JP3157605B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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-
- G—PHYSICS
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/68—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using high frequency electric fields
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマの発光スペク
トル強度に基づいて、プラズマ状態をほぼ一定に維持
し、あるいはプラズマ状態を所望に変更できるプラズマ
処理装置に関する。
トル強度に基づいて、プラズマ状態をほぼ一定に維持
し、あるいはプラズマ状態を所望に変更できるプラズマ
処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例えば
プラズマを用いてエッチング処理を行う装置では、同一
プロセスである限り、プラズマを生成するパラメータ郡
例えばＲＦパワー、処理室内の真空度、処理ガスの流量
比等を一定に設定し、一定の設定条件下にて複数の被処
理体を連続してエッチング処理している。しかし、この
ようにエッチング装置に対してエッチング条件を一定に
設定しても、経時的に実際のエッチング条件は変化して
いる。これは、処理室内に堆積する膜等により処理室内
の状況が経時的に変化するからである。このため、従来
より定期的に処理室のクリーニングが必要であり、より
緻密な処理を行うもの程、クリーニングを頻繁に行わざ
るを得なかった。また、たとえクリーニングを行ったと
しても、クリーニング直後の処理室内の状況と、クリー
ニング直前の処理室内の状況は異なっている。したがっ
て、たとえエッチングの設定条件を一定にしても、処理
室内の状況の経時的変化によりプラズマの状態も処理毎
に異なっており、被処理体間で緻密な処理の均一性を確
保するにも限度があった。
プラズマを用いてエッチング処理を行う装置では、同一
プロセスである限り、プラズマを生成するパラメータ郡
例えばＲＦパワー、処理室内の真空度、処理ガスの流量
比等を一定に設定し、一定の設定条件下にて複数の被処
理体を連続してエッチング処理している。しかし、この
ようにエッチング装置に対してエッチング条件を一定に
設定しても、経時的に実際のエッチング条件は変化して
いる。これは、処理室内に堆積する膜等により処理室内
の状況が経時的に変化するからである。このため、従来
より定期的に処理室のクリーニングが必要であり、より
緻密な処理を行うもの程、クリーニングを頻繁に行わざ
るを得なかった。また、たとえクリーニングを行ったと
しても、クリーニング直後の処理室内の状況と、クリー
ニング直前の処理室内の状況は異なっている。したがっ
て、たとえエッチングの設定条件を一定にしても、処理
室内の状況の経時的変化によりプラズマの状態も処理毎
に異なっており、被処理体間で緻密な処理の均一性を確
保するにも限度があった。
【０００３】さらに、１回のエッチング処理を観察して
も、例えばＲＦ電源の周波数あるいはガスの組成が変動
することで生ずるいわゆるドリフト現象により、プラズ
マ状態が変化することがある。
も、例えばＲＦ電源の周波数あるいはガスの組成が変動
することで生ずるいわゆるドリフト現象により、プラズ
マ状態が変化することがある。
【０００４】このように、プラズマ状態は、１処理中に
おいても、各回の処理毎においても異なっており、微細
な処理が求められる例えば６４Ｍ，２５６Ｍ以上のサイ
ズのメモリーを製造するのに用いるプラズマ処理装置で
はプラズマ状態をより厳密に管理し所望のプラズマ状態
になるように制御することが望まれている。
おいても、各回の処理毎においても異なっており、微細
な処理が求められる例えば６４Ｍ，２５６Ｍ以上のサイ
ズのメモリーを製造するのに用いるプラズマ処理装置で
はプラズマ状態をより厳密に管理し所望のプラズマ状態
になるように制御することが望まれている。
【０００５】ここで、従来よりプラズマ状態をモニタす
ることが行われており、これはエッチング終点の検出の
ためである。エッチング終点の検出を行うために、プラ
ズマ中の特定波長の発光スペクトル強度を検出してい
る。この特定波長とは、エッチングの進行状況に依存す
る波長であり、一般的にはエッチングされる物質及びエ
ッチング反応生成物を構成する原子、分子の両方の発光
波長である。また、プラズマのドリフトに起因した終点
の誤検出を防止するため、複数の特定波長の発光スペク
トル強度を検出することも行われている。これらのこと
は、例えば特公昭57-12529、特開昭56-133466 等に開示
され公知である。
ることが行われており、これはエッチング終点の検出の
ためである。エッチング終点の検出を行うために、プラ
ズマ中の特定波長の発光スペクトル強度を検出してい
る。この特定波長とは、エッチングの進行状況に依存す
る波長であり、一般的にはエッチングされる物質及びエ
ッチング反応生成物を構成する原子、分子の両方の発光
波長である。また、プラズマのドリフトに起因した終点
の誤検出を防止するため、複数の特定波長の発光スペク
トル強度を検出することも行われている。これらのこと
は、例えば特公昭57-12529、特開昭56-133466 等に開示
され公知である。
【０００６】しかしながら、従来プラズマ状態をモニタ
し、それに基づいてプラズマ状態を制御することは行わ
れてなく、逆にプラズマ状態を決めるパラメータ群を常
に固定した値に保つことによりプラズマ状態を安定させ
る試みが行われてきた。
し、それに基づいてプラズマ状態を制御することは行わ
れてなく、逆にプラズマ状態を決めるパラメータ群を常
に固定した値に保つことによりプラズマ状態を安定させ
る試みが行われてきた。
【０００７】そこで、本発明の目的とするところは、プ
ラズマ状態をモニタし、それをプラズマ制御にフィード
バックすることで、プラズマ状態をほぼ一定に保つよう
に制御し、あるいはプラズマ状態を所望に設定すること
ができるプラズマ処理装置を提供することにある。
ラズマ状態をモニタし、それをプラズマ制御にフィード
バックすることで、プラズマ状態をほぼ一定に保つよう
に制御し、あるいはプラズマ状態を所望に設定すること
ができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るプラズマ処理装置は、処理ガスを導入し、プラズマ
を生成して被処理体を処理するプラズマ処理装置におい
て、 プラズマ処理雰囲気に磁場を形成する磁場形成手
段と、前記プラズマ中の複数の異なる波長の発光スペク
トル強度をそれぞれ検出する検出手段と、この複数の発
光スペクトル強度に基づいて、前記プラズマを生成する
パラメータ群の少なくとも一つを可変制御してプラズマ
状態を制御する制御手段と、を有し、前記複数の異なる
波長の発光スペクトル強度は、少なくとも、前記プラズ
マ中の電子温度が上昇すると発光強度が強くなる第１の
発光スペクトル強度と、前記電子温度が上昇すると発光
強度が小さくなると共に前記第１の発光スペクトル強度
よりも長波長の第２の発光スペクトル強度と、を含み、
前記第２の発光スペクトル強度に対する前記第１の発光
スペクトル強度の基準比率を予め記憶しておく記憶手段
をさらに有し、前記制御手段は、前記検出手段の出力に
基づいて前記第１、第２の発光スペクトル強度の現在の
比率を算出し、前記比率と前記記憶手段に記憶された基
準比率とを比較し、前記比率が前記基準比率より大きい
場合は、前記磁場形成手段のコイルに流れる電流を小さ
くして前記電子温度を下げ、前記比率が前記基準比率よ
りも小さい場合は、前記電流を大きくして前記電子温度
を上げるように制御されることを特徴とする。
係るプラズマ処理装置は、処理ガスを導入し、プラズマ
を生成して被処理体を処理するプラズマ処理装置におい
て、 プラズマ処理雰囲気に磁場を形成する磁場形成手
段と、前記プラズマ中の複数の異なる波長の発光スペク
トル強度をそれぞれ検出する検出手段と、この複数の発
光スペクトル強度に基づいて、前記プラズマを生成する
パラメータ群の少なくとも一つを可変制御してプラズマ
状態を制御する制御手段と、を有し、前記複数の異なる
波長の発光スペクトル強度は、少なくとも、前記プラズ
マ中の電子温度が上昇すると発光強度が強くなる第１の
発光スペクトル強度と、前記電子温度が上昇すると発光
強度が小さくなると共に前記第１の発光スペクトル強度
よりも長波長の第２の発光スペクトル強度と、を含み、
前記第２の発光スペクトル強度に対する前記第１の発光
スペクトル強度の基準比率を予め記憶しておく記憶手段
をさらに有し、前記制御手段は、前記検出手段の出力に
基づいて前記第１、第２の発光スペクトル強度の現在の
比率を算出し、前記比率と前記記憶手段に記憶された基
準比率とを比較し、前記比率が前記基準比率より大きい
場合は、前記磁場形成手段のコイルに流れる電流を小さ
くして前記電子温度を下げ、前記比率が前記基準比率よ
りも小さい場合は、前記電流を大きくして前記電子温度
を上げるように制御されることを特徴とする。
【０００９】請求項２に記載の発明に係るプラズマ処理
装置は、処理ガスを導入し、プラズマを生成して被処理
体を処理するプラズマ処理装置において、前記プラズマ
処理に関与しないガスを導入する手段と、前記プラズマ
処理に関与しないガスの複数の異なる波長の発光スペク
トル強度をそれぞれ検出する検出手段と、この複数の発
光スペクトル強度比に基づいて、前記プラズマを生成す
るパラメータ群の少なくとも一つを可変制御してプラズ
マ状態を制御する制御手段と、を有し、前記複数の異な
る波長の発光スペクトル強度は、少なくとも、前記プラ
ズマ中の電子温度が上昇すると発光強度が強くなる第１
の発光スペクトル強度と、前記電子温度が上昇すると発
光強度が小さくなると共に前記第１の発光スペクトル強
度よりも長波長の第２の発光スペクトル強度と、を含
み、前記第２の発光スペクトル強度に対する前記第１の
発光スペクトル強度の基準比率を予め記憶しておく記憶
手段をさらに有し、前記制御手段は、前記検出手段の出
力に基づいて前記第１、第２の発光スペクトル強度の現
在の比率を算出し、前記比率と前記記憶手段に記憶され
た基準比率とを比較し、前記比率が前記基準比率より大
きい場合は、前記磁場形成手段のコイルに流れる電流を
小さくして前記電子温度を下げ、前記比率が前記基準比
率よりも小さい場合は、前記電流を大きくして前記電子
温度を上げるように制御されることを特徴とする。
装置は、処理ガスを導入し、プラズマを生成して被処理
体を処理するプラズマ処理装置において、前記プラズマ
処理に関与しないガスを導入する手段と、前記プラズマ
処理に関与しないガスの複数の異なる波長の発光スペク
トル強度をそれぞれ検出する検出手段と、この複数の発
光スペクトル強度比に基づいて、前記プラズマを生成す
るパラメータ群の少なくとも一つを可変制御してプラズ
マ状態を制御する制御手段と、を有し、前記複数の異な
る波長の発光スペクトル強度は、少なくとも、前記プラ
ズマ中の電子温度が上昇すると発光強度が強くなる第１
の発光スペクトル強度と、前記電子温度が上昇すると発
光強度が小さくなると共に前記第１の発光スペクトル強
度よりも長波長の第２の発光スペクトル強度と、を含
み、前記第２の発光スペクトル強度に対する前記第１の
発光スペクトル強度の基準比率を予め記憶しておく記憶
手段をさらに有し、前記制御手段は、前記検出手段の出
力に基づいて前記第１、第２の発光スペクトル強度の現
在の比率を算出し、前記比率と前記記憶手段に記憶され
た基準比率とを比較し、前記比率が前記基準比率より大
きい場合は、前記磁場形成手段のコイルに流れる電流を
小さくして前記電子温度を下げ、前記比率が前記基準比
率よりも小さい場合は、前記電流を大きくして前記電子
温度を上げるように制御されることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】請求項３に記載の発明に係るプラズマ処理
装置は、請求項１または２において、前記制御手段は、
プラズマ処理途中にてプラズマ中のイオン，ラジカルの
生成比率を変化せさることを特徴とする。
装置は、請求項１または２において、前記制御手段は、
プラズマ処理途中にてプラズマ中のイオン，ラジカルの
生成比率を変化せさることを特徴とする。
【００１２】
【作用】請求項１，２に記載の各発明によれば、プラズ
マ中の複数の異なる波長の発光スペクトル強度を検出し
ているが、各スペクトル強度はプラズマの状態により変
化するものであり、プラズマ状態の指標の一つとして例
えばプラズマ温度を挙げることができる。プラズマ温度
は、電子温度、イオン温度、ラジカル温度の総和である
が、特にプラズマ中の電子の平均温度と前記プラズマよ
り得られる発光スペクトル強度は密接な関係にある。一
例として、比較的短波長の発光スペクトル強度は、電子
の平均温度が高いと大きくなり、逆に電子の平均温度が
低いと小さくなる。一方、比較的長波長の発光スペクト
ル強度は、電子の平均温度が高いと小さくなり、逆に電
子の平均温度が低いと大きくなる。一つの特定波長の発
光スペクトル強度のみをモニタした場合には、その特定
波長の発光スペクトル強度の一時的な変動により、プラ
ズマ温度が変化したものと誤検出してしまうが、異なる
複数波長の発光スペクトル強度をモニタし、その相互関
係例えば比率の変化に着目すれば、その比率が変化した
場合には必ずプラズマ温度も変化しており、結局プラズ
マ状態を正しくモニタできる。そして、その複数波長の
発光スペクトルの相互関係に基づき、例えばそれを一定
にするように、プラズマ生成のパラメータ郡の内の少な
くとも一つを可変制御して、プラズマ状態をほぼ一定に
制御でき、あるいはプラズマ状態を所望の状態に設定で
きる。
マ中の複数の異なる波長の発光スペクトル強度を検出し
ているが、各スペクトル強度はプラズマの状態により変
化するものであり、プラズマ状態の指標の一つとして例
えばプラズマ温度を挙げることができる。プラズマ温度
は、電子温度、イオン温度、ラジカル温度の総和である
が、特にプラズマ中の電子の平均温度と前記プラズマよ
り得られる発光スペクトル強度は密接な関係にある。一
例として、比較的短波長の発光スペクトル強度は、電子
の平均温度が高いと大きくなり、逆に電子の平均温度が
低いと小さくなる。一方、比較的長波長の発光スペクト
ル強度は、電子の平均温度が高いと小さくなり、逆に電
子の平均温度が低いと大きくなる。一つの特定波長の発
光スペクトル強度のみをモニタした場合には、その特定
波長の発光スペクトル強度の一時的な変動により、プラ
ズマ温度が変化したものと誤検出してしまうが、異なる
複数波長の発光スペクトル強度をモニタし、その相互関
係例えば比率の変化に着目すれば、その比率が変化した
場合には必ずプラズマ温度も変化しており、結局プラズ
マ状態を正しくモニタできる。そして、その複数波長の
発光スペクトルの相互関係に基づき、例えばそれを一定
にするように、プラズマ生成のパラメータ郡の内の少な
くとも一つを可変制御して、プラズマ状態をほぼ一定に
制御でき、あるいはプラズマ状態を所望の状態に設定で
きる。
【００１３】ここで請求項２に示すように、異なる波長
の発光スペクトルが、プラズマ処理の進行状況に依存し
ないものであれば、プラズマ処理中の発光スペクトル強
度の変化が少ないため、より安定したプラズマ制御が可
能となる。
の発光スペクトルが、プラズマ処理の進行状況に依存し
ないものであれば、プラズマ処理中の発光スペクトル強
度の変化が少ないため、より安定したプラズマ制御が可
能となる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】また、プラズマ温度特に電子の平均温度と
イオン生成量，ラジカル生成量とは密接に関係してい
る。
イオン生成量，ラジカル生成量とは密接に関係してい
る。
【００１７】即ち、例えば、電子の平均温度が比較的高
い場合は、ラジカルに比べてイオンの生成が増大し、電
子の平均温度が低くなるとその逆の傾向となる。従っ
て、複数の異なる波長の発光スペクトル強度の相互の関
係に基づき、プラズマ温度を変更するようにプラズマ生
成のパラメータ群の少なくとも一つを制御することで、
イオン，ラジカルの生成比率を変化させることができ
る。一般に、電子の平均温度が高いほどイオンが励起さ
れやすく、イオン量が増大する。逆に、電子の平均温度
を低くすれば、イオン生成量に比べてラジカルの生成量
が増大する。このようなイオン生成量／ラジカル生成量
を変化させて最適エッチングをする一例としてエッチン
グ終点に近づいた際に被処理体ダメージを低減させるた
め、イオン生成量を少なくしてエッチングすることが挙
げられる。例えば、エッチング開始時からエッチング終
点に至る間は、図３（Ｂ）に示す電子温度Ｔ２が得られ
るようにコイル電流の値を制御し、エッチング終点が検
出された後は、図３（Ｃ）に示す電子温度Ｔ３になるよ
うにコイル電流を調整し、被処理体ダメージを防止する
ことができる。この他、エッチングガス、エッチング材
料、或いは求められる等方性、異方性などの特性に応じ
て、イオン生成量／ラジカル生成量をコイル電流に基づ
き調整し、最適なエッチングを条件を設定することが可
能である。このように、イオン、ラジカル量を制御する
ことで、最適なプラズマ状態を設定するフィードバック
制御が可能となる。請求項１または２に記載の発明によ
れば、以下の作用効果を有する。本発明者等は、プラズ
マ状態をほぼ一定に保つために、電子の平均温度をほぼ
一定に保つことに着目した。ここで、プラズマの発光ス
ペクトルの強度は、電子の平均温度と相関があり、電子
の平均温度と磁場形成手段に通電すべき電流との関係
は、横軸に電流、縦軸に電子の平均温度をとった場合、
マイクロ波と電子とのカップリング時をピークとするガ
ウス分布のカーブを描く特性を示す。従って、電流の値
を変化させることで電子温度を制御し、プラズマの状態
を一定に保つことが可能である。ここで、各波長におけ
る発光スペクトル強度は電子温度によって異なってお
り、しかも、比較的短波長の発光スペクトル強度は電子
温度が高いほど大きく、逆に、比較的長波長の発光スペ
クトル強度は電子温度が高いほど小さくなっている。制
御手段は、各検出手段から出力される各波長の第１、第
２の発光スペクトル強度を入力する。ここで、電子温度
をＴ2 に一定に保つ場合には、このときの各短波長，長
波長の第１、第２の発光スペクトル強度の関係例えばそ
の比率＝（第１の発光スペクトル強度） ／（第２の発
光スペクトル強度）を基準比率の値として、記憶手段に
記憶している。ここで、図３（Ａ）に示すように、第
１、第２の発光スペクトル強度は、この時、現在の比率
（第１発光スペクトル強度）／（第２の発光スペクトル
強度） ＞基準比率（第１の発光スペクトル強度） ／
（第２の発光スペクトル強度）となる。このことが、電
子の平均温度が検出時よりも高いことを示している。そ
こで、電子温度の制御を行う場合には、電流の値を現在
よりも小さくすることで、電子温度を下げる。逆に、第
１、第２の発光スペクトル強度が、現在の比率（第１発
光スペクトル強度）／（第２の発光スペクトル強度）
＜基準比率（第１の発光スペクトル強度） ／（第２の
発光スペクトル強度）となる値にて検出された場合に
は、その時の電子温度Ｔ3 がＴ2 より低い場合であり、
通電すべき電流の値を大きくするように制御する。この
ようにして、発光に基づき、少なくとも異なる２つの波
長の第１、第２の発光スペクトル強度の比を一定にする
ように、磁界生成手段に通電すべき電流の値を制御する
ことで、電子の平均温度をほぼ一定に保つことができ、
この結果プラズマ状態をほぼ一定に維持できる。特に、
発光スペクトルはエッチング開始時からエッチング終点
に至る間にわたって、エッチングの進行状況に依存しな
いものであるから、エッチングガスの発光スペクトル強
度を測定する場合と比べて、誤検出が少なく安定して信
頼性の高いプラズマ制御が可能となる。
い場合は、ラジカルに比べてイオンの生成が増大し、電
子の平均温度が低くなるとその逆の傾向となる。従っ
て、複数の異なる波長の発光スペクトル強度の相互の関
係に基づき、プラズマ温度を変更するようにプラズマ生
成のパラメータ群の少なくとも一つを制御することで、
イオン，ラジカルの生成比率を変化させることができ
る。一般に、電子の平均温度が高いほどイオンが励起さ
れやすく、イオン量が増大する。逆に、電子の平均温度
を低くすれば、イオン生成量に比べてラジカルの生成量
が増大する。このようなイオン生成量／ラジカル生成量
を変化させて最適エッチングをする一例としてエッチン
グ終点に近づいた際に被処理体ダメージを低減させるた
め、イオン生成量を少なくしてエッチングすることが挙
げられる。例えば、エッチング開始時からエッチング終
点に至る間は、図３（Ｂ）に示す電子温度Ｔ２が得られ
るようにコイル電流の値を制御し、エッチング終点が検
出された後は、図３（Ｃ）に示す電子温度Ｔ３になるよ
うにコイル電流を調整し、被処理体ダメージを防止する
ことができる。この他、エッチングガス、エッチング材
料、或いは求められる等方性、異方性などの特性に応じ
て、イオン生成量／ラジカル生成量をコイル電流に基づ
き調整し、最適なエッチングを条件を設定することが可
能である。このように、イオン、ラジカル量を制御する
ことで、最適なプラズマ状態を設定するフィードバック
制御が可能となる。請求項１または２に記載の発明によ
れば、以下の作用効果を有する。本発明者等は、プラズ
マ状態をほぼ一定に保つために、電子の平均温度をほぼ
一定に保つことに着目した。ここで、プラズマの発光ス
ペクトルの強度は、電子の平均温度と相関があり、電子
の平均温度と磁場形成手段に通電すべき電流との関係
は、横軸に電流、縦軸に電子の平均温度をとった場合、
マイクロ波と電子とのカップリング時をピークとするガ
ウス分布のカーブを描く特性を示す。従って、電流の値
を変化させることで電子温度を制御し、プラズマの状態
を一定に保つことが可能である。ここで、各波長におけ
る発光スペクトル強度は電子温度によって異なってお
り、しかも、比較的短波長の発光スペクトル強度は電子
温度が高いほど大きく、逆に、比較的長波長の発光スペ
クトル強度は電子温度が高いほど小さくなっている。制
御手段は、各検出手段から出力される各波長の第１、第
２の発光スペクトル強度を入力する。ここで、電子温度
をＴ2 に一定に保つ場合には、このときの各短波長，長
波長の第１、第２の発光スペクトル強度の関係例えばそ
の比率＝（第１の発光スペクトル強度） ／（第２の発
光スペクトル強度）を基準比率の値として、記憶手段に
記憶している。ここで、図３（Ａ）に示すように、第
１、第２の発光スペクトル強度は、この時、現在の比率
（第１発光スペクトル強度）／（第２の発光スペクトル
強度） ＞基準比率（第１の発光スペクトル強度） ／
（第２の発光スペクトル強度）となる。このことが、電
子の平均温度が検出時よりも高いことを示している。そ
こで、電子温度の制御を行う場合には、電流の値を現在
よりも小さくすることで、電子温度を下げる。逆に、第
１、第２の発光スペクトル強度が、現在の比率（第１発
光スペクトル強度）／（第２の発光スペクトル強度）
＜基準比率（第１の発光スペクトル強度） ／（第２の
発光スペクトル強度）となる値にて検出された場合に
は、その時の電子温度Ｔ3 がＴ2 より低い場合であり、
通電すべき電流の値を大きくするように制御する。この
ようにして、発光に基づき、少なくとも異なる２つの波
長の第１、第２の発光スペクトル強度の比を一定にする
ように、磁界生成手段に通電すべき電流の値を制御する
ことで、電子の平均温度をほぼ一定に保つことができ、
この結果プラズマ状態をほぼ一定に維持できる。特に、
発光スペクトルはエッチング開始時からエッチング終点
に至る間にわたって、エッチングの進行状況に依存しな
いものであるから、エッチングガスの発光スペクトル強
度を測定する場合と比べて、誤検出が少なく安定して信
頼性の高いプラズマ制御が可能となる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）を用いたプラズマエッチング装置に適用した一実
施例について図面を参照して具体的に説明する。
ＣＲ）を用いたプラズマエッチング装置に適用した一実
施例について図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】図１において、プラズマ発生室１０は電子
サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させるための
放電空間を形成する。このプラズマ発生室１０は、例え
ば直径６００ｍｍの円筒状に形成されており、その壁部
は例えばアルミニウム合金あるいはステンレスなどで構
成される。このプラズマ発生室１０内には、被処理体で
あるウエハＷを支持するための導電性のウエハ支持台１
２が配設される。このウエハ支持台１２にはＲＦ電源３
２が接続されている。
サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させるための
放電空間を形成する。このプラズマ発生室１０は、例え
ば直径６００ｍｍの円筒状に形成されており、その壁部
は例えばアルミニウム合金あるいはステンレスなどで構
成される。このプラズマ発生室１０内には、被処理体で
あるウエハＷを支持するための導電性のウエハ支持台１
２が配設される。このウエハ支持台１２にはＲＦ電源３
２が接続されている。
【００２０】プラズマ発生室１０には、処理ガスを導入
するためのガス導入管１４が接続されている。本実施例
では、エッチングガスとして例えばＨＢｒ，Ｃｌ2 と、
キャリヤガスとしてＡｒの計３種類のガスが導入可能で
あり、それぞれの流量を調整するためのマスフローコン
トローラ１６ａ〜１６ｃが設けられている。プラズマ発
生室１０は所定の真空雰囲気例えば５×１０-4Ｔｏｒｒ
に維持されるようになっており、ガス排気管１８が接続
されている。このガス排気管１８途中には、排気圧力を
調整する圧力コントローラ２０が接続されている。ま
た、プラズマ発生室１０の上面は、例えば石英ガラスか
らなるマイクロ波透過窓２２で構成され、このマイクロ
波透過窓２２はプラズマ発生室１０の壁部の上端にＯリ
ング２４を介して装着される。
するためのガス導入管１４が接続されている。本実施例
では、エッチングガスとして例えばＨＢｒ，Ｃｌ2 と、
キャリヤガスとしてＡｒの計３種類のガスが導入可能で
あり、それぞれの流量を調整するためのマスフローコン
トローラ１６ａ〜１６ｃが設けられている。プラズマ発
生室１０は所定の真空雰囲気例えば５×１０-4Ｔｏｒｒ
に維持されるようになっており、ガス排気管１８が接続
されている。このガス排気管１８途中には、排気圧力を
調整する圧力コントローラ２０が接続されている。ま
た、プラズマ発生室１０の上面は、例えば石英ガラスか
らなるマイクロ波透過窓２２で構成され、このマイクロ
波透過窓２２はプラズマ発生室１０の壁部の上端にＯリ
ング２４を介して装着される。
【００２１】プラズマ発生室１０の上方には、中空形状
の矩形導波管２６が配設されている。この矩形導波管２
６は、図示しないマイクロ波供給源に接続され、プラズ
マ発生室１０の上方に例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を導くようになっている。この矩形導波管２６の先端
部下面には複数のスリット状のマイクロ波導入口３０が
設けられ、このマイクロ波導入口３０はマイクロ波透過
窓２２の上面に位置している。マイクロ波導入口３０の
スリット幅は、λｔ／２（λｔは矩形導波管２６内のマ
イクロ波の波長）cmの大きさとされる。なお、矩形導波
管２６の先端部には、管内で発生した反射波を吸収する
ためのマイクロ波吸収体２８が設けられ、反射波がマイ
クロ波供給源に戻るのを防止し、かつ、吸収体２８を冷
却することで矩形導波管２６の加熱を抑制している。
の矩形導波管２６が配設されている。この矩形導波管２
６は、図示しないマイクロ波供給源に接続され、プラズ
マ発生室１０の上方に例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を導くようになっている。この矩形導波管２６の先端
部下面には複数のスリット状のマイクロ波導入口３０が
設けられ、このマイクロ波導入口３０はマイクロ波透過
窓２２の上面に位置している。マイクロ波導入口３０の
スリット幅は、λｔ／２（λｔは矩形導波管２６内のマ
イクロ波の波長）cmの大きさとされる。なお、矩形導波
管２６の先端部には、管内で発生した反射波を吸収する
ためのマイクロ波吸収体２８が設けられ、反射波がマイ
クロ波供給源に戻るのを防止し、かつ、吸収体２８を冷
却することで矩形導波管２６の加熱を抑制している。
【００２２】マイクロ波導入口３０からウエハ支持台１
２の支持面までの領域は、マイクロ波空胴共振器構造と
なっている。これらの間の距離は、マイクロ波導入口３
０からプラズマ発生室２０側に導入されたマイクロ波の
波長をλｇとすると（λｇ／２）×ｎ（ｎは整数）、例
えば（λｇ／２）×２の大きさに設定される。プラズマ
発生室１０の上方には、矩形導波管２６の外側に上部磁
極４０が設けられている。また、プラズマ発生室１０の
下方には下部磁極５０が設けられている。これら上部，
下部磁極４０，５０は、それぞれ永久磁石４２，５２を
介して例えば軟鉄からなるヨーク４６により磁気結合さ
れている。さらに、磁極４０，５０の周囲にはそれぞれ
磁場発生用コイル４４，５４が巻回されている。本実施
例では、磁極４０，５０，永久磁石４２，５２，コイル
４４，５４及びヨーク４６で磁場形成手段を構成してい
る。この磁場形成手段は、プラズマ発生室１０内に磁束
密度の大きさが一様であり、磁力線ＡがウエハＷに対し
て垂直な状態で上から下に向かう磁場を形成する。
２の支持面までの領域は、マイクロ波空胴共振器構造と
なっている。これらの間の距離は、マイクロ波導入口３
０からプラズマ発生室２０側に導入されたマイクロ波の
波長をλｇとすると（λｇ／２）×ｎ（ｎは整数）、例
えば（λｇ／２）×２の大きさに設定される。プラズマ
発生室１０の上方には、矩形導波管２６の外側に上部磁
極４０が設けられている。また、プラズマ発生室１０の
下方には下部磁極５０が設けられている。これら上部，
下部磁極４０，５０は、それぞれ永久磁石４２，５２を
介して例えば軟鉄からなるヨーク４６により磁気結合さ
れている。さらに、磁極４０，５０の周囲にはそれぞれ
磁場発生用コイル４４，５４が巻回されている。本実施
例では、磁極４０，５０，永久磁石４２，５２，コイル
４４，５４及びヨーク４６で磁場形成手段を構成してい
る。この磁場形成手段は、プラズマ発生室１０内に磁束
密度の大きさが一様であり、磁力線ＡがウエハＷに対し
て垂直な状態で上から下に向かう磁場を形成する。
【００２３】上記の実施例装置では、マイクロ波供給源
から例えば電力８００Ｗ、周波数２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波を矩形導波管２６内に伝搬させ、マイクロ波導入
口３０からマイクロ透過窓２２を介して、例えばＴＥモ
ードでプラズマ発生室１０内に導入する。さらに、永久
磁石４２，５２及びコイル４４，５４の励磁により、例
えば磁束密度が８７５ガウス、磁力線Ａの方向が下向き
でかつ支持台１２上のウエハＷに対して垂直である磁場
をプラズマ発生室１０内に形成する。さらに、ガス導入
管１４から、ＨＢｒ，Ｃｌ2 及びＡｒを所定の流量比で
導入し、ガス排気管１８より排気することでプラズマ発
生室１０内を例えば５×１０-4Ｔｏｒｒ程度の圧力に維
持し、ウエハＷのエッチングを実施する。
から例えば電力８００Ｗ、周波数２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波を矩形導波管２６内に伝搬させ、マイクロ波導入
口３０からマイクロ透過窓２２を介して、例えばＴＥモ
ードでプラズマ発生室１０内に導入する。さらに、永久
磁石４２，５２及びコイル４４，５４の励磁により、例
えば磁束密度が８７５ガウス、磁力線Ａの方向が下向き
でかつ支持台１２上のウエハＷに対して垂直である磁場
をプラズマ発生室１０内に形成する。さらに、ガス導入
管１４から、ＨＢｒ，Ｃｌ2 及びＡｒを所定の流量比で
導入し、ガス排気管１８より排気することでプラズマ発
生室１０内を例えば５×１０-4Ｔｏｒｒ程度の圧力に維
持し、ウエハＷのエッチングを実施する。
【００２４】本実施例では、プラズマ発生室１０内にて
発生するプラズマの状態をモニタしている。このため
に、プラズマ発生室１０の側壁に例えば石英ガラスなど
から検出窓６０が設けられている。この検出窓６０から
外部に取り出されたプラズマの発光は、レンズ６２を介
して集光され、第１，第２の分光器６４，６６にそれぞ
れ入射される。第１，第２の分光器６４，６６は、エッ
チングの進行状況に依存しない発光スペクトル、例えば
Ａｒの異なる２つの発光波長の発光スペクトル強度を測
定する。これら第１，第２の分光器６４，６６の出力を
入力するＣＰＵ７０は、第１，第２の分光器６４，６６
の出力の相関関係から、プラズマ発生室１０内のプラズ
マの状態を制御するものである。
発生するプラズマの状態をモニタしている。このため
に、プラズマ発生室１０の側壁に例えば石英ガラスなど
から検出窓６０が設けられている。この検出窓６０から
外部に取り出されたプラズマの発光は、レンズ６２を介
して集光され、第１，第２の分光器６４，６６にそれぞ
れ入射される。第１，第２の分光器６４，６６は、エッ
チングの進行状況に依存しない発光スペクトル、例えば
Ａｒの異なる２つの発光波長の発光スペクトル強度を測
定する。これら第１，第２の分光器６４，６６の出力を
入力するＣＰＵ７０は、第１，第２の分光器６４，６６
の出力の相関関係から、プラズマ発生室１０内のプラズ
マの状態を制御するものである。
【００２５】プラズマ発生室１０内のプラズマの生成を
制御するパラメータとしては各種あり、例えば導入され
るガスの流量比、プラズマ発生室１０内の真空度、供給
されるＲＦパワー及び磁場強度などである。本実施例で
は、ＣＰＵ７０はそれらの各種パラメータを制御できる
ように、マスフロコントローラ１６ａ〜１６ｃ，圧力コ
ントローラ２０，ＲＦ電源３２及びコイル４４，５４に
接続されている。
制御するパラメータとしては各種あり、例えば導入され
るガスの流量比、プラズマ発生室１０内の真空度、供給
されるＲＦパワー及び磁場強度などである。本実施例で
は、ＣＰＵ７０はそれらの各種パラメータを制御できる
ように、マスフロコントローラ１６ａ〜１６ｃ，圧力コ
ントローラ２０，ＲＦ電源３２及びコイル４４，５４に
接続されている。
【００２６】以下の説明では、磁場強度以外のパラメー
タは一定とし、ＣＰＵ７０は第１，第２の分光器６４，
６６の出力に基づき、コイル４４，５４に通電するコイ
ル電流を可変するようにしている。
タは一定とし、ＣＰＵ７０は第１，第２の分光器６４，
６６の出力に基づき、コイル４４，５４に通電するコイ
ル電流を可変するようにしている。
【００２７】本発明者等は、プラズマ状態をほぼ一定に
保つために、，電子の平均温度をほぼ一定に保つことに
着目した。ここで、電子温度ｔを横軸により、電子の存
在密度ρを縦軸にとり、電子温度ｔに対する電子密度の
分布を図７に示す。同図の通り、この分布はボルツマン
分布を示す。同図の実線の分布に比べて温度の低い分布
状態が鎖線に示される。実線又は鎖線内を積分した値が
電子の総温度となるが、プラズマの発光スペクトルの強
度は、電子の平均温度と相関がある。電子の平均温度と
コイル４４，５４に通電すべきコイル電流との関係は図
２に示す特性図の通りである。すなわち、横軸にコイル
電流、縦軸に電子の平均温度をとった場合、マイクロ波
と電子とのカップリング時をピークとするガウス分布の
カーブを描く特性を示す。従って、コイル電流の値を変
化させることで電子温度を制御し、プラズマの状態を一
定に保つことが可能である。
保つために、，電子の平均温度をほぼ一定に保つことに
着目した。ここで、電子温度ｔを横軸により、電子の存
在密度ρを縦軸にとり、電子温度ｔに対する電子密度の
分布を図７に示す。同図の通り、この分布はボルツマン
分布を示す。同図の実線の分布に比べて温度の低い分布
状態が鎖線に示される。実線又は鎖線内を積分した値が
電子の総温度となるが、プラズマの発光スペクトルの強
度は、電子の平均温度と相関がある。電子の平均温度と
コイル４４，５４に通電すべきコイル電流との関係は図
２に示す特性図の通りである。すなわち、横軸にコイル
電流、縦軸に電子の平均温度をとった場合、マイクロ波
と電子とのカップリング時をピークとするガウス分布の
カーブを描く特性を示す。従って、コイル電流の値を変
化させることで電子温度を制御し、プラズマの状態を一
定に保つことが可能である。
【００２８】図３（Ａ）〜（Ｃ）は、アルゴンの２つの
異なる波長における発光スペクトル強度を、異なる電子
温度の条件下で測定した特性を示している。各図の比較
から明らかなように、各波長における発光スペクトル強
度は電子温度によって異なっており、しかも、比較的短
波長ａの発光スペクトル強度は電子温度が高いほど大き
く、逆に、比較的長波長ｂの発光スペクトル強度は電子
温度が高いほど小さくなっている。
異なる波長における発光スペクトル強度を、異なる電子
温度の条件下で測定した特性を示している。各図の比較
から明らかなように、各波長における発光スペクトル強
度は電子温度によって異なっており、しかも、比較的短
波長ａの発光スペクトル強度は電子温度が高いほど大き
く、逆に、比較的長波長ｂの発光スペクトル強度は電子
温度が高いほど小さくなっている。
【００２９】ＣＰＵ７０は、第１，第２の分光器６４，
６６から出力される各波長ａ，ｂの発光スペクトル強度
を入力する。ここで、図３（Ｂ）のときの電子温度＝Ｔ
2 に一定に保つ場合には、このときの各波長ａ，ｂの発
光スペクトル強度Ａ2,Ｂ2 のの関係例えばその比率＝Ａ
2 ／Ｂ2 を基準値として、例えば図示しないメモリに記
憶している。ここで、図３（Ａ）に示すように、各波長
ａ，ｂの発光スペクトル強度がＡ1 ，Ｂ1 であった場合
には、このときの比率はＡ1/Ｂ1 ＞Ａ2 ／Ｂ2となる。
このことが、プラズマ発生室１０内の電子の平均温度Ｔ
1 が図３（Ｂ）における検出時よりも高いことを示して
いる。そこで、例えば図２に示す特性の左側の曲線を用
いて電子温度の制御を行っている場合には、コイル電流
の値を現在よりも小さくすることで、プラズマ発生室１
０の内の電子温度を下げることが可能である。逆に、図
３（Ｃ）に示す各発光スペクトル強度Ａ3 ，Ｂ3 が検出
された場合には、そのときのプラズマ発生室１０内の電
子温度Ｔ3 がＴ2 より低い場合であり、コイル４４，５
４に通電すべきコイル電流の値を大きくするように制御
することになる。
６６から出力される各波長ａ，ｂの発光スペクトル強度
を入力する。ここで、図３（Ｂ）のときの電子温度＝Ｔ
2 に一定に保つ場合には、このときの各波長ａ，ｂの発
光スペクトル強度Ａ2,Ｂ2 のの関係例えばその比率＝Ａ
2 ／Ｂ2 を基準値として、例えば図示しないメモリに記
憶している。ここで、図３（Ａ）に示すように、各波長
ａ，ｂの発光スペクトル強度がＡ1 ，Ｂ1 であった場合
には、このときの比率はＡ1/Ｂ1 ＞Ａ2 ／Ｂ2となる。
このことが、プラズマ発生室１０内の電子の平均温度Ｔ
1 が図３（Ｂ）における検出時よりも高いことを示して
いる。そこで、例えば図２に示す特性の左側の曲線を用
いて電子温度の制御を行っている場合には、コイル電流
の値を現在よりも小さくすることで、プラズマ発生室１
０の内の電子温度を下げることが可能である。逆に、図
３（Ｃ）に示す各発光スペクトル強度Ａ3 ，Ｂ3 が検出
された場合には、そのときのプラズマ発生室１０内の電
子温度Ｔ3 がＴ2 より低い場合であり、コイル４４，５
４に通電すべきコイル電流の値を大きくするように制御
することになる。
【００３０】このように本実施例によれば、プラズマ発
生室１０からの発光に基づき、アルゴン異なる２つの波
長の発光スペクトル強度の比を一定にするように、コイ
ル４４，４６に通電すべきコイル電流の値を制御するこ
とで、プラズマ発生室１０内の電子の平均温度をほぼ一
定に保つことができ、この結果プラズマ状態をほぼ一定
に維持することが可能となる。特に、Ａｒの発光スペク
トルはエッチング開始時からエッチング終点に至る間に
わたって、エッチングの進行状況に依存しないものであ
るから、エッチングガスの発光スペクトル強度を測定す
る場合と比べて、誤検出が少なく安定して信頼性の高い
プラズマ制御を行うことが可能となる。
生室１０からの発光に基づき、アルゴン異なる２つの波
長の発光スペクトル強度の比を一定にするように、コイ
ル４４，４６に通電すべきコイル電流の値を制御するこ
とで、プラズマ発生室１０内の電子の平均温度をほぼ一
定に保つことができ、この結果プラズマ状態をほぼ一定
に維持することが可能となる。特に、Ａｒの発光スペク
トルはエッチング開始時からエッチング終点に至る間に
わたって、エッチングの進行状況に依存しないものであ
るから、エッチングガスの発光スペクトル強度を測定す
る場合と比べて、誤検出が少なく安定して信頼性の高い
プラズマ制御を行うことが可能となる。
【００３１】なお、エッチングの進行状況に依存しない
発光スペクトルは、必ずしもキャリアガスの発光から得
るものに限らず、モニタ用のガスを導入し、その発光ス
ペクトルをモニタしてもよい。
発光スペクトルは、必ずしもキャリアガスの発光から得
るものに限らず、モニタ用のガスを導入し、その発光ス
ペクトルをモニタしてもよい。
【００３２】プラズマ状態を一定にするための制御は、
コイル電流以外の他のパロメータを変化させることでも
可能である。しかし、特にＥＣＲエッチング装置におい
ては、コイル電流を可変制御するものが最も簡易にかつ
安定してプラズマ状態を制御できるものである。これ
は、電子サイクロトロン共鳴においては、マイクロ波と
電子とのカップリングに磁場が寄与しており、磁場強度
を変化させることでカップリング状態に近付けあるいは
遠ざけることが可能だからである。カップリング状態に
近付くと電子の平均温度は高くなり、逆にその状態より
遠ざかると電子の平均温度は低くなる。従って、電子の
平均温度を制御することでプラズマの状態を制御するに
は、磁場形成手段を構成するコイル４４，５４に通電す
べきコイル電流を可変するのが最も簡便な方法である。
コイル電流以外の他のパロメータを変化させることでも
可能である。しかし、特にＥＣＲエッチング装置におい
ては、コイル電流を可変制御するものが最も簡易にかつ
安定してプラズマ状態を制御できるものである。これ
は、電子サイクロトロン共鳴においては、マイクロ波と
電子とのカップリングに磁場が寄与しており、磁場強度
を変化させることでカップリング状態に近付けあるいは
遠ざけることが可能だからである。カップリング状態に
近付くと電子の平均温度は高くなり、逆にその状態より
遠ざかると電子の平均温度は低くなる。従って、電子の
平均温度を制御することでプラズマの状態を制御するに
は、磁場形成手段を構成するコイル４４，５４に通電す
べきコイル電流を可変するのが最も簡便な方法である。
【００３３】上記実施例は、プラズマ状態を一定に保つ
ための制御であったが、上記のフィードバック制御を利
用して、最適なプラズマ状態を設定することも可能であ
る。その一例としてプラズマ発生室１０内に生成される
イオン及びラジカルの量を制御して、最適なエッチング
条件を設定することである。一般に電子の平均温度が高
いほどイオンが励起されやすく、プラズマ発生室１０内
でのイオン量が増大する。逆に電子の平均温度を低くす
れば、イオン生成量に比べてラジカルの生成量が増大す
る。このようなイオン生成量／ラジカル生成量を変化さ
せて最適エッチングをする一例としてエッチング終点に
近付いた際にウエハダメージを低減させるため、イオン
生成量を少なくしてエッチングすることが挙げられる。
このために、例えばエッチング開始時からエッチング終
点に至る間は、図３（Ｂ）に示す電子温度Ｔ2 が得られ
るようにコイル電流の値を制御し、エッチング終点が検
出された後は、図３（Ｃ）に示す電子温度Ｔ3 になるよ
うにコイル電流を調整し、ウエハダメージを防止するこ
とができる。このほか、エッチングガス，エッチング材
料，あるいは求められる等方性，異方性などの特性に応
じて、イオン生成量／ラジカル生成量をコイル電流に基
づき調整し、最適なエッチング条件を設定することが可
能である。
ための制御であったが、上記のフィードバック制御を利
用して、最適なプラズマ状態を設定することも可能であ
る。その一例としてプラズマ発生室１０内に生成される
イオン及びラジカルの量を制御して、最適なエッチング
条件を設定することである。一般に電子の平均温度が高
いほどイオンが励起されやすく、プラズマ発生室１０内
でのイオン量が増大する。逆に電子の平均温度を低くす
れば、イオン生成量に比べてラジカルの生成量が増大す
る。このようなイオン生成量／ラジカル生成量を変化さ
せて最適エッチングをする一例としてエッチング終点に
近付いた際にウエハダメージを低減させるため、イオン
生成量を少なくしてエッチングすることが挙げられる。
このために、例えばエッチング開始時からエッチング終
点に至る間は、図３（Ｂ）に示す電子温度Ｔ2 が得られ
るようにコイル電流の値を制御し、エッチング終点が検
出された後は、図３（Ｃ）に示す電子温度Ｔ3 になるよ
うにコイル電流を調整し、ウエハダメージを防止するこ
とができる。このほか、エッチングガス，エッチング材
料，あるいは求められる等方性，異方性などの特性に応
じて、イオン生成量／ラジカル生成量をコイル電流に基
づき調整し、最適なエッチング条件を設定することが可
能である。
【００３４】次に本発明を平行平板を備えたエッチング
装置、特に反応性イオンエッチング装置に適用した一実
施例について図面を参照して説明する。
装置、特に反応性イオンエッチング装置に適用した一実
施例について図面を参照して説明する。
【００３５】図４において、反応室８０内には、ウエハ
Ｗを載置する載置電極８２と、その対向電極８４とが設
けられている。載置電極８２にはＲＦ電源８６が接続さ
れ、一方対向電極８４は接地され、反応性イオンエッチ
ング装置を構成している。プラズマ状態をモニタするた
めの構成としては、図１の実施例と同様に検出窓６０，
レンズ６２を介してプラズマの発光を第１，第２の分光
器６４，６６に導いている。ＣＰＵ９０はプラズマ状態
を制御するための制御手段であり、プラズマ状態を可変
できる各種パラメータの変更が可能である。例えば、Ｒ
Ｆ電源８６でのＲＦパワーの調整に加えて、反応室８０
の壁温度及び各電極８２，８４の温度を調整可能であ
り、このためにＣＰＵ９０はＲＦ電源８６及び温度コン
トローラ９２と接続されている。さらに加えて、ＣＰＵ
９０は反応室８０内の真空度の調整が可能である。この
ために、ガス導入管１４に接続された各種ガスの流量を
調整するマスフローコントローラ１６ａ〜１６ｃの制御
と、ガス排気管１８に接続された圧力コントローラ２０
の制御をＣＰＵ９０により行っている。
Ｗを載置する載置電極８２と、その対向電極８４とが設
けられている。載置電極８２にはＲＦ電源８６が接続さ
れ、一方対向電極８４は接地され、反応性イオンエッチ
ング装置を構成している。プラズマ状態をモニタするた
めの構成としては、図１の実施例と同様に検出窓６０，
レンズ６２を介してプラズマの発光を第１，第２の分光
器６４，６６に導いている。ＣＰＵ９０はプラズマ状態
を制御するための制御手段であり、プラズマ状態を可変
できる各種パラメータの変更が可能である。例えば、Ｒ
Ｆ電源８６でのＲＦパワーの調整に加えて、反応室８０
の壁温度及び各電極８２，８４の温度を調整可能であ
り、このためにＣＰＵ９０はＲＦ電源８６及び温度コン
トローラ９２と接続されている。さらに加えて、ＣＰＵ
９０は反応室８０内の真空度の調整が可能である。この
ために、ガス導入管１４に接続された各種ガスの流量を
調整するマスフローコントローラ１６ａ〜１６ｃの制御
と、ガス排気管１８に接続された圧力コントローラ２０
の制御をＣＰＵ９０により行っている。
【００３６】次に、反応室８０内の圧力と、エッチング
ガスＣＨＦ3 より生成される生成物である例えば水素の
発光スペクトル強度との関係について、図５及び図６を
参照して説明する。
ガスＣＨＦ3 より生成される生成物である例えば水素の
発光スペクトル強度との関係について、図５及び図６を
参照して説明する。
【００３７】図５は、エッチングガスとしてＣＨＦ3 を
用い、その導入流量を５０ｓｃｃｍに設定すると共に、
ＲＦ供給パワーを６００Ｗとし、反応室８０内の圧力を
１０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒに変えた場合の、水
素原子Ｈの異なる３つの波長の相対発光強度を測定した
ものである。
用い、その導入流量を５０ｓｃｃｍに設定すると共に、
ＲＦ供給パワーを６００Ｗとし、反応室８０内の圧力を
１０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒに変えた場合の、水
素原子Ｈの異なる３つの波長の相対発光強度を測定した
ものである。
【００３８】なお図５において、反応室８０内の圧力が
２００ｍＴｏｒｒのときの３つの各波長の発光スペクト
ル強度を基準値１．０とみなし、圧力を変えた場合の相
対発光強度を各波長毎に示している。一方図６は、２つ
の波長である４３４．０ｎｍ及び４８６．１ｎｍの各発
光スペクトル強度を、他の波長である６５６．３ｎｍの
発光スペクトル強度で除した比率の圧力依存特性を示し
ている。また、各発光スペクトル強度は、ＲＦパワーを
４００Ｗ，６００Ｗ及び８００Ｗに変化させて測定し
た。同図から明らかなように、ＲＦパワーを変化させて
も、上述の発光スペクトル強度の比率の圧力異存特性は
ほとんど変わらないことが分かる。
２００ｍＴｏｒｒのときの３つの各波長の発光スペクト
ル強度を基準値１．０とみなし、圧力を変えた場合の相
対発光強度を各波長毎に示している。一方図６は、２つ
の波長である４３４．０ｎｍ及び４８６．１ｎｍの各発
光スペクトル強度を、他の波長である６５６．３ｎｍの
発光スペクトル強度で除した比率の圧力依存特性を示し
ている。また、各発光スペクトル強度は、ＲＦパワーを
４００Ｗ，６００Ｗ及び８００Ｗに変化させて測定し
た。同図から明らかなように、ＲＦパワーを変化させて
も、上述の発光スペクトル強度の比率の圧力異存特性は
ほとんど変わらないことが分かる。
【００３９】ところで、各発光波長における発光スペク
トル強度は、その原子核を取り囲んでいる電子のエネル
ギー準位に依存している。このエネルギー準位はｎの値
で一般に表されている。例えば、６５６．３ｎｍの発光
は、エネルギー準位ｎ＝３からｎ＝２の状態に移行する
ときに生ずる。４８６．１ｎｍの発光は、エネルギー準
位ｎ＝４からｎ＝２に移行するときに起こる。さらに４
３４．０ｎｍの発光は、エネルギー準位ｎ＝５からｎ＝
２に移行するときに起こる。従って、プラズマ中の水素
原子のエネルギー準位がどの状態にあるかは、例えば３
つの波長の各発光スペクトル強度の関係を測定すること
で判明する。
トル強度は、その原子核を取り囲んでいる電子のエネル
ギー準位に依存している。このエネルギー準位はｎの値
で一般に表されている。例えば、６５６．３ｎｍの発光
は、エネルギー準位ｎ＝３からｎ＝２の状態に移行する
ときに生ずる。４８６．１ｎｍの発光は、エネルギー準
位ｎ＝４からｎ＝２に移行するときに起こる。さらに４
３４．０ｎｍの発光は、エネルギー準位ｎ＝５からｎ＝
２に移行するときに起こる。従って、プラズマ中の水素
原子のエネルギー準位がどの状態にあるかは、例えば３
つの波長の各発光スペクトル強度の関係を測定すること
で判明する。
【００４０】図５、図６から明らかなように、水素原子
の発光スペクトル強度は、反応室８０内の圧力（真空
度）によって変わり、圧力を下げれば、すなわち真空度
を上げればプラズマ中の電子の平均温度は上がり、逆に
圧力を上げれば、すなわち真空度を下げればプラズマ中
の電子の平均温度は下がる。したがって、ＥＣＲの場合
には電子の平均温度に基づきプラズマ状態を制御した
が、反応性イオンエッチング装置では、異なる複数の発
光スペクトル強度の関係から、反応室８０内の真空度を
可変制御して、同様にプラズマの状態を制御できること
が分かる。
の発光スペクトル強度は、反応室８０内の圧力（真空
度）によって変わり、圧力を下げれば、すなわち真空度
を上げればプラズマ中の電子の平均温度は上がり、逆に
圧力を上げれば、すなわち真空度を下げればプラズマ中
の電子の平均温度は下がる。したがって、ＥＣＲの場合
には電子の平均温度に基づきプラズマ状態を制御した
が、反応性イオンエッチング装置では、異なる複数の発
光スペクトル強度の関係から、反応室８０内の真空度を
可変制御して、同様にプラズマの状態を制御できること
が分かる。
【００４１】このように本実施例に係る反応性イオンエ
ッチング装置のよれば、エッチングの進行状況に依存し
ない複数波長の発光スペクトル強度を検出し、その関係
例えば比率からプラズマの状態を把握し、反応室８０内
の圧力（真空度）を調整することで、一定のプラズマ状
態に維持し、あるいは最適なプラズマ状態に調整するこ
とが可能となる。これに限らず、プラズマを生成する他
のパラメータ群の中のいずれか一つの可変制御によって
もプラズマ状態を制御できることはいうまでもない。
ッチング装置のよれば、エッチングの進行状況に依存し
ない複数波長の発光スペクトル強度を検出し、その関係
例えば比率からプラズマの状態を把握し、反応室８０内
の圧力（真空度）を調整することで、一定のプラズマ状
態に維持し、あるいは最適なプラズマ状態に調整するこ
とが可能となる。これに限らず、プラズマを生成する他
のパラメータ群の中のいずれか一つの可変制御によって
もプラズマ状態を制御できることはいうまでもない。
【００４２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。本発明が適用されるプラズマ処理装置とし
ては、上述したＥＣＲエッチング装置あるいは反応性イ
オンエッチング装置に限らず、他の方式のプラズマエッ
チング装置であってもよく、例えばプラズマの生成に磁
場を寄与させるタイプとしては、ＥＣＲに限らず、直交
する電界及び磁界を形成してプラズマを生成する、磁場
アシストのマグネトロンエッチング装置でもよい。さら
に処理の種類としてもエッチングに限らず例えばＣＶＤ
などの成膜装置の他のプラズマ処理装置にも同様に適用
することも可能である。また、プラズマ状態をモニタを
より正確に行うために、プラズマ発生室内にてプラズマ
発光を収集するレンズの焦点を移動させたり、あるいは
検出窓に膜がつかないように温調するなどの機構を付加
してもよい。
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。本発明が適用されるプラズマ処理装置とし
ては、上述したＥＣＲエッチング装置あるいは反応性イ
オンエッチング装置に限らず、他の方式のプラズマエッ
チング装置であってもよく、例えばプラズマの生成に磁
場を寄与させるタイプとしては、ＥＣＲに限らず、直交
する電界及び磁界を形成してプラズマを生成する、磁場
アシストのマグネトロンエッチング装置でもよい。さら
に処理の種類としてもエッチングに限らず例えばＣＶＤ
などの成膜装置の他のプラズマ処理装置にも同様に適用
することも可能である。また、プラズマ状態をモニタを
より正確に行うために、プラズマ発生室内にてプラズマ
発光を収集するレンズの焦点を移動させたり、あるいは
検出窓に膜がつかないように温調するなどの機構を付加
してもよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ中の異なる波
長の発光スペクトル強度をモニタし、それをプラズマ制
御にフィードバックすることでプラズマ状態をほぼ一定
に保ち、あるいはプラズマ状態を所望に変更することが
でき、処理室の状況にかかわらず均一なあるいは適正な
プラズマ処理を行うことができる。特に、異なる波長の
発光スペクトルが、プラズマ処理の進行状況に依存しな
いものとすれば、発光スペクトル強度の変化が少なく、
安定したプラズマ制御が可能となる。また、少なくとも
異なる２つの波長の第１、第２の発光スペクトル強度の
比を基準比率と比較して磁界生成手段に通電すべき電流
の値を制御することで、電子温度をほぼ一定に保つこと
ができ、プラズマ状態をほぼ一定に維持でき、特に、誤
検出が少なく安定して信頼性の高いプラズマ制御が可能
となる。
長の発光スペクトル強度をモニタし、それをプラズマ制
御にフィードバックすることでプラズマ状態をほぼ一定
に保ち、あるいはプラズマ状態を所望に変更することが
でき、処理室の状況にかかわらず均一なあるいは適正な
プラズマ処理を行うことができる。特に、異なる波長の
発光スペクトルが、プラズマ処理の進行状況に依存しな
いものとすれば、発光スペクトル強度の変化が少なく、
安定したプラズマ制御が可能となる。また、少なくとも
異なる２つの波長の第１、第２の発光スペクトル強度の
比を基準比率と比較して磁界生成手段に通電すべき電流
の値を制御することで、電子温度をほぼ一定に保つこと
ができ、プラズマ状態をほぼ一定に維持でき、特に、誤
検出が少なく安定して信頼性の高いプラズマ制御が可能
となる。
【図１】本発明の一実施例であるＥＣＲエッチング装置
の概略説明図である。
の概略説明図である。
【図２】ＥＣＲ装置における磁場を励起するためのコイ
ル電流とプラズマ中の電子の平均温度との関係を示す特
性図である。
ル電流とプラズマ中の電子の平均温度との関係を示す特
性図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、電子の平均温度を
変わった場合の、アルゴンの異なる２つの波長における
発光スペクトル強度を示す特性図である。
変わった場合の、アルゴンの異なる２つの波長における
発光スペクトル強度を示す特性図である。
【図４】本発明を反応性イオンエッチング装置に適用し
た一実施例を示す概略説明図である。
た一実施例を示す概略説明図である。
【図５】図４荷示す装置において、水素原子の異なる３
つの波長における相対発光強度の圧力異存特性を示す特
性図である。
つの波長における相対発光強度の圧力異存特性を示す特
性図である。
【図６】水素原子の相対発光強度と圧力及びＲＦパワー
との関係を示す特性図である。
との関係を示す特性図である。
【図７】電子温度に対する電子の存在密度の分布を示す
特性図である。
特性図である。
１０ プラズマ発生室 １２ ウエハ支持台 １４ ガス導入管 １６ａ〜１６ｃ マスフローコントローラ １８ ガス排気管 ２０ 圧力コントローラ ２６ 矩形導波管 ３２ ＲＦ電源 ４０，５０ 磁極 ４２，５２ 永久磁石 ４４，５４ コイル ６０ 検出窓 ６４〜６８ 分光器 ７０，９０ ＣＰＵ ８２，８４ 平行平板電極 ９２ 温度コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−77940（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−47027（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−289934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177525（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (3)
- 【請求項１】 処理ガスを導入し、プラズマを生成して
被処理体を処理するプラズマ装置において、 プラズマ処理雰囲気に磁場を形成する磁場形成手段と、 前記プラズマ中の複数の異なる波長の発光スペクトル強
度をそれぞれ検出する検出手段と、 この複数の発光スペクトル強度に基づいて、前記プラズ
マを生成するパラメータ群の少なくとも一つを可変制御
してプラズマ状態を制御する制御手段と、 を有し、 前記複数の異なる波長の発光スペクトル強度は、少なく
とも、前記プラズマ中の電子温度が上昇すると発光強度
が強くなる第１の発光スペクトル強度と、前記電子温度
が上昇すると発光強度が小さくなると共に前記第１の発
光スペクトル強度よりも長波長の第２の発光スペクトル
強度と、を含み、 前記第２の発光スペクトル強度に対する前記第１の発光
スペクトル強度の基準比率を予め記憶しておく記憶手段
をさらに有し、 前記制御手段は、 前記検出手段の出力に基づいて前記第１、第２の発光ス
ペクトル強度の現在の比率を算出し、前記比率と前記記
憶手段に記憶された基準比率とを比較し、前記比率が前
記基準比率より大きい場合は、前記磁場形成手段のコイ
ルに流れる電流を小さくして前記電子温度を下げ、前記
比率が前記基準比率よりも小さい場合は、前記電流を大
きくして前記電子温度を上げるように制御されることを
特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項２】 処理ガスを導入し、プラズマを生成して
被処理体を処理するプラズマ処理装置において、プラズマ処理雰囲気に磁場を形成する磁場形成手段と、 前記プラズマ処理に関与しないガスを導入する手段と、 前記プラズマ処理に関与しないガスの複数の異なる波長
の発光スペクトル強度をそれぞれ検出する検出手段と、 この複数の発光スペクトル強度比に基づいて、前記プラ
ズマを生成するパラメータ群の少なくとも一つを可変制
御してプラズマ状態を制御する制御手段と、を有し、 前記複数の異なる波長の発光スペクトル強度は、少なく
とも、前記プラズマ中の電子温度が上昇すると発光強度
が強くなる第１の発光スペクトル強度と、前記電子温度
が上昇すると発光強度が小さくなると共に前記第１の発
光スペクトル強度よりも長波長の第２の発光スペクトル
強度と、を含み、 前記第２の発光スペクトル強度に対する前記第１の発光
スペクトル強度の基準比率を予め記憶しておく記憶手段
をさらに有し、 前記制御手段は、 前記検出手段の出力に基づいて前記第１、第２の発光ス
ペクトル強度の現在の比率を算出し、前記比率と前記記
憶手段に記憶された基準比率とを比較し、前記比率が前
記基準比率より大きい場合は、前記磁場形成手段のコイ
ルに流れる電流を小さくして前記電子温度を下げ、前記
比率が前記基準比率よりも小さい場合は、前記電流を大
きくして前記電子温度を上げるように制御される ことを
特徴とするプラズマ処理装置。 - 【請求項３】 請求項１または２において、 前記制御手段は、プラズマ処理途中にてプラズマ中のイ
オン，ラジカルの生成比率を変化せさる ことを特徴とす
るプラズマ処理装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13588192A JP3157605B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | プラズマ処理装置 |
| KR1019930007016A KR0170419B1 (ko) | 1992-04-28 | 1993-04-26 | 플라즈마 처리방법 |
| US08/053,353 US5374327A (en) | 1992-04-28 | 1993-04-28 | Plasma processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13588192A JP3157605B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05304118A JPH05304118A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3157605B2 true JP3157605B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=15161962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13588192A Expired - Lifetime JP3157605B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | プラズマ処理装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5374327A (ja) |
| JP (1) | JP3157605B2 (ja) |
| KR (1) | KR0170419B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7406767B2 (ja) | 2020-07-20 | 2023-12-28 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及び光ファイバケーブル |
| JP7406768B2 (ja) | 2020-07-20 | 2023-12-28 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバケーブルセンシング装置、光ファイバケーブルセンシング方法、及びプログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2666768B2 (ja) * | 1995-04-27 | 1997-10-22 | 日本電気株式会社 | ドライエッチング方法及び装置 |
| US5788869A (en) * | 1995-11-02 | 1998-08-04 | Digital Equipment Corporation | Methodology for in situ etch stop detection and control of plasma etching process and device design to minimize process chamber contamination |
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| KR100411318B1 (ko) * | 1998-02-03 | 2003-12-18 | 가가쿠 기쥬츠 신코 지교단 | 반도체 플라즈마 처리에 있어서의 종점 검출 방법 |
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| DE19904305A1 (de) * | 1999-01-28 | 2000-08-17 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Strukturkörpern mittels selektivem Ätzen |
| KR20030040378A (ko) | 2000-08-01 | 2003-05-22 | 보드 오브 리전츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 | 임프린트 리소그래피를 위한 투명한 템플릿과 기판사이의고정확성 갭 및 방향설정 감지 방법 |
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| US7906058B2 (en) | 2005-12-01 | 2011-03-15 | Molecular Imprints, Inc. | Bifurcated contact printing technique |
| US7670530B2 (en) | 2006-01-20 | 2010-03-02 | Molecular Imprints, Inc. | Patterning substrates employing multiple chucks |
| CN104317161A (zh) | 2005-12-08 | 2015-01-28 | 分子制模股份有限公司 | 用于衬底双面图案形成的方法和*** |
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| KR20090003153A (ko) | 2006-04-03 | 2009-01-09 | 몰레큘러 임프린츠 인코퍼레이티드 | 다수의 필드와 정렬 마크를 갖는 기판을 동시에 패턴화하는방법 |
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| US8012395B2 (en) | 2006-04-18 | 2011-09-06 | Molecular Imprints, Inc. | Template having alignment marks formed of contrast material |
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