JPH07169590A - 電子密度の測定方法及びその装置及び電子密度の制御装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents
電子密度の測定方法及びその装置及び電子密度の制御装置及びプラズマ処理装置Info
- Publication number
- JPH07169590A JPH07169590A JP6212636A JP21263694A JPH07169590A JP H07169590 A JPH07169590 A JP H07169590A JP 6212636 A JP6212636 A JP 6212636A JP 21263694 A JP21263694 A JP 21263694A JP H07169590 A JPH07169590 A JP H07169590A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- electron density
- frequency
- antenna
- electron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
- H01J37/32954—Electron temperature measurement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/3299—Feedback systems
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電子密度の測定に関し，プラズマ中の電子密
度を正確に測定し，重金属汚染を防止して一定なプラズ
マを得る。 【構成】 １）プラズマ発生装置において，高周波印加
電極またはバイアス電極から生成される電子ビームがプ
ラズマ中に照射されることにより励起される電磁波の最
大振幅の周波数を検出し，該周波数より該プラズマ中の
電子密度を算出する，２）高周波印加電極またはバイア
ス電極から生成される電子ビームがプラズマ中に照射さ
れることにより励起される電磁波の周波数を検出する検
出器を有し，該検出器が該電磁波を受信するアンテナと
該アンテナからの出力を測定する周波数測定装置からな
る，３）前記１）により求められた電子密度の変動値
を，プラズマのガス圧またはプラズマを発生させている
高周波電力に帰還して該電子密度を一定に保つ制御回路
を有する。
度を正確に測定し，重金属汚染を防止して一定なプラズ
マを得る。 【構成】 １）プラズマ発生装置において，高周波印加
電極またはバイアス電極から生成される電子ビームがプ
ラズマ中に照射されることにより励起される電磁波の最
大振幅の周波数を検出し，該周波数より該プラズマ中の
電子密度を算出する，２）高周波印加電極またはバイア
ス電極から生成される電子ビームがプラズマ中に照射さ
れることにより励起される電磁波の周波数を検出する検
出器を有し，該検出器が該電磁波を受信するアンテナと
該アンテナからの出力を測定する周波数測定装置からな
る，３）前記１）により求められた電子密度の変動値
を，プラズマのガス圧またはプラズマを発生させている
高周波電力に帰還して該電子密度を一定に保つ制御回路
を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマ中の電子密度の
測定方法及びその装置及びその制御装置に関する。
測定方法及びその装置及びその制御装置に関する。
【０００２】プラズマ中の電子密度を測定することは，
プラズマを制御するために必要且つ重要である。
プラズマを制御するために必要且つ重要である。
【０００３】
【従来の技術】従来，プラズマ中の電子密度を測定する
には，ラングミュア・プローブ法が広く利用されてい
る。
には，ラングミュア・プローブ法が広く利用されてい
る。
【０００４】この方法は，プラズマ室内に発生したプラ
ズマ雰囲気中にプローブを挿入し，プローブに直流電圧
を印加し，プラズマの状態に応じた電流の変化を検出
し，この直流電圧と電流の変化特性から，電子密度を検
出するものである。
ズマ雰囲気中にプローブを挿入し，プローブに直流電圧
を印加し，プラズマの状態に応じた電流の変化を検出
し，この直流電圧と電流の変化特性から，電子密度を検
出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ラングミュア・プロー
ブ法を半導体装置の製造用プラズマ装置に用いる場合に
は次のような問題点があった。 (1) プローブの材質として通常タングステン等の重金属
が用いられる。そのため，プローブが重金属汚染源とな
り，デバイスの品質劣化を引き起こしていた。 (2) プラズマ気相成長(CVD) 法に用いる際に，絶縁膜の
成長の場合にプローブ表面に薄い絶縁膜を堆積する。こ
のため，プローブ電流は時間の経過とともに変化し，正
しいプローブ電流の測定ができない。 (3）容量結合性プラズマ装置に用いる際に，プラズマ電
位が周波数に応じて変化する。そのため，プローブ特性
が変化してしまう。 (4）有磁場プラズマ装置に用いる際に，プローブ特性は
複雑な電子サイクロトロン運動を考慮して解析しなけれ
ばならない。 (5) 電子密度を得るためには，正確な電子温度の他に，
イオン飽和電流あるいは電子飽和電流が必要となる。イ
オン飽和電流はイオン種の特定が困難であり，電子飽和
電流はプローブ特性の飽和点の決定が困難である。従っ
て，プローブ測定には誤差が含まれる。
ブ法を半導体装置の製造用プラズマ装置に用いる場合に
は次のような問題点があった。 (1) プローブの材質として通常タングステン等の重金属
が用いられる。そのため，プローブが重金属汚染源とな
り，デバイスの品質劣化を引き起こしていた。 (2) プラズマ気相成長(CVD) 法に用いる際に，絶縁膜の
成長の場合にプローブ表面に薄い絶縁膜を堆積する。こ
のため，プローブ電流は時間の経過とともに変化し，正
しいプローブ電流の測定ができない。 (3）容量結合性プラズマ装置に用いる際に，プラズマ電
位が周波数に応じて変化する。そのため，プローブ特性
が変化してしまう。 (4）有磁場プラズマ装置に用いる際に，プローブ特性は
複雑な電子サイクロトロン運動を考慮して解析しなけれ
ばならない。 (5) 電子密度を得るためには，正確な電子温度の他に，
イオン飽和電流あるいは電子飽和電流が必要となる。イ
オン飽和電流はイオン種の特定が困難であり，電子飽和
電流はプローブ特性の飽和点の決定が困難である。従っ
て，プローブ測定には誤差が含まれる。
【０００６】本発明は，従来，一般的に用いられている
ラングミュア・プローブ法の上記の欠点を除去してプラ
ズマ中の電子密度を正確に測定し，重金属汚染を防止し
て一定なプラズマを得ることを目的とする。
ラングミュア・プローブ法の上記の欠点を除去してプラ
ズマ中の電子密度を正確に測定し，重金属汚染を防止し
て一定なプラズマを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は， １）プラズマ発生装置の高周波印加電極またはバイアス
電極から生成される電子ビームがプラズマ中に照射され
ることにより励起される電磁波の最大振幅の周波数を検
出し，該周波数より該プラズマ中の電子密度を算出する
電子密度の測定方法，あるいは ２）容量結合性プラズマ発生装置の高周波印加電極から
生成される電子ビームがプラズマ中に照射されることに
より励起される電磁波の周波数を検出する検出器を有
し，該検出器が該電磁波を受信するアンテナと該アンテ
ナからの出力を測定する周波数測定装置からなる電子密
度の測定装置，あるいは ３）バイアス電極を持つプラズマ発生装置のバイアス電
極から生成される電子ビームがプラズマ中に照射される
ことにより励起される電磁波の周波数を検出する検出器
を有し，該検出器が該電磁波を受信するアンテナと該ア
ンテナからの出力を測定する周波数測定装置からなる電
子密度の測定装置，あるいは ４）バイアス電極を持ち磁場を用いるプラズマ発生装置
のバイアス電極から生成される電子ビームがプラズマ中
に照射されることにより励起される電磁波の周波数を検
出する検出器を有し，該検出器が該電磁波を受信するア
ンテナと該アンテナからの出力を測定する周波数測定装
置からなる電子密度の測定装置，あるいは ５）前記アンテナが前記磁場の方向に対して略平行に配
置されていることを特徴とする前記４）記載の電子密度
の測定装置，あるいは ６）前記１）の測定方法により求められた電子密度の変
動値を，プラズマのガス圧またはプラズマを発生させて
いる高周波電力に帰還して該電子密度を一定に保つ制御
回路を有する電子密度の制御装置により達成される。
電極から生成される電子ビームがプラズマ中に照射され
ることにより励起される電磁波の最大振幅の周波数を検
出し，該周波数より該プラズマ中の電子密度を算出する
電子密度の測定方法，あるいは ２）容量結合性プラズマ発生装置の高周波印加電極から
生成される電子ビームがプラズマ中に照射されることに
より励起される電磁波の周波数を検出する検出器を有
し，該検出器が該電磁波を受信するアンテナと該アンテ
ナからの出力を測定する周波数測定装置からなる電子密
度の測定装置，あるいは ３）バイアス電極を持つプラズマ発生装置のバイアス電
極から生成される電子ビームがプラズマ中に照射される
ことにより励起される電磁波の周波数を検出する検出器
を有し，該検出器が該電磁波を受信するアンテナと該ア
ンテナからの出力を測定する周波数測定装置からなる電
子密度の測定装置，あるいは ４）バイアス電極を持ち磁場を用いるプラズマ発生装置
のバイアス電極から生成される電子ビームがプラズマ中
に照射されることにより励起される電磁波の周波数を検
出する検出器を有し，該検出器が該電磁波を受信するア
ンテナと該アンテナからの出力を測定する周波数測定装
置からなる電子密度の測定装置，あるいは ５）前記アンテナが前記磁場の方向に対して略平行に配
置されていることを特徴とする前記４）記載の電子密度
の測定装置，あるいは ６）前記１）の測定方法により求められた電子密度の変
動値を，プラズマのガス圧またはプラズマを発生させて
いる高周波電力に帰還して該電子密度を一定に保つ制御
回路を有する電子密度の制御装置により達成される。
【０００８】
【作用】本発明は，プラズマ中にエネルギー Eb の電子
ビームを照射し，これによって生じたビームの不安定性
より一番強く励起された波の周波数 (プラズマ周波数)
ωp を測定することにより，次の(1) 式1)より電子密度
np を求めるようにした新規の電子密度測定方法 (プラ
ズマ振動法) である。
ビームを照射し，これによって生じたビームの不安定性
より一番強く励起された波の周波数 (プラズマ周波数)
ωp を測定することにより，次の(1) 式1)より電子密度
np を求めるようにした新規の電子密度測定方法 (プラ
ズマ振動法) である。
【０００９】
【式１】 np ＝ωp 2 ε0 me / e2 ＝1.24×10-2 (ωp /2π)2 [m-3] (1) ここで， me は電子質量，e は電子荷電, ε0 は真空誘
電率である。
電率である。
【００１０】(1) 式よりわかるように，本発明では電子
温度を測定することなく電子密度を測定でき，従ってラ
ングミュア・プロープ法にみられるような誤差は少な
い。また，本発明による測定を利用した制御回路により
一定なプラズマを得ることができる。
温度を測定することなく電子密度を測定でき，従ってラ
ングミュア・プロープ法にみられるような誤差は少な
い。また，本発明による測定を利用した制御回路により
一定なプラズマを得ることができる。
【００１１】以下に, 本発明に係るプラズマ振動法の測
定原理を説明する。冷たく (κ Te ＝ 0 ), 衝突がなく
(ν＝ 0 ), 磁場がない ( B＝ 0 )プラズマに電子ビー
ムを照射したときのビームの不安定性を考える。ここ
で，κはボルツマン定数， Te は電子温度, νは衝突周
波数 , Bは磁束密度である。
定原理を説明する。冷たく (κ Te ＝ 0 ), 衝突がなく
(ν＝ 0 ), 磁場がない ( B＝ 0 )プラズマに電子ビー
ムを照射したときのビームの不安定性を考える。ここ
で，κはボルツマン定数， Te は電子温度, νは衝突周
波数 , Bは磁束密度である。
【００１２】いま, 電子ビーム密度を nb , 電子ビーム
の速度を u＝ (2Eb /me )1/2とすると，線型化した電子
の運動方程式, 粒子保存則及びポアソン方程式を用いる
ことにより, 次の(2) 式2)に示されるように, 周波数ω
と波数 kとの電子波の分散関係が求まる。
の速度を u＝ (2Eb /me )1/2とすると，線型化した電子
の運動方程式, 粒子保存則及びポアソン方程式を用いる
ことにより, 次の(2) 式2)に示されるように, 周波数ω
と波数 kとの電子波の分散関係が求まる。
【００１３】
【式２】 1 −ωp 2/ω2 −ηωp 2/ (ω−ku)2＝ 0 (2) ここで，規格化した電子ビーム密度η＝ nb /np を定義
し，η≪ 1とする。
し，η≪ 1とする。
【００１４】波数 kを実数とすると, 上式は周波数ωに
ついての４次方程式となる。式(2) において，｜ k｜＜
(ωp /u) (1＋η1/3)3/2 を満たすとき, 周波数の複素
解ω(k) は ω(k) ＝ωr ＋i γ となる。
ついての４次方程式となる。式(2) において，｜ k｜＜
(ωp /u) (1＋η1/3)3/2 を満たすとき, 周波数の複素
解ω(k) は ω(k) ＝ωr ＋i γ となる。
【００１５】周波数の虚数解γは, 時間的に成長する波
の振幅を表すもので,k＝ωp /u のときに最大値を持
つ。また, その時の周波数の実数解はωr ＝ωp とな
る。
の振幅を表すもので,k＝ωp /u のときに最大値を持
つ。また, その時の周波数の実数解はωr ＝ωp とな
る。
【００１６】従って，振幅の最も大きな波の周波数を測
定することにより，プラズマ周波数ωp が求まり, (1)
式より電子密度 np を得る。観測するプラズマ周波数
ωp は電子ビームエネルギー Eb に依存しない。そのた
め，本発明を容量結合性高周波プラズマ装置に用いる場
合，プラズマ電位の時間変動に影響されない。
定することにより，プラズマ周波数ωp が求まり, (1)
式より電子密度 np を得る。観測するプラズマ周波数
ωp は電子ビームエネルギー Eb に依存しない。そのた
め，本発明を容量結合性高周波プラズマ装置に用いる場
合，プラズマ電位の時間変動に影響されない。
【００１７】また，測定する波の周波数がμ波帯である
ので，本発明はプローブ表面に薄い絶縁膜が堆積しても
影響がない。電子ビーム密度が大きいとき，即ち，η≪
1が成立しないときでも，本発明は次の(3）式2)を利用
することにより，正確な電子密度を得ることができる。
ので，本発明はプローブ表面に薄い絶縁膜が堆積しても
影響がない。電子ビーム密度が大きいとき，即ち，η≪
1が成立しないときでも，本発明は次の(3）式2)を利用
することにより，正確な電子密度を得ることができる。
【００１８】
【式３】 ωr ＝ωp [1−1/2(η/2)1/3＋3/4(η/2)2/3＋・・・・・] (3） 図１は本発明の原理説明図である。
【００１９】図は，検出した信号の周波数スペクトルを
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが0.4 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，この値を(1) 式に入
れて，プラズマ中の電子密度np が求めることができ
る。 1) F.F.Chen;Introduction to Plasma Physics(Plenum
Press, New York,1974).明細書の(1) 式はこの文献の
(4.25)式参照, 明細書の(2) 式はこの文献の(6.30)式参
照 2) J.S.Thompson; Phys. Fluids, 14(1971) 1532.明細
書の(2) 式はこの文献の(5) 式参照, 明細書の(3）式は
この文献の(6)式参照
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが0.4 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，この値を(1) 式に入
れて，プラズマ中の電子密度np が求めることができ
る。 1) F.F.Chen;Introduction to Plasma Physics(Plenum
Press, New York,1974).明細書の(1) 式はこの文献の
(4.25)式参照, 明細書の(2) 式はこの文献の(6.30)式参
照 2) J.S.Thompson; Phys. Fluids, 14(1971) 1532.明細
書の(2) 式はこの文献の(5) 式参照, 明細書の(3）式は
この文献の(6)式参照
【００２０】
実施例(1) ：図３は本発明の実施例(1) を説明する構成
図である。
図である。
【００２１】図は，容量結合性プラズマ発生装置で，10
は反応ガスを導入するプラズマ処理室, 20は反応ガスの
流量制御装置, 30は排気口, 40はゲートバルブ，50はRF
電極, 60はインピーダンスマッチング回路, 70はパワー
メータ, 80はRF発振器, 90は検出器である。
は反応ガスを導入するプラズマ処理室, 20は反応ガスの
流量制御装置, 30は排気口, 40はゲートバルブ，50はRF
電極, 60はインピーダンスマッチング回路, 70はパワー
メータ, 80はRF発振器, 90は検出器である。
【００２２】この装置を用い以下の条件で電子密度の測
定を行った。反応ガスの流量制御装置20より反応ガスが
所定流量導入される。ここではCF4を50 SCCM 導入す
る。プラズマ処理室10内の圧力は, 排気口30の上部にあ
るゲートバルブ40により調節して100 mTorr にする。高
周波電力は，RF発振器80からパワーメータ70及びインピ
ーダンスマッチング回路60を介してRF電極50に印加され
る。ここで，周波数は13.56MHz, 高周波電力密度 2.0 W
/cm2である。以上の過程によりプラズマ処理室10内にプ
ラズマが生成される。
定を行った。反応ガスの流量制御装置20より反応ガスが
所定流量導入される。ここではCF4を50 SCCM 導入す
る。プラズマ処理室10内の圧力は, 排気口30の上部にあ
るゲートバルブ40により調節して100 mTorr にする。高
周波電力は，RF発振器80からパワーメータ70及びインピ
ーダンスマッチング回路60を介してRF電極50に印加され
る。ここで，周波数は13.56MHz, 高周波電力密度 2.0 W
/cm2である。以上の過程によりプラズマ処理室10内にプ
ラズマが生成される。
【００２３】容量結合性プラズマでは，電子ビームがRF
電極50よりプラズマに向けて照射される。これは, RF電
極50の電圧変化に伴い, 電極前面にできるシースの厚さ
が変動することにより，高エネルギーの電子が生成され
るためである。この現象は振動シース加速または wave
ridingと呼ばれる。この電子ビームがビーム不安定性に
より波を励起し，その波の周波数が検出器90により検出
される。
電極50よりプラズマに向けて照射される。これは, RF電
極50の電圧変化に伴い, 電極前面にできるシースの厚さ
が変動することにより，高エネルギーの電子が生成され
るためである。この現象は振動シース加速または wave
ridingと呼ばれる。この電子ビームがビーム不安定性に
より波を励起し，その波の周波数が検出器90により検出
される。
【００２４】図４に検出器としてアンテナ100 と周波数
測定装置110 を使用した実施例を示す。アンテナ100 と
してはセミリジッドケーブル (50Ω, 外径 3 mm)の芯線
(外径 0.2 mm,長さ 4 mm)を用いる。アンテナ100 とRF
電極50との距離Δr は 15 mmである。
測定装置110 を使用した実施例を示す。アンテナ100 と
してはセミリジッドケーブル (50Ω, 外径 3 mm)の芯線
(外径 0.2 mm,長さ 4 mm)を用いる。アンテナ100 とRF
電極50との距離Δr は 15 mmである。
【００２５】アンテナより受信した信号は周波数測定装
置 (スペクトルアナライザ)110により検出される。本装
置では，タングステンのフィラメントを必要としないた
め，ラングミュア・プローブのような重金属汚染はみら
れない。
置 (スペクトルアナライザ)110により検出される。本装
置では，タングステンのフィラメントを必要としないた
め，ラングミュア・プローブのような重金属汚染はみら
れない。
【００２６】図１に検出した信号の周波数スペクトルを
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが0.4 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，(1) 式より電子密度
np は, np ＝ 2.0×109 cm-3 となる。なお，ω/2π＜0.1 GHz に見られる信号は，電
源周波数13.56 MHz の高調波成分である。
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが0.4 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，(1) 式より電子密度
np は, np ＝ 2.0×109 cm-3 となる。なお，ω/2π＜0.1 GHz に見られる信号は，電
源周波数13.56 MHz の高調波成分である。
【００２７】図２に検出した信号の振幅の空間分布を示
す。縦軸は振幅を任意単位で表し,横軸はアンテナ100
とRF電極50との距離Δr を表す。周波数はω/2π＝0.4
GHzで一定である。この図より，Δr ＝ 15 mm の場合
が, プラズマ信号を最も感度よく検出することができ,
7.5 mm <Δr< 17.5 mmで最大振幅の80% 以上の信号が得
られる。 実施例(2) ：図６は本発明の実施例(2) を説明する構成
図である。
す。縦軸は振幅を任意単位で表し,横軸はアンテナ100
とRF電極50との距離Δr を表す。周波数はω/2π＝0.4
GHzで一定である。この図より，Δr ＝ 15 mm の場合
が, プラズマ信号を最も感度よく検出することができ,
7.5 mm <Δr< 17.5 mmで最大振幅の80% 以上の信号が得
られる。 実施例(2) ：図６は本発明の実施例(2) を説明する構成
図である。
【００２８】図は，バイアス電極を持つプラズマ発生装
置で，10は反応ガスを導入するプラズマ処理室, 20は反
応ガスの流量制御装置, 30は排気口, 40はゲートバル
ブ，50A はRFアンテナ，52はインピーダンスマッチング
回路, 54はパワーメータ, 56はRF発振器, 61はバイアス
電極, 62はインピーダンスマッチング回路, 64はパワー
メータ, 66はRF発振器, 90は検出器である。
置で，10は反応ガスを導入するプラズマ処理室, 20は反
応ガスの流量制御装置, 30は排気口, 40はゲートバル
ブ，50A はRFアンテナ，52はインピーダンスマッチング
回路, 54はパワーメータ, 56はRF発振器, 61はバイアス
電極, 62はインピーダンスマッチング回路, 64はパワー
メータ, 66はRF発振器, 90は検出器である。
【００２９】この装置を用い以下の条件で電子密度の測
定を行った。反応ガスの流量制御装置20より反応ガスが
所定流量導入される。ここではCF4を20 SCCM 導入す
る。プラズマ処理室10内の圧力は, 排気口30の上部にあ
るゲートバルブ40により調節して 3 mTorrにする。高周
波電力は，RF発振器56からパワーメータ54及びインピー
ダンスマッチング回路52を介してRFアンテナ50A に印加
される。ここで，周波数は13.56MHz, 高周波電力は 800
Wである。なお，RFアンテナ50A は2.5 巻きしたループ
を用い, プラズマ処理室10内に誘導結合性プラズマが生
成される。
定を行った。反応ガスの流量制御装置20より反応ガスが
所定流量導入される。ここではCF4を20 SCCM 導入す
る。プラズマ処理室10内の圧力は, 排気口30の上部にあ
るゲートバルブ40により調節して 3 mTorrにする。高周
波電力は，RF発振器56からパワーメータ54及びインピー
ダンスマッチング回路52を介してRFアンテナ50A に印加
される。ここで，周波数は13.56MHz, 高周波電力は 800
Wである。なお，RFアンテナ50A は2.5 巻きしたループ
を用い, プラズマ処理室10内に誘導結合性プラズマが生
成される。
【００３０】この装置を用いてエッチングを行うとき
は, バイアス電極61上にウエーハを載置する。バイアス
電圧は, RF発振器66からパワーメータ64及びインピーダ
ンスマッチング回路62を介してバイアス電極61に印加さ
れる。ここで，周波数は 200 KHz, バイアス電圧 (− V
DC) が 80 V である。
は, バイアス電極61上にウエーハを載置する。バイアス
電圧は, RF発振器66からパワーメータ64及びインピーダ
ンスマッチング回路62を介してバイアス電極61に印加さ
れる。ここで，周波数は 200 KHz, バイアス電圧 (− V
DC) が 80 V である。
【００３１】バイアス電極を持つプラズマ発生装置で
は，電子ビームがバイアス電極61よりプラズマに向けて
照射される。この電子ビームがビーム不安定性により波
を励起し，その波の周波数が検出器90により検出され
る。
は，電子ビームがバイアス電極61よりプラズマに向けて
照射される。この電子ビームがビーム不安定性により波
を励起し，その波の周波数が検出器90により検出され
る。
【００３２】図７に検出器としてアンテナ100 と周波数
測定装置110 を使用して電子密度を測定した実施例を示
す。アンテナ100 としてはセミリジッドケーブル (50
Ω, 外径 3 mm)の芯線 (外径 0.2 mm,長さ 4 mm)を用い
る。アンテナ100 とバイアス電極61との距離Δr は 15
mmである。
測定装置110 を使用して電子密度を測定した実施例を示
す。アンテナ100 としてはセミリジッドケーブル (50
Ω, 外径 3 mm)の芯線 (外径 0.2 mm,長さ 4 mm)を用い
る。アンテナ100 とバイアス電極61との距離Δr は 15
mmである。
【００３３】アンテナより受信した信号は周波数測定装
置 (スペクトルアナライザ)110により検出される。本装
置では，タングステンのフィラメントを必要としないた
め，ラングミュアプローブのような重金属汚染はみられ
ない。
置 (スペクトルアナライザ)110により検出される。本装
置では，タングステンのフィラメントを必要としないた
め，ラングミュアプローブのような重金属汚染はみられ
ない。
【００３４】図５に検出した信号の周波数スペクトルを
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが2.5 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，(1) 式より電子密度
np は, np ＝ 7.8×1010cm-3 となる。なお，ω/2π＜0.1 GHz に見られる信号は，電
源周波数13.56 MHz の高調波成分である。
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが2.5 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，(1) 式より電子密度
np は, np ＝ 7.8×1010cm-3 となる。なお，ω/2π＜0.1 GHz に見られる信号は，電
源周波数13.56 MHz の高調波成分である。
【００３５】本発明は, 誘導結合性プラズマに限らず，
ダウンフロー型やトライオード型のプラズマ装置等バイ
アス電極を用いる装置であれば，何にでも適用できる。 実施例(3）：図10は本発明の実施例(3）を説明する構成
図である。
ダウンフロー型やトライオード型のプラズマ装置等バイ
アス電極を用いる装置であれば，何にでも適用できる。 実施例(3）：図10は本発明の実施例(3）を説明する構成
図である。
【００３６】図は，バイアス電極を持ち磁場を用いるプ
ラズマ発生装置で，10は反応ガスを導入するプラズマ処
理室, 20は反応ガスの流量制御装置, 30は排気口, 40は
ゲートバルブ，50A はRFアンテナ，52はインピーダンス
マッチング回路, 54はパワーメータ, 56はRF発振器, 58
は磁場生成用のソレノイドコイル,61 はバイアス電極,
62はインピーダンスマッチング回路, 64はパワーメー
タ, 66はRF発振器, 90は検出器である。
ラズマ発生装置で，10は反応ガスを導入するプラズマ処
理室, 20は反応ガスの流量制御装置, 30は排気口, 40は
ゲートバルブ，50A はRFアンテナ，52はインピーダンス
マッチング回路, 54はパワーメータ, 56はRF発振器, 58
は磁場生成用のソレノイドコイル,61 はバイアス電極,
62はインピーダンスマッチング回路, 64はパワーメー
タ, 66はRF発振器, 90は検出器である。
【００３７】この装置を用い以下の条件で電子密度の測
定を行った。反応ガスの流量制御装置20より反応ガスが
所定流量導入される。ここではCF4を20 SCCM 導入す
る。プラズマ処理室10内の圧力は, 排気口30の上部にあ
るゲートバルブ40により調節して 1 mTorrにする。高周
波電力は，RF発振器56からパワーメータ54及びインピー
ダンスマッチング回路52を介してRFアンテナ50A に印加
される。ここで，周波数は13.56MHz, 高周波電力は 120
0 W である。なお，RFアンテナ50A は M＝ 0モード (M:
方位角方向モード) のヘリコン波を励起する構造であ
る。また，ソレノイドコイル58により，500 G の磁場を
印加する。
定を行った。反応ガスの流量制御装置20より反応ガスが
所定流量導入される。ここではCF4を20 SCCM 導入す
る。プラズマ処理室10内の圧力は, 排気口30の上部にあ
るゲートバルブ40により調節して 1 mTorrにする。高周
波電力は，RF発振器56からパワーメータ54及びインピー
ダンスマッチング回路52を介してRFアンテナ50A に印加
される。ここで，周波数は13.56MHz, 高周波電力は 120
0 W である。なお，RFアンテナ50A は M＝ 0モード (M:
方位角方向モード) のヘリコン波を励起する構造であ
る。また，ソレノイドコイル58により，500 G の磁場を
印加する。
【００３８】以上の過程を経て，プラズマ処理室10内に
ヘリコン波プラズマが生成される。この装置を用いてエ
ッチングを行うときは, バイアス電極61上にウエーハを
載置する。バイアス電圧は, RF発振器66からパワーメー
タ64及びインピーダンスマッチング回路62を介してバイ
アス電極61に印加される。ここで，周波数は 200 KHz,
バイアス電圧 (− VDC) が 70 V である。
ヘリコン波プラズマが生成される。この装置を用いてエ
ッチングを行うときは, バイアス電極61上にウエーハを
載置する。バイアス電圧は, RF発振器66からパワーメー
タ64及びインピーダンスマッチング回路62を介してバイ
アス電極61に印加される。ここで，周波数は 200 KHz,
バイアス電圧 (− VDC) が 70 V である。
【００３９】バイアス電極を持つプラズマ発生装置で
は，電子ビームがバイアス電極61よりプラズマに向けて
照射される。この電子ビームがビーム不安定性により波
を励起し，その波の周波数が検出器90により検出され
る。
は，電子ビームがバイアス電極61よりプラズマに向けて
照射される。この電子ビームがビーム不安定性により波
を励起し，その波の周波数が検出器90により検出され
る。
【００４０】図11に検出器としてアンテナ100 と周波数
測定装置110 を使用して電子密度を測定した実施例を示
す。アンテナ100 としてはセミリジッドケーブル (50
Ω, 外径 3 mm)の芯線 (外径 0.2 mm,長さ 4 mm)を用い
る。アンテナ100 とバイアス電極61との距離Δr は 15
mmである。なお, この場合アンテナの方向が磁場に対し
て平行になるように芯線の先端を曲げている。
測定装置110 を使用して電子密度を測定した実施例を示
す。アンテナ100 としてはセミリジッドケーブル (50
Ω, 外径 3 mm)の芯線 (外径 0.2 mm,長さ 4 mm)を用い
る。アンテナ100 とバイアス電極61との距離Δr は 15
mmである。なお, この場合アンテナの方向が磁場に対し
て平行になるように芯線の先端を曲げている。
【００４１】アンテナより受信した信号は周波数測定装
置 (スペクトルアナライザ)110により検出される。本装
置では，タングステンのフィラメントを必要としないた
め，ラングミュアプローブのような重金属汚染はみられ
ない。
置 (スペクトルアナライザ)110により検出される。本装
置では，タングステンのフィラメントを必要としないた
め，ラングミュアプローブのような重金属汚染はみられ
ない。
【００４２】図８に検出した信号の周波数スペクトルを
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが6.4 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，(1) 式より電子密度
np は, np ＝ 5.1×1011cm-3 となる。なお，ω/2π＜0.1 GHz に見られる信号は，電
源周波数13.56 MHz の高調波成分である。
示す。ビーム不安定性によるプラズマ振動を表すスペク
トルが6.4 GHz 付近に見られる。振幅の最大値の周波数
がプラズマ周波数ωp を表すので，(1) 式より電子密度
np は, np ＝ 5.1×1011cm-3 となる。なお，ω/2π＜0.1 GHz に見られる信号は，電
源周波数13.56 MHz の高調波成分である。
【００４３】図９ａ，ｂ及びｃに検出した信号の磁場方
向依存を示す。図９ａと図９ｂはアンテナ100 が磁場Ｂ
の方向に平行（θ＝０°）と垂直（θ＝９０°）の場合
を各々表す。図９ｃは、周波数がω/2π＝6.4 GHz で一
定のとき、アンテナの検出するプラズマ信号の振幅の角
度θ依存性を表す。これよりθ＝０°のときプラズマ信
号を最も感度よく検出し、θ<37.1 °で最大振幅の80%
以上の信号が得られることが分かる。
向依存を示す。図９ａと図９ｂはアンテナ100 が磁場Ｂ
の方向に平行（θ＝０°）と垂直（θ＝９０°）の場合
を各々表す。図９ｃは、周波数がω/2π＝6.4 GHz で一
定のとき、アンテナの検出するプラズマ信号の振幅の角
度θ依存性を表す。これよりθ＝０°のときプラズマ信
号を最も感度よく検出し、θ<37.1 °で最大振幅の80%
以上の信号が得られることが分かる。
【００４４】本発明は, ヘリコン波プラズマに限らず，
電子サイクロトロン共鳴(ECR) 型プラズマ装置, マグネ
トロン反応性イオンエッチング(M-RIE) 装置等磁場を用
いる装置であれば，何にでも適用できる。
電子サイクロトロン共鳴(ECR) 型プラズマ装置, マグネ
トロン反応性イオンエッチング(M-RIE) 装置等磁場を用
いる装置であれば，何にでも適用できる。
【００４５】以下に電子密度制御装置の実施例を説明す
る。 実施例(4）：図12は本発明の実施例(4）を説明する構成
図である。
る。 実施例(4）：図12は本発明の実施例(4）を説明する構成
図である。
【００４６】図は, 容量結合性プラズマ発生装置におけ
る，一定なプラズマを得るための電子密度制御装置の実
施例を示す。周波数測定装置110 により検出されたプラ
ズマ振動の周波数は F/Vコンバータ200 により電圧信号
に変換され，コンピュータ210 に取り込まれる。コンピ
ュータで(1) 式を計算して電子密度を得る。この結果
は, 反応ガスの流量制御装置20及びRF発振器80に帰還回
路211 、212 により各々帰還され，ガス圧あるいはRF電
力を制御しすることにより，常に一定なプラズマを得る
ことができる。 実施例(5) ：図13は本発明の実施例(5) を説明する構成
図である。
る，一定なプラズマを得るための電子密度制御装置の実
施例を示す。周波数測定装置110 により検出されたプラ
ズマ振動の周波数は F/Vコンバータ200 により電圧信号
に変換され，コンピュータ210 に取り込まれる。コンピ
ュータで(1) 式を計算して電子密度を得る。この結果
は, 反応ガスの流量制御装置20及びRF発振器80に帰還回
路211 、212 により各々帰還され，ガス圧あるいはRF電
力を制御しすることにより，常に一定なプラズマを得る
ことができる。 実施例(5) ：図13は本発明の実施例(5) を説明する構成
図である。
【００４７】図は, バイアス電極を持つプラズマ発生装
置における，一定なプラズマを得るための電子密度制御
装置の実施例を示す。周波数測定装置により検出された
プラズマ振動の周波数は F/Vコンバータ200により電圧
信号に変換され，コンピュータ210 に取り込まれる。コ
ンピュータで(1) 式を計算して電子密度を得る。この結
果は, 反応ガスの流量制御装置20及びRF発振器56に帰還
回路212 、213 により各々帰還され，ガス圧あるいはRF
電力を制御しすることにより，常に一定なプラズマを得
ることができる。 実施例(6) ：図14は本発明の実施例(6) を説明する構成
図である。
置における，一定なプラズマを得るための電子密度制御
装置の実施例を示す。周波数測定装置により検出された
プラズマ振動の周波数は F/Vコンバータ200により電圧
信号に変換され，コンピュータ210 に取り込まれる。コ
ンピュータで(1) 式を計算して電子密度を得る。この結
果は, 反応ガスの流量制御装置20及びRF発振器56に帰還
回路212 、213 により各々帰還され，ガス圧あるいはRF
電力を制御しすることにより，常に一定なプラズマを得
ることができる。 実施例(6) ：図14は本発明の実施例(6) を説明する構成
図である。
【００４８】図は, バイアス電極を持ち磁場を用いるプ
ラズマ発生装置における，一定なプラズマを得るための
電子密度制御装置の実施例を示す。周波数測定装置によ
り検出されたプラズマ振動の周波数は F/Vコンバータ20
0により電圧信号に変換され，コンピュータ210 に取り
込まれる。コンピュータで(1) 式を計算して電子密度を
得る。この結果は, 反応ガスの流量制御装置20及びRF発
振器56に帰還回路211 、213 により各々帰還され，ガス
圧あるいはRF電力を制御しすることにより，常に一定な
プラズマを得ることができる。 実施例(7) ：図15は本発明の実施例(7) を説明する構成
図である。基本的には、図13同様にバイアス電極を持
ち、アンテナ出力をプラズマの電源出力に帰還し、一定
なプラズマが得られるプラズマエッチング装置である。
但し、反応ガスの流量制御装置20への帰還回路212 が図
示されていない。ウエーハ333 のウエーハステージ即ち
バイアス電極350 への着脱は終端フランジ352 を外すこ
とによってなされる。その際に、ゲートバルブ44の開閉
で高真空側を大気圧から遮断し、所謂ロードロック機構
を働かせる。、ゲートバルブ44が閉じた状態でバイアス
電極350 をゲートバルブ44手前にまで挿し、終端フラン
ジ352 を閉じ、ゲートバルブ42を開き、ロータリーポン
プ33でゲートバルブ42を介してゲートバルブ44手前の部
分のロードロック室が粗引きされ, 次にゲートバルブ42
を閉じ、ゲートバルブ40を開き、ゲートバルブ40を介し
てロータリーポンプ32にback-up されたターボポンプ31
によって排気室101 全体が高真空に排気される。排気室
101 にはプラズマ発生室300とプラズマ処理室310 が含
まれる。プラズマ発生室300 は石英ガラス製のベルジャ
ー320 で形成され、プラズマ処理室310 に冷却液体332
で冷却された冷却フランジ353 で連結されている。ソー
スガスの拡散リングはプラズマ発生室300 とプラズマ処
理室310 との中間に位置し、反応ガス導入口330 からの
ソースガスをプラズマ発生室300 とプラズマ処理室310
内に均一に供給する。バイアス電極 (ウエーハステー
ジ)350はプラズマ処理室310 内にプラズマ発生室300 に
面して位置し、ウエーハステージ自身は支持棒351 によ
って終端フランジ352 に支持され、支持棒351 は軸方向
に気密を保持しながら出し入れができる。支持棒351 内
には一対の平行な管がありウエーハステージを冷却する
冷却液体331 が通じている。検出用アンテナはウエーハ
表面から15 mm 離して設置された。7.5 mm から17.5mm
の間であれば最大振幅の80 % 以上の信号が感知でき
る。動作時には、リークバルブ 21 、22及びゲートバル
ブ42を閉じ、40、44を開きロータリーポンプ32とターボ
ポンプで排気室101 全体を1 ×10-6Torr以下の気圧にま
で排気し、ソースガスCF4 の導入をガス流量制御器( 図
示せず) による調節で5 SCCM にし、排気をゲートバル
ブ40によって調節し、ガス圧を1 mTorr に一定に保持す
る。 次に、RF発振器56から13.56MHz、1000W のRF電力
を石英ガラス製のベルジャー320に巻いた1.5 回巻きのR
Fアンテナ(ヘリカルコイル)50A よってプラズマ発生室
に供給する。プラズマ発生室に発生したプラズマは隣接
するプラズマ処理室310 に広がる。バイアス電極350
は、もう一つのRF発振器66から、インピーダンスマッチ
ング回路62を通じ、支持棒を介しRF電力が供給され、バ
イアス電極350 には自己バイアス電圧( − VDC) が 80
V が発生する。これにより、電子ビームがプラズマ処理
室内のプラズマ中に照射され、プラズマ中にビーム不安
定性によりマイクロ波領域のプラズマ波を励起する。か
くして、このマイクロ波信号はアンテナ360 で検出さ
れ、周波数測定装置 370に送られ、更に信号はGP-IB ケ
ーブル(IEEE488) を介しコンピュータ380 に取り込まれ
る。
ラズマ発生装置における，一定なプラズマを得るための
電子密度制御装置の実施例を示す。周波数測定装置によ
り検出されたプラズマ振動の周波数は F/Vコンバータ20
0により電圧信号に変換され，コンピュータ210 に取り
込まれる。コンピュータで(1) 式を計算して電子密度を
得る。この結果は, 反応ガスの流量制御装置20及びRF発
振器56に帰還回路211 、213 により各々帰還され，ガス
圧あるいはRF電力を制御しすることにより，常に一定な
プラズマを得ることができる。 実施例(7) ：図15は本発明の実施例(7) を説明する構成
図である。基本的には、図13同様にバイアス電極を持
ち、アンテナ出力をプラズマの電源出力に帰還し、一定
なプラズマが得られるプラズマエッチング装置である。
但し、反応ガスの流量制御装置20への帰還回路212 が図
示されていない。ウエーハ333 のウエーハステージ即ち
バイアス電極350 への着脱は終端フランジ352 を外すこ
とによってなされる。その際に、ゲートバルブ44の開閉
で高真空側を大気圧から遮断し、所謂ロードロック機構
を働かせる。、ゲートバルブ44が閉じた状態でバイアス
電極350 をゲートバルブ44手前にまで挿し、終端フラン
ジ352 を閉じ、ゲートバルブ42を開き、ロータリーポン
プ33でゲートバルブ42を介してゲートバルブ44手前の部
分のロードロック室が粗引きされ, 次にゲートバルブ42
を閉じ、ゲートバルブ40を開き、ゲートバルブ40を介し
てロータリーポンプ32にback-up されたターボポンプ31
によって排気室101 全体が高真空に排気される。排気室
101 にはプラズマ発生室300とプラズマ処理室310 が含
まれる。プラズマ発生室300 は石英ガラス製のベルジャ
ー320 で形成され、プラズマ処理室310 に冷却液体332
で冷却された冷却フランジ353 で連結されている。ソー
スガスの拡散リングはプラズマ発生室300 とプラズマ処
理室310 との中間に位置し、反応ガス導入口330 からの
ソースガスをプラズマ発生室300 とプラズマ処理室310
内に均一に供給する。バイアス電極 (ウエーハステー
ジ)350はプラズマ処理室310 内にプラズマ発生室300 に
面して位置し、ウエーハステージ自身は支持棒351 によ
って終端フランジ352 に支持され、支持棒351 は軸方向
に気密を保持しながら出し入れができる。支持棒351 内
には一対の平行な管がありウエーハステージを冷却する
冷却液体331 が通じている。検出用アンテナはウエーハ
表面から15 mm 離して設置された。7.5 mm から17.5mm
の間であれば最大振幅の80 % 以上の信号が感知でき
る。動作時には、リークバルブ 21 、22及びゲートバル
ブ42を閉じ、40、44を開きロータリーポンプ32とターボ
ポンプで排気室101 全体を1 ×10-6Torr以下の気圧にま
で排気し、ソースガスCF4 の導入をガス流量制御器( 図
示せず) による調節で5 SCCM にし、排気をゲートバル
ブ40によって調節し、ガス圧を1 mTorr に一定に保持す
る。 次に、RF発振器56から13.56MHz、1000W のRF電力
を石英ガラス製のベルジャー320に巻いた1.5 回巻きのR
Fアンテナ(ヘリカルコイル)50A よってプラズマ発生室
に供給する。プラズマ発生室に発生したプラズマは隣接
するプラズマ処理室310 に広がる。バイアス電極350
は、もう一つのRF発振器66から、インピーダンスマッチ
ング回路62を通じ、支持棒を介しRF電力が供給され、バ
イアス電極350 には自己バイアス電圧( − VDC) が 80
V が発生する。これにより、電子ビームがプラズマ処理
室内のプラズマ中に照射され、プラズマ中にビーム不安
定性によりマイクロ波領域のプラズマ波を励起する。か
くして、このマイクロ波信号はアンテナ360 で検出さ
れ、周波数測定装置 370に送られ、更に信号はGP-IB ケ
ーブル(IEEE488) を介しコンピュータ380 に取り込まれ
る。
【００４９】始めに、電子密度の制御をせずに放電をつ
け、放電開始直後の電子密度の測定を行った。周波数測
定装置370 により、ビーム不安定性によるプラズマ励起
を表すスペクトルが2.5 GHz に見られた。振幅の最大値
γの周波数がプラズマ周波数ωp を表すので、(1) 式よ
り、電子密度は7.8 ×1010cm-3となる。しかし、放電開
始後20分では、プラズマ周波数ωp は2.38 GHz に移動
し、電子密度は7.0 ×1010cm-3となり、放電開始直後に
比べ約1 割り低下した。
け、放電開始直後の電子密度の測定を行った。周波数測
定装置370 により、ビーム不安定性によるプラズマ励起
を表すスペクトルが2.5 GHz に見られた。振幅の最大値
γの周波数がプラズマ周波数ωp を表すので、(1) 式よ
り、電子密度は7.8 ×1010cm-3となる。しかし、放電開
始後20分では、プラズマ周波数ωp は2.38 GHz に移動
し、電子密度は7.0 ×1010cm-3となり、放電開始直後に
比べ約1 割り低下した。
【００５０】次に、電子密度の制御をするため、コンピ
ュータ380 で得られた信号を放電用のRF発振器56に帰還
した。放電直後のプラズマ振動の信号は、アンテナ360
で受信され、周波数測定装置370 により測定され、コン
ピュータ380 に取り込まれ(1) 式を計算することで電子
密度を得る。この得られた電子密度をn p1＝7.8 ×10 10
cm-3として、コンピュータ380 に記憶しておく、放電を
続けていくと、電子密度はn p1からずれて、Δn p だけ
減少した。この差分Δn p を補正するため、コンピュー
タ380 からRF発振器56に帰還回路214 によって信号がお
くられ、出力電力を増加させた。これにより、30分間放
電を続けた時でも電子密度の変動を3%以下に押さえるこ
とができた。
ュータ380 で得られた信号を放電用のRF発振器56に帰還
した。放電直後のプラズマ振動の信号は、アンテナ360
で受信され、周波数測定装置370 により測定され、コン
ピュータ380 に取り込まれ(1) 式を計算することで電子
密度を得る。この得られた電子密度をn p1＝7.8 ×10 10
cm-3として、コンピュータ380 に記憶しておく、放電を
続けていくと、電子密度はn p1からずれて、Δn p だけ
減少した。この差分Δn p を補正するため、コンピュー
タ380 からRF発振器56に帰還回路214 によって信号がお
くられ、出力電力を増加させた。これにより、30分間放
電を続けた時でも電子密度の変動を3%以下に押さえるこ
とができた。
【００５１】図16に検出器のアンテナ360 の構造を示
す。アンテナ360 は中心に芯線400 を有するセミリジッ
ドケーブル401 とその外側にアルミパイプ402 からな
る。以上の諸実施例ではプラズマ装置としてエッチング
装置を用い且つ反応ガスとしてCF4 を用いたが，その他
のあらゆるガス系, 例えば, C2F6,SF6, Cl2, HBr,H2, O
2, N2, Ar, He, SiH4, CH4 等を用いることができる。
す。アンテナ360 は中心に芯線400 を有するセミリジッ
ドケーブル401 とその外側にアルミパイプ402 からな
る。以上の諸実施例ではプラズマ装置としてエッチング
装置を用い且つ反応ガスとしてCF4 を用いたが，その他
のあらゆるガス系, 例えば, C2F6,SF6, Cl2, HBr,H2, O
2, N2, Ar, He, SiH4, CH4 等を用いることができる。
【００５２】また，プラズマ処理を行う装置であれば，
プラズマ気相成長(CVD) 装置, Ｘ線発生装置，電子ビー
ム発生装置，イオンビーム発生装置等に本発明は適用可
能である。
プラズマ気相成長(CVD) 装置, Ｘ線発生装置，電子ビー
ム発生装置，イオンビーム発生装置等に本発明は適用可
能である。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば，プラズマ振動による波
の周波数を測定することによりプラズマ中の電子密度を
測定する新規の測定法が得られ，これを利用することに
よりプラズマ中の電子密度を正確に測定することがで
き，一定なプラズマを得ることができる。従って、本発
明では、半導体ウエーハのエッチングや薄膜成長の精度
と再現性の向上が期待できる、また，従来例のラングミ
ュアプローブ法とは異なり、被処理デバイスが重金属汚
染を起こす恐れがない。
の周波数を測定することによりプラズマ中の電子密度を
測定する新規の測定法が得られ，これを利用することに
よりプラズマ中の電子密度を正確に測定することがで
き，一定なプラズマを得ることができる。従って、本発
明では、半導体ウエーハのエッチングや薄膜成長の精度
と再現性の向上が期待できる、また，従来例のラングミ
ュアプローブ法とは異なり、被処理デバイスが重金属汚
染を起こす恐れがない。
【図１】 本発明の原理説明図で検出した信号の周波数
スペクトル(1)
スペクトル(1)
【図２】 検出した信号の振幅の空間分布を示す図
【図３】 本発明の実施例(1) を説明する構成図
【図４】 検出器の説明図(1)
【図５】 検出した信号の周波数スペクトル(2)
【図６】 本発明の実施例(2) を説明する構成図
【図７】 検出器の説明図(2)
【図８】 検出した信号の周波数スペクトル(3）
【図９】 検出した信号の磁場方向依存を示す図
【図１０】 本発明の実施例(3）を説明する構成図
【図１１】 検出器の説明図(3）
【図１２】 本発明の実施例(4）を説明する構成図
【図１３】 本発明の実施例(5) を説明する構成図
【図１４】 本発明の実施例(6) を説明する構成図
【図１５】 本発明の実施例(7) を説明する構成図
【図１６】 本発明の実施例で用いた検出器のアンテナ
を説明する構成図
を説明する構成図
10、310 プラズマ処理室 20 反応ガスの流量制御装置 21、22 リークバルブ 30 排気口 31 ターボポンプ 32、33 ロータリーポンプ 40、42、44 ゲートバルブ 50 RF電極 50A RF アンテナ 52、60、62 インピーダンスマッチング回路 54、64、70 パワーメータ 56、66、80 RF発振器 58 ソレノイドコイル 61、350 バイアス電極 90 検出器 100、360 検出器のアンテナ 101 排気室 110、370 周波数測定装置 200 F/V コンバータ 210、380 コンピュータ 211、212 、213 、214 帰還回路 300 プラズマ発生室 320 石英ガラスベルジャー 330 反応ガス導入口 331、332 冷却液体 333 ウエーハ 340 ガス拡散リング 351 支持棒 352 終端フランジ 353 冷却フランジ 400 芯線 401 セミリジッドケーブル 402 アルミパイプ
Claims (11)
- 【請求項１】 プラズマ発生装置の高周波印加電極また
はバイアス電極から生成される電子ビームがプラズマ中
に照射されることにより励起される電磁波の最大振幅の
周波数を検出し，該周波数より該プラズマ中の電子密度
を算出することを特徴とする電子密度の測定方法。 - 【請求項２】 プラズマ発生装置の高周波印加電極から
生成される電子ビームがプラズマ中に照射されることに
より励起される電磁波の周波数を検出する検出器を有
し，該検出器が該電磁波を受信するアンテナと該アンテ
ナからの出力を測定する周波数測定装置からなることを
特徴とする電子密度の測定装置。 - 【請求項３】 前記プラズマ発生装置が容量結合性プラ
ズマ発生装置である請求項２記載の電子密度の測定装
置。 - 【請求項４】 前記プラズマ発生装置がバイアス電極を
持つプラズマ発生装置である請求項２記載の電子密度の
測定装置。 - 【請求項５】 前記プラズマ発生装置がバイアス電極を
持ち磁場を用いるプラズマ発生装置である請求項２記載
の電子密度の測定装置。 - 【請求項６】 前記アンテナと前記磁場とのなす角度が
37.1°以下になるように前記アンテナが配置されている
請求項５記載の電子密度の測定装置。 - 【請求項７】 前記プラズマ発生装置にプラズマを発生
させるための第一の高周波電源と前記バイアス電極に自
己バイアスを発生させるための第二の高周波電源とを有
する請求項４又は５の電子密度の測定装置。 - 【請求項８】 請求項１の測定方法により求められた電
子密度の変動値を，プラズマのガス圧またはプラズマを
発生させている高周波電力に帰還して該電子密度を一定
に保つ制御回路を有することを特徴とする電子密度の制
御装置。 - 【請求項９】 請求項２、３、４又は５記載の電子ビー
ムが生成される電極上に被処理ウエーハを搭載し、該被
処理ウエーハ表面を前記プラズマに露出することを特徴
とするプラズマ処理装置。 - 【請求項１０】前記アンテナが被処理ウエーハ表面上
７．５ｍｍと１７．５ｍｍの範囲内に設置された請求項
９記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項１１】前記アンテナが被処理ウエーハ表面上
７．５ｍｍと１７．５ｍｍの範囲内に設置された請求項
９記載のプラズマ処理装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6212636A JPH07169590A (ja) | 1993-09-16 | 1994-09-06 | 電子密度の測定方法及びその装置及び電子密度の制御装置及びプラズマ処理装置 |
| US08/305,970 US5471115A (en) | 1993-09-16 | 1994-09-15 | Method and apparatus for measuring electron density of plasma |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-229363 | 1993-09-16 | ||
| JP22936393 | 1993-09-16 | ||
| JP6212636A JPH07169590A (ja) | 1993-09-16 | 1994-09-06 | 電子密度の測定方法及びその装置及び電子密度の制御装置及びプラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169590A true JPH07169590A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=26519341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6212636A Withdrawn JPH07169590A (ja) | 1993-09-16 | 1994-09-06 | 電子密度の測定方法及びその装置及び電子密度の制御装置及びプラズマ処理装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5471115A (ja) |
| JP (1) | JPH07169590A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000011784A (ko) * | 1998-07-23 | 2000-02-25 | 나고야 다이가쿠쵸 | 플라즈마밀도정보측정방법,측정에쓰이는프로브및플라즈마밀도정보측정장치 |
| JP2002526891A (ja) * | 1998-09-30 | 2002-08-20 | ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト | 真空処理室および表面処理方法 |
| JP2006509329A (ja) * | 2002-07-23 | 2006-03-16 | 東京エレクトロン株式会社 | 電子密度測定のための方法及びシステム |
| KR100702974B1 (ko) * | 1998-07-23 | 2007-04-04 | 나고야 다이가쿠쵸 | 플라즈마 생성용 고주파파워의 제어방법 및 플라즈마 발생장치 |
| WO2009054671A3 (en) * | 2007-10-22 | 2009-06-11 | New Power Plasma Co Ltd | Capacitively coupled plasma reactor |
| JPWO2021156910A1 (ja) * | 2020-02-03 | 2021-08-12 | ||
| WO2022168215A1 (ja) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | 三菱電機株式会社 | 可変容量素子 |
| JP2022127550A (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-31 | コリア リサーチ インスティテュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | プラズマイオン密度測定装置とこれを利用したプラズマ診断装置 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5624592A (en) * | 1994-10-19 | 1997-04-29 | Cerberus Institute For Research And Development, Inc. | Microwave facilitated atmospheric energy projection system |
| DE4445762A1 (de) * | 1994-12-21 | 1996-06-27 | Adolf Slaby Inst Forschungsges | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen absoluter Plasmaparameter |
| US6190513B1 (en) | 1997-05-14 | 2001-02-20 | Applied Materials, Inc. | Darkspace shield for improved RF transmission in inductively coupled plasma sources for sputter deposition |
| EP0841683A3 (en) * | 1996-10-08 | 1999-12-01 | Applied Materials, Inc. | Active shield for generating a plasma for sputtering |
| US6054694A (en) * | 1997-04-16 | 2000-04-25 | Cerberus Institute For Research And Development, Inc. | Microwave facilitated atmospheric energy projection system |
| US6066568A (en) * | 1997-05-14 | 2000-05-23 | Tokyo Electron Limited | Plasma treatment method and system |
| US6111237A (en) * | 1998-04-24 | 2000-08-29 | Cerberus Institute For Research And Development, Inc. | Microwave facilitated atmospheric energy projection system |
| TW463531B (en) * | 1999-07-20 | 2001-11-11 | Tokyo Electron Ltd | Electron density measurement and plasma process control system using plasma induced changes in the frequency of a microwave oscillator |
| US6459067B1 (en) * | 2001-04-06 | 2002-10-01 | Eni Technology, Inc. | Pulsing intelligent RF modulation controller |
| US20030213559A1 (en) * | 2002-05-20 | 2003-11-20 | Applied Science And Technology, Inc. | Stabilization of electronegative plasmas with feedback control of RF generator systems |
| US6902646B2 (en) * | 2003-08-14 | 2005-06-07 | Advanced Energy Industries, Inc. | Sensor array for measuring plasma characteristics in plasma processing environments |
| US20050284570A1 (en) * | 2004-06-24 | 2005-12-29 | Doran Daniel B | Diagnostic plasma measurement device having patterned sensors and features |
| US20060043063A1 (en) * | 2004-09-02 | 2006-03-02 | Mahoney Leonard J | Electrically floating diagnostic plasma probe with ion property sensors |
| US7479207B2 (en) * | 2006-03-15 | 2009-01-20 | Lam Research Corporation | Adjustable height PIF probe |
| DE102013010408A1 (de) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Hq-Dielectrics Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum detektieren einer plasmazündung |
| EP3292559B1 (en) | 2015-05-04 | 2019-08-07 | Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) | Method, measurement probe and measurement system for determining plasma characteristics |
| KR102543349B1 (ko) * | 2016-07-11 | 2023-06-30 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마 모니터링 장치 |
| KR102024568B1 (ko) * | 2018-02-13 | 2019-09-24 | 한국기초과학지원연구원 | 환형 면방전 플라즈마 장치를 이용한 점상 식각 모듈 및 점상 식각 모듈의 식각 프로파일을 제어하는 방법 |
| FR3091875B1 (fr) * | 2019-01-17 | 2021-09-24 | Innovative Systems Et Tech Isytech | Procédé et dispositif de traitement pour le dépôt d’un revêtement à effet barrière |
| AT523626B1 (de) * | 2020-05-22 | 2021-10-15 | Anton Paar Gmbh | Hohlleiter-Einkoppeleinheit |
| KR20230031709A (ko) * | 2021-08-27 | 2023-03-07 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마의 파라미터를 계측하는 방법, 플라즈마 파라미터를 계측하는 장치, 플라즈마 처리 시스템 및 웨이퍼 처리 방법 |
| CN114666962A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-06-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种等离子体浓度确定方法、装置、电子设备及消毒装置 |
| CN115426758B (zh) * | 2022-08-31 | 2024-07-16 | 核工业西南物理研究院 | 一种等离子体湍流雷诺协强的无扰测量装置及方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02215038A (ja) * | 1989-02-15 | 1990-08-28 | Hitachi Ltd | マイクロ波プラズマ極微量元素分析装置 |
| US5274306A (en) * | 1990-08-31 | 1993-12-28 | Kaufman & Robinson, Inc. | Capacitively coupled radiofrequency plasma source |
| US5339039A (en) * | 1992-09-29 | 1994-08-16 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Langmuir probe system for radio frequency excited plasma processing system |
-
1994
- 1994-09-06 JP JP6212636A patent/JPH07169590A/ja not_active Withdrawn
- 1994-09-15 US US08/305,970 patent/US5471115A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000011784A (ko) * | 1998-07-23 | 2000-02-25 | 나고야 다이가쿠쵸 | 플라즈마밀도정보측정방법,측정에쓰이는프로브및플라즈마밀도정보측정장치 |
| KR100702974B1 (ko) * | 1998-07-23 | 2007-04-04 | 나고야 다이가쿠쵸 | 플라즈마 생성용 고주파파워의 제어방법 및 플라즈마 발생장치 |
| JP2002526891A (ja) * | 1998-09-30 | 2002-08-20 | ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト | 真空処理室および表面処理方法 |
| JP2006509329A (ja) * | 2002-07-23 | 2006-03-16 | 東京エレクトロン株式会社 | 電子密度測定のための方法及びシステム |
| JP4777647B2 (ja) * | 2002-07-23 | 2011-09-21 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ診断システムおよびその制御方法 |
| WO2009054671A3 (en) * | 2007-10-22 | 2009-06-11 | New Power Plasma Co Ltd | Capacitively coupled plasma reactor |
| JPWO2021156910A1 (ja) * | 2020-02-03 | 2021-08-12 | ||
| WO2022168215A1 (ja) * | 2021-02-04 | 2022-08-11 | 三菱電機株式会社 | 可変容量素子 |
| JP7229448B1 (ja) * | 2021-02-04 | 2023-02-27 | 三菱電機株式会社 | 可変容量素子 |
| JP2022127550A (ja) * | 2021-02-19 | 2022-08-31 | コリア リサーチ インスティテュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | プラズマイオン密度測定装置とこれを利用したプラズマ診断装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5471115A (en) | 1995-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH07169590A (ja) | 電子密度の測定方法及びその装置及び電子密度の制御装置及びプラズマ処理装置 | |
| US6311638B1 (en) | Plasma processing method and apparatus | |
| US4876983A (en) | Plasma operation apparatus | |
| JP5901887B2 (ja) | プラズマ処理装置のクリーニング方法及びプラズマ処理方法 | |
| JP3076367B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
| US7728251B2 (en) | Plasma processing apparatus with dielectric plates and fixing member wavelength dependent spacing | |
| US20010021422A1 (en) | Discharge plasma generating method, discharge plasma generating apparatus, semiconductor device fabrication method, and semiconductor device fabrication apparatus | |
| JPH01297141A (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| JP2001077092A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| GB2260339A (en) | Ecr plasma cvd method and apparatus for preparing a silicon oxide film | |
| JPH0773997A (ja) | プラズマｃｖｄ装置と該装置を用いたｃｖｄ処理方法及び該装置内の洗浄方法 | |
| US5180436A (en) | Microwave plasma film deposition system | |
| Murata et al. | Inductively coupled radio frequency plasma chemical vapor deposition using a ladder‐shaped antenna | |
| WO2000024235A1 (fr) | Procede permettant de mesurer les ions negatifs dans un plasma, et procede et dispositif permettant de traiter un plasma | |
| WO2021205928A1 (ja) | クリーニング方法およびプラズマ処理装置 | |
| JP2951797B2 (ja) | プラズマ発生装置 | |
| JP7595541B2 (ja) | プラズマ測定方法 | |
| JPH0982494A (ja) | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 | |
| Kim et al. | Properties of an internal U-shaped inductively coupled plasma source operated by superimposed dual frequency | |
| JP2870774B2 (ja) | 単結晶膜の形成方法 | |
| JP2548786B2 (ja) | 電子サイクロトロン共鳴プラズマの化学蒸着装置 | |
| Joo | Plasma diagnostics of magnetic field assisted ionized magnetron sputtering | |
| JP2548785B2 (ja) | 電子サイクロトロン共鳴プラズマの化学蒸着装置 | |
| JPH07296987A (ja) | 電子温度の測定方法及び装置並びに電子温度制御方法及び装置 | |
| Teii | Diagnostics of the diamond depositing inductively coupled plasma by electrostatic probes and optical emission spectroscopy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011106 |