(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置のプラズマ状態を高感度で高精度に測定し長期間安定に処理を行う。【解決手段】プラズマ２からの高周波信号を受信するシート状電極２１と、電極２１に接続された信号線３１と、電極２１からの高周波信号を外部に出力する信号出力手段と、高周波信号から目的とする物理量を検出する物理量検出部２２，過去の測定データなどを記憶する測定データ記憶部２４，過去の測定データと検出部２２で検出した新たな測定データを比較しプラズマの変動量の信号を出力する測定処理部２３，測定処理部２２からの信号に応じて装置パラメータを操作しプラズマ状態を安定化するよう制御する制御部１６からなる制御手段を備え、シート状電極２１信号線３１が、プラズマ２に接する真空処理室１の内壁の表面／内筒５の表面に少なくとも２層以上に形成した誘電体保護膜の間に形成され、シート状電極２１が電場／磁場を出力するプラズマ処理装置。【選択図】図１
2010056114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室、プラズマ生成用高周波電源や磁場コイルを有し前記真空処理室にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、前記真空処理室内にプラズマを生成して前記真空処理室内に配置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記プラズマの状態を示す電場あるいは磁場からの高周波信号を受信する前記真空処理室の内部に設けたシート状電極と、
該シート状電極に接続された信号線と、
前記シート状電極からの信号を前記真空処理室の外部に出力する信号出力手段と、
前記真空処理室のプラズマの状態を示す電場あるいは磁場からの高周波信号から目的とする物理量を検出する物理量検出部、および、過去の測定データと標準値と新たな測定データを記憶する測定データ記憶部、および、測定データ記憶部に記録されている過去の測定データと標準値と前記物理量検出部で検出した新たな測定データを比較しプラズマの位置的変動量や全体的密度の変動量の信号を出力するとともに前記変動量が標準値を超えた場合に警報信号を出力する測定処理部、ならびに、前記測定処理部からの前記変動量信号または前記プラズマの位置的変化や全体的密度変化等に応じて、前記プラズマ生成用高周波電源の出力や前記磁場コイルの各コイル電流等の装置パラメータを操作しプラズマ状態を安定化するよう制御する制御部からなる制御手段を備え、
前記シート状電極および前記信号線が、プラズマに接する前記真空処理室の内壁の表面または前記真空処理室内壁と前記プラズマの間に装着する金属を母材とする内筒（インナー）の表面に少なくとも２層以上に形成した誘電体保護膜の間に形成され、
前記シート状電極が、前記プラズマからの電場あるいは磁場を受信或いは検出する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記誘電体保護膜が、アルミニウムまたはイットリウムの酸化物等の誘電体の溶射膜を用いて形成された
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記シート状電極が、前記真空処理室内壁の表面または前記真空処理室内に装着する内筒（インナー）の母材導体の表面に誘電体膜を１０μｍから３００μｍの厚さで形成した前記誘電体膜の表面に設けられ、該シート状電極の上にさらに誘電体の溶射膜を１０μｍから３００μｍの厚さに形成した
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記シート状電極が、前記プラズマと容量結合し電界を検出する面状の導体、あるいは磁界を検出する螺旋状の一端を接地した導体、もしくは電磁波を送受信するアンテナである
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記シート状電極を前記真空処理室のプラズマに接する内壁の少なくとも２箇所以上に設け、
前記試料に印加したバイアス用高周波電力がプラズマを介して真空処理室内壁に流入する高周波電流または電圧を複数の異なる箇所で検出し、
前記制御手段が、各シート状電極により検出された各信号からプラズマ分布の変動の情報を基に前記プラズマの状態を安定化するように制御する
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記信号出力手段が、前記信号線に接続され前記誘電体保護膜の外部に露出して設けた出力部と、コネクタを介して前記真空処理室の真空壁に取り付けた真空導入端子に接続された出力信号線からなり、前記検出電極が検出した検出信号を前記真空処理室の外部に出力する
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記信号出力手段が、前記信号線に接続したコイル状アンテナまたはダイポールアンテナなどの第１のアンテナと、第１のアンテナから信号を受信する前記真空処理室の真空壁に取り付けた真空導入端子に接続されたコイル状アンテナまたはダイポールアンテナなどの第２のアンテナからなり、
前記シート状電極と前記物理量検出手段とを接続して前記検出信号を前記真空処理室の外部へ出力する
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
高密度プラズマが接しない箇所の前記誘電体保護膜内にシート状電極に接続されたＩＣチップと検出信号を外部回路へ出力するアンテナとを形成し、
前記ＩＣチップに記憶された部品の個体識別情報および使用時間等の管理データを前記アンテナを介して前記真空処理室の外部に出力し、前記測定データ記憶部に記録させる
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置のプラズマ状態を検出する検出手段を備えたプラズマ処理装置および検出方法に係わり、特に重金属汚染を招くこと無くプラズマ状態を詳細に検出することができる検出手段を備えプラズマ状態を安定して制御するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマを利用した処理装置は、半導体デバイスばかりでなくフラットディスプレイ等の製造工程に広く用いられている。プラズマ処理装置では、処理の目的により反応性ガスや成膜材原料ガスをマイクロ波や高周波で放電し被処理試料を加工する。このとき、放電で励起される高エネルギーの電子やイオンまたは活性ラジカルによって、真空処理室内壁や構成部品がスパッタで削れたり化学的に消耗されることで被処理試料に異物が混入したり壁面材からの重金属汚染等の多くの問題が引き起こされる。特に、半導体デバイスが高集積化されトランジスタ構造が微細になってくると、回路配線の間隔も０．１μｍ以下であり微小異物でも回路をショートするなどの問題を引き起こす。また、トランジスタ回路に重金属が微量でも混入すると電気特性が変動してしまい製品の歩留まりを低下させてしまう。このような状況から、最近のプラズマ処理装置では真空処理室内壁の表面の大部分を化学的に安定な材質で被覆したり石英部品でカバーするようになってきた。また、処理過程で発生する反応生成物による異物発生を防ぐために、反応生成物が付着し堆積し易い真空処理室内壁の段差構造や観測ポートを削減している。
【０００３】
一方、半導体デバイスのさらなる微細化に伴って製造プロセスも複雑で高精度化してくると、プラズマ処理の状態を常時モニタしながら規定値に制御する必要性が高まってきた。プラズマ処理に関与する各種パラメータの中には、放電電力や処理ガス圧のように処理装置の制御パラメータとして容易にモニタし制御できるものもあるが、一般には、処理状態に直接影響するプラズマの温度や密度の分布変化をモニタすることは容易でない。プラズマの電子温度や密度の測定法としては、プラズマ中に針状電極のプローブを挿入するラングミュア測定法が知られているが、半導体デバイスの製造に適用するプラズマ処理装置ではプローブ電極からの重金属汚染が半導体デバイスの特性に影響してしまい、また、プローブをプラズマに挿入することによる処理特性の変動が製品の歩留まり低下を招いてしまう。
【０００４】
そこで、半導体デバイスの生産に供するプラズマ処理装置では、処理状態をモニタする手段として特許文献１に記載の従来技術のように、プラズマ処理室の壁面に観測窓を設けてプラズマからの発光を観測する方法が広く用いられている。プラズマ発光をモニタする場合には、プラズマを見込める位置でプラズマ処理室の壁面に内径１０ｍｍ程度の石英等の誘電体窓を設ける必要があるが、プラズマに金属部材が接しない構成も可能であり重金属汚染を危惧することもなく、観測窓をプラズマから離すことによって処理状態に与える影響を抑えることができる。測定されたプラズマ発光のデータは、各種ラジカルからの発光スペクトルからプラズマ内のラジカル組成の変化やプラズマ状態の変動を反映する信号を抽出して処理の制御に用いる。
【０００５】
特許文献２に記載の従来技術は、プラズマ処理室の壁内に温度検出センサを設けてプラズマ処理室の内壁を一定温度に制御することにより、エッチング処理による反応生成物がプラズマ処理室内壁に付着する量を一定に保ち処理の再現性を向上させている。温度検出センサの場合には、金属製の処理室内壁に大気圧側から小径の穴をあけて小型の熱電対を差し込み取り付ける方法もあり比較的容易である。また、プラズマ処理室の内側には影響しないので、プラズマへの影響や重金属汚染等の心配もない。
【０００６】
特許文献３に記載の従来技術は、非対称無線周波低圧プラズマにおいてリアクタ側壁に取り付けたフランジまたは凹部にアース電極として作用する計測電極で無線周波放電電流の一部を測定し、測定された信号はデジタル信号に変換され数理アルゴリズムによりプラズマパラメータを評価している。
【特許文献１】特開平０５−２５９２５０号公報
【特許文献２】特開平０６−１８８２２０号公報
【特許文献３】特開平０８−２２２３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のプラズマ処理装置においては、プラズマ状態を測定するためにプラズマに接する位置に放電電流を検出するセンサを取り付けたフランジを設けたり、プラズマからの発光を直視する位置に観測窓を設ける必要がある。高精度なプラズマ処理を行うときには測定ポイントを増やしてプラズマ状態を詳細に測定し処理装置を精度良く制御することが望ましいが、高さが１０ｃｍから２０ｃｍ程度の真空処理室側壁に数ｃｍの大きさの観測ポートやフランジを複数配置することが困難であるとともに真空処理室内壁に凹凸構造を設けることは異物の増加が危惧される。また、真空処理室の導体壁内にセンサを取り付ける場合には、測定可能な物理量が壁温度等に限定されてしまう。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、プラズマ状態に擾乱を与えことなく、かつ、異物の増加を招くことなく、さらに、プラズマ常置を検出する手段に損傷を与えることなくプラズマを高精度で制御できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、真空処理室、プラズマ生成用高周波電源や磁場コイルを有し前記真空処理室にプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、前記真空処理室内に配置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記プラズマの状態を示す電場あるいは磁場からの高周波信号を受信する前記真空処理室の内部に設けたシート状電極と、該シート状電極に接続された信号線と、前記シート状電極からの信号を前記真空処理室の外部に出力する信号出力手段と、前記真空処理室のプラズマの状態を示す電場あるいは磁場からの高周波信号から目的とする物理量を検出する物理量検出部、および、過去の測定データと標準値と新たな測定データを記憶する測定データ記憶部、および、測定データ記憶部に記録されている過去の測定データと標準値と前記物理量検出部で検出した新たな測定データを比較しプラズマの位置的変動量や全体的密度の変動量の信号を出力するとともに前記変動量が標準値を超えた場合に警報信号を出力する測定処理部、ならびに、前記測定処理部からの前記変動量信号または前記プラズマの位置的変化や全体的密度変化等に応じて、前記プラズマ生成用高周波電源の出力や前記磁場コイルの各コイル電流等の装置パラメータを操作しプラズマ状態を安定化するよう制御する制御部からなる制御手段を備え、前記シート状電極および前記信号線が、プラズマに接する前記真空処理室の内壁の表面または前記真空処理室内壁と前記プラズマの間に装着する金属を母材とする内筒（インナー）の表面に少なくとも２層以上に形成した誘電体保護膜の間に形成され、前記シート状電極が、前記プラズマからの電場あるいは磁場を受信或いは検出する。
【００１０】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、前記誘電体保護膜がアルミニウムまたはイットリウム等の酸化物の誘電体の溶射膜を用いて形成される。
【００１１】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、前記シート状電極が、前記真空処理室内壁の表面または前記真空処理室内に装着する内筒（インナー）の母材導体の表面に誘電体膜を１０μｍから３００μｍの厚さで形成した前記誘電体膜の表面に設けられ、該シート状電極の上にさらに誘電体の溶射膜を１０μｍから３００μｍの厚さに形成されている。
【００１２】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、前記シート状電極が、前記プラズマと容量結合し電界を検出する面状の導体、あるいは磁界を検出する螺旋状の一端を接地した導体、もしくは電磁波を送受信するアンテナである。
【００１３】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、前記シート状電極を前記真空処理室のプラズマに接する内壁の少なくとも２箇所以上に設け、前記試料に印加したバイアス用高周波電力がプラズマを介して真空処理室内壁に流入する高周波電流または電圧を複数の異なる箇所で検出し、前記制御手段が、各シート状電極により検出された各信号からプラズマ分布の変動の情報を基に前記プラズマの状態を安定化するように制御する。
【００１４】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、前記信号出力手段が、前記信号線に接続され前記誘電体保護膜の外部に露出して設けた出力部と、コネクタを介して前記真空処理室の真空壁に取り付けた真空導入端子に接続された出力信号線からなり、前記検出電極が検出した検出信号を前記真空処理室の外部に出力する。
【００１５】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、前記信号出力手段が、前記信号線に接続したコイル状アンテナまたはダイポールアンテナなどの第１のアンテナと、第１のアンテナから信号を受信する前記真空処理室の真空壁に取り付けた真空導入端子に接続されたコイル状アンテナまたはダイポールアンテナなどの第２のアンテナからなり、前記シート状電極と前記物理量検出手段とを接続して前記検出信号を前記真空処理室の外部へ出力する。
【００１６】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、高密度プラズマが接しない箇所の前記誘電体保護膜内にシート状電極に接続されたＩＣチップと検出信号を外部回路へ出力するアンテナとを形成し、前記ＩＣチップに記憶された部品の個体識別情報および使用時間等の管理データを前記アンテナを介して前記真空処理室の外部に出力し、前記測定データ記憶部に記録させる。
【００１７】
また、本発明の第１の観点によるプラズマ処理装置は、真空処理室、プラズマ生成用高周波電源や磁場コイルを有し前記真空処理室に処理ガスを導入しプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、前記真空処理室内に配置した試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記真空処理室の内部に設けた電気回路を前記処理ガスに直接晒されないようプラズマに接する前記真空処理室の内壁の表面または前記真空処理室内壁と前記プラズマの間に装着する金属を母材とする内筒（インナー）の表面に設けた誘電体保護膜で覆い、前記電気回路に接続され前記真空処理室の外部へ前記電気回路からの信号を出力する前記真空処理室の内部に設けた第１の電極および前記真空処理室の外部に設けたプラズマ生成条件を制御する制御手段に接続される第２の電極を設け、前記第１の電極と前記第２の電極との間で容量結合または誘導結合により前記信号を送受信する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図１から図６を用いて本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１を用いて、本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置を説明する。このプラズマ処理装置は、マイクロ波または高周波を用いた平行平板型プラズマ処理装置を例に説明する。
【００２０】
図１において、本発明にかかるプラズマ処理装置は、真空処理室１と、ガス放出板３と、真空窓４と、内筒（インナー）５と、誘電体保護膜６と、排気手段７と、バイアス用高周波電源９と、静電チャック（試料電極）１０と、高周波電極１１と、同軸管１２と、プラズマ生成用高周波電源１３と、磁場コイル１４と、ヨーク１５と、制御部１６と、複数の検出電極２１と、物理量検出部２２と、測定処理部２３と、測定データ記憶部２４を有している。物理量検出部２２と、測定処理部２３と、測定データ記憶部２４と、制御部１６は制御手段を構成する。
【００２１】
プラズマを生成し被処理試料の処理を行う真空処理室１は、周壁がアルミニウムやステンレス等の金属を母材とし構成されており、真空処理室１を真空排気するための排気手段７に接続されている。真空処理室１の下方には被処理試料であるウエハ８が静電チャック１０により静電力で保持されている。ウエハ８はプラズマ処理中にウエハ８に高周波を印加しイオンを加速して照射するためのバイアス用高周波電源９が接続されている。静電チャック１０およびバイアス用高周波電源９の給電線等やウエハ８の冷却機構の詳細は図に記載は無いが、ウエハ８の保持部は多くの部品から構成されている。
【００２２】
真空処理室１の上方には、プラズマ生成用の高周波を導入するための誘電体製の真空窓４と同じく誘電体製のガス放出板３が設けてある。プラズマ生成用の高周波は、周波数が数１０ＭＨｚから約５００ＭＨｚでプラズマ生成用高周波電源１３から出力され同軸管１２を介して高周波電極１１から真空処理室１の内部に向かって放射される。高周波電極１１は金属製の円板状で絶縁性の支持部材により金属製の筐体にねじ等により固定されている。真空処理室１の上方には高周波電極１１のある金属筐体を取り囲むように磁場コイル１４とヨーク１５が配置されており、各磁場コイル１４のコイル電流を調整することにより真空処理室１全体に磁場が印加される。
【００２３】
プラズマ２は、ガス放出板３から処理ガスを高周波電極１１からの高周波電界と磁場との相互作用を利用して電離して生成される。生成されるプラズマ２は、高周波電界の強い高周波電極１１の近傍や高周波電界と磁場とが共鳴する磁場領域で高温、高密度となり真空処理室１の内壁を損傷することが危惧される。そのため、プラズマ１と接する真空処理室１の内壁にはプラズマや反応性ラジカルに対して耐性のある物質で誘電体保護膜６が形成されている。誘電体保護膜６の材質としては、アルミニウム母材の表面をアルマイト処理により形成される誘電体保護膜や、アルミニウムやイットリウムの酸化物または高分子材などが考えられる。また、真空処理室１の内壁には処理の過程で発生した反応生成物が付着し次第に堆積すると、堆積物が剥離し異物となり製品欠陥を招き易い。
【００２４】
そのため、真空処理室１の内壁は定期的に洗浄する必要があるため、真空処理室１の内側には容易に取り外すことができ洗浄しやすい構造の内筒（インナー）５が設けられている。したがって、プラズマ２に接する内筒（インナー）５の表面の誘電体保護膜６が最も強固である必要があり、アルミニウム母材の表面に例えばイットリアＹ２Ｏ３を０．１ｍｍから０．５ｍｍの厚さで溶射している。
【００２５】
誘電体保護膜６の内部にはプラズマ２を測定するための検出電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃが複数形成されておいる。検出電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃの位置や形状は測定の目的によって違ってくるが、図１の実施例ではウエハ８に印加したバイアス用高周波電源９からの高周波の信号を検出しプラズマ２の変動を検出し制御する場合を例に説明する。
【００２６】
検出電極の基本構造を断面図の図２にて説明する。検出電極２１を形成するには、先ずインナー母材５１であるアルミニウム表面に誘電体の溶射膜による下地保護膜６１を約０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の厚さで形成する。検出電極２１は、厚さが約５０μｍから約１００μｍで下地保護膜６１表面を検出電極２１の厚さ程度削ったところに貼る。溶射膜により保護膜６３を形成する場合には、溶射時の熱で検出電極２１がダメージを受けないようにセラミック等のシート状誘電体６２で検出電極２１を覆った上から誘電体保護膜６３を約０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の厚さ成膜する。検出電極２１の材質は、被処理試料に金属汚染しない材質が好適で半導体デバイスに対してはアルミニウムやイットリアまたはタングステン等が用いることができる。
【００２７】
プラズマ２から見た検出電極の形状を図３にて説明する。図３の検出電極２１は、プラズマ２と検出電極２１が容量結合して等価的にコンデンサーとしてプラズマからの高周波信号を検出する。したがって、検出電極２１の形状および大きさは任意であり、求める検出感度および空間分解能で形状が決まる。検出電極２１で検出した高周波信号は信号線３１を介して該高周波信号の出力部３２まで伝送される。第１の信号線３１は、検出電極２１と同じ構成で誘電体保護膜６３内部に形成されており、誘電体保護膜６３のない出力部３２において真空処理室の外部へ繋がる第２の信号線３３にコネクタ等により結線される。
【００２８】
検出された高周波信号の真空処理室外部への取り出しは、図３の第２の信号線３３を真空処理室に設けた真空導入端子等を介して真空処理室外に伝送される。このとき、反応性ガスの雰囲気中では第１の信号線３１の出力部３２や第２の信号線３３の導体部が反応性ガスで腐食し劣化や導通不良が危惧される。
【００２９】
検出された信号の真空処理室外への取り出し方法の他の実施例を、図４を用いて説明する。インナー母材５１の表面に成膜した誘電体保護膜６３の内部に、検出電極と同じ方法で第１の信号線３１および信号アンテナ（第１のアンテナ）３２１を形成する。第１の信号線３１には図示を省略した検出電極で検出された高周波信号が伝送されている。第１の信号アンテナ３２１は対向する位置にある外部に引き出される信号アンテナ（第２のアンテナ）３２２と電気的に結合されており、第１の信号アンテナ３２１と第２の信号アンテナ３２２の形状は平行平板構造による容量結合、または誘導コイル構造による誘導結合、またはダイポールアンテナ構造等により電磁波を送受信する。第２の信号アンテナ３２２および外部信号線３４はそれぞれ誘電体カバー４１等によって被覆されており、かつ、真空処理室１の周壁に気密に取り付けられたフランジ４２に固定されている。第２の信号アンテナ３２２および外部信号線３４は、導体が反応性ガス雰囲気に直接接することがなく高周波信号を真空処理室１の外部まで伝送することが可能である。
【００３０】
検出電極のその他の実施例を、図５を用いて説明する。図５の渦巻状検出電極２１ｓは、プラズマからの磁場変動を誘導結合により検出する方式である。コイル状（渦巻状）に形成された渦巻状検出電極２１ｓの一方の端が中心位置Ａにてインナー母材５１に導体３６で接地され、渦巻状検出電極２１ｓの他方の端が信号線３５に接続されている。渦巻状の検出電極２１の製法は、図２の検出電極２１と同じである。渦巻状検出電極２１ｓおよび信号線３５の表面はそれぞれシート状誘電体６２で覆われている。
【００３１】
図５の渦巻状検出電極２１ｓで検出された高周波信号は、プラズマ２の中心部から離れた内筒（インナー）５の下端から誘電体保護膜６の外に伝送され、図示を省略した真空導入端子を介して真空処理室１の外部に導かれる。図５の実施例ではウエハ８に印加した高周波がプラズマ２内を伝播してプラズマ２と渦巻状検出電極２１ｓとの間の容量結合により該高周波が検出される。検出された高周波信号は、例えば、図３、図４に示すような信号伝達手段によって真空処理室の外部の物理量検出手段２２に伝送される。物理量検出手段２２は、渦巻状検出電極２１ｓで検出された高周波信号から目的とする物理量を検出する。検出する物理量としては、渦巻状検出電極２１ｓの高周波信号の電圧を直接オシロスコープで検出したり、渦巻状検出電極２１ｓの出力を低インピーダンスで接地し出力線に流れる高周波電流を電流プローブで検出したり、高周波電力を検出することが可能である。または、第１の渦巻状検出電極２１ｓから電磁波を放射してプラズマからの反射波を第２の渦巻状検出電極２１ｓで検出することでプラズマ密度を測定するような能動的測定も可能である。
【００３２】
図１の実施例では、３箇所に設けた検出電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃにより測定された各高周波信号からプラズマの変動を検出し、検出したプラズマ変動の情報を基にプラズマ処理装置を制御して処理状態を安定化することを目的とした。各検出電極２１で測定された各高周波信号出力は、それぞれ測定部２１において低抵抗線を介して接地され、そのとき低抵抗線を流れる高周波電流を電流プローブ等で検出する。検出された各検出電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃの電流値データは測定処理部２３で、測定データ記憶部２４に記録されている過去の測定データおよび標準値が新たな電流値データ（測定データ）と比較され、プラズマ変動量信号、プラズマ変動量が規定値を超えた場合には警報信号がプラズマ処理装置の制御部１６に送信される。制御部１６ではプラズマの位置的変化や全体的密度変化等に応じて、プラズマ生成用高周波電源１３出力や磁場コイル１４の各コイル電流等の装置パラメータを操作しプラズマ状態を安定化する。
【００３３】
検出電極２１により測定された高周波電流の観測例を図６に示す。図６の測定では、アルミニウム製シート（厚さ５０μｍ、幅５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）の検出電極を真空処理室１の側面に高さ方向に３箇所（上側、中央、下側）に設け、検出電極の保護膜としては簡易的に樹脂製誘電体シートを用いて測定した。ウエハ８に印加した高周波の周波数は４００ｋＨｚである。各検出電極で測定した信号は電流プローブで高周波電流を検出しオシロスコープで波形を観測した。放電ガスは塩素で圧力０．４Ｐａである。図６から分かるように、各測定位置によって波形が明確に異なることが分かる。高周波電流波形の詳細は、ガス種、圧力、放電電力等の放電条件によって依存して変化する。高周波電流波形は、プラズマの密度分布や電子温度、磁場配位を反映していると考えられ、例えばプラズマが上下方向に偏移すれば図６のように高周波電流波形の違いとなって判別できると考える。したがって、プラズマの上下方向への偏移が検出されれば、図１の制御部１６により磁場コイル１４の電流を操作することで磁場配位を変えてプラズマ分布を補正することができる。
【００３４】
次いで、真空処理室内に設けたＩＣチップを用いて部品の識別情報および使用時間を管理するようにした実施例を説明する。すなわち、この実施例では、真空処理室内の高密度プラズマが接しない箇所の誘電体保護膜内にシート状電極に接続されたＩＣチップと検出信号を外部回路へ出力するアンテナとを形成する。このＩＣチップには、真空処理室１の周壁や内筒（インナー）５などの部品の個体識別情報および使用時間等の管理データが記録されている。プラズマ処理装置は、この管理データを、前記アンテナを介して外部に送信することによって、非接触で読み取り、前記測定データ記憶部に記録させることにより、部品の状態を管理することができるので、適切な時期に、真空処理室内壁や内筒（インナー）を洗浄することができる。
【００３５】
上記各実施例のプラズマ処理装置によれば、誘電体保護膜の層間に検出電極が形成されているので、被処理試料を重金属汚染することなくプラズマ状態を測定する検出電極を複数または大面積電極でも真空処理室内壁に設けることが可能である。また、検出電極および信号線が誘電体保護膜内に形成されているためにプラズマによる損傷や反応性ガスによる腐食等による劣化が無く、長期間安定した測定ができる。さらに、検出電極を真空処理室内壁の任意の場所に複数配置することによりプラズマの位置や密度変化をより正確に測定できる。その結果、正確な測定データを元にプラズマ処理装置を制御することで、高精度で安定したプラズマ処理が可能となる。
【００３６】
本発明は、特に半導体製造に使用するプラズマ処理装置において長期間安定に処理を行うための装置状態の検出、監視技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例におけるプラズマ処理装置の概略構成を説明する断面図。
【図２】本発明に掛かる検出電極の断面図の一例。
【図３】本発明に掛かる検出電極の平面図の一例。
【図４】本発明に掛かる信号出力部の構成を説明する断面図の一例。
【図５】本発明に掛かる渦巻状検出電極の形状を説明する平面図の一例。
【図６】本発明に掛かる測定結果を説明する図の一例。
【符号の説明】
【００３８】
１：真空処理室、
２：プラズマ、
３：ガス放出板、
４：真空窓、
５：内筒（インナー）、
５１：インナー母材、
６：保護膜、
６１：下地保護膜
６２：誘電体
６３：保護膜
８：ウエハ、
９：電源、
１６：制御部、
２１：検出電極、
２１ｓ：渦巻状検出電極、
２２：物理量検出部、
２３：測定処理部、
２４：測定データ記憶部、
３１：信号線、
３２:出力部、
３２１：信号アンテナ、
３２２：外部信号アンテナ、
３３：信号線、
３４：外部信号線
【図１】
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【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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