JPH0927395A - プラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法Info
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- JPH0927395A JPH0927395A JP17590095A JP17590095A JPH0927395A JP H0927395 A JPH0927395 A JP H0927395A JP 17590095 A JP17590095 A JP 17590095A JP 17590095 A JP17590095 A JP 17590095A JP H0927395 A JPH0927395 A JP H0927395A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 静電チャックを用いて試料が保持されている
場合のように直流的に絶縁された試料に発生する直流電
圧の測定を可能にする。 【解決手段】 真空容器３内に配設された載置台８上に
静電チャック１２により試料２を固定し，載置台８に印
加された高周波電圧を静電チャック１２を介して試料２
に印加し，プラズマにより試料２をプラズマ処理する。
上記載置台８に誘電体を介して埋め込まれた測定電極７
にも誘電体を介して上記高周波電圧が印加されるので，
試料２と同様に測定電極にもプラズマとの関わりによる
直流電圧が発生し，試料２からは直接測定できない直流
電圧を該測定電極７から測定することができる。この測
定電極７により試料２の直流電圧に対応する電圧値を測
定し，測定された電圧値に対応させて載置台８に印加す
る高周波電圧を制御する。
場合のように直流的に絶縁された試料に発生する直流電
圧の測定を可能にする。 【解決手段】 真空容器３内に配設された載置台８上に
静電チャック１２により試料２を固定し，載置台８に印
加された高周波電圧を静電チャック１２を介して試料２
に印加し，プラズマにより試料２をプラズマ処理する。
上記載置台８に誘電体を介して埋め込まれた測定電極７
にも誘電体を介して上記高周波電圧が印加されるので，
試料２と同様に測定電極にもプラズマとの関わりによる
直流電圧が発生し，試料２からは直接測定できない直流
電圧を該測定電極７から測定することができる。この測
定電極７により試料２の直流電圧に対応する電圧値を測
定し，測定された電圧値に対応させて載置台８に印加す
る高周波電圧を制御する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は，半導体集積回路の
製造プロセス等に用いられるプラズマ処理装置及び該装
置を用いたプラズマ処理方法に係り，プラズマ処理する
試料に印加された高周波電圧がプラズマとの関わりによ
り試料上に発生する直流電圧を測定し，該直流電圧を制
御することにより高精度且つ安定性のよいプラズマ処理
を行うプラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処
理方法に関する。
製造プロセス等に用いられるプラズマ処理装置及び該装
置を用いたプラズマ処理方法に係り，プラズマ処理する
試料に印加された高周波電圧がプラズマとの関わりによ
り試料上に発生する直流電圧を測定し，該直流電圧を制
御することにより高精度且つ安定性のよいプラズマ処理
を行うプラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処
理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発生させたプラズマ中のイオン，ラジカ
ルを試料に照射することにより，エッチング，スパッタ
リング，ＣＶＤ等のプラズマ処理を行うことができる。
このプラズマ処理において，上記試料に高周波電圧を印
加し，これを制御することによって試料に入射するイオ
ンのエネルギーを制御し，より高精度なプラズマ処理を
行うことができる。プラズマ処理装置の一例として，図
７にＥＣＲプラズマ処理装置の構成を示す。この構成で
は，真空容器３０内に導入した処理ガスを印加された磁
場とマイクロ波とによるＥＣＲ条件のもとでプラズマ化
し，載置台３１上に固定された試料３３にプラズマ中の
イオン，ラジカルを照射することにより所要のプラズマ
処理がなされる。上記構成において，試料３３に高周波
電圧を印加することによって試料３３へのイオンの入射
エネルギーの制御を行うことができる。試料３３への高
周波電圧印加によるイオンエネルギー制御の作用は，次
のように説明できる。
ルを試料に照射することにより，エッチング，スパッタ
リング，ＣＶＤ等のプラズマ処理を行うことができる。
このプラズマ処理において，上記試料に高周波電圧を印
加し，これを制御することによって試料に入射するイオ
ンのエネルギーを制御し，より高精度なプラズマ処理を
行うことができる。プラズマ処理装置の一例として，図
７にＥＣＲプラズマ処理装置の構成を示す。この構成で
は，真空容器３０内に導入した処理ガスを印加された磁
場とマイクロ波とによるＥＣＲ条件のもとでプラズマ化
し，載置台３１上に固定された試料３３にプラズマ中の
イオン，ラジカルを照射することにより所要のプラズマ
処理がなされる。上記構成において，試料３３に高周波
電圧を印加することによって試料３３へのイオンの入射
エネルギーの制御を行うことができる。試料３３への高
周波電圧印加によるイオンエネルギー制御の作用は，次
のように説明できる。
【０００３】試料３３はプラズマに曝されており，これ
に印加された高周波電圧の電位は，プラズマ中のイオン
と電子の移動度の差のために全体に負側にシフトする。
この状態を図示すると，図９（ａ）に示す高周波電圧Ｖ
ppは，試料３３がプラズマに曝されることにより負側に
シフトして，図９（ｂ）に示すように直流電圧成分Ｖ dc
が発生する。プラズマ中のイオンはほとんど正イオンで
あるため，この負の直流電圧Ｖdcにより加速されて試料
３３に入射する。この直流電圧Ｖdcは，印加される高周
波電圧Ｖppの変化に対して単調変化するので，高周波電
圧Ｖppを調整することによってイオンの入射エネルギー
を制御することができる。しかし，この直流電圧Ｖ
dcは，上記したように試料３３がプラズマに曝されるこ
とにより生じるものであるため，プラズマ密度の変化に
伴って変化する。そのため，プラズマの発生条件を意図
的に変化させる処理制御を行う場合や，経時変化によっ
てプラズマ密度が変化したような場合には，実際に試料
３３に印加されている直流電圧Ｖdcを測定して，高周波
電源の出力電圧を調整する必要がある。
に印加された高周波電圧の電位は，プラズマ中のイオン
と電子の移動度の差のために全体に負側にシフトする。
この状態を図示すると，図９（ａ）に示す高周波電圧Ｖ
ppは，試料３３がプラズマに曝されることにより負側に
シフトして，図９（ｂ）に示すように直流電圧成分Ｖ dc
が発生する。プラズマ中のイオンはほとんど正イオンで
あるため，この負の直流電圧Ｖdcにより加速されて試料
３３に入射する。この直流電圧Ｖdcは，印加される高周
波電圧Ｖppの変化に対して単調変化するので，高周波電
圧Ｖppを調整することによってイオンの入射エネルギー
を制御することができる。しかし，この直流電圧Ｖ
dcは，上記したように試料３３がプラズマに曝されるこ
とにより生じるものであるため，プラズマ密度の変化に
伴って変化する。そのため，プラズマの発生条件を意図
的に変化させる処理制御を行う場合や，経時変化によっ
てプラズマ密度が変化したような場合には，実際に試料
３３に印加されている直流電圧Ｖdcを測定して，高周波
電源の出力電圧を調整する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，実際に
試料３３に印加されている上記直流電圧Ｖdcを測定する
ことは，試料３３が載置台３１に直接固定されている場
合には載置台３１を通じて測定可能であるが，図８に示
すように載置台３１上に静電チャック３２を介して固定
される場合には測定不可能である。この静電チャック３
２による試料３３の固定は，プラズマ処理を精密且つ安
定して実施するための温度制御に不可欠の構成である。
プラズマ処理において，試料３３はプラズマからのイオ
ン照射により加熱されるため，試料３３を冷却して温度
を一定に保ち，試料表面での反応を制御する必要があ
る。この温度調整を行うため，図８に示すように，温度
調整されている載置台３１との間の熱伝導性を強化すべ
く，載置台３１上に設けた静電チャック３２により試料
３３を静電吸着し，試料３３と静電チャック３２との間
にガス等の熱伝導媒体を介在させることがなされる。静
電チャック３２は誘電体中に内包された電極に印加した
直流電圧による静電気力によって試料３３を吸着する。
この静電チャック３２を用いた場合には，試料３３は静
電チャック３２により載置台３１と直流的な接続が絶た
れるため，上記高周波電圧は静電チャック３２の誘電体
により形成される静電容量を介して間接的に試料３３に
印加されることになる。そのため，試料３３に生じる直
流電圧Ｖppの測定は，静電チャック３２により試料３３
が載置台３１と直流的に絶縁された状態では直接的な測
定はできない。載置台３１の電位測定から試料３３に生
じる直流電圧Ｖdcを求めることも考えられるが，アルミ
ニウムやＳＵＳ等の金属材料により形成された載置台３
１は，イオン照射によるスパッタにより不純物が発生し
ないように真空容器３０内に位置する部分，即ちプラズ
マに曝される部分には，図８に示すように不純物となり
にくい石英等の絶縁物３４により覆われているため，載
置台３１はプラズマに曝される条件にないため，それも
不可能である。この絶縁物３４の一部を取り去り，プラ
ズマ中への露出部分となる電極をつくることによって測
定が可能となるが，やはり電極部分がスパッタされるこ
とによる不純物の発生や電極の寿命が短くなる問題があ
った。そこで，本発明が目的とするところは，静電チャ
ックを用いて試料が保持されている場合にも，試料に発
生する直流電圧の測定を可能にしたプラズマ処理装置及
び該装置を用いたプラズマ処理方法を提供することにあ
る。
試料３３に印加されている上記直流電圧Ｖdcを測定する
ことは，試料３３が載置台３１に直接固定されている場
合には載置台３１を通じて測定可能であるが，図８に示
すように載置台３１上に静電チャック３２を介して固定
される場合には測定不可能である。この静電チャック３
２による試料３３の固定は，プラズマ処理を精密且つ安
定して実施するための温度制御に不可欠の構成である。
プラズマ処理において，試料３３はプラズマからのイオ
ン照射により加熱されるため，試料３３を冷却して温度
を一定に保ち，試料表面での反応を制御する必要があ
る。この温度調整を行うため，図８に示すように，温度
調整されている載置台３１との間の熱伝導性を強化すべ
く，載置台３１上に設けた静電チャック３２により試料
３３を静電吸着し，試料３３と静電チャック３２との間
にガス等の熱伝導媒体を介在させることがなされる。静
電チャック３２は誘電体中に内包された電極に印加した
直流電圧による静電気力によって試料３３を吸着する。
この静電チャック３２を用いた場合には，試料３３は静
電チャック３２により載置台３１と直流的な接続が絶た
れるため，上記高周波電圧は静電チャック３２の誘電体
により形成される静電容量を介して間接的に試料３３に
印加されることになる。そのため，試料３３に生じる直
流電圧Ｖppの測定は，静電チャック３２により試料３３
が載置台３１と直流的に絶縁された状態では直接的な測
定はできない。載置台３１の電位測定から試料３３に生
じる直流電圧Ｖdcを求めることも考えられるが，アルミ
ニウムやＳＵＳ等の金属材料により形成された載置台３
１は，イオン照射によるスパッタにより不純物が発生し
ないように真空容器３０内に位置する部分，即ちプラズ
マに曝される部分には，図８に示すように不純物となり
にくい石英等の絶縁物３４により覆われているため，載
置台３１はプラズマに曝される条件にないため，それも
不可能である。この絶縁物３４の一部を取り去り，プラ
ズマ中への露出部分となる電極をつくることによって測
定が可能となるが，やはり電極部分がスパッタされるこ
とによる不純物の発生や電極の寿命が短くなる問題があ
った。そこで，本発明が目的とするところは，静電チャ
ックを用いて試料が保持されている場合にも，試料に発
生する直流電圧の測定を可能にしたプラズマ処理装置及
び該装置を用いたプラズマ処理方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する手段は，真空容器内に導入された処
理ガスを所要のプラズマ発生手段によりプラズマ化さ
せ，上記真空容器内に配設された載置台上に静電チャッ
クにより試料を固定すると共に，上記載置台に印加され
た高周波電圧を上記静電チャックを介して上記試料に印
加し，上記プラズマにより上記試料をプラズマ処理する
プラズマ処理装置において，上記載置台に，下記Ａ，
Ｂ，Ｃの条件を満足する測定電極が取り付けられてなる
ことを特徴とするプラズマ処理装置として構成されてい
る。 （Ａ）該測定電極は上記載置台の載置面に垂直に貫通す
る柱状に形成され，載置台表面から露出する一端部の表
面積が上記試料の表面積より充分に小さいこと。 （Ｂ）該測定電極は筒状の誘電体を介して上記載置台に
埋め込まれていること。 （Ｃ）該測定電極と上記載置台との間の静電容量が，上
記試料と上記載置台との間の静電容量より充分に小さい
こと。 又，上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法
は，上記載置台に設けられた上記Ａ，Ｂ，Ｃの条件を満
足する測定電極により上記試料の電圧に対応する電圧値
を測定し，測定された電圧値に対応させて上記載置台に
印加する高周波電圧を制御することを特徴とするプラズ
マ処理方法として構成されている。
に本発明が採用する手段は，真空容器内に導入された処
理ガスを所要のプラズマ発生手段によりプラズマ化さ
せ，上記真空容器内に配設された載置台上に静電チャッ
クにより試料を固定すると共に，上記載置台に印加され
た高周波電圧を上記静電チャックを介して上記試料に印
加し，上記プラズマにより上記試料をプラズマ処理する
プラズマ処理装置において，上記載置台に，下記Ａ，
Ｂ，Ｃの条件を満足する測定電極が取り付けられてなる
ことを特徴とするプラズマ処理装置として構成されてい
る。 （Ａ）該測定電極は上記載置台の載置面に垂直に貫通す
る柱状に形成され，載置台表面から露出する一端部の表
面積が上記試料の表面積より充分に小さいこと。 （Ｂ）該測定電極は筒状の誘電体を介して上記載置台に
埋め込まれていること。 （Ｃ）該測定電極と上記載置台との間の静電容量が，上
記試料と上記載置台との間の静電容量より充分に小さい
こと。 又，上記プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法
は，上記載置台に設けられた上記Ａ，Ｂ，Ｃの条件を満
足する測定電極により上記試料の電圧に対応する電圧値
を測定し，測定された電圧値に対応させて上記載置台に
印加する高周波電圧を制御することを特徴とするプラズ
マ処理方法として構成されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下，添付図面を参照して，本発
明を具体化した実施例につき説明し，本発明の理解に供
する。尚，以下の実施例は本発明を具体化した一例であ
って，本発明の技術的範囲を限定するものではない。こ
こに，図１は本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の
構成を示す模式図，図２は実施例に係る載置台部分を拡
大した側面図（ａ）及び平面図（ｂ），図３及び図４は
実施例に係る測定電極の作用を説明する等価回路図，図
５は実施例構成を用いた制御方法の具体例を示す制御パ
ターンを示す図，図６は平行平板型プラズマ処理装置に
適用した場合の模式図である。図１に示す実施例に係る
プラズマ処理装置１は，プラズマ発生手段としてＥＣＲ
（Electron Cyclotron Resonance）を用いたＥＣＲプラ
ズマ処理装置として構成されている。ＥＣＲは周知の通
り，マイクロ波と磁場と処理ガス中の電子とがＥＣＲ条
件のもとで電子サイクロトロン共鳴を生じて処理ガスが
プラズマ化されるプラズマ発生の一手段であり，プラズ
マ処理を実施するためのプラズマ生成は，この手段に限
られたものではない。
明を具体化した実施例につき説明し，本発明の理解に供
する。尚，以下の実施例は本発明を具体化した一例であ
って，本発明の技術的範囲を限定するものではない。こ
こに，図１は本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の
構成を示す模式図，図２は実施例に係る載置台部分を拡
大した側面図（ａ）及び平面図（ｂ），図３及び図４は
実施例に係る測定電極の作用を説明する等価回路図，図
５は実施例構成を用いた制御方法の具体例を示す制御パ
ターンを示す図，図６は平行平板型プラズマ処理装置に
適用した場合の模式図である。図１に示す実施例に係る
プラズマ処理装置１は，プラズマ発生手段としてＥＣＲ
（Electron Cyclotron Resonance）を用いたＥＣＲプラ
ズマ処理装置として構成されている。ＥＣＲは周知の通
り，マイクロ波と磁場と処理ガス中の電子とがＥＣＲ条
件のもとで電子サイクロトロン共鳴を生じて処理ガスが
プラズマ化されるプラズマ発生の一手段であり，プラズ
マ処理を実施するためのプラズマ生成は，この手段に限
られたものではない。
【０００７】図１において，実施例に係るプラズマ処理
装置１は，マイクロ波導入窓５からマイクロ波を真空容
器３内に導入する共に，電磁コイル１１からＥＣＲ条件
を満たす磁場を真空容器３内に発生させることにより，
処理ガス導入配管９から真空容器３内に導入された処理
ガスがプラズマ化され，このプラズマにより生成される
イオンやラジカルを真空容器３内に配設された試料２に
照射することにより，所定のプラズマ処理がなされるよ
う構成されている。上記試料２は真空容器３内に配置さ
れた載置台８上に固定される。載置台８は真空容器３か
ら絶縁して支持され，その上部に配設された静電チャッ
ク１２により試料２を固定する。載置台８はアルミニウ
ム又はＳＵＳ等の金属ブロックによって形成され，その
内部に形成された冷媒通路（図示せず）に冷媒が供給さ
れることにより所定温度に冷却される。この載置台８上
に配設された静電チャック１２は，図２に示すように誘
電体中に内包された電極に直流電源１８から直流電圧が
印加され，載置された試料２を静電吸着することにより
固定する。この静電チャック１２は，試料２を固定する
と共に，プラズマ処理中の試料２の温度を調整する。即
ち，試料２と静電チャック１２との間にはガス等の熱伝
導媒体が導入され，試料２と静電チャック１２との間の
熱伝導が促進され，冷却されている載置台８の温度に対
して一定の温度に保つことができる。又，載置台８には
高周波電源１３が接続され，高周波電圧は載置台８から
静電チャック１２の誘電体を介して試料２に印加され
る。
装置１は，マイクロ波導入窓５からマイクロ波を真空容
器３内に導入する共に，電磁コイル１１からＥＣＲ条件
を満たす磁場を真空容器３内に発生させることにより，
処理ガス導入配管９から真空容器３内に導入された処理
ガスがプラズマ化され，このプラズマにより生成される
イオンやラジカルを真空容器３内に配設された試料２に
照射することにより，所定のプラズマ処理がなされるよ
う構成されている。上記試料２は真空容器３内に配置さ
れた載置台８上に固定される。載置台８は真空容器３か
ら絶縁して支持され，その上部に配設された静電チャッ
ク１２により試料２を固定する。載置台８はアルミニウ
ム又はＳＵＳ等の金属ブロックによって形成され，その
内部に形成された冷媒通路（図示せず）に冷媒が供給さ
れることにより所定温度に冷却される。この載置台８上
に配設された静電チャック１２は，図２に示すように誘
電体中に内包された電極に直流電源１８から直流電圧が
印加され，載置された試料２を静電吸着することにより
固定する。この静電チャック１２は，試料２を固定する
と共に，プラズマ処理中の試料２の温度を調整する。即
ち，試料２と静電チャック１２との間にはガス等の熱伝
導媒体が導入され，試料２と静電チャック１２との間の
熱伝導が促進され，冷却されている載置台８の温度に対
して一定の温度に保つことができる。又，載置台８には
高周波電源１３が接続され，高周波電圧は載置台８から
静電チャック１２の誘電体を介して試料２に印加され
る。
【０００８】この試料２に印加された高周波電圧は，試
料２がプラズマに曝されることにより，プラズマ中のイ
オンと電子の移動度の差のために全体に負側にシフト
し，試料２の表面に直流電圧成分を発生させる。プラズ
マ中のイオンはほとんど正イオンであるため，発生した
直流電圧による電界によって加速され，試料２に入射す
る。この直流電圧は印加される高周波電圧とプラズマの
電子密度に応じて変化する。従って，プラズマ発生条件
を故意に変化させ，プラズマの電子密度が変化しても直
流電圧を一定にしてイオンの入射エネルギーを一定に保
つような制御を行う場合や，プラズマが経時変化した場
合にも一定の電圧に保つには，高周波電源１３からの高
周波電圧を調整する必要がある。しかし，高周波電圧を
調整する指標は試料２に生じる直流電圧であるが，試料
２が静電チャック１２により電極ブロック１４から直流
的に絶縁されているため，試料２に生じた直流電圧を測
定できない。そこで，本実施例構成においては，載置台
８に測定電極７を設けて直流電圧の測定を可能にしてい
る。このようにプラズマに曝される位置に測定電極７を
設けると，入射するイオンによりスパッタされ，プラズ
マ処理に有害な不純物を発生させ，スパッタによる磨耗
が生じる問題のあることは前述した通りであるが，この
ような危惧を解消させた測定電極７の構成と，その作用
について以下に説明する。
料２がプラズマに曝されることにより，プラズマ中のイ
オンと電子の移動度の差のために全体に負側にシフト
し，試料２の表面に直流電圧成分を発生させる。プラズ
マ中のイオンはほとんど正イオンであるため，発生した
直流電圧による電界によって加速され，試料２に入射す
る。この直流電圧は印加される高周波電圧とプラズマの
電子密度に応じて変化する。従って，プラズマ発生条件
を故意に変化させ，プラズマの電子密度が変化しても直
流電圧を一定にしてイオンの入射エネルギーを一定に保
つような制御を行う場合や，プラズマが経時変化した場
合にも一定の電圧に保つには，高周波電源１３からの高
周波電圧を調整する必要がある。しかし，高周波電圧を
調整する指標は試料２に生じる直流電圧であるが，試料
２が静電チャック１２により電極ブロック１４から直流
的に絶縁されているため，試料２に生じた直流電圧を測
定できない。そこで，本実施例構成においては，載置台
８に測定電極７を設けて直流電圧の測定を可能にしてい
る。このようにプラズマに曝される位置に測定電極７を
設けると，入射するイオンによりスパッタされ，プラズ
マ処理に有害な不純物を発生させ，スパッタによる磨耗
が生じる問題のあることは前述した通りであるが，この
ような危惧を解消させた測定電極７の構成と，その作用
について以下に説明する。
【０００９】図２に示すように，測定電極７はアルミニ
ウム又はＳＵＳ等の金属材料を円柱状に形成して，これ
を載置台８の載置面に垂直の方向に貫通させ，載置台８
との間を絶縁する誘電体からなるインシュレータ１０を
介在させて載置台８に取り付けられている。該測定電極
７の一端部は載置台８の表面を静電チャック１２を囲む
ようにして覆う石英カバー１５に穿かれた孔から真空容
器３内に露出させ，他端部には直流電圧測定器１４が接
続される。上記構成において，載置台８に与えられた高
周波電圧は，静電チャック１２を介して試料２に印加さ
れると共に，インシュレータ１０の誘電体を介して測定
電極７にも印加される。測定電極７の一端部は真空容器
３内に露出しているので，真空容器３内に発生するプラ
ズマに曝され，試料２に直流電圧成分が生じるのと同様
に測定電極７にも直流電圧成分が発生する。測定電極７
にはインシュレータ１０の誘電体が介在することによる
静電容量を介して高周波電圧が印加されるので，その等
価回路は図３（ａ）に示すようになり，プラズマシース
にかかる電圧Ｖ0 は，下式（１）に示すようになる。こ
れを載置台８の表面の一部を露出させてプラズマに曝す
ことにより，直流電圧を測定する電極としたような場合
と比較すると，その等価回路は，図３（ｂ）に示すよう
になり，プラズマシースにかかる電圧Ｖ0 は，下式
（２）に示すようになる。 Ｖ0 ＝Ｚ0 ／Ｒ＋Ｚ0 ＋Ｚ1 …（１） Ｖ0 ＝Ｚ0 ／Ｚ0 ＋Ｒ…（２）
ウム又はＳＵＳ等の金属材料を円柱状に形成して，これ
を載置台８の載置面に垂直の方向に貫通させ，載置台８
との間を絶縁する誘電体からなるインシュレータ１０を
介在させて載置台８に取り付けられている。該測定電極
７の一端部は載置台８の表面を静電チャック１２を囲む
ようにして覆う石英カバー１５に穿かれた孔から真空容
器３内に露出させ，他端部には直流電圧測定器１４が接
続される。上記構成において，載置台８に与えられた高
周波電圧は，静電チャック１２を介して試料２に印加さ
れると共に，インシュレータ１０の誘電体を介して測定
電極７にも印加される。測定電極７の一端部は真空容器
３内に露出しているので，真空容器３内に発生するプラ
ズマに曝され，試料２に直流電圧成分が生じるのと同様
に測定電極７にも直流電圧成分が発生する。測定電極７
にはインシュレータ１０の誘電体が介在することによる
静電容量を介して高周波電圧が印加されるので，その等
価回路は図３（ａ）に示すようになり，プラズマシース
にかかる電圧Ｖ0 は，下式（１）に示すようになる。こ
れを載置台８の表面の一部を露出させてプラズマに曝す
ことにより，直流電圧を測定する電極としたような場合
と比較すると，その等価回路は，図３（ｂ）に示すよう
になり，プラズマシースにかかる電圧Ｖ0 は，下式
（２）に示すようになる。 Ｖ0 ＝Ｚ0 ／Ｒ＋Ｚ0 ＋Ｚ1 …（１） Ｖ0 ＝Ｚ0 ／Ｚ0 ＋Ｒ…（２）
【００１０】ここで，Ｚ0 ＝１／ｊωＣ0 ，Ｚ1 ＝１／
ｊωＣ1 ，Ｒ：プラズマのインピーダンス，Ｃ0 ：プラ
ズマシースの静電容量，Ｃ1 ：測定電極７と載置台８と
の間の静電容量である。尚，Ｃ1 は測定電極７の真空容
器３内に露出してプラズマに曝される一端部の表面積で
規格化した値である。上式（１）（２）からわかるよう
に，載置台８と測定電極７との間にインシュレータ１０
を介在させ，この静電容量Ｃ1 を介して測定電極７に高
周波電圧が印加された場合の方が，載置台８の一部をそ
のまま電極とした場合よりプラズマシースにかかる電圧
Ｖ0 は小さくなる。従って，測定電極７へのイオンの入
射エネルギーも小さくなるため，測定電極７がイオンに
よりスパッタされる度合いも小さく，スパッタによる不
純物の発生はプラズマ処理に影響を与えることのない状
態に収めることができる。
ｊωＣ1 ，Ｒ：プラズマのインピーダンス，Ｃ0 ：プラ
ズマシースの静電容量，Ｃ1 ：測定電極７と載置台８と
の間の静電容量である。尚，Ｃ1 は測定電極７の真空容
器３内に露出してプラズマに曝される一端部の表面積で
規格化した値である。上式（１）（２）からわかるよう
に，載置台８と測定電極７との間にインシュレータ１０
を介在させ，この静電容量Ｃ1 を介して測定電極７に高
周波電圧が印加された場合の方が，載置台８の一部をそ
のまま電極とした場合よりプラズマシースにかかる電圧
Ｖ0 は小さくなる。従って，測定電極７へのイオンの入
射エネルギーも小さくなるため，測定電極７がイオンに
よりスパッタされる度合いも小さく，スパッタによる不
純物の発生はプラズマ処理に影響を与えることのない状
態に収めることができる。
【００１１】又，インシュレータ１０を介在させたこと
による静電容量Ｃ1 は，載置台８と試料２との間に静電
チャック１２の誘電体を介在させたことによる静電容量
Ｃ2よりも充分に小さくなる。この状態を示す等価回路
は図４の通りである。試料２の表面に生成されるプラズ
マシースの静電容量をＣp として，高周波電圧Ｖ（ω）
が印加されたとき，Ｃ0 に発生する電圧Ｖ0 （ω）とＣ
1 に発生する電圧Ｖ1（ω）との比，及び，Ｃp に発生
する電圧Ｖp （ω）とＣ2 に発生する電圧Ｖ2（ω）と
の比は，次のようになる。 Ｖ0 ：Ｖ1 ＝Ｚ0 ：Ｚ1 Ｖp ：Ｖ2 ＝Ｚp ：Ｚ2 ここでＺp ＝１／ｊωＣp ，Ｚ2 ＝１／ｊωＣ2 であ
る。このとき，Ｃ0 ＜Ｃp ，Ｃ1 ＜Ｃ2 なので，Ｖ0 ＜
Ｖp となり，測定電極７に発生する電圧Ｖ0 は，試料２
に発生する電圧Ｖp より小さくなるので，測定電極７が
イオンによりスパッタされる度合いは，より確実に低減
される。
による静電容量Ｃ1 は，載置台８と試料２との間に静電
チャック１２の誘電体を介在させたことによる静電容量
Ｃ2よりも充分に小さくなる。この状態を示す等価回路
は図４の通りである。試料２の表面に生成されるプラズ
マシースの静電容量をＣp として，高周波電圧Ｖ（ω）
が印加されたとき，Ｃ0 に発生する電圧Ｖ0 （ω）とＣ
1 に発生する電圧Ｖ1（ω）との比，及び，Ｃp に発生
する電圧Ｖp （ω）とＣ2 に発生する電圧Ｖ2（ω）と
の比は，次のようになる。 Ｖ0 ：Ｖ1 ＝Ｚ0 ：Ｚ1 Ｖp ：Ｖ2 ＝Ｚp ：Ｚ2 ここでＺp ＝１／ｊωＣp ，Ｚ2 ＝１／ｊωＣ2 であ
る。このとき，Ｃ0 ＜Ｃp ，Ｃ1 ＜Ｃ2 なので，Ｖ0 ＜
Ｖp となり，測定電極７に発生する電圧Ｖ0 は，試料２
に発生する電圧Ｖp より小さくなるので，測定電極７が
イオンによりスパッタされる度合いは，より確実に低減
される。
【００１２】上記構成になる測定電極７により測定した
直流電圧は，試料２に発生する直流電圧Ｖdcより小さく
なるため，必要とする試料２の直流電圧Ｖdcを直接測定
していることにはならないが，直流電圧Ｖdcの変化率は
測定することができる。従って，プラズマ処理中に測定
電極７に接続された直流電圧測定器１４により測定電極
７に発生する直流電圧をモニターすることにより，プラ
ズマの経時変化やプラズマを意図的に変化させたときの
試料２の直流電圧Ｖdcの変化率を知ることができるの
で，その変化分を補正するように高周波電圧を変化させ
れば，常に一定のイオンエネルギーでプラズマ処理を実
施することができる。この制御方法を図１に示したプラ
ズマ処理装置１に適用した具体例を次に示す。
直流電圧は，試料２に発生する直流電圧Ｖdcより小さく
なるため，必要とする試料２の直流電圧Ｖdcを直接測定
していることにはならないが，直流電圧Ｖdcの変化率は
測定することができる。従って，プラズマ処理中に測定
電極７に接続された直流電圧測定器１４により測定電極
７に発生する直流電圧をモニターすることにより，プラ
ズマの経時変化やプラズマを意図的に変化させたときの
試料２の直流電圧Ｖdcの変化率を知ることができるの
で，その変化分を補正するように高周波電圧を変化させ
れば，常に一定のイオンエネルギーでプラズマ処理を実
施することができる。この制御方法を図１に示したプラ
ズマ処理装置１に適用した具体例を次に示す。
【００１３】図５（ａ）に１つの試料２に対するプラズ
マ処理中に，マイクロ波のパワーを２段階に変化させた
場合の各部の変化を示している。第１段階（ステップ
１）ではマイクロ波パワーは３００Ｗ，第２段階（ステ
ップ２）では１５０Ｗに変化させると，プラズマの電子
密度は１×１０11ｃｍ-3から１×１０10ｃｍ-3に変化す
る。このとき，同図に示すように高周波電圧Ｖppを２０
０Ｖで一定にしていると，測定電極７により測定した直
流電圧は，２５Ｖから４５Ｖに上昇する。この直流電圧
をステップ間で一定に保ちたい場合には，図５（ｂ）に
示すように，測定電極７で測定した直流電圧が一定にな
るように高周波電圧Ｖppを調整すればよい。この例にお
いては，高周波電圧を２００Ｖから１１０Ｖに変化させ
ると，測定電極７で測定される直流電圧は２５Ｖで一定
の値を保つことができ，試料２の直流電圧Ｖdcも一定の
電圧に保たれていることになる。上記制御は，プラズマ
を意図的に変化させた場合であるが，プラズマが経時変
化したときにもイオンの入射エネルギーを一定に保つ場
合も，測定電極７でモニターすることにより，同様の制
御を実施することができる。
マ処理中に，マイクロ波のパワーを２段階に変化させた
場合の各部の変化を示している。第１段階（ステップ
１）ではマイクロ波パワーは３００Ｗ，第２段階（ステ
ップ２）では１５０Ｗに変化させると，プラズマの電子
密度は１×１０11ｃｍ-3から１×１０10ｃｍ-3に変化す
る。このとき，同図に示すように高周波電圧Ｖppを２０
０Ｖで一定にしていると，測定電極７により測定した直
流電圧は，２５Ｖから４５Ｖに上昇する。この直流電圧
をステップ間で一定に保ちたい場合には，図５（ｂ）に
示すように，測定電極７で測定した直流電圧が一定にな
るように高周波電圧Ｖppを調整すればよい。この例にお
いては，高周波電圧を２００Ｖから１１０Ｖに変化させ
ると，測定電極７で測定される直流電圧は２５Ｖで一定
の値を保つことができ，試料２の直流電圧Ｖdcも一定の
電圧に保たれていることになる。上記制御は，プラズマ
を意図的に変化させた場合であるが，プラズマが経時変
化したときにもイオンの入射エネルギーを一定に保つ場
合も，測定電極７でモニターすることにより，同様の制
御を実施することができる。
【００１４】
【実施例】上記構成は，平行平板型のプラズマ処理装置
におけるプラズマの経時変化への対応にも適用すること
ができる。図６において，平行平板型プラズマ処理装置
１６は，真空容器１７内に上部電極２０と下部電極２１
とを平行に対向配置し，上部電極２０と下部電極２１と
の間に印加される高周波電圧により真空容器１７内に導
入された処理ガスをプラズマ化させ，下部電極２１上に
配設された試料２をプラズマ処理できるように構成され
ている。本構成における上記下部電極の構成は，先の実
施例における載置台８と同様に構成されており，共通の
要素には同一の符号を付して，その説明は省略する。本
構成における高周波電源１９は，プラズマ発生用の電源
なので，プラズマの電子密度を変化させるようにプラズ
マ発生条件を変化させるということは，高周波電圧を変
化させることになるので，試料２に発生する直流電圧Ｖ
dcも必然的に変化してしまう。しかし，経時変化の補正
は測定電極７による測定値から上記実施例と同様に実施
することができる。
におけるプラズマの経時変化への対応にも適用すること
ができる。図６において，平行平板型プラズマ処理装置
１６は，真空容器１７内に上部電極２０と下部電極２１
とを平行に対向配置し，上部電極２０と下部電極２１と
の間に印加される高周波電圧により真空容器１７内に導
入された処理ガスをプラズマ化させ，下部電極２１上に
配設された試料２をプラズマ処理できるように構成され
ている。本構成における上記下部電極の構成は，先の実
施例における載置台８と同様に構成されており，共通の
要素には同一の符号を付して，その説明は省略する。本
構成における高周波電源１９は，プラズマ発生用の電源
なので，プラズマの電子密度を変化させるようにプラズ
マ発生条件を変化させるということは，高周波電圧を変
化させることになるので，試料２に発生する直流電圧Ｖ
dcも必然的に変化してしまう。しかし，経時変化の補正
は測定電極７による測定値から上記実施例と同様に実施
することができる。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，真空
容器内に配設される載置台上には，試料を吸着固定する
静電チャックと，試料に印加された高周波電圧がプラズ
マとの関わりによって発生する直流電圧を測定する測定
電極とが設けられる。上記測定電極は，載置台との間が
誘電体により絶縁された柱状に形成され，載置台を貫通
させて該載置台に埋め込まれているので，載置台表面か
ら露出する一端部はプラズマに曝されることになる。載
置台には高周波電圧が印加され，該高周波電圧は静電チ
ャックを介して試料に印加させると共に，誘電体を介し
て測定電極に印加される。プラズマに曝され，高周波電
圧が印加された試料と測定電極には，それぞれ直流電圧
が発生する。この直流電圧はプラズマの変化に応じて変
化するが，静電チャックにより載置台から直流的に浮い
た状態にある試料上の直流電圧の変化は測定できない
が，載置台を貫通した測定電極から直流電圧を測定する
ことができる。直流電圧の変化はイオンの入射エネルギ
ーを変化させることになるので，プラズマの発生条件を
意図的に変化させる場合や経時変化によりプラズマの電
子密度が変化したような場合にも，直流電圧を一定にし
てイオンエネルギーを一定に保つような制御を行うこと
が可能となる。測定電極のプラズマに曝される一端部
は，スパッタにより不純物の発生や磨耗が危惧される
が，露出面積が試料表面積より小さく，載置台との間の
静電容量が試料と載置台との間の静電容量より小さいこ
とから，測定電極に印加される電圧は試料上の電圧より
充分に低くなるので，スパッタは大幅に低減され，プラ
ズマ処理に影響を与えることはない。上記測定電極によ
り測定される直流電圧値は，試料上に発生する直流電圧
値より小さくなり，検知したい試料上の直流電圧値とは
ならないが，変化率は同一なので，プラズマが変化した
ときの直流電圧値の変化率を予め知っておけば，測定電
極による測定値を基に，印加する高周波電圧を調整する
ことにより，イオンの入射エネルギーを一定にしてプラ
ズマを変化させる制御や，プラズマの経時変化にも対応
させることができる。
容器内に配設される載置台上には，試料を吸着固定する
静電チャックと，試料に印加された高周波電圧がプラズ
マとの関わりによって発生する直流電圧を測定する測定
電極とが設けられる。上記測定電極は，載置台との間が
誘電体により絶縁された柱状に形成され，載置台を貫通
させて該載置台に埋め込まれているので，載置台表面か
ら露出する一端部はプラズマに曝されることになる。載
置台には高周波電圧が印加され，該高周波電圧は静電チ
ャックを介して試料に印加させると共に，誘電体を介し
て測定電極に印加される。プラズマに曝され，高周波電
圧が印加された試料と測定電極には，それぞれ直流電圧
が発生する。この直流電圧はプラズマの変化に応じて変
化するが，静電チャックにより載置台から直流的に浮い
た状態にある試料上の直流電圧の変化は測定できない
が，載置台を貫通した測定電極から直流電圧を測定する
ことができる。直流電圧の変化はイオンの入射エネルギ
ーを変化させることになるので，プラズマの発生条件を
意図的に変化させる場合や経時変化によりプラズマの電
子密度が変化したような場合にも，直流電圧を一定にし
てイオンエネルギーを一定に保つような制御を行うこと
が可能となる。測定電極のプラズマに曝される一端部
は，スパッタにより不純物の発生や磨耗が危惧される
が，露出面積が試料表面積より小さく，載置台との間の
静電容量が試料と載置台との間の静電容量より小さいこ
とから，測定電極に印加される電圧は試料上の電圧より
充分に低くなるので，スパッタは大幅に低減され，プラ
ズマ処理に影響を与えることはない。上記測定電極によ
り測定される直流電圧値は，試料上に発生する直流電圧
値より小さくなり，検知したい試料上の直流電圧値とは
ならないが，変化率は同一なので，プラズマが変化した
ときの直流電圧値の変化率を予め知っておけば，測定電
極による測定値を基に，印加する高周波電圧を調整する
ことにより，イオンの入射エネルギーを一定にしてプラ
ズマを変化させる制御や，プラズマの経時変化にも対応
させることができる。
【図１】 本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構
成を示す模式図。
成を示す模式図。
【図２】 実施例に係る載置台部分を拡大図示する側面
図（ａ）と平面図（ｂ）。
図（ａ）と平面図（ｂ）。
【図３】 実施例に係る測定電極の作用を説明する等価
回路図。
回路図。
【図４】 同上
【図５】 実施例構成を用いた制御方法の具体例を示す
制御パターン図。
制御パターン図。
【図６】 実施例構成を平行平板型プラズマ処理装置に
適用した模式図。
適用した模式図。
【図７】 従来構成に係るプラズマ処理装置の模式図。
【図８】 従来構成の載置台の模式図。
【図９】 試料に印加された高周波電圧により直流電圧
が発生する状態を説明する波形図。
が発生する状態を説明する波形図。
１…プラズマ処理装置 ２…試料 ３…真空容器 ７…測定電極 ８…載置台 １０…インシュレータ（誘電体） １２…静電チャック １３，１９…高周波電源 １４…直流電圧測定器 １６…平行平板型プラズマ処理装置
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/31 Ｃ 21/31 21/68 Ｒ 21/68 9216−2Ｇ Ｈ０５Ｈ 1/00 Ａ Ｈ０５Ｈ 1/00 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ
Claims (2)
- 【請求項１】 真空容器内に導入された処理ガスを所要
のプラズマ発生手段によりプラズマ化し，上記真空容器
内に配設された載置台上に静電チャックにより試料を固
定すると共に，上記載置台に印加された高周波電圧を上
記静電チャックを介して上記試料に印加し，上記プラズ
マにより上記試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置
において，上記載置台に，下記Ａ，Ｂ，Ｃの条件を満足
する測定電極が取り付けられてなることを特徴とするプ
ラズマ処理装置。 （Ａ）該測定電極は上記載置台の載置面に垂直に貫通す
る柱状に形成され，載置台表面から露出する一端部の表
面積が上記試料の表面積より充分に小さいこと。 （Ｂ）該測定電極は筒状の誘電体を介して上記載置台に
埋め込まれていること。 （Ｃ）該測定電極と上記載置台との間の静電容量が，上
記試料と上記載置台との間の静電容量より充分に小さい
こと。 - 【請求項２】 真空容器内に導入された処理ガスを所要
のプラズマ発生手段によりプラズマ化し，上記真空容器
内に配設された載置台上に静電チャックにより試料を固
定すると共に，上記載置台に印加された高周波電圧を上
記静電チャックを介して上記試料に印加し，上記プラズ
マにより上記試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法
において，上記載置台に設けられた下記Ａ，Ｂ，Ｃの条
件を満足する測定電極により上記試料の電圧に対応する
電圧値を測定し，測定された電圧値に対応させて上記載
置台に印加する高周波電圧を制御することを特徴とする
プラズマ処理方法。 （Ａ）該測定電極は上記載置台の載置面に垂直に貫通す
る柱状に形成され，載置台表面から露出する一端部の表
面積が上記試料の表面積より充分に小さいこと。 （Ｂ）該測定電極は筒状の誘電体を介して上記載置台に
埋め込まれていること。 （Ｃ）該測定電極と上記載置台との間の静電容量が，上
記試料と上記載置台との間の静電容量より充分に小さい
こと。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17590095A JPH0927395A (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | プラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17590095A JPH0927395A (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | プラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0927395A true JPH0927395A (ja) | 1997-01-28 |
Family
ID=16004202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17590095A Pending JPH0927395A (ja) | 1995-07-12 | 1995-07-12 | プラズマ処理装置及び該装置を用いたプラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0927395A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999062990A1 (fr) * | 1998-05-29 | 1999-12-09 | Toray Industries, Inc. | Procede et appareil pour la production d'une feuille traitee au plasma |
| JP2001148374A (ja) * | 1999-07-27 | 2001-05-29 | Applied Materials Inc | ウェーハの直流バイアス電圧を原位置において測定するための容量性プローブ |
| JP2002118095A (ja) * | 2000-10-06 | 2002-04-19 | Kawasaki Microelectronics Kk | 半導体製造装置、被処理基板表面の処理方法およびプラズマ生成物の付着状態の観察方法 |
| WO2003010809A1 (fr) * | 2001-07-27 | 2003-02-06 | Tokyo Electron Limited | Dispositif de traitement au plasma et table de montage de substrat |
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| KR100749169B1 (ko) * | 2006-04-07 | 2007-08-14 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 플라즈마처리장치 |
| JP2008226514A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プラズマ処理装置 |
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-
1995
- 1995-07-12 JP JP17590095A patent/JPH0927395A/ja active Pending
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