(57)【要約】【課題】In-situでパターン側壁の抵抗及びそのパターン側壁に流れる電流を測定する。【解決手段】プラズマチャンバ１内に設置された２個のセンサ１０−１，１０−２の片方にのみ、外部抵抗素子７を接続している。そのため、２個のセンサ１０−１，１０−２の上部電極１５及び下部電極１３間抵抗は互いに異なり、In-situにおいて異なる上部電極１５及び下部電極１３間の電位差が得られ、且つ、一方のセンサ１０−１の上部電極１５及び下部電極１３間にワイヤ１７−１１，１７−１２にて並列接続された外部抵抗素子７の抵抗値は既知であるため、In-situにおいてコンタクトホール１個当りのコンタクトホール側壁１６aの抵抗値が得られる。更に、コンタクトホール１個当りの抵抗が得られれば、コンタクトホール１個当りのコンタクトホール側壁１６aに流れる電流値を得ることができる。【選択図】図１
2010232344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマチャンバ内に設置され、パターン内に２つ以上の電極が形成されたセンサと、
前記センサにおける前記２つ以上の電極間に電気的に接続された抵抗素子とを用い、
プラズマプロセス中に、その場計測で前記パターン側壁１６aの抵抗及び／又は前記パターン側壁１６aに流れる電流を測定することを特徴とするプラズマモニタリング方法。
【請求項２】
前記センサにおける前記２つ以上の電極にワイヤがそれぞれ接続され、前記プラズマチャンバ外に引き出された前記各ワイヤ間に、前記抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマモニタリング方法。
【請求項３】
第１のパターン内に２つ以上の第１の電極が形成され、前記各第１の電極にそれぞれ接続された第１のワイヤ間に抵抗素子が接続された第１のセンサと、
第２のパターン内に２つ以上の第２の電極が形成され、前記各第２の電極にそれぞれ第２のワイヤが接続された第２のセンサと、をそれぞれ１つ以上用い、
プラズマプロセス中に、その場計測で前記パターン側壁１６aの抵抗及び／又は前記パターン側壁１６aに流れる電流を測定することを特徴とするプラズマモニタリング方法。
【請求項４】
前記各第１のワイヤ間電位差及び前記各第２のワイヤ間電位差と、前記抵抗素子の抵抗値とから、前記第１のパターン側壁１６a及び前記第２のパターン側壁１６aの抵抗を推定することを特徴とする請求項３記載のプラズマモニタリング方法。
【請求項５】
前記各第１のワイヤ間電位差及び前記各第２のワイヤ間電位差と、前記抵抗素子の抵抗値とから、前記第１のパターン側壁１６a及び前記第２のパターン側壁１６aに流れる電流を推定することを特徴とする請求項３記載のプラズマモニタリング方法。
【請求項６】
プラズマチャンバ内に設置され、パターン内に２つ以上の電極が形成されたセンサと、
前記センサにおける前記２つ以上の電極間に電気的に接続された抵抗素子とを用い、
プラズマプロセス中に、前記抵抗素子の抵抗値を変えてその前後において、その場計測で、前記センサにおける前記パターン内の電圧を測定することを特徴とするプラズマモニタリング方法。
【請求項７】
前記抵抗素子の抵抗値を変える前後において、電圧計を用いて測定された、前記パターン内の２つ以上の電極間電位差と、前後における前記抵抗素子の異なる前記抵抗値とから、前記パターン内の側壁抵抗を推定することを特徴とする請求項６記載のプラズマモニタリング方法。
【請求項８】
前記抵抗素子の抵抗値を変える前後において、電圧計を用いて測定された、前記パターン内の２つ以上の電極間電位差と、前後における前記抵抗素子の異なる前記抵抗値とから、前記パターン内の側壁１６aを流れる電流を推定することを特徴とする請求項６記載のプラズマモニタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程及びその他のプラズマを用いる全ての製造工程に適用できるその場計測（以下「In-situ」という。）でコンタクトホール等のパターンの側壁の抵抗とその側壁に流れる電流を計測するためのプラズマモニタリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ装置内に設置されたウェハの処理過程をモニタリングするためのプラズマモニタリング方法に関する技術としては、例えば、下記の特許文献１、２等に記載されるものがあった。
【０００３】
下記の特許文献１、２等に記載されているように、半導体デバイスの回路パターンの微細化に伴って、ドライエッチング等のプラズマプロセスにおける電子遮蔽効果によるエッチングストップや形状異常が深刻な問題となっている。
【０００４】
電子遮蔽効果とは、例えば、プラズマチャンバ内のステージ上に載置されたウェハに対してプラズマ処理を行うと、プラズマから電子（マイナス電荷）と正イオンがステージ上のウェハ表面に入射する。この時、正イオンの入射方向はウェハ表面に対してほぼ垂直であるのに対して、電子は垂直ではない。そのため、正イオンはウェハに形成されているコンタクトホールの深い底に到達して蓄積されるが、電子はコンタクトホールの内壁に衝突して、コンタクトホールの底に到達できない。一般に、この電子の入射角度に起因する電子のコンタクトホール底への到達し難さを電子遮蔽効果と呼ぶ。このため、ウェハ表面とコンタクトホール底に帯電する電荷量に差が生じ、コンタクトホールの表面付近と底との間に電位差が発生し、エッチングストップや形状異常の問題が生じることがある。
【０００５】
これらの問題を改善するために、プラズマプロセス時に、コンタクトホール側壁の抵抗が比較的低いデポジション膜が形成されるようなプラズマプロセス条件を適用して、コンタクトホール上部の電子が側壁を伝わってコンタクトホール底のプラス電荷を打ち消すことで、電子遮蔽効果を緩和するといった方法が提案及び研究されている。
【０００６】
前記デポジション膜は、コンタクトエッチングの際、プラズマから放出されるラジカル等と被エッチング膜が化学反応して、コンタクトホールの側壁に堆積するエッチング反応生成物である。このデポジション膜が側壁に形成されることは、一般的である。デポジション膜の抵抗率は、コンタクトホールエッチング時のプラズマプロセス条件（例えば、ガスの種類や印加パワー）によって変わることが報告されている。
【０００７】
又、コンタクトホールエッチング等のシミュレーションにおいて、コンタクトホール側壁の複雑な現象を再現するための様々な検討が行われている。シミュレーションによって計算される結果と、実際のエッチングプロセスによって実現される結果とが一致するためには、シミュレーションに組み込まれる様々なパラメータ（例えば、プラズマ温度、プラズマ密度、チャンバ内圧力、コンタクトホール内の電位、コンタクトホール側壁に流れる電流等）が実際の値に近いことが望ましく、測定によって得られた実測値を用いるのがよい。
【０００８】
例えば、本願発明者は、先の特願２００７−２２５６７７（未公開）において、それらのパラメータのうちコンタクトホール内の電位をIn-situで測定するための方法を提案した。しかし、この方法では、In-situにおいてコンタクトホール側壁の抵抗や電流値を測定することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２８２５４６号公報
【００１０】
【特許文献２】特開２００５−２３６１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のプラズマモニタリング方法では、次のような課題があった。
従来の電子遮蔽効果を緩和するための研究において、低抵抗のデポジション膜が形成されるようなプラズマプロセス条件とコンタクトホール側壁抵抗の関係を評価する際、コンタクトホール側壁抵抗をIn-situで測定する方法がこれまでなかったため、プラズマプロセス終了後に、一旦サンプルをプラズマチャンバの外に取り出して大気中において、サンプルにプローブを当て（即ち、コンタクトホールの底と上部間に電圧を印加して）、側壁抵抗を測定する方法が従来の測定方法であった。この場合もし、緩和効果が期待できる低い側壁抵抗を実現するプラズマプロセス条件が明らかになったとしても、プラズマチャンバの外部（即ち、大気中）とプラズマチャンバ内のプラズマ中とでは、水分や温度、真空紫外光等のコンタクトホール側壁抵抗に影響する要素が異なるため、プラズマチャンバ内のIn-situ（プラズマ放電中）では低い抵抗が実現されない可能性が懸念される。つまり、大気中では低抵抗であっても、In-situでは高抵抗であると、電子遮蔽効果の緩和は期待できない。
【００１２】
前記真空紫外光とは、次のようなものである。プラズマからは電子や正イオンの他に真空紫外光が放射される。この光は、１９０ｎｍ以下の波長（エネルギー６．５ｅＶ以上）を有し、真空中では空間を伝播するが、大気中では酸素分子等に吸収されて消滅するため伝播しない。
【００１３】
又、コンタクトホールエッチング等のシミュレーションに対しては、In-situでのコンタクトホール側壁の抵抗値や側壁に流れる電流値等の実測値が分からなかったため、シミュレーションにおいて、これら実測値を活用して、シミュレーションの精度を向上させることができないといった課題があった。更に、シミュレーションによって理論的にIn-situでのコンタクトホール側壁抵抗や側壁に流れる電流値を求めても、それらが正しいかどうか比較するための実測値を得る方法が無いといった課題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の内の第１の発明のプラズマモニタリング方法は、プラズマチャンバ内に設置され、パターン内に２つ以上の電極が形成されたセンサと、前記センサにおける前記２つ以上の電極間に電気的に接続された抵抗素子とを用い、プラズマプロセス中に、In-situで前記パターン側壁の抵抗及び／又は前記パターン側壁に流れる電流を測定することを特徴とする。
【００１５】
第２の発明のプラズマモニタリング方法は、第１のパターン内に２つ以上の第１の電極が形成され、前記各第１の電極にそれぞれ接続された第１のワイヤ間に抵抗素子が接続された第１のセンサと、第２のパターン内に２つ以上の第２の電極が形成され、前記各第２の電極にそれぞれ第２のワイヤが接続された第２のセンサと、をそれぞれ１つ以上用い、プラズマプロセス中に、In-situで前記パターン側壁の抵抗及び／又は前記パターン側壁に流れる電流を測定することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明のプラズマモニタリング方法は、プラズマチャンバ内に設置され、パターン内に２つ以上の電極が形成されたセンサと、前記センサにおける前記２つ以上の電極間に電気的に接続された抵抗素子とを用い、プラズマプロセス中に、前記抵抗素子の抵抗値を変えてその前後において、In-situで、前記センサにおける前記パターン内の電圧を測定することを特徴とするプラズマモニタリング方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の内の第１の発明によれば、In-situでパターン側壁の抵抗及びそのパターン側壁に流れる電流を的確に測定できる。
【００１８】
第２の発明によれば、プラズマチャンバ内に設置された複数のセンサのうちの１つのセンサに抵抗素子を接続したので、各センサの電極間抵抗は互いに異なり、In-situにおいて異なる電極間の電位差が得られ、且つ、前記抵抗素子の抵抗値は既知であるため、In-situにおいてパターン側壁１個当りの抵抗値が得られる。更に、パターン側壁１個当りの抵抗が得られれば、パターン側壁１個当りのパターン側壁に流れる電流値を得ることができる。
【００１９】
第３の発明によれば、１つのセンサの電極間に抵抗素子を接続し、In-situにて２種類の電極間抵抗値に対して、各電極間の電位差を測定するので、In-situにてパターン側壁の抵抗値とその側壁に流れる電流値を得ることができる。更に、電極電位の測定に必要な電圧計のチャンネル数は最低２つでよい。しかも、１つのセンサで測定ができるため、プラズマの局所的領域に対して、その付近に位置するパターンの側壁抵抗値とその側壁に流れる電流値を測定できる。従って、局所的なプラズマの影響を受けた値を測定し易い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の実施例１におけるプラズマモニタリングシステムを示す概略の構成図である。
【図２】図２は図１のプラズマモニタリング方法の説明図である。
【図３】図３は図１の等価回路図である。
【図４】図４は本発明の実施例２におけるプラズマモニタリングシステムを示す概略の構成図である。
【図５】図５は図４のプラズマモニタリング方法の説明図である。
【図６】図６は図４の等価回路図である。
【図７】図７は実施例１の効果と実施例２の効果との比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００２２】
（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１におけるプラズマモニタリングシステムを示す概略の構成図である。
【００２３】
このプラズマモニタリングシステムは、プラズマチャンバ１を有して、このプラズマチャンバ１内に発生されるプラズマ１ａに曝される箇所に、ウェハ等の被処理物を載置するための導電性のステージ２が設置されている。ステージ２は、例えば、直流阻止用のコンデンサ３及び基板バイアス用の高周波（以下「ＲＦ」という。）発振器４を介して、グランドＧＮＤに接続されている。プラズマチャンバ１には、更に、図示しないプラズマ発生装置が設けられている。
【００２４】
ステージ２には、例えば、同一仕様の２個のモニタリング用第１、第２のセンサ１０−１，１０−２が設置される。
【００２５】
第１のセンサ１０−１は、例えば、シリコン基板１１を有し、この上に、厚さ略１．０μｍのシリコン酸化膜等からなる絶縁膜１２が形成されている。絶縁膜１２上には、厚さ略０．３μｍのポリシリコン等からなる導電性の下部電極１３が選択的に形成されている。下部電極１３を含む全面には、厚さ略１．０μｍのシリコン酸化膜等からなる絶縁膜１４と、厚さ略０．３μｍのポリシリコン等からなる導電性の上部電極１５とが形成されている。絶縁膜１４及び上部電極１５には、例えば、ドライエッチング装置等により、１つ以上のコンタクトホール１６が形成されている。側壁１６aをそれぞれ有する各コンタクトホール１６は、例えば、直径が０．１μｍ、深さが１．３μｍである。
【００２６】
上部電極１５とこの下の絶縁膜１４に対して、コンタクトホール１６が形成されていない箇所に、例えば、面積４０ｍｍ２位の溝１４ａが形成されて下部電極１３が露出され、この箇所に、周囲が絶縁被覆された導電性ワイヤ１７−１２が銀ペースト等により接続されている。更に、上部電極１５において、コンタクトホール１６が形成されていない箇所に、周囲が絶縁被覆された導電性ワイヤ１７−１１が銀ペースト等により接続されている。ワイヤ１７−１１，１７−１２の接続部分は、例えば、プラズマ１ａから保護するために耐熱性樹脂１８，１９等によりそれぞれ覆われている。
【００２７】
第２のセンサ１０−２は、一方のセンサ１０−１と同一の構造であり、上部電極１５及び上部電極１３に接続された２本の導電性ワイヤ１７−２１，１７−２２が取り付けられている。
【００２８】
２個のセンサ１０−１，１０−２にそれぞれ取り付けられた４本のワイヤ１７−１１，１７−１２，１７−２１，１７−２２は、プラズマチャンバ１に専用に取り付けられたハーメチックシール５を介して、プラズマチャンバ１の外に引き出されている。引き出されたワイヤ１７−１１，１７−１２，１７−２１，１７−２２は、電圧計６のチャンネルに接続されている。各センサ１０−１，１０−２の上部電極１５及び下部電極１３と電圧計６のチャンネルとは、ワイヤ１７−１１，１７−１２，１７−２１，１７−２２によって電気的に接続されるが、この際、チャンバ１内のワイヤとチャンバ１外のワイヤとを電気的に繋げるための端子が、ハーメチックシール５である。
【００２９】
なお、プラズマ発生中にワイヤ１７−１１，１７−１２，１７−２１，１７−２２に流れる電流は、電位が周期的に変化する交流成分と変化しない直流成分の合成波である交流電流であり、測定したい電位は直流成分であるので、交流成分を除去又は抑制するために、例えば、ローパスフィルタやチョークコイル等を介してワイヤ１７−１１，１７−１２，１７−２１，１７−２２を電圧計６に接続してもよい。
【００３０】
チャンバ１内に２個設置されている内の片方のセンサ（例えば、１０−１）に対して、プラズマチャンバ１の外に引き出された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２間に、例えば、１０ＭΩの外部抵抗素子７が接続されている。即ち、プラズマチャンバ１内に２つのセンサ１０−１，１０−２を設置する場合、計４本のワイヤ１７−１１，１７−１２，１７−２１，１７−２２をプラズマチャンバ１の外に引き出すことになるが、その内の１つのセンサ（例えば、１０−１）に接続された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２間にだけ、外部抵抗素子７が接続される。
【００３１】
（実施例１のプラズマモニタリング方法）
図２は、図１のプラズマモニタリング方法の説明図である。更に、図３は、図１の等価回路図である。
【００３２】
これらの図２及び図３を参照しつつ、プラズマチャンバ１内に２個以上（例えば、２個）のセンサ１０−１，１０−２を設置したプラズマモニタリング方法を説明する。
【００３３】
例えば、プラズマチャンバ１内の圧力を１２０ｍＴｏｒｒ、封入ガスとしてＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｎ２及びＡｒの混合ガスを封入し、プラズマチャンバ１に１６００ＷのＲＦバイアスを印加し、プラズマチャンバ１内にプラズマ１ａを発生させる。
【００３４】
すると、プラズマ１ａから正イオン（ion）ｈや電子（electron）ｅが各センサ１０−１，１０−２内の最上層の上部電極１５と絶縁膜１４下の下部電極１３に入射する。しかし、正イオンｈと電子ｅの入射角度の差異によって、コンタクトホール１６の底には電子ｅが入射し難く（電子遮蔽効果）、各センサ１０−１，１０−２の上部電極１５に蓄積する電子量より、コンタクトホール１６の底の下部電極１３に蓄積する電子量の方が少ない状態ができる。この結果、上部電極１５の電位より下部電極１３の電位の方が高くなり、電位差が発生する。
【００３５】
コンタクトホール１６の側壁１６aは高抵抗であるが、完全に絶縁ではないため、上部電極１５の電子ｅ（マイナス電荷）はコンタクトホール１６の側壁１６aを伝わって、より電位が高い下部電極１３に流れ込む。この時、上部電極１５と下部電極１３との間に発生する電位差Ｖは、下記の公式（１）で表される。
【００３６】
なお、図３に示す電流Ｉ（＝Ｉion−Ｉelectron、Ｉion；電子ｅによる電流、Ｉelectron；正イオンｈによる電流）は正電荷であり、電子ｅとは反対の電荷であるため、電流Ｉの伝播方向は、電子ｅの伝播方向に対して逆方向に図示されている。
Ｖ＝Ｉ＊Ｒ    ・・・・・・・（１）
【００３７】
この式（１）において、Ｉは１つ以上のコンタクトホール１６の側壁１６aに流れる電流の総和であり、Ｒは１つ以上のコンタクトホール側壁抵抗の総和である。
【００３８】
ここで、コンタクトホール側壁抵抗とは、コンタクトホール側壁経路に対する電流の流れ難さの度合いであり、電流が流れやすいほどその抵抗値は低い。よって、上部電極１５及び下部電極１３間に形成されているコンタクトホール１６の数が多い程、コンタクトホール側壁１６aの電流経路の数が増加して電流は流れ易くなり、総抵抗Ｒは低くなる。例えば、コンタクトホール１個当りの抵抗をＲｈによって表す時、上部電極１５及び下部電極１３間に複数のコンタクトホール１６が形成されているならば、一般に回路理論では抵抗Ｒｈは並列接続されていると言われ、上部電極１５及び下部電極１３間の総抵抗Ｒ（＝複数の抵抗Ｒｈの並列接続での総和）は、下記の式（６）で表される。
【００３９】
又、式（１）における電流Ｉは、元々電子ｅの入射角度に起因してセンサ表面の上部電極１５とコンタクトホール底の下部電極１３に入射する電子量の差である。つまり、センサ表面の上部電極１５に入射した電子ｅは、プラズマ１ａからの電子ｅの入射量が少ないコンタクトホール底の下部電極１３に、コンタクトホール側壁１６aを伝わって流れ込む。この電流Ｉは、図３において、Ｉ＝Ｉion−Ｉelectronと図示されている。コンタクトホール側壁１６aは抵抗Ｒを有するので、式（１）によって、上部電極１５及び下部電極１３間に電位差Ｖが発生する。この際、抵抗Ｒに対して電流Ｉは殆ど変化しない。
【００４０】
外部抵抗素子７が接続されたセンサ１０−１の上部電極１５及び下部電極１３間に発生する電位差をＶ１、外部抵抗素子７が接続されていないセンサ１０−２の上部電極１５及び下部電極１３間に発生する電位差をＶ２とすると、電位差Ｖ１，Ｖ２は上部電極１５及び下部電極１３間の抵抗Ｒに比例するので、式（１）より、電圧計６によって測定される各電位差Ｖ１，Ｖ２は式（２）の関係になる。
Ｖ１＜Ｖ２・・・・・・・・・・（２）
【００４１】
即ち、外部抵抗素子７を接続したセンサ１０−１の上部電極１５及び下部電極１３間に電流が流れる際、コンタクトホール側壁１６aだけでなく、上部電極１５及び下部電極１３に接続された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２と外部抵抗素子７の経路にも電流が流れる。そのため、コンタクトホール側壁１６aだけの電流経路の場合より、電流は流れやすい。ここで、ワイヤ１７−１１，１７−１２間に接続する外部抵抗素子７は、センサ１０−１，１０−２が設置されているチャンバ１内ではなくチャンバ１外であるが、電気回路的にはチャンバ１内であっても外であっても同じである。外部抵抗素子７を接続した場合、上部電極１５の電子ｅは、コンタクトホール側壁１６aを流れて下部電極１３に流入すると同時に、上部電極１５に接続されたワイヤ１７−１１を通って、チャンバ１外に一旦出て、チャンバ１外の外部抵抗素子７を通り、下部電極１３に接続されたワイヤ１７−１２を通って再びチャンバ１内に入り、下部電極１３に流入するといった２通りの電流経路を通る。よって、各電位差Ｖ１，Ｖ２は式（２）の関係になる。
【００４２】
外部抵抗素子７が接続されたセンサ１０−１について、回路理論に基づき方程式を立てると、式（３）が成り立つ。
Ｖ１  ＝  Ｒ＊Ｒ０＊Ｉ／（Ｒ＋Ｒ０）  ・・・・・・・・・・（３）
【００４３】
ここで、Ｒ０は外部抵抗素子７の抵抗値であり既知の値である。又、外部抵抗素子７が接続されていないセンサ１０−２についても、回路理論に基づき方程式を立てると、式（４）が成り立つ。
Ｖ２  ＝  Ｒ＊Ｉ  ・・・・・・・・・・（４）
【００４４】
よって、式（３）と式（４）の連立方程式から式（５）が導出される。
Ｒ＝（Ｖ２／Ｖ１−１）＊Ｒ０    ・・・・・・・・・・・（５）
【００４５】
式（５）において、外部抵抗素子７の抵抗値Ｒ０は既知であり、電位差Ｖ１とＶ２は電圧計６によって測定される値であるから、式（５）に抵抗値Ｒ０、及び電位差Ｖ１，Ｖ２を代入すれば、上部電極１５及び下部電極１３間の抵抗、即ち、コンタクトホール１６の側壁抵抗Ｒが求まる。次に、式（１）に電位差Ｖ２と、式（５）によって求めた側壁抵抗Ｒを代入することにより、コンタクトホール側壁１６aに流れる電流Ｉが得られる。
【００４６】
上記によって、得られた１つ以上のコンタクトホール側壁抵抗の総和Ｒと側壁１６aに流れる電流の総和Ｉに対して、単位コンタクトホール当りの側壁抵抗をＲｈ、単位コンタクトホール当りの側壁１６aに流れる電流をＩｈとすると、抵抗の総和Ｒと側壁抵抗Ｒｈの関係は下記の式（６）によって表され、電流の総和Ｉと電流Ｉｈの関係は下記の式（７）によって表されるので、式（６）、（７）を用いて、コンタクトホール1個当りの側壁抵抗と側壁１６aに流れる電流が得られる。
Ｒｈ＝Ｒ＊（１個のセンサに形成されたコンタクトホールの数）・・・・（６）
Ｉｈ＝Ｉ／（１個のセンサに形成されたコンタクトホールの数）・・・・（７）
【００４７】
（実施例１の効果）
本実施例１によれば、プラズマチャンバ１内に設置された２個のセンサ１０−１，１０−２の片方にのみ、外部抵抗素子７を接続したので、この２個のセンサ１０−１，１０−２の上部電極１５及び下部電極１３間抵抗は互いに異なり、In-situにおいて異なる上部電極１５及び下部電極１３間の電位差が得られ、且つ、一方のセンサ１０−１の上部電極１５及び下部電極１３間にワイヤ１７−１１，１７−１２にて並列接続された外部抵抗素子７の抵抗値は既知であるため、動作の説明において示した式（５）、（６）よりIn-situにおいてコンタクトホール１個当りのコンタクトホール側壁１６aの抵抗値が得られる。
【００４８】
更に、コンタクトホール１個当りの抵抗が得られれば、動作の説明において示した式（４）、（７）から、コンタクトホール１個当りのコンタクトホール側壁１６aに流れる電流値を得ることができる。
【実施例２】
【００４９】
（実施例２の構成）
図４は、本発明の実施例２におけるプラズマモニタリングシステムを示す概略の構成図であり、実施例１を示す図１中の要素と共通の要素には共通に符号が付されている。
【００５０】
本実施例２のプラズマモニタリングシステムでは、実施例１と同様の１個のセンサ１０−１がステージ２上に設置され、このセンサ１０−１に接続された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２が、ハーメチックシール５を介してプラズマチャンバ１の外に引き出され、電圧計６に接続されている。プラズマチャンバ１の外に引き出された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２間には、実施例１の固定の外部抵抗素子７に代えて、可変抵抗素子７Ａが接続されている。可変抵抗素子７Ａは、例えば、１０ＭΩ〜１００ＭΩの間で抵抗値を自由に調整することが可能になっている。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００５１】
（実施例２のプラズマモニタリング方法）
図５は図４のプラズマモニタリング方法の説明図、及び、図６は図４の等価回路図であり、実施例１を示す図２及び図３中の要素と共通の要素には共通に符号が付されている。
【００５２】
これらの図５及び図６を参照しつつ、本実施例２のプラズマモニタリング方法を説明する。
【００５３】
先ず、プラズマチャンバ１内のステージ２上に１個のセンサ１０−１を設置する。この時、センサ１０−１からプラズマチャンバ１の外に引き出された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２間に接続された可変抵抗素子７Ａの抵抗値をＲ１とする。次に、実施例１と同様に、ＲＦバイアスを印加してプラズマチャンバ１内にプラズマ１ａを発生させると、このプラズマ１ａから正イオンｈや電子ｅが、センサ表面の上部電極１５とコンタクトホール底の下部電極１３とに入射する。電子遮蔽効果によって、センサ１０−１の上部電極１５に蓄積する電子ｅより、コンタクトホール底の下部電極１３に蓄積する電子量の方が少ない状態ができる。
【００５４】
その結果、上部電極１５の電位より下部電極１３の電位の方が高くなり、電位差ができる。コンタクトホール１６の側壁１６aは高抵抗であるが、完全に絶縁状態ではないため、上部電極１５の電子ｅはコンタクトホール側壁１６aを伝わって下部電極１３に流れ込む。同時に、上部電極１５の電子ｅはコンタクトホール側壁１６a以外に、上部電極１５及び下部電極１３に接続されたワイヤ１７−１１，１７−１２と可変抵抗素子７Ａを通って下部電極１３に流れ込む。つまり、上部電極１５の電子ｅはコンタクトホール側壁１６aと可変抵抗素子７Ａという２つの経路を通って下部電極１３に流れ込む。
【００５５】
図６では、２つの経路を通って上部電極１５及び下部電極１３間に流れる電流をＩとし、Ｉ＝Ｉion−Ｉelectronと図示されているが、電流は正電荷であり、電子ｅとは反対の電荷であるため、電子ｅは電流Ｉの伝播方向とは逆方向に流れる。よって、この時、上部電極１５及び下部電極１３間に電位差が発生し、プラズマチャンバ１外の電圧計６によって測定される電位差をＶ１とおき、センサ１０−１に形成されている総コンタクトホール数分の並列抵抗（コンタクトホール１６の側壁抵抗の総和）をＲ、可変抵抗素子７Ａの抵抗値をＲ１とおくと、電流Ｉ、電位差Ｖ１、及び抵抗Ｒ１，Ｒの関係は、回路理論に基づき式（８）で表される。
Ｖ１  ＝  Ｒ＊Ｒ１＊Ｉ／（Ｒ  ＋  Ｒ１）  ・・・・・・・・・・（８）
【００５６】
次に、プラズマ１ａが発生している状態において、可変抵抗素子７Ａの抵抗値を変化させる（例えば、最初の設定時に対して２ＭΩ位変化させる）。この時の可変抵抗素子７Ａの抵抗値をＲ２とおき、又、可変抵抗素子７Ａを変化させた後に測定した上部電極１５及び下部電極１３間の電位差をＶ２とすると、電流Ｉ、電位差Ｖ１、及び抵抗Ｒ２，Ｒの関係は、回路理論に基づき式（９）で表される。
Ｖ２＝Ｒ＊Ｒ２＊Ｉ／（Ｒ  ＋  Ｒ２）  ・・・・・・・・・・（９）
【００５７】
よって、式（８）と式（９）から成る連立方程式から、式（１０）が導出される。
Ｒ＝  Ｒ１＊Ｒ２＊（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｒ２＊Ｖ１  −  Ｒ１＊Ｖ２）・・・（１０）
【００５８】
式（１０）に可変抵抗素子７Ａの２つの抵抗値Ｒ１，Ｒ２を代入し、且つ、可変抵抗素子７Ａの抵抗値Ｒ１，Ｒ２を変化させる前後において、電圧計６で測定した上部電極１５及び下部電極１３間の２つの電位差Ｖ１，Ｖ２を代入することによって、総コンタクトホール分の側壁抵抗値を得ることができる。又、式（８）に抵抗Ｒ，Ｒ２、及び電位差Ｖ１を代入することによって、コンタクトホール１６の側壁１６aに流れる電流の総和Ｉが得られる。
【００５９】
上記によって、得られた総コンタクトホール分の側壁抵抗Ｒと電流Ｉに対して、単位コンタクトホール当りの側壁抵抗をＲｈ、単位コンタクトホール当りの側壁１６aに流れる電流をＩｈとすると、抵抗ＲとＲｈの関係は、下記の式（１１）によって表され、電流ＩとＩｈの関係は、下記の式（１２）によって表される。そのため、式（１１）、（１２）を用いて、コンタクトホール１個当りに対して側壁抵抗と側壁１６aに流れる電流が得られる。
Ｒｈ＝Ｒ＊（１個のセンサに形成されたコンタクトホールの数）・・・（１１）
Ｉｈ＝Ｉ／（１個のセンサに形成されたコンタクトホールの数）・・・（１２）
【００６０】
（実施例２の効果）
本実施例２の効果を、実施例１と比較しつつ説明する。
【００６１】
図７（ａ）、（ｂ）は、実施例１の効果と実施例２の効果との比較を示す図であり、同図（ａ）は実施例１の図、及び、同図（ｂ）は実施例２の図である。
【００６２】
図７（ａ）に示すように、実施例１では、コンタクトホール１６の側壁抵抗及び側壁１６aに流れる電流を計測するために、２つのセンサ１０−１，１０−２と電圧計７に最低４つのチャンネルが必要である。又、プラズマチャンバ１内に２つのセンサ１０−１，１０−２を設置して測定するため、プラズマ１ａの空間分布に対して、２つ分の領域に配置されているコンタクトホール１６（例えば、図７（ａ）の点１ａ−１と点１ａ−２の影響を受けたコンタクトホール１６）の側壁抵抗値及び側壁１６aに流れる電流値を測定することになる。プラズマチャンバ１内においてプラズマ１ａは均一ではなく、コンタクトホール側壁抵抗及び側壁１６aに流れる電流は、その付近のプラズマ状態（密度や温度）の影響を受けて変化する。そのため、実施例１は、プラズマ１ａの局所的な領域に対して位置するコンタクトホール１６の側壁抵抗値及び側壁１６aに流れる電流値を計測するには適さない。つまり、図７（ａ）において、例えば、点１ａ−２の影響だけを受けた値を測定することができない。
【００６３】
これに対し、本実施例２によれば、１つのセンサ１０−１の上部電極１５と下部電極１３に接続された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２間に可変抵抗素子７Ａを接続し、In-situにて２種類の上部電極１５及び下部電極１３間抵抗値に対して、２つの上部電極１５及び下部電極１３間の電位差を測定する。そのため、In-situにてコンタクトホール１６の側壁抵抗値と側壁１６aに流れる電流値を、動作の説明で示した式（８）〜（１２）を用いて得ることができる。更に、電極電位の測定に必要な電圧計６のチャンネル数は最低２つでよい。
【００６４】
しかも、本実施例２では、１つのセンサ１０−１で測定ができるため、プラズマ１ａの局所的領域に対して、その付近に位置するコンタクトホール１６の側壁抵抗値と側壁１６aに流れる電流値を測定できる。即ち、図７（ｂ）において、配置するセンサ１０−１は１つであるので、プラズマ１ａの空間分布に対して、例えば点１ａ−２の影響を受けたコンタクトホース側壁１６aの抵抗値及び電流値を測定することが可能である。つまり、本実施例２の方が局所的なプラズマ１ａの影響を受けた値を測定し易い。
【００６５】
（変形例）
本発明は、上記実施例１、２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。
【００６６】
（ａ）  実施例２は、可変抵抗素子７Ａを用いる場合における測定方法であるが、可変抵抗素子７Ａではなく、抵抗値が固定された抵抗素子を２種類（互いの抵抗値が異なる２種類）用いてもよい。抵抗値が固定された２種類の抵抗素子を用いる場合は、最初に片方の抵抗素子をセンサ１０−１の上部電極１５及び下部電極１３に接続された２本のワイヤ１７−１１，１７−１２間に接続して、その時に、センサ１０−１の電極１５，１３間の電位差を測定し、次に、最初に取り付けた抵抗素子を他方の抵抗素子（最初に接続した抵抗素子とは抵抗値が異なる）に繋ぎ変えて、再度、センサ１０−１の電極１５，１３間の電位差を測定し、センサ１０−の各電極１５，１３間の抵抗値が２通りある場合に対して、それぞれ２つ以上の電位差を測定するといった方法もよい。これにより、実施例２とほぼ同様の作用効果が得られる。
【００６７】
（ｂ）  実施例１、２は。コンタクトホールパターン内の側壁抵抗と側壁１６aに流れる電流を測定するための方法に関するものであるが、コンタクトホール以外のパターン（例えば、ラインアンドスペースの溝パターン等）内の側壁抵抗と側壁１６aに流れる電流を測定することも可能である。
【００６８】
（ｃ）  本発明は、容量性結合型、誘導性結合型等の種々のプラズマ発生装置に適用できる。又、センサ１０−１，１０−２の構造や、ワイヤ１７−１１，１７−１２、１７−２１，１７−２２の引き出し構造は、図示以外の構造に変更してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１      プラズマチャンバ
１ａ      プラズマ
２      ステージ
６      電圧計
７      外部抵抗素子
７Ａ      可変抵抗素子
１０−１，１０−２      センサ
１１      Ｓｉ基板
１３      下部電極
１５      上部電極
１６      コンタクトホール
１７−１１，１７−１２、１７−２１，１７−２２      ワイヤ
【図１】
2010232344.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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