(57)【要約】  【課題】  安価に実施でき、かつ、閾値の設定も容易に行うことができるプラズマモニタリングセンサーを提供する。  【解決手段】  絶縁性管状容器(２)の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極(４)を螺旋コイル状に巻回させて高周波放電管(１)を構成し、この高周波放電管(１)のコイル状放電用電極(４)に高周波電力を印加して上記容器(２)内にプラズマを発生させるように構成したプラズマ発生器において、高周波放電管(１)でのコイル状放電用電極(４)を巻回している領域又は、高周波放電管(１)の軸心に沿う方向でのコイル状放電用電極(４)の外側近傍個所にピックアップコイル(９)を配置する。このピックアップコイル(９)で検出した電圧により、プラズマ発生状態を検知する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性管状容器(２)の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極(４)を螺旋コイル状に巻回させて高周波放電管(１)を構成し、この高周波放電管(１)のコイル状放電用電極(４)に高周波電力を印加して上記容器(２)内にプラズマを発生させるように構成したプラズマ発生器において、
高周波放電管(１)でのコイル状放電用電極(４)を巻回している領域又は、高周波放電管(１)の軸心に沿う方向でのコイル状放電用電極(４)の外側近傍個所にピックアップコイル(９)を配置し、このピックアップコイル(９)で検出した電圧により、プラズマ発生状態を検知するようにしたプラズマモニタリングセンサー。
【請求項２】
ピックアップコイル(９)がワンターンコイルである請求項１に記載のプラズマモニタリングセンサー。
【請求項３】
ピックアップコイル(９)をコイル状放電用電極(４)を巻回している領域内でコイル状放電用電極(４)の外周部分に配置した請求項１又は２に記載のプラズマモニタリングセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマモニタリングセンサーに関し、特に、絶縁性管状容器の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極を螺旋コイル状に巻回させて構成した高周波放電管のコイル状放電用電極に高周波電力を印加することにより、絶縁性管状容器内にプラズマを発生させるように構成したプラズマ発生器でのプラズマ発生状態を検出するプラズマモニタリングセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の半導体プロセスにおいて、エッチングや製膜、あるいはクリーニングや排ガス分解などの処理にプラズマが利用されている。
この場合、プラズマの励起状態は、処理速度や製品精度に影響与える大きな要因となっていることから、処理チャンバーやプラズマ発生器内でのプラズマ励起状態を検出したいという要望が高くなっている。
【０００３】
従来、プラズマの状態をモニターするものとして、光センサーを利用して、所定波長の光を検知し、検知した光の強さを信号に変換して情報処理するようにしたものが提案されている。
【特許文献１】特開平６−２６０２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、光センサーでプラズマ励起状態を検出する前記従来のものでは、光を導出するために、観測窓を設けておかなければならないうえ、光電変換機器等の機器のコストが高く、検出装置としてのコストが高価につくという問題があった。さらに、光センサーにより検出した光の強さでは、プラズマ励起状態を制御するための信号レベルの閾値を設定しにくく、また観測窓の内側がプラズマに曝されることによるダメージや生成物の付着により観測窓にくもりが生じる恐れがあった。
【０００５】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、安価に実施でき、かつ、閾値の設定も容易に行うことができるプラズマモニタリングセンサー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】
【０００６】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載した本発明では、絶縁性管状容器の外周に誘導結合方式の高周波放電用電極を螺旋コイル状に巻回させて高周波放電管を構成し、この高周波放電管のコイル状放電用電極に高周波電力を印加して上記容器内にプラズマを発生させるように構成したプラズマ発生器において、高周波放電管でのコイル状放電用電極を巻回している領域又は、高周波放電管の軸心に沿う方向でのコイル状放電用電極の外側近傍個所にピックアップコイルを配置し、このピックアップコイルで検出した電圧により、プラズマ発生状態を検知することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、コイル状放電用電極巻回領域あるいは、その巻回領域よりも放電管軸芯に沿う方向での外側近傍部分にピックアップコイルを配置していることから、高周波放電管内でのプラズマ量に応じてピックアップコイルに出力電圧が生じることになり、その電圧を検出することで、放電管内でのプラズマ発生状態を知ることができるから、そのコイル状放電用電極に供給する電力や、処理チャンバーへのプラズマ状態のガスの供給量を制御することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態を示すプラズマ放電管の概略構成図である。
このプラズマ放電管(１)は、耐熱セラミックあるいは石英ガラス等の絶縁性管状容器(２)と、この絶縁性管状容器(２)の外周に螺旋コイル状に巻回されて後述する高周波電力発生源(３)から高周波電力を印加することにより、管状容器(２)内にプラズマを発生させることができる誘導結合方式の高周波放電用電極(４)とで構成されている。
【０００９】
この高周波放電用電極(４)は、内部を冷却水通路に構成した銅管等の導電製金属管で構成してあり、この高周波放電用電極(４)はマッチングユニット(５)を介して高周波電源(６)に接続されている。また、マッチングユニット(５)はリモートコントローラ(７)で制御されている。さらに、絶縁性管状容器(２)に巻回されている高周波放電用電極(４)部分の外周部分はシリコン樹脂カバー(８)で覆われている。
【００１０】
そして、螺旋巻回されている高周波放電用電極(４)を覆っているシリコン樹脂カバー(８)の外側部分にワンターンコイルで構成したピックアップコイル(９)が配置してある。このピックアップコイル(９)の両端部は電圧変換回路(10)に連結され、ピックアップコイルで検出した電圧を１０〜２０Ｖ程度まで変圧し、この変圧した出力をＤＣ変換器(11)、コンパレータ(12)、入出力器(13)を介して処理ユニット(14)に伝達し、処理ユニット(14)から出力した信号を、図示を省略した処理チャンバーの制御系や排ガス処理装置の制御系、あるいは、高周波電源(６)の出力制御系に伝達するようにしてある。
【００１１】
図２及び図３は、ピックアップコイル(９)の配設個所をそれぞれ変更したものであり、図２に示すものは、螺旋巻回されている高周波放電用電極(４)のガス入口側での端部よりも外側近傍に位置する絶縁性管状容器(２)の外周部分にピックアップコイル(９)を配置したものであり、図３に示すものは、螺旋巻回されている高周波放電用電極(４)のガス出口側での端部よりも外側近傍に位置する絶縁性管状容器(２)の外周部分にピックアップコイル(９)を配置したものである。
【００１２】
このように構成したプラズマ放電管(１)の高周波放電用電極(４)にＲＦ電源からＲＦ出力を印加し、ピックアップコイル(９)をガス入口側で高周波放電用電極(４)の巻回領域から外れている個所(入口側)、高周波放電用電極(４)の巻回領域のほぼ中央部(中間)、ガス出口側で高周波放電用電極(４)の巻回領域から外れている個所(出口側)に配置した場合でピックアップコイル(９)に生じる電圧を測定した。
この場合、反射波の影響がほとんど生じない状態と、ほぼ全反射した反射波の影響を大きく受ける状態とで検出した。その結果を表１及び図４〜図６に示す。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
この結果、反射波の影響を受けると、配設個所に拘わらず出力は小さくなることがわかる。また、高周波放電用電極(４)の巻回領域内にピックアップコイル(９)を配置したほうが、出力される電圧値が大きくなることがわかる。
【００１５】
次に、プラズマ放電管(１)内に供給する反応性ガスの種類によりピックアップコイル(９)で検出する電圧変化を測定した。その結果を表２及び図７に示す。この場合ピックアップコイル(９)は、高周波放電用電極(４)の巻回領域内に配置した。
使用したガスは、半導体製造過程でクリーニングガスとして使用される三フッ化窒素(ＮＦ３)やパーフロロプロパン(Ｃ３Ｆ８)、希釈ガス(キャリヤーガス)として使用される窒素ガス(Ｎ２)やヘリウムガス(Ｈｅ)あるいは酸素ガス(Ｏ２)である。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
この結果、三フッ化窒素とパーフロロプロパンは、ほぼ同じ値で推移し、窒素ガスはＲＦ出力が１０００Ｗを超えるとピックアップコイルでの出力電圧は横ばいになることがわかった。なお、ヘリウムガスは他のガスとまったく異なった傾向を示すこともわかった。
【００１８】
さらに、反射波の大きさがピックアップコイルでの出力電圧に与える影響を調べた。
この場合、プラズマ放電管(１)内に供給するガスとして、パーフロロプロパン(Ｃ３Ｆ８)を使用した。
その結果を表３と図８に示す。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
この結果から、パーフロロプロパン(Ｃ３Ｆ８)ガスを使用した際のプラズマセンサーとする場合の閾値を１００Ｖに設定し、センサーからの出力が１００Ｖに達しない場合のセンサーをoffの状態とし、出力電圧が１００Ｖを超えると、センサーをonにすれぱよいことがわかる。
【００２１】
このように、高周波放電用電極(４)の領域内あるいは、高周波放電用電極(４)のコイル軸芯に沿う方向での外側近傍部分にピックアップコイル(９)を配置し、ピックアップコイル(９)に生じる電圧を検出することで、プラズマ放電管(１)内でのプラズマ励起状態を簡単かつ確実に把握することが可能になる。
【００２２】
上記の実施態様では、ピックアップコイル(９)として、ワンターンコイルを使用したが、ピックアップコイルの巻き数はいくらでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、半導体製造過程で成膜用やエッチング用に使用されるプラズマ機器、あるいは、半導体製造装置等でのクリーニング工程や排ガス分解処理工程で使用されるプラズマ機器でのプラズマセンサーとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示すプラズマ放電管の概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示すプラズマ放電管の概略構成図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態を示すプラズマ放電管の概略構成図である。
【図４】ピックアップコイルを入口側に配置した状態でのＲＦ出力とピックアップコイル出力との関係を示すグラフである。
【図５】ピックアップコイルを中間部に配置した状態でのＲＦ出力とピックアップコイル出力との関係を示すグラフである。
【図６】ピックアップコイルを出口側に配置した状態でのＲＦ出力とピックアップコイル出力との関係を示すグラフである。
【図７】ガス種を変えた状態でのＲＦ出力とピックアップコイル出力との関係を示すグラフである。
【図８】反射波の大きさとピックアップコイル出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１…高周波放電管、２…絶縁性管状容器、４…高周波放電用電極、９…ピックアップコイル。
【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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【図７】
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【図８】
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