JPH06216081A - プラズマ測定方法及びその装置 - Google Patents
プラズマ測定方法及びその装置Info
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- JPH06216081A JPH06216081A JP5004151A JP415193A JPH06216081A JP H06216081 A JPH06216081 A JP H06216081A JP 5004151 A JP5004151 A JP 5004151A JP 415193 A JP415193 A JP 415193A JP H06216081 A JPH06216081 A JP H06216081A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 適用されるプラズマ処理装置の大型化を招く
ことなく，しかもプラズマの状態の現場における直接測
定を行い得るプラズマ測定方法及びその装置。 【構成】 マイクロ波のプラズマによる反射波と導入波
との位相差とプラズマの状態を示す電子密度との対応関
係Ｘ1 及び反射波に対する導入波の反射率とプラズマの
状態を示すＥＣＲ領域の位置との対応関係Ｘ2 を予めメ
モリ５に記憶しておき，導波管４中に入射される反射波
と導入波との位相差及び反射波の導入波に対する反射率
を測定器６により測定し，この測定値とメモリ５に記憶
された対応関係Ｘ1 ，Ｘ2 とに基づいてプラズマ中の電
子密度及びＥＣＲ領域の位置を演算器７により演算する
ように構成されている。上記構成により適用されるプラ
ズマ処理装置の大型化を招くことなく，しかもプラズマ
の状態の現場における直接測定を行い得るプラズマ測定
方法及びその装置を得ることができる。
ことなく，しかもプラズマの状態の現場における直接測
定を行い得るプラズマ測定方法及びその装置。 【構成】 マイクロ波のプラズマによる反射波と導入波
との位相差とプラズマの状態を示す電子密度との対応関
係Ｘ1 及び反射波に対する導入波の反射率とプラズマの
状態を示すＥＣＲ領域の位置との対応関係Ｘ2 を予めメ
モリ５に記憶しておき，導波管４中に入射される反射波
と導入波との位相差及び反射波の導入波に対する反射率
を測定器６により測定し，この測定値とメモリ５に記憶
された対応関係Ｘ1 ，Ｘ2 とに基づいてプラズマ中の電
子密度及びＥＣＲ領域の位置を演算器７により演算する
ように構成されている。上記構成により適用されるプラ
ズマ処理装置の大型化を招くことなく，しかもプラズマ
の状態の現場における直接測定を行い得るプラズマ測定
方法及びその装置を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ測定方法及びそ
の装置に係わり，例えばプラズマ中のイオン，ラジカル
を試料基板に照射することにより乾式エッチング，スパ
ッタリング，ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 等の
プラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるプラ
ズマ測定方法及びその装置に関するものである。
の装置に係わり，例えばプラズマ中のイオン，ラジカル
を試料基板に照射することにより乾式エッチング，スパ
ッタリング，ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 等の
プラズマ処理を行うプラズマ処理装置に用いられるプラ
ズマ測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のように乾式エッチング，スパッタ
リング，ＣＶＤ等のプラズマ処理方法は処理ガスをプラ
ズマ化し，このプラズマ中のイオン，ラジカルを試料基
板に照射するという点では実質的に同一の処理方法であ
る。このような処理を行うプラズマ処理装置では，目
的のガスをプラズマに導入するか，直接プラズマ化す
るか，又はプラズマ中の粒子を薄膜材料からなるター
ゲットに照射し，ターゲットから微小粒子（原子，分子
及びそのイオン，複数の原子または分子からなる微小粒
子およびそのイオン）を射出することにより，プラズマ
中に目的の元素または目的の元素を含むイオン，ラジカ
ル（励起活性種）および微小粒子を生成する。そして，
これらのイオンやラジカルを真空容器内に設置された試
料基板に照射することにより，成膜，微細加工，表面改
質を行う。ここで，成膜された薄膜の微細加工における
加工精度はプラズマ中のイオン，ラジカル等の分布状態
に大きく依存することが知られている。従って，プラズ
マ処理装置内のプラズマの状態を把握することは製造プ
ロセス管理の上で非常に重要である。従来よりこのプラ
ズマの状態，例えば電子密度の大きさや分布を測定する
方法として，ラングミュアプローブや磁気センサを用い
る方法が知られていた。
リング，ＣＶＤ等のプラズマ処理方法は処理ガスをプラ
ズマ化し，このプラズマ中のイオン，ラジカルを試料基
板に照射するという点では実質的に同一の処理方法であ
る。このような処理を行うプラズマ処理装置では，目
的のガスをプラズマに導入するか，直接プラズマ化す
るか，又はプラズマ中の粒子を薄膜材料からなるター
ゲットに照射し，ターゲットから微小粒子（原子，分子
及びそのイオン，複数の原子または分子からなる微小粒
子およびそのイオン）を射出することにより，プラズマ
中に目的の元素または目的の元素を含むイオン，ラジカ
ル（励起活性種）および微小粒子を生成する。そして，
これらのイオンやラジカルを真空容器内に設置された試
料基板に照射することにより，成膜，微細加工，表面改
質を行う。ここで，成膜された薄膜の微細加工における
加工精度はプラズマ中のイオン，ラジカル等の分布状態
に大きく依存することが知られている。従って，プラズ
マ処理装置内のプラズマの状態を把握することは製造プ
ロセス管理の上で非常に重要である。従来よりこのプラ
ズマの状態，例えば電子密度の大きさや分布を測定する
方法として，ラングミュアプローブや磁気センサを用い
る方法が知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
プラズマ測定方法では，プラズマ中に挿入されたプロー
ブ等がスパッタされて試料基板を金属汚染するおそれが
あった。このため，プローブ等を常設できずプラズマの
状態の現場における直接測定を行うことができなかっ
た。その結果，プラズマ処理装置の経時変化に伴うメン
テナンス時期の決定や成膜した薄膜の膜質管理，またエ
ッチング・プロセスにおける加工精度の維持などが困難
であった。本発明はこのような従来の技術における課題
を解決するために，プラズマ測定方法及びその装置を改
良し，適用されるプラズマ処理装置の大型化を招くこと
なく，しかもプラズマの状態の現場における直接測定を
行い得るプラズマ測定方法及びその装置を提供すること
を目的とするものである。
プラズマ測定方法では，プラズマ中に挿入されたプロー
ブ等がスパッタされて試料基板を金属汚染するおそれが
あった。このため，プローブ等を常設できずプラズマの
状態の現場における直接測定を行うことができなかっ
た。その結果，プラズマ処理装置の経時変化に伴うメン
テナンス時期の決定や成膜した薄膜の膜質管理，またエ
ッチング・プロセスにおける加工精度の維持などが困難
であった。本発明はこのような従来の技術における課題
を解決するために，プラズマ測定方法及びその装置を改
良し，適用されるプラズマ処理装置の大型化を招くこと
なく，しかもプラズマの状態の現場における直接測定を
行い得るプラズマ測定方法及びその装置を提供すること
を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は，磁場を印加した真空容器内に処理ガス
とマイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波
により生じる電場との相互作用によって起こる電子サイ
クロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化
した時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定方法
において，上記マイクロ波のプラズマによる反射波と導
入波との位相差データと，該プラズマの状態を示す電子
密度との対応関係を予めメモリに記憶しておき，上記マ
イクロ波の導波経路中に入射される反射波と導入波との
位相差データを測定し，上記測定された位相差データと
上記メモリに記憶された上記対応関係とに基づいて上記
プラズマ中の電子密度を演算してなることを特徴とする
プラズマ測定方法として構成されている。また，第２の
発明は，磁場を印加した真空容器内に処理ガスとマイク
ロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波により生
じる電場との相互作用によって起こる電子サイクロトロ
ン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化した時の
該プラズマの状態を測定するプラズマ測定方法におい
て，上記マイクロ波のプラズマによる反射波の導入波に
対する反射率データと該プラズマの状態を示す電子サイ
クロトロン共鳴領域の位置との対応関係を予めメモリに
記憶しておき，上記マイクロ波の導波経路中に入射する
反射波の導入波に対する反射率データを測定し，上記測
定された反射率データと上記メモリに記憶された上記対
応関係とに基づいて上記プラズマ中の電子サイクロトロ
ン共鳴領域の位置を演算してなることを特徴とするプラ
ズマ測定方法として構成されている。
に第１の発明は，磁場を印加した真空容器内に処理ガス
とマイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波
により生じる電場との相互作用によって起こる電子サイ
クロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化
した時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定方法
において，上記マイクロ波のプラズマによる反射波と導
入波との位相差データと，該プラズマの状態を示す電子
密度との対応関係を予めメモリに記憶しておき，上記マ
イクロ波の導波経路中に入射される反射波と導入波との
位相差データを測定し，上記測定された位相差データと
上記メモリに記憶された上記対応関係とに基づいて上記
プラズマ中の電子密度を演算してなることを特徴とする
プラズマ測定方法として構成されている。また，第２の
発明は，磁場を印加した真空容器内に処理ガスとマイク
ロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波により生
じる電場との相互作用によって起こる電子サイクロトロ
ン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化した時の
該プラズマの状態を測定するプラズマ測定方法におい
て，上記マイクロ波のプラズマによる反射波の導入波に
対する反射率データと該プラズマの状態を示す電子サイ
クロトロン共鳴領域の位置との対応関係を予めメモリに
記憶しておき，上記マイクロ波の導波経路中に入射する
反射波の導入波に対する反射率データを測定し，上記測
定された反射率データと上記メモリに記憶された上記対
応関係とに基づいて上記プラズマ中の電子サイクロトロ
ン共鳴領域の位置を演算してなることを特徴とするプラ
ズマ測定方法として構成されている。
【０００５】更には，磁場を印加した真空容器内に処理
ガスとマイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイク
ロ波により生じる電場との相互作用によって起こる電子
サイクロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズ
マ化した時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定
装置において，上記マイクロ波のプラズマによる反射波
と導入波との位相差データと，該プラズマの状態を示す
電子密度との対応関係を予め記憶しておくメモリと，上
記マイクロ波の導波経路中に入射される反射波と導入波
との位相差データを測定する測定手段と，上記測定手段
により測定された位相差データと上記メモリに記憶され
た上記対応関係とに基づいて上記プラズマ中の電子密度
を演算する演算手段とを設けてなることを特徴とするプ
ラズマ測定装置である。更には，磁場を印加した真空容
器内に処理ガスとマイクロ波とを導入し，上記磁場と，
上記マイクロ波により生じる電場との相互作用によって
起こる電子サイクロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガ
スをプラズマ化した時の該プラズマの状態を測定するプ
ラズマ測定装置において，上記マイクロ波のプラズマに
よる反射波の導入波に対する反射率データと該プラズマ
の状態を示す電子サイクロトロン共鳴領域の位置との対
応関係を予め記憶しておくメモリと，上記マイクロ波の
導波経路中に入射する反射波の導入波に対する反射率デ
ータを測定する測定手段と，上記測定手段により測定さ
れた反射率データと上記メモリに記憶された上記対応関
係とに基づいて上記プラズマ中の電子サイクロトロン共
鳴領域の位置を演算する演算手段とを設けてなること特
徴とするプラズマ測定装置である。
ガスとマイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイク
ロ波により生じる電場との相互作用によって起こる電子
サイクロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズ
マ化した時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定
装置において，上記マイクロ波のプラズマによる反射波
と導入波との位相差データと，該プラズマの状態を示す
電子密度との対応関係を予め記憶しておくメモリと，上
記マイクロ波の導波経路中に入射される反射波と導入波
との位相差データを測定する測定手段と，上記測定手段
により測定された位相差データと上記メモリに記憶され
た上記対応関係とに基づいて上記プラズマ中の電子密度
を演算する演算手段とを設けてなることを特徴とするプ
ラズマ測定装置である。更には，磁場を印加した真空容
器内に処理ガスとマイクロ波とを導入し，上記磁場と，
上記マイクロ波により生じる電場との相互作用によって
起こる電子サイクロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガ
スをプラズマ化した時の該プラズマの状態を測定するプ
ラズマ測定装置において，上記マイクロ波のプラズマに
よる反射波の導入波に対する反射率データと該プラズマ
の状態を示す電子サイクロトロン共鳴領域の位置との対
応関係を予め記憶しておくメモリと，上記マイクロ波の
導波経路中に入射する反射波の導入波に対する反射率デ
ータを測定する測定手段と，上記測定手段により測定さ
れた反射率データと上記メモリに記憶された上記対応関
係とに基づいて上記プラズマ中の電子サイクロトロン共
鳴領域の位置を演算する演算手段とを設けてなること特
徴とするプラズマ測定装置である。
【０００６】
【作用】第１の発明によれば，磁場を印加した真空容器
に処理ガスとマイクロ波とを導入し，上記磁場と上記マ
イクロ波により生じる電場との相互作用によって起こる
電子サイクロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプ
ラズマ化した時の該プラズマの状態を測定するに先立っ
て，まず上記マイクロ波のプラズマによる反射波と導入
波との位相差データと，該プラズマの状態を示す電子密
度との対応関係がメモリに記憶される。このような記憶
は数値を手入力しても，実験データを取り込むことによ
り自動入力してもよい。次に，上記マイクロ波の導波経
路中に入射される反射波と導入波との位相差データが測
定される。そして，上記測定された位相差データと上記
メモリに記憶された上記対応関係とに基づいて上記プラ
ズマ中の電子密度が演算される。従って，この電子密度
に基づいてプラズマの電離状態が判断できる。また，第
２の発明によれば，まず上記マイクロ波のプラズマによ
る反射波の導入波に対する反射率データと該プラズマの
状態を示す電子サイクロトロン共鳴領域の位置との対応
関係が予めメモリに記憶される。入力の方法は第１の発
明と同様，数値の手入力によっても，実験データの自動
入力であってもよい。
に処理ガスとマイクロ波とを導入し，上記磁場と上記マ
イクロ波により生じる電場との相互作用によって起こる
電子サイクロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプ
ラズマ化した時の該プラズマの状態を測定するに先立っ
て，まず上記マイクロ波のプラズマによる反射波と導入
波との位相差データと，該プラズマの状態を示す電子密
度との対応関係がメモリに記憶される。このような記憶
は数値を手入力しても，実験データを取り込むことによ
り自動入力してもよい。次に，上記マイクロ波の導波経
路中に入射される反射波と導入波との位相差データが測
定される。そして，上記測定された位相差データと上記
メモリに記憶された上記対応関係とに基づいて上記プラ
ズマ中の電子密度が演算される。従って，この電子密度
に基づいてプラズマの電離状態が判断できる。また，第
２の発明によれば，まず上記マイクロ波のプラズマによ
る反射波の導入波に対する反射率データと該プラズマの
状態を示す電子サイクロトロン共鳴領域の位置との対応
関係が予めメモリに記憶される。入力の方法は第１の発
明と同様，数値の手入力によっても，実験データの自動
入力であってもよい。
【０００７】次に，上記マイクロ波の導波経路中に入射
する反射波の導入波に対する反射率データが測定され
る。そして，上記測定された反射率データと上記メモリ
に記憶された上記対応関係とに基づいて上記プラズマ中
の電子サイクロトロン共鳴領域の位置が演算される。従
って，この電子サイクロトロン共鳴領域の位置に基づい
てプラズマの発生領域が判断できる。また，第１，第２
の発明共，適用されるプラズマ処理装置の，もともとマ
イクロ波の導入に用いる導波経路を測定に用いる。この
ため，プラズマ処理装置自体を大型化させるおそれがな
く，また従来例におけるようにプラズマ中に挿入された
プローブ等のスパッタによる試料基板の金属汚染を生じ
るおそれがない。その結果，適用されるプラズマ処理装
置の大型化を招くことなく，しかもプラズマの状態の現
場における直接測定を行い得るプラズマ測定方法及びそ
の装置を得ることができる。
する反射波の導入波に対する反射率データが測定され
る。そして，上記測定された反射率データと上記メモリ
に記憶された上記対応関係とに基づいて上記プラズマ中
の電子サイクロトロン共鳴領域の位置が演算される。従
って，この電子サイクロトロン共鳴領域の位置に基づい
てプラズマの発生領域が判断できる。また，第１，第２
の発明共，適用されるプラズマ処理装置の，もともとマ
イクロ波の導入に用いる導波経路を測定に用いる。この
ため，プラズマ処理装置自体を大型化させるおそれがな
く，また従来例におけるようにプラズマ中に挿入された
プローブ等のスパッタによる試料基板の金属汚染を生じ
るおそれがない。その結果，適用されるプラズマ処理装
置の大型化を招くことなく，しかもプラズマの状態の現
場における直接測定を行い得るプラズマ測定方法及びそ
の装置を得ることができる。
【０００８】
【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明
の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここに，
図１は本発明の一実施例に係るプラズマ測定方法を適用
し得るプラズマ処理装置Ａの概略構成を示す模式図，図
２はコイル電流と電子密度との関係を示すグラフ，図３
はコイル電流と位相差との関係を示すグラフ，図４は位
相差と電子密度との関係を示すグラフ，図５は反射率と
ＥＣＲ領域の位置との関係を示すグラフである。第１，
第２の発明のプラズマ測定方法を適用しうるプラズマ処
理装置Ａ自体は，前述した従来例において使用されたも
のと同様のもので良く，例えば図１に示す如く，磁気コ
イル１，１により磁場を印加した真空容器２内に処理ガ
スとマイクロ波とを導入し，磁場とマイクロ波によって
生じる電場との相互作用によって起こる電子サイクロト
ロン共鳴（以下ＥＣＲと記す）現象を用いて処理ガスを
プラズマ化し，プラズマ中のイオン，ラジカルを試料基
板３に照射することによりエッチング処理を行うように
構成されている。しかし，第１，第２の発明のプラズマ
測定方法については従来例と異なる。即ち，第１の発明
のプラズマ測定方法では，マイクロ波のプラズマによる
反射波と導入波との位相差データと，プラズマの状態を
示す電子密度との対応関係Ｘ 1 を予めメモリに記憶して
おき（Ｓ１），マイクロ波の導波管４（導波経路に相
当）中に入射される反射波と導入波との位相差データを
測定し（Ｓ２），測定された位相差データとメモリに記
憶された対応関係Ｘ1 とに基づいてプラズマ中の電子密
度を演算する（Ｓ３）ように構成されている。尚，メモ
リへの対応関係Ｘ1 の記憶は数値を手入力により入力し
ても，後述するような実験データを取り込むことにより
自動入力してもよい。
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明
の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここに，
図１は本発明の一実施例に係るプラズマ測定方法を適用
し得るプラズマ処理装置Ａの概略構成を示す模式図，図
２はコイル電流と電子密度との関係を示すグラフ，図３
はコイル電流と位相差との関係を示すグラフ，図４は位
相差と電子密度との関係を示すグラフ，図５は反射率と
ＥＣＲ領域の位置との関係を示すグラフである。第１，
第２の発明のプラズマ測定方法を適用しうるプラズマ処
理装置Ａ自体は，前述した従来例において使用されたも
のと同様のもので良く，例えば図１に示す如く，磁気コ
イル１，１により磁場を印加した真空容器２内に処理ガ
スとマイクロ波とを導入し，磁場とマイクロ波によって
生じる電場との相互作用によって起こる電子サイクロト
ロン共鳴（以下ＥＣＲと記す）現象を用いて処理ガスを
プラズマ化し，プラズマ中のイオン，ラジカルを試料基
板３に照射することによりエッチング処理を行うように
構成されている。しかし，第１，第２の発明のプラズマ
測定方法については従来例と異なる。即ち，第１の発明
のプラズマ測定方法では，マイクロ波のプラズマによる
反射波と導入波との位相差データと，プラズマの状態を
示す電子密度との対応関係Ｘ 1 を予めメモリに記憶して
おき（Ｓ１），マイクロ波の導波管４（導波経路に相
当）中に入射される反射波と導入波との位相差データを
測定し（Ｓ２），測定された位相差データとメモリに記
憶された対応関係Ｘ1 とに基づいてプラズマ中の電子密
度を演算する（Ｓ３）ように構成されている。尚，メモ
リへの対応関係Ｘ1 の記憶は数値を手入力により入力し
ても，後述するような実験データを取り込むことにより
自動入力してもよい。
【０００９】また，第２の発明のプラズマ測定方法で
は，マイクロ波のプラズマによる反射波の導入波に対す
る反射率データと，プラズマの状態を示すＥＣＲ領域の
位置との対応関係Ｘ2 を予めメモリに記憶しておき（Ｓ
１′），マイクロ波の導波管４中に入射される反射波の
導入波に対する反射率データを測定し（Ｓ２′），測定
された反射率データとメモリに記憶された対応関係Ｘ2
とに基づいてプラズマ中のＥＣＲ領域の位置を演算する
（Ｓ３′）ように構成されている。尚，メモリへの対応
関係Ｘ2 の記憶は第１の発明と同様，数値の手入力によ
っても実験データの自動入力であってもよい。これらの
方法の各過程の内，過程Ｓ１，Ｓ１′はメモリ５によ
り，過程Ｓ２，Ｓ２′は測定器６（測定手段に相当）に
より，過程Ｓ３，Ｓ３′は演算器７（演算手段に相当）
によりそれぞれ実行される。即ち，メモリ５，測定器６
及び演算器７がプラズマ測定装置Ｂを構成する。
は，マイクロ波のプラズマによる反射波の導入波に対す
る反射率データと，プラズマの状態を示すＥＣＲ領域の
位置との対応関係Ｘ2 を予めメモリに記憶しておき（Ｓ
１′），マイクロ波の導波管４中に入射される反射波の
導入波に対する反射率データを測定し（Ｓ２′），測定
された反射率データとメモリに記憶された対応関係Ｘ2
とに基づいてプラズマ中のＥＣＲ領域の位置を演算する
（Ｓ３′）ように構成されている。尚，メモリへの対応
関係Ｘ2 の記憶は第１の発明と同様，数値の手入力によ
っても実験データの自動入力であってもよい。これらの
方法の各過程の内，過程Ｓ１，Ｓ１′はメモリ５によ
り，過程Ｓ２，Ｓ２′は測定器６（測定手段に相当）に
より，過程Ｓ３，Ｓ３′は演算器７（演算手段に相当）
によりそれぞれ実行される。即ち，メモリ５，測定器６
及び演算器７がプラズマ測定装置Ｂを構成する。
【００１０】次に，これらの方法の基本原理について説
明する。プラズマに導入したマイクロ波はプラズマ内に
伝搬しプラズマ中の電子の運動を加速してプラズマを維
持するが，この導入したマイクロ波の一部はプラズマの
表面及び内部で反射し，導波管４内に反射波として伝搬
してくる。この反射は反射率と位相差という値で測定可
能である。ここで反射率とは導入波の電界強度に対する
反射波の電界強度の比であり，位相差とは導入波と反射
波との位相の差である。反射波はプラズマとの相互作用
を経て導波管４内に戻ってくるため，ここで測定される
反射率および位相差はプラズマ状態についての情報を含
んでいるはずである。そこで，導波管４を伝搬する反射
波及び導入波を測定することにより，プラズマ状態に関
する情報を得ることができる。更に詳しくいえば，マイ
クロ波の導入波の一部はプラズマ表面で急激な誘電率の
変化により反射される。この反射は導体の最表面におけ
る完全反射と違い，プラズマ中にある一定の距離まで浸
透してからおこる反射であることが知られている（表皮
効果）。この表皮効果のためマイクロ波が浸透する距離
ｄにより導入波と反射波との間には位相差φが生じる。
また，距離ｄは電子密度Ｎｅと関係していることから，
測定される位相差φとプラズマ中の電子密度Ｎｅとの間
には相関関係が存在する。磁場を印加しないプラズマに
ついては，この位相差φと電子密度Ｎｅとの関係は次式
にて表される。 tan(φ／２）＝｛(e2 / ｍｅε0)・（Ｎｅ／ω2 ）−１｝1/2 …（１） ここでは，ｅは電荷素量，ｍｅは電子の質量，ε０は真
空の誘導率，Ｎｅは電子密度，ωは導入するマイクロ波
の周波数である。
明する。プラズマに導入したマイクロ波はプラズマ内に
伝搬しプラズマ中の電子の運動を加速してプラズマを維
持するが，この導入したマイクロ波の一部はプラズマの
表面及び内部で反射し，導波管４内に反射波として伝搬
してくる。この反射は反射率と位相差という値で測定可
能である。ここで反射率とは導入波の電界強度に対する
反射波の電界強度の比であり，位相差とは導入波と反射
波との位相の差である。反射波はプラズマとの相互作用
を経て導波管４内に戻ってくるため，ここで測定される
反射率および位相差はプラズマ状態についての情報を含
んでいるはずである。そこで，導波管４を伝搬する反射
波及び導入波を測定することにより，プラズマ状態に関
する情報を得ることができる。更に詳しくいえば，マイ
クロ波の導入波の一部はプラズマ表面で急激な誘電率の
変化により反射される。この反射は導体の最表面におけ
る完全反射と違い，プラズマ中にある一定の距離まで浸
透してからおこる反射であることが知られている（表皮
効果）。この表皮効果のためマイクロ波が浸透する距離
ｄにより導入波と反射波との間には位相差φが生じる。
また，距離ｄは電子密度Ｎｅと関係していることから，
測定される位相差φとプラズマ中の電子密度Ｎｅとの間
には相関関係が存在する。磁場を印加しないプラズマに
ついては，この位相差φと電子密度Ｎｅとの関係は次式
にて表される。 tan(φ／２）＝｛(e2 / ｍｅε0)・（Ｎｅ／ω2 ）−１｝1/2 …（１） ここでは，ｅは電荷素量，ｍｅは電子の質量，ε０は真
空の誘導率，Ｎｅは電子密度，ωは導入するマイクロ波
の周波数である。
【００１１】一方，磁場を印加したプラズマにても同様
の相関が期待されるが，磁場の強さと電子密度によって
プラズマ中を伝搬するマイクロ波のモードが複雑に変化
するため，上記のような明確な関係は理論的に導出され
ていない。しかし，後述する実験結果から磁場を印加し
たプラズマにおいても位相差φと電子密度Ｎｅとの間に
相関関係があることがわかった。同様に，導入波に対す
る反射波の反射率とＥＣＲ領域の位置との間にも相関関
係があることがわかった。従って，これらの相関関係を
予め求めておくことにより，反射波及び導入波の測定か
らプラズマ中の電子密度及びＥＣＲ領域の位置が推定で
きる。プラズマ中のイオン，ラジカルの生成量と電子密
度とは密接な関係にあり，また生成されたイオン，ラジ
カルの試料基板への照射量とＥＣＲ領域の位置とは密接
な関係にある。例えば，エッチング・プロセスにおいて
加工速度や加工精度をきめるイオンの密度は電子密度と
強い相関があり，また成膜プロセスにおいては微小粒子
の分布が電子密度に影響を与える。この場合，被加工膜
の性質と電子密度との関係を実験的に求めておけば，求
める性質を実現するプラズマ状態の電子密度で処理が進
んでいるかどうかを常に監視できる。
の相関が期待されるが，磁場の強さと電子密度によって
プラズマ中を伝搬するマイクロ波のモードが複雑に変化
するため，上記のような明確な関係は理論的に導出され
ていない。しかし，後述する実験結果から磁場を印加し
たプラズマにおいても位相差φと電子密度Ｎｅとの間に
相関関係があることがわかった。同様に，導入波に対す
る反射波の反射率とＥＣＲ領域の位置との間にも相関関
係があることがわかった。従って，これらの相関関係を
予め求めておくことにより，反射波及び導入波の測定か
らプラズマ中の電子密度及びＥＣＲ領域の位置が推定で
きる。プラズマ中のイオン，ラジカルの生成量と電子密
度とは密接な関係にあり，また生成されたイオン，ラジ
カルの試料基板への照射量とＥＣＲ領域の位置とは密接
な関係にある。例えば，エッチング・プロセスにおいて
加工速度や加工精度をきめるイオンの密度は電子密度と
強い相関があり，また成膜プロセスにおいては微小粒子
の分布が電子密度に影響を与える。この場合，被加工膜
の性質と電子密度との関係を実験的に求めておけば，求
める性質を実現するプラズマ状態の電子密度で処理が進
んでいるかどうかを常に監視できる。
【００１２】以下，位相差と電子密度との相関関係及び
反射率とＥＣＲ領域の位置との相関関係等についてプラ
ズマ処理装置Ａ等を用いて行った実験結果に基づいて説
明する（図２〜図５参照）。まず，位相差と電子密度と
の相関関係について説明する。プラズマ処理装置Ａにお
いて，磁気コイル１，１に流す電流を変化させて磁場を
発生し，この磁場に対応した状態の異なるプラズマを発
生させる。このとき，各プラズマ状態において従来例と
同様のラングミュアプローブにより観測された電子密度
を図２に，プラズマ測定装置Ｂの測定器６により測定さ
れた反射波と導入波との位相差を図３に示す。図２，図
３よりプラズマ状態に応じて電子密度，位相差ともに変
化していることがわかった。また，得られた電子密度と
位相差との関係を調べた結果，電子密度と位相差とは図
４に示すような強い相関関係Ｘ1にあることがわかっ
た。従って，実測定に際してはこの相関関係Ｘ1 をプラ
ズマ測定装置Ｂのメモリ５に予め記憶しておけば，位相
差の測定値と相関関係Ｘ1 とを用いて演算器７により演
算することにより電子密度を求めることができる。つま
り，プラズマ処理中の電子密度を測定できる。また，こ
の電子密度に基づいてプラズマの電離状態が判断でき
る。更に，エッチング・プロセスの条件（ガス圧力，マ
イクロ波パワー等）を設定し，目的の条件での電子密度
を測定しておけば，行っているプラズマ処理が目的のプ
ロセス条件からはずれていないかどうかを確認すること
もできる。
反射率とＥＣＲ領域の位置との相関関係等についてプラ
ズマ処理装置Ａ等を用いて行った実験結果に基づいて説
明する（図２〜図５参照）。まず，位相差と電子密度と
の相関関係について説明する。プラズマ処理装置Ａにお
いて，磁気コイル１，１に流す電流を変化させて磁場を
発生し，この磁場に対応した状態の異なるプラズマを発
生させる。このとき，各プラズマ状態において従来例と
同様のラングミュアプローブにより観測された電子密度
を図２に，プラズマ測定装置Ｂの測定器６により測定さ
れた反射波と導入波との位相差を図３に示す。図２，図
３よりプラズマ状態に応じて電子密度，位相差ともに変
化していることがわかった。また，得られた電子密度と
位相差との関係を調べた結果，電子密度と位相差とは図
４に示すような強い相関関係Ｘ1にあることがわかっ
た。従って，実測定に際してはこの相関関係Ｘ1 をプラ
ズマ測定装置Ｂのメモリ５に予め記憶しておけば，位相
差の測定値と相関関係Ｘ1 とを用いて演算器７により演
算することにより電子密度を求めることができる。つま
り，プラズマ処理中の電子密度を測定できる。また，こ
の電子密度に基づいてプラズマの電離状態が判断でき
る。更に，エッチング・プロセスの条件（ガス圧力，マ
イクロ波パワー等）を設定し，目的の条件での電子密度
を測定しておけば，行っているプラズマ処理が目的のプ
ロセス条件からはずれていないかどうかを確認すること
もできる。
【００１３】次に，反射率とＥＣＲ領域の位置との相関
関係について説明する。この場合もプラズマ処理装置Ａ
において，磁気コイル１，１に流す電流を変化させて磁
場を発生し，この磁場に対応して状態の異なるプラズマ
を発生させる。このとき，各プラズマ状態においてプラ
ズマ測定装置Ｂの測定器６により測定された反射波の導
入波に対する反射率を図５に示す。尚，このときのＥＣ
Ｒの位置（マイクロ波導入窓からＥＣＲ領域までの距
離）は従来例と同様の磁気センサにより測定した。これ
により，ＥＣＲ領域が真空容器２内に存在するときに反
射率は低下し，ＥＣＲ領域の真空容器２内での位置が変
化すると反射率も変化することがわかった。即ち，反射
率とＥＣＲ領域の位置との間にも強い相関関係Ｘ2 があ
ることがわかった。従って，実測定に際しては，相関関
係Ｘ2 をプラズマ測定装置Ｂのメモリ５に予め記憶して
おけば，反射率の測定値と相関関係Ｘ2 とを用いて演算
器７により演算することによりＥＣＲ領域の位置を求め
ることができる。つまり，プラズマ処理中のＥＣＲ領域
の位置を測定できる。また，このＥＣＲ領域の位置に基
づいてプラズマの発生領域が判断できる。以上のよう
に，本発明ではいずれも適用されるプラズマ処理装置Ａ
の，もともとマイクロ波の導入に用いる導波管４をプラ
ズマ測定に用いている。このため，プラズマ処理装置Ａ
を大型化させるおそれがなく，また従来例におけるよう
なプラズマ中に挿入されたプローブ等のスパッタによる
試料基板３の金属汚染を生じるおそれもない。その結
果，適用されるプラズマ処理装置の大型化を招くことな
く，しかもプラズマの状態の現場における直接測定を行
い得るプラズマ測定方法及びその装置を得ることができ
る。このプラズマ測定方法及び装置を用いることによ
り，プラズマ処理装置Ａの経年変化に伴うメンテナンス
時期の決定や成膜した薄膜の膜厚管理，またエッチング
・プロセスにおける加工精度の維持などが容易となる。
関係について説明する。この場合もプラズマ処理装置Ａ
において，磁気コイル１，１に流す電流を変化させて磁
場を発生し，この磁場に対応して状態の異なるプラズマ
を発生させる。このとき，各プラズマ状態においてプラ
ズマ測定装置Ｂの測定器６により測定された反射波の導
入波に対する反射率を図５に示す。尚，このときのＥＣ
Ｒの位置（マイクロ波導入窓からＥＣＲ領域までの距
離）は従来例と同様の磁気センサにより測定した。これ
により，ＥＣＲ領域が真空容器２内に存在するときに反
射率は低下し，ＥＣＲ領域の真空容器２内での位置が変
化すると反射率も変化することがわかった。即ち，反射
率とＥＣＲ領域の位置との間にも強い相関関係Ｘ2 があ
ることがわかった。従って，実測定に際しては，相関関
係Ｘ2 をプラズマ測定装置Ｂのメモリ５に予め記憶して
おけば，反射率の測定値と相関関係Ｘ2 とを用いて演算
器７により演算することによりＥＣＲ領域の位置を求め
ることができる。つまり，プラズマ処理中のＥＣＲ領域
の位置を測定できる。また，このＥＣＲ領域の位置に基
づいてプラズマの発生領域が判断できる。以上のよう
に，本発明ではいずれも適用されるプラズマ処理装置Ａ
の，もともとマイクロ波の導入に用いる導波管４をプラ
ズマ測定に用いている。このため，プラズマ処理装置Ａ
を大型化させるおそれがなく，また従来例におけるよう
なプラズマ中に挿入されたプローブ等のスパッタによる
試料基板３の金属汚染を生じるおそれもない。その結
果，適用されるプラズマ処理装置の大型化を招くことな
く，しかもプラズマの状態の現場における直接測定を行
い得るプラズマ測定方法及びその装置を得ることができ
る。このプラズマ測定方法及び装置を用いることによ
り，プラズマ処理装置Ａの経年変化に伴うメンテナンス
時期の決定や成膜した薄膜の膜厚管理，またエッチング
・プロセスにおける加工精度の維持などが容易となる。
【００１４】
【発明の効果】本発明は上記したように構成されている
ため，適用されるプラズマ処理装置を大型化させるおそ
れがなく，また従来例におけるようなプラズマ中に挿入
されたプローブ等のスパッタによる試料基板の金属汚染
を生じるおそれもない。その結果，適用されるプラズマ
処理装置の大型化を招くことなく，しかもプラズマの状
態の現場における直接測定を行い得るプラズマ測定方法
及びその装置を得ることができる。このプラズマ測定装
置を用いることにより，プラズマ処理装置の経年変化に
伴うメンテナンス時期の決定や成膜した薄膜の膜厚管
理，またエッチング・プロセスにおける加工精度の維持
などが容易となる。
ため，適用されるプラズマ処理装置を大型化させるおそ
れがなく，また従来例におけるようなプラズマ中に挿入
されたプローブ等のスパッタによる試料基板の金属汚染
を生じるおそれもない。その結果，適用されるプラズマ
処理装置の大型化を招くことなく，しかもプラズマの状
態の現場における直接測定を行い得るプラズマ測定方法
及びその装置を得ることができる。このプラズマ測定装
置を用いることにより，プラズマ処理装置の経年変化に
伴うメンテナンス時期の決定や成膜した薄膜の膜厚管
理，またエッチング・プロセスにおける加工精度の維持
などが容易となる。
【図１】 本発明の一実施例に係るプラズマ測定方法を
適用し得るプラズマ処理装置Ａの概略構成を示す模式
図。
適用し得るプラズマ処理装置Ａの概略構成を示す模式
図。
【図２】 コイル電流と電子密度との関係を示すグラ
フ。
フ。
【図３】 コイル電流と位相差との関係を示すグラフ。
【図４】 位相差と電子密度との関係を示すグラフ。
【図５】 反射率とＥＣＲ領域の位置との関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
４…導波管（導波経路に相当） ５…メモリ ６…測定器（測定手段に相当） ７…演算器（演算手段に相当）
Claims (4)
- 【請求項１】 磁場を印加した真空容器内に処理ガスと
マイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波に
より生じる電場との相互作用によって起こる電子サイク
ロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化し
た時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定方法に
おいて，上記マイクロ波のプラズマによる反射波と導入
波との位相差データと，該プラズマの状態を示す電子密
度との対応関係を予めメモリに記憶しておき，上記マイ
クロ波の導波経路中に入射される反射波と導入波との位
相差データを測定し，上記測定された位相差データと上
記メモリに記憶された上記対応関係とに基づいて上記プ
ラズマ中の電子密度を演算してなることを特徴とするプ
ラズマ測定方法。 - 【請求項２】 磁場を印加した真空容器内に処理ガスと
マイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波に
より生じる電場との相互作用によって起こる電子サイク
ロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化し
た時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定方法に
おいて，上記マイクロ波のプラズマによる反射波の導入
波に対する反射率データと該プラズマの状態を示す電子
サイクロトロン共鳴領域の位置との対応関係を予めメモ
リに記憶しておき，上記マイクロ波の導波経路中に入射
する反射波の導入波に対する反射率データを測定し，上
記測定された反射率データと上記メモリに記憶された上
記対応関係とに基づいて上記プラズマ中の電子サイクロ
トロン共鳴領域の位置を演算してなることを特徴とする
プラズマ測定方法。 - 【請求項３】 磁場を印加した真空容器内に処理ガスと
マイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波に
より生じる電場との相互作用によって起こる電子サイク
ロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化し
た時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定装置に
おいて，上記マイクロ波のプラズマによる反射波と導入
波との位相差データと，該プラズマの状態を示す電子密
度との対応関係を予め記憶しておくメモリと，上記マイ
クロ波の導波経路中に入射される反射波と導入波との位
相差データを測定する測定手段と，上記測定手段により
測定された位相差データと上記メモリに記憶された上記
対応関係とに基づいて上記プラズマ中の電子密度を演算
する演算手段とを設けてなることを特徴とするプラズマ
測定装置。 - 【請求項４】 磁場を印加した真空容器内に処理ガスと
マイクロ波とを導入し，上記磁場と，上記マイクロ波に
より生じる電場との相互作用によって起こる電子サイク
ロトロン共鳴現象を用いて上記処理ガスをプラズマ化し
た時の該プラズマの状態を測定するプラズマ測定装置に
おいて，上記マイクロ波のプラズマによる反射波の導入
波に対する反射率データと該プラズマの状態を示す電子
サイクロトロン共鳴領域の位置との対応関係を予め記憶
しておくメモリと，上記マイクロ波の導波経路中に入射
する反射波の導入波に対する反射率データを測定する測
定手段と，上記測定手段により測定された反射率データ
と上記メモリに記憶された上記対応関係とに基づいて上
記プラズマ中の電子サイクロトロン共鳴領域の位置を演
算する演算手段とを設けてなること特徴とするプラズマ
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5004151A JPH06216081A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | プラズマ測定方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5004151A JPH06216081A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | プラズマ測定方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216081A true JPH06216081A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=11576768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5004151A Pending JPH06216081A (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | プラズマ測定方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06216081A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005228727A (ja) * | 2003-04-24 | 2005-08-25 | Tokyo Electron Ltd | プラズマモニタリング方法、プラズマモニタリング装置及びプラズマ処理装置 |
| JPWO2014034715A1 (ja) * | 2012-08-28 | 2016-08-08 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ発生装置 |
| US20190115190A1 (en) * | 2017-10-17 | 2019-04-18 | Lam Research Corporation | Methods and Systems for Controlling Plasma Glow Discharge in a Plasma Chamber |
| WO2020012704A1 (ja) * | 2019-03-06 | 2020-01-16 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ｅｃｒ高さモニタ |
-
1993
- 1993-01-13 JP JP5004151A patent/JPH06216081A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005228727A (ja) * | 2003-04-24 | 2005-08-25 | Tokyo Electron Ltd | プラズマモニタリング方法、プラズマモニタリング装置及びプラズマ処理装置 |
| JPWO2014034715A1 (ja) * | 2012-08-28 | 2016-08-08 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ発生装置 |
| US20190115190A1 (en) * | 2017-10-17 | 2019-04-18 | Lam Research Corporation | Methods and Systems for Controlling Plasma Glow Discharge in a Plasma Chamber |
| US10777386B2 (en) * | 2017-10-17 | 2020-09-15 | Lam Research Corporation | Methods for controlling plasma glow discharge in a plasma chamber |
| WO2020012704A1 (ja) * | 2019-03-06 | 2020-01-16 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ｅｃｒ高さモニタ |
| JPWO2020012704A1 (ja) * | 2019-03-06 | 2020-07-27 | 株式会社日立ハイテク | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ｅｃｒ高さモニタ |
| KR20200107775A (ko) * | 2019-03-06 | 2020-09-16 | 주식회사 히타치하이테크 | 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법, ecr 높이 모니터 |
| US11081320B2 (en) | 2019-03-06 | 2021-08-03 | Hitachi High-Tech Corporation | Plasma processing apparatus, plasma processing method, and ECR height monitor |
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