JPH09145675A - 中性ラジカル測定方法及び中性ラジカル測定装置 - Google Patents
中性ラジカル測定方法及び中性ラジカル測定装置Info
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- JPH09145675A JPH09145675A JP30244195A JP30244195A JPH09145675A JP H09145675 A JPH09145675 A JP H09145675A JP 30244195 A JP30244195 A JP 30244195A JP 30244195 A JP30244195 A JP 30244195A JP H09145675 A JPH09145675 A JP H09145675A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 中性ラジカル測定方法及び中性ラジカル測定
装置に関し、Ｓ／Ｎ比を高めて精度の高い測定を行う。 【解決手段】 質量分析装置２内の電子ビーム発生装置
５の周囲に冷却シュラウド１１を配置し、電子ビーム発
生装置５におけるガス分子の熱解離を防止するように冷
却しながら中性ラジカルを測定する。
装置に関し、Ｓ／Ｎ比を高めて精度の高い測定を行う。 【解決手段】 質量分析装置２内の電子ビーム発生装置
５の周囲に冷却シュラウド１１を配置し、電子ビーム発
生装置５におけるガス分子の熱解離を防止するように冷
却しながら中性ラジカルを測定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は中性ラジカル測定方
法及び中性ラジカル測定装置に関するもので、特に、中
性ラジカルを用いて酸化膜等をプラズマエッチングする
場合の中性ラジカルの量を測定する中性ラジカル測定方
法及び中性ラジカル測定装置に関するものある。
法及び中性ラジカル測定装置に関するもので、特に、中
性ラジカルを用いて酸化膜等をプラズマエッチングする
場合の中性ラジカルの量を測定する中性ラジカル測定方
法及び中性ラジカル測定装置に関するものある。
【０００２】
【従来の技術】従来、プラズマ中の中性ラジカルを測定
する場合には、質量分析装置を用いた出現質量分析法
（Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ
ｅｔｒｙ：例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３
３，１９９３，ｐｐ．Ｌ３５３〜Ｌ３５６参照）が知ら
れている。
する場合には、質量分析装置を用いた出現質量分析法
（Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ
ｅｔｒｙ：例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３
３，１９９３，ｐｐ．Ｌ３５３〜Ｌ３５６参照）が知ら
れている。
【０００３】この出現質量分析法とは、中性ラジカルの
イオン化しきい値エネルギー、即ち、出現電圧と、ガス
分子の解離イオン化しきい値エネルギーとの差を利用し
て精度良く中性ラジカルを検出する測定方法である。
イオン化しきい値エネルギー、即ち、出現電圧と、ガス
分子の解離イオン化しきい値エネルギーとの差を利用し
て精度良く中性ラジカルを検出する測定方法である。
【０００４】即ち、質量分析装置のイオン化室に導入す
る電子ビームのエネルギーを、中性ラジカルをイオン化
することができるが、ガス分子を解離イオン化すること
ができない程度の低いエネルギーに設定し、この低いエ
ネルギーの電子ビームをイオン化室に導入し、この状態
で、放電をＯＮした時の信号を測定すると共に、放電を
ＯＦＦした時の信号を測定し、それらの信号の差を求め
ることによって、正味の中性ラジカルを検出するもので
ある。
る電子ビームのエネルギーを、中性ラジカルをイオン化
することができるが、ガス分子を解離イオン化すること
ができない程度の低いエネルギーに設定し、この低いエ
ネルギーの電子ビームをイオン化室に導入し、この状態
で、放電をＯＮした時の信号を測定すると共に、放電を
ＯＦＦした時の信号を測定し、それらの信号の差を求め
ることによって、正味の中性ラジカルを検出するもので
ある。
【０００５】図８参照 図８は、この様な従来の出現質量分析法を用いてＣＦ4
プラズマ中のＣＦラジカルを測定した測定結果を示すも
ので、横軸はイオン化室に導入した電子ビームのエネル
ギーを示し、縦軸は、質量分析装置（ＱＭＳ：Ｑｕａｄ
ｒｕｐｏｌｅＭａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の
出力信号を示すものであり、また、○印は放電をＯＮし
た時の出力信号を示し、△印は放電をＯＦＦした時の出
力信号を示すものである。
プラズマ中のＣＦラジカルを測定した測定結果を示すも
ので、横軸はイオン化室に導入した電子ビームのエネル
ギーを示し、縦軸は、質量分析装置（ＱＭＳ：Ｑｕａｄ
ｒｕｐｏｌｅＭａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）の
出力信号を示すものであり、また、○印は放電をＯＮし
た時の出力信号を示し、△印は放電をＯＦＦした時の出
力信号を示すものである。
【０００６】ここで、放電ＯＦＦ信号に注目すると、片
対数グラフで分かりにくいものの、電子ビームのエネル
ギーが２５ｅＶ近傍から信号が増加しており、これはＣ
Ｆ4分子の解離イオン化しきい値エネルギーの２６．５
ｅＶに対応するものであり（例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，Ｖｏｌ．３１，１９９２，ｐｐ．２９１９〜２９
２４参照）、ＣＦ4 分子の解離イオン化信号を示してい
る。
対数グラフで分かりにくいものの、電子ビームのエネル
ギーが２５ｅＶ近傍から信号が増加しており、これはＣ
Ｆ4分子の解離イオン化しきい値エネルギーの２６．５
ｅＶに対応するものであり（例えば、Ｊａｐａｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，Ｖｏｌ．３１，１９９２，ｐｐ．２９１９〜２９
２４参照）、ＣＦ4 分子の解離イオン化信号を示してい
る。
【０００７】次に、放電をＯＮした時の信号を見ると、
放電ＯＦＦ信号よりも低エネルギー側より信号が増加す
る傾向が見られる。これは、ＣＦラジカルのイオン化し
きい値エネルギーの１４．０ｅＶに対応するものであ
り、ＣＦラジカルのイオン化信号を示している。
放電ＯＦＦ信号よりも低エネルギー側より信号が増加す
る傾向が見られる。これは、ＣＦラジカルのイオン化し
きい値エネルギーの１４．０ｅＶに対応するものであ
り、ＣＦラジカルのイオン化信号を示している。
【０００８】ここで、ＣＦラジカルのイオン化しきい値
エネルギーである１４．０ｅＶ近傍で、且つ、１４．０
ｅＶ以上の１５ｅＶにおける放電ＯＮ信号から放電ＯＦ
Ｆ信号を差し引くことによってＣＦラジカルの正味の量
を測定することができる。なお、１４．０ｅＶを大きく
越えた所においては、各種のラジカルの解離イオン化も
生ずるため、ＣＦラジカルの正確な測定ができなくな
る。
エネルギーである１４．０ｅＶ近傍で、且つ、１４．０
ｅＶ以上の１５ｅＶにおける放電ＯＮ信号から放電ＯＦ
Ｆ信号を差し引くことによってＣＦラジカルの正味の量
を測定することができる。なお、１４．０ｅＶを大きく
越えた所においては、各種のラジカルの解離イオン化も
生ずるため、ＣＦラジカルの正確な測定ができなくな
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のＣＦラ
ジカルのような放電ＯＦＦ信号の大きな中性ラジカルの
測定においては、Ｓ／Ｎ比が低い状態で測定をしなけれ
ばならず、例えば、１５ｅＶにおけるＳ／Ｎ比は３程度
と低いため、精度の高い測定を行うことができなかっ
た。なお、この１５ｅＶ近傍の低エネルギー側における
放電ＯＦＦ信号は、電子ビーム発生装置内の熱フィラメ
ントによってＣＦ4 ガス分子が熱解離したために発生し
た信号である。
ジカルのような放電ＯＦＦ信号の大きな中性ラジカルの
測定においては、Ｓ／Ｎ比が低い状態で測定をしなけれ
ばならず、例えば、１５ｅＶにおけるＳ／Ｎ比は３程度
と低いため、精度の高い測定を行うことができなかっ
た。なお、この１５ｅＶ近傍の低エネルギー側における
放電ＯＦＦ信号は、電子ビーム発生装置内の熱フィラメ
ントによってＣＦ4 ガス分子が熱解離したために発生し
た信号である。
【００１０】したがって、本発明は、出現質量分析法を
用いてプラズマ中の中性ラジカルを測定する際に、Ｓ／
Ｎ比を高めて精度の高い測定を行うことを目的とする。
用いてプラズマ中の中性ラジカルを測定する際に、Ｓ／
Ｎ比を高めて精度の高い測定を行うことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】ここで、図１を参照して
本発明における課題を解決するための手段を説明する
が、図１は本発明の原理的構成の説明図であり、本発明
の実施に用いる中性ラジカル測定装置の要部を示す図で
ある。 図１参照 （１）本発明は、中性ラジカル測定方法において、質量
分析装置２内の電子ビーム発生装置５の周囲に冷却シュ
ラウド１１を配置し、電子ビーム発生装置５におけるガ
ス分子の熱解離を防止するように冷却しながら中性ラジ
カルを測定することを特徴とする。
本発明における課題を解決するための手段を説明する
が、図１は本発明の原理的構成の説明図であり、本発明
の実施に用いる中性ラジカル測定装置の要部を示す図で
ある。 図１参照 （１）本発明は、中性ラジカル測定方法において、質量
分析装置２内の電子ビーム発生装置５の周囲に冷却シュ
ラウド１１を配置し、電子ビーム発生装置５におけるガ
ス分子の熱解離を防止するように冷却しながら中性ラジ
カルを測定することを特徴とする。
【００１２】この様に、中性ラジカルを測定する際に、
電子ビーム発生装置５の周囲に冷却シュラウド１１を設
けて電子ビーム発生装置５を冷却することによって、ガ
ス分子の熱解離を防止することができ、したがって、ガ
ス分子の熱解離に基づくノイズ信号を減少することがで
きるので、Ｓ／Ｎ比の高い測定が可能になる。
電子ビーム発生装置５の周囲に冷却シュラウド１１を設
けて電子ビーム発生装置５を冷却することによって、ガ
ス分子の熱解離を防止することができ、したがって、ガ
ス分子の熱解離に基づくノイズ信号を減少することがで
きるので、Ｓ／Ｎ比の高い測定が可能になる。
【００１３】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、冷却シュラウド１１を、電子ビーム発生装置５のみ
を囲うように設けたことを特徴とする。
て、冷却シュラウド１１を、電子ビーム発生装置５のみ
を囲うように設けたことを特徴とする。
【００１４】図１に示すように、電子ビーム発生装置５
全体を囲うように冷却シュラウド１１を設けた場合に
は、プラズマ処理室１内からエクストラクタ３を介して
イオン化室４に導入する中性ラジカルの一部が冷却シュ
ラウド１１のシュラウド正面壁１２に吸着するため、中
性ラジカルが減少し、信号成分Ｓも減少するが、冷却シ
ュラウド１１を電子ビーム発生装置５のみを囲うように
設けることによってＳが減少することがなくなるので、
Ｓ／Ｎ比を飛躍的に大きくすることができる。
全体を囲うように冷却シュラウド１１を設けた場合に
は、プラズマ処理室１内からエクストラクタ３を介して
イオン化室４に導入する中性ラジカルの一部が冷却シュ
ラウド１１のシュラウド正面壁１２に吸着するため、中
性ラジカルが減少し、信号成分Ｓも減少するが、冷却シ
ュラウド１１を電子ビーム発生装置５のみを囲うように
設けることによってＳが減少することがなくなるので、
Ｓ／Ｎ比を飛躍的に大きくすることができる。
【００１５】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、中性ラジカルがＣＦラジカルであるこ
とを特徴とする。
（２）において、中性ラジカルがＣＦラジカルであるこ
とを特徴とする。
【００１６】本発明の中性ラジカル測定方法は、ノイズ
信号の大きなＣＦラジカルの測定に最も有用である。
信号の大きなＣＦラジカルの測定に最も有用である。
【００１７】（４）また、本発明は、中性ラジカル測定
装置において、質量分析装置２内の電子ビーム発生装置
５の周囲に冷却シュラウド１１を配置したことを特徴と
する。
装置において、質量分析装置２内の電子ビーム発生装置
５の周囲に冷却シュラウド１１を配置したことを特徴と
する。
【００１８】（５）また、本発明は、上記（４）におい
て、冷却シュラウド１１を、電子ビーム発生装置５のみ
を囲うように設けたことを特徴とする。
て、冷却シュラウド１１を、電子ビーム発生装置５のみ
を囲うように設けたことを特徴とする。
【００１９】（６）また、本発明は、上記（４）または
（５）の中性ラジカル測定装置を備えたプラズマ処理装
置において、プラズマ中で発生した活性成分の発光に基
づいて活性成分の密度を測定する手段、活性成分の密度
と中性ラジカルの密度を比較する手段、及び、比較する
手段の出力に応じて放電条件を変更する手段を設けたこ
とを特徴とする。
（５）の中性ラジカル測定装置を備えたプラズマ処理装
置において、プラズマ中で発生した活性成分の発光に基
づいて活性成分の密度を測定する手段、活性成分の密度
と中性ラジカルの密度を比較する手段、及び、比較する
手段の出力に応じて放電条件を変更する手段を設けたこ
とを特徴とする。
【００２０】上記（４）または（５）の中性ラジカル測
定装置は、典型的には、プラズマ処理装置に付随して設
けるものであり、その場合に、プラズマ中で発生した活
性成分、例えば、ＣＦ4 分子のプラズマ化においてはＦ
原子の発光に基づいてＦ原子の密度を測定する手段を設
けて、ＣＦ／Ｆ比を測定し、その結果に基づいて原料ガ
スの流入量、圧力、或いは、放電電力等の放電条件を変
更することによって、安定した条件でのエッチングが可
能になる。
定装置は、典型的には、プラズマ処理装置に付随して設
けるものであり、その場合に、プラズマ中で発生した活
性成分、例えば、ＣＦ4 分子のプラズマ化においてはＦ
原子の発光に基づいてＦ原子の密度を測定する手段を設
けて、ＣＦ／Ｆ比を測定し、その結果に基づいて原料ガ
スの流入量、圧力、或いは、放電電力等の放電条件を変
更することによって、安定した条件でのエッチングが可
能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図４を参照して
本発明の第１の実施の形態の中性ラジカル測定方法及び
中性ラジカル測定装置を説明する。なお、図２は本発明
の第１の実施の形態に用いる中性ラジカル測定装置の概
略的構成の説明図であり、また、図３は、中性ラジカル
測定装置の細部の説明図であり、さらに、図４は第１の
実施の形態における測定結果を示す図である。
本発明の第１の実施の形態の中性ラジカル測定方法及び
中性ラジカル測定装置を説明する。なお、図２は本発明
の第１の実施の形態に用いる中性ラジカル測定装置の概
略的構成の説明図であり、また、図３は、中性ラジカル
測定装置の細部の説明図であり、さらに、図４は第１の
実施の形態における測定結果を示す図である。
【００２２】図２参照 本発明の中性ラジカル測定装置は質量分析装置３２によ
って構成されるものであり、この質量分析装置３２は、
プラズマエッチング装置２１に取り付けられるものであ
る。
って構成されるものであり、この質量分析装置３２は、
プラズマエッチング装置２１に取り付けられるものであ
る。
【００２３】このプラズマエッチング装置２１は、石英
製のプラズマ発生室２２、及び、プラズマ処理室２３に
よって構成され、プラズマ発生室２２にはソース電源３
１から高周波電力の供給を受けてプラズマを発生させる
ＲＦアンテナ（ＲＦコイル）２４が設けられている。
製のプラズマ発生室２２、及び、プラズマ処理室２３に
よって構成され、プラズマ発生室２２にはソース電源３
１から高周波電力の供給を受けてプラズマを発生させる
ＲＦアンテナ（ＲＦコイル）２４が設けられている。
【００２４】また、プラズマ処理室２３には、ＣＦ4 等
の反応ガスを供給する反応ガス流量制御装置２５、ゲー
トバルブ２７を備えた反応ガス及び反応生成ガスを排出
する排気口２６が設けられており、さらに、プラズマ処
理室２３にはシリコンウェハ等の被処理基板２９を着脱
自在に載置するホルダ２８が設けられており、このホル
ダ２８にはバイアス電源３０よりバイアス電圧が印加さ
れる。
の反応ガスを供給する反応ガス流量制御装置２５、ゲー
トバルブ２７を備えた反応ガス及び反応生成ガスを排出
する排気口２６が設けられており、さらに、プラズマ処
理室２３にはシリコンウェハ等の被処理基板２９を着脱
自在に載置するホルダ２８が設けられており、このホル
ダ２８にはバイアス電源３０よりバイアス電圧が印加さ
れる。
【００２５】図３（ａ）参照 図３（ａ）は、図２における質量分析装置３２を拡大し
たものであり、中性ラジカルをイオン化するイオン化室
３４、中性ラジカルをイオン化室３４に取り込むエクス
トラクタ３３、イオン化室３４にイオン化のための電子
ビームを供給する電子ビーム発生装置３５、イオン化さ
れた中性ラジカルを収束するイオンレンズ３６、中性ラ
ジカルの質量選択をするＱポール（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌ
ｅ）３７、中性ラジカルを偏向するエネルギー偏向板３
８、中性ラジカルを増幅検出するための二次電子増倍管
３９、及び、少なくとも電子ビーム発生装置３５を冷却
する液体窒素冷却シュラウド４１が設けられている。
たものであり、中性ラジカルをイオン化するイオン化室
３４、中性ラジカルをイオン化室３４に取り込むエクス
トラクタ３３、イオン化室３４にイオン化のための電子
ビームを供給する電子ビーム発生装置３５、イオン化さ
れた中性ラジカルを収束するイオンレンズ３６、中性ラ
ジカルの質量選択をするＱポール（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌ
ｅ）３７、中性ラジカルを偏向するエネルギー偏向板３
８、中性ラジカルを増幅検出するための二次電子増倍管
３９、及び、少なくとも電子ビーム発生装置３５を冷却
する液体窒素冷却シュラウド４１が設けられている。
【００２６】また、このエクストラクタ３３は円錐形の
石英管により構成され、且つ、先端に内径が０．１５ｍ
ｍφのオリフィス穴を有しており、質量分析装置３２に
設けた排気口４０から質量分析装置３２内を真空に引く
ことによってプラズマ処理室２３の真空度よりも高真空
にして差動排気を実現し、圧力差に基づいてプラズマ処
理室２３の中性ラジカルをエクストラクタ３３の先端の
オリフィス穴から吸引する。
石英管により構成され、且つ、先端に内径が０．１５ｍ
ｍφのオリフィス穴を有しており、質量分析装置３２に
設けた排気口４０から質量分析装置３２内を真空に引く
ことによってプラズマ処理室２３の真空度よりも高真空
にして差動排気を実現し、圧力差に基づいてプラズマ処
理室２３の中性ラジカルをエクストラクタ３３の先端の
オリフィス穴から吸引する。
【００２７】図３（ｂ）参照 図３（ｂ）は、電子ビーム発生装置３５の概念的構成を
示す図であり、フィラメント４３、フィラメント４３を
加熱する電流源４４、及び、フィラメント４３から発生
した熱電子を加速して電子ビームとしてイオン化室３４
に供給するバイアス電源４５から構成される。
示す図であり、フィラメント４３、フィラメント４３を
加熱する電流源４４、及び、フィラメント４３から発生
した熱電子を加速して電子ビームとしてイオン化室３４
に供給するバイアス電源４５から構成される。
【００２８】再び、図２参照 次に、本発明の第１の実施の形態の中性ラジカル測定方
法を説明すると、反応ガス流量制御装置２５を介してＣ
Ｆ4 ガスを８０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室２３に
供給すると共に、ゲートバルブ２７を調整してプラズマ
処理室２３内部の圧力を１０ｍＴｏｒｒにする。
法を説明すると、反応ガス流量制御装置２５を介してＣ
Ｆ4 ガスを８０ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理室２３に
供給すると共に、ゲートバルブ２７を調整してプラズマ
処理室２３内部の圧力を１０ｍＴｏｒｒにする。
【００２９】なお、この場合のプラズマ処理室２３は内
直径が３１１ｍｍで、高さが２３５ｍｍの円筒状であ
り、また、プラズマ発生室２２は、高さが１３３ｍｍ
で、且つ、プラズマ処理室２３との接続部における内直
径が２５０ｍｍのドーム状である。
直径が３１１ｍｍで、高さが２３５ｍｍの円筒状であ
り、また、プラズマ発生室２２は、高さが１３３ｍｍ
で、且つ、プラズマ処理室２３との接続部における内直
径が２５０ｍｍのドーム状である。
【００３０】次いで、ソース電源３１よりＲＦアンテナ
２４に１３．５６ＭＨｚで５００ｗの高周波電力を印加
することによってプラズマ発生室２２内に誘導結合型プ
ラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌ
ｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を生成して、ＣＦ4 ガスからＣＦ
3 、ＣＦ2 、ＣＦ、及び、Ｆ等の中性ラジカルを生成す
る。
２４に１３．５６ＭＨｚで５００ｗの高周波電力を印加
することによってプラズマ発生室２２内に誘導結合型プ
ラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌ
ｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を生成して、ＣＦ4 ガスからＣＦ
3 、ＣＦ2 、ＣＦ、及び、Ｆ等の中性ラジカルを生成す
る。
【００３１】このプラズマ中で生成した中性ラジカル
は、エクストラクタ３３を介して差動排気した質量分析
装置３２内のイオン化室３４に取り込まれ、電子ビーム
発生装置３５において生成された電子ビームによりイオ
ン化され、イオン化された中性ラジカルは、イオンレン
ズ３６、Ｑポール３７、及び、エネルギー偏向板３８を
介して二次電子増倍管３９に到達し、二次電子増倍管３
９において増幅されて出力される。
は、エクストラクタ３３を介して差動排気した質量分析
装置３２内のイオン化室３４に取り込まれ、電子ビーム
発生装置３５において生成された電子ビームによりイオ
ン化され、イオン化された中性ラジカルは、イオンレン
ズ３６、Ｑポール３７、及び、エネルギー偏向板３８を
介して二次電子増倍管３９に到達し、二次電子増倍管３
９において増幅されて出力される。
【００３２】この場合、液体窒素冷却シュラウド４１に
液体窒素ボンベ（図示せず）から７７°Ｋの液体窒素を
供給して、質量分析装置３２の内部の電子ビーム発生装
置３５の周辺を冷却した状態で測定を行う。
液体窒素ボンベ（図示せず）から７７°Ｋの液体窒素を
供給して、質量分析装置３２の内部の電子ビーム発生装
置３５の周辺を冷却した状態で測定を行う。
【００３３】図４参照 この様な状態で、電子ビーム発生装置３５のバイアス電
源４５の電圧を調整することによって電子ビームのエネ
ルギーを変えながらＱＭＳ出力を測定したのが図４であ
り、１５ｅＶにおける測定結果からは、ノイズ信号は約
１／２００に減少して、Ｓ／Ｎ比は約３７となり、液体
窒素冷却シュラウド４１を使用しない従来例に比べて約
１０倍の改善が見られ、したがって、Ｓ／Ｎ比の高い高
精度の測定が可能になる。
源４５の電圧を調整することによって電子ビームのエネ
ルギーを変えながらＱＭＳ出力を測定したのが図４であ
り、１５ｅＶにおける測定結果からは、ノイズ信号は約
１／２００に減少して、Ｓ／Ｎ比は約３７となり、液体
窒素冷却シュラウド４１を使用しない従来例に比べて約
１０倍の改善が見られ、したがって、Ｓ／Ｎ比の高い高
精度の測定が可能になる。
【００３４】即ち、液体窒素冷却シュラウド４１を用い
ることによって電子ビーム発生装置３５付近が冷却さ
れ、フィラメント４３近傍においてＣＦ4 ガスの熱解離
に伴うノイズ成分を低減することができるのでＳ／Ｎ比
が大幅に向上する。
ることによって電子ビーム発生装置３５付近が冷却さ
れ、フィラメント４３近傍においてＣＦ4 ガスの熱解離
に伴うノイズ成分を低減することができるのでＳ／Ｎ比
が大幅に向上する。
【００３５】なお、電子ビームのエネルギーが１５ｅＶ
より高いところにおいては、ＣＦ以外の中性ラジカル、
例えば、ＣＦ3 、ＣＦ2 等が電子ビームと衝突してＣＦ
イオンが発生し、この衝突解離によるＣＦイオンが放電
ＯＮ時の信号として検出されるので、元々のプラズマ中
におけるＣＦラジカル量は不正確に測定されることにな
る。
より高いところにおいては、ＣＦ以外の中性ラジカル、
例えば、ＣＦ3 、ＣＦ2 等が電子ビームと衝突してＣＦ
イオンが発生し、この衝突解離によるＣＦイオンが放電
ＯＮ時の信号として検出されるので、元々のプラズマ中
におけるＣＦラジカル量は不正確に測定されることにな
る。
【００３６】次に、図５及び図６を参照して、本発明の
第２の実施の形態を説明する。なお、図５は本発明の第
２の実施の形態に用いる中性ラジカル測定装置の細部の
説明図であるが、本発明の第２の実施の形態におけるプ
ラズマエッチング装置２１の構成は、本発明の第１の実
施の形態におけるプラズマエッチング装置２１と全く同
じであるので説明を省略する。また、図６は、本発明の
第２の実施の形態における測定結果を示す図である。
第２の実施の形態を説明する。なお、図５は本発明の第
２の実施の形態に用いる中性ラジカル測定装置の細部の
説明図であるが、本発明の第２の実施の形態におけるプ
ラズマエッチング装置２１の構成は、本発明の第１の実
施の形態におけるプラズマエッチング装置２１と全く同
じであるので説明を省略する。また、図６は、本発明の
第２の実施の形態における測定結果を示す図である。
【００３７】図５参照 本発明の第２の実施の形態における中性ラジカル測定装
置となる質量分析装置３２の構成は、液体窒素冷却シュ
ラウド４６の構成において第１の実施の形態と相違する
だけで、その他の構成は全く同じである。即ち、第２の
実施の形態における液体窒素冷却シュラウド４６は、電
子ビーム発生装置３５のみを囲うように設けるものであ
る。
置となる質量分析装置３２の構成は、液体窒素冷却シュ
ラウド４６の構成において第１の実施の形態と相違する
だけで、その他の構成は全く同じである。即ち、第２の
実施の形態における液体窒素冷却シュラウド４６は、電
子ビーム発生装置３５のみを囲うように設けるものであ
る。
【００３８】これは、第１の実施の形態においては、液
体窒素冷却シュラウド４１がイオン化室３４、イオンレ
ンズ３６、及び、Ｑポール３７も囲うように設けられて
いるため、エクストラクタ３３によって取り込まれた中
性ラジカルの一部はシュラウド正面壁４２に吸着して、
イオン化する量が減り、したがって、図８及び図４の対
比から明らかなように、放電ＯＮ時の信号は冷却しない
場合に比べて約１／２０に減少するため、ノイズ信号が
１／２００に減少したのにも拘わらず、Ｓ／Ｎ比が１０
倍程度しか改善されないという欠点を改善するためであ
る。
体窒素冷却シュラウド４１がイオン化室３４、イオンレ
ンズ３６、及び、Ｑポール３７も囲うように設けられて
いるため、エクストラクタ３３によって取り込まれた中
性ラジカルの一部はシュラウド正面壁４２に吸着して、
イオン化する量が減り、したがって、図８及び図４の対
比から明らかなように、放電ＯＮ時の信号は冷却しない
場合に比べて約１／２０に減少するため、ノイズ信号が
１／２００に減少したのにも拘わらず、Ｓ／Ｎ比が１０
倍程度しか改善されないという欠点を改善するためであ
る。
【００３９】図６参照 この様な状態で、電子ビーム発生装置３５のバイアス電
源４５の電圧を調整することによって電子ビームのエネ
ルギーを変えながらＱＭＳ出力を測定したのが図６であ
り、１５ｅＶにおける測定結果からは、ノイズ信号は約
１／２００に減少すると共に、放電ＯＮ時の信号は冷却
しない場合と比べてほとんど減少しないので、Ｓ／Ｎ比
は約５９０となり、第１の実施の形態に比べて約１６倍
のＳ／Ｎ比が得られる。
源４５の電圧を調整することによって電子ビームのエネ
ルギーを変えながらＱＭＳ出力を測定したのが図６であ
り、１５ｅＶにおける測定結果からは、ノイズ信号は約
１／２００に減少すると共に、放電ＯＮ時の信号は冷却
しない場合と比べてほとんど減少しないので、Ｓ／Ｎ比
は約５９０となり、第１の実施の形態に比べて約１６倍
のＳ／Ｎ比が得られる。
【００４０】即ち、第２の実施の形態においては、エク
ストラクタ３３によって取り込まれた中性ラジカルの大
部分は液体窒素冷却シュラウド４６に吸着することなく
イオン化室３４に導入され、放電ＯＮ時の信号が減少す
ることがないため、Ｓ／Ｎ比が飛躍的に向上するもので
ある。
ストラクタ３３によって取り込まれた中性ラジカルの大
部分は液体窒素冷却シュラウド４６に吸着することなく
イオン化室３４に導入され、放電ＯＮ時の信号が減少す
ることがないため、Ｓ／Ｎ比が飛躍的に向上するもので
ある。
【００４１】次に、図７を参照して、本発明の第３の実
施の形態である、中性ラジカル測定装置を備えたプラズ
マエッチング装置を説明するが、この第３の実施の形態
は、第１或いは第２の実施の形態と産業上の技術分野及
び構成に欠くことのできない事項の主要部が同一のもの
である。 図７参照 この中性ラジカル測定装置を備えたプラズマエッチング
装置は、図２の中性ラジカル測定装置を備えたプラズマ
エッチング装置とほとんど同じ構成であるが、プラズマ
エッチング装置の他方に設けた覗き窓を備えたビューポ
ート４８に対応するように発光分析装置４７を配置した
点で相違するものである。
施の形態である、中性ラジカル測定装置を備えたプラズ
マエッチング装置を説明するが、この第３の実施の形態
は、第１或いは第２の実施の形態と産業上の技術分野及
び構成に欠くことのできない事項の主要部が同一のもの
である。 図７参照 この中性ラジカル測定装置を備えたプラズマエッチング
装置は、図２の中性ラジカル測定装置を備えたプラズマ
エッチング装置とほとんど同じ構成であるが、プラズマ
エッチング装置の他方に設けた覗き窓を備えたビューポ
ート４８に対応するように発光分析装置４７を配置した
点で相違するものである。
【００４２】この発光分析装置４７は、光ファイバ４
９、分光器５０、及び、光電子増倍管５１から構成さ
れ、光電子増倍管５１の出力と、二次電子増倍管３９の
出力とをコンピュータ５２で比較し、その比較結果に基
づいて、反応ガス流量、圧力、或いは、放電電力等の放
電条件を変更するものである。
９、分光器５０、及び、光電子増倍管５１から構成さ
れ、光電子増倍管５１の出力と、二次電子増倍管３９の
出力とをコンピュータ５２で比較し、その比較結果に基
づいて、反応ガス流量、圧力、或いは、放電電力等の放
電条件を変更するものである。
【００４３】例えば、Ｃ4 Ｆ8 ガスを用いてシリコン基
板上に設けたＳｉＯ2 膜を選択的にエッチングする場
合、反応ガス流量制御装置２５を介してＣ4 Ｆ8 ガスを
４０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスを４０ｓｃｃｍ、及び、モニタ
ガスとなるＡｒガスを４ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理
室２３に供給すると共に、ゲートバルブ２７を調整して
プラズマ処理室２３内部の圧力を１０ｍＴｏｒｒにす
る。
板上に設けたＳｉＯ2 膜を選択的にエッチングする場
合、反応ガス流量制御装置２５を介してＣ4 Ｆ8 ガスを
４０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスを４０ｓｃｃｍ、及び、モニタ
ガスとなるＡｒガスを４ｓｃｃｍの流量でプラズマ処理
室２３に供給すると共に、ゲートバルブ２７を調整して
プラズマ処理室２３内部の圧力を１０ｍＴｏｒｒにす
る。
【００４４】次いで、バイアス電源３０より周波数が４
００ｋＨｚで−５００Ｖのバイアス電圧をホルダ２８に
印加すると共に、ソース電源３１よりＲＦアンテナ２４
に１３．５６ＭＨｚで５００ｗの高周波電力を印加する
ことによってプラズマ発生室２２内に誘導結合型プラズ
マを生成して、ＣＦ3 、ＣＦ2 、ＣＦ、及び、Ｆ等の中
性ラジカルを生成する。
００ｋＨｚで−５００Ｖのバイアス電圧をホルダ２８に
印加すると共に、ソース電源３１よりＲＦアンテナ２４
に１３．５６ＭＨｚで５００ｗの高周波電力を印加する
ことによってプラズマ発生室２２内に誘導結合型プラズ
マを生成して、ＣＦ3 、ＣＦ2 、ＣＦ、及び、Ｆ等の中
性ラジカルを生成する。
【００４５】そして、第１の実施の形態と同様に、プラ
ズマ中で生成した中性ラジカルは、エクストラクタ３３
を介して差動排気した質量分析装置３２内のイオン化室
３４に取り込まれ、電子ビーム発生装置３５において生
成された電子ビームによりイオン化され、イオン化され
た中性ラジカルは、イオンレンズ３６、Ｑポール３７、
及び、エネルギー偏向板３８を介して二次電子増倍管３
９に到達し、二次電子増倍管３９において増幅されて出
力される。
ズマ中で生成した中性ラジカルは、エクストラクタ３３
を介して差動排気した質量分析装置３２内のイオン化室
３４に取り込まれ、電子ビーム発生装置３５において生
成された電子ビームによりイオン化され、イオン化され
た中性ラジカルは、イオンレンズ３６、Ｑポール３７、
及び、エネルギー偏向板３８を介して二次電子増倍管３
９に到達し、二次電子増倍管３９において増幅されて出
力される。
【００４６】一方、プラズマ中で発生したＦ原子、即
ち、Ｆ中性ラジカルは所定波長で発光するので、この発
光を発光分析装置４７を構成する光ファイバ４９を介し
て分光器５０で波長分解したのち、光電子増倍管５１で
増幅して出力を得る。
ち、Ｆ中性ラジカルは所定波長で発光するので、この発
光を発光分析装置４７を構成する光ファイバ４９を介し
て分光器５０で波長分解したのち、光電子増倍管５１で
増幅して出力を得る。
【００４７】この場合、Ｆ原子の密度を正確に測定する
ために、プラズマ中に微量のモニタガス、この場合はＡ
ｒガスを添加し、ＦとＡｒの発光強度比を取ることによ
ってＦ原子の相対密度を求めるアクチノメトリー法を用
いて測定する。
ために、プラズマ中に微量のモニタガス、この場合はＡ
ｒガスを添加し、ＦとＡｒの発光強度比を取ることによ
ってＦ原子の相対密度を求めるアクチノメトリー法を用
いて測定する。
【００４８】そして、処理枚数が１枚目の時は正常なエ
ッチング特性をしていたが、１００枚の被処理基板をエ
ッチングした時点でコンタクトホール内でエッチングが
停止してしまう異常が発生したので、発光分析装置４７
を用いてプラズマ中のＦ原子密度を正確に測定し、この
測定結果と、質量分析装置３２によって測定したＣＦラ
ジカル密度とをコンピュータ５２において比較した場
合、処理枚数が１枚の時に比べてＣＦラジカルとＦ原子
の密度比、即ち、ＣＦ／Ｆ比が約２倍に上昇しているこ
とが判明した。
ッチング特性をしていたが、１００枚の被処理基板をエ
ッチングした時点でコンタクトホール内でエッチングが
停止してしまう異常が発生したので、発光分析装置４７
を用いてプラズマ中のＦ原子密度を正確に測定し、この
測定結果と、質量分析装置３２によって測定したＣＦラ
ジカル密度とをコンピュータ５２において比較した場
合、処理枚数が１枚の時に比べてＣＦラジカルとＦ原子
の密度比、即ち、ＣＦ／Ｆ比が約２倍に上昇しているこ
とが判明した。
【００４９】これは、処理枚数を重ねることによって、
プラズマ発生室２２及びプラズマ処理室２３の内壁に反
応生成物が付着し、ＣＦラジカルの表面損失確率が低下
して、結果的にプラズマ中のＣＦ／Ｆ比が高まるためで
ある。
プラズマ発生室２２及びプラズマ処理室２３の内壁に反
応生成物が付着し、ＣＦラジカルの表面損失確率が低下
して、結果的にプラズマ中のＣＦ／Ｆ比が高まるためで
ある。
【００５０】そこで、放電条件、具体的には反応ガスの
流量を各ガスの流量比は同じにした状態で８４ｓｃｃｍ
から７２ｓｃｃｍに変えることによって、処理枚数が１
枚の時のエッチング特性を再現し、再び、安定で、高精
度のエッチングを行うことができる。
流量を各ガスの流量比は同じにした状態で８４ｓｃｃｍ
から７２ｓｃｃｍに変えることによって、処理枚数が１
枚の時のエッチング特性を再現し、再び、安定で、高精
度のエッチングを行うことができる。
【００５１】なお、この第３の実施の形態においては、
放電条件として反応ガスの流量を変えているが、プラズ
マ処理室２３内の圧力、放電電力等の他の放電条件を変
更することによっても処理枚数が１枚の時のエッチング
特性を再現することができる。
放電条件として反応ガスの流量を変えているが、プラズ
マ処理室２３内の圧力、放電電力等の他の放電条件を変
更することによっても処理枚数が１枚の時のエッチング
特性を再現することができる。
【００５２】また、上記の実施の形態においては、反応
ガスとしてＣＦ4 或いはＣ4 Ｆ8 を用いて説明している
が、この様なガスに限られるものではなく、他のＦとＣ
を含むガス、即ち、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 、或いは、Ｃ3
Ｆ8 等を用いても良いものであり、更に、Ｃｌ等のハロ
ゲン元素を含むガス、或いは、酸素（Ｏ）を含むガスを
用いても良いものである。
ガスとしてＣＦ4 或いはＣ4 Ｆ8 を用いて説明している
が、この様なガスに限られるものではなく、他のＦとＣ
を含むガス、即ち、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 、或いは、Ｃ3
Ｆ8 等を用いても良いものであり、更に、Ｃｌ等のハロ
ゲン元素を含むガス、或いは、酸素（Ｏ）を含むガスを
用いても良いものである。
【００５３】また、上記の実施の形態においては、反応
ガスとしてＣＦ4 或いはＣ4 Ｆ8 を用いているため、中
性ラジカルとしてＣＦラジカルを測定しているが、他の
ガスを用いる場合には、熱解離が問題となる他のラジカ
ル、例えば、Ｃｌ原子、或いは、Ｏ原子等を測定するよ
うにしても良い。
ガスとしてＣＦ4 或いはＣ4 Ｆ8 を用いているため、中
性ラジカルとしてＣＦラジカルを測定しているが、他の
ガスを用いる場合には、熱解離が問題となる他のラジカ
ル、例えば、Ｃｌ原子、或いは、Ｏ原子等を測定するよ
うにしても良い。
【００５４】また、本発明の実施の形態においては、高
周波電力を用いて発生させたプラズマ中における中性ラ
ジカルの測定を行っているが、本発明の技術思想は、マ
イクロ波を用いてプラズマ化する場合にも適用されるも
のである。
周波電力を用いて発生させたプラズマ中における中性ラ
ジカルの測定を行っているが、本発明の技術思想は、マ
イクロ波を用いてプラズマ化する場合にも適用されるも
のである。
【００５５】また、本発明の実施の形態においては、冷
却のために液体窒素を用いているが、液体窒素に限られ
るものでなく、他の冷媒を用いても良いものである。
却のために液体窒素を用いているが、液体窒素に限られ
るものでなく、他の冷媒を用いても良いものである。
【００５６】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ中の中性ラジ
カルを測定する際に、液体窒素冷却シュラウドを用いて
電子ビーム発生装置を冷却しているので、電子ビーム発
生装置内の熱フィラメントによってガス分子が熱解離し
た結果生じるノイズ信号を抑制することができ、したが
って、高いＳ／Ｎ比で測定が可能になり、測定結果に基
づいて高精度のプラズマ処理が可能になる。
カルを測定する際に、液体窒素冷却シュラウドを用いて
電子ビーム発生装置を冷却しているので、電子ビーム発
生装置内の熱フィラメントによってガス分子が熱解離し
た結果生じるノイズ信号を抑制することができ、したが
って、高いＳ／Ｎ比で測定が可能になり、測定結果に基
づいて高精度のプラズマ処理が可能になる。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の中性ラジカル測定
装置の概略的構成の説明図である。
装置の概略的構成の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の中性ラジカル測定
装置の細部の説明図である。
装置の細部の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の測定結果の説明図
である。
である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の中性ラジカル測定
装置の細部の説明図である。
装置の細部の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の測定結果の説明図
である。
である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の中性ラジカル測定
装置を備えたプラズマエッチング装置の概略的構成の説
明図である。
装置を備えたプラズマエッチング装置の概略的構成の説
明図である。
【図８】従来の中性ラジカルの測定結果の説明図であ
る。
る。
１ プラズマ処理室 ２ 質量分析装置 ３ エクストラクタ ４ イオン化室 ５ 電子ビーム発生装置 ６ イオンレンズ ７ Ｑポール ８ エネルギー偏向板 ９ 二次電子増倍管 １０ 排気口 １１ 冷却シュラウド １２ シュラウド正面壁 ２１ プラズマエッチング装置 ２２ プラズマ発生室 ２３ プラズマ処理室 ２４ ＲＦアンテナ ２５ 反応ガス流量制御装置 ２６ 排気口 ２７ ゲートバルブ ２８ ホルダ ２９ 被処理基板 ３０ バイアス電源 ３１ ソース電源 ３２ 質量分析装置 ３３ エクストラクタ ３４ イオン化室 ３５ 電子ビーム発生装置 ３６ イオンレンズ ３７ Ｑポール ３８ エネルギー偏向板 ３９ 二次電子増倍管 ４０ 排気口 ４１ 液体窒素冷却シュラウド ４２ シュラウド正面壁 ４３ フィラメント ４４ 電流源 ４５ バイアス電源 ４６ 液体窒素冷却シュラウド ４７ 発光分析装置 ４８ ビューポート ４９ 光ファイバ ５０ 分光器 ５１ 光電子増倍管 ５２ コンピュータ
Claims (6)
- 【請求項１】 質量分析装置内の電子ビーム発生装置の
周囲に冷却シュラウドを配置し、前記電子ビーム発生装
置におけるガス分子の熱解離を防止するように冷却しな
がら中性ラジカルを測定することを特徴とする中性ラジ
カル測定方法。 - 【請求項２】 上記冷却シュラウドを、上記電子ビーム
発生装置のみを囲うように設けたことを特徴とする請求
項１記載の中性ラジカル測定方法。 - 【請求項３】 上記中性ラジカルが、ＣＦラジカルであ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の中性ラジ
カル測定方法。 - 【請求項４】 質量分析装置内の電子ビーム発生装置の
周囲に冷却シュラウドを配置したことを特徴とする中性
ラジカル測定装置。 - 【請求項５】 上記冷却シュラウドを、上記電子ビーム
発生装置のみを囲うように設けたことを特徴とする請求
項４記載の中性ラジカル測定装置。 - 【請求項６】 請求項４または５記載の中性ラジカル測
定装置を備えたプラズマ処理装置において、プラズマ中
で発生した活性成分の発光に基づいて活性成分の密度を
測定する手段、前記活性成分の密度と前記中性ラジカル
の密度を比較する手段、及び、前記比較する手段の出力
に応じて放電条件を変更する手段を設けたことを特徴と
するプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30244195A JPH09145675A (ja) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | 中性ラジカル測定方法及び中性ラジカル測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30244195A JPH09145675A (ja) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | 中性ラジカル測定方法及び中性ラジカル測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145675A true JPH09145675A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=17908977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30244195A Withdrawn JPH09145675A (ja) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | 中性ラジカル測定方法及び中性ラジカル測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09145675A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049497A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
-
1995
- 1995-11-21 JP JP30244195A patent/JPH09145675A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006049497A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
| JP4522783B2 (ja) * | 2004-08-03 | 2010-08-11 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030204 |