(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と、前記金属板に設けられた複数の貫通穴と、前記複数の貫通穴の各々に挿入され、かつ、前記金属板と絶縁された複数の導体棒と、前記複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒に電圧を印加する第１電源と、前記導体棒に生じる電流を測定する電流計と、前記導体棒以外の導体棒に電圧を印加する第２電源とを有するプラズマ特性測定装置において、複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒と第１電源との接続を行うと共に、前記導体棒以外の導体棒と第２電源との接続を行うスイッチング機構とを備えたこと
を特徴とするプラズマ特性測定装置。
【請求項２】
金属板と、前記金属板に設けられた複数の貫通穴と、前記複数の貫通穴の各々に挿入され、かつ、前記金属板と絶縁された複数の導体棒と、前記複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒に電圧を印加する第１電源と、前記１つの導体棒に発生する電流を測定する電流計とを備えたプラズマ特性測定装置であって、前記金属板を中心に対して所定の角度だけ回転させたときの導体棒の位置が、前記金属板を回転させる以前の導体棒の位置に重なり合うように導体棒が配置され、かつ、複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒と第１電源との接続を行うと共に、前記導体棒以外の導体棒と第２電源との接続を行うスイッチング機構とを備えたこと
を特徴とするプラズマ特性測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ特性測定装置において、真空容器内に所定のプラズマ発生条件でプラズマを発生させ、第１電源により複数の導体棒のうちの任意の１つの導体棒に電圧を印加したときの導体棒に流れ込む電流が、所定の範囲内であるか否かにより、プラズマ特性測定装置の良否を判断することを特徴とするプラズマ処理検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるドライエッチング、スパッタリング、プラズマＣＶＤ等のプラズマ処理装置内で発生させたプラズマ特性を測定するためのプラズマ特性測定装置及びプラズマ処理検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体等の電子デバイスを製造するためのプラズマ処理において、処理の速度や均一性に大きな影響をもつのが、プラズマ密度とその均一性である。プラズマ密度を測定する方法として、プローブ法、マイクロ波干渉法、レーザー散乱法などがあるが、とくにプローブ法は空間分解能に優れ、測定も簡便であることから、広く用いられている。
【０００３】
図１０は、平行平板型プラズマ処理装置にプローブを取り付けた場合の断面図である。図１０において、真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ排気装置としてのポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、上部電極用高周波電源４により高周波電力を、上部電極５に供給すると、真空容器１内にプラズマが発生し、基板電極１４上に載置された基板１５に対してエッチング、堆積、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。
【０００４】
プローブは、セラミック筒１６の中に金属棒１７を挿入したもので、金属棒１７には、電源１８により任意の電圧を印加できるようになっており、また、金属棒１７に流れ込む電流を測定するための電流計１９が設けられる。金属棒１７に印加する電圧を−８０〜−３０Ｖ程度に設定することにより、イオン飽和電流密度Ｉiを測定することができる。また、金属棒１７に印加する電圧を、−５０〜＋８０Ｖ程度に変化させたときの電子電流の変化の仕方から、電子温度Ｔeを測定することができる。
【０００５】
電子の電荷をｅ、電子密度をＮe、ボルツマン定数をｋ、電子温度をＴe、イオンの質量をＭi、金属棒１７のプラズマ暴露部の表面積をＳとすると、イオン飽和電流密度Ｉiは、Ｉi＝０．６１ｅＮeＳ（ｋＴe／Ｍi）1/2となる。
【０００６】
この関係式を用いることで、プラズマ密度を計算することができる。一般に、プローブは、真空容器１内で基板１５に水平な面内で直線状に動かすことができるように設置され、プラズマ特性を１次元で測定することができるようになっている。
【０００７】
電子温度Ｔeの測定は精度が低いため、プラズマ密度の１次元分布を評価するには測定精度の高いイオン飽和電流密度Ｉiを用いた方が有利である。なぜなら、イオンの組成と電子温度が面内分布をもたないと仮定すると、ＩiはＮeに比例するので、Ｉiの面内分布はＮeの面内分布と等価となるためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示した従来の方式では、プラズマ特性の均一性を２次元で評価することが難しいという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、プラズマの特性を２次元で評価することができるプラズマ特性測定装置と、プラズマ特性測定方法、及びプラズマ処理検査方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のプラズマ特性測定装置は、金属板と、前記金属板に設けられた複数の貫通穴と、前記複数の貫通穴の各々に挿入され、かつ、前記金属板と絶縁された複数の導体棒と、前記複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒に電圧を印加する第１電源と、前記導体棒に生じる電流を測定する電流計と、前記導体棒以外の導体棒に電圧を印加する第２電源とを有するプラズマ特性測定装置において、複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒と第１電源との接続を行うと共に、前記導体棒以外の導体棒と第２電源との接続を行うスイッチング機構とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本願の第１発明のプラズマ特性測定装置において、第１電源の電圧は負の固定電圧であってもよいし、正の固定電圧であってもよい。また、好適には、第１電源の電圧が所定の負電圧から所定の正電圧まで可変であることが望ましい。
【００１２】
また、好適には、第２電源の電圧が負の固定電圧であることが望ましい。
【００１３】
本願の第２発明のプラズマ特性測定装置は、金属板と、前記金属板に設けられた複数の貫通穴と、前記複数の貫通穴の各々に挿入され、かつ、前記金属板と絶縁された複数の導体棒と、前記複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒に電圧を印加する第１電源と、前記１つの導体棒に発生する電流を測定する電流計とを備えたプラズマ特性測定装置であって、前記金属板を中心に対して所定の角度だけ回転させたときの導体棒の位置が、前記金属板を回転させる以前の導体棒の位置に重なり合うように導体棒が配置され、かつ、複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒と第１電源との接続を行うと共に、前記導体棒以外の導体棒と第２電源との接続を行うスイッチング機構とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本願の第２発明のプラズマ特性測定装置において、第１電源の電圧は負の固定電圧であってもよいし、正の固定電圧であってもよい。また、好適には、第１電源の電圧が所定の負電圧から所定の正電圧まで可変であることが望ましい。
【００１５】
また、好適には、第２電源の電圧が負の固定電圧であることが望ましい。
【００１９】
本願の第３発明のプラズマ処理検査方法は、本願の第１または第２発明に係るプラズマ特性測定装置において、真空容器内に所定のプラズマ発生条件でプラズマを発生させ、第１電源により複数の導体棒のうちの任意の１つの導体棒に電圧を印加したときの導体棒に流れ込む電流が、所定の範囲内であるか否かにより、プラズマ特性測定装置の良否を判断することを特徴とする。
【００２０】
本願の第４発明のプラズマ処理装置の検査方法において、第１電源の電圧は負の固定電圧であってもよいし、正の固定電圧であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２２】
図１に、本発明の第１実施形態において用いたプラズマ処理装置の断面図を示す。図１において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、上部電極用高周波電源４により高周波電力を真空容器１内に設けられた上部電極５に供給することにより、真空容器１内にプラズマが発生する。上部電極５は、絶縁リング６により、真空容器１と絶縁されている。
【００２３】
真空容器１の下部にプラズマ特性測定装置が設置されている。プラズマ特性測定装置は、金属板７と、金属板７に設けられた９個の貫通穴の各々に挿入され、かつ、金属板７と絶縁棒８により絶縁された９個の導体棒９と、９個の導体棒９の内の任意の１つの導体棒に電圧を印加するための第１電源１０と、プラズマから９個の導体棒９の内の任意の１つの導体棒に流れ込む電流を測定するための電流計１１と、９個の導体棒９の内の任意の１つ以外の導体棒に電圧を印加するための第２電源１２と、９個の導体棒９の内の任意の１つの導体棒と第１電源１０との接続を行い、かつ、９個の導体棒９の内の任意の１つ以外の導体棒と第２電源１２との接続を行うためのスイッチング機構１３とを備えている。
【００２４】
図２に、プラズマ特性測定装置の平面図を示す。図２に示すように、金属板７を中心に対して９０度だけ回転させたときの導体棒９の位置が、金属板７を回転させる前の導体棒９の位置に重なり合うように、導体棒９が配置されている。
【００２５】
プラズマを発生させ、９個の導体棒９の内の導体棒９ａと第１電源１０とを接続し、第１電源１０の電圧を−５０Ｖに設定し、電流計１１にてプラズマから導体棒９ａに流れ込む電流を測定することができる。測定された電流値を、導体棒ａのプラズマに露出している表面の面積で割ることにより、導体棒ａに流れ込むイオン飽和電流密度を得ることができる。このとき、導体棒９ａ以外の８個の導体棒９ｂ〜９ｉは第２電源１２に接続され、第２電源１２の電圧を−２４Ｖに設定しておく。このように、電流を測定したい導体棒９ａ以外にも負の電圧を印加しておくと、プラズマ中に存在している正イオンが導体棒表面を高いイオンエネルギーでたたくため、導体棒の表面に膜が堆積し測定感度が低下してしまうのを防止することができる。
【００２６】
スイッチング機構１３を用いて、電流を測定したい導体棒を導体棒９ａから９ｂ、９ｃ、・・・９ｉと順に切り換えていくとともに、電流を測定したい導体棒以外の全ての導体棒に第２電源による−２４Ｖを印加していくことで、イオン飽和電流密度の２次元分布を取得することができる。図３に、測定例を示す。また、図４は、図３の結果を濃淡図で表現したものであり、濃い部分ほどイオン飽和電流密度が高いことを示している。
【００２７】
次に、プラズマ特性測定装置の較正方法について説明する。真空容器１とプラズマ特性測定装置の位置関係を図５に示す。この位置関係では、真空容器１内での位置Ａに、導体棒９ａが一致している。この場合の測定例が図３であり、その電流値Ｉ1は１．７９ｍＡ／ｃｍ2である。金属板を９０度だけ回転させたときの、真空容器１とプラズマ特性測定装置の位置関係を図６に示す。この位置関係では、真空容器１内での位置Ａに、導体棒９ｉが一致している。この場合の測定電流Ｉ2は、１．８０ｍＡ／ｃｍ2であった。同様に、金属板をはじめの位置から１８０度（９０度×２）だけ回転させたときの、真空容器１とプラズマ特性測定装置の位置関係を図７に示す。この位置関係では、真空容器１内での位置Ａに、導体棒９ｅが一致している。この場合の測定電流Ｉ3は、１．８３ｍＡ／ｃｍ2であった。同様に、金属板をはじめの位置から２７０度（９０度×３）だけ回転させたときの、真空容器１とプラズマ特性測定装置の位置関係を図８に示す。この位置関係では、真空容器１内での位置Ａに、導体棒９ｆが一致している。この場合の測定電流Ｉ4は、１．７８ｍＡ／ｃｍ2であった。
【００２８】
測定値の精度を悪化させる要因として、導体棒の加工精度、取付精度、配線抵抗、スイッチング機構の接触抵抗等のばらつきが考えられる。加工精度や取付精度は、導体棒のプラズマに露出している表面の面積に影響するが、この面積は測定される電流値と比例関係にある。また、配線抵抗や接触抵抗も、電流値と比例関係にある。したがって、これらの要因による測定値のばらつきは、あるひとつのプラズマ発生条件において評価することができ、他のプラズマ発生条件においてもそのばらつきの度合いは同じであると推測できる。すなわち、プラズマ特性測定装置の較正を、Ｉ1〜Ｉ4を用いて行うことができると考えられる。位置Ａにおける導体棒に流れ込む電流の較正値は、Ｉ1〜Ｉ4の平均値＝１．８０ｍＡ／ｃｍ２とすることが考えられる。このとき、位置Ａと導体棒９ａが一致している場合に測定される電流に対し、９ａに関する補正係数は１．８０／１．７９＝１．００６となる。
【００２９】
真空容器１内の９つの位置について、同様に較正することによって、例えば、位置Ａと導体棒９ａが一致している場合に測定される電流に対し、導体棒９ａ〜９ｉに関する補正係数が求められる。この補正係数は、他のプラズマ発生条件においても用いることができるので、較正は一度だけ行っておけばよい。
【００３０】
このようにして較正されたプラズマ特性測定装置を用いて、所定のプラズマ発生条件でプラズマを発生させ、第１電源により複数の導体棒の内の任意の１つの導体棒に電圧を印加したときの導体棒に流れ込む電流が、所定の範囲内であるか否かにより、プラズマ処理装置の良・不良を判断することができる。すなわち、プラズマ処理装置が所定の能力を満足しているか否かの検査を行うことが可能となる。
【００３１】
以上述べた本発明の実施形態においては、第１電源の電圧が負の固定電圧−５０Ｖである場合について説明したが、負の固定電圧は必ずしも−５０Ｖである必要はなく、−８０〜−３０Ｖ程度であれば、イオン飽和電流を測定することができる。また、第１電源の電圧は、正の固定電圧であってもよく、この場合、電子飽和電流を測定することができる。電極間距離が極端に短い場合などは、負の固定電圧よりも正の固定電圧の方が実際のプラズマ処理の均一性との相関が得やすいことがある。また、第１電源の電圧が所定の負電圧から所定の正電圧まで可変であれば、イオン飽和電流、電子飽和電流のみならず、電子温度、プラズマ電位、浮動電位等の測定も可能となる。
【００３２】
また、以上述べた本発明の実施形態においては、第２電源の電圧が負の固定電圧−２４Ｖである場合について説明したが、負の固定電圧は必ずしも−２４Ｖである必要はない。また、プラズマ電位が十分に高いプラズマを評価する場合には、接地電位であっても導体棒の表面に膜が堆積し測定感度が低下してしまうのを防止することができるので、第２電源が不要であることも考えられる。
【００３３】
また、以上述べた本発明の実施形態においては、金属板を中心に対して９０度だけ回転させたときの導体棒の位置が、金属板を回転させる前の導体棒の位置に重なり合うように、導体棒が配置されている場合について説明したが、他の任意の回転角を選択できることはいうまでもない。例えば、図９に示す本発明の第２実施形態のように、金属板を中心に対して４５度だけ回転させたときの導体棒の位置が、金属板を回転させる前の導体棒の位置に重なり合うように、導体棒が配置されている場合も、本発明の適用範囲である。また、プラズマ特性測定装置の測定精度が十分得られるように配慮しておけば、金属板を中心に対して所定の角度だけ回転させたときの導体棒の位置が、金属板を回転させる前の導体棒の位置に重なり合わないような配置にしても、較正ができないという不利はあるものの、プラズマ特性の２次元分布を評価することができる。
【００３４】
また、以上述べた本発明の実施形態においては、位置Ａにおける導体棒に流れ込む電流の較正値を、Ｉ1〜Ｉ4の平均値とする場合について説明したが、少数の導体棒にのみ大きな誤差が含まれている可能性がある場合には、Ｉ1〜Ｉ4の内、最大値１．８３ｍＡ／ｃｍ2及び最小値１．７８ｍＡ／ｃｍ2を除く平均値＝１．７９５ｍＡ／ｃｍ2とする方が、より正確な較正となると思われる。このように、場合によっては、複数の導体棒の内の任意の１つの導体棒の真空容器内での位置Ａに着目したとき、所定のプラズマ発生条件でプラズマを発生させ、第１電源により位置Ａの導体棒に電圧を印加したときの導体棒に流れ込む電流をＩ1とし、金属板を所定の角度θだけ回転させた後、所定のプラズマ発生条件でプラズマを発生させ、第１電源により位置Ａの導体棒に電圧を印加したときの導体棒に流れ込む電流をＩ2とし、同様に、金属板を所定の角度ｎθだけ回転させた後、所定のプラズマ発生条件でプラズマを発生させ、第１電源により位置Ａの導体棒に電圧を印加したときの導体棒に流れ込む電流をＩn+1とし、位置Ａにおける導体棒に流れ込む電流の較正値を、Ｉ1〜Ｉn+1の内、最大値及び最小値を除く平均値としてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のプラズマ特性測定装置によれば、金属板と、前記金属板に設けられた複数の貫通穴と、前記複数の貫通穴の各々に挿入され、かつ、前記金属板と絶縁された複数の導体棒と、前記複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒に電圧を印加する第１電源と、前記導体棒に生じる電流を測定する電流計と、前記導体棒以外の導体棒に電圧を印加する第２電源とを有するプラズマ特性測定装置において、複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒と第１電源との接続を行うと共に、前記導体棒以外の導体棒と第２電源との接続を行うスイッチング機構とを備えたため、プラズマの特性を２次元で評価することができる。
【００３６】
また、本願の第２発明のプラズマ特性測定装置によれば、金属板と、前記金属板に設けられた複数の貫通穴と、前記複数の貫通穴の各々に挿入され、かつ、前記金属板と絶縁された複数の導体棒と、前記複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒に電圧を印加する第１電源と、前記１つの導体棒に発生する電流を測定する電流計とを備えたプラズマ特性測定装置であって、前記金属板を中心に対して所定の角度だけ回転させたときの導体棒の位置が、前記金属板を回転させる以前の導体棒の位置に重なり合うように導体棒が配置され、かつ、複数の導体棒のうち任意の１つの導体棒と第１電源との接続を行うと共に、前記導体棒以外の導体棒と第２電源との接続を行うスイッチング機構とを備えたことから、プラズマの特性を２次元で評価することができ、かつ、プラズマ特性測定装置の較正を簡便に行うことができる。
【００３８】
更に、本願の第３発明のプラズマ処理検査方法によれば、請求項１または２に記載のプラズマ特性測定装置において、真空容器内に所定のプラズマ発生条件でプラズマを発生させ、第１電源により複数の導体棒のうちの任意の１つの導体棒に電圧を印加したときの導体棒に流れ込む電流が、所定の範囲内であるか否かにより、プラズマ特性測定装置の良否を判断するため、プラズマ処理装置が所定の能力を満足しているか否かの検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態で用いたプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態で用いたプラズマ特性測定装置の平面図
【図３】本発明の第１実施形態におけるイオン飽和電流密度の測定例を示す図
【図４】本発明の第１実施形態におけるイオン飽和電流密度の濃淡図
【図５】本発明の第１実施形態における真空容器とプラズマ特性測定装置の位置関係を示す平面図
【図６】本発明の第１実施形態において、金属板を９０度だけ回転させたときの、真空容器とプラズマ特性測定装置の位置関係を示す平面図
【図７】本発明の第１実施形態において、金属板を１８０度だけ回転させたときの、真空容器とプラズマ特性測定装置の位置関係を示す平面図
【図８】本発明の第１実施形態において、金属板を２７０度だけ回転させたときの、真空容器とプラズマ特性測定装置の位置関係を示す平面図
【図９】本発明の第２実施形態で用いたプラズマ特性測定装置の平面図
【図１０】従来例で用いたプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
１    真空容器
２    ガス供給装置
３    ポンプ
４    上部電極用高周波電源
５    上部電極
６    絶縁リング
７    金属板
８    絶縁棒
９    導体棒
１０  第１電源
１１  電流計
１２  第２電源
１３  スイッチング機構
【図１】
0003846116.tif 000002
【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】
0003846116.tif 000009
【図９】
0003846116.tif 000010
【図１０】
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