JPH07263181A - Plasma measuring device - Google Patents

Plasma measuring device

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JPH07263181A
JPH07263181A JP6055860A JP5586094A JPH07263181A JP H07263181 A JPH07263181 A JP H07263181A JP 6055860 A JP6055860 A JP 6055860A JP 5586094 A JP5586094 A JP 5586094A JP H07263181 A JPH07263181 A JP H07263181A
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川 ▲恵▼ 美 村
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Abstract

PURPOSE:To make a high vacuum exhaust device unnecessary and apply to a mass production facility by producing a detecting element of energy of plasma particles and their intake amount by using LSI hyper-fine machining technology. CONSTITUTION:A g-line stepper and dry etching technology as LSI hyper-fine machining technology are applied to film forming processes of a first electrode 11 having the same potential as a material under working, a second electrode 12 for selecting energy of a charged particle in reactive particles, and a third electrode 13 for detecting intake amount of reactive particles, to film forming processes of layer-between-electrodes insulating films 14a, 14b, and to a process for forming a detecting element 16 by perforating a detecting element hole 15. The dimension (d) of the detecting element 16 produced becomes sufficiently small compared with a mean free path of a plasma reactive particle, and generation of collision of reactive particles in a high vacuum exhaust device can be prevented. Use of the high vacuum exhaust device is unnecessary, remodeling of the conventional plasma reaction device is also unnecessary, and a plasma measuring device capable of applying to a mass production facility is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用した反
応加工装置においてプラズマから被加工物に入射して来
る高速の反応性粒子のエネルギ分布および流入束量を計
測するプラズマ計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma measuring apparatus for measuring the energy distribution and the influx flux of high-speed reactive particles incident on a workpiece from plasma in a reactive processing apparatus utilizing plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ技術は、LSI製造において、
微細エッチング加工あるいはCVD薄膜製作等に広く利
用されている。特に、近年電子サイクロトロン共鳴、あ
るいはマグネトロン等高密度低圧プラズマが開発され、
より微細なエッチング加工あるいは高品質薄膜形成が可
能となってきている。ところが、かかる高密度プラズマ
では、装置内の磁場が一様でなく、場所によって強さお
よび/あるいは方向が異なる。この磁場の非一様性によ
りプラズマ電位および/あるいは密度が空間的に不均一
となり、加工速度の非一様性および/あるいは被加工物
の帯電による素子劣化が引き起こされることが大きな問
題となっている。
2. Description of the Related Art Plasma technology is used in LSI manufacturing.
It is widely used for fine etching and CVD thin film fabrication. In particular, in recent years, high-density low-pressure plasma such as electron cyclotron resonance or magnetron has been developed,
Finer etching processing or high quality thin film formation has become possible. However, in such a high-density plasma, the magnetic field in the device is not uniform, and the strength and / or direction differs depending on the place. This non-uniformity of the magnetic field makes the plasma potential and / or density spatially non-uniform, causing non-uniformity of the processing speed and / or causing element deterioration due to electrification of the workpiece, which is a major problem. There is.

【0003】かかる問題を解決する方法として、当該反
応装置内において被加工物へ入射してくるイオン等の反
応性粒子のエネルギおよび/あるいは入射量の空間分布
を種々のプラズマ条件および/あるいは装置構造に対し
て計測し、当該空間分布の不均一性が低減されるもしく
はより低いプラズマ条件および/あるいは装置構造を見
い出す技術が検討・開発されている。
As a method for solving such a problem, the spatial distribution of the energy and / or the incident amount of the reactive particles such as ions incident on the workpiece in the reactor is changed under various plasma conditions and / or the apparatus structure. A technique for measuring the plasma conditions and finding a plasma condition and / or a device structure in which the non-uniformity of the spatial distribution is reduced or lower is being studied and developed.

【0004】図6にLSI装置等の製造に用いられるプ
ラズマ反応装置に設置された従来のプラズマ計測装置を
示す。ここでプラズマ反応装置は、プラズマ反応容器3
1と、このプラズマ反応容器31内に設けられる上部ア
ース電極32と、この上部電極32に対面して設けら
れ、被加工物を載置する下部電極33と、上部電極32
と、下部電極33とにコンデンサ34aを介して接続さ
れ、プラズマを発生させるための高周波電圧を印加する
ための高周波電源34とから構成される。このようなプ
ラズマ反応装置において、通常行われている従来のプラ
ズマ計測方法を実施する従来のプラズマ計測装置では、
図6に示されるように被加工物を載せている下部電極3
3に粒子を引き出すオリフィス41を設け、このオリフ
ィス41の後下部に荷電粒子のエネルギ分布を検出する
ために可変電源46に接続されて電位が任意に設定可能
なメッシュ電極42および入射量を検出するために微少
電流計43に接続された荷電粒子検出電極44(イオン
コレクタ電極)からなる計測管40を設置するととも
に、プラズマ加工時のプラズマ反応装置内の圧力(例え
ば、通常数mTorr〜数Torrの高真空)が比較的
高い場合にも、この計測管40内における反応性粒子の
平均目的工程を長くし、反応性粒子同士の衝突を十分に
防ぐために計測管40内の圧力を高真空にする高真空排
気装置45を計測管のイオンコレクタ電極44の後下部
に設けている。
FIG. 6 shows a conventional plasma measuring apparatus installed in a plasma reaction apparatus used for manufacturing an LSI device or the like. Here, the plasma reactor is the plasma reactor 3
1, an upper ground electrode 32 provided in the plasma reaction container 31, a lower electrode 33 facing the upper electrode 32 and mounting a workpiece, and an upper electrode 32.
And a high frequency power supply 34 for applying a high frequency voltage for generating plasma, which is connected to the lower electrode 33 via a capacitor 34a. In such a plasma reaction apparatus, in the conventional plasma measurement apparatus for performing the conventional plasma measurement method that is usually performed,
Lower electrode 3 on which the work piece is placed, as shown in FIG.
3 is provided with an orifice 41 for extracting particles, and a mesh electrode 42, which is connected to a variable power source 46 to detect the energy distribution of charged particles at the lower rear portion of the orifice 41, and whose potential can be arbitrarily set, and an incident amount are detected. For this purpose, a measuring tube 40 composed of a charged particle detection electrode 44 (ion collector electrode) connected to a minute ammeter 43 is installed, and the pressure in the plasma reactor during plasma processing (for example, usually several mTorr to several Torr). Even when the (high vacuum) is relatively high, the average target process of the reactive particles in the measuring tube 40 is lengthened, and the pressure in the measuring tube 40 is set to a high vacuum in order to sufficiently prevent the reactive particles from colliding with each other. A high-vacuum exhaust device 45 is provided below the ion collector electrode 44 of the measuring tube.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが従来のプラズ
マ計測装置では、メッシュ電極42およびオリフィス4
1は、金属加工技術によって製作されているので、加工
精度と機械的強度上の限界により数百ミクロン程度より
大きな寸法となっていた。一方、プラズマ反応装置の容
器31内の圧力は最大数Torr程度に設定されること
があり、プラズマ(反応性)粒子の平均自由行程が数百
ミクロン以下になる場合がある。従って、オリフィスに
入射する反応性粒子のエネルギおよび流入量を精度良く
計測するためには、この計測管40内で反応性粒子が他
の反応性粒子と衝突しないように、計測管40に設けら
れた高真空排気装置45によって、管内の圧力を数mT
orr以下にする必要があった。このため、上記従来の
プラズマ計測装置では、プラズマ反応装置の大がかりな
改造を必要とし、量産装置への適用は難しいという問題
があった。
However, in the conventional plasma measuring apparatus, the mesh electrode 42 and the orifice 4 are used.
Since No. 1 was manufactured by the metal processing technology, it had a size larger than about several hundreds of microns due to processing accuracy and mechanical strength limitations. On the other hand, the pressure inside the container 31 of the plasma reactor may be set to a maximum of about several Torr, and the mean free path of plasma (reactive) particles may be several hundreds of microns or less. Therefore, in order to accurately measure the energy and the inflow amount of the reactive particles entering the orifice, the measuring tube 40 is provided so that the reactive particles do not collide with other reactive particles in the measuring tube 40. With the high vacuum exhaust device 45,
It was necessary to make it below orr. For this reason, the above-described conventional plasma measuring device has a problem that it requires a major modification of the plasma reaction device and is difficult to apply to a mass production device.

【0006】例えば、通常の反応性プラズマではイオン
の入射量は10μA/cm2 程度である。このため、従
来のプラズマ計測装置において精度良く計測するために
は、通常、1cm2 程度以上の検出部が必要である。こ
の従来装置の場合はイオンコレクター電極の上に1cm
2 程度の絶縁リングを取付け、その上にメッシュ電極を
設けている。さらに、その上に同様の絶縁リングと第1
メッシュ電極を設けている。この場合、メッシュ電極の
強度や曲がりを考慮して、電極間距離を通常1mm程度
以上取る必要がある。しかしながら、この場合、数To
rrの圧力では検出部内でイオンと中性粒子が衝突して
精度良くエネルギ入射量を求めることができないという
問題があった。このため、数Torrの圧力でも衝突が
ほとんど無く精度良い値を得るには、素子部の寸法を少
なくとも平均自由行程の2〜3分の1程度、即ち100
〜200μm程度以内にする必要があるが、上述したよ
うに従来の機械的な金属加工技術では検出素子の寸法を
100〜200μm程度以下にするのは困難であるとい
う問題があった。
For example, in a normal reactive plasma, the amount of incident ions is about 10 μA / cm 2 . Therefore, in order to perform accurate measurement with the conventional plasma measuring apparatus, a detection unit of about 1 cm 2 or more is usually required. With this conventional device, 1 cm above the ion collector electrode
About 2 insulating rings are attached and a mesh electrode is provided on it. In addition, a similar insulating ring and first
A mesh electrode is provided. In this case, in consideration of the strength and bending of the mesh electrode, the distance between the electrodes needs to be usually about 1 mm or more. However, in this case, several To
At the pressure of rr, there is a problem that the ions and neutral particles collide in the detection unit and the energy incident amount cannot be obtained accurately. Therefore, in order to obtain an accurate value with almost no collision even at a pressure of several Torr, the size of the element portion is at least about one-third of the mean free path, that is, 100.
However, it is difficult to reduce the size of the detecting element to about 100 to 200 μm or less by the conventional mechanical metal working technique as described above.

【0007】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、プラズマ粒子(反応性粒子)のエネルギや流入
量を検出するための検出素子をLSI微細加工技術によ
って製作することにより、プラズマ加工装置のプラズマ
反応容器内の圧力においても、反応性プラズマ粒子同士
の衝突を発生をほとんど防止してプラズマ粒子のエネル
ギや流入量を正確に計測することができるので、高真空
排気装置を不要とし、従来のプラズマ反応装置の大がか
りな改造も不要で、量産装置への適用が可能なプラズマ
計測装置を提供するにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to manufacture a detection element for detecting the energy and the inflow amount of plasma particles (reactive particles) by an LSI microfabrication technique, thereby making a plasma Even at the pressure inside the plasma reactor of the processing apparatus, it is possible to prevent the collision of reactive plasma particles with each other and to accurately measure the energy and inflow amount of plasma particles, thus eliminating the need for a high vacuum exhaust device. It is an object of the present invention to provide a plasma measuring device which can be applied to a mass production device without requiring a major modification of a conventional plasma reaction device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、プラズマ反応装置でプラズマから被加工
物質へ入射する反応性粒子のエネルギおよび流入量を計
測するプラズマ計測装置において、前記反応性粒子のエ
ネルギおよび流入量を検出するための検出素子が検出素
子穴を構成するための所定開口部を有し、前記被加工物
と同じ電位を持つ第1電極と、この第1電極の開口部に
対応する略同型の開口部を備え、前記反応性粒子中の荷
電粒子のエネルギを選別する、一つまたは複数の第2電
極と、前記反応性荷電粒子の流入量を検知する第3電極
と、前記第1電極の開口部に対応する部分が少なくとも
開口され、前記各電極間に挟設された電極間層間絶縁膜
とを有し、前記第1電極、第2電極および各電極間層間
絶縁膜がLSI微細加工技術を用いて積層形成されるこ
とを提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plasma measuring device for measuring the energy and inflow amount of reactive particles incident on a material to be processed from plasma in a plasma reaction device, A detection electrode for detecting the energy and inflow amount of the reactive particles has a predetermined opening for forming a detection element hole, and a first electrode having the same potential as the workpiece, and a first electrode of the first electrode. A first electrode or a plurality of second electrodes, each having an opening of substantially the same shape corresponding to the opening, for selecting energy of charged particles in the reactive particles; and a third electrode for detecting an inflow amount of the reactive charged particles An electrode and an inter-electrode interlayer insulating film sandwiched between the respective electrodes, at least a portion corresponding to the opening of the first electrode being opened, and the first electrode, the second electrode and the respective electrodes The interlayer insulating film is an LSI There is provided to be stacked using the processing technology.

【0009】ここで、前記検出素子は、導電性材料基板
上に直接、あるいは非導電性材料基板上に導電性電極材
料よりなる第3電極を成膜した後、層間絶縁膜の形成お
よび第2電極の成膜を少なくとも1回繰り返し、次いで
層間絶縁膜の形成および第1電極の成膜を行った後、そ
の上にホトレジストの塗布、露光、現像を行ない、ドラ
イエッチングを行って各電極および層間絶縁膜に所定寸
法の前記検出素子穴を形成したものであるのが好まし
い。
Here, in the detection element, a third electrode made of a conductive electrode material is formed directly on a conductive material substrate or on a non-conductive material substrate, and then an interlayer insulating film is formed and a second electrode is formed. The film formation of the electrodes is repeated at least once, and then, after forming the interlayer insulating film and the film formation of the first electrode, a photoresist is applied thereon, exposed and developed, and dry etching is performed to form each electrode and the interlayer. It is preferable that the detection element hole having a predetermined size is formed in the insulating film.

【0010】また、上記プラズマ計測装置であって、前
記検出のプラズマ計測装置であって、前記検出素子が、
さらに前記第3電極に設けられた微細孔と、前記第3電
極の下に形成され、前記反応性粒子のうち、前記第3電
極に設けた前記微細孔を通過した高速の反応性中性粒子
と反応する物質とを有することを提供するものである。
Further, in the above plasma measuring apparatus, the detecting plasma measuring apparatus, wherein the detecting element is
Further, among the reactive particles, which are fine holes provided in the third electrode and under the third electrode, high-speed reactive neutral particles that pass through the fine holes provided in the third electrode And a substance that reacts with.

【0011】ここで、前記第3電極の前記微細孔の面積
が、前記検出素子穴に露出する前記第3電極面積の1/
4以下であるのが好ましく、前記層間絶縁膜の側壁が、
前記第1、第2、第3の各電極面から後退させてあるの
が好ましい。また、複数個の前記検出素子を1つのチッ
プ上に集積させた計測器を有するのが好ましく、さらに
前記複数個の検出素子を集積させた計測器を1枚のウエ
ハー上に複数個配置するのが好ましい。さらにまた、前
記検出素子の積層方向の寸法が100μm以下の大きさ
であるのが好ましく、前記層間絶縁膜の厚さ(b)と前
記検出素子穴径(a)との間の関係が、5b>aである
のが好ましい。
Here, the area of the fine holes of the third electrode is 1 / the area of the third electrode exposed in the detection element hole.
It is preferably 4 or less, and the side wall of the interlayer insulating film is
It is preferable to recede from the first, second, and third electrode surfaces. Further, it is preferable to have a measuring instrument in which a plurality of the detecting elements are integrated on one chip, and a plurality of measuring instruments in which the plurality of detecting elements are integrated are arranged on one wafer. Is preferred. Furthermore, it is preferable that the dimension of the detection element in the stacking direction is 100 μm or less, and the relationship between the thickness (b) of the interlayer insulating film and the detection element hole diameter (a) is 5b. > A is preferred.

【0012】[0012]

【発明の作用】本発明のプラズマ計測装置は、プラズマ
からの入射粒子のエネルギおよび/あるいは流入量を計
測するために、被加工物および/あるいはプラズマ反応
装置の下部電極と同一電位の第1電極、プラズマからの
入射荷電粒子のエネルギを検出する少なくとも1つ以上
の第2電極および流入量を検出する第3電極から検出素
子が形成された計測部をLSI装置の製造で用いられる
微細加工技術によって製作することによって、計測部の
寸法を数Torrでも計測部内部で粒子の衝突の無い寸
法、好ましくは百ミクロン以下にしたものであり、上記
構成を有しているので、検出素子の寸法を反応性(プラ
ズマ)粒子の平均自由工程より充分小さくできるので、
特別な高真空排気装置を設けたり、プラズマ反応装置自
体の大がかりな改造を行ったりすることなく、反応性粒
子同士の衝突をほとんどなくすことができるので、プラ
ズマから被加工物に入射して来る反射性粒子のエネルギ
および流入量を正確かつ容易に計測することができる。
According to the plasma measuring apparatus of the present invention, in order to measure the energy and / or the inflow amount of the incident particles from the plasma, the first electrode having the same potential as the workpiece and / or the lower electrode of the plasma reactor is used. , A measuring unit in which a detection element is formed from at least one or more second electrodes for detecting the energy of incident charged particles from plasma and a third electrode for detecting the inflow amount is used by a fine processing technique used in the manufacture of an LSI device. By making it, the size of the measurement part is set to a size without collision of particles inside the measurement part, preferably 100 microns or less even if the size of the measurement part is several Torr. Since it can be made sufficiently smaller than the mean free path of the characteristic (plasma) particles,
The collision of reactive particles can be almost eliminated without providing a special high vacuum exhaust device or major modification of the plasma reactor itself. It is possible to accurately and easily measure the energy and inflow amount of the functional particles.

【0013】本発明のプラズマ計測装置においては、第
2電極として電位の異なる2種の第2電極を用いること
により、正負両イオンや電子等のエネルギや流入量をそ
れぞれ計測することができるし、さらに、第3電極に微
細孔を設け、その下に中性粒子反応物質層を設けること
により、高速の反応性中性粒子のエネルギや流入量を計
測することも可能である。
In the plasma measuring apparatus of the present invention, by using two kinds of second electrodes having different potentials as the second electrode, it is possible to measure the energy and inflow amount of both positive and negative ions and electrons, respectively. Further, it is possible to measure the energy and the inflow rate of the reactive neutral particles at a high speed by providing the third electrode with fine holes and providing the neutral particle reactive substance layer thereunder.

【0014】このように、本発明のプラズマ計測装置に
よれば、反応性粒子のエネルギや流入量を正確かつ容易
に計測することができるので、量産装置においてエッチ
ング特性が均一なプラズマを得ることができるようにな
る。
As described above, according to the plasma measuring apparatus of the present invention, the energy and the inflow amount of the reactive particles can be measured accurately and easily, so that the plasma having uniform etching characteristics can be obtained in the mass production apparatus. become able to.

【0015】[0015]

【実施例】本発明に係るプラズマ計測装置を添付の図面
に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A plasma measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

【0016】図1は、本発明のプラズマ計測装置の一実
施例を示す構成模式図である。同図に示すように、プラ
ズマ計測装置10は、第1電極11と第2電極12と、
第3電極13と、第1電極11と第2電極12との間お
よび第2電極12と第3電極13との間にそれぞれ挟設
される第1および第2電極間層間絶縁膜14aおよび1
4bとから構成される積層体、およびこの積層体の第1
電極11、第1層間絶縁膜14a、第2電極12および
第2層間絶縁膜14bに開口された検出素子穴15を備
える検出素子16と、第1電極11に接続される高周波
源17と、第2電極12に接続される可変電源18と、
第3電極13に接続される微小電流計20と、微小電流
計20に接続される可変電源19と、を有する。ここ
で、高周波源17、可変電源18および19は接地され
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the construction of an embodiment of the plasma measuring apparatus of the present invention. As shown in the figure, the plasma measurement device 10 includes a first electrode 11 and a second electrode 12,
First and second inter-electrode interlayer insulating films 14a and 1 sandwiched between the third electrode 13 and the first electrode 11 and the second electrode 12 and between the second electrode 12 and the third electrode 13, respectively.
4b and a first of the laminates
A detection element 16 having a detection element hole 15 opened in the electrode 11, the first interlayer insulating film 14a, the second electrode 12 and the second interlayer insulating film 14b; a high frequency source 17 connected to the first electrode 11; A variable power source 18 connected to the two electrodes 12,
It has a minute ammeter 20 connected to the third electrode 13 and a variable power source 19 connected to the minute ammeter 20. Here, the high frequency source 17 and the variable power sources 18 and 19 are grounded.

【0017】ここで、第1電極11は、実際の被加工面
へ入射してくる反応性粒子の流入量とエネルギを再現す
るためのもので、反応性粒子が入射してくる開口部を有
し、被加工物および/あるいは検出素子16を載置する
下部電極(後述する図5参照)33と同一電位、例えば
OVに設定される。第2電極12は、プラズマから反応
性(プラズマ)粒子が入射する開口部を有し、荷電反応
性粒子のエネルギを検出するための電極であり、エネル
ギ分布を検出するためにその電位を任意に設定できるよ
う可変電源18に接続されている。図示例においては、
第2電極12は、反応性粒子のうち、正イオン(正荷電
粒子)のエネルギ検出を行うために、正イオンを通過さ
せ、負イオンおよび電子(負荷電粒子)の通過を防止す
るために、可変電極18により所定の負電位に設定され
ている。
Here, the first electrode 11 is for reproducing the inflow amount and energy of the reactive particles that actually enter the surface to be processed, and has an opening through which the reactive particles enter. Then, it is set to the same potential as the lower electrode (see FIG. 5 described later) 33 on which the workpiece and / or the detection element 16 is mounted, for example, OV. The second electrode 12 has an opening through which reactive (plasma) particles enter from plasma, is an electrode for detecting the energy of the charged reactive particles, and its potential is arbitrarily set to detect the energy distribution. It is connected to a variable power source 18 so that it can be set. In the illustrated example,
Of the reactive particles, the second electrode 12 passes positive ions in order to detect the energy of positive ions (positively charged particles) and prevents negative ions and electrons (negatively charged particles) from passing through. The variable electrode 18 sets a predetermined negative potential.

【0018】第3電極13は、検出素子16の検出素子
穴15の底部を構成し、荷電反応性粒子の流入量を検出
するためのもので、荷電反応性粒子を通過させ、その量
を微小電流計20によって微小電流値として計測するた
めのものである。従って、図示例においては、全正イオ
ン(正荷電粒子)を通過させるために、可変電極19に
より所定の負電位(第2電極12の電位より高い)に設
定されている。第1電極11と第2電極12との間およ
び第2電極12と第3電極13との間には、それぞれ第
1および第2電極間層間絶縁膜14aおよび14bが挟
挿され、略同型の開口部を有する。
The third electrode 13 constitutes the bottom of the detection element hole 15 of the detection element 16 and is for detecting the inflow amount of the charged reactive particles. The ammeter 20 is for measuring as a minute current value. Therefore, in the illustrated example, in order to pass all positive ions (positively charged particles), the variable electrode 19 is set to a predetermined negative potential (higher than the potential of the second electrode 12). Between the first electrode 11 and the second electrode 12, and between the second electrode 12 and the third electrode 13, the first and second inter-electrode interlayer insulating films 14a and 14b are inserted, respectively, and have substantially the same shape. It has an opening.

【0019】これらの第1電極11、第1層間絶縁膜1
4a、第2電極12および第2層間絶縁膜14bの各開
口部は、検出素子16の検出素子穴15の内側壁面、例
えば円孔内壁面を構成し、第3電極13は検出素子穴1
5の底面、例えば円状底面を構成する。ここで、検出素
子穴15の形状は、特に制限的ではなく、円形の他、方
形やスリット状、もしくは楕円形、異形状等々にするこ
ともできる。本発明においてはこのような第1電極1
1、第1層間絶縁膜14a、第2電極12および第2層
間絶縁膜14bおよび第3電極13からなる積層体を積
層し、この積層体に検出素子穴15を穿孔して検出素子
を形成する技術として、LSI装置の製造に用いられる
微細加工技術が用いられる。本発明に用いられる導電性
微細加工技術は、第1電極11の成膜工程、第1層間絶
縁膜14aの形成工程、第2電極12の成膜工程、第2
層間絶縁膜14bの形成工程、第3電極13の成膜工
程、検出素子穴15の穿孔・形成のためのホトレジスト
の塗布・感光・現像工程、および電極11、12、13
および層間絶縁膜14a、14bのエッチング工程より
なる。特に、LSI微細加工技術として、g線ステッパ
ーおよびドライエッチング技術を適用することにより、
検出素子穴15径1μm以下の検出素子16の作成が可
能となる。
These first electrode 11 and first interlayer insulating film 1
The openings 4a, the second electrode 12, and the second interlayer insulating film 14b constitute the inner wall surface of the detection element hole 15 of the detection element 16, for example, the inner wall surface of the circular hole, and the third electrode 13 is the detection element hole 1
5 forms the bottom surface, for example, a circular bottom surface. Here, the shape of the detection element hole 15 is not particularly limited, and may be a square, a slit, an ellipse, an irregular shape, or the like in addition to a circle. In the present invention, such a first electrode 1
1, a first interlayer insulating film 14a, a second electrode 12, a second interlayer insulating film 14b, and a third electrode 13 are stacked, and a detection element hole 15 is punched in this stacked body to form a detection element. As a technique, a fine processing technique used for manufacturing an LSI device is used. The conductive microfabrication technique used in the present invention includes the step of forming the first electrode 11, the step of forming the first interlayer insulating film 14a, the step of forming the second electrode 12, and the second step.
The step of forming the interlayer insulating film 14b, the step of forming the third electrode 13, the step of coating / photosensitizing / developing a photoresist for punching / forming the detection element holes 15, and the electrodes 11, 12, 13
And the step of etching the interlayer insulating films 14a and 14b. In particular, by applying g-line stepper and dry etching technology as LSI microfabrication technology,
It is possible to create the detection element 16 having a detection element hole 15 diameter of 1 μm or less.

【0020】本発明において、プラズマ計測装置のプラ
ズマ検出素子の製作にLSI微細加工技術を導入したこ
とにより、検出素子の寸法、すなわち図1および後述す
る図2に示す積層方向の寸法d(後述する図3および図
4に示す実施例では物質層26を含む)を、はじめてプ
ラズマ反応装置内の雰囲気(プラズマ反応容器内の圧
力:最大数Torr程度)下におけるプラズマ粒子の平
均自由工程以下にすることができるようになったが、本
発明においては、さらに検出素子16(22、23、2
4)の寸法dを100μm以下とするのが好ましい。こ
の理由は、素子寸法dを粒子の平均自由工程の1/2〜
1/3以下とすることができるので、検出素子16等の
検出素子穴15内での粒子の衝突をほとんどなくすこと
ができ、より正確な計測が可能となるからである。
In the present invention, by introducing the LSI microfabrication technique into the production of the plasma detection element of the plasma measuring apparatus, the dimension of the detection element, that is, the dimension d in the stacking direction shown in FIG. 1 and FIG. In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the material layer 26 is included for the first time to be equal to or less than the mean free process of the plasma particles in the atmosphere in the plasma reactor (pressure in the plasma reactor: about several Torr maximum). However, in the present invention, the detection element 16 (22, 23, 2) is further added.
The dimension d of 4) is preferably 100 μm or less. The reason for this is that the device dimension d is set to be 1/2 of the mean free path of particles.
Since it can be set to 1/3 or less, collision of particles in the detection element hole 15 such as the detection element 16 can be almost eliminated, and more accurate measurement can be performed.

【0021】本発明の第1、第2、第3電極11、1
2、13に適用される電極材料は、導電性であれば特に
制限はなく、何でも良いが、成膜および加工の容易なも
のが好ましく、例えば、代表的にポリシリコン(pol
y−Si)、Al、Cr、Cuあるいはこれらの複合組
合わせが通常使用される。本発明に用いられる層間絶縁
膜14(14a、14b)としては、各電極間の絶縁性
を持つことができれば、特に制限はないが、例えば、代
表的に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜やポリイミド
膜が使用される。可変電源18および19としては、第
2電極12および第3電極13に荷電反応性粒子のエネ
ルギや流入量を検出するのに必要な電圧、例えば−50
0V〜500V程度の電圧範囲のいずれかの範囲の電
圧、を印加できれば、どのようなものでもよい。また、
電源18、19は、予め、検出対象となる荷電粒子が定
まっている場合には、定電圧源であってもよい。微小電
流計20は、μAオーダーもしくは10μAオーダーの
微小電流を計測できれば、特に制限はない。
The first, second and third electrodes 11, 1 of the present invention
The electrode material applied to 2 and 13 is not particularly limited as long as it is conductive, but any material is preferable because it is easy to form a film and is processed. For example, polysilicon (pol) is typically used.
y-Si), Al, Cr, Cu or composite combinations thereof are commonly used. The interlayer insulating film 14 (14a, 14b) used in the present invention is not particularly limited as long as it can have insulation between electrodes, but, for example, typically, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a polyimide. Membranes are used. As the variable power sources 18 and 19, a voltage necessary to detect the energy and the inflow amount of the charged reactive particles to the second electrode 12 and the third electrode 13, for example, −50.
Any voltage may be applied as long as it can apply a voltage in any range of 0 V to 500 V. Also,
The power sources 18 and 19 may be constant voltage sources when the charged particles to be detected are previously determined. The microammeter 20 is not particularly limited as long as it can measure a microcurrent of the order of μA or 10 μA.

【0022】図1に示すプラズマ計測装置10の検出素
子16は、第2電極12として、反応性粒子として正イ
オンのみを計測する所定負電位に設定される1個の電極
で構成されているが、本発明はこれに限定されず、2個
以上の第2電極を用いてもよい。正負両イオンや正イオ
ンと電子を計測する場合は、図2に示すプラズマ計測装
置21の検出素子22のように正電荷粒子用と負電荷粒
子用との2つの第2電極12a、12bが必要である。
もちろん、2つの第2電極12a、12bの間には層間
絶縁膜14cが挟挿される。この2つの第2電極12a
および12bは、それぞれ可変電源18aおよび18b
に接続される。他の構成要素は、図1に示すプラズマ計
測装置と同一であるので同じ番号を付し説明は省略す
る。
The detection element 16 of the plasma measuring apparatus 10 shown in FIG. 1 is composed of one electrode, which is set to a predetermined negative potential for measuring only positive ions as reactive particles, as the second electrode 12. However, the present invention is not limited to this, and two or more second electrodes may be used. When measuring both positive and negative ions or positive ions and electrons, two second electrodes 12a and 12b for positively charged particles and for negatively charged particles are required like the detection element 22 of the plasma measuring device 21 shown in FIG. Is.
Of course, the interlayer insulating film 14c is interposed between the two second electrodes 12a and 12b. These two second electrodes 12a
And 12b are variable power supplies 18a and 18b, respectively.
Connected to. The other components are the same as those of the plasma measurement device shown in FIG.

【0023】ところでこれらの可変電源18aおよび1
8bは、それぞれ異なる極性の電圧に設定できるように
構成される。例えば、図示例においては、上側の第2電
極12aは正イオン(正荷電粒子)を反発させ、通過さ
せないようにするために、可変電極18aにより所定の
正電位に設定されるのに用いられ、下側の第2電極12
bは負イオンや電子(負荷電粒子)を反発させ、通過さ
せないようにするために、可変電極18bにより所定の
負電位に設定されるのに用いられる。この時、第3電極
13の電位は、測定の対象とする反応性粒子の極性を含
めた種類などに応じて適当に設定すればよい。
By the way, these variable power sources 18a and 1
8b is configured to be able to set voltages of different polarities. For example, in the illustrated example, the upper second electrode 12a is used to set a predetermined positive potential by the variable electrode 18a in order to repel positive ions (positively charged particles) and prevent them from passing through. Lower second electrode 12
b is used to set a predetermined negative potential by the variable electrode 18b in order to repel negative ions and electrons (negatively charged particles) and prevent them from passing through. At this time, the electric potential of the third electrode 13 may be appropriately set according to the type of the reactive particles to be measured including the polarity.

【0024】また、プラズマ加工においては正負イオン
や電子などの荷電粒子の他、共鳴電荷交換反応で生じた
高速中性粒子が加工反応に大きく影響する場合がある。
この高速反応性中性粒子を計測するプラズマ計測装置の
検出素子は、図3および図4に示すように図2に示すプ
ラズマ計測装置の検出素子22において、検出素子穴1
5に露出する第3電極13の略中心に微細孔25を穿孔
し、かつ第3電極13の下層に、高速反応性中性粒子に
スパッタおよび/あるいは反応する物質からなる高速中
性粒子検出層26を形成するとともに、2つの第2電極
12aおよび12bの各電位をそれぞれ正負両荷電粒子
を反発するように設定するものである。このように構成
することにより、検出素子23および24においては、
高速中性粒子のみが第3電極13に設けた微細孔25を
通過し、この高速中性粒子によって第3電極13の下に
設けられた高速中性粒子検出物質層26が容易にスパッ
タおよび/あるいは反応させられて、孔部26aが形成
される。こうして形成された孔部26aの大きさを計測
することにより、高速反応性中性粒子の流入量を計測す
ることができる。
In plasma processing, charged particles such as positive and negative ions and electrons, as well as high-speed neutral particles generated by the resonance charge exchange reaction, may have a great influence on the processing reaction.
The detection element of the plasma measurement device for measuring the high-speed reactive neutral particles is the detection element hole 1 in the detection element 22 of the plasma measurement device shown in FIG. 2 as shown in FIGS.
5, a fine hole 25 is formed substantially in the center of the third electrode 13, and a high-speed neutral particle detection layer made of a substance that sputters and / or reacts with the high-speed reactive neutral particles is formed below the third electrode 13. 26 is formed, and the potentials of the two second electrodes 12a and 12b are set so as to repel both positive and negative charged particles. With this configuration, in the detection elements 23 and 24,
Only the high speed neutral particles pass through the fine holes 25 provided in the third electrode 13, and the high speed neutral particles cause the high speed neutral particle detection substance layer 26 provided below the third electrode 13 to easily sputter and / or Alternatively, they are reacted to form the hole 26a. By measuring the size of the hole 26a thus formed, the inflow amount of the fast-reactive neutral particles can be measured.

【0025】第3電極13の下層に形成する物質層26
は、高速中性粒子と容易にスパッタおよび/あるいは反
応する物質であれば、特に制限的ではなく、何でもよい
が、例えばシリコン酸化膜をエッチングする場合のプラ
ズマに対しては、当該物質26としてはシリコン酸化膜
を用いるのが好ましい。また、第3電極13に可変電圧
源を接続して第2電極12の機能を兼ねさせることもで
きる。第3電極13の微細孔25は、第3電極13の検
出精度低下を引き起こさない程度に小さくすれば良く、
例えば検出素子穴15が円孔の場合、通常、第3電極1
3の径の面積の1/4以下の面積にするのが好ましい。
A material layer 26 formed below the third electrode 13
Is not particularly limited as long as it is a substance that easily sputters and / or reacts with high-speed neutral particles, and may be any substance. For example, for plasma when etching a silicon oxide film, the substance 26 is It is preferable to use a silicon oxide film. Further, a variable voltage source may be connected to the third electrode 13 so that the third electrode 13 also has the function of the second electrode 12. The fine holes 25 of the third electrode 13 may be made small enough not to cause a decrease in detection accuracy of the third electrode 13,
For example, when the detection element hole 15 is a circular hole, usually the third electrode 1
It is preferable that the area is ¼ or less of the area of the diameter of 3.

【0026】1Torr以上の圧力の高いプラズマでは
プラズマシース中でイオンがガス分子と衝突し、斜めに
入射する粒子が多数を占めるようになる。この斜めに入
射してきた粒子や各電極の斥力によって飛跡を曲げられ
た粒子は層間絶縁膜14(14a、14b、14c)側
壁に衝突する。側壁と衝突した粒子の一部は側壁で反射
されて第3電極13に到達し、計測誤差を生じる場合が
ある。この場合には、このため等方性エッチングによっ
て層間絶縁膜14を図4に示すように後退させた構造に
するのが好ましい。図4に示す実施例では、第3電極1
3に微細孔25を有しているので、物質層26も等方的
にエッチングされて、予め孔部27が形成されるので、
高速中性粒子の計測に先立って、この孔部27を計測し
ておく必要がある。このように等方性エッチングによる
層間絶縁膜14の後退を図1および図2に示す。実施例
に適用してもよいことはもちろんである。
In a plasma having a high pressure of 1 Torr or more, ions collide with gas molecules in the plasma sheath, and a large number of particles are obliquely incident. The obliquely incident particles and the particles whose tracks are bent by the repulsive force of each electrode collide with the side wall of the interlayer insulating film 14 (14a, 14b, 14c). A part of the particles that collide with the side wall may be reflected by the side wall and reach the third electrode 13, which may cause a measurement error. In this case, therefore, it is preferable to have a structure in which the interlayer insulating film 14 is made to recede as shown in FIG. 4 by isotropic etching. In the embodiment shown in FIG. 4, the third electrode 1
3 has the fine holes 25, the material layer 26 is also isotropically etched to form the holes 27 in advance.
It is necessary to measure the hole 27 before measuring the high speed neutral particles. The receding of the interlayer insulating film 14 due to the isotropic etching is shown in FIGS. 1 and 2. Of course, it may be applied to the embodiment.

【0027】上述したプラズマ検出素子を用いる本発明
のプラズマ計測装置をLSI装置製造用プラズマ反応装
置に適用した実施例を図5に示す。同図において、プラ
ズマ反応装置30は、図10に示すプラズマ反応装置と
同様に、プラズマ反応容器31と、このプラズマ反応容
器31内に設けられる上部アース電極32と、この上部
電極32に対面して設けられ、被加工物を載置する下部
電極33と、上部電極32と、下部電極33とにコンデ
ンサ34aを介して接続され、プラズマを発生させるた
めの高周波電圧を印加するための高周波電源34とから
構成される。
FIG. 5 shows an embodiment in which the plasma measuring apparatus of the present invention using the above-mentioned plasma detecting element is applied to a plasma reaction apparatus for manufacturing an LSI device. In the same figure, the plasma reaction device 30 is similar to the plasma reaction device shown in FIG. 10, and has a plasma reaction container 31, an upper earth electrode 32 provided in the plasma reaction container 31, and a surface facing the upper electrode 32. A lower electrode 33 for mounting the workpiece, an upper electrode 32, and a lower electrode 33 connected to the lower electrode 33 via a capacitor 34a, and a high-frequency power source 34 for applying a high-frequency voltage for generating plasma. Composed of.

【0028】図5に示すプラズマ計測装置35に用いら
れているプラズマ検出素子は、図2〜4に示す2個の第
2電極12a、12bを持つものであるが、好ましく
は、これらの検出素子22(23、または24)を1つ
のチップ上に多数集積して1つの計測器(計測チップ)
27を構成し、この計測チップ27を計測用リード線2
8を用い、これらのリード線28の束を、反応容器31
に既設の装置側壁窓を利用してリード線取り出し口と
し、これに保護筒(シース)29を気密に取り付け、こ
のシース29を介して外部の可変電源18a、18b、
19、電流計20や高周波源34、コンデンサ34a等
に接続することにより、プラズマ反応装置30に改造を
行うことなく、プラズマ計測装置35を構成している。
The plasma detection element used in the plasma measuring device 35 shown in FIG. 5 has two second electrodes 12a and 12b shown in FIGS. 2 to 4, but preferably, these detection elements are used. A large number of 22 (23 or 24) are integrated on one chip and one measuring instrument (measurement chip)
27, and the measuring chip 27 is connected to the measuring lead wire 2
8 and a bundle of these lead wires 28 into a reaction container 31.
A side wall window of the existing device is used as a lead wire outlet, and a protective cylinder (sheath) 29 is airtightly attached to the lead wire outlet, and external variable power sources 18a, 18b,
19, by connecting to the ammeter 20, the high frequency source 34, the condenser 34a, etc., the plasma measuring device 35 is configured without modifying the plasma reaction device 30.

【0029】本発明のプラズマ計測装置において、図5
に示すように集積した計測素子を1つのチップにし、こ
のチップに反応装置外部に設けられた電源および電流計
を接続するのは、以下の理由による。通常、導体の計測
素子へ入射する粒子の流入量は少なく、例えば直径10
μmの円形素子へ入射する電流量は、通常のLSI装置
の製造で用いられる反応性プラズマでは、10-11 A程
度しかない。このため通常、精度良く流入量を計測する
ために計測素子を106 個程度の多数集積させて一つの
計測器を構成するのがよい。このような多数の計測素子
を集積した計測チップ27の場所を移動させることによ
り、電極33上の任意の場所での計測を行なうことがで
きる。計測チップ27に接続されているリード線28は
プラズマ曝露を防ぐため、ポリイミド等で保護されてい
るのが好ましい。またこのリード線28を全て保護筒に
入れても良い。
In the plasma measuring device of the present invention, FIG.
The reason why the integrated measuring elements are integrated into one chip and the power source and the ammeter provided outside the reaction apparatus are connected to this chip is as follows. Usually, the inflow amount of particles entering the measuring element of the conductor is small, and for example, the diameter is 10
The amount of current incident on the circular element of μm is only about 10 −11 A in the reactive plasma used in the manufacture of ordinary LSI devices. Therefore, in order to measure the inflow amount with high accuracy, it is usually preferable to integrate a large number of measuring elements of about 10 6 to form one measuring instrument. By moving the position of the measuring chip 27 in which such a large number of measuring elements are integrated, it is possible to perform measurement at any place on the electrode 33. The lead wire 28 connected to the measuring chip 27 is preferably protected by polyimide or the like to prevent plasma exposure. Alternatively, all of the lead wires 28 may be put in the protective cylinder.

【0030】また、計測チップ27を移動する代りに、
図6に示すプローブウエハ39のようにウエハ36上に
同心円上に複数個の独立した集積計測器37を設けると
効率良く半径方向の分布を測定することができる。ここ
で、参照符号38は集積計測器37の検出信号の取り出
し電極である。計測器37の配置は同心円状だけでなく
反応装置の構造や目的に応じてコラム状等種々の構造を
選べば良い。
Further, instead of moving the measuring chip 27,
If a plurality of independent integrated measuring instruments 37 are concentrically provided on the wafer 36 like the probe wafer 39 shown in FIG. 6, the radial distribution can be measured efficiently. Here, reference numeral 38 is an extraction electrode of the detection signal of the integrated measuring instrument 37. The arrangement of the measuring instruments 37 is not limited to concentric circles, and various structures such as a column may be selected depending on the structure of the reactor and the purpose.

【0031】図1〜図4に示す実施例において、検出素
子16(22〜24)の穴径aが大きすぎたり、および
/あるいは層間絶縁膜14の厚さbが小さすぎると、検
出素子16の半径方向で電位分布ができて、イオンエネ
ルギ選別精度が低下する場合がある。例えば、イオンエ
ネルギーアナライザとして検出器を用いる場合、a/b
が大きいと、第7図に示すように入射イオンの一部が横
方向電位分布によってイオンの飛跡が横方向へ歪められ
て第2電極12へ吸収されてイオンコレクタ電極(第3
電極)13へ到達しない。検出素子穴径aの10μmに
対して層間絶縁膜厚bが4μm以上の場合、このコレク
タ電極13への到達率は、第8図に示すように75%程
度以上であったが、層間絶縁膜厚bを2μmにすると到
達率は50%以下に急減した。イオンコレクタ電極13
の電位と第2電極12の電位を変化させると到達率も変
化するが、いずれの場合も層間絶縁膜厚bが2μm以下
の場合は到達率が急減した。また、a/bが大きい場合
に電子反発としての役割の第2電極12の効果が低下
し、イオンコレクタ電極13へイオンが入射した時に出
る2次電子が反発されず検出素子16の外側へ逃げて計
測誤差が生じる。素子穴径aが10μmの場合、この誤
差も、層間絶縁膜厚bが2μm以下で急増した。以上の
理由から、本発明においては、検出素子穴径aと層間絶
縁膜厚bとの関係を5b>aに限定するのが好ましい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, if the hole diameter a of the detecting element 16 (22 to 24) is too large and / or the thickness b of the interlayer insulating film 14 is too small, the detecting element 16 is too small. In some cases, the potential distribution is formed in the radial direction of, and the ion energy selection accuracy is degraded. For example, when using a detector as an ion energy analyzer, a / b
Is large, as shown in FIG. 7, a part of the incident ions is laterally distorted due to the lateral potential distribution and is absorbed by the second electrode 12 and the ion collector electrode (third electrode).
Electrode) 13 is not reached. When the interlayer insulating film thickness b was 4 μm or more with respect to the detection element hole diameter a of 10 μm, the arrival rate to the collector electrode 13 was about 75% or more as shown in FIG. When the thickness b was set to 2 μm, the arrival rate sharply decreased to 50% or less. Ion collector electrode 13
The arrival rate also changes when the potential of 2 and the potential of the second electrode 12 are changed, but in both cases, the arrival rate sharply decreases when the interlayer insulating film thickness b is 2 μm or less. Further, when a / b is large, the effect of the second electrode 12 which functions as an electron repulsion is reduced, and secondary electrons emitted when ions are incident on the ion collector electrode 13 do not repel and escape to the outside of the detection element 16. Measurement error occurs. When the element hole diameter a was 10 μm, this error also sharply increased when the interlayer insulating film thickness b was 2 μm or less. For the above reason, in the present invention, it is preferable to limit the relationship between the detection element hole diameter a and the interlayer insulating film thickness b to 5b> a.

【0032】(実施例1)100mTorrのHClプ
ラズマを平行平板型反応装置で形成し、下部電極33上
に置かれた図6に示した構造のプローブウエハ39で計
測した。検出素子は図1に示した構造になっており、個
々の検出素子16は、10μmの直径aの検出素子穴1
5を持つ。第1電極11はシリコン基板と接続されてお
り、下部電極と同一電位(OV)になっている。第2電
極12は、負イオンと電子を反発するために一層のみと
し、入射電子と2次電子の通過防止のため、−50Vに
設定した。イオンコレクタ電極(第3電極)13は全正
イオンを通過させるために−10Vに設定した。各電極
11、12、13の膜厚cおよび層間絶縁膜14a、1
4bの厚さbは、各々2μm、7μmにした。本実施例
1では検出素子16に入射してきた正イオンは、すべて
イオンコレクタ電極13で検出された。また、検出素子
穴径aと層間絶縁膜bの比a/bは1.43となってお
り、入射電子や2次電子による測定誤差を無視できる程
小さくしていた。また、各電極11、12、13へのリ
ード線28も既設のプラズマ反応装置側壁窓を利用する
ことができたので、反応装置の改造を行なわずにプラズ
マ計測を行うことができた。
(Example 1) 100 mTorr of HCl plasma was formed by a parallel plate type reactor and measured with a probe wafer 39 having the structure shown in FIG. 6 placed on the lower electrode 33. The detection element has the structure shown in FIG. 1, and each detection element 16 is a detection element hole 1 having a diameter a of 10 μm.
Have 5 The first electrode 11 is connected to the silicon substrate and has the same potential (OV) as the lower electrode. The second electrode 12 has only one layer to repel negative ions and electrons, and is set to −50 V to prevent passage of incident electrons and secondary electrons. The ion collector electrode (third electrode) 13 was set to -10 V in order to pass all positive ions. The film thickness c of each electrode 11, 12, 13 and the interlayer insulating films 14a, 1
The thickness b of 4b was 2 μm and 7 μm, respectively. In the first embodiment, all the positive ions incident on the detection element 16 were detected by the ion collector electrode 13. Further, the ratio a / b of the detection element hole diameter a and the interlayer insulating film b is 1.43, which is so small that the measurement error due to incident electrons or secondary electrons can be ignored. Further, since the lead wire 28 to each of the electrodes 11, 12, and 13 can also utilize the existing plasma reactor side wall window, plasma measurement can be performed without modifying the reactor.

【0033】プラズマ密度を向上させるために下部電極
33の下にこの電極33と同じ寸法の長さを持つ永久磁
石を設ける際において、磁石の両極に磁場を均一化させ
るための鉄製板を取り付けた。この際の鉄製板の入射イ
オン量の一様性に与える効果を本実施例のプラズマ計測
装置で調べて反応装置の改良を行なった。磁石が無い場
合は、図9に示すようにウエハプローブ39の半径方向
で均一なイオン入射量が得られたが、入射量絶対値は1
0μA/cm2 程度であった。棒状磁石を設けるとプラ
ズマ密度はウエハプローブ39の中心で数十倍向上した
が、ウエハプローブ39の半径での不均一性が大きかっ
た。これに対し棒状磁石に鉄製板を取り付けた場合、プ
ラズマ密度も向上し、かつ均一性も高いことが確認され
た。このように本発明によって、プラズマ装置の改造を
行なうことなく、イオン入射量分布を簡易に計測するこ
とが可能となり、この結果装置やプラズマ条件の改良を
効率的に行なえることができた。
When a permanent magnet having the same size as the lower electrode 33 is provided under the lower electrode 33 to improve the plasma density, iron plates are attached to both poles of the magnet to make the magnetic field uniform. . The effect on the uniformity of the amount of incident ions of the iron plate at this time was investigated by the plasma measuring apparatus of this example, and the reaction apparatus was improved. Without the magnet, a uniform ion injection amount was obtained in the radial direction of the wafer probe 39 as shown in FIG. 9, but the absolute value of the injection amount was 1.
It was about 0 μA / cm 2 . When the bar magnet was provided, the plasma density was improved several tens of times at the center of the wafer probe 39, but the non-uniformity in the radius of the wafer probe 39 was large. On the other hand, it was confirmed that when the iron plate was attached to the bar magnet, the plasma density was improved and the uniformity was also high. As described above, according to the present invention, it is possible to easily measure the ion incident amount distribution without modifying the plasma device, and as a result, it is possible to efficiently improve the device and plasma conditions.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
プラズマ計測を行う検出素子の寸法が、プラズマ反応性
粒子の平均自由行程より充分に小さくなっていて、検出
素子内で反応性粒子どうしがほとんど衝突しないので、
特別な高真空排気装置の取り付けやプラズマ反応装置の
特別な改造を行なうことなく、簡易かつ正確にプラズマ
から被加工物へ入射してくる反応性粒子のエネルギや流
入量を計測することができる。従って量産プラズマ加工
装置においてエッチング特性が空間的に均一なプラズマ
を得ることができる。
As described in detail above, according to the present invention,
The size of the detection element that performs plasma measurement is sufficiently smaller than the mean free path of plasma-reactive particles, and reactive particles hardly collide with each other in the detection element.
It is possible to easily and accurately measure the energy and the inflow amount of the reactive particles incident on the workpiece from the plasma without attaching a special high vacuum exhaust device or specially modifying the plasma reactor. Therefore, it is possible to obtain a plasma having spatially uniform etching characteristics in a mass production plasma processing apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係るプラズマ計測装置の検出素子の
第2電極が1個ある実施例の断面図を含む模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram including a cross-sectional view of an embodiment in which a detection device of a plasma measuring apparatus according to the present invention has one second electrode.

【図2】 本発明に係るプラズマ計測装置の検出素子の
第2電極が2個ある実施例の断面図を含む模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram including a cross-sectional view of an embodiment in which there are two second electrodes of the detection element of the plasma measurement device according to the present invention.

【図3】 本発明に係るプラズマ計測装置の第3電極の
下に微細孔を介して高速中性粒子検出部のある検出素子
の別の実施例の断面模式図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of a detection element having a high-speed neutral particle detection unit via a fine hole below a third electrode of the plasma measurement device according to the present invention.

【図4】 本発明に係るプラズマ計測装置の層間絶縁膜
側壁を電極から後退させた検出素子の別の実施例の断面
模式図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the detection element in which the side wall of the interlayer insulating film of the plasma measuring device according to the present invention is receded from the electrode.

【図5】 本発明に係るプラズマ計測装置の検出素子を
集積化した計測チップの一実施例をプラズマ反応装置へ
取り付けた実施例の模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of an embodiment in which an embodiment of a measuring chip in which a detection element of the plasma measuring device according to the present invention is integrated is attached to a plasma reaction device.

【図6】 本発明に係るプラズマ計測装置の計測部をウ
エハ上に同心円状に配置したウエハプローブの一実施例
の上面図である。
FIG. 6 is a top view of an embodiment of the wafer probe in which the measuring unit of the plasma measuring apparatus according to the present invention is concentrically arranged on the wafer.

【図7】 本発明に係るプラズマ計測装置の層間絶縁膜
bが検出素子穴径aの1/5の場合の入射イオンの検出
素子内部での横方法への曲がりによる検出誤差を示す模
式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a detection error due to a bending of an incident ion in a lateral direction inside a detection element when an interlayer insulating film b of a plasma measuring apparatus according to the present invention is ⅕ of a detection element hole diameter a. is there.

【図8】 本発明に係るプラズマ計測装置の層間絶縁膜
と検出素子穴径との比b/aを変化させた場合の入射イ
オンのコレクター電極への到達率を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the arrival rate of incident ions to a collector electrode when the ratio b / a between the interlayer insulating film and the detection element hole diameter of the plasma measurement apparatus according to the present invention is changed.

【図9】 本発明の実施例1において計測されたプラズ
マ密度比の空間分布を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the spatial distribution of the plasma density ratio measured in Example 1 of the present invention.

【図10】 従来のプラズマ計測装置を示す模式図であ
る。
FIG. 10 is a schematic view showing a conventional plasma measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,21,35 プラズマ計測装置 11 第1電極 12,12a,12b 第2電極 13 第3電極 14,14a,14b,14c 層間絶縁膜 15 検出素子穴 16,22,23,24 検出素子 17,34 高周波源 18,18a,18b,19,46 可変電源 20,43 電流計 25 第3電極の微細孔 26 高速中性粒子検出物質層 26a 孔部 27 計測チップ 28 計測用リード線 29 リード線取り出し口の保護筒(シース) 30 プラズマ反応装置 31 プラズマ反応容器 32 上部アース(接地)電極 33 下部電極 36 ウエハ 37 集積計測器 38 取り出し電極 39 プローブウエハ 40 計測管 41 オリフィス 42 メッシュ電極 44 荷電粒子検出電極 45 高真空排気装置 10, 21, 35 Plasma measuring device 11 First electrode 12, 12a, 12b Second electrode 13 Third electrode 14, 14a, 14b, 14c Interlayer insulating film 15 Detection element hole 16, 22, 23, 24 Detection element 17, 34 High-frequency source 18, 18a, 18b, 19, 46 Variable power source 20, 43 Ammeter 25 Micropore of the third electrode 26 High-speed neutral particle detection substance layer 26a Hole 27 Measuring chip 28 Measuring lead wire 29 Lead wire outlet Protective cylinder (sheath) 30 Plasma reaction device 31 Plasma reaction vessel 32 Upper ground (ground) electrode 33 Lower electrode 36 Wafer 37 Integrated measuring instrument 38 Extraction electrode 39 Probe wafer 40 Measuring tube 41 Orifice 42 Mesh electrode 44 Charged particle detection electrode 45 High Vacuum exhaust device

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマ反応装置でプラズマから被加工物
質へ入射する反応性粒子のエネルギおよび流入量を計測
するプラズマ計測装置において、 前記反応性粒子のエネルギおよび流入量を検出するため
の検出素子が検出素子穴を構成するための所定開口部を
有し、前記被加工物と同じ電位を持つ第1電極と、この
第1電極の開口部に対応する略同型の開口部を備え、前
記反応性粒子中の荷電粒子のエネルギを選別する、一つ
または複数の第2電極と、前記反応性荷電粒子の流入量
を検知する第3電極と、前記第1電極の開口部に対応す
る部分が少なくとも開口され、前記各電極間に挟設され
た電極間層間絶縁膜とを有し、前記第1電極、第2電極
および各電極間層間絶縁膜がLSI微細加工技術を用い
て積層形成されることを特徴とするプラズマ計測装置。
1. A plasma measuring device for measuring the energy and inflow amount of reactive particles incident on a material to be processed from plasma in a plasma reaction device, wherein a detection element for detecting the energy and inflow amount of said reactive particles is provided. A first electrode having a predetermined opening for forming a detection element hole and having the same potential as the workpiece, and an opening of substantially the same shape corresponding to the opening of the first electrode are provided, and the reactivity is provided. One or more second electrodes for selecting the energy of the charged particles in the particles, a third electrode for detecting the inflow amount of the reactive charged particles, and a portion corresponding to the opening of the first electrode are at least An inter-electrode interlayer insulating film that is opened and sandwiched between the electrodes, and the first electrode, the second electrode, and the inter-electrode interlayer insulating film are laminated and formed using an LSI microfabrication technique. Characterized by Zuma measuring device.
【請求項2】前記検出素子は、導電性材料基板上に直
接、あるいは非導電性材料基板上に導電性電極材料より
なる第3電極を成膜した後、層間絶縁膜の形成および第
2電極の成膜を少なくとも1回繰り返し、次いで層間絶
縁膜の形成および第1電極の成膜を行った後、その上に
ホトレジストの塗布、露光、現像を行ない、ドライエッ
チングを行って各電極および層間絶縁膜に所定寸法の前
記検出素子穴を形成したものである請求項1に記載のプ
ラズマ計測装置。
2. The detection element comprises forming a third electrode made of a conductive electrode material directly on a conductive material substrate or on a non-conductive material substrate, and then forming an interlayer insulating film and a second electrode. Film formation is repeated at least once, and then an interlayer insulating film is formed and a first electrode is formed, and then photoresist is applied, exposed, and developed, and dry etching is performed to form each electrode and interlayer insulating film. The plasma measurement device according to claim 1, wherein the detection element hole having a predetermined size is formed in the film.
【請求項3】請求項1または2に記載のプラズマ計測装
置であって、前記検出素子が、さらに前記第3電極に設
けられた微細孔と、前記第3電極の下に形成され、前記
反応性粒子のうち、前記第3電極に設けた前記微細孔を
通過した高速の反応性中性粒子と反応する物質とを有す
ることを特徴とするプラズマ計測装置。
3. The plasma measuring device according to claim 1, wherein the detection element is formed under the fine holes further provided in the third electrode and under the third electrode, and the reaction is performed. A plasma measuring apparatus, characterized in that it has a substance that reacts with high-speed reactive neutral particles that have passed through the fine holes provided in the third electrode among the reactive particles.
【請求項4】前記第3電極の前記微細孔の面積が、前記
検出素子穴に露出する前記第3電極面積の1/4以下で
ある請求項3に記載のプラズマ計測装置。
4. The plasma measuring device according to claim 3, wherein the area of the fine holes of the third electrode is not more than ¼ of the area of the third electrode exposed in the detection element hole.
【請求項5】前記層間絶縁膜の側壁が、前記第1、第
2、第3の各電極面から後退させてある請求項1〜4の
いずれかに記載のプラズマ計測装置。
5. The plasma measuring apparatus according to claim 1, wherein the side wall of the interlayer insulating film is set back from each of the first, second and third electrode surfaces.
【請求項6】複数個の前記検出素子を1つのチップ上に
集積させた計測器を有する請求項1〜5のいずれかに記
載のプラズマ計測装置。
6. The plasma measuring device according to claim 1, further comprising a measuring device in which a plurality of the detecting elements are integrated on one chip.
【請求項7】前記複数個の検出素子を集積させた計測器
を1枚のウエハー上に複数個配置した請求項6に記載の
プラズマ計測装置。
7. The plasma measuring apparatus according to claim 6, wherein a plurality of measuring devices each having the plurality of detecting elements integrated therein are arranged on one wafer.
【請求項8】前記検出素子の積層方向の寸法が100μ
m以下の大きさである請求項1〜7のいずれかに記載の
プラズマ計測装置。
8. The dimension of the detection element in the stacking direction is 100 μm.
The plasma measuring device according to any one of claims 1 to 7, which has a size of m or less.
【請求項9】前記層間絶縁膜の厚さ(b)と前記検出素
子穴径(a)との間の関係が、5b>aである請求項1
〜8のいずれかに記載のプラズマ計測装置。
9. The relationship between the thickness (b) of the interlayer insulating film and the detection element hole diameter (a) is 5b> a.
The plasma measuring device according to any one of to 8.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010129408A (en) * 2008-11-28 2010-06-10 Oki Semiconductor Co Ltd Plasma measuring device
JP2021082491A (en) * 2019-11-20 2021-05-27 株式会社豊田中央研究所 Plasma device
JP2022127786A (en) * 2021-02-22 2022-09-01 株式会社豊田中央研究所 Plasma device

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