JPH0737817A - プラズマ計測用プローブ及びこれを用いたプラズマ計測方法 - Google Patents
プラズマ計測用プローブ及びこれを用いたプラズマ計測方法Info
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- JPH0737817A JPH0737817A JP5157438A JP15743893A JPH0737817A JP H0737817 A JPH0737817 A JP H0737817A JP 5157438 A JP5157438 A JP 5157438A JP 15743893 A JP15743893 A JP 15743893A JP H0737817 A JPH0737817 A JP H0737817A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 比較的低励起状態のプラズマ雰囲気において
も確実にプラズマ計測を行うことができるプローブを提
供する。 【構成】 プラズマ計測用のプローブの表面積を１０-6
ｍ2 以上として構成する。
も確実にプラズマ計測を行うことができるプローブを提
供する。 【構成】 プラズマ計測用のプローブの表面積を１０-6
ｍ2 以上として構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばプラズマＣＶＤ
（化学的気相成長）装置、プラズマエッチング装置等に
おいて用いて好適なプラズマ計測用プローブ及びプラズ
マ計測方法に係わる。
（化学的気相成長）装置、プラズマエッチング装置等に
おいて用いて好適なプラズマ計測用プローブ及びプラズ
マ計測方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】低温で比較的大面積に薄膜を形成する技
術として、プラズマＣＶＤ法が注目されている。これを
用いてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の低温プロセスで
ＭＯＳ（metal on semiconductor）を製造する方法の研
究が盛んになされている。特に良好なＭＯＳ界面を形成
するためには、プロセッシングに用いるプラズマによる
ダメージを極力低減化する必要がある。このため、デバ
イスを直接プラズマに晒さないような構造のプラズマＣ
ＶＤ装置の開発も活発に行われている。
術として、プラズマＣＶＤ法が注目されている。これを
用いてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の低温プロセスで
ＭＯＳ（metal on semiconductor）を製造する方法の研
究が盛んになされている。特に良好なＭＯＳ界面を形成
するためには、プロセッシングに用いるプラズマによる
ダメージを極力低減化する必要がある。このため、デバ
イスを直接プラズマに晒さないような構造のプラズマＣ
ＶＤ装置の開発も活発に行われている。
【０００３】その一例として、プラズマ生成部と処理部
（即ち成膜装置の場合は成膜室）とが分離されるいわゆ
るリモートプラズマ法が提案されている。このリモート
プラズマ法によれば、例えばプラズマＣＶＤ法により成
膜する場合、プラズマ発生室と膜堆積室とを分離して、
その各室の境界でのプラズマを引き出して成膜材料ガス
を分解することから、膜が堆積される基板にはプラズマ
の直接的な照射が抑制され、これによりプラズマによる
ダメージを低減化することができる（例えば“A.Matsud
a et al. Applied Physics Letters 47(10),1061(198
5)”）。
（即ち成膜装置の場合は成膜室）とが分離されるいわゆ
るリモートプラズマ法が提案されている。このリモート
プラズマ法によれば、例えばプラズマＣＶＤ法により成
膜する場合、プラズマ発生室と膜堆積室とを分離して、
その各室の境界でのプラズマを引き出して成膜材料ガス
を分解することから、膜が堆積される基板にはプラズマ
の直接的な照射が抑制され、これによりプラズマによる
ダメージを低減化することができる（例えば“A.Matsud
a et al. Applied Physics Letters 47(10),1061(198
5)”）。
【０００４】しかしながらこのような装置においては、
試料近傍の雰囲気は低励起状態であって、電子密度やイ
オン密度が極めて低く、殆どの原子分子が中性状態であ
るために、例えば長さ約１ｃｍ、直径０．１ｍｍ程度の
金属針を装置内に挿入して電流−電圧特性を調べる通常
のいわゆる電気的探針法では充分な電流値が得られず、
これによって得られるプラズマパラメータ、即ち電子温
度や電子密度、空間電位、イオン密度等の解析は困難で
あった。
試料近傍の雰囲気は低励起状態であって、電子密度やイ
オン密度が極めて低く、殆どの原子分子が中性状態であ
るために、例えば長さ約１ｃｍ、直径０．１ｍｍ程度の
金属針を装置内に挿入して電流−電圧特性を調べる通常
のいわゆる電気的探針法では充分な電流値が得られず、
これによって得られるプラズマパラメータ、即ち電子温
度や電子密度、空間電位、イオン密度等の解析は困難で
あった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな比較的低電子密度の雰囲気においても確実にプラズ
マ計測を行うことができるプローブ及びこれを用いた計
測方法を提供する。
うな比較的低電子密度の雰囲気においても確実にプラズ
マ計測を行うことができるプローブ及びこれを用いた計
測方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ計測
用のプローブの表面積を１０-5ｍ2 以上として構成す
る。また本発明は、上述のプローブを平板状又はメッシ
ュ状に形成する。
用のプローブの表面積を１０-5ｍ2 以上として構成す
る。また本発明は、上述のプローブを平板状又はメッシ
ュ状に形成する。
【０００７】更に本発明は、図１にその一例の略線的な
構成図を示すように、電子密度が１０-8ｃｍ-3以下のプ
ラズマ雰囲気において、表面積が１０-5ｍ2 以上とされ
たプラズマ計測用プローブ１によりプラズマパラメータ
を測定する。
構成図を示すように、電子密度が１０-8ｃｍ-3以下のプ
ラズマ雰囲気において、表面積が１０-5ｍ2 以上とされ
たプラズマ計測用プローブ１によりプラズマパラメータ
を測定する。
【０００８】また本発明は、プラズマ生成部１１と処理
部１２との間にメッシュ電極１３を設けたプラズマ装置
１０を用いて上述の測定を行う。更に本発明は、上述の
計測方法において、メッシュ状に構成したプラズマ計測
用プローブを用いる。
部１２との間にメッシュ電極１３を設けたプラズマ装置
１０を用いて上述の測定を行う。更に本発明は、上述の
計測方法において、メッシュ状に構成したプラズマ計測
用プローブを用いる。
【０００９】
【作用】本発明においては、プラズマ計測用のプローブ
の表面積を１０-5ｍ2 以上とするものであり、このよう
に比較的表面積が大きいプローブを用いても、電子密度
が１０8 ｃｍ-3以下の低励起状態のプラズマを計測する
場合は、たとえ放電領域では電位変動の大きなＲＦプラ
ズマであっても、この低電子密度領域ではこの電位変動
が十分抑制されていることから、各種プラズマパラメー
タ、即ち電子温度、電子密度、空間電位、イオン密度等
への影響を無視することができることが本発明者等の鋭
意考察研究の結果判明した。
の表面積を１０-5ｍ2 以上とするものであり、このよう
に比較的表面積が大きいプローブを用いても、電子密度
が１０8 ｃｍ-3以下の低励起状態のプラズマを計測する
場合は、たとえ放電領域では電位変動の大きなＲＦプラ
ズマであっても、この低電子密度領域ではこの電位変動
が十分抑制されていることから、各種プラズマパラメー
タ、即ち電子温度、電子密度、空間電位、イオン密度等
への影響を無視することができることが本発明者等の鋭
意考察研究の結果判明した。
【００１０】従って上述したような低プラズマ雰囲気中
においても充分な利得をもってプラズマ計測を行い、こ
れにより確実に電子温度、電子密度、空間電位、イオン
密度等の各種プラズマパラメータを測定することができ
る。
においても充分な利得をもってプラズマ計測を行い、こ
れにより確実に電子温度、電子密度、空間電位、イオン
密度等の各種プラズマパラメータを測定することができ
る。
【００１１】また、その形状を平板状とすることによっ
て、簡単な構成によって上述したような低電子密度の雰
囲気におけるプラズマパラメータの計測を行うことがで
きる。
て、簡単な構成によって上述したような低電子密度の雰
囲気におけるプラズマパラメータの計測を行うことがで
きる。
【００１２】更に、その形状をメッシュ状とすることに
より試料へのプラズマ処理を行うと同時にそのプラズマ
パラメータの計測を行うことができる。
より試料へのプラズマ処理を行うと同時にそのプラズマ
パラメータの計測を行うことができる。
【００１３】
【実施例】以下本発明実施例を図面を参照して詳細に説
明する。この例においてはリモートプラズマＣＶＤ装置
に本発明を適用した場合を示す。
明する。この例においてはリモートプラズマＣＶＤ装置
に本発明を適用した場合を示す。
【００１４】図１において１０はプラズマ装置でその内
部がほぼプラズマ生成部１１と処理部１２とにメッシュ
電極１３とによって分離される。斜線を付して示すプラ
ズマ生成部１１の上部にはＲＦ（radio frequency ）電
極２が設けられ、処理部１２の下部には接地電極を兼ね
た試料台３が設けられて、交流電源４によってこの間に
例えば１３．５６ＭＨｚの高周波ＲＦが印加され、プラ
ズマ装置１０の上面に設けられた導入口５から矢印ａで
示すように所定のガスが導入されてプラズマ生成部１１
にプラズマ放電が引き起こされる。６は試料台を加熱す
るヒーター、７は排気口、矢印ｂは排気方向、また８は
試料を示す。
部がほぼプラズマ生成部１１と処理部１２とにメッシュ
電極１３とによって分離される。斜線を付して示すプラ
ズマ生成部１１の上部にはＲＦ（radio frequency ）電
極２が設けられ、処理部１２の下部には接地電極を兼ね
た試料台３が設けられて、交流電源４によってこの間に
例えば１３．５６ＭＨｚの高周波ＲＦが印加され、プラ
ズマ装置１０の上面に設けられた導入口５から矢印ａで
示すように所定のガスが導入されてプラズマ生成部１１
にプラズマ放電が引き起こされる。６は試料台を加熱す
るヒーター、７は排気口、矢印ｂは排気方向、また８は
試料を示す。
【００１５】そして特にこの場合、ＲＦ電極２と接地電
極３との間にメッシュ電極１３が設けられ、可変電源１
４によりこのメッシュ電極１３にＶG1のバイアス電圧を
印加して試料８が直接プラズマに晒されることを防ぎ、
試料にダメージを与えることを抑制している。
極３との間にメッシュ電極１３が設けられ、可変電源１
４によりこのメッシュ電極１３にＶG1のバイアス電圧を
印加して試料８が直接プラズマに晒されることを防ぎ、
試料にダメージを与えることを抑制している。
【００１６】そして特に本発明においては、このメッシ
ュ電極１３と試料８との間にプラズマ計測用プローブ１
を設け、これにより処理部１２におけるプラズマパラメ
ータを計測することができるようにする。１５及び１６
はそれぞれ電流計及び電圧計、１７はプローブ用の可変
電源を示す。
ュ電極１３と試料８との間にプラズマ計測用プローブ１
を設け、これにより処理部１２におけるプラズマパラメ
ータを計測することができるようにする。１５及び１６
はそれぞれ電流計及び電圧計、１７はプローブ用の可変
電源を示す。
【００１７】上述したようにメッシュ電極１３を設ける
場合においても、このメッシュ電極１３と試料８との間
にはプラズマが漏洩し、これによって試料８がダメージ
を受けてデバイスの特性に大きく影響する。従って試料
８の近傍のプラズマパラメータを上述のプラズマ計測用
プローブ１によって直接的に計測することが望ましい。
場合においても、このメッシュ電極１３と試料８との間
にはプラズマが漏洩し、これによって試料８がダメージ
を受けてデバイスの特性に大きく影響する。従って試料
８の近傍のプラズマパラメータを上述のプラズマ計測用
プローブ１によって直接的に計測することが望ましい。
【００１８】従来のプローブは一般にＲＦ電極２とメッ
シュ電極１３との間の通常の放電領域Ｔd 、即ち電子密
度１０8 ｃｍ-3状の領域の計測を目的としており、この
ためプローブによるプラズマへの擾乱を極力避けるため
にプローブの寸法形状は極めて小さくされ、一般に直径
０．１ｍｍ長さ１ｃｍ程度の円筒型金属針、またはこれ
と同程度のサイズの平板型金属針を使用することが多
い。従って、上述したようにメッシュ電極１３により隔
離された領域Ｔi のように電子密度が極めて低い領域に
このようなプローブを配置した場合、プラズマ計測を行
うに充分なプローブ電流が得られない場合が多い。
シュ電極１３との間の通常の放電領域Ｔd 、即ち電子密
度１０8 ｃｍ-3状の領域の計測を目的としており、この
ためプローブによるプラズマへの擾乱を極力避けるため
にプローブの寸法形状は極めて小さくされ、一般に直径
０．１ｍｍ長さ１ｃｍ程度の円筒型金属針、またはこれ
と同程度のサイズの平板型金属針を使用することが多
い。従って、上述したようにメッシュ電極１３により隔
離された領域Ｔi のように電子密度が極めて低い領域に
このようなプローブを配置した場合、プラズマ計測を行
うに充分なプローブ電流が得られない場合が多い。
【００１９】これに対し本発明においては、このプロー
ブ１の表面積を１０-5ｍ2 以上とすることによってプロ
ーブ電流を増大させ、プラズマパラメータの解析を容易
に行うことができる。
ブ１の表面積を１０-5ｍ2 以上とすることによってプロ
ーブ電流を増大させ、プラズマパラメータの解析を容易
に行うことができる。
【００２０】一般に、シングルプローブ（単純探針法）
測定によって得られる典型的な電流電圧特性を図２に示
す。図２において、領域Ｉはプローブに正のイオン電流
が流れるイオン飽和領域で、Ｉ+ はイオン飽和電流を示
す。
測定によって得られる典型的な電流電圧特性を図２に示
す。図２において、領域Ｉはプローブに正のイオン電流
が流れるイオン飽和領域で、Ｉ+ はイオン飽和電流を示
す。
【００２１】また領域IIにおいては、プローブにかかる
電圧Ｖを正に増加させることにより急激に電子電流Ｉe
（Ｖ）が増加する。これは、非平衡プラズマにおいて電
子温度をＴe としたときにそのエネルギーｋＴe （ｋ：
ボルツマン定数）は１ｅＶを越える程度大きいことか
ら、プローブの電位Ｖが空間電位Ｖs より小さく電子に
とっては反発電界となるこの電子反発領域IIにおいても
プローブに電子が飛び込むためである。プローブ１に流
入する電子電流がイオン電流に等しくなる浮遊電位Ｖf
においては、、見かけ上プローブ電流は０となる。
電圧Ｖを正に増加させることにより急激に電子電流Ｉe
（Ｖ）が増加する。これは、非平衡プラズマにおいて電
子温度をＴe としたときにそのエネルギーｋＴe （ｋ：
ボルツマン定数）は１ｅＶを越える程度大きいことか
ら、プローブの電位Ｖが空間電位Ｖs より小さく電子に
とっては反発電界となるこの電子反発領域IIにおいても
プローブに電子が飛び込むためである。プローブ１に流
入する電子電流がイオン電流に等しくなる浮遊電位Ｖf
においては、、見かけ上プローブ電流は０となる。
【００２２】また IIIは電子飽和領域であり、プローブ
電位Ｖの増加と共にプローブ電流は増加するものの、プ
ラズマにおける電子密度で制限されており、更に電圧Ｖ
を増加させると放電破壊をおこすにいたる。ここでプラ
ズマパラメータの中で最も重要とされる電子密度及び電
子温度は、領域IIにおける電流−電圧特性から求めるこ
とができる。Ｉesは電子飽和電流を示す。
電位Ｖの増加と共にプローブ電流は増加するものの、プ
ラズマにおける電子密度で制限されており、更に電圧Ｖ
を増加させると放電破壊をおこすにいたる。ここでプラ
ズマパラメータの中で最も重要とされる電子密度及び電
子温度は、領域IIにおける電流−電圧特性から求めるこ
とができる。Ｉesは電子飽和電流を示す。
【００２３】ラングミュアの解析によりプラズマにおけ
る電子のエネルギー分布をマクスウェル−ボルツマン分
布と仮定すると平板型のプローブを流れる電子電流Ｉe
は、下記の式のように表すことができる。
る電子のエネルギー分布をマクスウェル−ボルツマン分
布と仮定すると平板型のプローブを流れる電子電流Ｉe
は、下記の式のように表すことができる。
【００２４】 Ｉe ＝ｅＮe Ｓ (ｋＴe ／２πｍe )1/2・exp[−ｅ（Ｖs −Ｖ）／ｋＴe ] ‥‥（１）
【００２５】またこの（１）式より、空間電位Ｖs にお
ける電子飽和電流Ｉesは、 Ｉes＝ｅＮe Ｓ（ｋＴe ／２πｍe ）1/2 ‥‥（２）
ける電子飽和電流Ｉesは、 Ｉes＝ｅＮe Ｓ（ｋＴe ／２πｍe ）1/2 ‥‥（２）
【００２６】となる。ここに各記号は、ｅ：電気素量、
Ｎe ：電子密度、Ｓ：プローブ表面積、ｍe ：電子質量
をそれぞれ示す。
Ｎe ：電子密度、Ｓ：プローブ表面積、ｍe ：電子質量
をそれぞれ示す。
【００２７】上述の（１）式からわかるように、ｌｏｇ
（Ｉe ）−Ｖをプロットすると、マクスウェル−ボルツ
マン分布の仮定が正しければ直線上にのり、その傾きか
ら電子温度Ｔe を求めることができ、更に、この値を
（２）式に代入することにより電子密度が求まる。
（Ｉe ）−Ｖをプロットすると、マクスウェル−ボルツ
マン分布の仮定が正しければ直線上にのり、その傾きか
ら電子温度Ｔe を求めることができ、更に、この値を
（２）式に代入することにより電子密度が求まる。
【００２８】即ち、この（２）式からわかるように、プ
ローブを流れる電流Ｉe は表面積Ｓに比例する。従って
プラズマ電子密度が低い場合、これに比例して電子電流
が小さくなり、通常のプローブを用いると有意な電流−
電圧特性を求めることができないが、本発明によればプ
ローブ表面積を増大させることにより、プラズマ電流を
増大させ有意なＩ−Ｖ特性が求められるようになる。
ローブを流れる電流Ｉe は表面積Ｓに比例する。従って
プラズマ電子密度が低い場合、これに比例して電子電流
が小さくなり、通常のプローブを用いると有意な電流−
電圧特性を求めることができないが、本発明によればプ
ローブ表面積を増大させることにより、プラズマ電流を
増大させ有意なＩ−Ｖ特性が求められるようになる。
【００２９】そして上述の図１に示す装置において、表
面積が０．０８４ｍ2 の平板メッシュ型のプローブを装
着してＡｒプラズマについてＩ−Ｖ特性を測定した結果
を図３に示す。このプローブ表面積は、通常のものに比
べ約４桁大きく、このときの放電条件は、Ａｒ流量３０
ｓｃｃｍ、周波数１３．５ｋＨｚのＲＦ電力が５Ｗ、メ
ッシュ電極１３の電位ＶG1を１０Ｖ、装置内圧力を１０
０ｍｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）とした。
面積が０．０８４ｍ2 の平板メッシュ型のプローブを装
着してＡｒプラズマについてＩ−Ｖ特性を測定した結果
を図３に示す。このプローブ表面積は、通常のものに比
べ約４桁大きく、このときの放電条件は、Ａｒ流量３０
ｓｃｃｍ、周波数１３．５ｋＨｚのＲＦ電力が５Ｗ、メ
ッシュ電極１３の電位ＶG1を１０Ｖ、装置内圧力を１０
０ｍｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）とした。
【００３０】この結果から、電子のエネルギー分布はほ
ぼマクスウェル−ボルツマン分布に従っていることがわ
かり、また電子温度ｋＴe ＝１．９１ｅＶ、電子密度Ｎ
e ＝３．４６×１０5 ｃｍ-3が求められた。
ぼマクスウェル−ボルツマン分布に従っていることがわ
かり、また電子温度ｋＴe ＝１．９１ｅＶ、電子密度Ｎ
e ＝３．４６×１０5 ｃｍ-3が求められた。
【００３１】このことから、この場合プラズマ計測用プ
ローブ１の上部のメッシュ電極１３は通常１０8 ｃｍ-3
以上となる電子密度を約３桁減少させる効果を持つこと
が認められた。
ローブ１の上部のメッシュ電極１３は通常１０8 ｃｍ-3
以上となる電子密度を約３桁減少させる効果を持つこと
が認められた。
【００３２】ところで、プローブ１の表面積を大きくす
ることは、プラズマに対する擾乱を与えていることにな
り、その補正が問題となる。これに対しては、次のよう
な考察を行った。上述のプローブ１はメッシュ電極１３
と同様、試料８側の空間、即ち処理室１２に対してプラ
ズマ遮蔽効果を持つ。従って図１におけるプラズマ計測
用プローブ１の下部における電子密度は、上部における
電子密度より充分小さくなる。
ることは、プラズマに対する擾乱を与えていることにな
り、その補正が問題となる。これに対しては、次のよう
な考察を行った。上述のプローブ１はメッシュ電極１３
と同様、試料８側の空間、即ち処理室１２に対してプラ
ズマ遮蔽効果を持つ。従って図１におけるプラズマ計測
用プローブ１の下部における電子密度は、上部における
電子密度より充分小さくなる。
【００３３】そこで、上述の例において電子密度を求め
る場合、プローブ１の表面積として全表面積を用いず
に、その半分であるＳ＝０．０４２ｍ2 として計算を行
う。この補正法は最も簡単であり、且つ上述したように
上部のメッシュ電極のプラズマ遮蔽効果が充分大きいこ
とと矛盾がなく、またこのことからも支持される。
る場合、プローブ１の表面積として全表面積を用いず
に、その半分であるＳ＝０．０４２ｍ2 として計算を行
う。この補正法は最も簡単であり、且つ上述したように
上部のメッシュ電極のプラズマ遮蔽効果が充分大きいこ
とと矛盾がなく、またこのことからも支持される。
【００３４】図４においては、上述の計測方法を用い
て、Ａｒリモートプラズマにおける空間電位Ｖs のメッ
シュ電極バイアス電圧ＶG1依存性を測定した結果を示
す。この結果から、空間電位Ｖs は、ＲＦパワーによら
ずにＶG1に対し直線的に変化していることがわかる。こ
のように、本発明においては、メッシュ電極１３による
プラズマの空間電位のコントロール効果をも確認するこ
とができる。図４において□、◆、■、◇はそれぞれＲ
Ｆパワーが２０Ｗ、１５Ｗ、１０Ｗ、５Ｗの場合を示
す。
て、Ａｒリモートプラズマにおける空間電位Ｖs のメッ
シュ電極バイアス電圧ＶG1依存性を測定した結果を示
す。この結果から、空間電位Ｖs は、ＲＦパワーによら
ずにＶG1に対し直線的に変化していることがわかる。こ
のように、本発明においては、メッシュ電極１３による
プラズマの空間電位のコントロール効果をも確認するこ
とができる。図４において□、◆、■、◇はそれぞれＲ
Ｆパワーが２０Ｗ、１５Ｗ、１０Ｗ、５Ｗの場合を示
す。
【００３５】また図５においては、Ａｒリモートプラズ
マの電子密度のＲＦ電力依存性を測定した結果を示す。
図５において□、◆、■、◇、○はそれぞれメッシュ電
極１３のバイアス電圧ＶG1が２０Ｖ、１０Ｖ、ＧＮＤ
（接地）、−１０Ｖ、−２０Ｖの場合をそれぞれ示す。
メッシュ電極１３のバイアス電圧ＶG1に殆ど依存するこ
となく、電子密度はＲＦ電力に対しほぼ直線的に変化し
ていることが明らかになった。
マの電子密度のＲＦ電力依存性を測定した結果を示す。
図５において□、◆、■、◇、○はそれぞれメッシュ電
極１３のバイアス電圧ＶG1が２０Ｖ、１０Ｖ、ＧＮＤ
（接地）、−１０Ｖ、−２０Ｖの場合をそれぞれ示す。
メッシュ電極１３のバイアス電圧ＶG1に殆ど依存するこ
となく、電子密度はＲＦ電力に対しほぼ直線的に変化し
ていることが明らかになった。
【００３６】以上のように、プラズマ遮蔽用のメッシュ
電極と同様のサイズ、構造を有するプラズマ計測用プロ
ーブ１を用いることによって、試料８の近傍の圧力、流
量をあまり変えることなく、成膜等の処理時の条件に近
い状態でプラズマ計測を行うことができる。この場合、
比較的安価な、例えばμＡオーダー程度の電流レンジの
測定が可能な測定系を用いても、従来計測が困難であっ
た電子密度１０8 ｃｍ -3以下の低励起状態のプラズマ計
測を行うことができる。
電極と同様のサイズ、構造を有するプラズマ計測用プロ
ーブ１を用いることによって、試料８の近傍の圧力、流
量をあまり変えることなく、成膜等の処理時の条件に近
い状態でプラズマ計測を行うことができる。この場合、
比較的安価な、例えばμＡオーダー程度の電流レンジの
測定が可能な測定系を用いても、従来計測が困難であっ
た電子密度１０8 ｃｍ -3以下の低励起状態のプラズマ計
測を行うことができる。
【００３７】また、処理時に更にプラズマ遮蔽が必要と
なる場合は、このプローブ１をそのまま処理時に装着し
たままにしておくことも可能である。尚、例えば膜堆積
を行う場合に、堆積速度を殆ど低下させることなくプロ
ーブ２を設けることも可能である。
なる場合は、このプローブ１をそのまま処理時に装着し
たままにしておくことも可能である。尚、例えば膜堆積
を行う場合に、堆積速度を殆ど低下させることなくプロ
ーブ２を設けることも可能である。
【００３８】但し、この場合の試料８の近傍のプラズマ
診断を行うためには、更にプローブ１の下部の試料８近
傍に第２のプラズマ計測用プローブを設けてもよい。
診断を行うためには、更にプローブ１の下部の試料８近
傍に第２のプラズマ計測用プローブを設けてもよい。
【００３９】また、プローブ１を装着させる位置は上述
の例に限定されることなく、例えばプローブ１の板厚が
十分薄い場合は、プラズマパラメータの空間分解能がシ
ース長（デバイ長）によって決まることから、非常に高
い精度でプラズマパラメータの空間分布計測を行うこと
ができる。
の例に限定されることなく、例えばプローブ１の板厚が
十分薄い場合は、プラズマパラメータの空間分解能がシ
ース長（デバイ長）によって決まることから、非常に高
い精度でプラズマパラメータの空間分布計測を行うこと
ができる。
【００４０】尚、上述の例においてはシングルプローブ
法に本発明を適用した場合について説明いたが、ダブル
プローブ法、トリプルプローブ法による解析について
も、同様に本発明を適用することによって低励起状態の
プラズマ計測を行うことができる。
法に本発明を適用した場合について説明いたが、ダブル
プローブ法、トリプルプローブ法による解析について
も、同様に本発明を適用することによって低励起状態の
プラズマ計測を行うことができる。
【００４１】また更に上述の考察においては、電子のエ
ネルギー分布がマクスウェル−ボルツマン分布となって
いる場合についてのみ述べたが、一般には必ずしもこの
限りではない。ただしこの場合は、電子電流Ｉe をプロ
ーブにかける電圧Ｖで２回微分することによって電子エ
ネルギー分布関数（electron energy distributionfunc
tion：ＥＥＤＦ）を求めることができる。
ネルギー分布がマクスウェル−ボルツマン分布となって
いる場合についてのみ述べたが、一般には必ずしもこの
限りではない。ただしこの場合は、電子電流Ｉe をプロ
ーブにかける電圧Ｖで２回微分することによって電子エ
ネルギー分布関数（electron energy distributionfunc
tion：ＥＥＤＦ）を求めることができる。
【００４２】また、プラズマ放電させるガス種について
は、上述のＡｒの他種々の材料を用いることができる。
は、上述のＡｒの他種々の材料を用いることができる。
【００４３】上述の考察においてはイオンについては述
べていないが、例えばエッチング処理用プラズマ装置に
おいては、負イオンは重要な働きをする。このような正
負イオンの解析をシングルプローブ法で行うことができ
る。
べていないが、例えばエッチング処理用プラズマ装置に
おいては、負イオンは重要な働きをする。このような正
負イオンの解析をシングルプローブ法で行うことができ
る。
【００４４】プラズマ分解反応を用いた膜堆積プロセス
に用いるガスの場合は、プローブ表面の絶縁物汚染を考
慮することが必要となる。汚染されたまま測定を行う
と、正確な電流値を得ることが出来ない。
に用いるガスの場合は、プローブ表面の絶縁物汚染を考
慮することが必要となる。汚染されたまま測定を行う
と、正確な電流値を得ることが出来ない。
【００４５】このプローブ表面の絶縁物がプラズマエッ
チングにより除去可能な場合は、例えば図６Ａ及びＢに
その動作態様を示すように、待機中に絶縁物除去を行
い、また処理時に上述の例と同様にプラズマ計測を行う
装置構成とすることもできる。
チングにより除去可能な場合は、例えば図６Ａ及びＢに
その動作態様を示すように、待機中に絶縁物除去を行
い、また処理時に上述の例と同様にプラズマ計測を行う
装置構成とすることもできる。
【００４６】図６Ａにおいては待機中、即ちプローブ１
のクリーニング中の状態を示す。リモートプラズマ処理
を行う装置１０に隣接して、エッチング処理部１０Ｅを
設け、非測定時にはこの放電領域にプラズマ計測用プロ
ーブ１を待避させておく。そしてプラズマ計測時には、
図６Ｂに示すように、プラズマ処理装置１０に、プロー
ブ１に膜堆積が起こらないような極短時間のみプローブ
１を挿入してプラズマ計測を行う。このような構成とす
ることによって、より正確なプラズマ計測を行うことが
できる。図６Ａ及びＢにおいて２はＲＦ電極、また２Ａ
及び２Ｂはプラズマエッチング用のＲＦ電極、１７は例
えば開閉機能を備えた接続部を示す。
のクリーニング中の状態を示す。リモートプラズマ処理
を行う装置１０に隣接して、エッチング処理部１０Ｅを
設け、非測定時にはこの放電領域にプラズマ計測用プロ
ーブ１を待避させておく。そしてプラズマ計測時には、
図６Ｂに示すように、プラズマ処理装置１０に、プロー
ブ１に膜堆積が起こらないような極短時間のみプローブ
１を挿入してプラズマ計測を行う。このような構成とす
ることによって、より正確なプラズマ計測を行うことが
できる。図６Ａ及びＢにおいて２はＲＦ電極、また２Ａ
及び２Ｂはプラズマエッチング用のＲＦ電極、１７は例
えば開閉機能を備えた接続部を示す。
【００４７】また、プラズマの放電の形式としては、Ｄ
Ｃ（直流）、高周波、ＲＦ、ＶＨＦ、マイクロ波のいず
れも利用することができる。特に平行平板型プラズマ装
置の場合は大面積処理が容易となるという特徴がある
が、この場合プローブの表面積を無理なく大きくするこ
とができるという利点もある。
Ｃ（直流）、高周波、ＲＦ、ＶＨＦ、マイクロ波のいず
れも利用することができる。特に平行平板型プラズマ装
置の場合は大面積処理が容易となるという特徴がある
が、この場合プローブの表面積を無理なく大きくするこ
とができるという利点もある。
【００４８】更にまた例えば図７の略線的構成図に示す
ように、複数のメッシュ電極によりプラズマを遮蔽する
平行平板型のリモートプラズマにおいて、プラズマ計測
を行うこともできる。
ように、複数のメッシュ電極によりプラズマを遮蔽する
平行平板型のリモートプラズマにおいて、プラズマ計測
を行うこともできる。
【００４９】この例では、メッシュ電極１３Ａ、１３Ｂ
及び１３Ｃを所定の間隔でＲＦ電極２と試料８との間に
設けると共に、その下部に例えばメッシュ状のプラズマ
計測用プローブ１を設けたものである。図７において、
図１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。
及び１３Ｃを所定の間隔でＲＦ電極２と試料８との間に
設けると共に、その下部に例えばメッシュ状のプラズマ
計測用プローブ１を設けたものである。図７において、
図１に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。
【００５０】この場合においても同様に、十分なプロー
ブ電流を得ることができて、上述の各例と同様に、精度
良くプラズマパラメータを測定することができた。
ブ電流を得ることができて、上述の各例と同様に、精度
良くプラズマパラメータを測定することができた。
【００５１】以上本発明の各実施例を説明したが、本発
明はこれらに限定されることなく、本発明構成を逸脱し
ない範囲で種々の変形変更が可能である。また本発明プ
ラズマ計測方法においても、適用するプラズマ装置の構
成等、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
明はこれらに限定されることなく、本発明構成を逸脱し
ない範囲で種々の変形変更が可能である。また本発明プ
ラズマ計測方法においても、適用するプラズマ装置の構
成等、種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００５２】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、プロー
ブの表面積を１０-5ｍ2 以上と従来に比し大きくしたこ
とによって、これに比例して充分なプローブ電流が得ら
れ、且つプラズマパラメータに殆ど影響を及ぼすことな
くプラズマ計測を行うことができ、従来のプローブでは
決定できなかった低励起状態のプラズマパラメータの決
定が可能となる。
ブの表面積を１０-5ｍ2 以上と従来に比し大きくしたこ
とによって、これに比例して充分なプローブ電流が得ら
れ、且つプラズマパラメータに殆ど影響を及ぼすことな
くプラズマ計測を行うことができ、従来のプローブでは
決定できなかった低励起状態のプラズマパラメータの決
定が可能となる。
【００５３】また比較的安価なμＡオーダーの電流レン
ジの測定が可能な測定系を用いても、従来計測が困難で
あった電子密度１０8 ｃｍ-3以下の低励起状態のプラズ
マ計測を行うことができる。
ジの測定が可能な測定系を用いても、従来計測が困難で
あった電子密度１０8 ｃｍ-3以下の低励起状態のプラズ
マ計測を行うことができる。
【００５４】更にまた、処理時に更にプラズマ遮蔽が必
要となる場合にこのプラズマ計測用プローブをそのまま
処理時に装着したままにしておくこともできる。特にプ
ローブをメッシュ状とする場合、重要な装置パラメータ
であるチャンバー内のガス圧力を大きく変えることな
く、処理と同時に計測を行うことができる。
要となる場合にこのプラズマ計測用プローブをそのまま
処理時に装着したままにしておくこともできる。特にプ
ローブをメッシュ状とする場合、重要な装置パラメータ
であるチャンバー内のガス圧力を大きく変えることな
く、処理と同時に計測を行うことができる。
【００５５】またプローブに被着した絶縁物除去用のエ
ッチング処理部を設け、待機時にはここにおいてプロー
ブ表面の絶縁物をエッチング除去し、計測時にのみ処理
部にプローブを挿入することによって、より正確な計測
を行うと共に繰り返し使用が可能となる。
ッチング処理部を設け、待機時にはここにおいてプロー
ブ表面の絶縁物をエッチング除去し、計測時にのみ処理
部にプローブを挿入することによって、より正確な計測
を行うと共に繰り返し使用が可能となる。
【図１】本発明実施例の略線的構成図である。
【図２】プラズマ計測用プローブの電流−電圧特性図で
ある。
ある。
【図３】本発明実施例における電流−電圧特性図であ
る。
る。
【図４】空間電位のメッシュ電極バイアス電圧依存性を
示す図である。
示す図である。
【図５】電子密度のＲＦパワー依存性を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例の説明図である。
【図７】本発明の他の実施例の略線的構成図である。
１ プラズマ計測用プローブ ２ ＲＦ電極 ３ 試料台 ４ 電源 ５ 導入口 ６ ヒーター ７ 排気口 ８ 試料 １０ プラズマ装置 １１ プラズマ生成部 １２ 処理部 １３ メッシュ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関谷 光信 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 鮫島 俊之 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 表面積が１０-5ｍ2 以上とされたことを
特徴とするプラズマ計測用プローブ。 - 【請求項２】 平板状に形成されて成ることを特徴とす
る上記請求項１に記載のプラズマ計測用プローブ。 - 【請求項３】 メッシュ状に形成されて成ることを特徴
とする上記請求項１に記載のプラズマ計測用プローブ。 - 【請求項４】 電子密度が１０-8ｃｍ-3以下のプラズマ
雰囲気において、表面積が１０-5ｍ2 以上とされたプラ
ズマ計測用プローブによりプラズマパラメータを測定す
ることを特徴とするプラズマ計測方法。 - 【請求項５】 プラズマ生成部と処理部との間にメッシ
ュ電極が設けられたプラズマ装置を用いて測定すること
を特徴とする上記請求項４に記載のプラズマ計測方法。 - 【請求項６】 上記プラズマ計測用プローブがメッシュ
状に形成されて成ることを特徴とする上記請求項４又は
５に記載のプラズマ計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5157438A JPH0737817A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | プラズマ計測用プローブ及びこれを用いたプラズマ計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5157438A JPH0737817A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | プラズマ計測用プローブ及びこれを用いたプラズマ計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0737817A true JPH0737817A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=15649657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5157438A Pending JPH0737817A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | プラズマ計測用プローブ及びこれを用いたプラズマ計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0737817A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100458328B1 (ko) * | 2002-03-27 | 2004-11-26 | 주성엔지니어링(주) | 플라즈마 감지장치 |
| JP2008038164A (ja) * | 2006-08-02 | 2008-02-21 | Ulvac Japan Ltd | プラズマｃｖｄ装置 |
| US7467773B2 (en) | 2004-12-14 | 2008-12-23 | Funai Electric Co., Ltd. | Support structure for liquid crystal television receiver and support structure for display device |
| WO2009158556A2 (en) * | 2008-06-26 | 2009-12-30 | Lam Research Corporation | Methods for automatically characterizing a plasma |
| US8159233B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-04-17 | Lam Research Corporation | Passive capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting in-situ arcing events in a plasma processing chamber |
| US8164353B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-04-24 | Lam Research Corporation | RF-biased capacitively-coupled electrostatic (RFB-CCE) probe arrangement for characterizing a film in a plasma processing chamber |
| US8164349B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-04-24 | Lam Research Corporation | Capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting strike step in a plasma processing chamber and methods thereof |
| US8179152B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-05-15 | Lam Research Corporation | Passive capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting plasma instabilities in a plasma processing chamber |
| US8547085B2 (en) | 2008-07-07 | 2013-10-01 | Lam Research Corporation | Plasma-facing probe arrangement including vacuum gap for use in a plasma processing chamber |
| US8780522B2 (en) | 2008-07-07 | 2014-07-15 | Lam Research Corporation | Capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting dechucking in a plasma processing chamber and methods thereof |
| CN116794151A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-22 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 常压条件下发射药燃烧产物电子密度的实验测试方法 |
-
1993
- 1993-06-28 JP JP5157438A patent/JPH0737817A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100458328B1 (ko) * | 2002-03-27 | 2004-11-26 | 주성엔지니어링(주) | 플라즈마 감지장치 |
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| WO2009158556A3 (en) * | 2008-06-26 | 2010-04-01 | Lam Research Corporation | Methods for automatically characterizing a plasma |
| CN102067739A (zh) * | 2008-06-26 | 2011-05-18 | 朗姆研究公司 | 自动表征等离子体的方法 |
| US8159233B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-04-17 | Lam Research Corporation | Passive capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting in-situ arcing events in a plasma processing chamber |
| US8164353B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-04-24 | Lam Research Corporation | RF-biased capacitively-coupled electrostatic (RFB-CCE) probe arrangement for characterizing a film in a plasma processing chamber |
| US8164349B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-04-24 | Lam Research Corporation | Capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting strike step in a plasma processing chamber and methods thereof |
| US8179152B2 (en) | 2008-07-07 | 2012-05-15 | Lam Research Corporation | Passive capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting plasma instabilities in a plasma processing chamber |
| US8547085B2 (en) | 2008-07-07 | 2013-10-01 | Lam Research Corporation | Plasma-facing probe arrangement including vacuum gap for use in a plasma processing chamber |
| US8780522B2 (en) | 2008-07-07 | 2014-07-15 | Lam Research Corporation | Capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe arrangement for detecting dechucking in a plasma processing chamber and methods thereof |
| US9153421B2 (en) | 2008-07-07 | 2015-10-06 | Lam Research Corporation | Passive capacitively-coupled electrostatic (CCE) probe method for detecting plasma instabilities in a plasma processing chamber |
| CN116794151A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-09-22 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 常压条件下发射药燃烧产物电子密度的实验测试方法 |
| CN116794151B (zh) * | 2023-06-27 | 2024-02-02 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 常压条件下发射药燃烧产物电子密度的实验测试方法 |
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