JPH08167588A - プラズマ処理装置及びプラズマモニタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料の処理表面で均一なプラズマ処理を行え
るプラズマ処理装置を提供する。 【構成】 反応室１１内に補助磁場を形成するための補
助コイル１５が備えられたものであり、試料１０の処理
表面１０ａ上のモニタ領域においけるプラズマ密度の分
布状態を観察するプラズマモニタリング手段２と、記憶
手段１８を有する比較手段１９とを備えている。比較手
段１９には、プラズマモニタリング手段２と補助コイル
１５の電流制御手段１６が接続されている。記憶手段１
８は、同一プロセスにおけるプラズマ密度の基準分布状
態を記憶するものである。比較手段１９は、プラズマモ
ニタリング手段２から得られたプラズマ密度の分布状態
と基準分布状態とを比較して反応室内のプラズマを基準
分布状態にするために補助コイル１５に流す補正電流値
を求め、この補正電流値を電流制御手段１６に指示する
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
で用いられるプラズマ処理装置及び当該プラズマ処理装
置に備えられるプラズマモニタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体プロセスで用いられるプラズマ処
理装置の反応室には、試料を中心にして対向する状態で
当該反応室内に反応ガスを導入するガス導入手段が複数
配置されている。各ガス導入手段には、当該ガス導入手
段から導入する反応ガスの流量を一括して制御する流量
制御手段が接続されている。このようなプラズマ処理装
置では、各ガス導入手段から反応室内に均等に反応ガス
が供給され、各ガス導入手段から導入される反応ガスの
流量によって、反応室内のプラズマ密度を制御すること
ができる。

【０００３】また、上記のプラズマ処理装置のうち、例
えば発散磁場型のＥＣＲプラズマ装置のようにプラズマ
生成室内で生成されたプラズマを発散磁場によって反応
室内に供給する装置には、補助コイルが備えられてい
る。この補助コイルは、プラズマ生成室に配置される主
コイルに対してミラー磁場を形成するミラーコイルやカ
スプ磁場を形成するカスプコイルからなる。上記各補助
コイルは、それぞれ一連のリング状に形成され試料を中
心にして反応室の周囲を囲む状態で配置されている。上
記構成のプラズマ処理装置では、各補助コイルに流す電
流値を制御することによって反応室内の補助磁界を同心
円上で制御し、処理表面に対するプラズマ密度の分布状
態と入射方向とを同心円上でそれぞれ変化させることが
できる。

【０００４】一方、上記反応室内のプラズマ密度の分布
状態を観察する装置としては、電子及び電界を計測する
プローブや各種の光学測定器等を用いている。上記プロ
ーブは、その先端をプラズマ内に挿入することによっ
て、挿入部分のプラズマ密度を測定することができる。
また、上記光学測定器は、反応室内のプラズマから放出
される光を受光することによって、反応室内または反応
室内のあるポイントのプラズマ密度を測定することがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のプラズ
マ処理装置及びプラズマモニタリング装置は、以下のよ
うな課題があった。すなわち、上記プラズマ処理装置で
は、反応室内のプラズマ密度及びプラズマ密度の分布を
制御する系にプラズマモニタリング手段が接続されてい
ない。このため、例えば上記プラズマモニタリング手段
で反応室内のプラズマ密度をモニタリングしても、この
結果をプラズマ処理装置の制御系にフィードバックする
ことができず、リアルタイムで反応室内のプラズマ密度
を制御しながらプラズマ処理を行うことができない。

【０００６】そして、反応室に複数のガス導入手段が設
けられた上記プラズマ処理装置は、流量制御手段による
ガス流量の制御が各ガス導入手段で一括して行われるこ
とから、反応室内における反応ガス密度の分布状態を変
化させることができない。また、補助コイルが設けられ
た上記プラズマ処理装置は、上記補助コイルが一連のリ
ング形状であることから、処理表面に対するプラズマ密
度の分布中心を移動させることができない。以上のこと
から、上記のプラズマ処理装置では、処理表面に対して
プラズマ密度の分布状態に偏りが有ってもこの偏りを補
正することができず、処理表面内で均一にプラズマ処理
を行うことができない。

【０００７】さらに、上記プラズマモニタリング装置
は、反応室内または反応室内のあるポイントのプラズマ
密度しか測定することができない。このため、試料の処
理表面上方のプラズマ密度の分布状態を知るためには、
複数点でプラズマ密度の測定を行う必要がある。しか
し、この方法では、処理表面上の全面にわたってリアル
タイムでプラズマ密度の分布状態を精度良く測定するこ
とができない。

【０００８】そこで本発明は、試料の処理表面で均一に
プラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置及び
試料の処理表面上方のプラズマ密度の分布状態を精度良
く観察することができるプラズマモニタリング装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１のプラズマ処理装置は、プラズマ処理を
行う反応室内に補助磁場を形成するための補助コイルが
備えられたものであり、試料の処理表面上のモニタ領域
におけるプラズマ密度の分布状態を観察するプラズマモ
ニタリング手段と、記憶手段を有する比較手段とを有し
ている。比較手段には、プラズマモニタリング手段と上
記補助コイルの電流制御手段が接続されている。上記記
憶手段は、同一プロセスにおけるプラズマ密度の基準分
布状態を記憶するものである。上記比較手段は、上記プ
ラズマモニタリング手段から得られたプラズマ密度の分
布状態と上記基準分布状態とを比較して反応室内のプラ
ズマを上記基準分布状態にするために各補助コイルに流
す補正電流値を求め、この補正電流値を上記電流制御手
段に指示するものである。

【００１０】さらに、第２のプラズマ処理装置は、上記
と同様の補助コイルを備えたプラズマ処理装置におい
て、この補助コイルを上記反応室内の処理表面を中心に
して対向する状態で配置される複数の同極コイルで構成
した。これらの各同極コイルは、当該各同極コイルに流
す電流をそれぞれ個別に制御する電流制御手段に接続さ
せる。

【００１１】上記第２のプラズマ処理装置には、上記第
１のプラズマ処理装置と同様のプラズマモニタリング手
段，記憶手段及び比較手段を設けても良い。但し、上記
比較手段は、各同極コイルに流す補正電流値を個別に求
めるものとする。

【００１２】次に、本発明の第３のプラズマ処理装置
は、反応室の複数箇所に反応ガスのガス導入手段を配置
してなるものである。これらの各ガス導入手段には、各
ガス導入手段から上記反応室内に導入する反応ガスの流
量値を個別に制御する流量制御手段を接続させる。

【００１３】上記第３のプラズマ処理装置には、上記第
１のプラズマ処理装置と同様のプラズマモニタリング手
段と記憶手段と比較手段とを設けても良い。この場合、
上記比較手段は、上記プラズマモニタリング手段から得
られたプラズマ密度の分布状態と上記基準分布状態とを
比較し、比較結果に基づいて反応室内のプラズマ密度の
分布状態を上記基準分布状態にするために各ガス導入手
段からの補正流量値を個別に求めるものとする。

【００１４】さらに、本発明のプラズマモニタリング装
置は、プラズマ処理を行う反応室に配置される第１及び
第２のカメラと、これらに接続する画像処理手段と、こ
の画像処理手段に接続する出力手段とを有している。上
記各カメラは、特定の波長を透過するフィルタが取り付
けられ処理表面上のモニタ領域を異なる方向から視野に
入れる状態でそれぞれ配置される。上記画像処理手段
は、各カメラからの情報を上記モニタ領域のプラズマ密
度の分布状態の情報として処理するものである。上記出
力手段は、画像処理手段で得られた上記プラズマ密度の
分布状態を表示するものである。

【００１５】

【作用】第１のプラズマ処理装置には、プラズマモニタ
リング手段で観察されたモニタ領域のプラズマ密度の分
布状態と上記領域の基準分布状態とを比較して補助コイ
ルに流す補正電流値を求める比較手段が備えられてい
る。この比較手段は、補助コイルの電流制御手段に上記
電流値を指示することから、上記補助コイルにはモニタ
領域のプラズマ密度の分布状態がフィードバックされ、
リアルタイムでプラズマ密度の分布状態が上記基準状態
に補正される。

【００１６】また、第２のプラズマ処理装置では、試料
の処理表面を中心にして配置される複数の同極コイルで
上記補助コイルが構成され、それぞれの同極コイルを個
別に制御する電流制御手段に接続されている。このた
め、各同極コイルに流す電流値によって、反応室内の補
助磁界の強度と補助磁界の強度中心とが制御される。こ
のため、処理表面に対して制御中心をずらしたプラズマ
密度の分布状態の制御が行われる。

【００１７】次に、第３のプラズマ処理装置では、複数
のガス導入手段のガス流量を個別に制御する流量制御手
段が各ガス導入手段に接続されている。このことから、
各ガス導入手段から流すガス流量によって、反応室内の
反応ガス密度の分布状態が制御される。このため、試料
表面に対するプラズマ密度の分布状態が制御される。

【００１８】そして、上記第２，第３のプラズマ処理装
置にプラズマモニタリング手段，記憶手段及び比較手段
とを設けることによって、処理表面に対するプラズマ密
度の分布状態が各同極コイルまたは各ガス導入手段にフ
ィードバックされ、モニタ領域のプラズマ密度が基準分
布状態に保たれる。

【００１９】さらに、本発明のプラズマモニタリング装
置には、処理表面上のモニタ領域をそれぞれ異なる方向
から視野に入れる第１及び第２のカメラが備えられてい
る。このため、上記画像処理手段で各カメラの各画素毎
の輝度情報をプラズマ密度の情報として処理することに
よって、上記モニタ領域におけるプラズマ密度の分布状
態が得られる。また、各カメラには、特定の波長を透過
するフィルタが取り付けられるため、ここで得られるプ
ラズマ密度の分布状態は、プラズマ中の特定の活性種の
分布状態になる。そして、上記画像処理手段には出力手
段が接続されていることから、上記モニタ領域の活性種
の分布状態が上記出力手段に出力される。

【００２０】

【実施例】以下、第１実施例のプラズマ処理装置と、こ
れに組み込まれる実施例のプラズマモニタリング装置と
を図面に基づいて説明する。ここでは、一例として、図
１に示す発散磁場型のＥＣＲプラズマ処理装置に、図２
に示すプラズマモニタリング装置を組み込む場合を説明
する。

【００２１】先ず図２に基づいて、上記プラズマモニタ
リング装置の構成を説明する。ここで、図２（１）は上
記プラズマ処理装置（１）の反応室（１１）内に配置さ
れる試料１０の処理表面１０ａ及びその周囲部分を上方
向から見た平面図であり、図２（２）は上記部分をＡ−
Ａ’断面方向から見た図である。

【００２２】この図に示すように、プラズマモニタリン
グ装置は、第１のカメラ２１と第２のカメラ２２とを備
えている。各カメラ２１，２２は、画像処理手段２３に
接続されている。画像処理手段２３には、例えばＣＲＴ
のような出力手段２４が接続されている。

【００２３】上記各カメラ２１，２２は、例えばＣＣＤ
カメラであり、上記反応室内の所のモニタ領域１１ａが
それぞれのカメラ２１，２２の視野２１ａ，２２ａ内に
収まり、かつ各視野２１ａ，２２ａが互いに交差する状
態で上記反応室の外部に配置される。ここで、上記モニ
タ領域１１ａは、例えば少なくとも試料１０の処理表面
１０ａの直上における所定の高さ範囲ｈとする。この高
さ範囲ｈとは処理表面１０ａに対してプラズマ処理の影
響が及ぶ高さとする。そして、各カメラ２１，２２の視
野２１ａ，２２ａの中心線２１ｂ，２２ｂが、それぞれ
直交しかつプラズマ処理の対象となる試料１０の処理表
面１０ａに対して平行になるように、当該各カメラ２
１，２２を配置することとする。

【００２４】さらに、上記各カメラ２１，２２のレンズ
には特定の波長のみを透過するフィルタ２５を取り付け
る。このフィルタ２５は、上記反応室内で発生するプラ
ズマ中に含まれる活性種から放出される特定の波長を透
過させるものである。

【００２５】例えば、試料１０の処理表面１０ａ上に、
酸化シリコン膜を成膜する際のプラズマモニタリングを
行う場合には、活性種として水素化シリコンから放出さ
れる光を透過するフィルタ２５を各カメラ２１，２２毎
に用意する。また、観察するべき活性種が複数にわたる
場合には、各活性種から放出される光を透過する各フィ
ルタ２５を各カメラ２１，２２毎に用意する。そして、
各光が充分に各カメラ２１，２２で受光される時間毎
に、各フィルタが交換されるように構成する。

【００２６】また、上記画像処理手段２３は、各カメラ
２１，２２からの情報をモニタ領域１１ａのプラズマ密
度の分布状態の情報として処理するものである。この画
像処理手段２３には各カメラ２１，２２が接続されてい
る。ここで、上記カメラ２１，２２の画像は、各視野２
１ａ，２１ｂの奥行き方向のプラズマ密度が積算された
２次元の輝度分布になる。そして、この画像処理手段２
３には、上記のように視野の奥行きが積算された２次元
の画像情報が、同一のモニタ領域１１ａに関して２方向
から取り入れられる。

【００２７】ここでの画像処理は、例えば以下のように
行われる。先ず、図３（１）のグラフに示すように、上
記反応室内の形状及び上記各カメラの視野の広がりを考
慮して各カメラから送られてくる各画素毎の輝度信号を
画像処理し、処理表面上のモニタ領域の奥行きを均一と
した場合の高さ範囲ｈにおける輝度信号に補正する。輝
度信号の強弱は、プラズマ密度の工程と対応するため、
このグラフではプラズマ密度の２次元の分布状態が輝度
信号の濃淡で示される。尚、このグラフでは、例えば上
記第１のカメラの視野の中心線（２１ｂ）と直交する幅
方向をｘ方向，上記第２のカメラの視野の中心線（２２
ｂ）と直交する幅方向をｙ方向とする。

【００２８】さらに、図３（１）のグラフのように得ら
れたｘ，ｙ方向の輝度分布を高さ方向で積算し、図３
（２）のグラフの実線に示すように上記モニタ領域のｘ
方向とｙ方向との２方向に関する一次元の輝度分布に変
換しても良い。この図において、Ｏは試料の中心，ｒは
試料の直径を示す。このグラフでは、プラズマ密度の一
次元の分布状態が輝度信号の強度で示される。尚、複数
の活性種の分布状態を観察する場合には、各活性種毎に
上記の画像処理を行う。

【００２９】次に、上記図２で示した出力手段２４は、
例えばＣＲＴからなり、上記のような画像処理で得られ
た図３（１）や図３（２）のグラフを、処理表面１０ａ
上のプラズマ密度の分布状態として出力するものであ
る。

【００３０】上記のように構成された図２のプラズマモ
ニタリング装置２では、処理表面１０ａのプラズマ処理
に関わるモニタ領域１１ａのプラズマを複数のカメラを
用いてモニタし、画像処理手段２３で処理した情報を出
力手段２４に出力することで、上記モニタ領域１１ａの
プラズマの３次元の分布状態を知ることができる。ま
た、各カメラ２１，２２には、上記プラズマ中の特定の
活性種から放出される光の波長を透過するフィルタ２５
が取り付けられているため、プラズマ密度の分布状態を
各活性種毎に個別に把握することが可能になる。このた
め、各活性種の分布状態から処理表面１０ａでのプラズ
マ処理の均一性を予測できると共に、各活性種の分布状
態に基づいてモニタ領域１１ａ内の活性種密度の分布状
態が均一になるようにプラズマ処理装置のプラズマ制御
部を操作することが可能になる。

【００３１】上記実施例では、２台のカメラを用いた
が、２台に限定されず、３台以上でも良い。この場合、
上記モニタ領域１１ａを、処理表面１０ａの上方または
斜め上方から視野に入れるように第３のカメラを配置す
ることによって、モニタ領域１１ａのプラズマ密度の分
布状態がより正確に把握される。また、各カメラ２１，
２２の配置状態は、上記に限定されるものではなく、互
いに交差する各視野内にモニタ領域１１ａが収まれば良
い。この他にも、モニタ領域１１ａの一方向を複数のカ
メラの視野でカバーするようにしても良い。

【００３２】さらに、画像処理手段２３での画像処理方
法は、上記で示した方法に限るものではなく、例えばプ
ラズマ密度の分布状態を立体画像のようにして出力手段
２４に出力させてもよい。この場合、例えば少なくとも
上記モニタ領域１１ａを各カメラの視野に入れる状態
で、４台のカメラを正四面体の各頂点に配置する。

【００３３】次に、上記のプラズマモニタリング装置を
プラズマモニタリング手段として組み込んだ第１実施例
のプラズマ処理装置の構成を、図１及び図４に基づいて
説明する。図に示すように、プラズマ処理装置１は、反
応室１１とこれに通じるプラズマ生成室１２とを有して
いる。プラズマ生成室１２には、プラズマ生成室１２内
にマイクロ波を伝える導波管１２ａとプラズマ生成室１
２内に磁場を形成する主コイル１２ｂとが備えられてい
る。

【００３４】また、反応室１１には、内部に反応ガスを
供給する複数のガス導入手段１４が接続されている。ま
た、反応室１１の周囲には、内部に補助磁場を形成する
補助コイル１５と、プラズマモニタリング手段となる上
記プラズマモニタリング装置２とが配置されている。そ
して、反応室１１の内部には、ＲＦ電源１３ａが備えら
れた下部電極１３が配置され、この下部電極１３上にプ
ラズマ処理を行う試料１０が載置される。また、下部電
極１３には、ここでは図示しない温度調節手段を設けて
も良い。また、上記補助コイル１５は、コイルに流す電
流を制御する電流制御手段１６に接続されている。

【００３５】さらに、上記プラズマ処理装置１には、入
力手段１７が接続された記憶手段１８が備えられてい
る。そして、この記憶手段１８と上記電流制御手段１６
と上記プラズマモニタリング装置２とは、比較手段１９
に接続されている。

【００３６】上記補助コイル１５は、プラズマ生成室１
２に配置される主コイル１２ｂによって反応室１１内に
形成される発散磁界に対するカスプ磁界を形成するコイ
ルであり、処理表面１０ａに対するプラズマ密度の分布
状態を制御するものである。

【００３７】この補助コイル１５は、複数のカスプコイ
ルからなる同極コイル１５ａ〜１５ｈで構成されたもの
でも良い。これらの同極コイル１５ａ〜１５ｈは、上記
反応室１１内に配置される試料１０の処理表面１０ａを
中心にして、対向する状態で等間隔に配置されている。

【００３８】そして、上記電流制御手段１６には、これ
らの各同極コイル１５ａ〜１５ｈがそれぞれ接続してい
る。この電流制御手段１６は、処理表面１０ａに対する
プラズマ密度の分布中心を制御できるように、各同極コ
イル１５ａ〜１５ｈ毎に流す電流値を個別に制御するも
のにする。

【００３９】次に、上記記憶手段１８は、上記図２で示
したモニタ領域（１１ａ）におけるプラズマ密度の基準
分布状態を記憶するものである。ここで、基準分布状態
とは、試料１０の処理表面１０ａで均一でかつ良好にプ
ラズマ処理が行われた際のプラズマ密度の分布状態であ
り、例えば同一プロセスで処理された各試料のうち処理
状態が良好な試料を処理した際のプラズマ密度の分布状
態を基準分布状態として選択したものである。この基準
分布状態は、例えば、モニタ領域（１１ａ）における試
料１０の処理表面１０ａ上に当たる部分で、プラズマ密
度の分布状態が一定な状態とする。

【００４０】そして、上記比較手段１９は上記プラズマ
モニタリング装置２の、画像処理手段２３から得られた
プラズマ密度の分布状態と記憶手段１８に記憶された基
準分布状態とを比較して、その差から上記モニタ領域の
プラズマ密度の分布状態を上記基準分布状態に一致させ
るために各補助コイル１５に流す補正電流値を求め、こ
の補正電流値を上記電流制御手段１６に伝達するもので
ある。上記プラズマ密度の分布状態とは、例えばＡｒ，
ＳｉＨ₄ ，Ｏ₂ 等のプラズマ処理に用いられる活性種の
分布状態である。また、上記基準分布状態とは、上記活
性種の基準分布状態である。

【００４１】ここで、上記補正電流値は、例えば以下の
ようにして求める。例えば補助コイル１５に流す電流値
の変化量と、上記モニタ領域におけるプラズマ密度の変
化量との因果関係に関するデータを各活性種毎に求め、
上記記憶手段１８に予め記憶させておく。例えば、反応
ガスとして５０ｓｃｃｍのＯ₂ をプラズマ生成室１２に
導入し、反応室１１内の圧力を０．２７Ｐａ，マイクロ
波を１ｋＷ，ＲＦ出力を２ｋＷに設定して反応室１１内
にプラズマを発生される。この際、上記補助コイル１５
の電流量を定量的に変化させ、この変化量に対応するプ
ラズマ密度の変化量を計測する。上記と同様の手法によ
り、プラズマ処理に用いられる活性種となるＡｒ，Ｓｉ
Ｈ₄ 等の各反応ガスに関しても、電流値の変化量とプラ
ズマ密度の変化量との相関を調べておく。以上のように
して求めたデータに基づいて、プラズマモニタリング装
置２によって得られたプラズマ密度の分布状態を上記基
準分布状態に合わせるように、補助コイル１５に流す補
正電流値を求める。

【００４２】以下に、図５のフローチャート及び上記図
３，図４に基づいて、上記構成のプラズマ処理装置
（１）を用たプラズマ処理の手順を説明する。ここで
は、例えば処理表面１０ａの段差を酸化シリコン膜で埋
め込む場合のプラズマ処理を例に取って説明する。

【００４３】先ず、第１工程Ｓ５１では、プラズマ処理
装置（１）を上記プロセスの基準作動条件で作動させ
る。ここで、基準作動条件とは、例えば、上記プラズマ
密度の基準分布状態Ａが得られた際の作動条件であり、
ここでは一例として、主コイル１２ｂに２０Ａ，各同極
コイル１５ａ〜１５ｈにそれぞれ１３．５Ａの電流を流
す。また、補助コイルとしてここでは図示していないミ
ラーコイルがさらに配置されている場合には、当該ミラ
ーコイルに１０Ａの電流を流す。これによって、プラズ
マ処理装置を基準作動条件で作動させ、処理表面１０ａ
のプラズマ処理を開始する。そして、ここでは特に各同
極コイル１５ａ〜１５ｈに流す電流値を基準電流値Ｉ0
とする。

【００４４】次の第２工程Ｓ５２では、反応室１１内の
プラズマ密度の分布状態Ｂを上記プラズマモニタリング
装置（２）で観察する。ここでは、プラズマ密度の分布
状態として、活性種のうちの一つである水素化シリコン
から放出される光（波長λ＝４３１ｎｍ）の輝度を観察
する。

【００４５】その後、第３工程Ｓ５３では、上記比較手
段（１９）で上記分布状態Ｂと上記記憶手段（１８）に
記憶された基準分布状態Ａとを比較し、分布状態Ｂ＝基
準分布状態Ａであるか否かを判断する。そして、分布状
態Ｂ＝基準分布状態Ａと判断した場合には、第６工程Ｓ
５６に進み、処理の終了と判断されるまで上記基準作動
条件でプラズマ処理装置（１）を作動させ、処理表面１
０ａのプラズマ処理を続ける。

【００４６】一方、第３工程Ｓ５３で、分布状態Ｂ≠基
準分布状態Ａと判断した場合には、次の第４工程Ｓ５４
に進む。この第４工程Ｓ５４では、上記プラズマ密度の
分布状態Ｂを基準分布状態Ａに一致させるように、比較
手段１９で上記各補助コイル１５に流す補正電流値Ｉ1
を求める。例えば、上記分布状態Ｂが図３（２）の実線
で示したようであり、上記基準分布状態Ａが図３（２）
の点線で示したようである場合、以下のようにする。

【００４７】先ず、モニタ領域１１ａにおけるｘ方向で
は、基準分布状態Ａと比較して分布状態Ａの処理表面１
０ａに対するプラズマ密度の分布中心がマイナス方向に
ずれている。このことから、ｘ方向のプラス側に配置さ
れている同極コイル１５ｅの補正電流値Ｉ1 を、他の同
極コイルの補正電流値Ｉ1 よりも高く設定し、ｘ方向の
プラス側におけるカスプ磁界の磁場強度を強める。一
方、モニタ領域１１ａにおけるｙ方向では、基準分布状
態Ａと分布状態Ａとの処理表面１０ａに対するプラズマ
密度の分布中心がほぼ一致している。このことから、y
方向に配置される同極コイル１５ｃと同極コイル１５ｇ
とは、ｘ方向のプラス側に配置されている同極コイル１
５ｅ以外の各同極コイルと同程度に設定する。

【００４８】また、処理表面１０ａに対してプラズマ密
度の分布がピークを持っていることから、全ての同極コ
イル１５ａ〜１５ｈの補正電流値Ｉ1 を上記基準電流値
Ｉ0よりも高く設定する。これによって、カスプ磁界の
磁場強度を反応室１１の内部で全体的に強め、モニタ領
域１１ａ内のプラズマ密度を処理表面１０ａ上で平均化
する。

【００４９】次に、第５工程Ｓ５５では、上記各同極コ
イル１５ａ〜１５ｈ毎に設定した補正電流値Ｉ1 を新た
な基準電流値Ｉ0 として各同極コイル１５ａ〜１５ｈに
流すことを、比較手段（１９）から上記電流制御手段
（１６）に指示する。

【００５０】その後、第６工程Ｓ５６に進み、処理の終
了と判断されるまで、更新された基準電流値でＩ0 での
プラズマ処理を続ける。

【００５１】以上のように、図１で示したプラズマ処理
装置１では、上記のようにして比較手段１９で求められ
た補正電流値Ｉ1 に基づいて、各同極コイル１５ａ〜１
５ｈに流す電流を制御する。これによって、反応室１１
内の磁界が変化して、上記モニタ領域１１ａのプラズマ
の分布状態Ｂが基準分布状態Ａに変化する。この際、モ
ニタ領域１１ａのプラズマの分布状態の変化は、上記プ
ラズマモニタリング装置２から電流制御手段１６にフィ
ードバックされ、処理表面１０ａ上のプラズマ密度の分
布状態Ｂは、上記基準分布状態Ａに保たれる。これによ
って、試料１０の処理表面１０ａでは、均一にプラズマ
処理が行われる。

【００５２】また、上記プラズマ処理装置１のように補
助コイル１５を複数の同極コイルで構成したプラズマ処
理装置では、各同極コイル１５ａ〜１５ｈに異なる値の
電流を流すことによって、プラズマ密度の分布中心をず
らすことができるため、処理表面１０ａの面積とほぼ同
程度の広さの安定領域で当該処理表面１０ａ上をカバー
することが可能になる。このため、プラズマの使用効率
の向上とプラズマ処理装置の大型化を防止することがで
きる。

【００５３】尚、上記実施例では、電流制御手段１６に
接続させる補助コイル１５としてカスプコイルを用い
た。しかし、補助コイル１５としては、カスプコイルと
共にミラーコイルを用いても良い。ミラーコイルは、反
応室１１に形成される発散磁界に対してミラー磁界を形
成するコイルである。このため、このミラーコイルを用
いた場合には、磁界の流れを制御して処理表面に対する
プラズマの入射方向を制御することが可能になる。

【００５４】また、上記実施例において、各活性種の全
体的な密度を変化させる場合には、反応室１１内に流す
反応ガスの流量を変化させることとする。そして、上記
プラズマ処理装置では、ここでは図示しない反応ガス流
量の制御手段に、上記比較手段１９を接続させることに
よって、上記反応ガス流量の制御も同時に行うことが可
能になる。

【００５５】さらに、上記実施例では、補助コイル１５
を８個の同極コイル１５ａ〜１５ｈで構成した場合を説
明した。しかし、同極コイルの数は、８個に限定される
ものではない。ただし、同極コイルの数が多い程、モニ
タ領域におけるプラズマ密度の分布状態の制御性は向上
する。また、補助コイル１５は、反応室の周囲を取り囲
む一連のリング状でも良い。この場合、プラズマ密度の
分布状態は、同心円上で制御される。

【００５６】次に、第２実施例のプラズマ処理装置を図
６に基づいて説明する。ここでは、上記第１実施例で示
した発散磁場型のＥＣＲプラズマ処理装置を例に取って
装置構成を説明する。このプラズマ処理装置、例えば上
記第１実施例と同様にプラズマ処理を行う反応室１１に
設けられた複数のガス導入手段１４ａ〜１４ｈに、流量
制御手段６１を接続させたものである。

【００５７】上記ガス導入手段１４ａ〜１４ｈは、試料
１０の処理表面１０ａを中心にして対向する状態で等間
隔で配置されている。各ガス導入手段１４ａ〜１４ｈ
は、例えばガス導入管と流量調節バルブとで構成されて
いる。

【００５８】また、上記流量制御手段６１は、例えば上
記流量調節バルブの開閉を制御するものであり、処理表
面に対する反応ガスの供給状態を制御出来るように、各
ガス導入手段１４ａ〜１４ｂ毎に反応ガスの流量を個別
に制御するものにする。上記のような流量制御手段６１
を設けることによって、反応室１１内の反応ガス密度の
分布状態を制御できるようにする。

【００５９】上記流量制御手段６１を有するプラズマ処
理装置には、図７に示すように上記第１実施例と同様の
プラズマモニタリング装置を組み込んでも良い。この場
合、プラズマモニタリング装置２と上記流量制御手段６
１とを比較手段６２に接続する。この比較手段６２に
は、上記第１実施例と同様の記憶手段１８が接続されて
いる。

【００６０】ここで、上記比較手段６２は、プラズマモ
ニタリング装置２から得られたプラズマ密度の分布状態
と、記憶手段１８に記憶された基準分布状態とを比較
し、上記第１実施例と同様のモニタ領域のプラズマ密度
の分布状態を上記の基準分布状態に一致させるために各
ガス導入手段１４ａ〜１４ｂから導入する反応ガスの補
正流量値を個別に求め、流量制御手段６１に各補正流量
値を指示するものである。

【００６１】図８には、上記のように構成されたプラズ
マ処理装置３を用いたプラズマ処理の手順を示した。こ
こでは、上記図８と共に図６を用いてプラズマ処理の手
順を説明する。先ず、第１工程Ｓ８１では、上記第１実
施例の第１工程（Ｓ５１）と同様に過去のデータからプ
ラズマ密度の分布状態が基準分布状態Ａとなるような基
準作動条件でプラズマ処理装置３を作動させる。ただし
ここでは、反応ガスとして、モノシランガス（Ｓｉ
Ｈ₄ ）とアルゴンガス（Ａｒ）との混合ガスを各ガス導
入手段１４ａ〜１４ｈから反応室１１内に導入し、一酸
化二窒素ガス（Ｎ₂ Ｏ）をプラズマ生成室（１２）内に
導入することとする。そして、特に反応ガスの初期の流
量値を基準流量値Ｖ0 とする。

【００６２】次に、第２工程Ｓ８２とこれに続く第３工
程Ｓ８３とを、上記第１実施例の第２，第３工程（Ｓ５
２，Ｓ５３）と同様に行う。そして、第３工程Ｓ８３
で、プラズマモニタリング装置（２）で観察されたプラ
ズマ密度の分布状態Ｂ＝基準分布状態Ａと判断された場
合には、上記と同様の第６工程Ｓ８６に進み、上記プラ
ズマ密度の分布状態Ｂ≠基準分布状態Ａと判断された場
合には、第４工程Ｓ８４に進む。

【００６３】第４工程Ｓ８４では、比較手段６２によっ
て各ガス導入手段１４ａ〜１４ｈから導入する反応ガス
の補正電流値Ｖ1 を求める。ここでは例えば、上記プラ
ズマ密度の分布状態Ｂが図３（２）の実線で示したよう
であり、上記基準分布状態Ａが図３（２）の点線で示し
たようである場合、以下のようにする。先ず、モニタ領
域１１ａにおけるｘ方向では基準分布状態Ａと比較して
分布状態Ｂの処理表面１０ａに対するプラズマ密度の分
布中心がマイナス方向にずれている。また、上記反応ガ
ス系による酸化シリコン膜の成膜では、処理表面１０ａ
上に成膜される酸化シリコンの膜厚は、モノシランガス
の供給状態に律速される。このことから、ｘ方向のプラ
ス側に配置されているガス導入手段１４ｅから導入する
モノシランガスの補正流量値Ｖ1 を、他のガス導入手段
から導入するモノシランガスの補正電流値Ｖ1 よりも高
く設定する。

【００６４】次に、第５工程Ｓ８５では、上記ガス導入
手段１４ａ〜１４ｈ毎に設定した補正流量値Ｖ1 を新た
な基準流量値Ｖ0 として各ガス導入手段１４ａ〜１４ｈ
から反応室１１内に流すことを、比較手段６２から上記
流量制御手段６１に指示する。

【００６５】その後、第６工程Ｓ８６に進み、処理の終
了と判断されるまで、更新された基準流量値でＶ0 での
プラズマ処理を続ける。

【００６６】このように、図７で示したプラズマ処理装
置３では、上記のようにして比較手段６２で求められた
補正電流量値Ｖ1 に基づいて各ガス導入手段１４ａ〜１
４ｈに流す反応ガスの流量を制御する。これによって、
反応室１１への反応ガスの供給状態が変化するため、上
記モニタ領域の活性種の分布状態Ｂが基準分布状態Ａに
変化する。この際、モニタ領域１１ａの活性種の分布状
態の変化は、上記プラズマモニタリング装置２から流量
制御手段６１にフィードバックされ、処理表面１０ａ上
のプラズマ密度の分布状態Ｂは、上記基準分布状態Ａに
保たれる。そして、試料１０の処理表面１０ａでは、均
一にプラズマ処理が行われる。

【００６７】上記各実施例では、処理表面に膜を形成す
る場合に用いるプラズマ処理装置を例に取って説明を行
った。しかし、本発明はこれに限るものではなく、処理
表面をエッチングする際に用いるプラズマ処理装置にも
適用可能である。また、上記各装置の構成要素は、それ
ぞれ通信可能であれば接続状態にする必要はない。

【００６８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の第１のプ
ラズマ処理装置によれば、プラズマモニタリング手段で
観察されたプラズマ密度の分布状態を基準分布状態に一
致させるために反応室の周囲に配置した補助コイルに流
す電流値を得る比較手段を設け、補助コイルの電流制御
手段にこの比較手段を接続させた構成にすることによっ
て、反応室内のプラズマ密度の分布状態をリアルタイム
で制御することが可能になる。このため、反応室内のプ
ラズマ密度の分布状態を基準分布状態に保ちながらプラ
ズマ処理を行うことができる。したがって、精度良くプ
ラズマ処理を行うことが可能になる。

【００６９】また、本発明の第２のプラズマ処理装置に
よれば、反応室内に補助磁場を形成するための補助コイ
ルを複数の同極コイルで構成しそれぞれのコイルに流す
電流を個別に制御する電流制御手段を設けたことによっ
て、各同極コイルの電流値を個別に変化させて処理表面
に対するプラズマ密度の分布状態を均一にすることがで
きる。したがって、試料の処理表面内で均一なプラズマ
処理を行うことが可能になる。

【００７０】そして、本発明の第３のプラズマ処理装置
によれば、複数のガス導入手段のガス流量を個別に制御
する流量制御手段を各ガス導入手段に接続させたことに
よって、各ガス導入手段から流し込む反応ガスの流量を
変化させて処理表面に対するプラズマ密度の分布状態を
均一にすることができる。したがって、試料の処理面内
で均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。

【００７１】さらに、上記第２，第３のプラズマ処理装
置に上記第１のプラズマ処理装置と同様のプラズマモニ
タリング手段，記憶手段及び比較手段を設けることによ
って、処理表面上のプラズマ密度の分布状態を基準分布
状態に保ちながらプラズマ処理装置をリアルタイム制御
することが可能になる。これによって、上記と比較して
さらに精度良くプラズマ処理を行うことが可能になる。

【００７２】また、本発明のプラズマモニタリング装置
によれば、処理表面上のモニタ領域をそれぞれ異なる方
向から視野に入れる状態で第１及び第２のカメラを反応
室の周囲に配置することによって、上記モニタ領域のプ
ラズマ密度の分布状態を精度良くリアルタイムで得るこ
とが可能になる。また、各カメラには、特定の波長を透
過するフィルタが取り付けられるため、プラズマ処理に
関わる特定の活性種の分布状態が得られる。そして、こ
れらのカメラに出力手段を有する画像処理手段を接続す
ることによって、上記モニタ領域におけるプラズマ密度
の分布状態をリアルタイムで観察することが可能にな
る。したがって、処理表面上の全面にわたるプラズマ密
度の分布状態をリアルタイムで精度良く検知することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のプラズマ処理装置の構成図であ
る。

【図２】プラズマモニタリング装置の構成図である。

【図３】プラズマ密度の分布状態を示すグラフである。

【図４】第１実施例のプラズマ処理装置の要部構成図で
ある。

【図５】プラズマ処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【図６】第２実施例のプラズマ処理装置の要部構成図で
ある。

【図７】第２実施例のプラズマ処理装置の構成図であ
る。

【図８】プラズマ処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１，３ プラズマ処理装置 ２ プラズマモニタリング装置 １０ 試料 １０ａ 処理表面 １１ 反応室 １１ａ モニタ領域 １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ ガス導入手段 １５ 補助コイル １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 同極コイル １６ 電流制御手段 １８ 記憶手段 １９，６２ 比較手段 ２１ 第１のカメラ ２２ 第２のカメラ ２３ 画像処理手段 ２４ 出力手段 ２５ フィルタ ６１ 流量制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｌ 9216−2Ｇ Ａ 9216−2Ｇ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応室内に補助磁場を形成するための補
   助コイルを備えたプラズマ処理装置において、 前記反応室内に配置される試料の処理表面上に設定した
   モニタ領域におけるプラズマ密度の分布状態を観察する
   プラズマモニタリング手段と、 同一プロセスでの前記モニタ領域におけるプラズマ密度
   の基準分布状態を記憶させる記憶手段と、 前記プラズマモニタリング手段と前記記憶手段とに接続
   され、当該プラズマモニタリング手段から得られたプラ
   ズマ密度の分布状態と当該記憶手段に記憶された基準分
   布状態とを比較し、比較結果に基づいて前記モニタ領域
   のプラズマ密度の分布状態を前記基準分布状態に一致さ
   せるために前記補助コイルに流す補正電流値を得る比較
   手段と、 前記比較手段と前記補助コイルとに接続され、前記補正
   電流値に基づいて当該補助コイルに流す電流を制御する
   電流制御手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理
   装置。
2. 【請求項２】 反応室内に補助磁場を形成するための補
   助コイルを備えたプラズマ処理装置において、 前記補助コイルは、前記反応室内の試料を中心にして対
   向する状態で配置される複数の同極コイルからなり、 前記各同極コイルには、当該各同極コイルに流す電流を
   それぞれ個別に制御する電流制御手段が接続されている
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記反応室内に配置される試料の処理表面上に設定した
   モニタ領域におけるプラズマ密度の分布状態を観察する
   プラズマモニタリング手段と、 同一プロセスでの前記モニタ領域におけるプラズマ密度
   の基準分布状態を記憶させる記憶手段と、 前記プラズマモニタリング手段と前記記憶手段と前記電
   流制御手段とに接続され、当該プラズマモニタリング手
   段から得られたプラズマ密度の分布状態と当該記憶手段
   に記憶された基準分布状態とを比較し、比較結果に基づ
   いて前記モニタ領域のプラズマ密度の分布状態を前記基
   準分布状態に一致させるために前記各同極コイルに流す
   補正電流値を個別に求め、前記電流制御手段に当該各補
   正電流値を指示する比較手段とを備えたことを特徴とす
   るプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 プラズマ処理を行う反応室内に反応ガス
   を導入するためのガス導入手段を当該反応室の複数箇所
   に配置してなるプラズマ処理装置において、 前記ガス導入手段には、当該各ガス導入手段から前記反
   応室内に導入する反応ガスの流量を個別に制御する流量
   制御手段が接続されていることを特徴とするプラズマ処
   理装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載のプラズマ処理装置におい
   て、 前記反応室内に配置される試料の処理表面上に設定した
   モニタ領域におけるプラズマ密度の分布状態を観察する
   プラズマモニタリング手段と、 同一プロセスでの前記モニタ領域におけるプラズマ密度
   の基準分布状態を記憶させる記憶手段と、 前記プラズマモニタリング手段と前記記憶手段と前記流
   量制御手段とに接続され、当該プラズマモニタリング手
   段から得られたプラズマ密度の分布状態と当該記憶手段
   に記憶された基準分布状態とを比較し、比較結果に基づ
   いて前記モニタ領域のプラズマ密度の分布状態を前記基
   準分布状態に一致させるために前記各ガス導入手段から
   導入する反応ガスの補正流量値を個別に求め、前記流量
   制御手段に当該各補正流量値を指示する比較手段とを備
   えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 プラズマ処理を行う反応室内におけるプ
   ラズマ密度の分布状態を観察する装置であって、 前記反応室内のプラズマから放出される特定の光の波長
   のみを透過するフィルタが取り付けられると共に、前記
   反応室内に配置される試料の処理表面上のモニタ領域が
   視野に入る状態で配置される第１のカメラと、 前記第１のカメラと同様のフィルタが取り付けられると
   共に、前記モニタ領域が視野に入りかつ当該視野が前記
   第１のカメラの視野と交わる状態で配置される第２のカ
   メラと、 前記第１及び第２のカメラに接続され、当該各カメラか
   らの情報を前記処理表面上のプラズマ密度の分布状態の
   情報として処理する画像処理手段と、 前記画像処理手段に接続され、前記処理表面上のプラズ
   マ密度の分布状態を表示する出力手段とを備えたことを
   特徴とするプラズマモニタリング装置。