に測定して、プラズマ密度を適切かつ容易にコントロールするための技術に関する。
【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。例えば10MHz程度のRF帯の周波数から2.45GHzに代表されるマイクロ波帯の周波数の高周波電力によって生成された高周波プラズマを利用して、上記CVD処理やエッチング処理等が行われている。このようなプラズマ応用技術では、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、即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や、プラズマ吸収周波数や、プラズマ表面波共鳴周波数等がある。即ち、上記電子密度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することができる。
【0003】
従来、プラズマ中の電子密度を測定する方法として、ラングミュア (Langmuir) ・プローブ法や、マイクロ波干渉計測法の他、比較的最近開発された電子ビーム照射式のプラズマ振動プローブ法がある。
【0004】
ラングミュア・プローブ法は、プラズマ中に金属プローブを直に晒した状態で設置しておき、金属プローブへ直流バイアス電圧、又は、高周波電圧を重畳させた直流バイアス電圧を印加した時に金属プローブに流れる電流値に基づいて電子密度を求める方法である。
【0005】
マイクロ波干渉計測法は、プラズマを生成するプラズマ生成用のチャンバーの壁にプラズマを間にして向き合う窓を設けておき、一方の窓からマイクロ波(例えば単色のレーザ光)をプラズマに入射するとともにプラズマを通過して他方の窓から出射するマイクロ波を検出し、入射・出射マイクロ波間の位相差に基づいて電子密度を求める方法である。
【0006】
また、電子ビーム照射式プラズマ振動法は、熱フィラメントをチャンバーの内に設置しておき、熱フィラメントからプラズマに電子ビームを照射した時に生じるプラズマ振動の周波数に基づいて電子密度を求める方法である。
【0007】
上述の方法から電子密度を求めることによって、プラズマ密度情報を把握したうえで、上述のようなプラズマによるエッチング処理やCVD処理等が行われることになる。実際にプラズマによる上記処理を行う場合、プラズマ密度情報中の物理量を求めた後、プラズマ発生に係る物理量(以下、適宜「プラズマ発生物理量」と略記する)、例えばプラズマ生成用電力や、プラズマを生成するガスの圧力等を操作したり、またはプラズマ中の被処理物に対して供給される処理用電力や、処理用電圧等を操作したりすることによるフィードバック(feedback)制御によって、プラズマ密度情報中の物理量が制御されて、さらにはプラズマ密度が制御されてエッチング処理やCVD処理等が適切に行われることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のラングミュア・プローブ法を反応性プラズマに適用した場合には、測定を長時間にわたって続けられない(即ち寿命が短い)という問題がある。測定中の金属プローブ表面には短時間のうちに絶縁性皮膜からなる汚れが付着し、金属プローブに流れる電流値が変動して、正確な測定が直ぐにできなくなるからである。金属プローブ表面に付着した汚れを除くために、金属プローブに負のバイアス電圧を印加しイオンでスパッタ除去する方法や、金属プローブを赤熱させて汚れを蒸発除去する方法も試みられてはいるが、効果が薄くて問題の解決には至らない。
【0009】
また、マイクロ波干渉計測法の場合、大がかりで高価な装置や難しいマイクロ波伝送路の調整が必要な上、入射・出射マイクロ波間の位相差が僅かなことから、正確な測定が困難となる。それに、平均密度しか求められず空間分解能が全くないという欠点もある。
【0010】
さらに、電子ビーム照射式のプラズマ振動プローブ法の場合、熱フィラメントから蒸発するタングステンによるプラズマ雰囲気汚染の心配に加えて、熱フィラメントの断線による測定中断の心配という問題がある。特に酸素やフロン系ガスを用いるプラズマの場合には熱フィラメントが断線し易く、頻繁にフィラメント交換を行う必要があるので、実用向きとは言いがたい。
【0011】
そこで、本出願人は上記課題を解決するため、先に特願平11ー058635号及び特願平11ー058636号を出願している。この特願平11ー058635号及び特願平11ー058636号(以下、適宜『改良発明』と略記する)は、以下のような構成を採り、作用をもたらす。
【0012】
〔改良発明の原理〕
図7は改良発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブ(以下、適宜「測定プローブ」と略記する)の一例の構成を示す一部縦断面図である。
測定プローブ101は、図7に示すように、チャンバー102内に、測定プローブ101の先端を挿入した状態で設けられている。なお、チャンバー102は、プラズマ生成用電源によって生成された反応性プラズマ(以下、適宜「プラズマ」と略記する)PMを有する。
【0013】
測定プローブ101は、先端が閉じているとともに後端が大気(外気)に開いている。また、アンテナ103と同軸ケーブル104はアンテナ103が先となるようにして誘電体製のチューブ105の内に納められている。さらに、同軸ケーブル104をチューブ105の長手方向に対して引いたり押したりすることによって、測定プローブ101は、アンテナ103の根元からチューブ105の先端部までの長さLを簡単に変更することができる。
【0014】
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(以下、適宜「プラズマ測定用電源」と略記する)から入射されたプラズマ密度情報測定用電力(以下、適宜「プラズマ測定用電力」と略記する)は、測定プローブ101により伝送され、アンテナ103から放出されてプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて戻ってくる。図8は、それぞれの先端部長さLにおける、プラズマ測定用電力の反射率の対周波数変化(100kHz〜3GHz)を測定したものである。
【0015】
反射率が大きく下がるところは、プラズマ密度に起因してプラズマ測定用電力の強い吸収が起こる吸収ピーク(以下、適宜「吸収ポイント」と呼ぶ)である。図8の曲線Ra〜Rfには、プラズマ負荷側でのプラズマ測定用電力の強い吸収があることを示す吸収ポイントPa〜Pdが幾つか現れている。吸収ポイントPa〜Pdの位置の周波数が、プラズマ吸収周波数である。プラズマ吸収周波数は電子密度と一定の相関関係があるので、有用なプラズマ密度情報が得られる。特に、最も低い周波数の吸収ポイントPaだけは、図8に示すように、先端部長さLが変化しても同一周波数の位置に出現している。このように、先端部長さLに依存しないプラズマ吸収周波数は、プラズマ表面波共鳴周波数である。
【0016】
こうしてプラズマ表面波共鳴周波数が得られたら、プラズマPMの電子密度が簡単に導出されるので、生成プラズマPMの特性を把握し易い。
【0017】
上記の構成を備えることによって、アンテナ103および同軸ケーブル104とプラズマPMとの間にチューブ105が介在するので、アンテナ103や同軸ケーブル104からプラズマPM中へ異物などが侵入することがなく、プラズマの清浄性を確保することができる。また、チューブ105が介在することにより、プラズマPMによるアンテナ103や同軸ケーブル104の損傷を阻止する。また、測定中、チューブ105の表面に絶縁性皮膜からなる汚れが薄く付着しても、絶縁性皮膜が誘電体であるので、実質的に測定系が変化せず、絶縁性皮膜の汚れによる測定結果の変動は生じない。さらに、チューブ105が介在することにより、アンテナ103をプラズマに直接触れ難くして、直流の過電圧が加わったり、過電流が流れて装置が壊れるのを、未然に防止することができる。従って、上述のラングミュア・プローブ法と比較して、長期間にわたってプラズマ密度情報を測定することができる。
【0018】
また、プラズマPM中の電子密度は不均一なので、場所によって電子密度は変化する。従って、測定プローブ101をチャンバー102内に挿入した状態のまま移動させることによって、変化した電子密度を測定することができる。従って、マイクロ波干渉計測法と比較して、上記の密度の空間分解能が高くなる。
【0019】
さらに、チューブ105を介してプラズマ測定用電力をアンテナ103から供給して測り易い共鳴的なプラズマ測定用電力の吸収現象を捉える程度のことであるので、プラズマ密度情報が至極簡単に測定できる。さらに、熱フィラメントレス方式でないので、電子ビーム照射式プラズマ振動法のように、蒸発タングステンによる雰囲気汚染を心配する必要も、熱フィラメント交換を行う必要もない。
【0020】
〔本発明が解決しようとする改良発明の課題〕
しかしながら、上述の改良発明でも、以下の様な問題点がある。
即ち、プラズマ測定用電源の周波数が5GHz以上になると測定が困難になる点である。
【0021】
通常、電子密度は108 〜1012cm-3の範囲で、プラズマ密度情報の測定を行う。また、上述したようにプラズマ吸収周波数、特にプラズマ表面波共鳴周波数と電子密度とは一定の相関関係にあり、電子密度はプラズマ表面波共鳴周波数の2乗に比例する。従って、電子密度が低密度の108 cm-3から109 cm-3までの範囲では、プラズマ表面波共鳴周波数は数十MHzから数百MHz程度のオーダであるが、電子密度が中密度の1010cm-3から1011cm-3までの範囲では、プラズマ表面波共鳴周波数は1GHzから2GHz程度になる。さらに、電子密度が高密度の1012cm-3の状態では、プラズマ表面波共鳴周波数は5GHzを超えるようになる。
【0022】
通常のプラズマ測定用電源は5GHz以下の周波数なので、電子密度が高密度の場合においてプラズマ密度情報の測定が困難になる。また、プラズマ表面波共鳴周波数以外のプラズマ吸収周波数は、プラズマ表面波共鳴周波数よりも高い周波数なので、プラズマ表面波共鳴周波数以外のプラズマ吸収周波数から電子密度を導出しようとしても、プラズマ密度情報の測定がより困難になる。従って、5GHz以上のプラズマ表面波共鳴周波数を測定しようとすると、周波数が5GHz以上である高周波電源を特別に使用しなければならず、測定装置が複雑になり装置本体が高価になってしまう。
【0023】
以上の理由から、たとえ電子密度が高密度でも周波数が10MHzから500MHzまでの領域で読み取れるようなプラズマ密度情報を測定することが望まれる。そこで、本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであって、周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で読み取れるようなプラズマ密度情報を測定することができるプラズマ密度情報測定方法及びその装置並びにプラズマ密度情報測定用プローブ、プラズマ発生方法及びその装置、プラズマ処理方法及びその装置を提供することを課題とする。なお、本明細書中では500MHz以下の周波数領域を低周波と定義付け、500MHzを超える周波数領域を高周波と定義付けて、以下の説明を行う。
【0024】
【課題を解決するための手段】
図9に示すような測定プローブ51を具備すると、従来の高周波領域で現れていた吸収ポイントとは別の吸収ポイントが低周波領域で現れて、かつその低周波領域での周波数が高周波領域での周波数の1/10から1/100程度であるという現象が知られている。この測定プローブ51は、図9に示すように、電力を放射する金属製のアンテナ52と、プラズマ測定用電力を伝送するための同軸ケーブル53とが接続されている。なお、改良発明のように誘電体製のチューブ内に上記アンテナ52を収容しておらず、アンテナ52は剥き出しのままである。
【0025】
上述の現象が起こる原因については、これまで解明されていなかった。そこで、本発明者はこの現象について着眼して、この現象が起こる原因について解明することによって、上記課題を解決するに至った。
【0026】
測定プローブ51をプラズマPM中に挿入させると、アンテナ52の周りに『シース(Sheath)』と呼ばれる層が発生する。このときアンテナ52に加えるプラズマ測定用電力の周波数を変えると、通常の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ことになる。
【0027】
一方、改良発明の場合、測定プローブ101内のアンテナ103はプラズマに直接触れることなく、誘電体製のチューブ105を介して、プラズマと接する。この測定プローブ101のような形状を有するプローブでは、シースよりもプラズマと結合しやすく、チューブ105の表面にプラズマ表面波が励起される。その結果、高周波領域で吸収が起こることになる。
【0028】
このようにプローブの形状により、一方でシースと結合しやすいプローブであったり、他方でプラズマと結合しやすいプローブであったりする。また今回、プラズマとシースとの両方と結合するプローブを発明するに至らなかったが、理論的には可能である。
【0029】
以上の理由から、本発明者は測定プローブの形状を変えることによって、周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で読み取れるようなプラズマ密度情報を測定することに想到した。
【0030】
以上のような知見に基づいて創作された本発明は、以下のような構成を取る。
即ち、請求項1に記載の発明に係るプラズマ密度情報測定方法は、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、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、そのプラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されたプラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマに供給するとともに、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、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プラズマ密度情報測定過程を備えることを特徴とする。
【0031】
請求項2に記載の発明に係るプラズマ密度情報測定装置は、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、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と、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報測定手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記プラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されていることを特徴とする。
【0032】
請求項3に記載の発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブは、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の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブであって、前記プラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されていることを特徴とする。
【0033】
請求項4に記載の発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブは、請求項3に記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、前記アンテナが平板状の金属板であることを特徴とする。
【0034】
請求項5に記載の発明に係るプラズマ発生方法は、プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度を制御するプラズマ発生方法であって、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からプラズマ密度情報測定用電力そのプラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されたプラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマに供給するとともに、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、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プラズマ密度情報測定過程と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作過程とを備えることを特徴とする。
【0035】
請求項6に記載の発明に係るプラズマ発生装置は、プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度を制御するプラズマ発生装置であって、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と、プラズマ生成用電源と、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報測定手段と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記プラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されていることを特徴とする。
【0036】
請求項7に記載の発明に係るプラズマ処理方法は、プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度が制御されたプラズマ中に被処理物を置いてプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、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からプラズマ密度情報測定用電力そのプラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されたプラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマに供給するとともに、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、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プラズマ密度情報測定過程と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作過程とを備えることを特徴とする。
【0037】
請求項8に記載の発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度が制御されたプラズマ中にプラズマ処理を行うための被処理物を置いて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のプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ生成用電源と、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報測定手段と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記プラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されていることを特徴とする。
【0038】
請求項9に記載の発明に係るプラズマ処理装置は、請求項8に記載のプラズマ処理装置において、前記操作手段は前記プラズマ生成用電源から供給されるプラズマ生成用電力を操作することを特徴とする。
【0039】
請求項10に記載の発明に係るプラズマ処理装置は、請求項8または請求項9に記載のプラズマ処理装置において、前記操作手段はプラズマ処理用電源から前記被処理物の周辺部に供給されるプラズマ処理用電力を操作することを特徴とする。
【0040】
【作用】
請求項1に記載の発明の作用について説明する。
プラズマ密度情報測定用電源(以下、適宜「プラズマ測定用電源」と略記する)から入射されたプラズマ密度情報測定用電力(以下、適宜「プラズマ測定用電力」と略記する)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、反射されて戻ってくる。そのプラズマ測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で、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測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でも、プラズマの特性を把握することになる。
【0041】
請求項2に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報導出手段によって、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でも、プラズマ測定用電源から入射されたプラズマ測定用電力の反射または吸収に基づくプラズマ密度情報が測定されて、プラズマの特性を把握することになる。
【0042】
請求項3に記載の発明によれば、プラズマ測定用電源から供給されたプラズマ測定用電力はプラズマ密度情報測定用プローブのケーブルを介してアンテナまで伝送されて、アンテナから放出されてプラズマ負荷に吸収されるか、反射されてケーブルを介して戻ってくる。
【0043】
また、誘電体物質によって直接に被覆されずに、収容されているようなプラズマ密度情報測定用プローブの場合は、前記誘電体物質を介して、プラズマと接するので、シースよりもプラズマと結合しやすく、前記誘電体物質の表面にプラズマ表面波が励起される。従って、上述のプラズマ密度情報測定用プローブの場合、高周波領域で吸収(または反射)が起こることになる。
【0044】
一方、本発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブの場合は、少なくともアンテナが誘電体物質によって直接に被覆されているので、アンテナの周りのシース部分にプラズマ表面波が励起することになる。従って、プラズマ密度によるプラズマ負荷の吸収(または反射)はシースと結合して、その結果、低周波領域で吸収(または反射)が起こることになる。
【0045】
また誘電体によって被覆することによって、測定中に絶縁性皮膜からなる汚れが薄く付着しても、絶縁性皮膜が誘電体であるので、実質的に測定系が変化せず、絶縁性皮膜の汚れによる測定結果の変動は生じない。また、誘電体によって被覆することによって、アンテナをプラズマに直接触れ難くして、直流の過電圧が加わったり、過電流が流れて装置が壊れるのを、未然に防止する。
【0046】
請求項4に記載の発明によれば、アンテナが平板状の金属板で形成されていることにより、プラズマ負荷によるプラズマ測定用電力の吸収がより大きくなる。従って、プラズマ密度情報が測定され易くなり、プラズマ密度情報がより容易に測定されることになる。
【0047】
請求項5に記載の発明によれば、プラズマ密度に起因したプラズマ測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で、プラズマ密度情報が測定される。測定されたプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生に係る物理量(以下、適宜「プラズマ発生物理量」と略記する)を操作することによりプラズマ密度が制御されて、さらにプラズマ密度が制御された状態でもってプラズマを発生させることになる。
【0048】
請求項6に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報導出手段によって、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で、プラズマ密度情報が測定される。そして操作手段によって、測定されたプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生物理量を操作する。さらにプラズマ発生物理量の操作によってプラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマを発生させることになる。
【0049】
請求項7に記載の発明によれば、プラズマ密度に起因したプラズマ測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で、プラズマ密度情報が測定される。測定されたプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生物理量を操作することによりプラズマ密度が制御されて、さらにプラズマ密度が制御された状態でもってプラズマ中の被処理物に対するプラズマ処理が適切に行われることになる。
【0050】
請求項8に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報導出手段によって、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で、プラズマ密度情報が測定される。そして操作手段によって、測定されたプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生物理量を操作する。さらにプラズマ発生物理量の操作によってプラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマ中の被処理物に対するプラズマ処理が適切に行われることになる。
【0051】
請求項9に記載の発明によれば、操作手段はプラズマ生成用電源から供給されるプラズマ生成用電力を操作することを特徴としているので、請求項9の装置の発明の場合には、プラズマ発生物理量はプラズマ生成用電力となる。従って、プラズマ生成用電力を操作することによって、プラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマ中の被処理物に対するプラズマ処理が適切に行われることになる。
【0052】
請求項10に記載の発明によれば、操作手段はプラズマ処理用電源から前記被処理物の周辺部に供給されるプラズマ処理用電力を操作することを特徴としている。従って、請求項10の装置の発明の場合には、操作手段によるプラズマ処理用電力の操作によって被処理物に対するプラズマ処理が適切に行われることになる。
【0053】
【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、実施例に係るプラズマ密度情報測定用プローブおよび測定装置の一例を装備したプラズマ処理装置のブロック図である。
【0054】
実施例に係るプラズマ処理装置は、図1に示すように、プラズマPMが生成される室内空間Sを有する直径数10cmのステンレス鋼製チャンバー1と、チャンバー1の内に配設されたプラズマ生成用の放電電極(放電アンテナ)2と、排気用パイプ3を介してチャンバー1の室内空間Sと連通している真空排気ポンプ4と、流量調節弁5が介設されたガス供給用パイプ6を介してチャンバー1の室内空間Sに連通しているガス源7とを備えている。そして、チャンバー1の壁部にはプラズマ密度情報中の物理量を、実施例ではプラズマ吸収周波数を測定するための測定プローブ8が先端部だけチャンバー1内に挿入された状態で取り付けられている。また、チャンバー1には、プラズマ処理を行うワーク(被処理物)WとワークWを載せるステージ(載置台)STとが設置されているとともに、前記ステージSTには処理用電極9が配設されている。その他、チャンバー1には、図示を省略するワークWの搬入・搬出機構なども配設されている。なお、測定プローブ8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。
【0055】
チャンバー1の室内空間Sは真空排気ポンプ4によって排気されて適当な室内圧力が保たれる。またガス源7からガスが適当な流量で供給される。供給ガスの種類としては、アルゴン、ヘリウム、チッ素、酸素ガス、フッ素系ガス、塩素系ガス等が例示される。
【0056】
また、チャンバー1の外にはプラズマを生成するためのプラズマ生成用電力を供給するプラズマ生成用電源10と、放電電極2に供給されるプラズマ生成用電力を操作するための生成用電力操作部11とが設けられている。
【0057】
同様に、チャンバー1の外にはワークWのプラズマ処理を行うためのプラズマ処理用電力を供給するプラズマ処理用電源12と、処理用電極9に供給されるプラズマ処理用電力を操作するための処理用電力操作部13とが設けられている。
【0058】
さらに、チャンバー1の外にはプラズマ密度情報を測定するためのプラズマ測定用電力を供給する周波数掃引式のプラズマ測定用電源14と、測定プローブ8にプラズマ測定用電力を伝送する同軸ケーブル15と、測定プローブ8を制御するプローブ制御部16とが設けられているとともに、測定プローブ8とプローブ制御部16とは同軸ケーブル15を介して接続されている。また、プローブ制御部16は前記プラズマ測定用電源14や、後述するフィルタ、減衰器等を備えているとともに、測定プローブ8とプローブ制御部16とによって、プラズマ密度情報測定部17を構成している。
【0059】
なお、生成用電力操作部11と処理用電力操作部13とは、本発明における操作手段に相当して、プラズマ密度情報測定部17(即ち、測定プローブ8とプローブ制御部16と)は本発明におけるプラズマ密度情報測定手段に相当する。
【0060】
生成用電力操作部11は、プラズマ生成用電源10側・プラズマ側間のインピーダンス整合状態を調節するインピーダンス整合器11aと、チャンバー1に生成させるプラズマについての目標電子密度を設定するための電子密度設定部11bと、設定された目標電子密度と実測された実測電子密度との差に基づいてインピーダンス整合器11aを操作する整合器操作部11cとからなる。
【0061】
同様に処理用電力操作部13は、プラズマ処理用電源12側・プラズマ側間のインピーダンス整合状態を調節するインピーダンス整合器13aと、プラズマ処理を行うべく処理用電極9に最適なプラズマ処理用電力、即ち目標プラズマ処理用電力を設定するための電力設定部13bと、設定された目標プラズマ処理用電力と実測された実測プラズマ処理用電力との差に基づいてインピーダンス整合器13aを操作する整合器操作部13cと、電子密度とプラズマ処理用電力の相関関係を予め記憶して、その相関関係に基づいて実測電子密度から実測プラズマ処理用電力に変換させる電力変換部13dとからなる。
【0062】
インピーダンス整合器11aまたは13aとしては、プラズマ生成用電源10またはプラズマ処理用電源12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。上記これらの電源の周波数が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。
【0063】
実施例装置の場合、処理用電力操作部13は、プラズマを利用して気体原料を加熱分解させて生成物をワークW(基板)上に堆積させるプラズマCVD法の操作部として使用されている。即ち、処理用電極9が配設されているステージST上にワークWを載せて、チャンバー1の室内空間S内に挿入する。プラズマ処理用電源12からおよそ1kWのプラズマ処理用電力を処理用電極9に供給することによって、プラズマPM雰囲気中の電子やイオン等がワークW上に向かって吸引されて、さらにワークW上に堆積される。
【0064】
プラズマ処理用電源12の電圧またはプラズマ処理用電力等と、ワークW上に吸引されるプラズマ密度情報中の物理量が予め図示を省略する記憶部に記憶されている。例えば上記記憶部には、プラズマ処理用電力と電子密度との相関関係が予め記憶されており、それらの相関関係に基づいて測定によって求められた電子密度からプラズマ処理用電力等に変換させる。本実施例装置の場合には、処理用電力操作部13内に上記変換機能を備えたものとして電力変換部13dがある。そして、目標値と実測値が違う場合において、整合器操作部13cはインピーダンス整合器13aを操作して、インピーダンス整合器13aの操作によってプラズマ処理用電力等を操作する。さらにプラズマ処理用電力の操作によって、ワークW上に向かって吸引されるプラズマPM雰囲気中の電子やイオン等を制御して、ワークWのプラズマCVD処理を行う。
【0065】
なお、プラズマ処理用電源12が直流(DC)電源の場合には、ワークW上に堆積される生成物によって電荷がチャージアップして、ワークWそのものがコンデンサになる可能性があるので、プラズマ処理用電源12は直流(DC)電源よりも交流(AC)電源の方が好ましい。またプラズマ処理用電源12だけでなく、プラズマ生成用電源10等の周波数については、多くの実用ケースでは13.56MHzの周波数の電源を実際に用いている例もあり、特に限定されない。
【0066】
また、プラズマ処理方法は、上記プラズマCVD法以外にも、プラズマ密度情報を制御してプラズマ処理を行う方法ならば、エッチング処理や粒子ビーム源あるいは分析装置などに用いられるプラズマ処理等に例示されるように、特に限定されない。
【0067】
次に、プラズマ密度情報測定部17の具体的構成、即ち、測定プローブ8とプローブ制御部16との具体的構成についてそれぞれ説明する。先ず、測定プローブ8の具体的構成について説明する。
【0068】
測定プローブ8は、図2の(a)の一部縦断面図及び(b)の平面図に示すように、プラズマ測定用電源14から供給されたプラズマ測定用電力を伝送する同軸ケーブル15と、電力を放射するアンテナとして中心導体18と金属製の平板19とを備えているとともに、同軸ケーブル15は中心導体18の一端側に接続されており前記金属製の平板19は中心導体18の他端側に接続されている。また、前記中心導体18と平板19とは、図2の(a)に示すように誘電体製外皮20によって被覆されている。なお、中心導体18と平板19とは、本発明におけるアンテナに相当して、誘電体製外皮20は本発明における誘電体物質に相当する。
【0069】
また、同軸ケーブル15の波断図のうち、左斜線のハッチング部分は中心及び外部絶縁体(誘電体)の部分を示し、黒塗りの部分は中心及び外部導体を示している。なお、本実施例では、誘電体製外皮20は中心導体18と平板19とを被覆しているが、同軸ケーブル15をも被覆するように構成されていても構わない。
【0070】
また、中心導体18をわざわざ単独に形成して同軸ケーブル15に接続する必要はなく、同軸ケーブル15の先端部(プローブ制御部16の接続部とは逆の方向)に対して同軸ケーブル15の外部絶縁体、外部導体及び中心絶縁体に切り込みを入れて、前記中心導体を除くこれら外部絶縁体、外部導体及び中心絶縁体を除去することにより、同軸ケーブル15の中心導体は本実施例での中心導体18の機能を果たすことになる。従って、上述のような切り込みを同軸ケーブル15に施すことにより、中心導体18と同軸ケーブル15とを備えた測定プローブ8を容易に作成することができる。
【0071】
上記構成を有することにより、測定プローブ8は以下の作用・効果をもたらす。即ち、アンテナとして中心導体18に金属製の平板19を取り付けることによって、後述するプラズマ負荷によるプラズマ測定用電力の吸収が中心導体18のみのアンテナのときと比較して大きくなる。従って、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で吸収ポイントが中心導体18のみのときと比較してより容易に測定することができる。
【0072】
さらに、中心導体18と平板19とを誘電体製外皮20によって被覆することによって、測定中に絶縁性皮膜からなる汚れが薄く付着しても、絶縁性皮膜が誘電体であるので、実質的に測定系が変化せず、絶縁性皮膜の汚れによる測定結果の変動は生じないし、中心導体18と平板19とをプラズマに直接触れ難くして、直流の過電圧が加わったり、過電流が流れて装置が壊れるのを、未然に防止することができる。
【0073】
続いて、プローブ制御部16の具体的構成について説明する。プローブ制御部16は、上述した周波数掃引式のプラズマ測定用電源14と、方向性結合器21と、減衰器22と、フィルタ23と、プラズマ吸収周波数導出部24と、電子密度変換部25とを備えている。また、上述したように測定プローブ8には、同軸ケーブル15を介してプローブ制御部16が接続されている。詳述すると測定プローブ8には、図1に示すように、プローブ制御部16内のプラズマ測定用電源14の側から順に、方向性結合器21、減衰器22、及びフィルタ23が接続されている。
【0074】
プラズマ測定用電源14は10MHzから500MHzまでの周波数でプラズマ測定用電力を自動掃引しながら出力する。プラズマ測定用電源14から出力されたプラズマ測定用電力は、同軸ケーブル15中を伝送しながら方向性結合器21−減衰器22−フィルタ23へと経由して、測定プローブ8へ伝送される。なお、10MHzから500MHzまでの低周波領域で吸収ポイントが測定できれば、500MHz以上の高周波数領域まで掃引しても構わない。従って、プラズマ測定用電源14の周波数は、必ずしも10MHzから500MHzまでの低周波領域のみでなくてもよく、500MHz以上の高周波数領域をも出力するようなプラズマ測定用電源14であってもよい。
【0075】
一方、プラズマ測定用電力はアンテナである中心導体18と平板19とから放出されてプラズマ負荷に全て吸収されるとは限らず、プラズマ負荷に吸収されずに反射して戻ってくる分もある。プラズマ負荷に吸収されずに戻ってくるプラズマ測定用電力の反射量は、方向性結合器21で検出されて、プラズマ吸収周波数導出部24へ送り込まれる。プラズマ吸収周波数導出部24にはプラズマ測定用電源14から出力されるプラズマ測定用電力の周波数も逐次送り込まれる。
【0076】
なお、フィルタ23は中心導体18を経由してプローブ制御部16へ混入してくるプラズマ生成用のプラズマ測定用電力を除去する働きをする。また、減衰器22は測定プローブ8へ送り込むプラズマ測定用電力の量を調整する働きをする。
【0077】
プラズマ吸収周波数導出部24は、プラズマ測定用電力の周波数と、プラズマ測定用電力の検出反射量とに基づいて、プラズマ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、プラズマ密度に起因してプラズマ測定用電力の強い吸収が起こるプラズマ吸収周波数を導出する構成となっている。即ち、プラズマ吸収周波数導出部24では、〔プラズマ測定用電力の検出反射量〕÷〔プラズマ測定用電力の全出力量(実施例では一定量)〕なる演算が行われてプラズマ測定用電力の反射率が求められ、掃引する周波数と対応付けてプロットされることにより、プラズマ測定用電力の反射率の対周波数変化が求められる処理が行われる。反射率が大きく下がるところは、電子密度に起因してプラズマ測定用電力の強い吸収が起こる吸収ピーク、即ち吸収ポイントであり、吸収ポイントの周波数がプラズマ吸収周波数ということになる。さらにプラズマ吸収周波数導出部24では、吸収ポイントを自動検出して対応する周波数をプラズマ吸収周波数として認定導出する処理が行われる。
【0078】
また、ここではプラズマ測定用電力の反射率を、〔プラズマ測定用電力の検出反射量〕÷〔プラズマ測定用電力の全出力量〕としているが、同軸伝送線路等に起因する線路形状特有の吸収スペクトルが存在するので、〔プラズマ点灯時、即ちプラズマ生成時(プラズマ測定用電源10がオン(ON)時)のプラズマ測定用電力の検出反射量〕÷〔プラズマ非点灯時、即ちプラズマを生成してない時(プラズマ測定用電源10がオフ(OFF)時)のプラズマ測定用電力の検出反射量〕で、プラズマ測定用電力の反射率を導出する方が望ましい。また、上記『プラズマを生成してない時(以下、適宜「プラズマ非点灯時」とする)のプラズマ測定用電力の検出反射量』は、ネットワークアナライザの測定対象物、本実施例では減衰器22やフィルタ23等の測定に基づく校正(キャリブレーション)手段によって校正された検出反射量を示す。即ちプラズマ非点灯時において、測定プローブ8は理論上では全反射して戻ってくる。従って、反射率は100%である。しかし、上記測定対象物の影響で、実際には全反射して戻ってこない。測定対象物の影響による反射率を(100−α)%とすると、あたかも、α%の分だけ吸収が起こっているようにみえる。そこで、測定対象物の影響を考慮して、プラズマ非点灯時に反射率が(100−α)%でも、全反射である反射率100%に校正する手段が、頻繁に行われている。
【0079】
一方、プラズマ吸収周波数導出部24から導出されたプラズマ吸収周波数に基づいて、電子密度変換部25は電子密度に変換して導出する。導出された電子密度を生成用電力操作部11の整合器操作部11cと、処理用電力操作部13の電力変換部13dとにそれぞれ送出するように本実施例装置は構成されている。
【0080】
次に、吸収ポイントの測定例について説明する。図2の(a)及び(b)に示すように、本実施例では2cm×2cmの正方形で厚さ0.5mmのステンレス鋼製の平板19を中心導体18に接続して、平板19を被覆する誘電体製外皮20として、厚さ0.3mmのフッ素樹脂または雲母(マイカ〔Mica〕)を使用している。なお、平板19を使用する金属材料は、上記のステンレス鋼だけでなく、銅、アルミニウム等が例示されるように、特に限定されない。また、上記金属材料だけでなく、例えばカーボン等の金属以外の導電体材料でも構わない。また、上記平板19だけでなく、プラズマ測定用電力の吸収が大きくなって吸収ポイントを容易に読み取ることができるのならば、例えばリング状の金属片を中心導体18の他端側に接続させてもよく、形状については特に限定されない。一方、誘電体製外皮20を使用する材料は、上記のフッ素樹脂またはマイカだけでなく、石英、セラミックス、絶縁テープ(カプトン〔Kapton〕)等が例示されるように、特に限定されない。
【0081】
また、ガス源7から供給するガスとしてアルゴンガスを使用しており、アルゴンプラズマPM雰囲気中の下、プラズマ測定用電力の反射率を測定して吸収ポイントが起こるプラズマ吸収周波数を測定している。ガスの圧力は10mTorrから300mTorrまでの範囲で、本実施例では14mTorrとしている。また、プラズマ生成用電源10の周波数は13.56MHzで、プラズマ生成用電源10から30W、40W、50W、80W、150W、200Wのプラズマ生成用電力をチャンバー1の室内空間S内に供給したときのそれぞれのプラズマ測定用電力の反射率の対周波数変化を観測している。その実験結果は、図3(誘電体製外皮20はフッ素樹脂を使用)に示す通りである。
【0082】
電子密度に起因した吸収ポイントは、図3の実験結果に示すように、現段階では少なくとも3つのスペクトルとして観測される。本明細書ではこの3つの各プラズマ吸収周波数を、周波数の高い順に、第1吸収周波数f1、第2吸収周波数f2、及び第3吸収周波数f3とそれぞれ定義付ける。
【0083】
プラズマ生成用電力が変化すると、図3の実験結果に示すように、上記各プラズマ吸収周波数もシフトするのがわかる。また、プラズマ生成用電力が変化すると、プラズマPM中の電子密度が変化することから、プラズマPM中の電子密度が変化すると、上記各プラズマ吸収周波数もシフトすることが、図3の実験結果からわかる。
【0084】
続いて、電子密度の導出方法について図4及び図5を参照しながら説明する。図4はプラズマ吸収周波数の対電子密度変化であり、図5は電子密度を導出するための実験装置に関するブロック図である。上述したように、プラズマ吸収周波数導出部24で導出されたそれぞれのプラズマ吸収周波数、第1吸収周波数f1、第2吸収周波数f2、及び第3吸収周波数f3は、プラズマ密度、特に電子密度と一定の相関関係がある有用なプラズマ密度情報である。
【0085】
これらの低周波領域で起こるプラズマ吸収周波数と電子密度との関係式については、理論的にはまだ説明されていないが、図4に示すような実測値を予め実験から求める。即ち、低周波領域でのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化を求める。
【0086】
しかしながら、図4に示すような低周波領域でのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化を実際に求めるのには、以下の問題点がある。即ち、測定プローブ8が、図2に示すような構成を有している場合には、上述したようにシース部分と強く結合して吸収が起こるので、低周波領域での吸収ポイントを容易に観測することができる。しかし、プラズマ部分との結合が弱く、高周波領域での吸収ポイントは判定しにくい。逆に、改良発明のような形状の測定プローブの場合には、上述したようにプラズマ部分と強く結合して吸収が起こるので、高周波領域での吸収ポイントを容易に観測することができるが、シース部分との結合が弱く、低周波領域での吸収ポイントは判定しにくい。従って、プラズマとシースとの両方と強く結合するプローブ、即ち低周波領域と高周波領域との両方の領域での吸収ポイントを容易に測定できるようなプローブは、現段階では発明するに至っていないので、1つのプローブだけでは低周波領域でのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化を求めることは困難である。
【0087】
そこで、図5に示すような実験装置によって低周波領域でのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化を求めることができる。即ち、図2に示すような構成を有している測定プローブ8、即ち低周波領域専用の測定プローブ8と、改良発明のような形状を有する測定プローブ8a、即ち高周波領域専用の測定プローブ8aとを、チャンバー1内に挿入する。つまり、図5に示すように、それぞれの両測定プローブ8、8aが互いに近傍かつ放電電極2と平行の面方向(図5のr方向)に対して同じ面内に位置するようにチャンバー1内に挿入する。両測定プローブ8、8aをチャンバー1内に挿入した状態のまま同時に移動させながら、または両測定プローブ8、8aを固定したままプラズマ生成用電力を変化させながら、電子密度と低周波領域の吸収ポイント及び高周波領域の吸収ポイントとをプロットする。なお、本明細書中では、r方向については円筒座標系の面方向を示し、後述するz方向については円筒座標系の縦方向を示すものとする。
【0088】
このとき、図5に示すような方向でチャンバー1の室内空間S内に測定プローブ8を挿入する場合には、図2の(a)に示すような方向で行う。上述したように、プラズマPM中の電子密度は場所によって不均一である。しかし、面方向(r方向)に対して同じ面内ならば、電子密度はほぼ同じである。また平板19の厚さは0.5mmなので、縦方向(図5のz方向)による電子密度の変化は無視できる。逆に、図2の(b)に示すような方向で、チャンバー1の室内空間S内に測定プローブ8を挿入すると、縦方向(z方向)は平板19の対角の長さ2×√2cmとなるので、縦方向(z方向)による電子密度の変化は無視できない。従って、図2の(b)に示すような方向で挿入すると測定が正しく行われなくなる。
【0089】
また、両測定プローブ8、8aは近傍かつ面方向(r方向)に対して同じ面内に位置するように配設されているので、ほぼ電子密度が同じとみなすことができる。先に測定プローブ8aの吸収ポイントを測定することによって高周波領域でのプラズマ吸収周波数を測定して、さらにそのときの電子密度を導出する。ほぼ同じ電子密度とみなされる位置で測定プローブ8の吸収ポイントを測定することによって低周波領域でのプラズマ吸収周波数、即ち電子密度に起因したプラズマ吸収周波数(第1吸収周波数f1、第2吸収周波数f2、及び第3吸収周波数f3)を測定して、電子密度と対応付けて上記プラズマ吸収周波数をプロットする。
【0090】
同様に、両測定プローブ8、8aを同じ面内で移動させるか、または両測定プローブ8、8aを固定したままプラズマ生成用電力を変化させる等の方法で、違う電子密度の下で測定を行う。電子密度と対応付けて上記プラズマ吸収周波数をプロットしていくと、図4に示すようなプラズマ吸収周波数の対電子密度変化を求めることができる。
【0091】
図4は、誘電体製外皮20としてフッ素樹脂(比誘電率εは約2.1)及びマイカ(比誘電率εは約5.0)を使用したときのそれぞれのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化である。図4中の黒丸のプロットはフッ素樹脂を使用したときのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化であり、図4中の黒の方形はマイカを使用したときのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化である。
【0092】
本実施例装置では、図4に示すようなプラズマ吸収周波数の対電子密度変化のデータを予め記憶して、プラズマ吸収周波数導出部24より導出された吸収ポイントに基づいて、プラズマ吸収周波数から電子密度に変換させる電子密度変換部25を備えるように構築されている。さらに、前記変換部によって変換された各々の電子密度は各操作部にそれぞれ送出される。
【0093】
また、プラズマ吸収周波数(第1吸収周波数f1、第2吸収周波数f2、及び第3吸収周波数f3)全てについてプラズマ吸収周波数の対電子密度変化のデータを予め記憶する必要はなく、少なくとも1つのプラズマ吸収周波数についてプラズマ吸収周波数の対電子密度変化のデータを予め記憶するだけでよい。もちろん、電子密度をより正確に導出して、プラズマ密度情報をより精密に制御するために、プラズマ吸収周波数全てについて上記データを記憶してもよい。
【0094】
また将来、低周波領域で起こるプラズマ吸収周波数と電子密度との関係式について理論的に解明されて、かつ実測値でのプラズマ吸収周波数と電子密度とが理論値と一致したときには、プラズマ吸収周波数から電子密度に変換させる演算子を本実施例装置内に備える機構であってもよい。
【0095】
続いて、以上に説明した構成を有するプラズマ処理装置において、プラズマ処理制御の流れを、図6のフローチャートを参照して説明する。なお、図6のフローチャートは、プラズマ生成用電力のみの操作に関するものである。
【0096】
〔ステップS1〕プラズマ生成用電源10のスイッチをON状態にする。このとき、チャンバー1の室内空間Sを真空排気ポンプ4によって排気されているとともにガス源7から適当な流量のガスが室内空間Sに供給され、室内空間Sは適当な雰囲気に調整されている。
【0097】
〔ステップS2〕生成用電力操作部11内のインピーダンス整合器11aを適当な初期状態にセットする(例えばインピーダンス整合器11aのチューナーの位置をT0 に設定する)。
【0098】
〔ステップS3〕プラズマ生成用電源10からインピーダンス整合器11aを介して放電電極2へプラズマ生成用電力を適当な初期値(出力量P0 )に設定して、プラズマPMをチャンバー1の室内空間Sに生成させる。
【0099】
〔ステップS4〕プラズマ測定用電源14からのプラズマ測定用電力の吸収に基づいて、プラズマ吸収周波数導出部24はプラズマ吸収周波数を導出する。
【0100】
〔ステップS5〕導出されたプラズマ吸収周波数に基づいて、電子密度変換部25は電子密度に変換する。そして、変換された電子密度は、整合器操作部11cへ送られる。このステップS5までの手順が本発明におけるプラズマ密度情報測定過程に相当する。
【0101】
〔ステップS6〕整合器操作部11cは電子密度設定部11bから設定された目標電子密度n0 と、ステップS5で電子密度変換部25から変換された電子密度、即ち測定によって求められた実測電子密度nとの電子密度差Δn(=n0 −n)を導出する。
【0102】
〔ステップS7〕電子密度差Δnが一定値以上であるか否かを判定する。もし電子密度差Δnが一定値未満であれば、生成プラズマ密度に対応する電子密度は目標の電子密度になっているものと判断して制御処理を終了する。
【0103】
〔ステップS8〕電子密度差Δnが一定値以上である場合は、インピーダンス整合器11aの調整可能範囲を全てチェックしたか否かを判断する。
【0104】
〔ステップS9〕インピーダンス整合器11aの調整可能範囲を全てチェックしていない場合は、インピーダンス整合器11aを再調整した後(例えばチューナーの位置を別の位置に変化させた後)、ステップS4に戻る。
【0105】
〔ステップS10〕インピーダンス整合器11aの調整可能範囲を全てチェックしても、未だに電子密度差Δnが一定値以上である場合は、プラズマ生成用電源10からのプラズマ生成用電力の設定値を変えた後、ステップS4に戻る。ステップS6からこのステップS9、S10までの手順が本発明における操作過程に相当する。
【0106】
以上のように、本実施例ではプラズマ生成用電力の設定やインピーダンス整合器11aの調整が行われることによって、実測プラズマ密度(実測電子密度)が目標プラズマ密度(目標電子密度)に収束するように、プラズマ密度情報中の物理量が制御される。
【0107】
また、測定プローブ8(のアンテナである中心導体18と平板19と)は、誘電体製外皮20によって被覆されているので、シース部分と強く結合して吸収が起こり、プラズマ測定用電源14の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域で吸収ポイントが観測できる。従って、たとえ電子密度が1012cm-3の高密度でも吸収ポイントが上記低周波領域で容易に測定できるので、周波数が5GHz以上である高周波電源を特別に使用する必要はなく、測定装置が簡易になり装置本体の価格を低減させることができる。
【0108】
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。
【0109】
(1)上述した本実施例に係るプラズマ処理は、プラズマ生成用電力のみの操作によって行われるものであったが、プラズマ処理用電力の操作によって行われるものであってもよい。
【0110】
即ち、以下の手順でプラズマ処理が行われる。上述した本実施例に係るプラズマ処理と同様に、室内空間Sが適当な雰囲気に調整されると、処理用電力操作部13内のインピーダンス整合器13aを適当な初期状態にセットする(例えばインピーダンス整合器13aのチューナーの位置をT1 に設定する)。
【0111】
プラズマPMをチャンバー1の室内空間Sに生成させた後に、プラズマ処理に最適な目標プラズマ処理用電力P0 を電力設定部13bから設定する。そして、プラズマ処理用電源12からインピーダンス整合器13aを介して処理用電極9に前記目標プラズマ処理用電力P0 を供給する。
【0112】
プラズマ測定用電源14からのプラズマ測定用電力の吸収に基づいて、プラズマ吸収周波数導出部24はプラズマ吸収周波数を導出する。そして、導出されたプラズマ吸収周波数に基づいて、電子密度変換部25は電子密度に変換する。そして、変換された電子密度は、電力変換部13dへ送られる。
【0113】
変換されて電力変換部13dへ送られてきた電子密度、即ち実測電子密度nに基づいて、電力変換部13dは実測プラズマ処理用電力Pに変換する。そして、変換された実測プラズマ処理用電力Pは、整合器操作部13cへ送られる。上述した本実施例に係るプラズマ処理と同様に、整合器操作部13cは電力変換部13dから設定された目標プラズマ処理用電力P0 と、電力変換部13dから変換された実測プラズマ処理用電力Pとのプラズマ処理用電力差ΔP(=P0 −P)を導出する。
【0114】
上述した本実施例に係るプラズマ処理と同様に、プラズマ処理用電力差ΔPが一定値以上であるか否かを判定する。もしプラズマ処理用電力差ΔPが一定値未満であれば制御処理を終了して、プラズマ処理用電力差ΔPが一定値以上であればインピーダンス整合器13a等を再調整する。
【0115】
以上のように、本変形例ではインピーダンス整合器13aの調整が行われることによって、実測プラズマ処理用電力が目標プラズマ処理用電力に収束するように、プラズマ密度情報中の物理量が制御される。
【0116】
(2)上述した本実施例に係るプラズマ処理や上記変形例に係るプラズマ処理、即ちプラズマ生成用・処理用電力の操作によって行われるプラズマ処理以外にも、プラズマ発生物理量やプラズマ中の被処理物に対して供給する処理用電圧(本実施例ではプラズマ処理用電源12の電圧)や処理用電流を操作することによってプラズマ処理が行われるのならば、プラズマ処理方法については特に限定されない。例えば、本明細書中での「従来の技術」でも既に述べたように、有用なプラズマ発生物理量としてプラズマを生成するガスの圧力がある。従って、ガスの圧力を操作することによってプラズマ処理が行われるように、本発明に係るプラズマ処理装置が構成されていてもよい。即ち、電子密度変換部25から変換された電子密度から前記電子密度に対応するガスの圧力に変換させる図示を省略するガス圧変換部と、流量調節弁5を操作する図示を省略する流量操作部とを備えるように構成されていてもよい。
【0117】
上記構成を有する場合、電子密度変換部25から変換された電子密度に基づいて、ガス圧変換部はガスの実測圧力を求める。ガスの実測圧力は流量操作部に送出されて、流量操作部は流量調節弁5に対してフィードバック制御を行う。流量調節弁5から目標圧力に調節することによって、電子密度といったプラズマ密度情報も目標値に収束される。
【0118】
またプラズマ処理を行う前に、プラズマ生成用電力を操作するか、プラズマ処理用電力を操作するか、それともガスの圧力を操作するかといった各プラズマ発生物理量やプラズマ処理を行う諸量を適宜選択して、選択された上記物理量や諸量について操作を行えるような会話形式のステップを設けてもよい。
【0119】
(3)上述した実施例装置では、電子密度変換部25から変換された電子密度を各操作部(生成用電力操作部11と処理用電力操作部13)にそれぞれ送出していたが、電子密度以外のプラズマ密度情報中の物理量を上記各操作部に送出してもよい。例えば、プラズマ密度情報がプラズマ吸収周波数であれば、本変形例装置では、電子密度設定部11bの代わりに図示を省略するプラズマ吸収周波数設定部を設ける。そして、プラズマ吸収周波数導出部24から導出された実測プラズマ吸収周波数を、例えば生成用電力操作部11に送出する。このとき目標値と実測値とは同一のデータ形式になるように構成されている方が望ましい。即ち、実測プラズマ吸収周波数が生成用電力操作部11内の整合器操作部11cに送出されると、前記プラズマ吸収周波数設定部は目標プラズマ密度に相当する目標プラズマ吸収周波数を設定する。そして、目標プラズマ吸収周波数と実測プラズマ吸収周波数との差分が一定値だと、プラズマ発生物理量等を操作するようにしてもよい。
【0120】
(4)上述した実施例装置では、プラズマ生成用電力、及びインピーダンス整合器11aについて自動的に調整する構成であったが、少なくとも1つのプラズマ発生物理量やプラズマ処理を行う諸量について手動で調整する構成であってもよい。
【0121】
【発明の効果】
以上に詳述したように、請求項1の発明に係るプラズマ密度情報測定方法によれば、たとえプラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でもプラズマ密度情報を測定することができる。従って、上記低周波領域でプラズマの特性を容易に把握することができる。
【0122】
請求項2の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、プラズマ密度情報プラズマ測定用プローブを具備したプラズマ密度情報導出手段によって、たとえプラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でもプラズマ密度情報を測定することができる。従って、上記低周波領域でプラズマの特性を容易に把握することができるとともに、高周波用のプラズマ測定用電源を必要とせずに、測定装置が簡易になる。
【0123】
請求項3の発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブによれば、プラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でプラズマ測定用電力の反射または吸収が起こることから、たとえ上記低周波領域でもプラズマ密度情報を容易に測定することができる。
【0124】
また、上記プラズマ密度情報測定用プローブは誘電体によって被覆されているので、プラズマ密度情報測定用プローブにプラズマ中へ異物などが侵入することがなく測定を円滑に行うことができる。また、アンテナをプラズマに直接触れ難くして、直流の過電圧が加わったり、過電流が流れて装置が壊れるのを、未然に防止することができる。
【0125】
請求項4の発明に係るプラズマ密度情報測定用プローブによれば、アンテナが平板状の金属板で形成されていることにより、プラズマ負荷によるプラズマ測定用電力の吸収をより大きくすることができて、プラズマ密度情報をより容易に測定することができる。
【0126】
請求項5の発明に係るプラズマ発生方法によれば、たとえプラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でもプラズマ密度情報を測定することができる。従って、上記低周波領域でプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生物理量を操作することが可能となり、プラズマ発生物理量の操作によってプラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマを発生することができる。
【0127】
請求項6の発明に係るプラズマ発生装置によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報導出手段によって、たとえプラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でもプラズマ密度情報を測定することができる。従って、上記低周波領域でプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生物理量を操作することが可能となり、プラズマ発生物理量の操作によってプラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマを発生することができるとともに、高周波用のプラズマ測定用電源を必要とせずに、測定装置が簡易になる。
【0128】
請求項7の発明に係るプラズマ処理方法によれば、たとえプラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でもプラズマ密度情報を測定することができる。従って、上記低周波領域でプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生物理量を操作することが可能となり、プラズマ発生物理量の操作によってプラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマ中の被処理物に対してプラズマ処理を適切に行うことができる。
【0129】
請求項8の発明に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報導出手段によって、たとえプラズマ測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの低周波領域でもプラズマ密度情報を測定することができる。従って、上記低周波領域でプラズマ密度情報に基づくプラズマ発生物理量を操作することが可能となり、プラズマ発生物理量の操作によってプラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマ中の被処理物に対してプラズマ処理を適切に行うことができるとともに、高周波用のプラズマ測定用電源を必要とせずに、測定装置が簡易になる。
【0130】
請求項9の発明に係るプラズマ処理装置によれば、操作手段はプラズマ生成用電源から供給されるプラズマ生成用電力を操作することを特徴としているので、プラズマ生成用電力を操作することによって、プラズマ密度が制御されて、プラズマ密度が制御された状態でもってプラズマ中の被処理物に対してプラズマ処理を適切に行うことができる。
【0131】
請求項10の発明に係るプラズマ処理装置によれば、操作手段はプラズマ処理用電源から前記被処理物の周辺部に供給されるプラズマ処理用電力を操作することを特徴としている。従って、請求項10の装置の発明の場合には、プラズマ処理用電力の操作によって被処理物に対してプラズマ処理を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係るプラズマ密度情報測定用プローブおよび測定装置の一例を装備したプラズマ処理装置のブロック図である。
【図2】実施例に係るプラズマ密度情報測定用プローブ(測定プローブ)を示す一部縦断面図及び平面図である。
【図3】実施例に係るプラズマ測定用電力の反射率の対周波数変化の測定結果を示す図である。
【図4】フッ素樹脂及びマイカを使用したときのそれぞれのプラズマ吸収周波数の対電子密度変化の測定結果を示す図である。
【図5】電子密度を導出するための実験装置に関するブロック図である。
【図6】プラズマ生成用電力の操作の流れを示すフローチャート図である。
【図7】改良発明に係る測定プローブの一例の構成を示す一部縦断面図である。
【図8】改良発明に係るプラズマ測定用電力の反射率の対周波数変化の測定結果を示す図である。
【図9】低周波領域での吸収ポイントを観測するための本発明以前の測定プローブの一例の構成を示す一部縦断面図である。
【符号の説明】
1 … チャンバー
2 … 放電電極
5 … 流量調節弁
8 … 測定プローブ
9 … 処理用電極
10 … プラズマ生成用電源
11 … 生成用電力操作部
12 … プラズマ処理用電源
13 … 処理用電力操作部
11a、13a … インピーダンス整合器
11b … 電子密度設定部
13b … 電力設定部
11c、13c … 整合器操作部
13d … 電力変換部
14 … プラズマ測定用電源
15 … 同軸ケーブル
16 … プローブ制御部
17 … プラズマ密度情報測定部
18 … 中心導体
19 … 平板
20 … 誘電体製外皮
24 … プラズマ吸収周波数導出部
25 … 電子密度変換部
S … 室内空間
W … ワーク
PM … プラズマ
ST … ステージ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma density information measuring method and apparatus, plasma density information measuring probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method, and plasma density information measuring method in plasma used in thin film element manufacturing processes, particle beam sources or analyzers, etc. In particular, the present invention relates to a technique for easily measuring plasma density information and controlling the plasma density appropriately and easily.
[0002]
[Prior art]
Plasma CVD (chemical vapor deposition), plasma etching, and the like are known as techniques using plasma. For example, the CVD process, the etching process, and the like are performed using high-frequency plasma generated by high-frequency power having a frequency in the microwave band typified by 2.45 GHz from a frequency in the RF band of about 10 MHz. In such a plasma application technology, it is very important for performing appropriate processing to sufficiently grasp information on the plasma density that shows the characteristics of the generated plasma, that is, plasma density information. Useful physical quantities relating to plasma density information include electron density, plasma absorption frequency, plasma surface wave resonance frequency, and the like. That is, the plasma density information can be sufficiently grasped by measuring the electron density and the like.
[0003]
Conventionally, as a method for measuring the electron density in plasma, there are a Langmuir probe method, a microwave interference measurement method, and a relatively recently developed electron beam irradiation type plasma vibration probe method.
[0004]
In the Langmuir probe method, the metal probe is directly exposed to the plasma and the current flowing through the metal probe when a DC bias voltage or a DC bias voltage superimposed with a high frequency voltage is applied to the metal probe. In this method, the electron density is obtained based on the value.
[0005]
In the microwave interferometry, a window facing the plasma is provided in the wall of the plasma generation chamber for generating plasma, and microwaves (for example, monochromatic laser light) are incident on the plasma from one window. This is a method of detecting the microwave passing through the plasma and exiting from the other window, and obtaining the electron density based on the phase difference between the incident and exiting microwaves.
[0006]
The electron beam irradiation type plasma vibration method is a method of obtaining an electron density based on a frequency of plasma vibration generated when a heat filament is placed in a chamber and an electron beam is irradiated from the heat filament to the plasma.
[0007]
By obtaining the electron density from the method described above, the plasma density information is grasped, and then the etching process or the CVD process as described above is performed. When actually performing the above processing using plasma, after obtaining the physical quantity in the plasma density information, the physical quantity related to plasma generation (hereinafter abbreviated as “plasma generation physical quantity” as appropriate), for example, plasma generation power or plasma is generated. In the plasma density information by controlling the pressure of the gas to be processed, or by controlling the processing power supplied to the workpiece in the plasma, the processing voltage, etc. Thus, the physical quantity is controlled, and further the plasma density is controlled, so that the etching process, the CVD process, and the like are appropriately performed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the Langmuir probe method described above is applied to reactive plasma, there is a problem that measurement cannot be continued for a long time (that is, the lifetime is short). This is because dirt made of an insulating film adheres to the surface of the metal probe during measurement in a short time, and the current value flowing through the metal probe fluctuates, so that accurate measurement cannot be performed immediately. In order to remove dirt attached to the surface of the metal probe, a method of applying a negative bias voltage to the metal probe and removing the spatter by ions, and a method of evaporating and removing the dirt by making the metal probe red-heated have been tried. The effect is thin and the problem cannot be solved.
[0009]
Further, in the case of the microwave interference measurement method, it is necessary to adjust a large and expensive apparatus and a difficult microwave transmission path, and it is difficult to accurately measure the phase difference between the incident and outgoing microwaves. Another disadvantage is that only average density is required and there is no spatial resolution.
[0010]
Further, in the case of the electron beam irradiation type plasma vibration probe method, there is a problem that the measurement is interrupted due to disconnection of the hot filament in addition to the concern of contamination of the plasma atmosphere by tungsten evaporated from the hot filament. In particular, in the case of plasma using oxygen or chlorofluorocarbon gas, it is difficult to say that the hot filament is suitable for practical use because the hot filament is easily broken and the filament needs to be frequently exchanged.
[0011]
Therefore, the present applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 11-058635 and Japanese Patent Application No. 11-058636 in order to solve the above problems. This Japanese Patent Application No. 11-058635 and Japanese Patent Application No. 11-058636 (hereinafter abbreviated as “improved invention” where appropriate) adopt the following constitution to bring about an action.
[0012]
[Principle of improved invention]
FIG. 7 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of an example of a probe for measuring plasma density information according to the improved invention (hereinafter abbreviated as “measurement probe” as appropriate).
As shown in FIG. 7, the measurement probe 101 is provided in the chamber 102 with the tip of the measurement probe 101 inserted. The chamber 102 has a reactive plasma (hereinafter abbreviated as “plasma” as appropriate) PM generated by a plasma generation power source.
[0013]
The measurement probe 101 has a closed end and a rear end open to the atmosphere (outside air). The antenna 103 and the coaxial cable 104 are housed in a dielectric tube 105 so that the antenna 103 comes first. Further, by pulling or pushing the coaxial cable 104 with respect to the longitudinal direction of the tube 105, the measurement probe 101 can easily change the length L from the base of the antenna 103 to the tip of the tube 105. .
[0014]
Plasma density information measurement power (hereinafter, abbreviated as “plasma measurement power” as appropriate) incident from a plasma density information measurement power source (hereinafter abbreviated as “plasma measurement power source” where appropriate) for measuring plasma density information Is transmitted by the measurement probe 101 and emitted from the antenna 103 and absorbed by the plasma load or reflected and returned. FIG. 8 shows the change in the reflectance of the plasma measurement power with respect to frequency (100 kHz to 3 GHz) at each tip length L.
[0015]
The place where the reflectivity greatly decreases is an absorption peak (hereinafter referred to as “absorption point” as appropriate) where strong absorption of power for plasma measurement occurs due to the plasma density. In the curves Ra to Rf in FIG. 8, several absorption points Pa to Pd showing that there is strong absorption of the power for plasma measurement on the plasma load side appear. The frequency at the positions of the absorption points Pa to Pd is the plasma absorption frequency. Since the plasma absorption frequency has a certain correlation with the electron density, useful plasma density information can be obtained. In particular, as shown in FIG. 8, only the absorption point Pa having the lowest frequency appears at the same frequency position even if the tip length L changes. Thus, the plasma absorption frequency that does not depend on the tip length L is the plasma surface wave resonance frequency.
[0016]
If the plasma surface wave resonance frequency is obtained in this way, the electron density of the plasma PM is easily derived, so that it is easy to grasp the characteristics of the generated plasma PM.
[0017]
With the above configuration, since the tube 105 is interposed between the antenna 103 and the coaxial cable 104 and the plasma PM, foreign matter or the like does not enter from the antenna 103 or the coaxial cable 104 into the plasma PM. Cleanliness can be ensured. Further, the presence of the tube 105 prevents the antenna 103 and the coaxial cable 104 from being damaged by the plasma PM. In addition, even if a dirt made of an insulating film adheres thinly on the surface of the tube 105 during measurement, the measurement system does not substantially change because the insulating film is a dielectric, and the measurement due to the dirt on the insulating film. There will be no variation in results. Further, by interposing the tube 105, it is difficult to directly touch the plasma to the antenna 103, and it is possible to prevent a DC overvoltage from being applied or an overcurrent flowing to break the device. Therefore, plasma density information can be measured over a long period of time as compared with the Langmuir probe method described above.
[0018]
Moreover, since the electron density in plasma PM is non-uniform | heterogenous, an electron density changes with places. Therefore, the changed electron density can be measured by moving the measurement probe 101 while being inserted into the chamber 102. Therefore, the spatial resolution of the above density is higher than that of the microwave interferometry method.
[0019]
Furthermore, since the plasma measurement power is supplied from the antenna 103 via the tube 105 and the absorption phenomenon of the resonance plasma measurement power that is easy to measure is captured, the plasma density information can be measured very easily. Furthermore, since it is not a hot filamentless system, there is no need to worry about atmospheric contamination by evaporated tungsten or to perform hot filament replacement unlike the electron beam irradiation type plasma oscillation method.
[0020]
[Problems of the improved invention to be solved by the present invention]
However, the above-described improved invention also has the following problems.
That is, measurement becomes difficult when the frequency of the power source for plasma measurement is 5 GHz or more.
[0021]
Usually the electron density is 10 8 -10 12 cm -3 The plasma density information is measured within the range. As described above, the plasma absorption frequency, in particular, the plasma surface wave resonance frequency and the electron density are in a certain correlation, and the electron density is proportional to the square of the plasma surface wave resonance frequency. Therefore, the electron density is low. 8 cm -3 To 10 9 cm -3 In the range up to 1, the plasma surface wave resonance frequency is on the order of several tens of MHz to several hundreds of MHz, but the electron density is 10 which is medium density. Ten cm -3 To 10 11 cm -3 In this range, the plasma surface wave resonance frequency is about 1 GHz to 2 GHz. Furthermore, the electron density is 10 12 cm -3 In this state, the plasma surface wave resonance frequency exceeds 5 GHz.
[0022]
Since a normal plasma measurement power source has a frequency of 5 GHz or less, it is difficult to measure plasma density information when the electron density is high. In addition, since the plasma absorption frequency other than the plasma surface wave resonance frequency is higher than the plasma surface wave resonance frequency, measurement of plasma density information is not possible even if the electron density is derived from the plasma absorption frequency other than the plasma surface wave resonance frequency. It becomes more difficult. Therefore, when trying to measure a plasma surface wave resonance frequency of 5 GHz or more, a high-frequency power source having a frequency of 5 GHz or more must be specially used, which complicates the measuring apparatus and makes the apparatus main body expensive.
[0023]
For the above reasons, it is desired to measure plasma density information that can be read in the region of frequencies from 10 MHz to 500 MHz even if the electron density is high. Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and a plasma density information measuring method and apparatus capable of measuring plasma density information that can be read in a low frequency range from 10 MHz to 500 MHz, and an apparatus therefor, It is an object of the present invention to provide a probe for measuring plasma density information, a plasma generation method and apparatus, a plasma processing method and apparatus. In the present specification, a frequency region below 500 MHz is defined as a low frequency, and a frequency region above 500 MHz is defined as a high frequency, and the following description is given.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
When the measurement probe 51 as shown in FIG. 9 is provided, an absorption point different from the absorption point that appears in the conventional high-frequency region appears in the low-frequency region, and the frequency in the low-frequency region is in the high-frequency region. A phenomenon that the frequency is about 1/10 to 1/100 is known. As shown in FIG. 9, the measurement probe 51 is connected to a metal antenna 52 that radiates power and a coaxial cable 53 for transmitting plasma measurement power. Note that the antenna 52 is not housed in a dielectric tube as in the improved invention, and the antenna 52 remains exposed.
[0025]
The cause of the above phenomenon has not been elucidated so far. Therefore, the present inventor has paid attention to this phenomenon and clarified the cause of the phenomenon, thereby solving the above-mentioned problem.
[0026]
When the measurement probe 51 is inserted into the plasma PM, a layer called “sheath” is generated around the antenna 52. At this time, if the frequency of the plasma measurement power applied to the antenna 52 is changed, a strong electric field that causes resonance in a low frequency region of about 1/10 to 1/100 is applied to the sheath, and absorption occurs there. .
[0027]
On the other hand, in the improved invention, the antenna 103 in the measurement probe 101 is in direct contact with the plasma via the dielectric tube 105 without directly touching the plasma. The probe having a shape like the measurement probe 101 is more easily coupled to plasma than the sheath, and a plasma surface wave is excited on the surface of the tube 105. As a result, absorption occurs in the high frequency region.
[0028]
Thus, depending on the shape of the probe, it may be a probe that is easily coupled to the sheath on the one hand, or a probe that is easily coupled to the plasma on the other hand. In addition, the present inventors have not invented a probe that combines with both the plasma and the sheath, but it is theoretically possible.
[0029]
For the above reasons, the present inventor has conceived to measure plasma density information that can be read in a low frequency range from 10 MHz to 500 MHz by changing the shape of the measurement probe.
[0030]
The present invention created based on the above knowledge has the following configuration.
In other words, the plasma density information measuring method according to the first aspect of the invention is a plasma density information measuring method for measuring plasma density information indicating the characteristics of plasma, and measuring the plasma density information for measuring plasma density information. Power for measuring plasma density information For measuring plasma density information An antenna for radiating power; and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information. The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly connected by a dielectric material. Reflecting the plasma density information measurement power by the plasma load, which is supplied to the plasma using the coated plasma density information measurement probe and appears in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz. It comprises a plasma density information measurement process for measuring plasma density information based on absorption.
[0031]
A plasma density information measuring apparatus according to a second aspect of the present invention is a plasma density information measuring apparatus for measuring plasma density information indicating characteristics of plasma, and is a power source for measuring plasma density information for measuring plasma density information. And the plasma density based on the reflection or absorption by the plasma load of the plasma density information measuring power supplied from the plasma density information measuring power source, which appears in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz. A plasma density information measuring means comprising a plasma density information measuring probe for measuring information, and the plasma density information measuring probe comprises: For measuring plasma density information An antenna for radiating power; and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information. The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly connected by a dielectric material. It is characterized by being coated.
[0032]
The plasma density information measuring probe according to claim 3 is the plasma density information measuring probe, wherein the frequency of the plasma density information measuring power source for measuring the plasma density information appears in a frequency region from 10 MHz to 500 MHz. A plasma density information measuring probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption by a plasma load of power for measuring plasma density information supplied from a power source, For measuring plasma density information An antenna for radiating power; and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information. The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly connected by a dielectric material. It is characterized by being coated.
[0033]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a plasma density information measuring probe according to the third aspect, wherein the antenna is a flat metal plate.
[0034]
A plasma generation method according to a fifth aspect of the invention is a plasma generation method for controlling plasma density by manipulating a physical quantity related to plasma generation, and a power source for measuring plasma density information for measuring plasma density information Power for measuring plasma density information The , For measuring plasma density information An antenna for radiating power; and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information. The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly connected by a dielectric material. Reflecting the plasma density information measurement power by the plasma load, which is supplied to the plasma using the coated plasma density information measurement probe and appears in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz. A plasma density information measurement process for measuring plasma density information based on absorption, and an operation process for manipulating a physical quantity related to the plasma generation based on the measured plasma density information.
[0035]
A plasma generator according to the invention described in claim 6 is a plasma generator for controlling plasma density by manipulating a physical quantity related to plasma generation, and a power source for measuring plasma density information for measuring plasma density information And the reflection of the plasma density information measurement power supplied from the plasma density information measurement power supply, which appears in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz, or the plasma generation power supply and the plasma density information measurement power supply. Plasma density information measuring means including a plasma density information measuring probe for measuring plasma density information based on absorption, and operation means for operating a physical quantity related to plasma generation based on the measured plasma density information The plasma density information measuring probe is: For measuring plasma density information An antenna for radiating power; and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information. The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly connected by a dielectric material. It is characterized by being coated.
[0036]
The plasma processing method according to the invention of claim 7 is a plasma processing method for performing plasma processing by placing an object to be processed in plasma whose plasma density is controlled by manipulating a physical quantity related to plasma generation, Power for measuring plasma density information from power source for measuring plasma density information for measuring plasma density information The , For measuring plasma density information An antenna for radiating power; and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information. The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly connected by a dielectric material. Reflecting the plasma density information measurement power by the plasma load, which is supplied to the plasma using the coated plasma density information measurement probe and appears in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz. A plasma density information measurement process for measuring plasma density information based on absorption, and an operation process for manipulating a physical quantity related to the plasma generation based on the measured plasma density information.
[0037]
A plasma processing apparatus according to an eighth aspect of the present invention is a plasma processing apparatus in which an object to be processed is placed in plasma whose plasma density is controlled by manipulating a physical quantity related to plasma generation. A plasma processing apparatus comprising: a plasma density information measuring power source for measuring plasma density information; a plasma generating power source; and a plasma density information measuring power source having a frequency in a frequency range from 10 MHz to 500 MHz. Plasma density information measuring means comprising a plasma density information measuring probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption of plasma density information measuring power supplied from an information measuring power supply by a plasma load; Based on the plasma density information, the physical quantity related to the plasma generation is calculated. And an operating means for work, said plasma density information measuring probe, For measuring plasma density information An antenna for radiating power; and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information. The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly connected by a dielectric material. It is characterized by being coated.
[0038]
A plasma processing apparatus according to a ninth aspect of the invention is the plasma processing apparatus according to the eighth aspect, wherein the operating means operates power for generating plasma supplied from the power source for generating plasma. .
[0039]
A plasma processing apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the eighth or ninth aspect, wherein the operating means is plasma supplied from a plasma processing power source to a peripheral portion of the object to be processed. It is characterized by operating processing power.
[0040]
[Action]
The operation of the first aspect of the invention will be described.
The power for plasma density information measurement (hereinafter abbreviated as “power for plasma measurement” as appropriate) incident from the power source for plasma density information measurement (hereinafter abbreviated as “power source for plasma measurement” as appropriate) is attributed to the plasma density. Then it is absorbed by the plasma load or reflected back. Based on the reflection or absorption of the plasma measurement power, the plasma density information is measured in the low frequency region where the frequency of the plasma measurement power source is 10 MHz to 500 MHz. Since the plasma density information indicates the characteristics of the plasma, by measuring the plasma density information, the characteristics of the plasma can be grasped even in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is 10 MHz to 500 MHz.
[0041]
According to the second aspect of the present invention, the plasma density information deriving means including the probe for measuring plasma density information is incident from the power source for plasma measurement even in the low frequency range from 10 MHz to 500 MHz. Plasma density information based on reflection or absorption of the measured plasma measurement power is measured, and the characteristics of the plasma are grasped.
[0042]
According to the third aspect of the present invention, the plasma measurement power supplied from the plasma measurement power supply is transmitted to the antenna via the plasma density information measurement probe cable, and is emitted from the antenna and absorbed by the plasma load. Will be reflected or come back through the cable.
[0043]
Further, in the case of a probe for measuring plasma density information that is not directly covered with a dielectric material but is accommodated, the probe is in contact with the plasma through the dielectric material, so that it is more easily coupled to the plasma than the sheath. A plasma surface wave is excited on the surface of the dielectric material. Therefore, in the case of the above-described probe for measuring plasma density information, absorption (or reflection) occurs in a high frequency region.
[0044]
On the other hand, in the case of the probe for measuring plasma density information according to the present invention, at least the antenna is directly covered with the dielectric material, so that the plasma surface wave is excited in the sheath portion around the antenna. Accordingly, the absorption (or reflection) of the plasma load due to the plasma density is combined with the sheath, and as a result, absorption (or reflection) occurs in the low frequency region.
[0045]
In addition, by covering with a dielectric, even if dirt made of an insulating film adheres thinly during measurement, the insulating film is a dielectric, so the measurement system does not change substantially, and the insulating film becomes dirty. The measurement result does not vary due to In addition, by covering the antenna with a dielectric, it is difficult to directly touch the plasma, and it is possible to prevent a DC overvoltage from being applied or an overcurrent flowing to break the device.
[0046]
According to the invention described in claim 4, since the antenna is formed of a flat metal plate, the plasma measurement power is more absorbed by the plasma load. Therefore, the plasma density information is easily measured, and the plasma density information is more easily measured.
[0047]
According to the invention described in claim 5, the plasma density information is measured in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is from 10 MHz to 500 MHz based on the reflection or absorption of the power for plasma measurement caused by the plasma density. Is done. The plasma density is controlled by manipulating the physical quantity related to plasma generation based on the measured plasma density information (hereinafter abbreviated as “plasma generation physical quantity” as appropriate), and the plasma is controlled in a state where the plasma density is further controlled. Will be generated.
[0048]
According to the sixth aspect of the present invention, the plasma density information is measured in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is from 10 MHz to 500 MHz by the plasma density information deriving means equipped with the probe for measuring plasma density information. The Then, the plasma generation physical quantity based on the measured plasma density information is manipulated by the manipulation means. Further, the plasma density is controlled by manipulating the plasma generation physical quantity, and the plasma is generated with the plasma density controlled.
[0049]
According to the invention described in claim 7, the plasma density information is measured in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is from 10 MHz to 500 MHz based on the reflection or absorption of the power for plasma measurement caused by the plasma density. Is done. The plasma density is controlled by manipulating the plasma generation physical quantity based on the measured plasma density information, and the plasma processing is appropriately performed on the workpiece in the plasma with the plasma density controlled. .
[0050]
According to the invention described in claim 8, plasma density information is measured in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is from 10 MHz to 500 MHz by the plasma density information deriving means equipped with the probe for measuring plasma density information. The Then, the plasma generation physical quantity based on the measured plasma density information is manipulated by the manipulation means. Further, the plasma density is controlled by manipulating the plasma generation physical quantity, and the plasma processing is appropriately performed on the object to be processed in the plasma with the plasma density controlled.
[0051]
According to the ninth aspect of the present invention, the operating means operates the power for generating plasma supplied from the power source for generating plasma. The physical quantity becomes the power for plasma generation. Therefore, by operating the plasma generation power, the plasma density is controlled, and the plasma processing is appropriately performed on the workpiece in the plasma with the plasma density controlled.
[0052]
According to a tenth aspect of the present invention, the operating means operates the plasma processing power supplied from the plasma processing power source to the periphery of the workpiece. Therefore, in the case of the invention of the apparatus according to claim 10, the plasma processing is appropriately performed on the workpiece by the operation of the plasma processing power by the operating means.
[0053]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a plasma processing apparatus equipped with an example of a plasma density information measuring probe and a measuring apparatus according to an embodiment.
[0054]
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus according to the embodiment includes a stainless steel chamber 1 having a diameter of several tens of centimeters having an indoor space S in which plasma PM is generated, and a plasma generating apparatus disposed in the chamber 1. A discharge electrode (discharge antenna) 2, a vacuum exhaust pump 4 communicating with the indoor space S of the chamber 1 via an exhaust pipe 3, and a gas supply pipe 6 provided with a flow rate control valve 5. And a gas source 7 communicating with the indoor space S of the chamber 1. A measuring probe 8 for measuring a physical quantity in plasma density information, in the embodiment, a plasma absorption frequency, is attached to the wall portion of the chamber 1 in a state where only the tip portion is inserted into the chamber 1. The chamber 1 is provided with a workpiece (object to be processed) W for plasma processing and a stage (mounting table) ST on which the workpiece W is placed, and a processing electrode 9 is disposed on the stage ST. ing. In addition, the chamber 1 is also provided with a workpiece W loading / unloading mechanism (not shown). The measurement probe 8 corresponds to the plasma density information measurement probe in the present invention.
[0055]
The indoor space S of the chamber 1 is evacuated by the evacuation pump 4 to maintain an appropriate indoor pressure. Gas is supplied from the gas source 7 at an appropriate flow rate. Examples of the supply gas include argon, helium, nitrogen, oxygen gas, fluorine-based gas, and chlorine-based gas.
[0056]
Further, outside the chamber 1, a plasma generation power source 10 that supplies plasma generation power for generating plasma, and a generation power operation unit 11 for operating the plasma generation power supplied to the discharge electrode 2. And are provided.
[0057]
Similarly, outside the chamber 1, a plasma processing power source 12 that supplies plasma processing power for performing plasma processing of the workpiece W, and a processing for operating the plasma processing power supplied to the processing electrode 9. A power operation unit 13 is provided.
[0058]
Further, outside the chamber 1, a frequency sweep type plasma measurement power supply 14 for supplying plasma measurement power for measuring plasma density information, a coaxial cable 15 for transmitting the plasma measurement power to the measurement probe 8, A probe control unit 16 for controlling the measurement probe 8 is provided, and the measurement probe 8 and the probe control unit 16 are connected via a coaxial cable 15. The probe control unit 16 includes the plasma measurement power source 14, a filter, an attenuator, and the like described later, and the measurement probe 8 and the probe control unit 16 constitute a plasma density information measurement unit 17. .
[0059]
The generation power operation unit 11 and the processing power operation unit 13 correspond to the operation means in the present invention, and the plasma density information measurement unit 17 (that is, the measurement probe 8 and the probe control unit 16) corresponds to the present invention. Corresponds to the plasma density information measuring means in FIG.
[0060]
The generation power operation unit 11 includes an impedance matching unit 11a that adjusts an impedance matching state between the plasma generation power source 10 side and the plasma side, and an electron density setting for setting a target electron density for plasma to be generated in the chamber 1. And a matching unit operation unit 11c that operates the impedance matching unit 11a based on the difference between the set target electron density and the actually measured electron density.
[0061]
Similarly, the processing power operation unit 13 includes an impedance matching unit 13a that adjusts the impedance matching state between the plasma processing power supply 12 side and the plasma side, and plasma processing power that is optimal for the processing electrode 9 to perform plasma processing, That is, the power setting unit 13b for setting the target plasma processing power and the matching unit operation for operating the impedance matching unit 13a based on the difference between the set target plasma processing power and the actually measured plasma processing power. And a power converter 13d that stores in advance the correlation between the electron density and the plasma processing power and converts the measured electron density to the measured plasma processing power based on the correlation.
[0062]
As the impedance matching device 11a or 13a, when the frequency of the plasma generation power source 10 or the plasma processing power source 12 is a frequency on the order of MHz, a matching circuit combining an inductance and a capacitance is used. When the frequency of these power supplies is 1 GHz or higher, an EH tuner or a stub tuner is used.
[0063]
In the case of the embodiment apparatus, the processing power operation unit 13 is used as an operation unit of a plasma CVD method in which a gas raw material is thermally decomposed using plasma to deposit a product on a workpiece W (substrate). That is, the workpiece W is placed on the stage ST on which the processing electrode 9 is disposed, and is inserted into the indoor space S of the chamber 1. By supplying plasma processing power of about 1 kW from the plasma processing power source 12 to the processing electrode 9, electrons and ions in the plasma PM atmosphere are attracted toward the workpiece W and further deposited on the workpiece W. Is done.
[0064]
The voltage of the plasma processing power source 12 or the plasma processing power, and the physical quantity in the plasma density information attracted onto the workpiece W are stored in advance in a storage unit (not shown). For example, a correlation between the plasma processing power and the electron density is stored in advance in the storage unit, and the electron density obtained by measurement based on the correlation is converted into the plasma processing power or the like. In the case of the apparatus according to the present embodiment, the power conversion unit 13 d is provided with the conversion function in the processing power operation unit 13. When the target value and the actually measured value are different, the matching unit operation unit 13c operates the impedance matching unit 13a, and operates the plasma processing power and the like by operating the impedance matching unit 13a. Furthermore, the plasma CVD process of the workpiece W is performed by controlling electrons, ions, and the like in the plasma PM atmosphere that is attracted toward the workpiece W by operating the plasma processing power.
[0065]
If the plasma processing power source 12 is a direct current (DC) power source, the product may be charged up by a product deposited on the workpiece W, and the workpiece W itself may become a capacitor. The power source 12 is preferably an alternating current (AC) power source rather than a direct current (DC) power source. Further, the frequency of not only the plasma processing power supply 12 but also the plasma generation power supply 10 and the like is not particularly limited, in many practical cases there is an example in which a power supply having a frequency of 13.56 MHz is actually used.
[0066]
In addition to the plasma CVD method described above, the plasma processing method is exemplified by plasma processing used for etching processing, a particle beam source, an analyzer, or the like as long as plasma processing is performed by controlling plasma density information. As such, it is not particularly limited.
[0067]
Next, a specific configuration of the plasma density information measurement unit 17, that is, a specific configuration of the measurement probe 8 and the probe control unit 16 will be described. First, a specific configuration of the measurement probe 8 will be described.
[0068]
As shown in the partial vertical cross-sectional view of FIG. 2A and the plan view of FIG. 2B, the measurement probe 8 includes a coaxial cable 15 that transmits plasma measurement power supplied from the plasma measurement power source 14, and A central conductor 18 and a metal flat plate 19 are provided as an antenna for radiating electric power, and the coaxial cable 15 is connected to one end side of the central conductor 18. The metal flat plate 19 is connected to the other end of the central conductor 18. Connected to the side. The central conductor 18 and the flat plate 19 are covered with a dielectric outer skin 20 as shown in FIG. The central conductor 18 and the flat plate 19 correspond to the antenna in the present invention, and the dielectric outer skin 20 corresponds to the dielectric substance in the present invention.
[0069]
Further, in the broken view of the coaxial cable 15, the hatched portion of the left oblique line indicates the center and the external insulator (dielectric) portion, and the black portion indicates the center and the external conductor. In the present embodiment, the dielectric outer sheath 20 covers the central conductor 18 and the flat plate 19, but may be configured to cover the coaxial cable 15.
[0070]
Further, it is not necessary to form the center conductor 18 individually and connect it to the coaxial cable 15, and the outside of the coaxial cable 15 with respect to the distal end portion of the coaxial cable 15 (in the direction opposite to the connection portion of the probe control unit 16). The center conductor of the coaxial cable 15 is the center conductor in this embodiment by cutting the insulator, the outer conductor and the center insulator, and removing the outer insulator, the outer conductor and the center insulator except the center conductor. The function of the conductor 18 is fulfilled. Therefore, the measurement probe 8 including the center conductor 18 and the coaxial cable 15 can be easily created by making the above-described cuts in the coaxial cable 15.
[0071]
By having the above configuration, the measurement probe 8 brings the following actions and effects. That is, by attaching a metal flat plate 19 to the center conductor 18 as an antenna, the absorption of the plasma measurement power by the plasma load described later becomes larger than that of the antenna having only the center conductor 18. Therefore, it is possible to perform measurement more easily than when the absorption point is only the central conductor 18 in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is 10 MHz to 500 MHz.
[0072]
Further, by covering the center conductor 18 and the flat plate 19 with the dielectric outer skin 20, even if the dirt made of the insulating film adheres thinly during the measurement, the insulating film is substantially dielectric, so The measurement system does not change, the measurement result does not fluctuate due to contamination of the insulating film, the center conductor 18 and the flat plate 19 are difficult to directly touch the plasma, and a DC overvoltage is applied or an overcurrent flows. Can be prevented from breaking.
[0073]
Next, a specific configuration of the probe control unit 16 will be described. The probe control unit 16 includes the above-described frequency sweep type plasma measurement power source 14, a directional coupler 21, an attenuator 22, a filter 23, a plasma absorption frequency deriving unit 24, and an electron density conversion unit 25. I have. Further, as described above, the probe control unit 16 is connected to the measurement probe 8 via the coaxial cable 15. Specifically, as shown in FIG. 1, a directional coupler 21, an attenuator 22, and a filter 23 are connected to the measurement probe 8 in order from the plasma measurement power supply 14 side in the probe controller 16. .
[0074]
The plasma measurement power supply 14 outputs the plasma measurement power while automatically sweeping the power at a frequency from 10 MHz to 500 MHz. The plasma measurement power output from the plasma measurement power supply 14 is transmitted to the measurement probe 8 via the directional coupler 21, the attenuator 22, and the filter 23 while being transmitted through the coaxial cable 15. In addition, as long as an absorption point can be measured in a low frequency region from 10 MHz to 500 MHz, it may be swept up to a high frequency region above 500 MHz. Therefore, the frequency of the plasma measurement power supply 14 is not necessarily limited to the low frequency region from 10 MHz to 500 MHz, and may be a plasma measurement power supply 14 that outputs a high frequency region of 500 MHz or higher.
[0075]
On the other hand, the power for plasma measurement is not necessarily absorbed by the plasma load by being emitted from the central conductor 18 and the flat plate 19 that are antennas, but may be reflected and returned without being absorbed by the plasma load. The amount of reflection of the plasma measurement power that returns without being absorbed by the plasma load is detected by the directional coupler 21 and sent to the plasma absorption frequency deriving unit 24. The plasma absorption frequency deriving unit 24 also sequentially receives the frequency of the plasma measurement power output from the plasma measurement power supply 14.
[0076]
The filter 23 functions to remove plasma measurement power for plasma generation mixed into the probe control unit 16 via the central conductor 18. The attenuator 22 functions to adjust the amount of plasma measurement power sent to the measurement probe 8.
[0077]
The plasma absorption frequency deriving unit 24 determines a change in the reflectance of the plasma measurement power with respect to frequency based on the frequency of the plasma measurement power and the detected reflection amount of the plasma measurement power. And based on the obtained result, it is the structure which derives | leads-out the plasma absorption frequency in which strong absorption of the electric power for plasma measurement originates in a plasma density. That is, the plasma absorption frequency deriving unit 24 performs an operation of [detected reflection amount of plasma measurement power] / [total output amount of plasma measurement power (a constant amount in the embodiment)] to reflect the plasma measurement power. The rate is obtained and plotted in association with the frequency to be swept, whereby processing for obtaining the change in the reflectance of the plasma measurement power with respect to frequency is performed. The place where the reflectance greatly decreases is an absorption peak at which strong absorption of power for plasma measurement occurs due to the electron density, that is, an absorption point, and the frequency of the absorption point is the plasma absorption frequency. Further, the plasma absorption frequency deriving unit 24 performs processing for automatically detecting an absorption point and deriving the corresponding frequency as a plasma absorption frequency.
[0078]
Here, the reflectivity of the plasma measurement power is [detected reflection amount of plasma measurement power] / [total output power of plasma measurement power], but the absorption characteristic of the line shape caused by the coaxial transmission line, etc. Since there is a spectrum, [detected reflection amount of plasma measurement power when plasma is turned on, that is, when plasma is generated (when plasma measurement power supply 10 is turned on)] ÷ [when plasma is not turned on, that is, plasma is generated. It is desirable to derive the reflectivity of the plasma measurement power when it is not (the detected reflection amount of the plasma measurement power when the plasma measurement power supply 10 is off). In addition, the “detected reflection amount of the power for plasma measurement when plasma is not generated (hereinafter referred to as“ when the plasma is not turned on ”)” is the measurement object of the network analyzer, which is the attenuator 22 in this embodiment. And the detected reflection amount calibrated by calibration means based on the measurement of the filter 23 and the like. That is, when the plasma is not turned on, the measurement probe 8 theoretically totally reflects and returns. Therefore, the reflectance is 100%. However, due to the influence of the measurement object, it does not actually return after being totally reflected. When the reflectance due to the influence of the measurement object is (100−α)%, it seems that absorption occurs as much as α%. Therefore, in consideration of the influence of the measurement object, means for calibrating the reflectance to 100%, which is total reflection, is frequently performed even if the reflectance is (100−α)% when the plasma is not turned on.
[0079]
On the other hand, based on the plasma absorption frequency derived from the plasma absorption frequency deriving unit 24, the electron density conversion unit 25 converts the electron density to derive the electron density. The apparatus according to this embodiment is configured to send the derived electron density to the matching unit operation unit 11c of the generation power operation unit 11 and the power conversion unit 13d of the processing power operation unit 13, respectively.
[0080]
Next, an example of measuring absorption points will be described. As shown in FIGS. 2A and 2B, in this embodiment, a 2 cm × 2 cm square and 0.5 mm thick stainless steel flat plate 19 is connected to the center conductor 18 to cover the flat plate 19. As the dielectric outer skin 20, a fluororesin having a thickness of 0.3 mm or mica (Mica) is used. In addition, the metal material which uses the flat plate 19 is not specifically limited so that not only said stainless steel but copper, aluminum, etc. are illustrated. Moreover, not only the said metal material but conductor materials other than metals, such as carbon, may be sufficient, for example. Further, if the absorption of the plasma measurement power increases and the absorption point can be easily read in addition to the flat plate 19, for example, a ring-shaped metal piece is connected to the other end side of the center conductor 18. The shape is not particularly limited. On the other hand, the material using the dielectric outer skin 20 is not particularly limited as exemplified by quartz, ceramics, insulating tape (Kapton) and the like as well as the above-described fluororesin or mica.
[0081]
Further, argon gas is used as the gas supplied from the gas source 7, and the plasma absorption frequency at which the absorption point occurs is measured by measuring the reflectance of the plasma measurement power under the argon plasma PM atmosphere. The gas pressure ranges from 10 mTorr to 300 mTorr, and in this embodiment, it is 14 mTorr. The frequency of the plasma generation power source 10 is 13.56 MHz, and when 30 W, 40 W, 50 W, 80 W, 150 W, and 200 W of plasma generation power is supplied from the plasma generation power source 10 into the indoor space S of the chamber 1. Changes in the reflectivity of each plasma measurement power versus frequency are observed. The experimental result is as shown in FIG. 3 (the dielectric outer skin 20 uses a fluororesin).
[0082]
The absorption points due to the electron density are observed as at least three spectra at this stage, as shown in the experimental results of FIG. In this specification, the three plasma absorption frequencies are divided into the first absorption frequency f in descending order of frequency. 1 , Second absorption frequency f 2 , And the third absorption frequency f Three And define them respectively.
[0083]
When the power for plasma generation changes, as shown in the experimental results of FIG. 3, it can be seen that the respective plasma absorption frequencies are also shifted. Moreover, since the electron density in plasma PM changes when the power for plasma generation changes, it can be seen from the experimental results in FIG. 3 that the plasma absorption frequency shifts when the electron density in plasma PM changes. .
[0084]
Next, a method for deriving the electron density will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows changes in plasma absorption frequency versus electron density, and FIG. 5 is a block diagram relating to an experimental apparatus for deriving electron density. As described above, the respective plasma absorption frequencies derived by the plasma absorption frequency deriving unit 24 and the first absorption frequency f. 1 , Second absorption frequency f 2 , And the third absorption frequency f Three Is useful plasma density information that has a certain correlation with plasma density, particularly electron density.
[0085]
Although the relational expression between the plasma absorption frequency and the electron density occurring in the low frequency region has not been theoretically explained yet, an actual measurement value as shown in FIG. That is, the change in the plasma absorption frequency with respect to the electron density in the low frequency region is obtained.
[0086]
However, there are the following problems in actually obtaining a change in plasma absorption frequency versus electron density in a low frequency region as shown in FIG. That is, when the measurement probe 8 has the configuration shown in FIG. 2, the absorption is caused by the strong coupling with the sheath portion as described above, so that the absorption point in the low frequency region can be easily observed. can do. However, since the coupling with the plasma portion is weak, it is difficult to determine the absorption point in the high frequency region. On the contrary, in the case of the measurement probe having the shape as in the improved invention, as described above, the absorption is caused by being strongly coupled to the plasma portion, so that the absorption point in the high frequency region can be easily observed. The coupling with the part is weak and it is difficult to determine the absorption point in the low frequency region. Therefore, a probe that strongly binds to both the plasma and the sheath, that is, a probe that can easily measure the absorption point in both the low frequency region and the high frequency region has not been invented at this stage. It is difficult to determine the change in plasma absorption frequency versus electron density in the low frequency region with only one probe.
[0087]
Therefore, the change in the plasma absorption frequency with respect to the electron density in the low frequency region can be obtained by an experimental apparatus as shown in FIG. That is, the measurement probe 8 having the configuration shown in FIG. 2, that is, the measurement probe 8 dedicated to the low frequency region, and the measurement probe 8a having the shape as in the improved invention, that is, the measurement probe 8a dedicated to the high frequency region Is inserted into the chamber 1. That is, as shown in FIG. 5, the inside of the chamber 1 is such that each of the measurement probes 8 and 8a is located in the same plane in the vicinity of each other and in the plane parallel to the discharge electrode 2 (direction r in FIG. 5). Insert into. While moving both measurement probes 8 and 8a in the chamber 1 at the same time or changing the power for generating plasma while both measurement probes 8 and 8a are fixed, the electron density and the absorption point in the low frequency region And the absorption point in the high frequency region. In the present specification, the r direction indicates the plane direction of the cylindrical coordinate system, and the z direction described later indicates the vertical direction of the cylindrical coordinate system.
[0088]
At this time, when the measurement probe 8 is inserted into the indoor space S of the chamber 1 in the direction as shown in FIG. 5, it is performed in the direction as shown in FIG. As described above, the electron density in the plasma PM is not uniform depending on the location. However, if they are in the same plane with respect to the plane direction (r direction), the electron density is almost the same. Further, since the thickness of the flat plate 19 is 0.5 mm, the change in electron density in the vertical direction (z direction in FIG. 5) can be ignored. On the contrary, when the measurement probe 8 is inserted into the indoor space S of the chamber 1 in the direction as shown in FIG. 2B, the longitudinal direction (z direction) is the diagonal length 2 × √2 cm of the flat plate 19. Therefore, the change in electron density in the vertical direction (z direction) cannot be ignored. Therefore, if it is inserted in the direction as shown in FIG.
[0089]
Moreover, since both the measurement probes 8 and 8a are arrange | positioned so that it may be located in the same surface with respect to a surface direction (r direction), it can be considered that an electron density is substantially the same. First, the plasma absorption frequency in the high frequency region is measured by measuring the absorption point of the measurement probe 8a, and the electron density at that time is derived. By measuring the absorption point of the measurement probe 8 at a position where the electron density is considered to be substantially the same, the plasma absorption frequency in the low frequency region, that is, the plasma absorption frequency (first absorption frequency f) due to the electron density. 1 , Second absorption frequency f 2 , And the third absorption frequency f Three ) And plot the plasma absorption frequency in association with the electron density.
[0090]
Similarly, measurement is performed under different electron densities by moving both measurement probes 8 and 8a in the same plane or changing the power for generating plasma while both measurement probes 8 and 8a are fixed. . When the plasma absorption frequency is plotted in association with the electron density, the change in plasma absorption frequency with respect to electron density as shown in FIG. 4 can be obtained.
[0091]
FIG. 4 shows electron density of each plasma absorption frequency when fluororesin (relative permittivity ε is approximately 2.1) and mica (relative permittivity ε is approximately 5.0) are used as the dielectric outer skin 20. It is a change. The black circle plot in FIG. 4 shows the change in plasma absorption frequency versus electron density when using fluororesin, and the black square in FIG. 4 is the change in plasma absorption frequency vs. electron density when using mica. .
[0092]
In the apparatus of the present embodiment, data on the change in plasma absorption frequency versus electron density as shown in FIG. 4 is stored in advance, and the electron density is calculated from the plasma absorption frequency based on the absorption point derived from the plasma absorption frequency deriving unit 24. It is constructed so as to include an electron density conversion unit 25 for converting to an electron density. Further, each electron density converted by the conversion unit is sent to each operation unit.
[0093]
In addition, the plasma absorption frequency (first absorption frequency f 1 , Second absorption frequency f 2 , And the third absorption frequency f Three ) It is not necessary to previously store data on changes in plasma absorption frequency versus electron density for all, and it is only necessary to store in advance data on changes in plasma absorption frequency versus electron density for at least one plasma absorption frequency. Of course, the above data may be stored for all plasma absorption frequencies in order to derive the electron density more accurately and to control the plasma density information more precisely.
[0094]
In the future, when the relational expression between the plasma absorption frequency and electron density that occurs in the low frequency region is theoretically clarified and the measured plasma absorption frequency and electron density agree with the theoretical value, A mechanism provided in the apparatus of the present embodiment may be an operator that converts the electron density.
[0095]
Next, the flow of plasma processing control in the plasma processing apparatus having the above-described configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 6 relates to the operation of only the plasma generation power.
[0096]
[Step S1] A switch of the plasma generation power source 10 is turned on. At this time, the indoor space S of the chamber 1 is evacuated by the vacuum exhaust pump 4 and an appropriate flow rate of gas is supplied from the gas source 7 to the indoor space S, and the indoor space S is adjusted to an appropriate atmosphere.
[0097]
[Step S2] The impedance matching unit 11a in the generation power operation unit 11 is set to an appropriate initial state (for example, the tuner position of the impedance matching unit 11a is set to T 0 Set to).
[0098]
[Step S3] The plasma generation power is supplied from the plasma generation power source 10 to the discharge electrode 2 via the impedance matching unit 11a. 0 ) To generate plasma PM in the indoor space S of the chamber 1.
[0099]
[Step S4] Based on the absorption of the plasma measurement power from the plasma measurement power source 14, the plasma absorption frequency deriving unit 24 derives the plasma absorption frequency.
[0100]
[Step S5] Based on the derived plasma absorption frequency, the electron density converter 25 converts the plasma absorption frequency into an electron density. The converted electron density is sent to the matching unit operation unit 11c. The procedure up to step S5 corresponds to the plasma density information measurement process in the present invention.
[0101]
[Step S6] The matching unit operation unit 11c sets the target electron density n set by the electron density setting unit 11b. 0 And an electron density difference Δn (= n) from the electron density converted from the electron density conversion unit 25 in step S5, that is, the actually measured electron density n obtained by measurement. 0 -N) is derived.
[0102]
[Step S7] It is determined whether the electron density difference Δn is equal to or greater than a certain value. If the electron density difference Δn is less than a certain value, it is determined that the electron density corresponding to the generated plasma density is the target electron density, and the control process is terminated.
[0103]
[Step S8] If the electron density difference Δn is greater than or equal to a certain value, it is determined whether or not all the adjustable ranges of the impedance matching unit 11a have been checked.
[0104]
[Step S9] If all the adjustable ranges of the impedance matching unit 11a are not checked, after the impedance matching unit 11a is readjusted (for example, after changing the tuner position to another position), the process returns to step S4. .
[0105]
[Step S10] Even if the adjustable range of the impedance matching unit 11a is checked, if the electron density difference Δn is still greater than or equal to a certain value, the set value of the plasma generation power from the plasma generation power source 10 is changed. Then, the process returns to step S4. The procedure from step S6 to steps S9 and S10 corresponds to the operation process in the present invention.
[0106]
As described above, in this embodiment, the plasma generation power is set and the impedance matching unit 11a is adjusted so that the measured plasma density (measured electron density) converges to the target plasma density (target electron density). The physical quantity in the plasma density information is controlled.
[0107]
Further, since the measurement probe 8 (the central conductor 18 and the flat plate 19 as an antenna thereof) is covered with the dielectric outer skin 20, it is strongly coupled to the sheath portion and absorption occurs, and the frequency of the plasma measurement power source 14 is increased. The absorption point can be observed in the low frequency region from 10 MHz to 500 MHz. Therefore, even if the electron density is 10 12 cm -3 Since the absorption point can be easily measured in the low frequency region even at a high density, there is no need to use a high-frequency power supply with a frequency of 5 GHz or more, and the measuring device can be simplified and the price of the device body can be reduced. it can.
[0108]
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as follows.
[0109]
(1) The above-described plasma processing according to the present embodiment is performed by operating only the plasma generating power, but may be performed by operating the plasma processing power.
[0110]
That is, plasma processing is performed according to the following procedure. Similar to the plasma processing according to the above-described embodiment, when the indoor space S is adjusted to an appropriate atmosphere, the impedance matching unit 13a in the processing power operation unit 13 is set to an appropriate initial state (for example, impedance matching). T of the tuner of the vessel 13a 1 Set to).
[0111]
After the plasma PM is generated in the indoor space S of the chamber 1, the target plasma processing power P optimum for the plasma processing is obtained. 0 Is set from the power setting unit 13b. Then, the target plasma processing power P is supplied from the plasma processing power source 12 to the processing electrode 9 through the impedance matching unit 13a. 0 Supply.
[0112]
Based on the absorption of the plasma measurement power from the plasma measurement power supply 14, the plasma absorption frequency deriving unit 24 derives the plasma absorption frequency. Then, based on the derived plasma absorption frequency, the electron density conversion unit 25 converts it into an electron density. The converted electron density is sent to the power converter 13d.
[0113]
Based on the electron density converted and sent to the power converter 13d, that is, the actually measured electron density n, the power converter 13d converts it into the actually measured plasma processing power P. The converted actual plasma processing power P is sent to the matching unit operation unit 13c. Similar to the above-described plasma processing according to the present embodiment, the matching unit operation unit 13c uses the target plasma processing power P set by the power conversion unit 13d. 0 And the plasma processing power difference ΔP (= P) between the measured plasma processing power P converted from the power converter 13d. 0 -P) is derived.
[0114]
Similar to the plasma processing according to this embodiment described above, it is determined whether or not the plasma processing power difference ΔP is equal to or greater than a certain value. If the plasma processing power difference ΔP is less than a certain value, the control process is terminated. If the plasma processing power difference ΔP is equal to or larger than the certain value, the impedance matching unit 13a and the like are readjusted.
[0115]
As described above, in this modification, the physical quantity in the plasma density information is controlled so that the measured plasma processing power converges to the target plasma processing power by adjusting the impedance matching unit 13a.
[0116]
(2) In addition to the plasma processing according to the above-described embodiment and the plasma processing according to the above-described modification, that is, the plasma processing performed by the operation of the plasma generation / processing power, the plasma generation physical quantity and the object to be processed in the plasma The plasma processing method is not particularly limited as long as the plasma processing is performed by manipulating the processing voltage (voltage of the plasma processing power supply 12 in this embodiment) and the processing current to be supplied. For example, as already described in “Prior Art” in this specification, a useful plasma generation physical quantity is the pressure of a gas that generates plasma. Therefore, the plasma processing apparatus according to the present invention may be configured such that the plasma processing is performed by manipulating the gas pressure. That is, a gas pressure conversion unit (not shown) that converts the electron density converted from the electron density conversion unit 25 to a gas pressure corresponding to the electron density, and a flow rate operation unit (not shown) that operates the flow rate control valve 5. May be provided.
[0117]
In the case of having the above configuration, the gas pressure conversion unit obtains the actually measured pressure of the gas based on the electron density converted from the electron density conversion unit 25. The actually measured pressure of the gas is sent to the flow rate control unit, and the flow rate control unit performs feedback control on the flow rate control valve 5. By adjusting the flow rate adjustment valve 5 to the target pressure, the plasma density information such as the electron density is also converged to the target value.
[0118]
Before plasma processing, each plasma generation physical quantity such as operating plasma generation power, plasma processing power, or gas pressure, and various quantities for plasma processing should be selected appropriately. In addition, a conversational step may be provided so that the selected physical quantity and various quantities can be operated.
[0119]
(3) In the above-described embodiment apparatus, the electron density converted from the electron density conversion unit 25 is sent to each operation unit (generation power operation unit 11 and processing power operation unit 13). Other physical quantities in the plasma density information other than the above may be sent to each operation unit. For example, if the plasma density information is a plasma absorption frequency, this modified apparatus is provided with a plasma absorption frequency setting unit (not shown) instead of the electron density setting unit 11b. Then, the actually measured plasma absorption frequency derived from the plasma absorption frequency deriving unit 24 is sent to, for example, the generation power operation unit 11. At this time, it is desirable that the target value and the actual measurement value are configured to have the same data format. That is, when the actually measured plasma absorption frequency is sent to the matching unit operation unit 11c in the generation power operation unit 11, the plasma absorption frequency setting unit sets a target plasma absorption frequency corresponding to the target plasma density. If the difference between the target plasma absorption frequency and the measured plasma absorption frequency is a constant value, the plasma generation physical quantity or the like may be manipulated.
[0120]
(4) In the above-described embodiment apparatus, the plasma generation power and the impedance matching unit 11a are automatically adjusted. However, at least one plasma generation physical quantity and various quantities for performing plasma processing are manually adjusted. It may be a configuration.
[0121]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the plasma density information measuring method of the first aspect of the invention, the plasma density information can be measured even in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is from 10 MHz to 500 MHz. . Therefore, the plasma characteristics can be easily grasped in the low frequency region.
[0122]
According to the plasma density information measuring apparatus of the second aspect of the present invention, the plasma density information deriving means equipped with the plasma density information plasma measuring probe allows the plasma measuring power source even in the low frequency range from 10 MHz to 500 MHz. Plasma density information can be measured. Accordingly, the plasma characteristics can be easily grasped in the low frequency region, and the measurement apparatus can be simplified without requiring a high frequency plasma measurement power source.
[0123]
According to the probe for measuring plasma density information according to the invention of claim 3, since the power for plasma measurement is reflected or absorbed in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is from 10 MHz to 500 MHz, Plasma density information can be easily measured even in the region.
[0124]
In addition, since the plasma density information measuring probe is covered with a dielectric, foreign matter or the like does not enter the plasma density information measuring probe and can be measured smoothly. In addition, it is possible to prevent the antenna from being directly touched by plasma, and to prevent a DC overvoltage from being applied or an overcurrent flowing to break the device.
[0125]
According to the probe for measuring plasma density information according to the invention of claim 4, since the antenna is formed of a flat metal plate, the absorption of power for plasma measurement by the plasma load can be further increased, Plasma density information can be measured more easily.
[0126]
According to the plasma generation method of the fifth aspect of the invention, plasma density information can be measured even in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is 10 MHz to 500 MHz. Therefore, it becomes possible to manipulate the plasma generation physical quantity based on the plasma density information in the low frequency region, and the plasma density is controlled by the operation of the plasma generation physical quantity, and the plasma is generated with the plasma density controlled. Can do.
[0127]
According to the plasma generator of the sixth aspect of the present invention, the plasma density information is derived by the plasma density information deriving means having the probe for measuring plasma density information, even if the frequency of the power source for plasma measurement is in the low frequency range from 10 MHz to 500 MHz. Can be measured. Therefore, it becomes possible to manipulate the plasma generation physical quantity based on the plasma density information in the low frequency region, and the plasma density is controlled by the operation of the plasma generation physical quantity, and the plasma is generated with the plasma density controlled. In addition, it is possible to simplify the measuring apparatus without requiring a high-frequency plasma measuring power source.
[0128]
According to the plasma processing method of the seventh aspect of the invention, plasma density information can be measured even in the low frequency region where the frequency of the power source for plasma measurement is from 10 MHz to 500 MHz. Accordingly, it is possible to manipulate the plasma generation physical quantity based on the plasma density information in the low frequency region, and the plasma density is controlled by the operation of the plasma generation physical quantity, and the plasma treatment is performed in a state where the plasma density is controlled. Plasma treatment can be appropriately performed on an object.
[0129]
According to the plasma processing apparatus of the eighth aspect of the invention, the plasma density information is derived by the plasma density information deriving means equipped with the plasma density information measuring probe even if the frequency of the power source for plasma measurement is in the low frequency range from 10 MHz to 500 MHz. Can be measured. Accordingly, it is possible to manipulate the plasma generation physical quantity based on the plasma density information in the low frequency region, and the plasma density is controlled by the operation of the plasma generation physical quantity, and the plasma treatment is performed in a state where the plasma density is controlled. Plasma processing can be appropriately performed on an object, and a measurement apparatus is simplified without requiring a high-frequency plasma measurement power source.
[0130]
According to the plasma processing apparatus of the ninth aspect of the invention, the operation means operates the plasma generation power supplied from the plasma generation power source. Therefore, the plasma generation power can be controlled by operating the plasma generation power. With the density controlled, the plasma processing can be appropriately performed on the object to be processed in the plasma with the plasma density controlled.
[0131]
According to the plasma processing apparatus of the tenth aspect of the present invention, the operating means operates the plasma processing power supplied from the plasma processing power source to the peripheral portion of the workpiece. Therefore, in the case of the invention of the apparatus of the tenth aspect, the plasma processing can be appropriately performed on the workpiece by the operation of the plasma processing power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a plasma processing apparatus equipped with an example of a plasma density information measuring probe and a measuring apparatus according to an embodiment.
FIGS. 2A and 2B are a partial longitudinal sectional view and a plan view showing a plasma density information measuring probe (measuring probe) according to an embodiment. FIGS.
FIG. 3 is a diagram illustrating a measurement result of a change in reflectance with respect to frequency of power for plasma measurement according to an example.
FIG. 4 is a diagram showing measurement results of changes in electron density versus plasma absorption frequency when a fluororesin and mica are used.
FIG. 5 is a block diagram relating to an experimental apparatus for deriving an electron density.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of operation of power for generating plasma.
FIG. 7 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of an example of a measurement probe according to an improved invention.
FIG. 8 is a diagram showing a measurement result of a change in reflectance with respect to frequency of power for plasma measurement according to the improved invention.
FIG. 9 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of an example of a measurement probe before the present invention for observing an absorption point in a low frequency region.
[Explanation of symbols]
1 ... Chamber
2… discharge electrode
5… Flow control valve
8… Measuring probe
9 ... Processing electrode
10 ... Power source for plasma generation
11 ... Generation power operation unit
12 ... Power supply for plasma processing
13: Processing power operation unit
11a, 13a: Impedance matching device
11b Electron density setting unit
13b ... Power setting unit
11c, 13c: Matching unit operation unit
13d: Power conversion unit
14 ... Power supply for plasma measurement
15 ... Coaxial cable
16 ... Probe controller
17 ... Plasma density information measurement unit
18… Central conductor
19 ... Flat plate
20… Dielectric outer skin
24 ... Plasma absorption frequency deriving section
25 ... Electron density converter
S ... Indoor space
W ... Workpiece
PM… Plasma
ST… Stage

Claims (10)

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、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、そのプラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されたプラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマに供給するとともに、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、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プラズマ密度情報測定過程を備えることを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。A plasma density information measuring method for measuring plasma density information indicating the characteristics of plasma, comprising: supplying power for measuring plasma density information from a power source for measuring plasma density information for measuring plasma density information; The antenna and the cable are connected to one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered with a dielectric material. The plasma density information measurement power is supplied to the plasma using the plasma density information measurement probe, and the plasma density information measurement power is reflected or absorbed by the plasma load that appears in a frequency range of 10 MHz to 500 MHz. Measure plasma density information based on Plasma density information measuring method characterized by comprising the that plasma density information measuring process. 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、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と、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報測定手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記プラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質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。A plasma density information measuring device for measuring plasma density information indicating plasma characteristics, wherein the frequency of the plasma density information measuring power source for measuring the plasma density information and the frequency of the plasma density information measuring power source is from 10 MHz to 500 MHz. Plasma density information provided with a plasma density information measuring probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption of plasma density information measuring power supplied from the plasma density information measuring power source, which appears in the frequency domain, by a plasma load and a measuring means, the plasma density information measuring probe, an antenna for radiating the plasma density information measuring power, together and a cable for transmitting the plasma density information measuring power, the antenna and the cable And are connected at one end of the antenna Ri, at least antennas plasma density information measuring apparatus characterized by being directly coated with a dielectric material. 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の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブであって、前記プラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質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用プローブ。The reflection of the plasma density information measurement power supplied from the plasma density information measurement power supply, which appears in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz, in the frequency range of the plasma density information measurement power supply for measuring the plasma density information, or A probe for measuring plasma density information that measures plasma density information based on absorption, comprising an antenna that radiates the power for measuring plasma density information, and a cable that transmits the power for measuring plasma density information A probe for measuring plasma density information, wherein the antenna and the cable are connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered with a dielectric material. 請求項3に記載のプラズマ密度情報測定用プローブにおいて、前記アンテナが平板状の金属板であることを特徴とするプラズマ密度情報測定用プローブ。  4. The plasma density information measuring probe according to claim 3, wherein the antenna is a flat metal plate. プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度を制御するプラズマ発生方法であって、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からプラズマ密度情報測定用電力そのプラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されたプラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマに供給するとともに、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、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プラズマ密度情報測定過程と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作過程とを備えることを特徴とするプラズマ発生方法。A plasma generating method for controlling the plasma density by operating the physical amount related to the plasma generation, a power measuring plasma density information from the plasma density information measuring power for measuring the plasma density information, the plasma density information measuring An antenna for radiating power for use and a cable for transmitting the power for measuring plasma density information, and the antenna and the cable are connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly made of a dielectric material. The plasma density information measuring power is supplied to the plasma using the plasma density information measuring probe coated on the electrode, and the power of the plasma density information measuring power source is reflected in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz. Or plasma dense based on absorption Plasma generating method characterized by comprising the plasma density information measuring process for measuring information, and an operation step of operating the physical quantity related to the plasma generated based on the measured plasma density information. プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度を制御するプラズマ発生装置であって、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と、プラズマ生成用電源と、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報測定手段と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記プラズ マ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質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発生装置。A plasma generator for controlling plasma density by manipulating a physical quantity related to plasma generation, a plasma density information measuring power source for measuring plasma density information, a plasma generating power source, and a plasma density information measuring power source Plasma density information measurement for measuring plasma density information based on reflection or absorption of plasma density information measurement power supplied from the plasma density information measurement power supply, which appears in a frequency range from 10 MHz to 500 MHz. It includes a plasma density information measuring means comprises a use the probe, and an operation means for operating the physical quantity related to the plasma generated based on the measured plasma density information, the plasma density information measuring probe, the plasma density an antenna for radiating the power information measured, before And a cable for transmitting power for measuring plasma density information, wherein the antenna and the cable are connected at one end of the antenna, and at least the antenna is directly covered with a dielectric material. A plasma generator. プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度が制御されたプラズマ中に被処理物を置いてプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、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からプラズマ密度情報測定用電力そのプラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質によって直接に被覆されたプラズマ密度情報測定用プローブを用いてプラズマに供給するとともに、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、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プラズマ密度情報測定過程と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作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 by placing an object to be processed in plasma in which plasma density is controlled by manipulating physical quantities relating to plasma generation, and a power source for measuring plasma density information for measuring plasma density information a power measuring plasma density information from, an antenna for radiating the plasma density information measuring power, together and a cable for transmitting the plasma density information measuring power, one end of the antenna and the cable and the antenna And at least the antenna is supplied to the plasma using a probe for measuring plasma density information in which the antenna is directly covered with a dielectric material, and the frequency of the power source for measuring plasma density information is in a frequency range from 10 MHz to 500 MHz. Appearing plasma density information due to plasma load A plasma density information measurement process for measuring plasma density information based on reflection or absorption of power for measurement, and an operation process for manipulating a physical quantity related to the plasma generation based on the measured plasma density information. A plasma processing method. プラズマ発生に係る物理量を操作することによりプラズマ密度が制御されたプラズマ中にプラズマ処理を行うための被処理物を置いて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のプラズマ密度情報測定用電源と、プラズマ生成用電源と、プラズマ密度情報測定用電源の周波数が10MHzから500MHzまでの周波数領域において現れる、前記プラズマ密度情報測定用電源から供給されるプラズマ密度情報測定用電力のプラズマ負荷による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プラズマ密度情報測定用プローブを具備したプラズマ密度情報測定手段と、測定された前記プラズマ密度情報に基づいて前記プラズマ発生に係る物理量を操作する操作手段とを備え、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、前記プラズマ密度情報測定用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を備えているとともに、前記アンテナとケーブルとが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誘電体物質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。A plasma processing apparatus for performing plasma processing by placing an object to be processed in plasma whose plasma density is controlled by manipulating physical quantities related to plasma generation, for measuring plasma density information The power for plasma density information measurement, the power for plasma generation, and the power for plasma density information measurement appear in the frequency range from 10 MHz to 500 MHz, and the power for plasma density information measurement supplied from the power source for plasma density information measurement Plasma density information measuring means having a plasma density information measuring probe for measuring plasma density information based on reflection or absorption by a plasma load of the plasma, and manipulating physical quantities related to the plasma generation based on the measured plasma density information The plasma density information. Titration, the probe includes an antenna for radiating the plasma density information measuring power, together and a cable for transmitting the plasma density information measuring power, and the antenna and the cable is connected at one end side of the antenna A plasma processing apparatus, wherein at least the antenna is directly covered with a dielectric material. 請求項8に記載のプラズマ処理装置において、前記操作手段は前記プラズマ生成用電源から供給されるプラズマ生成用電力を操作することを特徴とするプラズマ処理装置。  9. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the operating means operates plasma generation power supplied from the plasma generation power source. 請求項8または請求項9に記載のプラズマ処理装置において、前記操作手段はプラズマ処理用電源から前記被処理物の周辺部に供給されるプラズマ処理用電力を操作することを特徴とするプラズマ処理装置。  10. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the operating unit operates a plasma processing power supplied from a plasma processing power source to a peripheral portion of the object to be processed. .
JP2000226867A 2000-07-27 2000-07-27 Plasma density information measurement method and apparatus, plasma density information measurement probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method and apparatus Expired - Lifetime JP3838481B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000226867A JP3838481B2 (en) 2000-07-27 2000-07-27 Plasma density information measurement method and apparatus, plasma density information measurement probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000226867A JP3838481B2 (en) 2000-07-27 2000-07-27 Plasma density information measurement method and apparatus, plasma density information measurement probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002043093A JP2002043093A (en) 2002-02-08
JP3838481B2 true JP3838481B2 (en) 2006-10-25

Family

ID=18720408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000226867A Expired - Lifetime JP3838481B2 (en) 2000-07-27 2000-07-27 Plasma density information measurement method and apparatus, plasma density information measurement probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3838481B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5404984B2 (en) * 2003-04-24 2014-02-05 東京エレクトロン株式会社 Plasma monitoring method, plasma monitoring apparatus, and plasma processing apparatus
US8040138B2 (en) 2005-08-31 2011-10-18 National University Corporation Nagoya University Planar type frequency shift probe for measuring plasma electron densities and method and apparatus for measuring plasma electron densities
KR100937164B1 (en) * 2007-12-20 2010-01-15 정진욱 Process monitoring apparatus and the method of the same
JP5511272B2 (en) * 2009-09-04 2014-06-04 学校法人中部大学 Probe and apparatus for measuring plasma electron density and temperature
JP5618446B2 (en) * 2010-08-17 2014-11-05 学校法人中部大学 Probe and apparatus for measuring plasma electron density and temperature
JP5878382B2 (en) * 2012-01-24 2016-03-08 株式会社アルバック Silicon etching method
CN107462767A (en) * 2017-09-18 2017-12-12 广州城市职业学院 plasma probe measurement and control system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002043093A (en) 2002-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3497091B2 (en) Method for controlling high frequency power for plasma generation and plasma generator
US6744211B2 (en) Plasma density information measuring method, probe used for measuring plasma density information, and plasma density information measuring apparatus
JP6890459B2 (en) Plasma processing equipment and control method
JP4455887B2 (en) System and method for determining the state of a film in a plasma reactor using electrical characteristics
TW201621974A (en) Plasma processing device
US7102292B2 (en) Method and device for removing harmonics in semiconductor plasma processing systems
JP2004534351A (en) System and method for monitoring impedance
TW201015637A (en) Plasma treatment device and plasma treatment method
US11956883B2 (en) Methods and apparatus for controlling RF parameters at multiple frequencies
CN108735568B (en) Plasma processing apparatus and control method
JP2000299198A (en) Plasma processing device
JP2001203097A (en) Apparatus and method of plasma density measurement and plasma processing apparatus and method by using it
JP3838481B2 (en) Plasma density information measurement method and apparatus, plasma density information measurement probe, plasma generation method and apparatus, plasma processing method and apparatus
JP6754665B2 (en) Microwave output device and plasma processing device
JP4178775B2 (en) Plasma reactor
JP7026578B2 (en) Plasma probe device and plasma processing device
JP6718788B2 (en) Microwave output device and plasma processing device
JP2021039925A (en) Plasma probe device, plasma processing device and control method thereof
JP6814693B2 (en) Microwave output device and plasma processing device
JP3688173B2 (en) Probe for measuring plasma density information
KR102229990B1 (en) Member for plasma processing apparatus and plasma processing apparatus
JP2004055324A (en) Plasma density information measuring method and device, as well as plasma density information monitoring method and device, as well as plasma treatment method and device
JP2002216998A (en) Plasma density information measuring method and its equipment, and probe for plasma density information measurement, plasma processing method and its equipment
US20220115208A1 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
KR20230033593A (en) Plasma measurement method

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20040520

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050125

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20050224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050328

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050412

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20050415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050830

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051025

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060727

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3838481

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110811

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120811

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130811

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term
S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R370 Written measure of declining of transfer procedure

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370