[发明专利]等离子体监测方法和等离子体监测装置

说明书

(本案是2004年4月26日提出的申请号为200910142798.2、发明名称为等离子体监测方法、等离子体监测装置和等离子体处理装置的专利申请的分案申请)

技术领域

本发明涉及一种监测等离子体处理装置等中的容器内的等离子体的技术，尤其是涉及测定等离子体中的电子密度或来自等离子体的发光的等离子体监测方法和装置。

背景技术

在半导体器件或FPD(Flat Panel Display)的制造加工中的蚀刻、堆积、氧化、溅射等处理中，为了在较低温度下使处理气体进行良好的反应，多利用等离子体。通常，在等离子体处理装置中，为了得到高的成品率，必需在基板的被处理面中均匀实施等离子体处理，为此，必需生成等离子体，使等离子体密度、即电子密度以均匀状态分布在处理空间中。因此，在等离子体处理装置的设计阶段或开始阶段，为了把握容器内的处理空间中以何种电子密度的分布来生成等离子体，必需能正确测定等离子体中的电子密度的技术。

近年来，作为这种监测技术，等离子体吸收探针(PAP：Plasma Absorption Probe)法引人注意。该监测法通过用绝缘管覆盖天线探针，不会如兰米尔探针法那样扰乱等离子体电位，并对容器内造成金属污染，所以即使是反应性气体的等离子体也可测量。另外，因为是千兆赫频域的测量，所以即使在绝缘管表面附加感应性堆积膜，也难以受到影响，即使是堆积性气体的等离子体也可测量。

现有的等离子体吸收探针法(例如参照专利文献1、2、3)如图50所示，在容器200的侧壁中设置的贯穿孔200a中可滑动地装配前端关闭的绝缘管202，将具有使前端部的芯线露出数mm的探针部204a的同轴电缆204插入绝缘管202中，并将同轴电缆204的另一端连接于标量(scaler)式网络分析机206上。在容器200内，配置例如连接于高频电源(未图示)上的平行平板型上部电极208和下部电极210，作为等离子体发生机构，在减压下通过向两电极208、210间的间隙空间提供处理气体，生成该处理气体的等离子体pz。在图示的实例中，在下部电极210上装载被处理基板W。在容器侧壁中设置的绝缘管装配用的贯穿孔200a中装配支撑绝缘管202并进行真空密封的O型圈212。

标量网络分析机206边在例如数百MHz至数GHz的频域中进行频率扫描，边向同轴电缆204的探针部204a发送微小电力的电磁波信号(入射波)，并向容器内的等离子体pz放射，根据从等离子体pz反射的电磁波(反射波)的功率量与入射波的电力量之比，求出标量显示的反射系数，取得其频率特性。具体而言，使探针部204a的位置与期望的测定位置一致，首先在断开等离子体生成用的高频电源的同时，停止提供处理气体，在容器200内不存在等离子体pz的状态下，通过网络分析机206取得反射系数的频率特性Γ(f)(S11参数)，并将该测定数据存储在存储器中。接着，在接通高频电源的同时，提供处理气体，在容器200内生成等离子体pz的状态下，通过网络分析机206取得反射系数Γ(pf)的频率特性。另外，在两反射系数比Γ(pf)/Γ(f)的频率特性中，设波形变为极小(最小峰值)处的频率为等离子体吸收频率。并且，将该等离子体吸收频率视为与等离子体中的电子振动数相等，由下式(1)算出电子密度N_e。

N_e＝m_e*ε₀*(1+ε_r)*(2πf_p/e)²

＝0.012*(1+ε_r)*f_p ²[m^-3] ......(1)

这里，m_e为电子密度，ε₀为真空介电常数，ε_r为绝缘管的比介电常数，e为净电荷。

当调查等离子体pz中的电子密度的空间分布时，边向轴向(长方向)推或拉绝缘管202边使探针部204a依次移动到多个测定位置，如上所述，在每个测定位置切换等离子体生成的接通/断开，每次都由标量网络分析机206取得反射系数的频率特性Γ(f)、Γ(pf)，并运算等离子体吸收频率乃至电子密度。通常，在容器200的径向上使探针部204a的位置、即测定位置按期望的间距步进移动，将在各测定位置处求出的电子密度的测定值绘制在曲线上。