JP3909806B2 - プラズマ密度情報測定方法及びその装置、並びにプラズマ処理方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や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、並びにプラズマ処理方法及びその装置に係り、特に磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報を精度良く測定する技術に関するものである。
【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。このようなプラズマ応用技術では、プラズマ処理を行うためのプラズマ処理室（例えばチャンバ）内のプラズマが経時的に変化するので、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に関係する量、即ち吸収周波数や、プラズマ表面波共鳴周波数等がある。これらの周波数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してプラズマ処理を行うことができる。
【０００３】
プラズマ密度情報を把握する方法として、発光分析、生成用電力やバイアス電力に関する反射率、チャンバ内のガス圧の変化、プラズマ内及び排気ガスの質量、熱抵抗分析といったものがある。しかし、これらの方法は、いずれの場合においてもプラズマ処理室の外からモニタリングしているので、プラズマ密度情報を正確に測定することができない。
【０００４】
そこで、本発明者は、特開２０００−１００５９８号の発明を先に提案している。この発明では、プラズマ密度情報を測定するための測定プローブをプラズマ処理室であるチャンバ内に挿入して、プラズマ密度情報を測定するための測定用電源から測定用電力をチャンバ内のプラズマに供給することによって測定が行われる。測定プローブは電力を放射するアンテナと、測定用電力を伝送する同軸ケーブルと、先端が閉じられた誘電体製のチューブとから構成されており、この誘電体製のチューブ内にアンテナと同軸ケーブルとが接続されて挿設されている。
【０００５】
測定用電源から測定用電力は同軸ケーブルを介してアンテナに放射されて、チャンバ内のプラズマに供給される。チャンバ内のプラズマに供給された測定用電力は、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて同軸ケーブルを介して戻ってくる。つまり、プラズマに供給された測定用電力によって、測定プローブの誘電体製のチューブ表面にプラズマによる表面波が励起して、それによってプラズマ負荷の吸収または反射が起こる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報が測定される。
【０００６】
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には、測定用電源から、ある周波数帯域（例えば１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまで）の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。掃引される周波数と、そのときの測定用電力の反射率とを対応付けてプロットすることによって、測定用電力の反射率の対周波数変化が求められる。反射率が大きく下がるところは、プラズマに起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収ポイントであって、その吸収ポイントの周波数が測定プローブの吸収周波数と呼ばれる周波数である。この吸収周波数は、電子密度等のプラズマ密度情報と一定の相関関係があって、この吸収ポイントを測定することによってプラズマ密度情報を測定することができる。また、プラズマ処理室であるチャンバの内部をモニタリングしているので、プラズマ密度情報を正確に測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ密度情報測定装置の場合には、次のような問題点がある。
例えばマイクロ波と磁場とを印加して電子の共鳴的加速を起こす電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance)（以下、『ＥＣＲ』とする）による放電を利用したＥＣＲプラズマ等、磁化されたプラズマ中ではプラズマ密度情報を正確に測定することができないという問題点である。
【０００８】
磁化されたプラズマ中では、即ち有磁場のプラズマ中では、上述した吸収ポイントを観測することができるが、磁場の影響を受けているので、無磁場のプラズマ中で観測された吸収ポイントから有磁場のプラズマ中では吸収ポイントはシフトしてしまう。従って、無磁場のときに用いた方法で、有磁場のプラズマ中で観測された吸収周波数から電子密度等のプラズマ密度情報を導出しても、プラズマ密度情報を正確に測定することができない。さらに、磁場の大きさが同じであっても磁場の方向が異なれば、磁場中で測定されたプラズマ密度情報の結果も異なってくる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定するプラズマ密度情報測定方法及びその装置、並びにプラズマ処理方法及びその装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
『発明の実施の形態』の段落でも後述するが、磁化されたプラズマ中では、磁場によるローレンツ力(Lorentz Force)を受けてプラズマ中の電子がサイクロトロン運動を行う。この運動の周波数は『電子サイクロトロン周波数』と呼ばれるものであって、ｆCで表される。そのときの角周波数(角振動数，角速度)をωC、磁場をＢ、電荷素量をｅ、電子質量をｍとそれぞれすると、これらは次式（１）のような関係で表される。
ωC ＝２πｆC＝ｅＢ／ｍ … （１）
【００１１】
なお、本明細書中では場合により便宜上、ωCやfCの代わりにξを用いる。ξは次式（２）のような関係で表される。
ξ＝ｆC／ｆP＝ωC／ωP … （２）
ここでｆPは最終的に求める吸収周波数、即ち校正された吸収周波数であり、このときの角周波数をωPとする。
【００１２】
本発明者は、上記の事項について着眼して、電子サイクロトロン周波数ｆCと吸収周波数ｆPとを初期値として設定して、そのときの校正される前の吸収周波数、即ち測定プローブによって直接的に測定されるべき吸収周波数をシミュレーションとして予め求めて、そのシミュレーションの結果に基づいて校正された吸収周波数ｆPを求めることに想到した。
【００１３】
図５は、ｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化のシミュレーション結果を示す図である。ｆMESは、測定プローブによって直接的に測定されるべき吸収周波数である。なお、測定プローブの長手方向に対して平行に磁場がかかっているときには、理論式（上記式は煩雑なのでその式については省略）で表され、図５中の実線は、そのときの理論曲線である。上側のプロットは、測定プローブの長手方向に対して垂直に磁場がかかっていて、ξが０．２のときである。下側のプロットは、測定プローブの長手方向に対して平行に磁場がかかっていて、ξが０．２のときである。
【００１４】
ξが０．２のとき、上記（２）式の関係を満たすような、即ちｆC＝０．２ｆPを満たすような電子サイクロトロン周波数ｆCと吸収周波数ｆPとを初期値として設定する。このような条件下で、測定プローブの長手方向に対して垂直に磁場がかかっているときと、測定プローブの長手方向に対して平行に磁場がかかっているときとについて、シミュレーションで吸収周波数ｆMESを計算する。測定されたｆMESと、初期値として計算されたｆC，ｆPとを、横軸ｆC／ｆMES及び縦軸ｆMES／ｆPに代入すると、図５に示すような２つのプロットが得られる。
【００１５】
同様にして、ξを他の値にそれぞれ設定してｆMESを測定すると、図５中の理論曲線の近傍に複数個のプロットが得られる。このようにして得られた図５のグラフに、実際に測定されたｆC及びｆMESを代入することで実際に測定されるｆMESが校正されてｆPが求まる。
【００１６】
さらに、測定プローブを構成する構成条件、例えばアンテナの長さや、誘電体で形成された測定プローブの表面部分であるチュ−ブの外径や内径や、チュ−ブの先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さや、チューブの誘電率等によっても吸収周波数の値は変化する。そこで、本発明者は、これらを変化させて磁場の方向依存性を受けないプローブ構成条件を求めて、吸収周波数等といったプラズマ密度情報を簡易に校正することに想到した。
【００１７】
以上のような知見に基づいて創作された本発明は、次のような構成をとる。
即ち、請求項１に記載の発明は、磁化されたプラズマ中で、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、（ａ）前記プラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁化されたプラズマ中の磁場の大きさを等価的に測定する過程と、（ｂ）前記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磁化されたプラズマに供給する過程と、（ｃ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、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、前記磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｄ）プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正する過程とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記（ｄ）の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、及び誘電体性外皮の内径であって、前記（ｄ）の過程は、前記アンテナの長さ、前記先端部から接続部までの長さ、前記外径、前記内径、及び誘電体外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、磁化されたプラズマ中で、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にプラズマ密度情報測定用電力を磁化されたプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、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、磁化されたプラズマ中の磁場の影響を受けた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と、前記プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の前記磁場の大きさを等価的に測定する磁場測定手段と、プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および前記磁場測定用手段によって測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正するプラズマ密度情報校正手段とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変える構成条件変換手段を備えていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さであって、前記構成条件変換手段は、アンテナとケーブルとを誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にすることで、前記先端部から接続部までの長さを変える手段であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率であって、前記構成条件変換手段は、誘電体性外皮とアンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けることで、前記外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８に記載の発明は、磁化されたプラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、（ａ）プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁化されたプラズマ中の磁場の大きさを等価的に測定する過程と、（ｂ）前記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磁化されたプラズマに供給する過程と、（ｃ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、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、前記磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｄ）プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正する過程と、（ｅ）校正された前記プラズマ密度情報に基づいて、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を制御する過程とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のプラズマ処理方法において、前記（ｄ）の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、及び誘電体性外皮の内径であって、前記（ｄ）の過程は、前記アンテナの長さ、前記先端部から接続部までの長さ、前記外径、前記内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１１に記載の発明は、磁化されたプラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力を磁化されたプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、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、磁化されたプラズマ中の磁場の影響を受けた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と、前記プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の前記磁場の大きさを等価的に測定する磁場測定手段と、プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および前記磁場測定用手段によって測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正するプラズマ密度情報校正手段と、校正された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変える構成条件変換手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さであって、前記構成条件変換手段は、アンテナとケーブルとを誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にすることで、前記先端部から接続部までの長さを変える手段であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率であって、前記構成条件変換手段は、誘電体性外皮とアンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、及び誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けることで、前記外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることを特徴とする。
【００３１】
【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「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「測定用電力」と略記する）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブを用いて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、プラズマの特性を把握することになる。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報が精度良く測定される。
【００３２】
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構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になる。
【００３３】
請求項３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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になる。
【００３４】
請求項４に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブによって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、プラズマの特性を把握することになる。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、プラズマ密度情報が精度良く測定される。
【００３５】
請求項５に記載の発明によれば、構成条件変換手段によってプラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になる。
【００３６】
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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になる。
【００３７】
請求項７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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になる。
【００３８】
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電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブを用いて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、プラズマ処理が制御される。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報が精度良く測定され易くなって、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理が容易に制御される。
【００３９】
請求項９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構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になり、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４０】
請求項１０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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になり、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４１】
請求項１１に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブによって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、プラズマ処理が制御される。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報が精度良く測定され易くなって、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理が容易に制御される。
【００４２】
請求項１２に記載の発明によれば、構成条件変換手段によってプラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になり、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４３】
請求項１３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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になり、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４４】
請求項１４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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、及び誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になり、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４５】
【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。なお、本実施例では電子サイクロトロン共鳴による放電を利用したＥＣＲプラズマであって、エッチング処理を例に採って説明する。図１は、実施例装置の構成を示すブロック図である。
【００４６】
本実施例に係るエッチング処理装置は、図１に示すように、プラズマＰＭが生成されるチャンバ１を備えており、このチャンバ１内には処理用の電圧に接続されている電極２が配設されており、この電極２上に被処理物である基板Ｗが載置されている。この電極２に処理用の電圧を印加することによってプラズマによる基板Ｗのエッチング処理が行われる。チャンバ１の上部には導波管３が接続されており、この導波管３を介して、プラズマＰＭを生成するための生成用電力がチャンバ１内に供給される。本実施例では、この生成用電力は１ｋＷ程度で周波数が２．４５ＭＨｚ程度のマイクロ波である。
【００４７】
また、チャンバ１の上部の周辺部にはコイル４が配設されており、このコイル４によって図１中の矢印の方向に磁場(磁束密度)Ｂが発生する。一方、導波管３を介してチャンバ１内に供給された生成用電力は、コイル４によって発生した磁場Ｂのローレンツ力(Lorentz Force)を受けて電子として回転運動、つまりサイクロトロン運動を行う。この回転運動を行う周波数は、いわゆる電子サイクロトロン周波数と呼ばれるものであって、この電子サイクロトロン周波数と、供給された生成用電力の周波数（本実施例では２．４５ＭＨｚ）とが一致するとき、電子の共鳴的加速が起こる。この電子の共鳴的加速の発生により、低圧力でも高密度のプラズマＰＭが生成される。
【００４８】
なお、本実施例に係るチャンバ１は、上述したようにＥＣＲプラズマに用いられるチャンバであるが、電子サイクロトロン周波数よりも低い周波数の高周波電流をアンテナに流してプラズマを生成するヘリコン波プラズマに用いられるチャンバであってもよい。また、２つの電極を互いに対向させて、両電極間にプラズマを生成する、いわゆるＣＣＰ(Capacitively Coupled Plasma) 型、即ち容量結合プラズマや、コイルを備えたアンテナに電流を流すことでアンテナに磁場を発生させて、アンテナからの磁場による誘導電場の発生によってプラズマを生成する、いわゆるＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)型、即ち誘導結合プラズマといった無磁場のプラズマであって、チャンバの周辺部に配設されたコイル等によってプラズマを磁化させたチャンバーを用いてもよい。
【００４９】
プラズマＰＭを生成するための生成用電源５は、生成用電力制御部６を介して、導波管３に接続されており、この生成用電力制御部６によって生成用電源５からチャンバ１に供給される生成用電力が操作される。この生成用電力制御部６は、本発明における制御手段に相当する。
【００５０】
また、チャンバ１内には、上述した基板Ｗや電極２の他に、チャンバ１内のプラズマ密度情報を測定する測定プローブ７が挿入されており、この測定プローブ７からの距離ｔの位置に、磁場Ｂを測定するためのガウスメータ８が配設されている。この距離ｔは、測定プローブ７が配設された位置の磁場の大きさをガウスメータ８によって等価的に測定する距離である。
【００５１】
この『測定プローブ７が配設された位置の磁場の大きさをガウスメータ８によって等価的に測定する距離』とは、磁場に分布がない場合、つまりどの位置で測定しても磁場の大きさが変わらない場合、どの位置においても測定プローブ７での磁場の大きさとガウスメータ８での磁場の大きさとが変わらないので、チャンバ１内であればこの場合での距離ｔは限定されないことを示す。また、本実施例では等磁場であるので、どの位置で測定しても磁場の大きさは変わらず、特に限定されない。ただし、この距離ｔが短すぎると、即ち本実施例において、測定プローブ７とガウスメータ８とが接触するような距離に配設されていると、または、測定プローブ７とガウスメータ８とが接触していると、測定プローブ７の表面に励起するプラズマ表面波の分布がガウスメータ８によって変動を受けて、後述するプラズマ密度情報が正確に測定されない恐れがある。
【００５２】
なお、本実施例以外での磁場に分布がある場合、つまり位置によって測定される磁場の大きさが変わる場合、『測定プローブ７が配設された位置の磁場の大きさをガウスメータ８によって等価的に測定する距離』とは、つまり距離ｔとは、磁場に分布がある場合、位置によって磁場の大きさが異なるので、この距離ｔが長すぎると測定結果が異なる恐れがあり、それぞれの磁場の大きさを考慮する必要があることを示す。
【００５３】
また、本実施例では、磁場を測定する手段としてガウスメータ８を配設したがガウスメータ８以外にも、磁場を測定する手段であれば特に限定されない。また、プラズマの励起前、励起中、励起後のいずれの時刻に測定してもよい。この測定プローブ７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し、このガウスメータ８は、本発明における磁場測定手段に相当する。
【００５４】
測定プローブ７は、図１中の磁場Ｂと直交する方向にチャンバ１内に挿入されて配設されている。測定プローブ７の挿入方向については特に限定されず、例えば磁場Ｂと平行になるような方向にチャンバ１の上部から挿入することも可能である。
【００５５】
測定プローブ７と、プラズマ密度情報を測定するための測定用電源９とは、同軸ケーブル１０とプローブ制御部１１とを介して接続されている。なお、本実施例では、プラズマ密度情報として電子密度を測定しているが、その他のプラズマ密度情報として例えばプラズマ密度やイオン密度や後述する吸収周波数やプラズマ表面波共鳴周波数等がある。測定用電源９は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電源に相当する。
【００５６】
ガウスメータ８によって測定された磁場の結果に基づいて電子サイクロトロン周波数ｆCが導出されるように、ガウスメータ８は、電子サイクロトロン周波数ｆCを導出する電子サイクロトロン周波数導出部１２に接続されている。この電子サイクロトロン周波数導出部１２は、プローブ制御部１１内にあって後述する吸収周波数校正部２５に接続されている。
【００５７】
上述の基板Ｗ、電極２、測定プローブ７の他に、チャンバ１と、プラズマＰＭを生成するためのガスを供給するガス供給源（タンク）１３とは、ガス調整用バルブ１４を介して連通接続されている。
【００５８】
次に、生成用電力制御部６の具体的構成について説明する。生成用電力制御部６は、エッチングレート変換部１５と、エッチング時間変換部１６と、エッチング時間設定部１７と、インピーダンス整合器１８とから構成されている。エッチングレート変換部１５は、測定プローブ７とプローブ制御部１１とによって測定された電子密度を電子密度に応じたエッチングレートに変換するように構成されており、エッチング時間変換部１６は、変換されたエッチングレートを電子密度に応じたエッチング時間に変換するように構成されている。また、エッチング時間設定部１７は、エッチング時間を設定するように構成されており、インピーダンス整合器１８は、チャンバ１への生成用電力の供給を調節したり、設定されたエッチング時間が経過するとチャンバ１への生成用電力の供給を終了するように構成されている。なお、本明細書中において用いられるエッチングレートとは単位時間当たりにエッチングされる膜の厚みのことをいう。
【００５９】
エッチングレート変換部１５とエッチング時間変換部１６とは、ＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部の機能を備えており、エッチングレートと電子密度とが比例関係にあることを利用して、測定された電子密度を演算部によって係数倍したものがエッチングレートとして変換されるとともに、エッチングすべき膜厚の厚みをエッチングレートで割った値がエッチング時間として変換される。本実施例では、エッチングレート変換部１５とエッチング時間変換部１６とをＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部で構成したが、図示を省略する記憶部をも備えるとともに、その記憶部に電子密度とエッチングレートとの相関関係を示す検量線等を予め記憶させて、測定された電子密度に応じてその記憶部から随時読み出しを行ってエッチングレートやエッチング時間等を導出するように構成してもよい。
【００６０】
エッチング時間設定部１７は、タイマやクロックの機能を備えており、電子密度が測定されるのとほぼ同時にタイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８に対して、生成用の電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器１８内の整合回路を操作する。なお、本実施例では、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８を操作することによって、プラズマＰＭへの生成用の電力の供給を終了させたが、生成用電源５に対して直接的に操作して電圧の印加等を直接的に終了するようにエッチング時間設定部１７を構成してもよいし、電極２に印加している処理用の電圧等を直接的に操作するように構成してもよい。また、基板Ｗを連続的に処理する場合には、エッチング時間設定部１７によって設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、処理中の基板Ｗをチャンバ１内から取り出して、次に処理されるべき基板Ｗをチャンバ１内に投入するように構成してもよい。
【００６１】
インピーダンス整合器１８は、生成用電源５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。また上述の周波数が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。
【００６２】
次に、測定プローブ７について、図２を参照して説明する。測定プローブ７は、同軸ケーブル１０の先端部を加工成形することによって構成されており、図２に示すように、先端部において同軸ケーブル１０の外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとを除去してから先端部が閉じられている誘電体製のチューブ１９を被せることによって構成されている。また、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとを除去したことによって同軸ケーブル１０の先端部において中心絶縁体１０ｃ，中心導体１０ｄのみとなって、中心導体１０ｄは、同軸ケーブル１０を介して伝送された電力を放射するアンテナの機能を果たすことになる。従って、先端部における中心導体１０ｄは、本発明におけるアンテナに相当し、同軸ケーブル１０は、本発明におけるケーブルに相当し、チューブ１９は、本発明における誘電体性外皮に相当する。
【００６３】
チューブ１９は、本実施例では比誘電率が約４である石英（ＳｉＯ２ ）で形成されている。チューブ１９を形成する物質については、例えば比誘電率が２であるフッ素樹脂や、比誘電率が１０であるアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）や、比誘電率が３５であるジルコニア（zirconia）（ＺｒＯ２ ）や、異方性誘電体や、純度によって比誘電率が変化するが比誘電率が約２０前後である炭化ケイ素（silicon carbide ）（ＳｉＣ）等のように、特に限定されないが、固体の誘電体の場合ではチューブ１９を形成し易い点から鑑みると、比誘電率が２から５０までの物質でチュ−ブ１９は形成されている方が好ましい。
【００６４】
また、アンテナである先端部における中心導体１０ｄの長さを、図２に示すように、ｌとする。また、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所からチューブ１９の先端部までの長さを、図２に示すように、ｄとする。この外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所は、アンテナである中心導体１０ｄと、同軸ケーブル１０との接続部でもある。従って、先端部における中心導体１０ｄの長さｌは、本発明におけるアンテナの長さに相当し、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所からチューブ１９の先端部までの長さｄは、本発明における誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さに相当する。
【００６５】
チューブ１９の外径を、図５に示すように、Ｒとして、内径をｒとする。このチューブ１９の外径Ｒと内径ｒとは、本発明における誘電体性外皮の外径と内径にそれぞれ相当する。
【００６６】
測定プローブ７の後端側には、同軸ケーブル１０とアンテナである中心導体１０ｄ（中心絶縁体１０ｃも含む）とを一体的に図２中の矢印Ａの方向に移動可能となるように、移動機構２０が配設されている。即ち、移動機構２０によって、同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとは、チューブ１９内を長手方向である矢印Ａの方向に移動自在となり、この移動によって、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所からチューブ１９の先端部までの長さｄ(以下、適宜『先端部から接続部までの長さｄ』と略記する)を、つまり測定プローブ７を構成するプローブ構成条件を変えることができる。先端部から接続部までの長さｄを変えることについては、上述のように同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとを、チューブ１９中で長手方向である矢印Ａの方向に移動自在にさせる以外にも、チュ−ブ１９のみを矢印Ａの方向に移動自在にさせたり、同軸ケーブル１０・中心導体１０ｄと、チュ−ブ１９とを矢印Ａの方向にそれぞれ移動自在にさせたり、同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとを、チューブ１９中で矢印Ａの方向に相対的に移動自在させるのであれば、特に限定されない。チューブ１９を移動自在に構成する場合には、移動機構２０もしくは移動機構２０とチューブ１９とを接続する接続機構がプラズマＰＭ中に介在することになるので、同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとを移動自在に構成する方が好ましい。この移動機構２０は、本発明における構成条件変換手段に相当する。
【００６７】
測定プローブ７をプラズマＰＭ中に挿入させる。次に、測定用電源９から測定用電力を伝送させる。すると、測定プローブ７の吸収周波数において、先端ではチューブ１９や同軸ケーブル１０等を境界条件に持ちながら共鳴吸収が起きる。この結果、測定用電源９から供給されて伝送された電磁波が吸収されるので、測定プローブ７の吸収周波数において反射電力が小さくなる。また、測定用電力がプラズマＰＭによって吸収されると吸収されなかった残りの測定用電力は、測定用電源９側からプラズマＰＭ側に伝送した方向とは逆方向に、測定用電源９側に向かって伝送される。また、測定用電力がプラズマＰＭによって反射されると、反射された測定用電力は、同様に測定用電源９側に向かって伝送される。この測定用電力は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電力に相当する。
【００６８】
続いて、プローブ制御部１１の具体的構成について説明する。プローブ制御部１１は、図１に示すように、方向性結合器２１と、減衰器２２と、フィルタ２３と、吸収周波数導出部２４と、吸収周波数校正部２５と、電子密度変換部２６とから構成されている。測定プローブ７には、同軸ケーブル１０を介して測定用電源９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。
【００６９】
測定用電源９は周波数掃引式であって、ある周波数帯域（例えば１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまで）の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。測定用電源９から出力された測定用電力は、同軸ケーブル１０中を伝送しながら方向性結合器２１、減衰器２２、及びフィルタ２３の順に経由して、測定プローブ７へ伝送される。一方、測定用電力が吸収または反射されると、上述したように逆方向に電力の反射分が伝送されて、方向性結合器２１で検出されて、吸収周波数導出部２４へ送り込まれる。吸収周波数導出部２４には測定用電源９から出力される測定用電力の周波数も逐次送り込まれる。
【００７０】
フィルタ２３は、プローブ制御部１１に混入してくる電力やノイズを除去する機能を果たす。また、減衰器２２は、測定プローブ７へ送り込む測定用電力の量を調整する機能を果たす。
【００７１】
吸収周波数導出部２４は、測定用電力の周波数と、測定用電力の検出反射量とに基づいて、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、電子密度に起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収周波数を求める。なお、吸収周波数の具体的な導出については、後述するフローチャートで説明する。
【００７２】
プラズマＰＭは磁化されているので、吸収周波数導出部２４によって導出された吸収周波数はプラズマ中での磁場の影響を受けている。従って、正確な吸収周波数を求めるべく、上述の吸収周波数は、吸収周波数校正部２５によって校正される。この吸収周波数校正部２５は、本発明におけるプラズマ密度情報校正手段に相当する。なお、吸収周波数の具体的な校正についても、後述するフローチャートで説明する。
【００７３】
電子密度変換部２６は、吸収周波数校正部２５によって校正された吸収周波数に基づいて電子密度に変換するように構成されている。上述の吸収周波数は電子密度と一定の相関関係があるので、吸収周波数が求まることによって、電子密度が容易に求められる。
【００７４】
続いて、上述した構成を有するエッチング処理装置において、エッチング処理の流れを、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、ステップＳ１の時点ではプラズマ生成用の生成用電源５のスイッチは既にＯＮ状態であって、ガス供給源（タンク）１３からチャンバ１内にガスが既に供給されて、プラズマＰＭも既に生成されており、コイル４によってプラズマＰＭが磁化されているものとする。
【００７５】
〔ステップＳ１〕測定プローブ７を、図１中の磁場Ｂと直交する方向にチャンバ１内に挿設するとともに、測定プローブ７からの距離ｔの位置にガウスメータ８を挿設する。測定プローブ７は、先端部における中心導体１０ｄの長さｌと、先端部から接続部までの長さｄとが、ともに２ｍｍであって、石英で形成されたチューブ１９であって、このチューブ１９の外径Ｒが２ｍｍ、チューブ１９の内径ｒが１ｍｍのプローブを用いている。この測定プローブ７は、磁場の方向依存性を受けないので、例えば磁場Ｂと平行になるような方向にチャンバ１の上部から挿入するというように、測定プローブ７をどのような方向に挿入しても、ステップＳ４でも後述するように磁場の方向を考慮することなく磁場Ｂの大きさのみに基づいて吸収周波数を求めることができる。
【００７６】
また、上述のような外径Ｒが２ｍｍ、内径ｒが１ｍｍのチューブ１９の場合には、距離ｔは２ｍｍ以上であるので、測定プローブ７から２ｍｍ以上離れた位置にガウスメータ８が配設されることになる。なお、距離ｔが２ｍｍ未満では、上述したように測定プローブ７の表面に励起するプラズマ表面波の分布がガウスメータ８によって変動を受ける恐れがあるので、２ｍｍ以上が好ましい。また、チューブ１９の外径Ｒや内径ｒ等の測定プローブ７の形状によっても距離ｔは変化して、例えば外径Ｒが６ｍｍ、内径ｒが４ｍｍのチューブ１９の場合には、距離ｔは４ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００７７】
このような条件の下で、測定用電源９のスイッチをＯＮにしてガウスメータ８によって磁場Ｂを測定する。測定された磁場Ｂの結果は、電子サイクロトロン周波数導出部１２に送り込まれる。送り込まれた磁場Ｂの測定結果に基づいて、電子サイクロトロン周波数ｆCが導出される。詳述すると、磁場Ｂと電子素量ｅと電子質量ｍを上記（１）式に代入することにより、電子サイクロトロン周波数ｆCを導出する。また、電子サイクロトロン周波数導出部１２によって導出されたこの電子サイクロトロン周波数ｆCは、吸収周波数校正部２５に送り込まれる。このステップＳ１は、本発明における（ａ）の過程に相当する。
【００７８】
〔ステップＳ２〕測定用電源９から１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまでの周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。また、自動掃引しながら吸収周波数導出部２４に上述の周波数が逐次送り込まれる。出力された測定用電力は、同軸ケーブル１０を介して測定プローブ７に供給される。このステップＳ２は、本発明における（ｂ）の過程に相当する。
【００７９】
〔ステップＳ３〕供給された測定用電力は、表面波によって吸収または反射が起こって、供給時とは逆方向に同軸ケーブル１０を介して測定用電力の反射分だけ測定用電源９側に伝送される。測定用電力の反射量は、フィルタ２３、減衰器２２、及び方向性結合器２１の順に経由して、方向性結合器２１で検出される。そして、吸収周波数導出部２４へ送り込まれる。
【００８０】
吸収周波数導出部２４では、同じ周波数において〔測定用電力の検出反射量〕÷〔測定用電力の全出力量〕なる演算が行われて測定用電力の反射率が求められる。掃引される周波数と、この測定用電力の反射率とを対応付けてプロットすることによって、図４に示すような測定用電力の反射率の対周波数変化が求められる。図４に示すように、反射率が大きく下がるところは、電子密度に起因して測定電力の強い吸収が起こる吸収ポイントであって、その吸収ポイントの周波数が吸収周波数ということになる。
【００８１】
図４中では吸収ポイントＰａ，Ｐｂの２つが現れている。通常、吸収ポイントは複数個現れて、それに伴って吸収周波数も吸収ポイントと同数個だけ存在する。これらの吸収周波数は、いずれにおいても電子密度等のプラズマ密度情報と一定の相関関係があるが、特に、吸収周波数のうち、電子密度に対して２乗に比例する吸収周波数は、プラズマ表面波共鳴周波数と呼ばれている。電子密度等のプラズマ密度情報を導出する際においてこのプラズマ表面波共鳴周波数は有用な物理量の１つである。なお、電子密度等のプラズマ密度情報は局所的に変化するので、測定プローブ７は基板Ｗの表面の近傍で測定を行うのが好ましい。このステップＳ３は、本発明における（ｃ）の過程に相当する。
【００８２】
〔ステップＳ４〕吸収周波数導出部２４によって導出されたこの吸収周波数は、上述したように測定プローブ７によって直接的に測定された吸収周波数ｆMESであって、磁場Ｂの影響を受けている吸収周波数である。そこで、この吸収周波数ｆMESを、吸収周波数校正部２５によって校正する。校正方法としては、電子サイクロトロン周波数導出部１２によって導出されて吸収周波数校正部２５に送り込まれた電子サイクロトロン周波数ｆCと、この吸収周波数ｆMESとに基づいて校正が行われる。
【００８３】
続いて、具体的な校正方法について説明する。吸収周波数校正部２５は、図示を省略する記憶部に予め記憶されているｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化をプロットしたデータと、実際に測定されたｆC及びｆMESとに基づいて、実際に測定されるｆMESが校正されてｆPが求まるように構成されている。ｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化をプロットしたデータは、上述したように図５のグラフで表される。このようなグラフを、様々なプローブを構成するプローブ構成条件や、測定プローブ７の長手方向に対する磁場Ｂの様々な方向の条件下で、シミュレーションデータとして予め求めておいて記憶部に記憶させる。
【００８４】
このステップの説明で用いられている測定プローブ７は、先端部における中心導体１０ｄの長さｌと、先端部から接続部までの長さｄとが、ともに２ｍｍであって、石英で形成されたチューブ１９であって、このチューブ１９の外径Ｒが２ｍｍ、チューブ１９の内径ｒが１ｍｍのプローブで、磁場の方向依存性を受けないので、測定プローブ７の長手方向に対する磁場の方向を考慮することなく、また測定プローブ７の挿入方向を考慮することなく、図５中のグラフは１種類となる。従って、この測定プローブ７の場合には磁場Ｂの大きさのみで、磁場の方向を考慮することなく吸収周波数を校正することができる。
【００８５】
また、上述したように測定プローブ７の長手方向に対して平行に磁場Ｂがかかっているときには理論式で表されるが、この理論式が煩雑なので、測定プローブ７の長手方向に対して平行に磁場Ｂがかかっているときでも上述の方法で校正される。もちろん、上記理論式に当てはまるようにしてＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部を構成するとともに、上記演算部の機能を備えるように吸収周波数校正部２５を構成するようにしてもよい。
【００８６】
なお、図５のグラフによると、磁場の依存性がある場合、測定プローブの長手方向に対して磁場が平行のときの理論式で求められた吸収周波数は、シミュレーションで計算した吸収周波数と比べると、±１％のズレ（電子密度の場合は±２％のズレ）しかないことがわかった（プロットについては図示省略）。従って、磁場の方向依存性がある測定プローブで測定して、図５における磁場の方向依存性のないシミュレーションデータや理論式のデータを用いてもよいし、逆に磁場の方向依存性がない測定プローブで測定して、図５における磁場の方向依存性のあるシミュレーションデータや理論式のデータを用いてもよい。もちろん、より精密に吸収周波数を求める場合には、磁場の方向依存性がある測定プローブに対してはその方向で予め求められたシミュレーションデータを用いて、磁場の方向依存性がない測定プローブに対しては磁場の方向依存性のないシミュレーションデータや理論式のデータを用いる方が好ましい。
【００８７】
このようにして求められた吸収周波数ｆPは、電子密度変換部２６に送り込まれる。このステップＳ４は、本発明における（ｄ）の過程に相当する。
【００８８】
〔ステップＳ５〕吸収周波数が吸収周波数校正部２５によって校正されて求まると、電子密度変換部２６によって電子密度に変換されて、導出される。
【００８９】
〔ステップＳ６〕電子密度が求まってから、基板Ｗをチャンバ１内に投入して、電極２上に載置する。この電極２に処理用の電圧を印加することによって、プラズマＰＭ中のイオンや電子が基板Ｗの表面に到達して、基板Ｗのエッチング処理が行われる。従って、処理用の電圧を印加するのとほぼ同時に、またはエッチング処理が開始されるのとほぼ同時に、エッチング時間設定部１７において、タイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。エッチング処理をより精密に行うという点において、チャンバ１内への基板Ｗの投入とステップＳ５での電子密度の測定とはほぼ同時に行われる方が好ましい。
【００９０】
〔ステップＳ７〕一方、測定された電子密度は、生成用電力制御部６内のエッチングレート変換部１５に送り込まれて、電子密度に基づいてエッチングレートに変換される。上述したように、エッチングレートと電子密度とは比例関係にあるので、測定された電子密度を係数倍するだけでエッチングレートが求まる。
【００９１】
〔ステップＳ８〕エッチングレートが求まると、エッチング時間変換部１６によってエッチング時間が求まる。例えば、エッチングしたい膜厚の厚みが１０μｍであって、エッチングレートが１μｍ／ｍｉｎのとき、エッチング時間は、上記膜厚の厚みの１０μｍから上記エッチングレートの１μｍ／ｍｉｎで割った１０ｍｉｎとなって求められる。
【００９２】
〔ステップＳ９〕エッチング時間が求まると、エッチング時間設定部１７に送り込まれる。ステップＳ６において開始されたタイマがエッチング時間に相当する分だけカウントされると、即ち、エッチング時間が経過すると、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８に対して、生成用電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器１８内の整合回路を操作する。この操作によって生成用電源５から供給される生成用電力は０となって、エッチング処理が終了する。このステップＳ６〜Ｓ９は、本発明における（ｄ）の過程に相当する。
【００９３】
以上のステップＳ１〜Ｓ９から、磁化されたプラズマＰＭ中では、測定プローブ７によって測定された吸収周波数ｆMESは、プラズマＰＭ中の磁場Ｂの影響を受けているので、測定プローブ７での磁場Ｂの大きさがほぼ等しくなる位置で、ガウスメータ８によって磁場Ｂを測定して、吸収周波数校正部２５によってその測定結果に基づいて吸収周波数ｆMESをｆpに校正することで、磁化されたプラズマＰＭ中での電子密度ｎeを精度良く測定することができる。
【００９４】
その測定結果である測定された吸収周波数ｆpに基づいて、生成用電力制御部６によって磁化されたプラズマＰＭ中でのエッチング処理を容易にかつ適切に制御することができる。
【００９５】
さらに、このステップの説明で用いられている測定プローブ７では磁場Ｂの方向依存性を受けないので、このステップのように磁場Ｂの方向依存性を受けずに磁場Ｂの大きさに基づいて吸収周波数を校正して測定する測定プローブ７のプローブ構成条件（このステップでは、石英の比誘電率４，ｄ＝ｌ＝２ｍｍ，Ｒ＝２ｍｍ，ｒ＝１ｍｍが構成条件）が予めわかっている場合には、移動機構２０によって上述した測定プローブ７の同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとをチューブ１９中で長手方向に移動させて、先端部から接続部までの長さｄを２ｍｍに変えることで、上述の測定を実現することができる。
【００９６】
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。
【００９７】
（１）上述した本実施例で用いられた校正方法は、図５に示すように、予め求められたｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化のシミュレーションデータを予め記憶させておいて、吸収周波数校正部２５によって吸収周波数ｆPを求めたが、磁場Ｂが測定プローブ７の長手方向に対して平行の場合には、例えば下記のような方法で吸収周波数ｆPを求めてもよい。
【００９８】
ステップＳ３でも述べたように、図４には吸収ポイントが複数個現れていて、それに伴って吸収周波数も吸収ポイントと同数個だけ存在する。これらの吸収周波数は、アンテナの長さｌや先端部から接続部までの長さｄを変えることで変化する。これらの長さに対してもっとも依存が大きい吸収周波数は『０次の吸収周波数』と呼ばれており、高次になるほどそれらの長さに対する吸収周波数の依存は小さくなる。また、もっとも吸収が大きい吸収周波数は、０次の吸収周波数であって、高次になるほど吸収は小さくなって観測できなくなる。通常、測定プローブ７によって測定される吸収周波数は、もっとも吸収が大きくて長さに対してもっとも依存が大きい０次の吸収周波数であって、本実施例でも０次の吸収周波数を吸収周波数ｆMESとして観測している。
【００９９】
上述したアンテナの長さ等を変化させても吸収周波数が固定である吸収周波数は『プラズマ表面波共鳴周波数』と呼ばれるものであって、もっとも高次（∞次）の吸収周波数であるのと同時にもっとも吸収が小さい吸収周波数でもある。上述したアンテナの長さ等を変えると、変化した長さと変化によってシフトした吸収周波数とは比例関係にあることから、様々な長さの条件の下で吸収周波数を観測して長さが限りなく０になったとき（実際にアンテナの長さを０にすることはできない）に収束する周波数を求めることによって、上述のプラズマ表面波共鳴周波数を測定することができる。
【０１００】
この測定されたプラズマ表面波吸収周波数をｆSWとして、プラズマ表面波に結合する誘電体（本実施例ではチューブ１９）の比誘電率をεDとすると、プラズマ表面波吸収周波数ｆSWを次式（３）のように校正することでｆPが得られる。
ｆP＝ｆSW〔（εD 2―１)(ｆSW 2―ｆC 2）／（εD 2ｆSW 2＋ｆC 2―ｆSW 2）〕1/2… （３）
【０１０１】
（２）上述した本実施例でのステップＳ１〜Ｓ９では、１枚の基板Ｗのエッチング処理が終了すると生成用電源５から供給する生成用電力を０にする手順であったが、基板Ｗを連続的に処理する場合にはエッチング時間に達すると、処理中の基板Ｗをチャンバ１内から取り出して、次に処理されるべき基板Ｗをチャンバ１内に投入するような手順であってもよい。
【０１０２】
（３）上述した本実施例でのステップＳ１〜Ｓ９では、ステップＳ１で磁場Ｂを測定して、電子サイクロトロン周波数を求めてから、ステップＳ２以降で吸収周波数等のプラズマ密度情報を測定して校正したが、ステップＳ１〜Ｓ５を繰り返してからエッチング処理等のプラズマ処理を行う等、磁場Ｂを測定しながらプラズマ密度情報を測定して校正してもよい。
【０１０３】
特に、吸収周波数等のプラズマ密度情報が経時的に変化するときには、上述のように磁場Ｂを測定しながらプラズマ密度情報を測定して校正する方法が有用である。
【０１０４】
（４）上述した本実施例ではエッチング処理についてのプラズマ処理であったが、例えばＣＶＤ（化学気相成長）処理や、アッシング処理や、チャンバのクリーニング処理等、プラズマ中の被処理物に行うプラズマ処理であれば、特に限定されない。また、プラズマ処理のみならず、プラズマ密度情報を単に測定するプラズマ密度情報測定装置にも本発明を適用することができる。
【０１０５】
（５）本実施例ではプラズマを生成するための生成用電力を操作してプラズマ処理を制御したが、例えば生成用電力以外にもプラズマを生成するガス圧や、ガスの混合比等を操作してプラズマ処理を制御してもよく、通常のプラズマ制御において用いられる方法ならば、特に限定されない。
【０１０６】
また、本実施例では電子密度に応じてエッチング時間等の処理時間を設定して、生成用電力を操作したが、処理時間を固定にしておいて、インピーダンス整合器１８等を操作することによって生成用電力を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい。同様の手法で、図１中のガス調整用バルブ１４によって、ガス圧や、ガスの混合比等を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい。また、上述したこれらの方法を適宜互いに組み合わせることもできる。
【０１０７】
（６）上述した本実施例ではプラズマ密度情報は吸収周波数（高次吸収周波数，プラズマ表面波共鳴周波数を含む）や電子密度であったが、イオン密度もプラズマの特性を示すので、これらの物理量を校正して測定することで、プラズマ発生に係る物理量（例えば生成用電力や、ガス圧や、ガスの混合比等）を操作してもよい。例えば、図１中の吸収周波数校正部２５によって吸収周波数を求めた後、吸収周波数とエッチング時間との相関関係によって生成用電力を操作してもよい。
【０１０８】
（７）本実施例で用いられた、磁場Ｂの方向依存性を受けない測定プローブ７は、上述のｄ＝ｌ＝２ｍｍ，Ｒ＝２ｍｍ，ｒ＝１ｍｍの石英製の測定プローブ７以外にも、例えばｄ＝ｌ＝５ｍｍ，Ｒ＝６ｍｍ，ｒ＝４ｍｍの石英製の測定プローブ７等のように、測定プローブ７を構成するプローブ構成条件に限定されない。
【０１０９】
また、本実施例で上述したステップＳでは予め磁場Ｂの方向依存性を受けない測定プローブ７を用いたが、磁場Ｂの方向依存性がある測定プローブ７を用いて、その方向の条件下で予め求められているシミュレーションデータから吸収周波数を校正してもよく、処理の途中で移動機構２０によってプローブ構成条件の１つであるｄを変えてもよい。
【０１１０】
（８）上述した本実施例では移動機構２０によってプローブ構成条件の１つであるｄを変えていたが、プローブ構成条件を変える手段であれば特に限定されない。例えば、チューブ１９と、同軸ケーブル１０及びアンテナである先端部における中心導体１０ｄとを着脱自在に構成して、チュ−ブ１９を中心導体１０ｄ及び同軸ケーブル１０から取り外して異なる外径Ｒまたは内径ｒまたは誘電率εをもつチューブ１９を中心導体１０ｄ及び同軸ケーブル１０に取り付けることで、Ｒ，ｒ，εを変えてもよい。また、アンテナの長さｌの変化によっても、磁場Ｂの方向依存性に影響を及ぼすので、ｌを変えてもよい。
【０１１１】
その他にも、プローブ構成条件が互いに異なる測定プローブ７を複数本チャンバ１内に備えて、それらの測定プローブ７のうち１つを適宜選択するように構成してもよい。
【０１１２】
（９）本実施例で用いられた測定プローブ７は、図２に示されるものであったが、例えば図６に示されるような測定プローブ７で構成されていてもよい。図６（ａ）に示す測定プローブ７は、図２中のチューブ１９を備えずに先端部におけるアンテナである中心導体１０ｄが中心絶縁体１０ｃに直接に被覆されている構造で構成されている。従って、図６（ａ）に示すような測定プローブ７を形成する場合、同軸ケーブル１０を予め用意して、先端部において同軸ケーブル１０の外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとを除去するだけで、加工成形することができる。また、除去する以外にも、少なくともアンテナ部分の表面に誘電体を蒸着、もしくは堆積させることによって、アンテナ部分が誘電体に直接に被覆されていてもよい。
【０１１３】
また、図２に示す測定プローブ７のアンテナである中心導体１０ｄは、チューブ１９に被覆されているので、必ずしも中心導体１０ｄは中心絶縁体１０ｃに被覆される必要はなく、図６（ｂ）に示すような構成であってもよい。
【０１１４】
また、本発明における誘電体性外皮は、図２に示されているチューブ１９のように誘電体によって一体形成されているものだけでなく、例えば石英等で形成されたチューブや管の表面に別の誘電体を蒸着、もしくは堆積させて形成したもの等も含む。
【０１１５】
その他にも図示を省略するが、先端部にアンテナを備えた同軸ケーブルに、その同軸ケーブルの形状に合わせた誘電体製のチューブを直接的に被せて測定プローブを構成することもできる。また、測定用電力の吸収をより大きくするためにアンテナの先に平板状の金属板等を備えてもよいし、アンテナの形状についても特に限定されない。
【０１１６】
（１０）上述した本実施例では、測定プローブ７からの距離ｔの位置に磁場Ｂを測定するためのガウスメータ８を配設していたが、磁場Ｂの大きさを等価的に測定するならば、例えばチューブ１９の中にガウスメータ８等に代表される磁場測定手段を配設する等のように、特に限定されない。
【０１１７】
【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、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１１８】
請求項２の発明に係るプラズマ密度情報測定方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく磁場の大きさのみに基づいてプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１１９】
請求項３の発明に係るプラズマ密度情報測定方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく磁場の大きさのみに基づいてプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１２０】
請求項４の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１２１】
請求項５の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、構成条件変換手段によってプラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。さらに、例えばある構成条件において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正して測定することができると予めわかっている場合には、プローブ構成条件を上述した構成条件に変えることで、上述の測定を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２２】
請求項６の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。さらに、例えば先端部から接続部までのある長さにおいて、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正して測定することができると予めわかっている場合には、先端部から接続部までの長さを上述した長さに変えることで、上述の測定を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２３】
請求項７の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。さらに、例えばある外径、ある内径、及びある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正して測定することができると予めわかっている場合には、外径、内径、及び誘電率を上述した外径・内径・誘電率に変えることで、上述の測定を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２４】
請求項８の発明に係るプラズマ処理方法によれば、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。
【０１２５】
請求項９の発明に係るプラズマ処理方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理をより容易にかつより適切に制御することができる。
【０１２６】
請求項１０の発明に係るプラズマ処理方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理をより容易にかつより適切に制御することができる。
【０１２７】
請求項１１の発明に係るプラズマ処理装置によれば、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。
【０１２８】
請求項１２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構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。さらに、例えばある構成条件において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正してプラズマ処理を制御することができると予めわかっている場合には、プローブ構成条件を上述した構成条件に変えることで、上述のプラズマ処理の制御を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２９】
請求項１３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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。さらに、例えば先端部から接続部までのある長さにおいて、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正してプラズマ処理を制御することができると予めわかっている場合には、先端部から接続部までの長さを上述した長さに変えることで、上述のプラズマ処理の制御を実現することができるという効果をも奏する。
【０１３０】
請求項１４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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。さらに、例えばある外径、内径、及び誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正してプラズマ処理を制御することができると予めわかっている場合には、外径、内径、及び誘電率を上述した外径・内径・誘電率に変えることで、上述のプラズマ処理の制御を実現することができるという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例に係る測定プローブの構成を示す一部縦断面図である。
【図３】本実施例に係るエッチング処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】吸収周波数を求める説明に供するグラフである。
【図５】ｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は変形例に係る測定プローブ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
４ … コイル
５ … 生成用電源
６ … 生成用電力制御部
７ … 測定プローブ
８ … ガウスメータ
９ … 測定用電源
１０ … 同軸ケーブル
１０ｄ … 中心導体
１１ … プローブ制御部
１２ … 電子サイクロトロン周波数導出部
１８ … インピーダンス整合器
１９ … チューブ
２０ … 移動機構
２４ … 吸収周波数導出部
２５ … 吸収周波数校正部
２６ … 電子密度変換部
ＰＭ … プラズマ
Ｗ … 基板
Ｂ … 磁場(磁束密度)
ｔ … 距離
ｌ … 先端部における中心導体の長さ
ｄ … 先端部から接続部までの長さ
Ｒ … チューブの外径
ｒ … チューブの内径
ｆC … 電子サイクロトロン周波数
ｆMES … 校正される前の吸収周波数
ｆP … 校正された吸収周波数
ｆSW … プラズマ表面波吸収周波数
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や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、並びにプラズマ処理方法及びその装置に係り、特に磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報を精度良く測定する技術に関するものである。
【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。このようなプラズマ応用技術では、プラズマ処理を行うためのプラズマ処理室（例えばチャンバ）内のプラズマが経時的に変化するので、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に関係する量、即ち吸収周波数や、プラズマ表面波共鳴周波数等がある。これらの周波数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してプラズマ処理を行うことができる。
【０００３】
プラズマ密度情報を把握する方法として、発光分析、生成用電力やバイアス電力に関する反射率、チャンバ内のガス圧の変化、プラズマ内及び排気ガスの質量、熱抵抗分析といったものがある。しかし、これらの方法は、いずれの場合においてもプラズマ処理室の外からモニタリングしているので、プラズマ密度情報を正確に測定することができない。
【０００４】
そこで、本発明者は、特開２０００−１００５９８号の発明を先に提案している。この発明では、プラズマ密度情報を測定するための測定プローブをプラズマ処理室であるチャンバ内に挿入して、プラズマ密度情報を測定するための測定用電源から測定用電力をチャンバ内のプラズマに供給することによって測定が行われる。測定プローブは電力を放射するアンテナと、測定用電力を伝送する同軸ケーブルと、先端が閉じられた誘電体製のチューブとから構成されており、この誘電体製のチューブ内にアンテナと同軸ケーブルとが接続されて挿設されている。
【０００５】
測定用電源から測定用電力は同軸ケーブルを介してアンテナに放射されて、チャンバ内のプラズマに供給される。チャンバ内のプラズマに供給された測定用電力は、プラズマ密度に起因してプラズマ負荷に吸収されるか、反射されて同軸ケーブルを介して戻ってくる。つまり、プラズマに供給された測定用電力によって、測定プローブの誘電体製のチューブ表面にプラズマによる表面波が励起して、それによってプラズマ負荷の吸収または反射が起こる。その測定用電力の反射または吸収に基づいて、プラズマ密度情報が測定される。
【０００６】
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には、測定用電源から、ある周波数帯域（例えば１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまで）の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。掃引される周波数と、そのときの測定用電力の反射率とを対応付けてプロットすることによって、測定用電力の反射率の対周波数変化が求められる。反射率が大きく下がるところは、プラズマに起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収ポイントであって、その吸収ポイントの周波数が測定プローブの吸収周波数と呼ばれる周波数である。この吸収周波数は、電子密度等のプラズマ密度情報と一定の相関関係があって、この吸収ポイントを測定することによってプラズマ密度情報を測定することができる。また、プラズマ処理室であるチャンバの内部をモニタリングしているので、プラズマ密度情報を正確に測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ密度情報測定装置の場合には、次のような問題点がある。
例えばマイクロ波と磁場とを印加して電子の共鳴的加速を起こす電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance)（以下、『ＥＣＲ』とする）による放電を利用したＥＣＲプラズマ等、磁化されたプラズマ中ではプラズマ密度情報を正確に測定することができないという問題点である。
【０００８】
磁化されたプラズマ中では、即ち有磁場のプラズマ中では、上述した吸収ポイントを観測することができるが、磁場の影響を受けているので、無磁場のプラズマ中で観測された吸収ポイントから有磁場のプラズマ中では吸収ポイントはシフトしてしまう。従って、無磁場のときに用いた方法で、有磁場のプラズマ中で観測された吸収周波数から電子密度等のプラズマ密度情報を導出しても、プラズマ密度情報を正確に測定することができない。さらに、磁場の大きさが同じであっても磁場の方向が異なれば、磁場中で測定されたプラズマ密度情報の結果も異なってくる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定するプラズマ密度情報測定方法及びその装置、並びにプラズマ処理方法及びその装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
『発明の実施の形態』の段落でも後述するが、磁化されたプラズマ中では、磁場によるローレンツ力(Lorentz Force)を受けてプラズマ中の電子がサイクロトロン運動を行う。この運動の周波数は『電子サイクロトロン周波数』と呼ばれるものであって、ｆCで表される。そのときの角周波数(角振動数，角速度)をωC、磁場をＢ、電荷素量をｅ、電子質量をｍとそれぞれすると、これらは次式（１）のような関係で表される。
ωC ＝２πｆC＝ｅＢ／ｍ … （１）
【００１１】
なお、本明細書中では場合により便宜上、ωCやfCの代わりにξを用いる。ξは次式（２）のような関係で表される。
ξ＝ｆC／ｆP＝ωC／ωP … （２）
ここでｆPは最終的に求める吸収周波数、即ち校正された吸収周波数であり、このときの角周波数をωPとする。
【００１２】
本発明者は、上記の事項について着眼して、電子サイクロトロン周波数ｆCと吸収周波数ｆPとを初期値として設定して、そのときの校正される前の吸収周波数、即ち測定プローブによって直接的に測定されるべき吸収周波数をシミュレーションとして予め求めて、そのシミュレーションの結果に基づいて校正された吸収周波数ｆPを求めることに想到した。
【００１３】
図５は、ｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化のシミュレーション結果を示す図である。ｆMESは、測定プローブによって直接的に測定されるべき吸収周波数である。なお、測定プローブの長手方向に対して平行に磁場がかかっているときには、理論式（上記式は煩雑なのでその式については省略）で表され、図５中の実線は、そのときの理論曲線である。上側のプロットは、測定プローブの長手方向に対して垂直に磁場がかかっていて、ξが０．２のときである。下側のプロットは、測定プローブの長手方向に対して平行に磁場がかかっていて、ξが０．２のときである。
【００１４】
ξが０．２のとき、上記（２）式の関係を満たすような、即ちｆC＝０．２ｆPを満たすような電子サイクロトロン周波数ｆCと吸収周波数ｆPとを初期値として設定する。このような条件下で、測定プローブの長手方向に対して垂直に磁場がかかっているときと、測定プローブの長手方向に対して平行に磁場がかかっているときとについて、シミュレーションで吸収周波数ｆMESを計算する。測定されたｆMESと、初期値として計算されたｆC，ｆPとを、横軸ｆC／ｆMES及び縦軸ｆMES／ｆPに代入すると、図５に示すような２つのプロットが得られる。
【００１５】
同様にして、ξを他の値にそれぞれ設定してｆMESを測定すると、図５中の理論曲線の近傍に複数個のプロットが得られる。このようにして得られた図５のグラフに、実際に測定されたｆC及びｆMESを代入することで実際に測定されるｆMESが校正されてｆPが求まる。
【００１６】
さらに、測定プローブを構成する構成条件、例えばアンテナの長さや、誘電体で形成された測定プローブの表面部分であるチュ−ブの外径や内径や、チュ−ブの先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さや、チューブの誘電率等によっても吸収周波数の値は変化する。そこで、本発明者は、これらを変化させて磁場の方向依存性を受けないプローブ構成条件を求めて、吸収周波数等といったプラズマ密度情報を簡易に校正することに想到した。
【００１７】
以上のような知見に基づいて創作された本発明は、次のような構成をとる。
即ち、請求項１に記載の発明は、磁化されたプラズマ中で、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、（ａ）前記プラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁化されたプラズマ中の磁場の大きさを等価的に測定する過程と、（ｂ）前記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磁化されたプラズマに供給する過程と、（ｃ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、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、前記磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｄ）プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正する過程とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記（ｄ）の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、及び誘電体性外皮の内径であって、前記（ｄ）の過程は、前記アンテナの長さ、前記先端部から接続部までの長さ、前記外径、前記内径、及び誘電体外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の発明は、磁化されたプラズマ中で、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にプラズマ密度情報測定用電力を磁化されたプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、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、磁化されたプラズマ中の磁場の影響を受けた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と、前記プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の前記磁場の大きさを等価的に測定する磁場測定手段と、プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および前記磁場測定用手段によって測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正するプラズマ密度情報校正手段とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変える構成条件変換手段を備えていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さであって、前記構成条件変換手段は、アンテナとケーブルとを誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にすることで、前記先端部から接続部までの長さを変える手段であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率であって、前記構成条件変換手段は、誘電体性外皮とアンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けることで、前記外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８に記載の発明は、磁化されたプラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、（ａ）プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁化されたプラズマ中の磁場の大きさを等価的に測定する過程と、（ｂ）前記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磁化されたプラズマに供給する過程と、（ｃ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、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、前記磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｄ）プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正する過程と、（ｅ）校正された前記プラズマ密度情報に基づいて、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を制御する過程とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のプラズマ処理方法において、前記（ｄ）の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、及び誘電体性外皮の内径であって、前記（ｄ）の過程は、前記アンテナの長さ、前記先端部から接続部までの長さ、前記外径、前記内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１１に記載の発明は、磁化されたプラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力を磁化されたプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、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、磁化されたプラズマ中の磁場の影響を受けた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と、前記プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の前記磁場の大きさを等価的に測定する磁場測定手段と、プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および前記磁場測定用手段によって測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正するプラズマ密度情報校正手段と、校正された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変える構成条件変換手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さであって、前記構成条件変換手段は、アンテナとケーブルとを誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にすることで、前記先端部から接続部までの長さを変える手段であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率であって、前記構成条件変換手段は、誘電体性外皮とアンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、及び誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けることで、前記外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることを特徴とする。
【００３１】
【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「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「測定用電力」と略記する）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブを用いて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、プラズマの特性を把握することになる。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報が精度良く測定される。
【００３２】
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構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になる。
【００３３】
請求項３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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になる。
【００３４】
請求項４に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブによって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、プラズマの特性を把握することになる。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、プラズマ密度情報が精度良く測定される。
【００３５】
請求項５に記載の発明によれば、構成条件変換手段によってプラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になる。
【００３６】
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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になる。
【００３７】
請求項７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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になる。
【００３８】
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電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブを用いて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、プラズマ処理が制御される。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報が精度良く測定され易くなって、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理が容易に制御される。
【００３９】
請求項９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構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になり、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４０】
請求項１０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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することが可能になり、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４１】
請求項１１に記載の発明によれば、プラズマ密度情報測定用電源（測定用電源）から入射されたプラズマ密度情報測定用電力（測定用電力）は、プラズマ密度情報測定用プローブを介して、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、プラズマ密度情報測定用プローブによって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、プラズマ処理が制御される。このとき、プラズマは磁化されているので、磁化されたプラズマのプラズマ密度情報が測定される。そこで、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報が精度良く測定され易くなって、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理が容易に制御される。
【００４２】
請求項１２に記載の発明によれば、構成条件変換手段によってプラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になり、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４３】
請求項１３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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になり、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４４】
請求項１４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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、及び誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定が可能になり、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理がより容易に制御される。
【００４５】
【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。なお、本実施例では電子サイクロトロン共鳴による放電を利用したＥＣＲプラズマであって、エッチング処理を例に採って説明する。図１は、実施例装置の構成を示すブロック図である。
【００４６】
本実施例に係るエッチング処理装置は、図１に示すように、プラズマＰＭが生成されるチャンバ１を備えており、このチャンバ１内には処理用の電圧に接続されている電極２が配設されており、この電極２上に被処理物である基板Ｗが載置されている。この電極２に処理用の電圧を印加することによってプラズマによる基板Ｗのエッチング処理が行われる。チャンバ１の上部には導波管３が接続されており、この導波管３を介して、プラズマＰＭを生成するための生成用電力がチャンバ１内に供給される。本実施例では、この生成用電力は１ｋＷ程度で周波数が２．４５ＭＨｚ程度のマイクロ波である。
【００４７】
また、チャンバ１の上部の周辺部にはコイル４が配設されており、このコイル４によって図１中の矢印の方向に磁場(磁束密度)Ｂが発生する。一方、導波管３を介してチャンバ１内に供給された生成用電力は、コイル４によって発生した磁場Ｂのローレンツ力(Lorentz Force)を受けて電子として回転運動、つまりサイクロトロン運動を行う。この回転運動を行う周波数は、いわゆる電子サイクロトロン周波数と呼ばれるものであって、この電子サイクロトロン周波数と、供給された生成用電力の周波数（本実施例では２．４５ＭＨｚ）とが一致するとき、電子の共鳴的加速が起こる。この電子の共鳴的加速の発生により、低圧力でも高密度のプラズマＰＭが生成される。
【００４８】
なお、本実施例に係るチャンバ１は、上述したようにＥＣＲプラズマに用いられるチャンバであるが、電子サイクロトロン周波数よりも低い周波数の高周波電流をアンテナに流してプラズマを生成するヘリコン波プラズマに用いられるチャンバであってもよい。また、２つの電極を互いに対向させて、両電極間にプラズマを生成する、いわゆるＣＣＰ(Capacitively Coupled Plasma) 型、即ち容量結合プラズマや、コイルを備えたアンテナに電流を流すことでアンテナに磁場を発生させて、アンテナからの磁場による誘導電場の発生によってプラズマを生成する、いわゆるＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)型、即ち誘導結合プラズマといった無磁場のプラズマであって、チャンバの周辺部に配設されたコイル等によってプラズマを磁化させたチャンバーを用いてもよい。
【００４９】
プラズマＰＭを生成するための生成用電源５は、生成用電力制御部６を介して、導波管３に接続されており、この生成用電力制御部６によって生成用電源５からチャンバ１に供給される生成用電力が操作される。この生成用電力制御部６は、本発明における制御手段に相当する。
【００５０】
また、チャンバ１内には、上述した基板Ｗや電極２の他に、チャンバ１内のプラズマ密度情報を測定する測定プローブ７が挿入されており、この測定プローブ７からの距離ｔの位置に、磁場Ｂを測定するためのガウスメータ８が配設されている。この距離ｔは、測定プローブ７が配設された位置の磁場の大きさをガウスメータ８によって等価的に測定する距離である。
【００５１】
この『測定プローブ７が配設された位置の磁場の大きさをガウスメータ８によって等価的に測定する距離』とは、磁場に分布がない場合、つまりどの位置で測定しても磁場の大きさが変わらない場合、どの位置においても測定プローブ７での磁場の大きさとガウスメータ８での磁場の大きさとが変わらないので、チャンバ１内であればこの場合での距離ｔは限定されないことを示す。また、本実施例では等磁場であるので、どの位置で測定しても磁場の大きさは変わらず、特に限定されない。ただし、この距離ｔが短すぎると、即ち本実施例において、測定プローブ７とガウスメータ８とが接触するような距離に配設されていると、または、測定プローブ７とガウスメータ８とが接触していると、測定プローブ７の表面に励起するプラズマ表面波の分布がガウスメータ８によって変動を受けて、後述するプラズマ密度情報が正確に測定されない恐れがある。
【００５２】
なお、本実施例以外での磁場に分布がある場合、つまり位置によって測定される磁場の大きさが変わる場合、『測定プローブ７が配設された位置の磁場の大きさをガウスメータ８によって等価的に測定する距離』とは、つまり距離ｔとは、磁場に分布がある場合、位置によって磁場の大きさが異なるので、この距離ｔが長すぎると測定結果が異なる恐れがあり、それぞれの磁場の大きさを考慮する必要があることを示す。
【００５３】
また、本実施例では、磁場を測定する手段としてガウスメータ８を配設したがガウスメータ８以外にも、磁場を測定する手段であれば特に限定されない。また、プラズマの励起前、励起中、励起後のいずれの時刻に測定してもよい。この測定プローブ７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し、このガウスメータ８は、本発明における磁場測定手段に相当する。
【００５４】
測定プローブ７は、図１中の磁場Ｂと直交する方向にチャンバ１内に挿入されて配設されている。測定プローブ７の挿入方向については特に限定されず、例えば磁場Ｂと平行になるような方向にチャンバ１の上部から挿入することも可能である。
【００５５】
測定プローブ７と、プラズマ密度情報を測定するための測定用電源９とは、同軸ケーブル１０とプローブ制御部１１とを介して接続されている。なお、本実施例では、プラズマ密度情報として電子密度を測定しているが、その他のプラズマ密度情報として例えばプラズマ密度やイオン密度や後述する吸収周波数やプラズマ表面波共鳴周波数等がある。測定用電源９は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電源に相当する。
【００５６】
ガウスメータ８によって測定された磁場の結果に基づいて電子サイクロトロン周波数ｆCが導出されるように、ガウスメータ８は、電子サイクロトロン周波数ｆCを導出する電子サイクロトロン周波数導出部１２に接続されている。この電子サイクロトロン周波数導出部１２は、プローブ制御部１１内にあって後述する吸収周波数校正部２５に接続されている。
【００５７】
上述の基板Ｗ、電極２、測定プローブ７の他に、チャンバ１と、プラズマＰＭを生成するためのガスを供給するガス供給源（タンク）１３とは、ガス調整用バルブ１４を介して連通接続されている。
【００５８】
次に、生成用電力制御部６の具体的構成について説明する。生成用電力制御部６は、エッチングレート変換部１５と、エッチング時間変換部１６と、エッチング時間設定部１７と、インピーダンス整合器１８とから構成されている。エッチングレート変換部１５は、測定プローブ７とプローブ制御部１１とによって測定された電子密度を電子密度に応じたエッチングレートに変換するように構成されており、エッチング時間変換部１６は、変換されたエッチングレートを電子密度に応じたエッチング時間に変換するように構成されている。また、エッチング時間設定部１７は、エッチング時間を設定するように構成されており、インピーダンス整合器１８は、チャンバ１への生成用電力の供給を調節したり、設定されたエッチング時間が経過するとチャンバ１への生成用電力の供給を終了するように構成されている。なお、本明細書中において用いられるエッチングレートとは単位時間当たりにエッチングされる膜の厚みのことをいう。
【００５９】
エッチングレート変換部１５とエッチング時間変換部１６とは、ＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部の機能を備えており、エッチングレートと電子密度とが比例関係にあることを利用して、測定された電子密度を演算部によって係数倍したものがエッチングレートとして変換されるとともに、エッチングすべき膜厚の厚みをエッチングレートで割った値がエッチング時間として変換される。本実施例では、エッチングレート変換部１５とエッチング時間変換部１６とをＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部で構成したが、図示を省略する記憶部をも備えるとともに、その記憶部に電子密度とエッチングレートとの相関関係を示す検量線等を予め記憶させて、測定された電子密度に応じてその記憶部から随時読み出しを行ってエッチングレートやエッチング時間等を導出するように構成してもよい。
【００６０】
エッチング時間設定部１７は、タイマやクロックの機能を備えており、電子密度が測定されるのとほぼ同時にタイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８に対して、生成用の電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器１８内の整合回路を操作する。なお、本実施例では、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８を操作することによって、プラズマＰＭへの生成用の電力の供給を終了させたが、生成用電源５に対して直接的に操作して電圧の印加等を直接的に終了するようにエッチング時間設定部１７を構成してもよいし、電極２に印加している処理用の電圧等を直接的に操作するように構成してもよい。また、基板Ｗを連続的に処理する場合には、エッチング時間設定部１７によって設定されたエッチング時間に相当する分だけタイマがカウントされると、処理中の基板Ｗをチャンバ１内から取り出して、次に処理されるべき基板Ｗをチャンバ１内に投入するように構成してもよい。
【００６１】
インピーダンス整合器１８は、生成用電源５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。また上述の周波数が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。
【００６２】
次に、測定プローブ７について、図２を参照して説明する。測定プローブ７は、同軸ケーブル１０の先端部を加工成形することによって構成されており、図２に示すように、先端部において同軸ケーブル１０の外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとを除去してから先端部が閉じられている誘電体製のチューブ１９を被せることによって構成されている。また、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとを除去したことによって同軸ケーブル１０の先端部において中心絶縁体１０ｃ，中心導体１０ｄのみとなって、中心導体１０ｄは、同軸ケーブル１０を介して伝送された電力を放射するアンテナの機能を果たすことになる。従って、先端部における中心導体１０ｄは、本発明におけるアンテナに相当し、同軸ケーブル１０は、本発明におけるケーブルに相当し、チューブ１９は、本発明における誘電体性外皮に相当する。
【００６３】
チューブ１９は、本実施例では比誘電率が約４である石英（ＳｉＯ２ ）で形成されている。チューブ１９を形成する物質については、例えば比誘電率が２であるフッ素樹脂や、比誘電率が１０であるアルミナ（Ａｌ２ Ｏ３ ）や、比誘電率が３５であるジルコニア（zirconia）（ＺｒＯ２ ）や、異方性誘電体や、純度によって比誘電率が変化するが比誘電率が約２０前後である炭化ケイ素（silicon carbide ）（ＳｉＣ）等のように、特に限定されないが、固体の誘電体の場合ではチューブ１９を形成し易い点から鑑みると、比誘電率が２から５０までの物質でチュ−ブ１９は形成されている方が好ましい。
【００６４】
また、アンテナである先端部における中心導体１０ｄの長さを、図２に示すように、ｌとする。また、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所からチューブ１９の先端部までの長さを、図２に示すように、ｄとする。この外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所は、アンテナである中心導体１０ｄと、同軸ケーブル１０との接続部でもある。従って、先端部における中心導体１０ｄの長さｌは、本発明におけるアンテナの長さに相当し、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所からチューブ１９の先端部までの長さｄは、本発明における誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さに相当する。
【００６５】
チューブ１９の外径を、図５に示すように、Ｒとして、内径をｒとする。このチューブ１９の外径Ｒと内径ｒとは、本発明における誘電体性外皮の外径と内径にそれぞれ相当する。
【００６６】
測定プローブ７の後端側には、同軸ケーブル１０とアンテナである中心導体１０ｄ（中心絶縁体１０ｃも含む）とを一体的に図２中の矢印Ａの方向に移動可能となるように、移動機構２０が配設されている。即ち、移動機構２０によって、同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとは、チューブ１９内を長手方向である矢印Ａの方向に移動自在となり、この移動によって、外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとが除去された箇所からチューブ１９の先端部までの長さｄ(以下、適宜『先端部から接続部までの長さｄ』と略記する)を、つまり測定プローブ７を構成するプローブ構成条件を変えることができる。先端部から接続部までの長さｄを変えることについては、上述のように同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとを、チューブ１９中で長手方向である矢印Ａの方向に移動自在にさせる以外にも、チュ−ブ１９のみを矢印Ａの方向に移動自在にさせたり、同軸ケーブル１０・中心導体１０ｄと、チュ−ブ１９とを矢印Ａの方向にそれぞれ移動自在にさせたり、同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとを、チューブ１９中で矢印Ａの方向に相対的に移動自在させるのであれば、特に限定されない。チューブ１９を移動自在に構成する場合には、移動機構２０もしくは移動機構２０とチューブ１９とを接続する接続機構がプラズマＰＭ中に介在することになるので、同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとを移動自在に構成する方が好ましい。この移動機構２０は、本発明における構成条件変換手段に相当する。
【００６７】
測定プローブ７をプラズマＰＭ中に挿入させる。次に、測定用電源９から測定用電力を伝送させる。すると、測定プローブ７の吸収周波数において、先端ではチューブ１９や同軸ケーブル１０等を境界条件に持ちながら共鳴吸収が起きる。この結果、測定用電源９から供給されて伝送された電磁波が吸収されるので、測定プローブ７の吸収周波数において反射電力が小さくなる。また、測定用電力がプラズマＰＭによって吸収されると吸収されなかった残りの測定用電力は、測定用電源９側からプラズマＰＭ側に伝送した方向とは逆方向に、測定用電源９側に向かって伝送される。また、測定用電力がプラズマＰＭによって反射されると、反射された測定用電力は、同様に測定用電源９側に向かって伝送される。この測定用電力は、本発明におけるプラズマ密度情報測定用電力に相当する。
【００６８】
続いて、プローブ制御部１１の具体的構成について説明する。プローブ制御部１１は、図１に示すように、方向性結合器２１と、減衰器２２と、フィルタ２３と、吸収周波数導出部２４と、吸収周波数校正部２５と、電子密度変換部２６とから構成されている。測定プローブ７には、同軸ケーブル１０を介して測定用電源９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。
【００６９】
測定用電源９は周波数掃引式であって、ある周波数帯域（例えば１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまで）の周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。測定用電源９から出力された測定用電力は、同軸ケーブル１０中を伝送しながら方向性結合器２１、減衰器２２、及びフィルタ２３の順に経由して、測定プローブ７へ伝送される。一方、測定用電力が吸収または反射されると、上述したように逆方向に電力の反射分が伝送されて、方向性結合器２１で検出されて、吸収周波数導出部２４へ送り込まれる。吸収周波数導出部２４には測定用電源９から出力される測定用電力の周波数も逐次送り込まれる。
【００７０】
フィルタ２３は、プローブ制御部１１に混入してくる電力やノイズを除去する機能を果たす。また、減衰器２２は、測定プローブ７へ送り込む測定用電力の量を調整する機能を果たす。
【００７１】
吸収周波数導出部２４は、測定用電力の周波数と、測定用電力の検出反射量とに基づいて、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、電子密度に起因して測定用電力の強い吸収が起こる吸収周波数を求める。なお、吸収周波数の具体的な導出については、後述するフローチャートで説明する。
【００７２】
プラズマＰＭは磁化されているので、吸収周波数導出部２４によって導出された吸収周波数はプラズマ中での磁場の影響を受けている。従って、正確な吸収周波数を求めるべく、上述の吸収周波数は、吸収周波数校正部２５によって校正される。この吸収周波数校正部２５は、本発明におけるプラズマ密度情報校正手段に相当する。なお、吸収周波数の具体的な校正についても、後述するフローチャートで説明する。
【００７３】
電子密度変換部２６は、吸収周波数校正部２５によって校正された吸収周波数に基づいて電子密度に変換するように構成されている。上述の吸収周波数は電子密度と一定の相関関係があるので、吸収周波数が求まることによって、電子密度が容易に求められる。
【００７４】
続いて、上述した構成を有するエッチング処理装置において、エッチング処理の流れを、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、ステップＳ１の時点ではプラズマ生成用の生成用電源５のスイッチは既にＯＮ状態であって、ガス供給源（タンク）１３からチャンバ１内にガスが既に供給されて、プラズマＰＭも既に生成されており、コイル４によってプラズマＰＭが磁化されているものとする。
【００７５】
〔ステップＳ１〕測定プローブ７を、図１中の磁場Ｂと直交する方向にチャンバ１内に挿設するとともに、測定プローブ７からの距離ｔの位置にガウスメータ８を挿設する。測定プローブ７は、先端部における中心導体１０ｄの長さｌと、先端部から接続部までの長さｄとが、ともに２ｍｍであって、石英で形成されたチューブ１９であって、このチューブ１９の外径Ｒが２ｍｍ、チューブ１９の内径ｒが１ｍｍのプローブを用いている。この測定プローブ７は、磁場の方向依存性を受けないので、例えば磁場Ｂと平行になるような方向にチャンバ１の上部から挿入するというように、測定プローブ７をどのような方向に挿入しても、ステップＳ４でも後述するように磁場の方向を考慮することなく磁場Ｂの大きさのみに基づいて吸収周波数を求めることができる。
【００７６】
また、上述のような外径Ｒが２ｍｍ、内径ｒが１ｍｍのチューブ１９の場合には、距離ｔは２ｍｍ以上であるので、測定プローブ７から２ｍｍ以上離れた位置にガウスメータ８が配設されることになる。なお、距離ｔが２ｍｍ未満では、上述したように測定プローブ７の表面に励起するプラズマ表面波の分布がガウスメータ８によって変動を受ける恐れがあるので、２ｍｍ以上が好ましい。また、チューブ１９の外径Ｒや内径ｒ等の測定プローブ７の形状によっても距離ｔは変化して、例えば外径Ｒが６ｍｍ、内径ｒが４ｍｍのチューブ１９の場合には、距離ｔは４ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００７７】
このような条件の下で、測定用電源９のスイッチをＯＮにしてガウスメータ８によって磁場Ｂを測定する。測定された磁場Ｂの結果は、電子サイクロトロン周波数導出部１２に送り込まれる。送り込まれた磁場Ｂの測定結果に基づいて、電子サイクロトロン周波数ｆCが導出される。詳述すると、磁場Ｂと電子素量ｅと電子質量ｍを上記（１）式に代入することにより、電子サイクロトロン周波数ｆCを導出する。また、電子サイクロトロン周波数導出部１２によって導出されたこの電子サイクロトロン周波数ｆCは、吸収周波数校正部２５に送り込まれる。このステップＳ１は、本発明における（ａ）の過程に相当する。
【００７８】
〔ステップＳ２〕測定用電源９から１００ｋＨｚから２．５ＧＨｚまでの周波数で測定用電力を自動掃引しながら出力する。また、自動掃引しながら吸収周波数導出部２４に上述の周波数が逐次送り込まれる。出力された測定用電力は、同軸ケーブル１０を介して測定プローブ７に供給される。このステップＳ２は、本発明における（ｂ）の過程に相当する。
【００７９】
〔ステップＳ３〕供給された測定用電力は、表面波によって吸収または反射が起こって、供給時とは逆方向に同軸ケーブル１０を介して測定用電力の反射分だけ測定用電源９側に伝送される。測定用電力の反射量は、フィルタ２３、減衰器２２、及び方向性結合器２１の順に経由して、方向性結合器２１で検出される。そして、吸収周波数導出部２４へ送り込まれる。
【００８０】
吸収周波数導出部２４では、同じ周波数において〔測定用電力の検出反射量〕÷〔測定用電力の全出力量〕なる演算が行われて測定用電力の反射率が求められる。掃引される周波数と、この測定用電力の反射率とを対応付けてプロットすることによって、図４に示すような測定用電力の反射率の対周波数変化が求められる。図４に示すように、反射率が大きく下がるところは、電子密度に起因して測定電力の強い吸収が起こる吸収ポイントであって、その吸収ポイントの周波数が吸収周波数ということになる。
【００８１】
図４中では吸収ポイントＰａ，Ｐｂの２つが現れている。通常、吸収ポイントは複数個現れて、それに伴って吸収周波数も吸収ポイントと同数個だけ存在する。これらの吸収周波数は、いずれにおいても電子密度等のプラズマ密度情報と一定の相関関係があるが、特に、吸収周波数のうち、電子密度に対して２乗に比例する吸収周波数は、プラズマ表面波共鳴周波数と呼ばれている。電子密度等のプラズマ密度情報を導出する際においてこのプラズマ表面波共鳴周波数は有用な物理量の１つである。なお、電子密度等のプラズマ密度情報は局所的に変化するので、測定プローブ７は基板Ｗの表面の近傍で測定を行うのが好ましい。このステップＳ３は、本発明における（ｃ）の過程に相当する。
【００８２】
〔ステップＳ４〕吸収周波数導出部２４によって導出されたこの吸収周波数は、上述したように測定プローブ７によって直接的に測定された吸収周波数ｆMESであって、磁場Ｂの影響を受けている吸収周波数である。そこで、この吸収周波数ｆMESを、吸収周波数校正部２５によって校正する。校正方法としては、電子サイクロトロン周波数導出部１２によって導出されて吸収周波数校正部２５に送り込まれた電子サイクロトロン周波数ｆCと、この吸収周波数ｆMESとに基づいて校正が行われる。
【００８３】
続いて、具体的な校正方法について説明する。吸収周波数校正部２５は、図示を省略する記憶部に予め記憶されているｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化をプロットしたデータと、実際に測定されたｆC及びｆMESとに基づいて、実際に測定されるｆMESが校正されてｆPが求まるように構成されている。ｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化をプロットしたデータは、上述したように図５のグラフで表される。このようなグラフを、様々なプローブを構成するプローブ構成条件や、測定プローブ７の長手方向に対する磁場Ｂの様々な方向の条件下で、シミュレーションデータとして予め求めておいて記憶部に記憶させる。
【００８４】
このステップの説明で用いられている測定プローブ７は、先端部における中心導体１０ｄの長さｌと、先端部から接続部までの長さｄとが、ともに２ｍｍであって、石英で形成されたチューブ１９であって、このチューブ１９の外径Ｒが２ｍｍ、チューブ１９の内径ｒが１ｍｍのプローブで、磁場の方向依存性を受けないので、測定プローブ７の長手方向に対する磁場の方向を考慮することなく、また測定プローブ７の挿入方向を考慮することなく、図５中のグラフは１種類となる。従って、この測定プローブ７の場合には磁場Ｂの大きさのみで、磁場の方向を考慮することなく吸収周波数を校正することができる。
【００８５】
また、上述したように測定プローブ７の長手方向に対して平行に磁場Ｂがかかっているときには理論式で表されるが、この理論式が煩雑なので、測定プローブ７の長手方向に対して平行に磁場Ｂがかかっているときでも上述の方法で校正される。もちろん、上記理論式に当てはまるようにしてＣＰＵ（中央演算処理部）等の演算部を構成するとともに、上記演算部の機能を備えるように吸収周波数校正部２５を構成するようにしてもよい。
【００８６】
なお、図５のグラフによると、磁場の依存性がある場合、測定プローブの長手方向に対して磁場が平行のときの理論式で求められた吸収周波数は、シミュレーションで計算した吸収周波数と比べると、±１％のズレ（電子密度の場合は±２％のズレ）しかないことがわかった（プロットについては図示省略）。従って、磁場の方向依存性がある測定プローブで測定して、図５における磁場の方向依存性のないシミュレーションデータや理論式のデータを用いてもよいし、逆に磁場の方向依存性がない測定プローブで測定して、図５における磁場の方向依存性のあるシミュレーションデータや理論式のデータを用いてもよい。もちろん、より精密に吸収周波数を求める場合には、磁場の方向依存性がある測定プローブに対してはその方向で予め求められたシミュレーションデータを用いて、磁場の方向依存性がない測定プローブに対しては磁場の方向依存性のないシミュレーションデータや理論式のデータを用いる方が好ましい。
【００８７】
このようにして求められた吸収周波数ｆPは、電子密度変換部２６に送り込まれる。このステップＳ４は、本発明における（ｄ）の過程に相当する。
【００８８】
〔ステップＳ５〕吸収周波数が吸収周波数校正部２５によって校正されて求まると、電子密度変換部２６によって電子密度に変換されて、導出される。
【００８９】
〔ステップＳ６〕電子密度が求まってから、基板Ｗをチャンバ１内に投入して、電極２上に載置する。この電極２に処理用の電圧を印加することによって、プラズマＰＭ中のイオンや電子が基板Ｗの表面に到達して、基板Ｗのエッチング処理が行われる。従って、処理用の電圧を印加するのとほぼ同時に、またはエッチング処理が開始されるのとほぼ同時に、エッチング時間設定部１７において、タイマがリセットされてタイマのカウントを開始する。エッチング処理をより精密に行うという点において、チャンバ１内への基板Ｗの投入とステップＳ５での電子密度の測定とはほぼ同時に行われる方が好ましい。
【００９０】
〔ステップＳ７〕一方、測定された電子密度は、生成用電力制御部６内のエッチングレート変換部１５に送り込まれて、電子密度に基づいてエッチングレートに変換される。上述したように、エッチングレートと電子密度とは比例関係にあるので、測定された電子密度を係数倍するだけでエッチングレートが求まる。
【００９１】
〔ステップＳ８〕エッチングレートが求まると、エッチング時間変換部１６によってエッチング時間が求まる。例えば、エッチングしたい膜厚の厚みが１０μｍであって、エッチングレートが１μｍ／ｍｉｎのとき、エッチング時間は、上記膜厚の厚みの１０μｍから上記エッチングレートの１μｍ／ｍｉｎで割った１０ｍｉｎとなって求められる。
【００９２】
〔ステップＳ９〕エッチング時間が求まると、エッチング時間設定部１７に送り込まれる。ステップＳ６において開始されたタイマがエッチング時間に相当する分だけカウントされると、即ち、エッチング時間が経過すると、エッチング時間設定部１７はインピーダンス整合器１８に対して、生成用電力の供給を終了するようにインピーダンス整合器１８内の整合回路を操作する。この操作によって生成用電源５から供給される生成用電力は０となって、エッチング処理が終了する。このステップＳ６〜Ｓ９は、本発明における（ｄ）の過程に相当する。
【００９３】
以上のステップＳ１〜Ｓ９から、磁化されたプラズマＰＭ中では、測定プローブ７によって測定された吸収周波数ｆMESは、プラズマＰＭ中の磁場Ｂの影響を受けているので、測定プローブ７での磁場Ｂの大きさがほぼ等しくなる位置で、ガウスメータ８によって磁場Ｂを測定して、吸収周波数校正部２５によってその測定結果に基づいて吸収周波数ｆMESをｆpに校正することで、磁化されたプラズマＰＭ中での電子密度ｎeを精度良く測定することができる。
【００９４】
その測定結果である測定された吸収周波数ｆpに基づいて、生成用電力制御部６によって磁化されたプラズマＰＭ中でのエッチング処理を容易にかつ適切に制御することができる。
【００９５】
さらに、このステップの説明で用いられている測定プローブ７では磁場Ｂの方向依存性を受けないので、このステップのように磁場Ｂの方向依存性を受けずに磁場Ｂの大きさに基づいて吸収周波数を校正して測定する測定プローブ７のプローブ構成条件（このステップでは、石英の比誘電率４，ｄ＝ｌ＝２ｍｍ，Ｒ＝２ｍｍ，ｒ＝１ｍｍが構成条件）が予めわかっている場合には、移動機構２０によって上述した測定プローブ７の同軸ケーブル１０と中心導体１０ｄとをチューブ１９中で長手方向に移動させて、先端部から接続部までの長さｄを２ｍｍに変えることで、上述の測定を実現することができる。
【００９６】
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。
【００９７】
（１）上述した本実施例で用いられた校正方法は、図５に示すように、予め求められたｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化のシミュレーションデータを予め記憶させておいて、吸収周波数校正部２５によって吸収周波数ｆPを求めたが、磁場Ｂが測定プローブ７の長手方向に対して平行の場合には、例えば下記のような方法で吸収周波数ｆPを求めてもよい。
【００９８】
ステップＳ３でも述べたように、図４には吸収ポイントが複数個現れていて、それに伴って吸収周波数も吸収ポイントと同数個だけ存在する。これらの吸収周波数は、アンテナの長さｌや先端部から接続部までの長さｄを変えることで変化する。これらの長さに対してもっとも依存が大きい吸収周波数は『０次の吸収周波数』と呼ばれており、高次になるほどそれらの長さに対する吸収周波数の依存は小さくなる。また、もっとも吸収が大きい吸収周波数は、０次の吸収周波数であって、高次になるほど吸収は小さくなって観測できなくなる。通常、測定プローブ７によって測定される吸収周波数は、もっとも吸収が大きくて長さに対してもっとも依存が大きい０次の吸収周波数であって、本実施例でも０次の吸収周波数を吸収周波数ｆMESとして観測している。
【００９９】
上述したアンテナの長さ等を変化させても吸収周波数が固定である吸収周波数は『プラズマ表面波共鳴周波数』と呼ばれるものであって、もっとも高次（∞次）の吸収周波数であるのと同時にもっとも吸収が小さい吸収周波数でもある。上述したアンテナの長さ等を変えると、変化した長さと変化によってシフトした吸収周波数とは比例関係にあることから、様々な長さの条件の下で吸収周波数を観測して長さが限りなく０になったとき（実際にアンテナの長さを０にすることはできない）に収束する周波数を求めることによって、上述のプラズマ表面波共鳴周波数を測定することができる。
【０１００】
この測定されたプラズマ表面波吸収周波数をｆSWとして、プラズマ表面波に結合する誘電体（本実施例ではチューブ１９）の比誘電率をεDとすると、プラズマ表面波吸収周波数ｆSWを次式（３）のように校正することでｆPが得られる。
ｆP＝ｆSW〔（εD 2―１)(ｆSW 2―ｆC 2）／（εD 2ｆSW 2＋ｆC 2―ｆSW 2）〕1/2… （３）
【０１０１】
（２）上述した本実施例でのステップＳ１〜Ｓ９では、１枚の基板Ｗのエッチング処理が終了すると生成用電源５から供給する生成用電力を０にする手順であったが、基板Ｗを連続的に処理する場合にはエッチング時間に達すると、処理中の基板Ｗをチャンバ１内から取り出して、次に処理されるべき基板Ｗをチャンバ１内に投入するような手順であってもよい。
【０１０２】
（３）上述した本実施例でのステップＳ１〜Ｓ９では、ステップＳ１で磁場Ｂを測定して、電子サイクロトロン周波数を求めてから、ステップＳ２以降で吸収周波数等のプラズマ密度情報を測定して校正したが、ステップＳ１〜Ｓ５を繰り返してからエッチング処理等のプラズマ処理を行う等、磁場Ｂを測定しながらプラズマ密度情報を測定して校正してもよい。
【０１０３】
特に、吸収周波数等のプラズマ密度情報が経時的に変化するときには、上述のように磁場Ｂを測定しながらプラズマ密度情報を測定して校正する方法が有用である。
【０１０４】
（４）上述した本実施例ではエッチング処理についてのプラズマ処理であったが、例えばＣＶＤ（化学気相成長）処理や、アッシング処理や、チャンバのクリーニング処理等、プラズマ中の被処理物に行うプラズマ処理であれば、特に限定されない。また、プラズマ処理のみならず、プラズマ密度情報を単に測定するプラズマ密度情報測定装置にも本発明を適用することができる。
【０１０５】
（５）本実施例ではプラズマを生成するための生成用電力を操作してプラズマ処理を制御したが、例えば生成用電力以外にもプラズマを生成するガス圧や、ガスの混合比等を操作してプラズマ処理を制御してもよく、通常のプラズマ制御において用いられる方法ならば、特に限定されない。
【０１０６】
また、本実施例では電子密度に応じてエッチング時間等の処理時間を設定して、生成用電力を操作したが、処理時間を固定にしておいて、インピーダンス整合器１８等を操作することによって生成用電力を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい。同様の手法で、図１中のガス調整用バルブ１４によって、ガス圧や、ガスの混合比等を調節して、処理時間に応じて電子密度を制御してもよい。また、上述したこれらの方法を適宜互いに組み合わせることもできる。
【０１０７】
（６）上述した本実施例ではプラズマ密度情報は吸収周波数（高次吸収周波数，プラズマ表面波共鳴周波数を含む）や電子密度であったが、イオン密度もプラズマの特性を示すので、これらの物理量を校正して測定することで、プラズマ発生に係る物理量（例えば生成用電力や、ガス圧や、ガスの混合比等）を操作してもよい。例えば、図１中の吸収周波数校正部２５によって吸収周波数を求めた後、吸収周波数とエッチング時間との相関関係によって生成用電力を操作してもよい。
【０１０８】
（７）本実施例で用いられた、磁場Ｂの方向依存性を受けない測定プローブ７は、上述のｄ＝ｌ＝２ｍｍ，Ｒ＝２ｍｍ，ｒ＝１ｍｍの石英製の測定プローブ７以外にも、例えばｄ＝ｌ＝５ｍｍ，Ｒ＝６ｍｍ，ｒ＝４ｍｍの石英製の測定プローブ７等のように、測定プローブ７を構成するプローブ構成条件に限定されない。
【０１０９】
また、本実施例で上述したステップＳでは予め磁場Ｂの方向依存性を受けない測定プローブ７を用いたが、磁場Ｂの方向依存性がある測定プローブ７を用いて、その方向の条件下で予め求められているシミュレーションデータから吸収周波数を校正してもよく、処理の途中で移動機構２０によってプローブ構成条件の１つであるｄを変えてもよい。
【０１１０】
（８）上述した本実施例では移動機構２０によってプローブ構成条件の１つであるｄを変えていたが、プローブ構成条件を変える手段であれば特に限定されない。例えば、チューブ１９と、同軸ケーブル１０及びアンテナである先端部における中心導体１０ｄとを着脱自在に構成して、チュ−ブ１９を中心導体１０ｄ及び同軸ケーブル１０から取り外して異なる外径Ｒまたは内径ｒまたは誘電率εをもつチューブ１９を中心導体１０ｄ及び同軸ケーブル１０に取り付けることで、Ｒ，ｒ，εを変えてもよい。また、アンテナの長さｌの変化によっても、磁場Ｂの方向依存性に影響を及ぼすので、ｌを変えてもよい。
【０１１１】
その他にも、プローブ構成条件が互いに異なる測定プローブ７を複数本チャンバ１内に備えて、それらの測定プローブ７のうち１つを適宜選択するように構成してもよい。
【０１１２】
（９）本実施例で用いられた測定プローブ７は、図２に示されるものであったが、例えば図６に示されるような測定プローブ７で構成されていてもよい。図６（ａ）に示す測定プローブ７は、図２中のチューブ１９を備えずに先端部におけるアンテナである中心導体１０ｄが中心絶縁体１０ｃに直接に被覆されている構造で構成されている。従って、図６（ａ）に示すような測定プローブ７を形成する場合、同軸ケーブル１０を予め用意して、先端部において同軸ケーブル１０の外部絶縁体１０ａと外部導体１０ｂとを除去するだけで、加工成形することができる。また、除去する以外にも、少なくともアンテナ部分の表面に誘電体を蒸着、もしくは堆積させることによって、アンテナ部分が誘電体に直接に被覆されていてもよい。
【０１１３】
また、図２に示す測定プローブ７のアンテナである中心導体１０ｄは、チューブ１９に被覆されているので、必ずしも中心導体１０ｄは中心絶縁体１０ｃに被覆される必要はなく、図６（ｂ）に示すような構成であってもよい。
【０１１４】
また、本発明における誘電体性外皮は、図２に示されているチューブ１９のように誘電体によって一体形成されているものだけでなく、例えば石英等で形成されたチューブや管の表面に別の誘電体を蒸着、もしくは堆積させて形成したもの等も含む。
【０１１５】
その他にも図示を省略するが、先端部にアンテナを備えた同軸ケーブルに、その同軸ケーブルの形状に合わせた誘電体製のチューブを直接的に被せて測定プローブを構成することもできる。また、測定用電力の吸収をより大きくするためにアンテナの先に平板状の金属板等を備えてもよいし、アンテナの形状についても特に限定されない。
【０１１６】
（１０）上述した本実施例では、測定プローブ７からの距離ｔの位置に磁場Ｂを測定するためのガウスメータ８を配設していたが、磁場Ｂの大きさを等価的に測定するならば、例えばチューブ１９の中にガウスメータ８等に代表される磁場測定手段を配設する等のように、特に限定されない。
【０１１７】
【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、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１１８】
請求項２の発明に係るプラズマ密度情報測定方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく磁場の大きさのみに基づいてプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１１９】
請求項３の発明に係るプラズマ密度情報測定方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく磁場の大きさのみに基づいてプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１２０】
請求項４の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。
【０１２１】
請求項５の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、構成条件変換手段によってプラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。さらに、例えばある構成条件において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正して測定することができると予めわかっている場合には、プローブ構成条件を上述した構成条件に変えることで、上述の測定を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２２】
請求項６の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。さらに、例えば先端部から接続部までのある長さにおいて、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正して測定することができると予めわかっている場合には、先端部から接続部までの長さを上述した長さに変えることで、上述の測定を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２３】
請求項７の発明に係るプラズマ密度情報測定装置によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。さらに、例えばある外径、ある内径、及びある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正して測定することができると予めわかっている場合には、外径、内径、及び誘電率を上述した外径・内径・誘電率に変えることで、上述の測定を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２４】
請求項８の発明に係るプラズマ処理方法によれば、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に測定して、その測定結果に基づいてプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。
【０１２５】
請求項９の発明に係るプラズマ処理方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、ある構成条件において磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理をより容易にかつより適切に制御することができる。
【０１２６】
請求項１０の発明に係るプラズマ処理方法によれば、プラズマ密度情報測定用プローブを構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、アンテナのある長さ、上記先端部から接続部までのある長さ、上記のある外径、ある内径、及び上記のある誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することができる。その結果、磁場の方向が異なっても、磁場の方向を考慮することなく、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理をより容易にかつより適切に制御することができる。
【０１２７】
請求項１１の発明に係るプラズマ処理装置によれば、磁化されたプラズマ中ではそのプラズマ中での磁場の影響を受けてプラズマ密度情報が変化するので、プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁場の大きさを等価的に磁場測定手段によって測定して、その測定結果に基づいて、プラズマ密度情報校正手段によってプラズマ密度情報を校正することで、磁化されたプラズマ中でプラズマ密度情報を精度良く測定することができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。
【０１２８】
請求項１２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構成するプローブ構成条件を変えることで、様々なプローブ構成条件の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。さらに、例えばある構成条件において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正してプラズマ処理を制御することができると予めわかっている場合には、プローブ構成条件を上述した構成条件に変えることで、上述のプラズマ処理の制御を実現することができるという効果をも奏する。
【０１２９】
請求項１３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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記アンテナとケーブルとを上記誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にして、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さを変えることで、様々な上記先端部から接続部までの長さの下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。さらに、例えば先端部から接続部までのある長さにおいて、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正してプラズマ処理を制御することができると予めわかっている場合には、先端部から接続部までの長さを上述した長さに変えることで、上述のプラズマ処理の制御を実現することができるという効果をも奏する。
【０１３０】
請求項１４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構成するアンテナ、ケーブル、及び誘電体性外皮のうち、構成条件変換手段によって上記誘電体性外皮と上記アンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けて、外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、様々な外径、内径、及び誘電率の下で、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報の測定を行うことができる。その結果、磁化されたプラズマ中でのプラズマ密度情報に関する測定結果に基づいて、制御手段によって磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を容易にかつ適切に制御することができる。さらに、例えばある外径、内径、及び誘電率において、磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正してプラズマ処理を制御することができると予めわかっている場合には、外径、内径、及び誘電率を上述した外径・内径・誘電率に変えることで、上述のプラズマ処理の制御を実現することができるという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例に係る測定プローブの構成を示す一部縦断面図である。
【図３】本実施例に係るエッチング処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】吸収周波数を求める説明に供するグラフである。
【図５】ｆMES／ｆPの対ｆC／ｆMESの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は変形例に係る測定プローブ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
４ … コイル
５ … 生成用電源
６ … 生成用電力制御部
７ … 測定プローブ
８ … ガウスメータ
９ … 測定用電源
１０ … 同軸ケーブル
１０ｄ … 中心導体
１１ … プローブ制御部
１２ … 電子サイクロトロン周波数導出部
１８ … インピーダンス整合器
１９ … チューブ
２０ … 移動機構
２４ … 吸収周波数導出部
２５ … 吸収周波数校正部
２６ … 電子密度変換部
ＰＭ … プラズマ
Ｗ … 基板
Ｂ … 磁場(磁束密度)
ｔ … 距離
ｌ … 先端部における中心導体の長さ
ｄ … 先端部から接続部までの長さ
Ｒ … チューブの外径
ｒ … チューブの内径
ｆC … 電子サイクロトロン周波数
ｆMES … 校正される前の吸収周波数
ｆP … 校正された吸収周波数
ｆSW … プラズマ表面波吸収周波数
Claims (14)
- 磁化されたプラズマ中で、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、（ａ）前記プラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁化されたプラズマ中の磁場の大きさを等価的に測定する過程と、（ｂ）前記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磁化されたプラズマに供給する過程と、（ｃ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、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、前記磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｄ）プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正する過程とを備えていることを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
- 請求項１に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記（ｄ）の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
- 請求項２に記載のプラズマ密度情報測定方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、及び誘電体性外皮の内径であって、前記（ｄ）の過程は、前記アンテナの長さ、前記先端部から接続部までの長さ、前記外径、前記内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とするプラズマ密度情報測定方法。
- 磁化されたプラズマ中で、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にプラズマ密度情報測定用電力を磁化されたプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、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、磁化されたプラズマ中の磁場の影響を受けた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と、前記プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の前記磁場の大きさを等価的に測定する磁場測定手段と、プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および前記磁場測定用手段によって測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正するプラズマ密度情報校正手段とを備えていることを特徴とするプラズマ密度情報測定装置。
- 請求項４に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変える構成条件変換手段を備えていることを特徴とするプラズマ密度情報測定装置。
- 請求項５に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さであって、前記構成条件変換手段は、アンテナとケーブルとを誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にすることで、前記先端部から接続部までの長さを変える手段であることを特徴とするプラズマ密度情報測定装置。
- 請求項５に記載のプラズマ密度情報測定装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率であって、前記構成条件変換手段は、誘電体性外皮とアンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、または誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けることで、前記外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることを特徴とするプラズマ密度情報測定装置。
- 磁化されたプラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、（ａ）プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するためのプローブであるプラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の磁化されたプラズマ中の磁場の大きさを等価的に測定する過程と、（ｂ）前記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磁化されたプラズマに供給する過程と、（ｃ）前記プラズマ密度情報測定用プローブを用いて、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、前記磁場の影響を受けたプラズマ密度情報を測定する過程と、（ｄ）プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正する過程と、（ｅ）校正された前記プラズマ密度情報に基づいて、磁化されたプラズマ中でのプラズマ処理を制御する過程とを備えていることを特徴とするプラズマ処理方法。
- 請求項８に記載のプラズマ処理方法において、前記（ｄ）の過程は、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とするプラズマ処理方法。
- 請求項９に記載のプラズマ処理方法において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、アンテナの長さ、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さ、誘電体性外皮の外径、及び誘電体性外皮の内径であって、前記（ｄ）の過程は、前記アンテナの長さ、前記先端部から接続部までの長さ、前記外径、前記内径、及び誘電体性外皮の誘電率のうち少なくとも１つを変えることで、前記磁場の方向依存性を受けずに磁場の大きさに基づいてプラズマ密度情報を校正することを特徴とするプラズマ処理方法。
- 磁化されたプラズマ中の被処理物にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマの特性を示すプラズマ密度情報を測定するためにプラズマ密度情報測定用電力を磁化されたプラズマに供給するプラズマ密度情報測定用電源と、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、磁化されたプラズマ中の磁場の影響を受けた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と、前記プラズマ密度情報測定用プローブが置かれた位置の前記磁場の大きさを等価的に測定する磁場測定手段と、プラズマ密度を求めるのに必要な情報のうち磁場中で測定された吸収周波数と磁場の大きさとを示す相関関係、および前記磁場測定用手段によって測定された磁場の大きさに基づいて、前記プラズマ密度情報測定用プローブによって測定されたプラズマ密度情報を校正するプラズマ密度情報校正手段と、校正された前記プラズマ密度情報に基づいてプラズマ処理を制御する制御手段とを備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブを構成するプローブ構成条件を変える構成条件変換手段を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の先端部からアンテナとケーブルとの接続部までの長さであって、前記構成条件変換手段は、アンテナとケーブルとを誘電体性外皮中で長手方向に相対的に移動自在にすることで、前記先端部から接続部までの長さを変える手段であることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 請求項１２に記載のプラズマ処理装置において、前記プラズマ密度情報測定用プローブは、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して前記アンテナに接続するケーブルと、プラズマに結合して先端が閉じられた誘電体性外皮とを備え、前記アンテナとケーブルとは前記誘電体性外皮によって被覆されており、かつ、前記プローブ構成条件は、誘電体性外皮の外径、誘電体性外皮の内径、及び誘電体性外皮の誘電率であって、前記構成条件変換手段は、誘電体性外皮とアンテナ及びケーブルとを着脱自在にして誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルから取り外して異なる外径、内径、及び誘電率をもつ誘電体性外皮をアンテナ及びケーブルに取り付けることで、前記外径、内径、及び誘電率のうち少なくとも１つを変えることを特徴とするプラズマ処理装置。
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