JPH0251071A - プラズマの検出方法及びその回路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプラズマの検出方法及びその検出方法に使用さ
れる回路の構造に関する。

（従来の技術） 従来プラズマの作用によって多くの材料加工が行なわれ
ている０例えばガラス類、金属類、その他の被加工材料
をプラズマによって、エツチングしたりコーティングし
たりすることが一般に行なわれている。特に近時半導体
産業においてはその取り扱う構成素子のサイズが年々小
さくなり、湿式エツチングからシリコンや高分子物質ま
で好ましく排除できるプラズマエツチングに徐々に切り
変りつつある。

これらの加工に必要なプラズマは種々の方法で発生させ
ることができる。グロー放電を発生させる直流電圧を用
いる方法の他に、交流電圧を用いる方法もある。これら
の方法においては好ましくは周波数が１３．５６ＭＨｚ
程度の高周波エネルギーを供給して行なわれている。

（発明が解決しようとする課題） 全てのプラズマ加工で重要なことは、プラズマを発生さ
せる開始時期を決定することとプラズマの発生が継続し
て行なわれているのをモニターすることにある。

プラズマの存在を検出する極めて筒車な方法は、プラズ
マから発生する光を測定することである。光度がプラズ
マのイオン化の程度に比例して強くなるからである。こ
の光学的測定方法の欠点は測定値が外部からの光による
影響を受けることと、装置の作動中に測定用の窓が被加
工材の破片や電極から飛散する物質で覆われ不透明にな
ってしまうことにある。

プラズマを検出する別の方法として、プラズマプローブ
を用いる方法が知られている。（ジェイ、イー、ハイデ
ンライと三世とジャーナ−ル、パラツザー、りによる［
高分子エツチングに用いられるマイクロ波プラズマの静
電プローブ分析」、ジャーナール　ブイエイシー、サイ
エンステクノロジー　８５　（１）　、　１９８７年１
月２月合併号、　３４７頁から３５４頁参照）。

プローブを用いることの欠点はこのプローブをプラズマ
に直接曝さなければならず、真空での出し入れが必要と
されることである。加えてプローブは危険を伴なうと共
に、装置の組み立てや作業維持の妨げとなるという欠点
もあった。

更には、プラズマ用プローブは例えば飛散する誘電体に
よってその表面が被覆され絶縁化してしまうため、その
寿命が限られるという事実もあった。そのため測定値が
常に変化して定量的に把握することが困難となるという
欠点があった。

プラズマエツチング加工における制御方法も従来知られ
ており、それは高周波電力のインピーダンス変化を表示
する方法である（米国特許第４．２０７，１３７号参照
）、この方法にあっては、被加工材のコーティングのた
め選択された加工面がエツチングされるに際し、まず加
工材をプラズマ室内にある電極の間に置く０次にプラズ
マ室にガスを満たして電極に電力を供給し当該プラズマ
室内にプラズマを発生させるという手段をとるのである
。

プラズマのインピーダンス変化は、このインピーダンス
変化が事実上零になって電極への電力が停止されるまで
全エツチング加工中表示される。

この方法によりエツチング加工が終了したことが解るの
である。しかしながら、プラズマの状態を正確かつ連続
的にモニターすることはできず、すべてのインピーダン
スが一定となりエツチングが終了したことを示しても、
この公知の方法においては誤表示を完全に排除すること
ができなかったのである。

おそらく高周波によりプラズマを検出する最も知られた
方法は、供給電極の直流電圧を測定する方法であろう（
ケイ、コーラ−、ジェイ、ダブリュ、コバーン、デイ−
、イー、ホーン、イーカイによる「平面システムでの１
３．５６ＭＨｚの周波のアルゴングロー放電のプラズマ
電位」ジャーナルアプリケイジョン　フィジックス　５
７（１）　、　１９８５年１月１日号、５９頁から６６
頁参照）。

しかし、絶縁した被加工材を用いるこの方法は被加工材
の表面に直流電圧位が発生し、この被加工材が高周波電
力を供給する金属の電極部材を突発的に絶縁化してしま
うため問題が多かった。このため多くの場合直流電流は
電極から検出されず、前記同様に正確な直流電流の測定
ができなかったのである。

最後に以下のような方法も知られている。つまり活性或
いは不活性なガス中で、被加工物の表面の反対側にある
絶縁された電極内に生じる負直流バイアス電流を検出す
ると同時に、高周波電圧及び電流の特性を測定する方法
である（アール。

ニー、モルガンによる「半導体の製造におけるプラズマ
エツチング」、オックスフォード　エルセピア出版社　
１９８５年、　２０３頁から２３８頁、特に図面８．１
．８．２．８．１４から８．１６参照）。

上部電極の負直流電圧位が測定される限りにおいては、
この方法は先に述べた方法と同じ欠点を有している。つ
まり高周波電位の測定にオシロスコープが用いられ、そ
のピーク電圧がインスタントフィルムにより撮影される
のであるが、この方法は大変費用がかかる。

つまり高周波電流の測定には仮想電極が用いられ、アー
スされた電極に電流がオーバーフローすると、この電流
は既知の抵抗を通過するように送られ抵抗では電位が上
昇する。そして電流はオシロスコープ上に再生されるの
である。オシロスコープ上に再生される曲線を写真撮影
することがなされるが、その撮影は精密ではあっても費
用がかさむものであった。写真上に表れる調波を電子的
に検討することはここでは行われない。

（課題を解決するための手段及び作用）本発明はプラズ
マ室内にプローブなどの装置を入れる必要がなく、シか
も電極やオシロスコープのデスプレイ装置上に発生する
直流電流成分に頼ることなくプラズマの存在を検出せん
とするものである。

この課題は請求項１に記載した特徴に従い達成される０
本発明によって達成される課題は、特にプラズマに供給
される高周波電気エネルギーのみを測定することでプラ
ズマの存否を検出することができることである。プラズ
マそれ自体を光学的に検出する必要もなく電気的に分析
することも不要である。

本発明に係る方法にあっては、高周波プラズマは調波を
発生する非線形インピーダンスを呈するという事実に基
づく、これらの調波はプラズマが存在するときのみに発
生するのでその検出に用いることができるのである。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付の図面に従い詳細に説明する
。

第１図に示すように本検出方法及び回路構造の原理は１
例として使用される薄いフィルムと本発明に係るプラズ
マ検出装置とを備えることで示される。

この装置にはサンプルが置かれるプラズマ室（１）とガ
ス吸入口（２）、そしてガスの排出口（３）とを有して
いる。加えてプラズマを発生させる高周波電極（４）も
又、プラズマ室（１）内であってかつサンプル用テーブ
ルの反対側に備えられる。高周波の出力が高周波電力供
給装Ｍ（７）から電極（４）まで供給され、電極（４）
での圧力がｌＯから１０）−ル（ｔｃｒｒ）の吟にプラ
ズマが発生する９本実施例ではこのプラズマ（８）を受
けるために薄いフィルムがサンプルテーブル（５）上の
基板（８）上に置かれている。

好ましくは周波ａ（ｆ、）が１３−５６にＨｚである電
極（４）からの高周波電流が、プラズマ室（１）内のガ
スを解離してプラズマを発生させる。プラズマが存在す
るかどうか、或いはガスが未だ非解離状態にあるかどう
かを判断するために、電極（４）へ流れる電流（Ｊ）を
検出する誘導電流受信機が備えられている。この誘導電
流受信機は例えばトロイド形状をしたコイル（トロイダ
ルコイル’）　（９）（米国特許第４，４９３，１１２
号、第３図参照のこと）からなり電力供給装置（７）と
電極（４）の間を接続するフィード線（１０）の周囲を
取り巻いている。このコイル（９）はその巻き数が一回
のみであって、数回もは巻かれない。

電力（Ｊ）がフィード線（１０）の周囲に生じさせる磁
界中では、電圧はハイパスフィルタ（１１）に接続され
たコイル（９）に誘導される。このハイパスフィルタ（
１１）は、２０にＨｚ以下のすべての周波数を透過排除
し、ここでは電流（Ｊ）のすべての直流電流は基本周波
数が２３．５６ＭＨｚである電流と共に抑圧される。つ
まりプラズマが存在する時のみに発生する調波のみが透
過されるのである。プラズマが存在しない時は電極（４
）にはりアクタンスが生じる。

高周波電力供給装置（７）は正弦波信号を発生するため
、この場合の電流（Ｊ）も純粋な正弦形状を呈する。そ
れ故１３．５６　ＭＨｚ以外の周波数は発生しないので
ある。従って、ハイパスフィルタ（１１）の出力では信
号があればそれはプラズマが発生したためであり、つま
りは調波の発生を示すものである。

プラズマが励磁していれば、電子とイオンの質量の差に
よって電極（４）では非線形のインピーダンスを呈する
。この非線形のインピーダンスにより特には２７．１２
Ｎ）ｌｚ、４０．８８ＭＨｚなどの調波周波数が含まれ
て発生するのである。

ハイパスフィルタ（１１）からの出力信号は整流器（１
２）によって整流され、ローパスフィルタ（１３）に送
られる。このローパスフィルタ（１３）は整流器（１２
）の出力側での直流電流に未だ残留する流れを透過して
排除するか、少なくとも減少させる役目を果すのみであ
る。このように整流された電流はデスプレイ装置（１４
）に送られ、デスプレイ装置（１４）は１３．５６　Ｍ
Ｈｚを越える調波やプラズマの発生を示す数値を示すの
である。

第１図に示されたハイパスフィルタ（１１）及びローパ
スフィルタ（１２）の回路構造を第２図に拡大して示す
、ハイパスフィルタ（１１）は二つの並列のインダクタ
（１１３）（１７）に接続される直列のキャパシタ（１
５）を有していることが理解されよう、これら二つのイ
ンダクタ（１６）（１７）と並列に可変抵抗（１８）が
接続され、その後にはハイパスフィルタ（目）の直列分
岐で二つの直列のキャパシタ（２０）（２１）が接続さ
れ、最後に並列のインダクタ（１９）で終っている。

ハイパスフィルタ（１１）の出力信号は、ダイオード（
２２）にて整流される。この出力信号は半波（Ｓｉｃ）
整流であるため、残留する整流後の信号の流れは比較的
高いものとなっている。この残留する流れはその後のロ
ーパスフィルタ（１３）にて透過され減少する。このロ
ーパスフィルタ（１３）は並列分岐内にキャパシタ（２
３）を有し、その後には直列分岐でインダクタ（２４）
が接続され更に並列分岐でキャパシタ（２５）を接続し
、その後別のインダクタ（２８）が直列分岐で接続され
て最後にキャパシタ（２７）が並列分岐で接続されてい
る。

ローパスフィルタ（１３）の出力側にはツェナーダイオ
ード（２８）が設けられ、デスプレイ装置（１４）に高
すぎる電圧が送られるのを阻止している。

晶周波電力供給装置（７）はおよそ１（ｌＯＫＨｚから
ＩＧＨｚまでの範囲の周波数で作動するエネルギーの供
給源である。この周波数の範囲が好ましい理由は、通常
の装置の大きさではこの周波数でのみ、プラズマの非線
形性に起因する異なった自由行程長の電子とイオンが発
生するからである。

第１図と第２図に示した回路の構造は、プラズマが存在
するか否かを検出するのみならず、むしろプラズマのイ
オン化や発生情況について知らしめる信号をも定量的に
供給するものでもある０例えば、同期飛散する二つの電
極は同じ発生量になるようセットすることができる。こ
の目的のため、ローパスフィルタ（１３）の出力信号を
デスプレイ装置（１４）には供給せず、図示しない装置
制御コンピューターに送ることで工程全体の制御のため
の数値が示されるようにしてもよい、更にこのデスプレ
イ装置（１４）はコンピューターのモニターに置き換え
てもよい。

トロイダルコイルによる電流検出方法は大変有益ではあ
るが、本発明はこれに限定されるものではない、電流は
抵抗又は容量電圧コンダクタによる手段であっても等し
く検出される。

本発明は同様に周波数（ｆｏ）を有する純粋の交流電流
（Ｊ）の利用に限るものではない、仮りに交流電流の変
調された直流電流が電極（０に送られても実施できるの
である。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明に係るプラズマ検出方法及び
その回路構造にあっては、プラズマ室内にプローブなど
の装置を入れる必要がなく、しかも電極やオシロスコー
プのデスプレイ装置上に発生する直流電流成分に頼るこ
となくプラズマの存在を検出することができるのである
。

つまり、プラズマに供給される高周波電気エネルギーの
みを測定することでプラズマの存否を検出することがで
きるどう効果を奏する。プラズマそれ自体を光学的に検
出する必要もなく電気的に分析することも不要とされる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラズマ検出用回路の主要部分断
面図、第２図は本発明に係るプラズマ検出回路における
調波を処理するノ＼イパスフィルタとローパスフィルタ
及び整流器の回路図である。 符号の説明 交流電流、　ｆｏ・・・　周波数、 電極、 インダクタンス、 ハイパスフィルタ、 整流器、 ローパスフィルタ。 デスプレイ装置、 キャパシタ、 ・・・　インダクタンス、 可変抵抗、　１９　　・・・　インダクタ、・・・　キ
ャパシタ、 第一キャパシタ。 インダクタ、 第二キャパシタ、 第二インダクタ、 第三キャパシタ、 ツェナーダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、定められた周波数を有する高周波交流電流によっ
   て発生するプラズマを、交流電流（Ｊ）の検出用回路構
   造を用いて検出する方法であって、前記交流電流（Ｊ）
   を定められた周波数（ｆ＿ｏ）以上の周波数を透過する
   ハイパスフィルタ（１１）に送り、前記ハイパスフィル
   タ（１１）からの出力信号を測定することでプラズマの
   存在の有無を検出することを特徴とするプラズマの検出
   方法。 ２）、前記ハイパスフィルタ（１１）からの出力信号が
   整流器（１２）に送られ、前記整流器（１２）から出た
   出力信号はデスプレイ装置（１４）に送られることを特
   徴とする請求項１記載のプラズマの検出方法における回
   路構造。 ３）、前記整流器（１２）とデスプレイ装置（１４）と
   の間にローパスフィルタ（１３）が接続されていること
   を特徴とする請求項２記載のプラズマの検出方法におけ
   る回路構造。 ４）、前記デスプレイ装置（１４）がアナログデスプレ
   イ装置であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ
   の検出方法における回路構造。 ５）、前記デスプレイ装置（１４）がデジタルデスプレ
   イ装置であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ
   の検出方法における回路構造。 ８）、前記交流電流（Ｊ）を電極（４）に送りこの交流
   電流（Ｊ）を検出してハイパスフィルタ（１１）に送る
   ためのインダクタンス（３）を有することを特徴とする
   請求項１記載のプラズマの検出方法。 ７）、前記交流電流（Ｊ）が高周波交流電流であること
   を特徴とする請求項１記載のプラズマの検出方法。 ８）、前記高周波電流が１３．５６ＭＨｚの周波数を有
   することを特徴とする請求項７記載のプラズマの検出方
   法。 ９）、前記ハイパスフィルタ（１１）は、その入力側か
   ら出力側に向けて直列分岐のキャパシタ（１５）を有し
   、次に並列分岐で二つのインダクタ（１６）（１７）と
   可変抵抗（１８）を有し、その後直列分岐で二つのキャ
   パシタ（２０）（２１）を有すると共に、当該ハイパス
   フィルタ（１１）は並列分岐のインダクタ（１９）で終
   了していることを特徴とする請求項１記載のプラズマの
   検出方法。 １０）、前記整流器（１２）は半波整流器であることを
   特徴とする請求項２記載のプラズマの検出方法。 １１）、前記ローパスフィルタ（１３）はその入力側か
   ら出力側に向けて並列分岐の第一キャパシタ（２３）を
   、直列分岐でインダクタ（２４）を、並列分岐で第二キ
   ャパシタ（２５）を、直列分岐で第二インダクタ（２８
   ）を、並列分岐で第三キャパシタ（２７）を備えたこと
   を特徴とする請求項３記載のプラズマの検出方法におけ
   る回路構造。 １２）、前記ローパスフィルタ（１３）の出力端にはツ
   ェナーダイオード（２８）が並列分岐で接続されている
   ことを特徴とする請求項３記載のプラズマの検出方法に
   おける回路構造。 １３）、電力を供給するための定められた周波数の交流
   電流を用いてプラズマを検出するプラズマ検出用の回路
   構造において、 ａ）交流電流（Ｊ）を検出するための検出装置（９）、
   ｂ）検出装置（９）に接続され制限周波数（ｆ＿ｏ）を
   有するハイパスフィルタ（１１）、 ｃ）ハイパスフィルタ（１１）の出力信号を測定するた
   め前記ハイパスフィルタ（１１）に接続された測定装置
   （１２）（１３）、 とを有することを特徴とするプラズマ検出用回路構造。