專利名稱：等離子體監(jiān)測方法和等離子體監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測等離子體處理裝置等中的容器內(nèi)的等離子體的技術(shù)，尤其是涉及測定等離子體中的電子密度或來自等離子體的發(fā)光的等離子體監(jiān)測方法和裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件或FPD (Flat Panel Display)的制造加工中的蝕刻、堆積、氧化、濺射等處理中，為了在較低溫度下使處理氣體進行良好的反應(yīng)，多利用等離子體。通常，在等離子體處理裝置中，為了得到高的成品率，必需在基板的被處理面中均勻?qū)嵤┑入x子體處理，為此，必需生成等離子體，使等離子體密度、即電子密度以均勻狀態(tài)分布在處理空間中。 因此，在等離子體處理裝置的設(shè)計階段或開始階段，為了把握容器內(nèi)的處理空間中以何種電子密度的分布來生成等離子體，必需能正確測定等離子體中的電子密度的技術(shù)。近年來，作為這種監(jiān)測技術(shù)，等離子體吸收探針(PAP =Plasma Absorption Probe) 法引人注意。該監(jiān)測法通過用絕緣管覆蓋天線探針，不會如蘭米爾探針法那樣擾亂等離子體電位，并對容器內(nèi)造成金屬污染，所以即使是反應(yīng)性氣體的等離子體也可測量。另外，因為是千兆赫頻域的測量，所以即使在絕緣管表面附加感應(yīng)性堆積膜，也難以受到影響，即使是堆積性氣體的等離子體也可測量?，F(xiàn)有的等離子體吸收探針法(例如參照專利文獻1、2、3)如圖50所示，在容器200 的側(cè)壁中設(shè)置的貫穿孔200a中可滑動地裝配前端關(guān)閉的絕緣管202，將具有使前端部的芯線露出數(shù)mm的探針部204a的同軸電纜204插入絕緣管202中，并將同軸電纜204的另一端連接于標(biāo)量(scaler)式網(wǎng)絡(luò)分析機206上。在容器200內(nèi)，配置例如連接于高頻電源(未圖示)上的平行平板型上部電極208和下部電極210，作為等離子體發(fā)生機構(gòu)，在減壓下通過向兩電極208、210間的間隙空間提供處理氣體，生成該處理氣體的等離子體pz。在圖示的實例中，在下部電極210上裝載被處理基板W。在容器側(cè)壁中設(shè)置的絕緣管裝配用的貫穿孔200a中裝配支撐絕緣管202并進行真空密封的0型圈212。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析機206邊在例如數(shù)百MHz至數(shù)GHz的頻域中進行頻率掃描，邊向同軸電纜204的探針部204a發(fā)送微小電力的電磁波信號(入射波)，并向容器內(nèi)的等離子體 pz放射，根據(jù)從等離子體pz反射的電磁波(反射波)的功率量與入射波的電力量之比，求出標(biāo)量顯示的反射系數(shù)，取得其頻率特性。具體而言，使探針部204a的位置與期望的測定位置一致，首先在斷開等離子體生成用的高頻電源的同時，停止提供處理氣體，在容器200 內(nèi)不存在等離子體pz的狀態(tài)下，通過網(wǎng)絡(luò)分析機206取得反射系數(shù)的頻率特性Γ (f) (Sll 參數(shù))，并將該測定數(shù)據(jù)存儲在存儲器中。接著，在接通高頻電源的同時，提供處理氣體，在容器200內(nèi)生成等離子體pz的狀態(tài)下，通過網(wǎng)絡(luò)分析機206取得反射系數(shù)Γ (pf)的頻率特性。另外，在兩反射系數(shù)比Γ (pf)/r (f)的頻率特性中，設(shè)波形變?yōu)闃O小(最小峰值)處的頻率為等離子體吸收頻率。并且，將該等離子體吸收頻率視為與等離子體中的電子振動數(shù) Ρ(=1/2π*/>2 * Ne/me* ε0)相等，由下式⑴算出電子密度隊。Ne = me* ε (1+ ε r) * (2 π fp/e)2= 0· 012*(1+ε r)*fp 2[m_3] ......(1)這里，me為電子密度，ε。為真空介電常數(shù)，、為絕緣管的比介電常數(shù)，e為凈電荷。當(dāng)調(diào)查等離子體PZ中的電子密度的空間分布時，邊向軸向(長方向)推或拉絕緣管202邊使探針部204a依次移動到多個測定位置，如上所述，在每個測定位置切換等離子體生成的接通/斷開，每次都由標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析機206取得反射系數(shù)的頻率特性Γ (f)、 Γ (pf)，并運算等離子體吸收頻率乃至電子密度。通常，在容器200的徑向上使探針部204a 的位置、即測定位置按期望的間距步進移動，將在各測定位置處求出的電子密度的測定值繪制在曲線上。另外，目前，在等離子體處理的裝置開發(fā)、加工開發(fā)或?qū)嵓庸ぶ?，使用了測量加工容器內(nèi)的等離子體發(fā)光的監(jiān)測技術(shù)?，F(xiàn)有的等離子體發(fā)光測量法通過裝配在加工容器側(cè)壁上的窗來測量容器內(nèi)的等離子體發(fā)光。典型的是，使從窗射向外的等離子體光通過分光器或濾光器，取得特定波長的頻譜，測量取出的頻譜的強度或變化等(例如參照專利文獻4)。專利文獻1 特開2000-100598號公報專利文獻2 特開2000-100599號公報專利文獻3 特開2001-196199號公報專利文獻4 特開平10-270417號公報但是，在上述等離子體吸收探針法中，存在以下問題由于反射系數(shù)的頻率特性中的波形的輪廓，較大地影響著等離子體吸收頻率的測定值，因此電子密度的測定值容易產(chǎn)生偏差。即，就反射系數(shù)的頻率特性而言，當(dāng)由前端尖的角狀波形表示吸收峰值(最小峰值)時，可正確測定峰值點的頻率、即等離子體吸收頻率，但當(dāng)用前端圓的寬波形表示吸收峰值(最小峰值)時，峰值點不明確，測定值易產(chǎn)生誤差。這種寬的吸收峰值波形典型地在測定點的等離子體密度(電子密度)低時表示。另外，在高壓力條件下，不能忽視等離子體中的氣體分子沖擊造成的信號電力吸收，噪音(noise)增大，由此難以發(fā)現(xiàn)電子振動引起的真正的電力吸收，S/N降低。另外，在上述現(xiàn)有等離子體吸收探針法中，因為每次改變測定位置都重復(fù)等離子體生成的接通/斷開，所以每個測定位置需要數(shù)分鐘的測定時間。并且，因為是在改變測定位置中使絕緣管202滑動的方式，所以在移動到下一測定位置之前的探針部202a移動乃至定位需要相當(dāng)?shù)臅r間。因此，即使在選擇10處左右的測定點的情況下，全部測定時間也在數(shù)10分鐘以上。若縮短測定點的步距或間隔來詳細(xì)評價等離子體電子密度的空間分布，則必需多個(例如100個以上)的測定點，所以全部測定時間超過數(shù)小時。并且，在詳細(xì)評價等離子體電子密度對等離子體加工的輸入?yún)?shù)(RF電力、壓力、氣體種類、電極間距離、電極結(jié)構(gòu)、容器結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等)的依賴性或相關(guān)性的情況下，會花費相當(dāng)長的測定時間。該問題在具有大口徑容器的300mm直徑晶片或FPD用處理裝置中特別深刻。另外，根據(jù)上述現(xiàn)有等離子體發(fā)光測量法，通過容器側(cè)壁的窗，僅能將容器內(nèi)的等離子體發(fā)光作為平均值測量，不能作為容器內(nèi)的空間分布測量。因此，就不能夠調(diào)查被處理基板中的處理結(jié)果的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于是這種現(xiàn)有技術(shù)的問題而提出的，其目的在于提供一種等離子體監(jiān)測方法、等離子體監(jiān)測裝置和等離子體處理裝置，在任意等離子體條件下，尤其是在低電子密度條件或高壓力條件下，都能高精度測定等離子體中的電子密度。本發(fā)明的另一目的在于提供一種等離子體監(jiān)測方法和等離子體監(jiān)測裝置，可有效地在短時間內(nèi)測定等離子體中的電子密度。本發(fā)明的再一目的在于提供一種等離子體監(jiān)測方法和等離子體監(jiān)測裝置，，保證測定位置的再現(xiàn)性，使探針的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性提高，使對等離子體的影響穩(wěn)定，改善 S/N特性，可對等離子體中的電子密度進行穩(wěn)定且高精度的測定。本發(fā)明的又一目的在于提供一種等離子體監(jiān)測方法和等離子體監(jiān)測裝置，有效防止RF噪音向大氣中或測定器的泄漏，確保人體或測定設(shè)備的安全性。本發(fā)明的又一目的在于提供一種可靠性很高的等離子體監(jiān)測方法和等離子體監(jiān)測裝置，可不擾亂等離子體地測量等離子體發(fā)光，作為容器內(nèi)的空間分布。本發(fā)明的又一目的在于提供一種等離子體監(jiān)測方法和等離子體監(jiān)測裝置，即使在實加工中也可測量等離子體發(fā)光，作為容器內(nèi)的空間分布。本發(fā)明的又一目的在于提供一種等離子體處理裝置，可對基板的被處理面保證等離子體密度的均勻性以及等離子體處理的均勻性。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第一方面的等離子體監(jiān)測方法具有如下工序在存在于規(guī)定空間內(nèi)的等離子體中或其附近設(shè)定的期望監(jiān)測位置處配置天線探針的工序；由上述天線探針放射變頻的電磁波，使之入射到上述等離子體中的工序；接收從上述等離子體反射到上述天線探針的電磁波的工序；根據(jù)上述入射波與上述反射波來測定復(fù)數(shù)表示的反射系數(shù)，并取得該復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部的工序；掃描上述電磁波的頻率，測定上述復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部的值變?yōu)榱愕闹C振頻率的工序；和根據(jù)上述諧振頻率的測定值，算出上述等離子體中的電子密度的工序。另外，根據(jù)本發(fā)明第一方面的等離子體監(jiān)測裝置，具有天線探針，配置在可生成或?qū)氲入x子體的容器壁或室內(nèi)；矢量式反射系數(shù)測定部，邊掃描頻率，邊向上述天線探針發(fā)送各頻率的電磁波，并使之向上述等離子體放射，接收從上述等離子體經(jīng)上述天線探針反射來的反射波，測定復(fù)數(shù)表示的反射系數(shù)；諧振頻率測定部，求出由上述反射系數(shù)測定部取得的上述復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部的值變?yōu)榱愕闹C振頻率的測定值；和電子密度運算部，根據(jù)上述諧振頻率的測定值，算出上述等離子體中的電子密度。在本發(fā)明中，使用矢量式反射系數(shù)測定部，測定復(fù)數(shù)表示的反射系數(shù)，取得復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部。另外，諧振頻率測定部測定復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部變?yōu)榱愕闹C振頻率，根據(jù)諧振頻率的測定值，電子密度運算部算出等離子體中的電子密度。就本發(fā)明而言，通過復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部來監(jiān)測對于電磁波的等離子體電抗的信號傳輸特性，將復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部變?yōu)榱銜r的頻率視為等離子體電抗變?yōu)榇?lián)諧振狀態(tài)后朗道阻尼產(chǎn)生的諧振頻率，根據(jù)該諧振頻率的測定值來求出電子密度的測定值。根據(jù)一優(yōu)選實施方式，通過反射系數(shù)測定部掃描電磁波的頻率，對復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部取得頻率特性，根據(jù)該頻率特性，諧振頻率測定部算出復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部的符號從負(fù)(_)變成正(+)的點、或者從正(+)變化為負(fù)(_)的點的頻率，作為諧振頻率。另外，根據(jù)一優(yōu)選實施方式，在上述被監(jiān)測容器內(nèi)不存在等離子體的狀態(tài)下，掃描電磁波的頻率，對復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部取得第一頻率特性，在上述被監(jiān)測容器內(nèi)存在等離子體的狀態(tài)下，掃描電磁波的頻率，對復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部取得第二頻率特性，根據(jù)第一頻率特性和第二頻率特性求出正規(guī)的頻率特性。根據(jù)該方式，與測定點的數(shù)量無關(guān)，等離子體 0N/0FF的切換時間一次就夠，可大幅度縮短整體的測定時間。本發(fā)明的等離子體處理裝置具有容納被處理體的容器；向上述容器內(nèi)提供規(guī)定氣體的氣體提供部；等離子體發(fā)生部，在上述容器內(nèi)使上述氣體放電，生成對上述被處理體實施期望處理的等離子體；用于使上述容器內(nèi)減壓以維持在期望壓力的排氣部；和本發(fā)明的等離子體監(jiān)測裝置。在這種結(jié)構(gòu)中，通過使用本發(fā)明的等離子體監(jiān)測裝置，可正確監(jiān)測容器內(nèi)的等離子體密度的狀態(tài)以及等離子體加工的狀況，使等離子體處理的品質(zhì)提高。在本發(fā)明的等離子體處理裝置中，根據(jù)一優(yōu)選實施方式，設(shè)置監(jiān)測部，根據(jù)等離子體電子密度測定裝置取得的電子密度的測定值，監(jiān)測容器內(nèi)的等離子體處理的狀態(tài)。更優(yōu)選具備加工控制部，控制操縱等離子體處理的加工參數(shù)中的至少一個，以將電子密度的測定值維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。另外，作為一優(yōu)選實施方式，具備老化(seasoning)控制部，對容器的清洗或部件交換后的加工條件，根據(jù)等離子體監(jiān)測裝置得到的電子密度的測定值隨時間變化的特性來完成老化。根據(jù)一優(yōu)選實施方式，老化控制部對于改換并搬入容器內(nèi)的接受等離子體處理的各偽基板，求出在等離子體處理期間中隨時間變化的電子密度的測定值的代表點，當(dāng)在前后的偽基板之間代表點穩(wěn)定在實質(zhì)的恒定值時，完成老化，將搬入容器中的基板從偽基板切換成正規(guī)的被處理基板。另外，作為一優(yōu)選實施方式，可采用將等離子體電子密度測定裝置的天線探針裝配在容器壁上的結(jié)構(gòu)、裝配在用于生成等離子體的電極上的結(jié)構(gòu)、或裝配在載放被處理體的載放臺上的結(jié)構(gòu)。另外，作為一優(yōu)選實施方式，最好具備選擇器開關(guān)，從配置在不同部位的多個天線探針中任選一個，將其電連接于上述反射系數(shù)測定部上。通過由該選擇器開關(guān)將多個天線探針以分時方式依次電連接于反射系數(shù)測定部上，可用一臺測量器高效實現(xiàn)多個監(jiān)測位置的同時測定。根據(jù)本發(fā)明第二方面的等離子體監(jiān)測方法，具有如下工序在存在于規(guī)定空間內(nèi)的等離子體中或其附近設(shè)定的期望監(jiān)測位置處配置天線探針的工序；由上述天線探針放射變頻的電磁波，使之入射到上述等離子體中的工序；接收從上述等離子體反射到上述天線探針的電磁波的工序；測定上述入射波與上述反射波的相位差的工序；掃描上述電磁波的頻率，測定上述相位差變?yōu)榱愕闹C振頻率的工序；和根據(jù)上述諧振頻率的測定值，算出上述等離子體中的電子密度的工序。根據(jù)本發(fā)明第二方面的等離子體監(jiān)測裝置具有天線探針，配置在可生成或?qū)氲入x子體的容器壁或室內(nèi)；相位差測定部，邊掃描頻率，邊向上述天線探針發(fā)送各頻率的電磁波，并使之向上述等離子體放射，接收從上述等離子體經(jīng)上述天線探針反射來的反射波，測定入射波與反射波的相位差；諧振頻率測定部，求出由上述相位差測定部取得的上述相位差取零值的諧振頻率的測定值；和電子密度運算部，根據(jù)上述諧振頻率的測定值，算出上述等離子體中的電子密度。在根據(jù)上述第二方面的等離子體監(jiān)測方法或裝置中，相位差測定部測定的入射波與反射波的相位差的符號對應(yīng)于復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部的符號，相位差變?yōu)榱愕念l率為復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部變?yōu)榱愕念l率、即諧振頻率。因此，也可從根據(jù)相位差算出的諧振頻率求出高精度的電子密度的測定值。根據(jù)本發(fā)明第三方面的等離子體監(jiān)測方法，具有如下工序在可生成或?qū)氲入x子體的容器室內(nèi)插入并裝配絕緣管的工序；將具有使前端部的芯線露出的探針部的同軸電纜插入上述絕緣管的管內(nèi)的工序；在上述容器內(nèi)不存在等離子體的狀態(tài)下，對從上述絕緣管內(nèi)的上述探針部放出的電磁波的反射系數(shù)取得第一頻率特性的工序；在上述容器內(nèi)存在等離子體的狀態(tài)下，對從上述絕緣管內(nèi)的上述探針部放出的電磁波的反射系數(shù)取得第二頻率特性的工序；和根據(jù)上述第一頻率特性和上述第二頻率特性，求出等離子體吸收頻率的測定值的工序。根據(jù)本發(fā)明第三方面的等離子體監(jiān)測裝置具有絕緣管，插入并裝配在可生成或?qū)氲入x子體的容器室內(nèi)；同軸電纜，具有使前端部的芯線露出的探針部，從上述絕緣管的一端插入管內(nèi)；致動器，使上述同軸電纜相對上述絕緣管沿軸向移動；標(biāo)量式反射系數(shù)測定部，邊掃描頻率，邊以一定功率向上述同軸電纜的探針部發(fā)送各頻率的電磁波信號，并放出到周圍的空間中，根據(jù)經(jīng)上述探針部反射來的信號電平來測定每個頻率的反射系數(shù)，并求出反射系數(shù)的頻率特性；和測定運算部件，對由上述探針部的位置提供的期望的測定位置，根據(jù)在上述容器內(nèi)不存在等離子體的狀態(tài)下由上述反射系數(shù)測定部得到的第一頻率特性、和在上述容器內(nèi)存在等離子體的狀態(tài)下由上述反射系數(shù)測定部得到的第二頻率特性， 求出等離子體吸收頻率的測定值。在根據(jù)上述第三方面的等離子體監(jiān)測方法或裝置中，通過分別統(tǒng)一進行容器內(nèi)不存在等離子體的狀態(tài)(OFF狀態(tài))下的反射系數(shù)的測定與容器內(nèi)存在或生成等離子體的狀態(tài)(ON狀態(tài))下的反射系數(shù)的測定，與測定點的數(shù)量無關(guān)，等離子體0N/0FF的切換時間一次就夠，可縮短整體的測定時間。根據(jù)上述第三方面的一優(yōu)選實施方式，在容器內(nèi)不存在等離子體的狀態(tài)下，使同軸電纜沿軸向相對絕緣管移動，在多個測定位置上分別取得第一頻率特性，在容器內(nèi)存在等離子體的狀態(tài)下，使同軸電纜沿軸向相對絕緣管移動，在這些多個測定位置上分別取得第二頻率特性，對于這些多個測定位置，根據(jù)第一頻率特性與上述第二頻率特性來求出等離子體吸收頻率的測定值。此時，優(yōu)選使探針部依次定位在多個測定位置上，在每個測定位置處對從探針部放出的電磁波的反射系數(shù)取得第一或第二頻率特性。在本實施方式中，在等離子體OFF狀態(tài)或等離子體ON狀態(tài)下，在短的間歇時間內(nèi)依次使探針部定位在各測定位置上，在短時間中可對全部測定位置取得反射系數(shù)的測定數(shù)據(jù)。優(yōu)選，使用致動器，使同軸電纜向從絕緣管拔出的方向移動，使探針部依次定位在這些多個測定位置上。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施方式，在容器側(cè)壁中設(shè)置的第一支撐部與第二支撐部之間架設(shè)容納帶探針部的同軸電纜的絕緣管。此時，優(yōu)選第一和第二支撐部至少一個由貫穿孔形成。另外，由0型圈將絕緣管氣密地固定裝配在貫穿孔中。
根據(jù)這種架橋型絕緣管裝配結(jié)構(gòu)，因為絕緣管由容器壁面的兩個部位(第一和第二支撐部)支撐，所以不會因為探針定位的操作而搖晃或因自身重量而彎曲。從而，可使探針部迅速且正確地定位在期望的測定位置，同時，可位于一定的線上，可保證測定位置的再現(xiàn)性。另外，在探針定位時，可以使同軸電纜相對固定在容器中的絕緣管沿軸向移動，因為絕緣管不與支撐部磨擦，所以支撐部不會損傷惡化。因此，探針機構(gòu)的穩(wěn)定性提高，消耗品成本也改善。并且，因為探針機構(gòu)對等離子體的影響(擾亂)與測定位置無關(guān)而為恒定的， 所以測定精度的可靠性也高。另外，從同軸電纜的探針部看到的絕緣管在哪個測定位置上都是恒定或一樣的同軸管結(jié)構(gòu)，從探針部振蕩的電磁波與等離子體的耦合是恒定的，所以不容易產(chǎn)生噪音，可保證精度和再現(xiàn)性高的測量。當(dāng)然，也可是實質(zhì)僅由一個部位的支撐部將絕緣管裝配在容器內(nèi)的單支撐梁式的絕緣管裝配結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，優(yōu)選經(jīng)容器將同軸電纜的外部導(dǎo)體電連接于地電位。裝置上設(shè)置將一端部連接于容器的地電位部分、將另一端部與同軸電纜的外部導(dǎo)體連接的接地用導(dǎo)體。 根據(jù)這種方法或結(jié)構(gòu)，有效防止RF噪音向大氣或測定器的泄漏，確保人體或測量設(shè)備的安全性，同時可避免氣體檢測機等外圍電子設(shè)備的誤操作。另外，優(yōu)選在比從容器的地電位部分延伸的接地用導(dǎo)體與同軸電纜的外部導(dǎo)體接觸的位置更靠近探針部側(cè)的位置上，通過電磁感應(yīng)將噪音信號(典型地是在外部導(dǎo)體中傳播的駐波引起的噪音信號)吸收到電磁波吸收體中。電磁波吸收體的優(yōu)選實施方式是沿軸向安裝在同軸電纜上的一個或多個珠狀鐵氧體部件。根據(jù)這種方法或結(jié)構(gòu)，例如即使在同軸電纜的外部導(dǎo)體(接地部)中產(chǎn)生駐波噪音等噪音，也可通過電磁波吸收體來有效吸收并去除噪音。另外，優(yōu)選經(jīng)形成于絕緣管另一端的開口在絕緣管中流過冷卻用氣體。裝置中，將絕緣管的另一端開口，在該開口上連接用于流過冷卻用氣體的冷卻機構(gòu)。根據(jù)這種方法或結(jié)構(gòu)，因為可有效冷卻絕緣管內(nèi)的同軸電纜，所以可防止探針部周圍的熱膨脹或熱損傷，使耐久性提高。根據(jù)本發(fā)明第四方面的等離子體監(jiān)測方法，具有如下工序?qū)⑼该鞯慕^緣管插入并裝配在可生成或?qū)氲入x子體的容器室內(nèi)的工序；將前端具有感光面的棒狀光傳輸探針插入上述絕緣管的管內(nèi)的工序；和通過上述絕緣管使從上述容器內(nèi)的等離子體發(fā)出的光入射到上述探針的感光面，根據(jù)從上述探針另一端面放射的光，測量來自上述等離子體的發(fā)光的工序。另外，根據(jù)本發(fā)明第四方面的等離子體監(jiān)測裝置，具有透明絕緣管，插入并裝配在可生成或?qū)氲入x子體的容器室內(nèi)；棒狀光傳輸探針，前端具有感光面、從上述絕緣管的一端插入管內(nèi)；和測量部，根據(jù)從上述探針另一端面放射的光，測量來自上述等離子體的發(fā)光。在本發(fā)明的等離子體發(fā)光監(jiān)測法中，在容器內(nèi)插入絕緣管，在該絕緣管中使棒狀光傳輸探針沿軸向移動，在軸向的任意測定位置，由探針前端的感光面來采集來自等離子體的發(fā)光，將采集到的等離子體光傳送到測量部，測量部對各測定位置的等離子體發(fā)光求出規(guī)定的特性或?qū)傩?例如規(guī)定波長或頻譜強度)的測定值。這里，即使絕緣管和探針為非金屬，插入容器內(nèi)的等離子體區(qū)域中，也不會擾亂等離子體，可對等離子體發(fā)光進行可靠性和測定精度高的空間分布測量。
作為本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式，優(yōu)選使探針在絕緣管中沿軸向(優(yōu)選是容器直徑方向)移動，測量等離子體光，作為軸向上的空間分布。此時，可以使探針的軸向與容器的徑向一致。或者，使探針與絕緣管一體沿高度方向移動，測量等離子體光，作為高度方向上的空間分布。在本發(fā)明中，探針可以由石英或藍(lán)寶石構(gòu)成，但為了抑制來自側(cè)面的散射光，優(yōu)選是具有由石英或藍(lán)寶石構(gòu)成的芯體、和包圍該芯體周圍的包層的二重結(jié)構(gòu)，優(yōu)選是具有遮光性的被膜的結(jié)構(gòu)。另外，優(yōu)選探針是具有收束成一體的多條光纖、和包圍這些光纖的周圍的例如由聚酰亞胺構(gòu)成的耐熱性非金屬部件的結(jié)構(gòu)。另外，為了提高探針的采光功能、尤其是指向性，優(yōu)選在探針的前端部將來自期望角度的等離子體光入射到反射鏡，使由該反射鏡反射的等離子體光入射到探針的感光面。 更優(yōu)選在探針的前端部設(shè)置包圍感光面與反射鏡的遮光部件，使來自期望角度的等離子體光通過形成于遮光部件中的窗入射到反射鏡。反射鏡的反射面優(yōu)選由對紫外線至紅外線具有一定的高的反射率的鋁構(gòu)成。另外，優(yōu)選斜切探針的一個端部，使探針的感光面的法線相對軸向向窗側(cè)僅傾斜規(guī)定角度，即使來自前方的不期望的光入射到探針的采光部，也以比光纖束的數(shù)值孔徑大的角度入射到光纖束。在本發(fā)明中，透明絕緣管的材質(zhì)優(yōu)選是波長透過性好、耐熱性和耐腐蝕性好的石英或藍(lán)寶石。另外，為了穩(wěn)定且高速進行探針的掃描，優(yōu)選是在相對設(shè)置在容器側(cè)壁中的第一支撐部與第二支撐部之間實質(zhì)架設(shè)絕緣管的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明第五方面的等離子體發(fā)光測量方法在可生成或?qū)氲入x子體的容器側(cè)壁上設(shè)置可開閉的開口部；將上述開口部設(shè)為開狀態(tài)，將前端具有感光面的棒狀光傳輸探針在減壓空間中從上述開口部插入上述容器內(nèi)；和根據(jù)從上述探針另一端面放射的光， 測量來自上述等離子體的發(fā)光。另外，根據(jù)本發(fā)明第五方面的等離子體發(fā)光測量裝置具有設(shè)置在可生成或?qū)氲入x子體的容器側(cè)壁上的可開閉的開口部；棒狀光傳播探針，前端具有感光面，在減壓空間中從開狀態(tài)的上述開口部插入上述容器內(nèi)；和測量部，根據(jù)從上述探針另一端面放射的光， 測量來自上述等離子體的發(fā)光。在該方式下，將容器側(cè)壁的開口部設(shè)為開狀態(tài)，從該開口部將探針插入容器內(nèi)，使之沿軸向(優(yōu)選是容器徑向)移動，將由探針前端的感光面采集的等離子體光傳輸?shù)綔y量部，測量部對各測定位置的等離子體發(fā)光求出規(guī)定的特性或?qū)傩?例如規(guī)定波長或頻譜強度)的測定值。優(yōu)選是，求出等離子體光相對探針的移動距離的變化量，測量等離子體光， 作為在探針軸向上的容器內(nèi)的空間分布。探針優(yōu)選具有由石英或藍(lán)寶石構(gòu)成芯體、和包圍該芯體周圍的包層。為了在容器外繞探針形成減壓空間，優(yōu)選設(shè)置可沿容器徑向伸縮的波紋管 (bellows)，由排氣部將該波紋管的內(nèi)部空間排氣。另外，優(yōu)選在容器外將探針加熱到適當(dāng)溫度，使探針曝露在容器內(nèi)的等離子體區(qū)域時，反應(yīng)生成物(沉淀)不會附著。該方式下，由于探針為非金屬，所以不僅不會擾亂等離子體，而且由于可在短時間內(nèi)高速進行探針掃描，所以基本上不會對加工結(jié)果產(chǎn)生影響，加工開發(fā)當(dāng)然也可適用于實加工。
在本發(fā)明的等離子體發(fā)光監(jiān)測法中，優(yōu)選在使探針沿軸向移動中使用致動器，可通過致動器的直進驅(qū)動力來進行穩(wěn)定且高速的探針掃描。另外，在本發(fā)明的測量處理中，優(yōu)選由分光部(分光器或濾光器)從由探針的另一端面放射的光中取出規(guī)定波長的頻譜，測定該頻譜的強度。另外，優(yōu)選通過光纖束將從探針的另一端面放射的光提供給測量部，從而可以以剛好與將光纖束的感光面放入容器內(nèi)的情況相等或等效的指向性來采樣等離子體發(fā)光。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過上述結(jié)構(gòu)和作用，在任意等離子體條件下，尤其是在低電子密度條件或高壓力條件下，也可正確且高精度地測定等離子體中的電子密度。另外，可根據(jù)可靠性高的電子密度測定值來使等離子體密度的均勻性或等離子體處理的品質(zhì)提高。另外，還可高效地在短時間內(nèi)測定等離子體諧振頻率或電子密度。另外，保證測定位置的再現(xiàn)性，使探針結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性提高，使對等離子體的影響穩(wěn)定化，或消除對等離子體的影響， 發(fā)送S/N特性，可對等離子體諧振頻率或電子密度進行穩(wěn)定且高精度的測定。另外，可不擾亂等離子體地以高的可靠性或精度來測量等離子體發(fā)光，作為容器內(nèi)的空間分布。并且， 可對基板的被處理面保證等離子體密度的均勻性以及等離子體處理的均勻性，使成品率提尚ο


圖1是表示適用本發(fā)明實施方式1的等離子體電子密度測定方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示實施方式的探針結(jié)構(gòu)主要部分的局部擴大截面圖。圖3是表示實施方式的測定部中的矢量網(wǎng)絡(luò)分析器和測量控制部的主要部分的結(jié)構(gòu)框圖。圖4是示意表示實施方式的第一統(tǒng)一測定工序的一狀態(tài)的圖。圖5是示意表示實施方式的第二統(tǒng)一測定工序的一狀態(tài)的圖。圖6是表示由本發(fā)明的等離子體諧振探針法得到的復(fù)數(shù)反射系數(shù)的絕對值、實部和虛部的頻率特性(實驗數(shù)據(jù))的圖。圖7A是表示由本發(fā)明的等離子體諧振探針法得到的電子密度測定靈敏度的一例 (實驗數(shù)據(jù))的圖。圖7B是表示由本發(fā)明的等離子體諧振探針法得到的電子密度測定靈敏度的一例 (實驗數(shù)據(jù))的圖。圖8是將本發(fā)明所得的電子密度的測定值數(shù)據(jù)與由等離子體吸收探針法得到的電子密度的測定值數(shù)據(jù)相對比的圖。圖9是表示在較低的壓力條件(15mT0rr)下得到的復(fù)數(shù)反射系數(shù)的頻率特性(實驗數(shù)據(jù))的圖。圖10是表示在高壓力條件(SOOmTorr)下得到的復(fù)數(shù)反射系數(shù)的頻率特性(實驗數(shù)據(jù))的圖。圖11是表示在高壓力條件(1600mTOrr)下得到的復(fù)數(shù)反射系數(shù)的頻率特性(實驗數(shù)據(jù))的圖。
圖12是表示通過本發(fā)明在高壓力條件(2000mTorr)下得到的電子密度分布特性一例(實驗數(shù)據(jù))的圖。圖13是表示適用本發(fā)明另一實施方式的等離子體電子密度測定裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖14A是表示可在圖13的實施方式中使用的探針構(gòu)件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。圖14B是表示可在圖13的實施方式中使用的探針構(gòu)件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。圖15是表示可在圖13的實施方式中使用的探針部的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖16是表示適用本發(fā)明再一實施方式的等離子體電子密度測定裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖17是表示在老化的蝕刻周期中在晶片上的各位置處蝕刻速率逐漸減少并穩(wěn)定化狀態(tài)的一例的圖。圖18是表示老化的蝕刻周期中蝕刻速率的平均值與電子密度的時間變動的圖。圖19是表示適用本發(fā)明實施方式2的等離子體監(jiān)測方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖20是表示實施方式中的等離子體監(jiān)測的大的步驟的流程圖。圖21是表示實施方式2的等離子體監(jiān)測中的第一統(tǒng)一測定工序的詳細(xì)步驟的流程圖。圖22是表示實施方式2的等離子體監(jiān)測中的第二統(tǒng)一測定工序的詳細(xì)步驟的流程圖。圖23是將實施方式2中得到的電子密度的空間分布特性一例(實施例)與比較例相對比的曲線圖。圖24是表示一實施例的噪音峰值的頻率特性的曲線圖。圖25是表示一實施例的取決于探針插入長度的駐波噪音的峰值頻率的實測值與計算值的曲線圖。圖26A是表示一實施例的電磁波吸收體的噪音吸收效果的頻率特性的曲線圖。圖26B是表示一實施例的電磁波吸收體的噪音吸收效果的頻率特性的曲線圖。圖27是表示一實施例的電磁波吸收體的噪音吸收效果的反射頻率特性的曲線圖。
圖28是表示一實施例的電磁波吸收體的增強引起的信號增加的效果的頻率特性的曲線圖。圖29是表示一實施例的電子密度的空間分布特性的曲線圖。圖30是表示一實施例的電子密度的空間分布特性的曲線圖。圖31是表示一實施例的電子密度的空間分布特性的曲線圖。圖32是表示適用本發(fā)明實施方式3的等離子體發(fā)光測量方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖33是表示實施方式3的探針主要部分的結(jié)構(gòu)與作用的局部擴大截面圖。圖34A是表示另一實施例的探針結(jié)構(gòu)的局部擴大截面圖。圖34B是表示另一實施例的探針結(jié)構(gòu)的局部擴大截面圖。圖35是示意表示實施方式3中的探針與光纖束的作用的圖。
圖36是表示一實施例的探針的結(jié)構(gòu)和作用的局部擴大截面圖。圖37是表示實施方式3中探針?biāo)玫氖舻恼凵渎逝c切割角的關(guān)系曲線。圖38A是表示實施方式3中蝕刻速率的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性一例的圖。圖38B是表示實施方式3中蝕刻速率的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性一例的圖。圖39A是表示實施方式3中蝕刻速率的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性一例的圖。圖39B是表示實施方式3中蝕刻速率的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性一例的圖。圖40A是表示實施方式3中蝕刻速率的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性一例的圖。圖40B是表示實施方式3中蝕刻速率的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性一例的圖。圖41是表示適用另一實施例的等離子體發(fā)光測量方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖42是表示圖41的等離子體處理裝置中等離子體分光測量時的狀態(tài)圖。圖43是表示圖41的等離子體發(fā)光測量裝置的作用的圖。圖44是表示另一實施例的等離子體發(fā)光測量方法的圖。圖45是表示一變形例的光傳輸探針的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。圖46是表示一變形例的光傳輸探針的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。圖47是表示一變形例的光傳輸探針的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。圖48是表示基于本發(fā)明的等離子體發(fā)光測量方法的容器內(nèi)異常放電監(jiān)測功能的實驗結(jié)果的曲線圖。
圖49是表示基于本發(fā)明的等離子體諧振探針法的容器內(nèi)異常放電監(jiān)測功能的實驗結(jié)果的曲線圖。圖50是說明現(xiàn)有等離子體吸收探針法的圖。
具體實施例方式下面，參照圖1 圖49來說明本發(fā)明的最佳實施方式。(實施方式1)根據(jù)圖1 圖18來說明本發(fā)明的第一實施方式。圖1和圖2中示出適用第一實施方式的等離子體電子密度測定方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。該等離子體處理裝置是電容耦合型的平行平板等離子體處理裝置。該等離子體處理裝置的容器10例如由鋁構(gòu)成，構(gòu)成為圓筒形狀的可密閉的處理室。在容器10的底部經(jīng)絕緣板12配置例如鋁構(gòu)成的支撐臺14，在該支撐臺14上設(shè)置例如鋁構(gòu)成的基座16?；?6構(gòu)成下部電極，其上載放被處理基板、例如半導(dǎo)體晶片W。在基座16上經(jīng)未圖示的匹配器電連接提供用于引入離子的高頻電力的高頻電源 18，同時，電連接用于使后述的來自上部電極側(cè)的高頻波通過的高通濾波器(HPF) 22。在基座16的上面可以覆蓋例如由靜電吸引力來固定保持基板W的靜電卡盤(未圖示)。另外， 在基座16或支撐臺14的內(nèi)部也可以設(shè)置用于溫度控制的冷卻或加熱裝置(未圖示)。在基座16的上方與該基座平行相對設(shè)置上部電極24。該上部電極24經(jīng)圓筒狀絕緣材料25支撐在容器10上，具有配有多個氣體噴出孔26的例如由氧化鋁等陶瓷構(gòu)成的下面電極板28、和支撐該電極板28的導(dǎo)電材料、例如氧化鋁膜處理表面的鋁構(gòu)成的電極支撐體30。在電極板28與電極支撐體30的內(nèi)側(cè)形成緩沖室，在該緩沖室的上面中心部設(shè)置氣體導(dǎo)入口 32。在氣體導(dǎo)入口 32上連接來自處理氣體供給部34的氣體供給配管36。經(jīng)未圖示的匹配器在上部電極24上電連接提供等離子體生成用高頻電力的高頻電源38，同時， 電連接用于通過來自基座(下部電極)16側(cè)的高頻波的低通濾波器(LPF)42。在容器10的底部設(shè)置排氣口 44，在該排氣口 44上經(jīng)排氣管連接排氣裝置46。該排氣裝置46具有渦輪分子泵等真空泵，將容器10內(nèi)的處理空間減壓至期望的真空度。另外，在容器10的側(cè)壁上設(shè)置用于出入基板W的帶有開閉機構(gòu)例如閘閥的基板出入口(未圖示)。用地線等將容器10接地。在該等離子體處理裝置中，當(dāng)對基座16上的基板W實施等離子體處理時，在主控制部20的控制下，從處理氣體供給部34以規(guī)定的流量向容器10內(nèi)導(dǎo)入期望的處理氣體， 通過排氣裝置46將容器10內(nèi)的壓力達到設(shè)定值。并且，分別以規(guī)定的電力將來自高頻電源18的規(guī)定頻率(例如2MHz)的高頻波和來自高頻電源38的規(guī)定頻率(例如60MHz)的高頻波施加于基座(下部電極)16、上部電極24上。從上部電極24的帶多孔電極板或噴頭28噴出的處理氣體在電極間的輝光放電中等離子體化，由該等離子體PZ中的原子團或離子等對基板W進行等離子體處理。另外，將基座(下部電極)16與上部電極24的距離間隔設(shè)定在例如10 60mm左右。本實施方式的等離子體電子密度測定裝置具有固定裝配在容器10中的圓筒狀絕緣管50 ；具有使前端部的芯線露出的探針部(天線探針)52a、且可從絕緣管50的一端 (圖1的左端)滑動插入管內(nèi)的同軸電纜52 ；經(jīng)同軸電纜52對容器10內(nèi)生成的等離子體 PZ測定等離子體諧振頻率或電子密度的測定部54 ；和使同軸電纜52沿軸向移動的線性致動器56。絕緣管50由例如石英管構(gòu)成，比容器10的外徑尺寸稍長，筆直(直線狀)形成， 兩端開口。如圖1所示，在基座(下部電極)16與上部電極24的中間高度位置，在容器10 的側(cè)壁中形成相對的一對貫穿孔10a，作為支撐部或測量端口，絕緣管50貫穿這些貫穿孔 IOa大致水平地架設(shè)在容器10的室內(nèi)。各貫穿孔IOa中氣密地裝有、也就是用于真空密封固定絕緣管50的0型圈58。同軸電纜52如圖2所示，由剛體的半硬性電纜構(gòu)成，具有例如鋁構(gòu)成的芯線(內(nèi)部導(dǎo)體)52a、由不銹鋼管構(gòu)成的外部導(dǎo)體52b、和由特氟綸(登錄商標(biāo))構(gòu)成的絕緣材料 52c，使前端部的芯線52a露出數(shù)mm左右來作為探針部。同軸電纜52的基端部側(cè)以SMA插頭60的形態(tài)連接于測定部54(圖1)。另外，同軸電纜52從絕緣管50露出的部分的外部導(dǎo)體(GND部)52b經(jīng)接地用導(dǎo)體62電連接于地電位的容器10的側(cè)壁上。接地用導(dǎo)體62如圖2所示，由基端部固定在例如裝配固定絕緣管50用的導(dǎo)電性法蘭部件64上、前端部可滑動地接觸同軸電纜52的外部導(dǎo)體52b上的多個導(dǎo)電性彈簧部件構(gòu)成，這些導(dǎo)電性彈簧部件可以從上下、左右或四方以一定位置彈性夾持同軸電纜52?；蛘撸部墒褂脤?dǎo)電線來代替彈簧部件，用夾子等將導(dǎo)線的前端連接于同軸電纜52的外部導(dǎo)體52b上。無論采取何種方法，優(yōu)選在接地用導(dǎo)體62—旦變?yōu)殚_放(釋放)的狀態(tài)下，將同軸電纜52插入絕緣管50中，使同軸電纜52沿從絕緣管50拔出的方向移動，從而使探針部52a定位在期望的位置(測定位置)上。接近接地用導(dǎo)體62，在其內(nèi)側(cè)、即探針部52a側(cè)的位置處設(shè)置電磁波吸收體，以吸收在同軸電纜52的外部導(dǎo)體52b上產(chǎn)生的駐波的噪音信號。在本實施方式中，如圖2所示，在絕緣性圓筒狀保持體65中，同軸電纜52通過其中，在保持體65內(nèi)側(cè)沿軸向直列裝配 1個或多個珠形鐵氧體部件66。圖1中，測定部54具有作為測量器主體的矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68、SMA接口用RF限制器70、高通濾波器(HPF) 72、和進行測量用控制和運算處理的測量控制部74。矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68及測量控制部74的結(jié)構(gòu)和作用以后詳細(xì)說明。線性致動器56具有結(jié)合在同軸電纜52的基端部的滑塊部76、和使該滑塊部76沿同軸電纜52的軸向直進移動的滾珠絲杠機構(gòu)78。滾珠絲杠機構(gòu)78的驅(qū)動源使用例如伺服電機(未圖示)，在可動范圍內(nèi)將滑塊部76定位在任意位置。在絕緣管50的另一端(圖1的右端)連接來自冷卻氣體供給部80的配管82。冷卻氣體供給部80具有例如送風(fēng)機或泵，它使冷卻用氣體例如空氣經(jīng)配管82流入絕緣管50。 從絕緣管50的右端導(dǎo)入的空氣向相反側(cè)(左側(cè))流入管內(nèi)，從接地用導(dǎo)體62的間隙穿過到大氣。這樣，通過在絕緣管50中沿軸向貫穿流過空氣，有效冷卻同軸電纜52、尤其是探針部52a周圍。優(yōu)選冷卻氣體供給部80供給調(diào)溫后的冷卻氣體?；蛘?，也可將冷卻氣體供給部80構(gòu)成為空氣吸引型，在絕緣管50中從左側(cè)向右側(cè)流過空氣。圖3中示出測定部54中的矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68和測量控制部74的主要部分的結(jié)構(gòu)。矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68具有反射系數(shù)測定部84，進行用于測定復(fù)數(shù)表示的反射系數(shù) (復(fù)數(shù)反射系數(shù))的信號收發(fā)信和信號處理；緩沖存儲器86，用于暫時存儲暫定的反射系數(shù)測定值數(shù)據(jù)(頻率特性)；以及實部存儲器88、虛部存儲器90，將正式(最終結(jié)果)的反射系數(shù)測定值Γ的數(shù)據(jù)(頻率特性)分開成實部與虛部^而存儲。反射系數(shù)測定部 84包含頻率掃描方式的高頻電源、入射波檢測用和反射波檢測用方向性耦合器、復(fù)數(shù)反射系數(shù)測定電路等。復(fù)數(shù)反射系數(shù)測定電路可以例如由振幅比測定電路和相位差測定電路等構(gòu)成。標(biāo)量式網(wǎng)絡(luò)分析器是以標(biāo)量(scalar)表示，根據(jù)入射波和反射波各自的功率(標(biāo)量)比，取得反射系數(shù)的測定值；與其相對，本實施方式中的矢量式網(wǎng)絡(luò)分析器68是以復(fù)數(shù)表示，根據(jù)入射波和反射波各自的電壓Vin, Vre或電流Iin, Ire(矢量)的比(Vre/Vin, Ire/Iin)， 取得反射系數(shù)Γ (T^jTi)的測定值。這里，虛部q根據(jù)頻率來取正或負(fù)號。測量控制部74具有諧振頻率讀取部92，從矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68的虛部存儲器90 中取入復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部Fi的測定值數(shù)據(jù)(頻率特性)，將零交叉點的頻率作為諧振頻率 fp讀?。浑娮用芏冗\算部94，根據(jù)該諧振頻率讀取部92算出的諧振頻率fp，從規(guī)定的運算式求出電子密度Ne的測定值；數(shù)據(jù)的輸出部96，輸出電子密度測定值Ne ；和順序控制部98， 控制測量的順序。這里，說明本實施方式的等離子體電子密度測定裝置中針對容器10內(nèi)的等離子體PZ測定徑向上的任意位置的電子密度的方法。在本實施方式中，在測定部54的計數(shù)控制部74(尤其是順序控制部98)的控制下，如下進行等離子體電子密度測定。首先，通過線性致動器56使同軸電纜52在絕緣管50 內(nèi)沿軸向(優(yōu)選拔出方向)移動，使探針部52a定位在期望的測定位置hk上。之后，矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68經(jīng)RF限制器70、HPF72、同軸電纜52和探針部52a，取得該測定位置hk的復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的測定值(頻率特性)。此時，為了標(biāo)準(zhǔn)化，作為第一測量工序，如圖4所示，在容器10內(nèi)不存在等離子體PZ的等離子體OFF狀態(tài)下，取得復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的頻率特性(第一頻率特性Γ (f))。之后，作為第二測量工序，如圖5所示，在容器10內(nèi)存在等離子體PZ的等離子體ON狀態(tài)下，取得復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的頻率特性(第二頻率特性Γ (pf))。在第一和第二各測定工序中，網(wǎng)絡(luò)分析器68的反射計數(shù)測定部84邊例如在數(shù)百 MHz到數(shù)GHz的頻域內(nèi)進行頻率掃描，邊在各頻率下將ImW左右的電磁波信號(入射波)發(fā)送到同軸電纜52的探針部52a，使之(主要是從探針部52a看是沿半徑方向)放射到周圍的空間中，入射到其附近的等離子體PZ。另外，接收從等離子體PZ返回探針部52a的電磁波、即反射波，經(jīng)方向性耦合器，由復(fù)數(shù)反射系數(shù)測定電路使入射波與反射波匹配，取得復(fù)數(shù)表示的反射系數(shù)Γ (Γ ^jri)的測定值。接著，根據(jù)第一測定工序中取得的第一頻率特性rk(f)和第二測定工序中取得的第二頻率特性rk(pf)，通過規(guī)定的運算、例如除法rk(pf)/Tk(f)，求出正規(guī)的、即標(biāo)準(zhǔn)化后的頻率特性。將復(fù)數(shù)表示的反射系數(shù)Γ (T^jTi)的測定值(頻率特性)數(shù)據(jù)中實部Γ ^存儲在實部存儲器88中，將虛部Γ i存儲在虛部存儲器90中。在本實施方式中，有意義地使用存儲在虛部存儲器90中的復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部Γ i的測定值(頻率特性)數(shù)據(jù)。圖6所示為由本實施方式得到的復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ (T^jTi)的絕對值I Γ |、實部 Γ\和虛部Γ i的頻率特性的一例(實驗數(shù)據(jù))。在等離子體清洗條件下，將容器10內(nèi)的壓力設(shè)為15mTorr、高頻電源18的下部RF功率(2MHz)設(shè)為200W、高頻電源38的上部RF功率(60MHz)設(shè)為1500W、處理氣體設(shè)為O2 (200sCCm)，在R = Omm(容器中心點)的測定位置下取得該實驗數(shù)據(jù)。圖6中，復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的絕對值I Γ I相當(dāng)于標(biāo)量式網(wǎng)絡(luò)分析器得到的標(biāo)量表示的反射系數(shù)，基本上與實部1\相等的值，實質(zhì)上未反映虛部q的值。若注重復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的絕對值I Γ I的頻率特性，則I Γ I的最小峰值對應(yīng)于電子振動引起的功率吸收的最大峰值，將取最小(吸收)峰值時的頻率、即等離子體吸收頻率看成對應(yīng)于電子振動數(shù)。但是，若I Γ I的最小峰值波形變寬或噪音分量增加，則難以正確算出等離子體吸收頻率，容易產(chǎn)生測定誤差。相反，本發(fā)明注重反射系數(shù)Γ的虛部1\的波形(頻率特性)，如后所述，將Fi零交叉時的頻率設(shè)為等離子體諧振頻率，將該等離子體諧振頻率視為對應(yīng)于電子振動數(shù)的頻率，換算出電子密度的測定值。在計數(shù)控制部74中，諧振頻率讀取部92從矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68的虛部存儲器90 中取入復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部Γ i的測定值數(shù)據(jù)(頻率特性)，讀取零交叉點ZC的頻率。如上所述，復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部Fi根據(jù)頻率來取正或負(fù)號。通常，對于基于頻率掃描的虛部q 的頻率特性，如圖6所示，零交叉點ZC出現(xiàn)在一處，在比零交叉點ZC低的頻率區(qū)域中，
取負(fù)值，在比零交叉點ZC高的頻率區(qū)域中，Γ 1取正值。若從提高頻率的掃描方向看，則的值在零交叉點ZC處從負(fù)變?yōu)檎?。相反，若從降低頻率的掃描方向看，則的值在零交叉點ZC處從正變?yōu)樨?fù)。這樣，零交叉點ZC的頻率是Γ i的符號反轉(zhuǎn)的點的頻率，與頻率特性的波形輪廓無關(guān)，可簡單且正確地算出。在本發(fā)明中，將零交叉點ZC的頻率定義為諧振
頻率fp。這里，說明本發(fā)明的電子密度測定方法的基本原理。同軸電纜52的探針部52a經(jīng)絕緣管50與容器10內(nèi)的等離子體PZ電連接。將該測定位置hk下的等離子體PZ的復(fù)數(shù)阻抗Zp設(shè)為R+jX，若忽視絕緣管50的阻抗，則復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ (T^jTi)從阻抗方面看由下式⑵表示。Γ (Γ r+j Γ J = (Ζρ-50) / (Ζρ+50)= {(R+jX) -50} / {(R+jX) +50}= {(R-50) + jX} / {(R+50) + jX} ......(2)上述式⑴中右邊的常數(shù)“50(Ω) ”是同軸電纜52的特性阻抗。若有理化上述式 (1)，則得到下述式(3)。Γ (Γ r+j Γ D = (ΑΒ+Χ2) / (Β2+Χ2) + j 100Χ/ (Β2+Χ2)......(3)其中，A= R_50、B = R+50。從探針部52a看的等離子體PZ由沿絕緣管50的表面形成的電容性負(fù)載的離子層、和向深處擴大的感應(yīng)性負(fù)載的大量等離子體構(gòu)成。離子層具有電容性的電抗Xe，大量等離子體具有感應(yīng)性的電抗&，兩者在探針部52a與基準(zhǔn)電位(地電位)之間形成串聯(lián)電路。當(dāng)離子層電容電抗比大量等離子體感應(yīng)電抗&大時，合成電抗X為負(fù)，對應(yīng)地，復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的虛部Γ i的值變?yōu)樨?fù)。另外，當(dāng)大量等離子體感應(yīng)電抗&比離子層電容電抗 X。大時，合成電抗X為正，對應(yīng)地，復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部Γ i的值為正。當(dāng)離子層電容電抗與大量等離子體感應(yīng)電抗&相等時，合成電抗X為零，變?yōu)榇?lián)諧振。此時，復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部q的值也為零。在串聯(lián)諧振狀態(tài)下，等離子體電抗X的信號功率傳送極大化，來自探針部52a的入射波的能量通過所謂的朗道阻尼機理傳遞到等離子體中的電子。即，變?yōu)榇?lián)諧振狀態(tài)時的電磁波的頻率、即諧振頻率與電子振動數(shù)相符或匹配。在本發(fā)明中，就復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部Γ i的頻率特性而言，將零交叉點的頻率視為等離子體的離子層電容與大量等離子體感應(yīng)電抗串聯(lián)諧振的頻率fp，根據(jù)該諧振頻率fp的測定值，求出電子密度的測定值。另外，實際中由于矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68如上所述進行反射系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理(rk(pf)/ rk(f))，所以雖然上述式(3)是變形過的，但基本上適合上述理論。計數(shù)控制部74將諧振頻率讀取部92得到的諧振頻率fp的測定值提供給電子密度運算部94。如上所述，因為將諧振頻率fp看作與等離子體中的電子振動數(shù)
(l/27r*^(e2*Ne/me*s0)相等，所以電子密度運算部94通過運算下式⑷，算出電子密度Ne。Ne = me* ε 0*(1+ε r)*(2 π fp/e)2= 5. 96E10 (fp)2 [πΓ3]......(4)其中，me為電子密度，ε C1為真空介電常數(shù)，、為絕緣管的比介電常數(shù)，e為凈電荷。另外，&的單位為6泡』10意思是101(1。圖7A和圖7B所示為由本發(fā)明的等離子體諧振探針法得到的電子密度測定靈敏度的一例(實驗數(shù)據(jù))。該實驗數(shù)據(jù)表示在等離子體清洗條件下，設(shè)容器10內(nèi)的壓力設(shè)為15mTorr、下部RF功率(2MHz)設(shè)為200W、處理氣體設(shè)為02 (200sccm)，使上部RF功率 (60MHz)以1500W為中心微小變化時R = 80mm(距容器中心點沿徑向80mm)的測定位置(圖 7A)和R = 220mm(距容器中心點沿徑向220mm 距側(cè)壁20mm)的測定位置(圖7B)上的等離子體ON開始之后的電子密度隊隨時間變動的情況。如圖所示，若上部RF功率從中心值1500W變化士30W(2% )，則R = 80mm的測定位置(圖7A)中，讀取電子密度Ne僅變化約士0. 1E+10(E+10 = IOltl)。另一方面，R = 220_ 的測定位置(圖7B)中，讀取電子密度Ne僅變化約士0.02E+10。通常，在設(shè)等離子體生成用的RF功率為加工參數(shù)的情況下，若能監(jiān)測使之變化2%時的電子密度的變化，則規(guī)格上充分，本發(fā)明的等離子體電子密度測定法可較佳地去除該要求條件。并且，還應(yīng)該注意到如下優(yōu)點，即，即使在等離子體密度低的容器側(cè)壁附近的測定位置處，也可高精度測定電子密度Ne。圖8中為了比較測定精度，將R = 80mm的測定位置處由本發(fā)明的等離子體諧振探針法得到的電子密度隊的測定值數(shù)據(jù)與由等離子體吸收探針法(PAP)得到的電子密度隊的測定值數(shù)據(jù)相對比。加工條件與圖7的實驗例一樣(其中，上部RF功率為1500W)。從圖 8可知，由等離子體吸收探針法得到的電子密度的變動(波形)，由于測定值偏差大，因而表示為鋸齒曲線。相反，本發(fā)明得到的電子密度的變動(波形)，測定值偏差小，因而表示為無鋸齒的光滑曲線。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于即使在高壓條件下也可正確測定等離子體中的電子密度 Ne。圖9、圖10、圖11中示出在將容器內(nèi)的壓力選擇成15mTorr、800mTorr、1600mTorr三個階段時的復(fù)數(shù)反射系數(shù)的頻率特性(實驗數(shù)據(jù))。圖中，Γ i是本發(fā)明取得的復(fù)數(shù)反射系數(shù) r的虛部，I r I是復(fù)數(shù)反射系數(shù)r的絕對值，相當(dāng)于由等離子體吸收探針法取得的標(biāo)量顯示的反射系數(shù)。在本實驗中，使用將磁控管產(chǎn)生的高頻(2.45GHz)的微波通過波導(dǎo)管后從容器的開井面的石英窗照射到容器內(nèi)并生成等離子體的等離子體CVD(ChemiCal Vapor Deposition)用微波型等離子體處理裝置。作為主要加工條件，氣體為Ar (400sCCm)，設(shè)微波的功率為1000W。就相當(dāng)于基于等離子體吸收探針法的反射系數(shù)頻率特性的復(fù)數(shù)反射系數(shù)絕對值 Γ I的頻率特性而言，在15mT0rr的壓力條件(圖9)下，最小(吸收)峰值用尖的角狀波
形表示，可正確讀取對應(yīng)于峰值點的頻率(吸收頻率)。但是，在SOOmTorr的壓力條件(圖
10)中，最小(吸收)峰值波形帶圓弧，變寬，峰值點不明顯，同時，與最小(吸收)峰值波形混淆的噪音成分增加。另外，在1600mTorr的壓力條件(圖11)中，該傾向進一步顯著，很難正確算出吸收頻率。這是因為若壓力變高，則等離子體中電子與粒子(尤其是中性分子、 原子)間的沖擊增大，這部分(實電阻引起)的功率吸收增加。這樣，若吸收頻率的測定精度低，則電子密度的測定精度也變低。相反，就本發(fā)明的等離子體諧振探針法的反射系數(shù)頻率特性、即復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部Γ i的頻率特性而言，不用說15mTorr (圖9)，就連800mTorr (圖10)或1600mTorr (圖
11)下Γ^勺值變?yōu)榱愕狞c(零交叉點)也是明確的，所以可簡單且正確讀取諧振頻率fp。在15mT0rr的壓力條件(圖9)下，根據(jù)復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部的零交叉點算出的諧振頻率&為8. 19Χ1011，根據(jù)絕對值I Γ I的最小峰值算出的吸收頻率也約為8. 19Χ1011。 在800mTorr的壓力條件(圖10)中，諧振頻率fp為3. 89 X 1011，吸收頻率為3. 73 X IO11附近的值。另外，在1600mTorr的壓力條件(圖11)中，諧振頻率fp為4. 22X1011，吸收頻率為3. 81 X IO11附近的值。另外，當(dāng)壓力比15mTorr低得多時，氣體分子變少，電子密度也變低。若電子密度低，則來自等離子體的反射波的信號強度變低，S/N降低，頻率特性傾向于變寬。這樣，等離子體吸收探針法難以正確讀取吸收頻率。相反，若根據(jù)本發(fā)明的等離子體諧振探針法，就可與頻率特性的波形無關(guān)地從復(fù)數(shù)反射系數(shù)虛部Fi的零交叉點正確讀取諧振頻率fp。圖12中示出通過本發(fā)明的等離子體諧振探針法在2000mTOrr的高壓條件下得到的電子密度分布特性一例(實驗數(shù)據(jù))。本實驗在等離子體CVD用的電容耦合型等離子體處理裝置中，將基座溫度設(shè)為600°C，向上部(相對)電極施加450kHz、800W的高頻，在等離子體生成氣體中使用Ar/H2氣體(1600/1000sccm)。如圖12所示可確認(rèn)，即使在2000mTorr 的高壓條件下也可以高精度測定徑向各位置處的電子密度隊。另外，在本發(fā)明的等離子體諧振探針法中，如圖4和圖5所示，在絕緣管50內(nèi)使探針部52a的位置、即測定位置h沿徑向掃描移動，通過將在各測定位置O^h2,...，hn)處求出的電子密度Ne的測定值繪制在曲線上，可取得容器10內(nèi)的徑向上等離子體電子密度Ne 的空間分布特性。作為本發(fā)明的最佳實施方式，可對徑向的所有測定點(h” h2，. . .，hn)分別統(tǒng)一實施上述第一和第二測量工序。具體而言，在第一測量工序中，如圖4所示，在容器10內(nèi)不存在等離子體PZ的狀態(tài)下，在預(yù)定的徑向測定位置Ii1^2,... hk，...，hn順序取得復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的頻率特性(第一頻率特性Γ 1 (f), r2(f)，···，rk(f)，···，rn(f))。此時，通過線性致動器56使同軸電纜52沿從絕緣管50拔出的方向間歇移動，使探針部52a依次從圖的右端(始端)的測定位置Ii1步進移動到左端(終端)的測定位置hn。另外，在第二測量工序中，如圖5所示，在容器10內(nèi)產(chǎn)生等離子體PZ的狀態(tài)下，在與上述第一測量工序時相同的測定位置h1; h2，. . .，hk，. . .，hn_i; 序取得復(fù)數(shù)反射系數(shù) Γ 的頻率特性(第二頻率特性 r 1 (pf)，Γ 2 (Pf), ... , rk (Pf)，...，Γ η (pf))。此時，通過線性致動器56使同軸電纜52也沿從絕緣管50拔出的方向間歇移動，使探針部52a依次從圖的右端(始端)測定位置Ii1步進移動到左端(終端)測定位置hn。如上所述，在統(tǒng)一取得第一和第二頻率特性(Γ (f)、Γ (pf))后，在后續(xù)的各信號處理中，即在頻率特性的標(biāo)準(zhǔn)化(Γ (pf)/r (f))、虛部Γ^的抽取、諧振頻率fp的算出、電子密度N6的運算等中，進行全部測定位置Oi1, h2，. . .，hn)的統(tǒng)一處理。這樣，如果采用對全部測定位置Ii1Nhn分別統(tǒng)一進行在等離子體OFF狀態(tài)下的反射系數(shù)測定與等離子體ON狀態(tài)下的反射系數(shù)測定的方式，則因為與測定點個數(shù)無關(guān)，一次的0N/0FF切換時間就可完成，所以整體的測定效率高，可將每一測定位置的測定時間縮短到數(shù)秒以內(nèi)。這是因為在現(xiàn)有的等離子體吸收探針法中每次改變測定位置都得重復(fù)等離子體的0N/0FF，所以每個測定位置都需要數(shù)分鐘的測定時間。這種測定效率或測定時間的差隨著測定點的個數(shù)增加而(尤其是在大口徑的容器中)變得顯著。另外，在本實施方式中，在容器10的側(cè)壁相對位置上設(shè)置的一對支撐部(貫穿孔 10a, 10a)之間水平架設(shè)絕緣管50，且由0型圈58氣密固定。而且，在如此水平固定的架橋型絕緣管50中，使同軸電纜52沿軸向移動，進行探針部52a的定位。從而，在可使探針部 52a迅速且正確地定位在期望的測定位置上的同時，可使探針部52a始終位于一定的水平線上，可保證測定位置的再現(xiàn)性。另外，因為絕緣管50不會與0型圈58摩擦，所以不必?fù)?dān)心0型圈58損傷惡化，在探針機構(gòu)的穩(wěn)定性提高的同時，消耗品成本性(COC)也得到提高。由于探針機構(gòu)對等離子體的影響(擾亂)與測定位置無關(guān)，是一定的，且擾亂時間(測定時間)非常短，所以測定精度的可靠性也得到提高。另外，由于從同軸電纜52的探針部52a看到的絕緣管50在任何測定位置上都是一定或一樣的同軸管結(jié)構(gòu)，從探針部52a振蕩的電磁波與等離子體的耦合是一定的，所以難以產(chǎn)生噪音，可進行精度和再現(xiàn)性高的測量。并且，因為將珠形鐵氧體部件66作為電磁波吸收體嵌入同軸電纜52中，所以即使在同軸電纜52的外部導(dǎo)體(GND部)52b中產(chǎn)生駐波噪音，也可由珠形鐵氧體部件66有效吸收，完全去除駐波噪音。另外，在該等離子體電子密度測定裝置中，經(jīng)接地用導(dǎo)體62和容器10將同軸電纜 52的外部導(dǎo)體(GND部)52b接地。通過利用該容器10的RF屏蔽功能，可有效防止RF噪音向大氣或測定電路54的泄漏，確保人體和測量設(shè)備的安全性，同時，可避免氣體檢測器等外圍電子設(shè)備的誤操作。另外，如果利用該RF屏蔽功能，在同軸電纜52的外部導(dǎo)體(GND部)52b上，在比與接地用導(dǎo)體62的連接位置或短路點A還靠內(nèi)側(cè)(探針部52a側(cè))傳播噪音信號，那么駐波噪音吸收用的珠形鐵氧體部件66優(yōu)選配置在比短路點A更靠內(nèi)側(cè)，更優(yōu)選如本實施方式那樣，設(shè)為可及地接近駐波噪音的波腹部的短路點A的配置結(jié)構(gòu)。并且，在本實施方式中，絕緣管50的前端側(cè)、即探針部52a的相對側(cè)是開口的，從該開口部流入來自冷卻氣體供給部80的空氣，有效冷卻同軸電纜52，所以可防止探針部 52a周圍的熱膨脹或熱損傷，可使耐久性提高。本實施方式的等離子體電子密度測定方法和裝置即使在大口徑容器的300mm裝置或FPD裝置上也可容易且有效地在短時間內(nèi)進行可靠性高的等離子體電子密度測定。并且，因為本發(fā)明如上所述即使在等離子體密度低的部位也可正確測定電子密度，所以可在不對等離子體造成擾亂的測定位置處進行監(jiān)測。圖13中示出可進行這種無擾亂的等離子體監(jiān)測的本發(fā)明的一實施例。圖中，在具有與圖1各部實質(zhì)相同的結(jié)構(gòu)或功能的部分標(biāo)注相同符號。圖13中，在本實施例的等離子體電子密度測定裝置中，以嵌入(埋設(shè))式，在容器 10的側(cè)壁、上部電極24中心部和下部電極16周圍部等三個部位裝配探針構(gòu)件100、102、 104。這些探針構(gòu)件都位于等離子體區(qū)域的周圍，可不擾亂等離子體PZ地測定附近的電子
也/又。圖14A和圖14B中示出側(cè)壁嵌入的探針構(gòu)件100的結(jié)構(gòu)例。圖14A的結(jié)構(gòu)是閉塞上述實施方式(圖1)中的絕緣管50的前端部后，從容器10的側(cè)壁稍向等離子體區(qū)域突出地裝配的結(jié)構(gòu)。為了提高向前方(等離子體區(qū)域)方向的電波放射的指向性，優(yōu)選將探針部52a的前端裝配在絕緣管50的前端部。圖14B的結(jié)構(gòu)是相對容器10的側(cè)壁內(nèi)面，共面或凹入地裝配由絕緣體構(gòu)成的筒狀外殼106。在該外殼106的前端面優(yōu)選設(shè)置介電常數(shù)大的材質(zhì)、例如藍(lán)寶石構(gòu)成的板厚小的窗部件108，提高測定靈敏度。另外，如圖所示，通過將探針部52a的前端彎曲成L形，在探針部52a中形成阻抗的不連續(xù)點，從那里有效地向前方放射電波。
為了提高前方指向性，另外也可以是如圖15(B)所示在探針部52a的前端裝配圓盤狀電容性耦合部件110的結(jié)構(gòu)、或如圖15(D)所示在探針部52a的前端裝配例如十字形感應(yīng)性天線部件112的結(jié)構(gòu)。另外，在圖14A的探針構(gòu)件100中采用圖15㈧的探針結(jié)構(gòu)， 在圖14B的探針構(gòu)件100中采用圖15(C)的探針結(jié)構(gòu)。電極周圍的探針構(gòu)件102、104也具有與上述探針構(gòu)件100 —樣的結(jié)構(gòu)和功能。圖13中，各探針構(gòu)件100、102、104可經(jīng)選擇器開關(guān)114連接于共同的網(wǎng)絡(luò)分析器 68上。在等離子體處理當(dāng)中，在測量控制部74的控制下，以分時方式通過將選擇器開關(guān)114 切換到各探針構(gòu)件100、102、104，可由1臺測定部54對容器10內(nèi)的等離子體密度進行來自多個監(jiān)測位置的同時的測定。另外，加工中可不對容器10內(nèi)的等離子體PZ造成擾亂地、可簡便地監(jiān)測其周圍的等離子體電子密度的變動以及加工的實況。也可從測定部54向主控制部20提供監(jiān)測信息，使測定結(jié)果反饋到當(dāng)前的加工條件或下次的加工條件中。等離子體加工中的代表的加工參數(shù)是壓力、RF功率、氣體流量、溫度等。圖16所示的實施例是圖13的實施例發(fā)展成在多臺等離子體處理裝置中的例子。 如圖所示，可通過選擇器開關(guān)114將分別裝配在2臺(也可以是3臺以上)等離子體處理裝置中的組裝型探針構(gòu)件116、118以分時方式同時連接于公共的矢量式網(wǎng)絡(luò)分析器68上。 該系統(tǒng)中也從測量部54向各裝置的加工控制部20提供每個處理裝置的監(jiān)測信息，每個處理裝置中加工控制部20將測定結(jié)果反饋到當(dāng)前的加工條件或下次的加工條件中。另外，在這些多臺等離子體處理裝置為同一機型的情況下，可正確判斷裝置之間有無誤差。另外，可適用圖13的實施例的應(yīng)用之一為老化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知，老化是如下工序，在容器的清洗或部件交換后，為了使容器室內(nèi)在符合加工條件的環(huán)境中穩(wěn)定，使用偽晶片來重復(fù)循環(huán)等離子體蝕刻(引導(dǎo)運轉(zhuǎn))適當(dāng)次數(shù)。通常，在清洗或部件交換后，從等離子體空間到容器內(nèi)壁的堆積物附著比從容器內(nèi)壁到等離子體空間的堆積物的放出多， 加工不穩(wěn)定。在重復(fù)循環(huán)幾次等離子體處理后，容器內(nèi)壁中的堆積物的附著與放出均衡，加工穩(wěn)定。目前，在標(biāo)準(zhǔn)制法的條件下在每個加工周期中都監(jiān)測蝕刻速率，將蝕刻速率穩(wěn)定化所需的偽晶片的個數(shù)(或引導(dǎo)周期數(shù)、引導(dǎo)運轉(zhuǎn)時間等)確定為老化條件，并固定該老化條件，并適用于全部加工制法中。但是，雖然應(yīng)當(dāng)如此，但固定老化條件對全部加工制法是不妥當(dāng)?shù)?，有時過剩，有時不足，因此存在問題。也就是說，在老化條件過剩的情況下，多余的蝕刻循環(huán)會造成生產(chǎn)率低下。在老化條件不足的情況下，會對正規(guī)的晶片實施不穩(wěn)定的加工，導(dǎo)致成品率低下。另外，雖然也可根據(jù)加工工程師或操作者的經(jīng)驗或直感來設(shè)定老化條件，但確定性和通用性低，所以存在與上述一樣的問題。根據(jù)本發(fā)明，如下所述，對各個加工制法進行適應(yīng)型老化控制，可實現(xiàn)生產(chǎn)率提高和成品率提高的折衷。根據(jù)本發(fā)明的等離子體諧振探針法，如上所述，因為即使在等離子體密度低的部位也可正確測定電子密度，所以例如可在容器10的側(cè)壁裝配探針構(gòu)件100，不對等離子體造成擾亂地監(jiān)測實加工中的電子密度。這里，在實加工、例如等離子體蝕刻中，在進行容器的清洗或部件交換后，最初的蝕刻周期(第一個晶片)的蝕刻速率最高，重復(fù)蝕刻循環(huán)，蝕刻速率依次減少，在某個周期之后，蝕刻速率穩(wěn)定化。圖17中示出在老化的蝕刻周期中，在晶片上的各位置處蝕刻速率依次減少后穩(wěn)定化的狀態(tài)的一例。圖示的實例是氧化硅膜蝕刻，主要蝕刻條件如下。
晶片口徑200謹(jǐn)氣體壓力；15mTorr上部及下部電極間距離25mm蝕刻氣體C5F8/02/Ar= 15/380/19sccmRF 功率上部 / 下部=2170/1550W如圖17所示，蝕刻速率(E/R)在第一個晶片(No. 1)與第三個晶片(No. 3)之間變化量(減少量)相當(dāng)大，在第三個(No. 3)與第五個(No. 5)之間還有相當(dāng)?shù)淖兓?減少量)，相反，在第五個(No. 5)與第七個(No. 7)之間變化量(減少量)非常小。在本實例的情況下，可視為在第五個(No. 5)時老化完成。另外，在晶片面內(nèi)，晶片中心部處蝕刻速率 (E/R)的變化量最顯著，在晶片邊緣附近也可讀取有意義的變化量。圖18中示出上述例中從第一個(No. 1)晶片到第七個(No. 3)晶片中，蝕刻速率 (E/R)的晶片面內(nèi)平均值(Ave.E/R)依次減少并穩(wěn)定化的狀態(tài)，以及各蝕刻周期中的電子密度Ne隨時間的變動。這里，電子密度Ne是通過本發(fā)明的等離子體諧振探針法在容器側(cè)壁附近(距側(cè)壁IOmm的位置)監(jiān)測到的電子密度Ne，圖中繪制的是在各蝕刻周期(蝕刻時間Ta = 60秒)中間隔12秒的15個測定數(shù)據(jù)。另外，在第一個(No. 1)晶片得到的蝕刻速率平均值(Ave.E/R)被標(biāo)準(zhǔn)化(a. U)為基準(zhǔn)值，在第一個(No. 1)晶片得到的電子密度Ne 的平均值被標(biāo)準(zhǔn)化(a. u)為基準(zhǔn)值。如圖18所示，可知老化中對應(yīng)于蝕刻周期的蝕刻速率(E/R)的變化與電子密度Ne 的變化之間存在的相關(guān)關(guān)系。即，蝕刻周期的次數(shù)向上計數(shù)成1、2、3、...，蝕刻速率平均值 (Ave. E/R)依次減少，與之呼應(yīng)(聯(lián)動)，各蝕刻周期中的電子密度Ne的最大值(周期開始時的值)、最小值(周期結(jié)束時的值)和平均值也依次減少，若蝕刻速率平均值(Ave.E/R) 穩(wěn)定，則電子密度Ne的最大值、最小值和平均值也穩(wěn)定。根據(jù)本發(fā)明，在容器10中進行清洗或部件交換后，就改換后搬入容器10中并受到等離子體蝕刻的各偽晶片而言，可在容器10的壁附近不對實加工造成影響地高精度監(jiān)測在蝕刻周期中隨時間變化的電子密度Ne的測定值代表點(最大值、最小值或平均值等)，在前后偽晶片之間代表點實質(zhì)上穩(wěn)定在恒定值時完成老化，然后將搬入容器10中的被處理基板從偽晶片切換成正規(guī)的晶片。在上述實施例中，測定部54的矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68從復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ中取虛部Γ i 的頻率特性，從虛部Fi的零交叉點讀取諧振頻率fp。作為一變形例，也可以是如下方式， 即矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68測定入射波與反射波的相位差，對于該相位差的頻率特性，也可以采取將零交叉點的頻率設(shè)為諧振頻率fp的方式。即，矢量網(wǎng)絡(luò)分析器68測定的入射波與反射波的相位差的符號對應(yīng)于復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的虛部Γ i的符號，相位差變?yōu)榱愕念l率為復(fù)數(shù)反射系數(shù)Γ的虛部Γ i變?yōu)榱愕念l率、即諧振頻率fp。因此，也可根據(jù)從相位差算出的諧振頻率fp來求出高精度的電子密度的測定值。另外，在上述實施例中，在絕緣管50中通過間歇步進移動使同軸電纜52的探針部 52a依次定位在各測定位置Iii上。但是，也有如下方法例如也可在線性致動器54上裝配旋轉(zhuǎn)編碼器或線性編碼器等位置傳感器，檢測滑塊部76或探針部52a的當(dāng)前位置，從而邊使同軸電纜52等速度連續(xù)沿軸向移動，邊在探針部52a通過各測定位置hk時使網(wǎng)絡(luò)分析器 68啟動，取得反射系數(shù)的頻率特性。另外，當(dāng)然也可以將容器10內(nèi)的測定位置hk僅設(shè)為一
另外，在上述實施例中，將容納同軸電纜52的探針部52a的絕緣管50水平架設(shè)在容器10側(cè)壁的相對位置上設(shè)置的一對支撐部(貫穿孔10a、10a)之間。但是，也可將本發(fā)明的等離子體諧振探針法適用于在使管前端部浮起的狀態(tài)下將絕緣管50支撐或裝配在容器10內(nèi)的單支撐梁方式中。上述實施例中的致動器56是通過滾珠絲杠機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力變換為直線驅(qū)動力的方式。但是，本發(fā)明中所用的致動器不限于這種電機形式，也可是空氣壓力式或磁氣式等任意的驅(qū)動方式。實施方式2下面，參照圖19 圖31來說明本發(fā)明等離子體吸收探針法(PAP)的實施方式。 圖19中示出適用本實施方式2的等離子體電子密度測定方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。圖中，具有與圖1的等離子體處理裝置和等離子體監(jiān)測裝置一樣的結(jié)構(gòu)或功能的部分附加相同符號，省略其詳細(xì)說明。在實施方式2中，等離子體電子密度測定裝置的測定部54包括等離子體吸收探針法(PAP)用的標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120和測量控制部122。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120邊在例如數(shù)百MHz至數(shù)GHz的頻域中進行頻率掃描，邊在各頻率下向同軸電纜52的探針部52a發(fā)送微小功率的電磁波信號(入射波)，并向容器10 內(nèi)的等離子體PZ放射，并根據(jù)可從等離子體PZ反射的電磁波(反射波)的電力量與入射波的電力量之比，求出標(biāo)量表示的反射系數(shù)，取得其頻率特性。測量控制部122進行測量用控制和運算處理，尤其是取入標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120取得的標(biāo)量表示的反射系數(shù)的頻率特性，對該頻率特性算出波形的最小峰值或吸收峰值，求出對應(yīng)于該吸收峰值的頻率、即等離子體吸收頻率。這里，根據(jù)圖20 圖22來說明本實施方式的等離子體監(jiān)測裝置測定等離子體吸收頻率和電子密度的方法。如圖20所示，本實施方式的等離子體監(jiān)測大致分為設(shè)定、統(tǒng)一測定和統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理等三階段的工序。在設(shè)定工序(步驟Si)中，測量控制部74設(shè)定輸入與監(jiān)測有關(guān)的參數(shù)(例如RF 功率、壓力、氣體種類、電極間距離、電極結(jié)構(gòu)等)和測定位置等。測定位置也可直接設(shè)定輸入各位置的數(shù)據(jù)，或根據(jù)原點位置與測定點個數(shù)和間距(測定位置間隔)等設(shè)定輸入值來運算導(dǎo)出。 統(tǒng)一測定工序包括第一統(tǒng)一測定工序(步驟S2)，在容器10內(nèi)不存在等離子體PZ 的等離子體OFF狀態(tài)下，對全部測定位置統(tǒng)一取得反射系數(shù)的頻率特性(第一頻率特性)； 和第二統(tǒng)一測定工序(步驟S3)，在容器10內(nèi)存在等離子體PZ的等離子體ON狀態(tài)下，對全部測定位置統(tǒng)一取得反射系數(shù)的頻率特性(第二頻率特性)。圖21表示第1統(tǒng)一測定工序(步驟S2)的詳細(xì)步驟。在該第1統(tǒng)一測定工序中， 最初確認(rèn)容器10內(nèi)不存在等離子體PZ (步驟Al、A2)。通過裝置上高頻電源18、38停止輸出高頻功率，處理氣體供給部34停止供給處理氣體，就能夠變?yōu)闊o等離子體PZ的狀態(tài)、即等離子體OFF狀態(tài)。另外，容器10內(nèi)的壓力保持在規(guī)定的真空度。這樣，在容器10內(nèi)不存在等離子體PZ的狀態(tài)下，在預(yù)先設(shè)定的徑向測定位置比、
h2.....Iii.....Kfhn順序取得反射系數(shù)的頻率特性(第一頻率特性)。具體而言，與實
施方式1的情況(圖1) 一樣，使探針部52a定位在目的測定位置hi (步驟A3)，標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120邊在數(shù)百MHz至數(shù)GHz的頻域中進行頻率掃描，邊向同軸電纜52的探針部52a發(fā)送例如ImW左右的電磁波信號(檢查電波或入射波)，并(主要是從探針部52a看沿半徑方向)放射到周圍空間中，根據(jù)可返回標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120反射信號的功率量與入射波的功率量之比，求出標(biāo)量顯示的反射率或反射系數(shù)，將標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120取得或顯示的反射系數(shù)的頻率特性ri(f) (Sll參數(shù))存儲在測量控制部74內(nèi)的存儲器74a中(步驟A4， A5)。之后，使探針部52a移動到下一測定位置hi+1 (步驟A6 — A7 — A8 — A3)，通過與上述一樣的信號處理，取得反射系數(shù)的頻率特性ri+l(f) (Sll參數(shù))(步驟A4)，將取得的頻率特性的數(shù)據(jù)作為測定數(shù)據(jù)存儲在測量控制部74內(nèi)的存儲器74a中(步驟A5)。對全部測
定位置Ii^h2.....比.....Iv1、hn進行上述一連串的工序(步驟A3、A4、A5)的重復(fù)(步驟
Α6、Α7、Α8) ο在本實施方式中，如圖4所示，通過線性致動器56使同軸電纜5向從絕緣管50中拔出的方向間歇移動，使探針部52a從圖的右端(始端)測定位置Ii1依次步進移動到左端 (終端)測定位置hn，從而可高效短時間(數(shù)秒以內(nèi)的間歇時間)實施上述一連串的工序 (步驟 A3、A4、A5)。圖22表示第2統(tǒng)一測定工序(步驟S3)的詳細(xì)步驟。在該第2統(tǒng)一測定工序中， 首先在容器10內(nèi)生成期望的等離子體PZ (步驟Bi)。通過裝置上高頻電源18、38分別以預(yù)先設(shè)定的RF功率向兩電極16、24施加高頻功率，處理氣體供給部34向容器10內(nèi)供給期望的處理氣體，就可變?yōu)榈入x子體PZ存在的狀態(tài)、即等離子體ON狀態(tài)。另外，在容器10內(nèi)產(chǎn)生等離子體PZ的狀態(tài)下，在與上述第一統(tǒng)一測定工序時相同
的測定位置hp h2.....hi.....Kfhn順序取得反射系數(shù)的頻率特性(第二頻率特性)。
具體而言，通過與上述一樣的步驟和信號處理，線性致動器56使同軸電纜52的探針部52a 依次定位于各測定位置Iii (步驟B2)，在各測定位置h上，標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120取得反射系數(shù)的頻率特性Γ i (pf)(步驟B3)，將該取得的頻率特性的數(shù)據(jù)作為測定數(shù)據(jù)存儲在測量控
制部74內(nèi)的存儲器74a中(步驟B4)。對全部測定位置l·^、h2、. . . h.....Ivi、hn進行上
述一連串的工序(步驟B2，B3，B4)的重復(fù)(步驟B5，B6，B7)
在該第二統(tǒng)一測定工序中，如圖5所示，通過線性致動器56使同軸電纜52向從絕緣管50中拔出的方向間歇移動，使探針部52a從圖的右端(始端)測定位置Ii1依次步進移動到左端(終端)測定位置hn，從而可高效地在數(shù)秒以內(nèi)的間歇時間中實施上述一連串的工序(步驟B2、B3、B4)。另外，就同軸電纜52而言，因為外部導(dǎo)體52b是不銹鋼管，剛性好，所以在沿從絕緣管50中拔出的方向移動時可維持穩(wěn)定的直線性，同時，即使在等離子體PZ的高溫環(huán)境內(nèi)也可防止絕緣材料52c的熱膨脹乃至破裂。圖20中，統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理的工序包含第一數(shù)據(jù)處理工序(步驟S4)，對全部測定位
置hphp^hi.....Kfhn，根據(jù)上述統(tǒng)一測定工序得到的反射系數(shù)的第一頻率特性Γ (f)
與第二頻率特性Γ (pf)，通過規(guī)定的運算(例如除法或減法等)，統(tǒng)一算出等離子體吸收頻率；和第二數(shù)據(jù)處理工序(步驟S5)，根據(jù)等離子體吸收頻率的測定值，通過上式(1)的運算，統(tǒng)一算出等離子體電子密度。具體而言，在第一數(shù)據(jù)處理工序(步驟S4)中，對各個測定位置hphp. . . hi.....
tvptv運算第一頻率特性ri(f)與第二頻率特性Γ i (Pf)之比ri(pf)/ri(f)。該比ri(pf)/ri(f)意味著以真空狀態(tài)為基準(zhǔn)的等離子體的能量吸收的頻率特性。嚴(yán)格講，從探針部52a放出的電磁波在周圍的絕緣管50的表面?zhèn)鞑?，?dāng)該表面波的頻率與等離子體的電子振動數(shù)fp —致時，引起電磁波吸收，反射率極低。因此，通過算出比Γ i (pf) / Γ i (f)變?yōu)闃O小峰值處的頻率，可將其作為等離子體吸收頻率的測定值。在第二數(shù)據(jù)處理工序(步驟S5)中，對各個測定位置hi、h2、... hi.....hn^hn，根
據(jù)等離子體吸收頻率的測定值，運算上式(1)，求出電子密度隊的測定值。通過對應(yīng)于各測定位置將電子密度Ne的測定值繪制在曲線上，能夠調(diào)查等離子體PZ的徑向上的電子密度 Ne的空間分布。圖23中示出將本實施方式的等離子體監(jiān)測裝置得到的電子密度Ne的空間分布特性一例(實施例)與比較例相對比。這里，比較例是通過以下方式，即，在圖19的裝置結(jié)構(gòu)下，在每個測定位置Iii處切換等離子體OFF狀態(tài)與等離子體ON狀態(tài)，取得反射波的第一頻率特性ri(f)與第二頻率特性Γ i (pf)的方式，所取得的電子密度隊的空間分布特性。如圖所示，實施例與比較例中，電子密度Ne的空間分布特性(測定值)沒有太多不同。但是，比較例是在每個測定位置Iii處切換等離子體OFF狀態(tài)與等離子體ON狀態(tài)后每次都進行反射系數(shù)測定的方式，由于浪費與測定點個數(shù)成正比的0N/0FF切換時間，所以整體的測定效率低，每個測定位置都需要數(shù)分鐘的測定時間。相反，實施例是對全部測定位置Ii1 hn分別進行統(tǒng)一的等離子體OFF狀態(tài)的反射系數(shù)測定與等離子體ON狀態(tài)下的反射系數(shù)測定的方式，因為與測定點個數(shù)無關(guān)，0N/0FF切換時間一次就夠，所以整體的測定效率高，可將每個測定位置的測定時間縮短到數(shù)秒以內(nèi)。因此，在圖23的實例(測定點為16 個)的情況下，全部測定時間在比較例約花費30分鐘，相反，在實施例中約在3分鐘以內(nèi)完成。這種測定效率或測定時間的差隨著測定點個數(shù)增加而顯著。這樣，如果采用本實施方式的等離子體監(jiān)測裝置，可高效地在短時間內(nèi)測定等離子體吸收頻率和電子密度，即使是大口徑容器的300mm裝置或FPD裝置也可對其容易且有效地在短時間內(nèi)進行可靠性高的等離子體監(jiān)測。另外，在實際的制造加工中，當(dāng)該等離子體處理裝置進行加工處理時，優(yōu)選從處理裝置中取下探針機構(gòu)(絕緣管、同軸電纜)。在本實施方式中，若拔出絕緣管50，則可用栓等密封部件封閉且真空密封開口的容器10的貫穿孔10a。下面，說明實施方式2的具體例。在上述等離子體處理裝置(圖19)中，將上部和下部高頻功率(高頻電源38、18) 的RF頻率分別設(shè)為60MHz、2MHz，將上部電極24與下部電極(基座)16的距離間隔(間隙) 設(shè)定為25mm。在上述實施方式的等離子體監(jiān)測裝置中，絕緣管50使用全長為550mm、外徑為 3mm、內(nèi)徑為1. 5mm的透明石英管，將容器10架設(shè)在側(cè)壁的兩貫穿孔IOa之間的高度位置 (測定高度位置)設(shè)定在距上部電極24為10mm、距下部電極16為15mm的位置上。同軸電纜52使用芯線(內(nèi)部導(dǎo)體)52a的外徑為0. 20mm、外部導(dǎo)體52b的外徑為0. 86mm、特性阻抗為50 Ω的半硬性電纜SC_086/50( - 了” 7公司(Comes Dodwell Ltd.)制)，使前端部的帶特氟綸(登錄商標(biāo))的芯線52a露出10mm，成為探針部。測定電路54中，高通濾波器72 使用日本高周波公司的HPF150，RF限制器70使用安捷倫公司(Agilent Technologies)的 11930B，標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120使用安捷倫公司的HP8753ET。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析器120每600msec掃描從150MHz至2500MHz的高頻信號(OdBm ImW)并使其輸出。在線性致動器56中使用 THK公司的線性致動器LCA40。在上述實施方式的改良型等離子體吸收探針法中，為了避免RF泄漏，使同軸電纜 52的GND線52b短路于容器10的殼體(側(cè)壁)上而接地，但在不具備珠形鐵氧體部件66 的結(jié)構(gòu)中，若改變同軸電纜52到容器10內(nèi)的插入長度L (從短路點A至探針部52a前端的距離)，則會看到周期地出現(xiàn)可認(rèn)為是等離子體吸收頻率以外的噪音的峰值的現(xiàn)象。為了了解該噪音產(chǎn)生的原理，使同軸電纜52的插入長度L (圖2)變化，調(diào)查此時得到的噪音峰值的頻率特性。圖24中示出該頻率特性。從圖24可知，噪音峰值對應(yīng)于同軸電纜52的插入長度L，在1500MHz以上的頻域中周期出現(xiàn)。另外，等離子體頻率fp存在于1000MHz 1500MHz的范圍內(nèi)。圖25中用曲線示出噪音峰值的頻率(實測值)，并用曲線示出由插入長度L所決定的諧振頻率(峰值頻率計算值)。圖25中，λ表示在同軸電纜52的外部導(dǎo)體52b中傳播的噪音信號的波長，Xg表示在芯軸(內(nèi)部導(dǎo)體52a)中傳播的噪音信號的波長。從圖25 的曲線可知，噪音峰值的測定值與計算值(半波長的整數(shù)倍)基本上完全一致。根據(jù)該結(jié)果，在插入的同軸電纜52的GND線52b中產(chǎn)生駐波，該駐波被探針識別為信號，認(rèn)為產(chǎn)生基于原來的等離子體的吸收峰值以外的駐波噪音峰值。若產(chǎn)生駐波噪音， 則擔(dān)心等離子體吸收的頻率特性的S/N變差，誤認(rèn)為是等離子體吸收峰值。因此，如上述實施例那樣，通過實驗來嘗試電磁波吸收體64對駐波噪音的吸收。在電磁波吸收體64中使用TDK公司的珠形鐵氧體HF70BB3. 5X5X1.3。另外，作為等離子體處理裝置的等離子體生成條件，處理氣體中使用C5F8/Ar/0dg合氣體(流量 15/380/19SCCm)，分別將容器10內(nèi)的壓力設(shè)定為2. OPa (15mTorr)，上部/下部高頻功率設(shè)定為2. 17/1. 55kW，上部電極/容器側(cè)壁/下部電極的溫度設(shè)定為60/50/20°C。將測定位置距晶片中心位置的半徑方向的距離設(shè)為R，選擇R = 0 (晶片中心)、R = 160mm兩個部位。圖26A和圖26B中示出該實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)。從該實驗結(jié)果可知，通過將電磁波吸收體66安裝在同軸電纜52上，確認(rèn)不會對原來的等離子體吸收峰值造成影響，有效去除駐波噪音。下面，用實驗來評價等離子體清洗條件下的噪音降低效果。這是為了即使如等離子體清洗那樣在電子密度變低、S/N變差的條件下，確認(rèn)能否通過電磁波吸收體66有效降低駐波噪音。另外，所謂等離子體清洗如公知的那樣，是使用等離子體來去除附著在容器內(nèi)壁等中的反應(yīng)殘渣的清洗方法。作為等離子體生成條件，在處理氣體中使用O2，分別將供給流量設(shè)定為200sCCm， 將壓力設(shè)定為2. 0Pa(15mTorr)，將下部功率設(shè)定為200W，將上部電極/容器側(cè)壁/下部電極的溫度設(shè)定為30/50/20°C，使下部功率從1500W變化到200W。設(shè)測定位置為R = 0(晶片中心)。圖27中示出該實驗結(jié)果。因為依然僅可選擇地去除駐波噪音，所以可知即使是等離子體吸收峰值弱的信號也可容易進行峰值檢測。進一步，評價增強安裝在同軸電纜52上的電磁波吸收體66時的信號變化。具體而言，比較設(shè)直列安裝在同軸電纜52上的珠狀鐵氧體(HF70BB3.5X5X1.3)為5個、10個、15 個時的等離子體吸收峰值的信號(深度)。結(jié)果如圖28所示，可知通過增加珠形鐵氧體的安裝數(shù)可增加信號。這是因為鐵氧體經(jīng)電磁感應(yīng)去除包含在信號中的噪音分量。由于電磁波被鐵氧體吸收時就會變換為熱能，所以鐵氧體自身被加熱，一旦其溫度超過居里點(T。 約100°C)，鐵氧體就會喪失電磁波吸收的特性。因此，優(yōu)選冷卻珠形鐵氧體。在本實施方式中，通過冷卻氣體供給部80的作用來空冷電磁波吸收體66。另外，如下所述對幾個加工等離子體調(diào)查壓力與電子密度空間分布的相關(guān)關(guān)系。(1)用于形成高縱橫比的連接孔用的蝕刻用等離子體，將壓力作為參數(shù)，調(diào)查容器徑向上的電子密度的空間分布。圖29中示出測量結(jié)果。主要的等離子體生成條件(制法) 如下。晶片口徑200謹(jǐn)蝕刻氣體C5F8/Ar/02混合氣體氣體流量C5F8/Ar/02= 15/380/19sccm氣體壓力2. 0 26. 6Pa(15 200mTorr)RF 功率上部 / 下部=2. 17/1.55kW設(shè)定溫度上部電極/側(cè)壁/下部電極=60/50/20 0C下部RF 電壓的振幅1385V(2. OPa)、1345V(4. OPa)、1355V(10. 6Pa)、 1370V (16. OPa)、1380V(26. 6Pa)如圖29所示，可知在該等離子體生成條件下，若壓力超過16.0Pa(120mTOrr)，則晶片中心部附近的位置處電子密度隊下降，喪失均勻性。(2)用于在Si基板上形成布線用溝槽(溝道)的蝕刻用的等離子體，將壓力作為參數(shù)，調(diào)查容器徑向上的電子密度的空間分布。圖30中示出測量結(jié)果。主要的等離子體生成條件(制法)如下。晶片口徑200謹(jǐn) 蝕刻氣體CF4/02混合氣體氣體流量CF4/02= 40/3sccm氣體壓力6. 7 66. 5Pa(50 500mTorr)RF 功率上部 / 下部=1. 0/1. 2kff設(shè)定溫度上部電極/側(cè)壁/下部電極=60/50/20 0C下部RF 電壓的振幅1530V(6. 7Pa)、1690V(20. OPa)、1400V(39. 9Pa)、 1180V(66. 5Pa)從圖30可知，在該等離子體生成條件下，若氣體壓力為6. 7Pa或20. OPa左右，則電子密度Ne為不均勻分布，但在39. 9Pa以上，就變成平坦(均勻)的分布特性。(3)用于在基板上的夾層絕緣膜中形成通孔的蝕刻用等離子體，將壓力作為參數(shù)， 調(diào)查容器徑向上的電子密度的空間分布。圖31中示出測量結(jié)果。主要的等離子體生成條件(制法)如下。晶片口徑200謹(jǐn)蝕刻氣體=N2氣體氣體流量300sccm氣體壓力53. 2 106. 4Pa(400 800mTorr)RF 功率上部 / 下部=1.5/1. OkW
設(shè)定溫度上部電極/側(cè)壁/下部電極=30/50/20 0C下部RF 電壓的振幅:1015V (53. 2Pa)、938V(106. 4Pa)如圖31所示，可知在該等離子體生成條件下，即使氣體壓力上升到106. 4Pa，也可維持電子密度隊的均勻性。如上所述，在本實施方式的等離子體監(jiān)測方法和裝置中，在從低壓到高壓的寬的壓力區(qū)域中，可在短時間內(nèi)進行高精度的電子密度測量。因此，在本實施方式的等離子體處理裝置中，有效地優(yōu)化制法，以在期望的加工條件下，以均勻狀態(tài)在處理空間中分布等離子體密度、即電子密度，保證等離子體處理的面內(nèi)均勻性，使成品率提高。另外，在該實施方式2中，也可進行與上述實施方式1的情況一樣的各種變形。實施方式3下面，根據(jù)圖32 圖48來說明根據(jù)本發(fā)明的等離子體發(fā)光測量法的實施方式。圖 32中示出適用實施方式3的等離子體發(fā)光測量方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)。圖中，具有與圖1的等離子體處理裝置和等離子體監(jiān)測裝置同樣的結(jié)構(gòu)或功能的部分附加相同符號，并省略其詳細(xì)說明。本實施方式的等離子體發(fā)光測量裝置具有固定裝配在容器10中的圓筒狀透明絕緣管50 ；棒狀光傳播探針130，前端具有感光面130a，可從石英管50的一端(圖1的左端) 滑動地插入到管內(nèi)；測量部132，經(jīng)探針130測量來自容器10內(nèi)生成的等離子體PZ的發(fā)光； 用于使探針130沿軸向移動的線性致動器56 ；和光學(xué)連接探針130與測量部132的撓性光纖束134。透明絕緣管50由透明且耐熱性絕緣材料、例如石英或藍(lán)寶石構(gòu)成，比容器10的外徑尺寸稍長，筆直(直線狀)形成，兩端開口。如圖33所示，在探針130的前端部安裝例如由不銹鋼(SUS)構(gòu)成的遮光性的圓筒形蓋136。在蓋136中，容納例如由不銹鋼(SUS)構(gòu)成的圓柱體138，圓柱體138中與探針 130的感光面130a相對的端面140形成相對軸向傾斜45°的反射鏡。從探針130的感光面130a看，在位于反射鏡140的反射方向上的蓋136的側(cè)壁上形成圓形的開口或窗142。 從該窗142的正面前方進入的光由反射鏡64反射后，入射到探針130的感光面130a。這樣，在本實施例中，由蓋136的窗142、反射鏡140和探針130的感光面130a構(gòu)成以高指向性來采光容器10內(nèi)的等離子體光的采光部144。探針130由直徑例如為數(shù)mm以下的石英棒構(gòu)成，放射到前端的感光面130a的光在交界面或周面上邊全反射邊關(guān)在里面?zhèn)魉偷搅硪欢?，從另一端面放射。在石英棒中，?yōu)選是在處理通常的等離子體發(fā)光分光中使用的200nm 900nm波長的情況下，在該波長區(qū)域中示出高的透過特性，而且不發(fā)出熒光的有水合成石英制棒。另一方面，在測量近紅外線至中間紅外線區(qū)域(900nm )時，優(yōu)選使用在該波長區(qū)域中示出高的透過特性的無水合成石英或熔融石英作為棒材。在從紫外線至紅外線的寬的波長區(qū)域下有效測量時，優(yōu)選使用藍(lán)寶石。雖然探針130如上所述即使是石英棒單體也實現(xiàn)充分的光傳送功能，但為了抑制從側(cè)面進入散射光，優(yōu)選如圖34A所示，由包層146包圍棒的側(cè)面或周面，更優(yōu)選如圖34B 所示，用遮光性的被膜、例如黑色涂料148包圍包層146 (或石英棒130)的周面。測量部132是經(jīng)探針130并通過分光分析法測量容器10內(nèi)的等離子體發(fā)光的裝置，具有將來自探針130的光分解或分光成頻譜用的分光器150 ；將該分光器150得到的規(guī)定頻率的頻譜變換為電信號的光電變換部152 ；根據(jù)該光電變換部152的輸出信號求出該頻譜的強度的測量運算部154 ；和用于與測量關(guān)聯(lián)地控制各部的測量控制部156。分光器 150可以使用例如棱鏡或衍射光柵。也可使用濾光器來代替分光器。光電變換部152可以例如使用光電子增倍管或光電二極管等。光纖束134集束多條撓性光纖，一端經(jīng)連接器158光學(xué)連接于探針130的另一端， 另一端光學(xué)連接于發(fā)光測量部132的分光器150上。連接器158例如通過端面對準(zhǔn)的方式連接光纖束134與探針130。這里，說明本實施方式的等離子體發(fā)光測量裝置的作用。在該等離子體發(fā)光測量裝置中，要測量來自容器10內(nèi)生成的等離子體PZ的發(fā)光，就要通過線性致動器56的直進驅(qū)動，使探針130在石英管50中沿軸向、即容器10的徑向移動。通常，在從線性致動器56 側(cè)看探針130的感光面130a超過最遠(yuǎn)測定點的位置之前，將探針130插入石英管50的深處，測量時，使線性致動器56沿拔出探針130的方向直進移動。通過該軸向的直進驅(qū)動，探針130的采光部144在容器10內(nèi)沿徑向掃描等離子體空間中，采光徑向各位置上的等離子體光。具體而言，如圖33所示，在掃描線上各位置處，從上方附近的等離子體PZ發(fā)出的光透過石英管50，從蓋136的窗142入射到反射鏡140，由反射鏡140反射的光入射到探針130 的感光面130a。在圖示的實例中，采光來自上方的等離子體光，但也可按反射鏡140的方向不僅采光來自上方、還采光來自下方或側(cè)方等任意角度的等離子體光。入射到探針130的感光面130a的等離子體光在探針130中傳播，在連接器158內(nèi)從探針130的另一端面放射，入射到光纖束134的一端面或感光面。入射到光纖束134的感光面的等離子體光在光纖束134中傳播后，從另一端面放射，進入測定部132的分光器150 中。測定部132中，分光器150從感光的等離子體光中取出期望的頻譜。光電變換部 152將分光器150取出的頻譜變換為例如光電流，輸出對應(yīng)于頻譜強度的電壓信號。測量運算部154根據(jù)光電變換部152得到的電壓信號的電平，求出頻譜強度的測定值。如上所述， 通過線性致動器56使探針130在石英管50內(nèi)沿軸向移動，在容器10的徑向上掃描采光部 144，所以可測定掃描線上各位置處的等離子體光或頻譜強度。另外，通過在線性致動器56 中裝配例如線性編碼器或旋轉(zhuǎn)編碼器等位置傳感器，可通過該位置傳感器檢測或把握采光部144的位置、即測定位置。這樣，將每個測定位置的頻譜強度測定值作為等離子體發(fā)光測量數(shù)據(jù)存儲在測量運算部154或測量控制部156內(nèi)的存儲器中，通過未圖示的顯示器或打印機等，作為空間分布特性(曲線)顯示或打印，或附加于期望的監(jiān)測器分析中。如上所述，在該等離子體發(fā)光測量裝置中，在容器10內(nèi)插入石英管50，并使棒狀的光傳輸用探針130在石英管50內(nèi)沿軸向移動，通過探針130前端部的采光部144在軸向任意測定位置采光來自等離子體PZ的發(fā)光，并經(jīng)探針130和光纖束134將采光到的等離子體光傳送到測量部132，由測量部132對各測定位置的等離子體發(fā)光求出規(guī)定的特性或?qū)傩?例如規(guī)定波長的頻譜強度)的測定值。這里，石英管50和探針130為絕緣體、即非金屬，即使插入平行平板電極(12、24) 之間生成的電容耦合性等離子體PZ中，也不會擾亂等離子體PZ，可對等離子體發(fā)光進行可靠性和測定精度高的空間分布測量。另外，在本實施方式中，由金屬(SUS)構(gòu)成采光部144的蓋136和反射鏡140，但因為該金屬部件的全長為數(shù)cm左右不能起到天線作用，所以不會對平行平板電極(12、24)間的高頻放電造成影響。另外，在本實施方式中，在容器10的側(cè)壁相對位置上設(shè)置的一對支撐部(貫穿孔 IOaUOa)之間水平架設(shè)石英管50，在這種架橋型石英管50中(將石英管50作為引導(dǎo)部件)使探針130沿軸向移動，所以可在容器徑向的一定水平線上實現(xiàn)高速且穩(wěn)定的探針掃描。由此，即使在例如數(shù)分鐘以下的短加工時間中，也可以一定的時間間隔重復(fù)多次上述空間分布測量，還可進行時間軸方向的分解測量。并且，在本實施方式中，通過將探針130采光的容器10內(nèi)的等離子體光在容器10 外通過光纖束134提供給測量部132的分光器150，可以以期望的視角或估計角度采光容器 10內(nèi)的等離子體發(fā)光。根據(jù)圖35來說明探針130和光纖束134的光學(xué)功能。在容器10內(nèi)，如上所述，來自等離子體PZ的發(fā)光通過蓋136的窗142，由反射鏡140反射后，入射到探針130的感光面 130a。這里，等離子體光與探針130固有的數(shù)值孔徑(NA)無關(guān)，實質(zhì)上以士90°的估計角 (NA = 1)入射到探針130的感光面130a。另外，與感光側(cè)對稱地實質(zhì)上以士90°的估計角從探針130的另一端面130b放射等離子體光。從而，等離子體光以與容器10內(nèi)的探針 130的感光面130a實質(zhì)相同的狀況入射到光纖束134的感光面134a。其中，光纖束134以固有的數(shù)值孔徑(NA < 1)感光等離子體光，另一端面134b也以固有的數(shù)值孔徑(NA < 1) 放射等離子體光。從而，可以以恰好與光纖束134的感光面134a進入容器10內(nèi)的情況同等或等效的指向性采光等離子體光。另外，若光纖束134實際上進入容器10內(nèi)，則其保護管(通常為金屬制)與等離子體PZ電耦合，擾亂等離子體PZ。在本實施方式中，因為光纖束134通常存在于容器10之外，所以不會對等離子體PZ造成影響。另外，除上述指向性外，與單個(一個)光纖相比，光纖束134還具有容易與連接器158的探針130光軸重合的優(yōu)點。但是，若增大探針130的棒直徑，則如圖36所示，在采光部144采光的等離子體光中，除從窗142的正面前方進入后被反射鏡140反射后入射到探針130的感光面130a的原來的被測定光PL，還混雜不經(jīng)反射鏡140而直接從前方入射到感光面130a的不期望的光 QL。針對該問題，如圖所示，將探針130的一端部僅斜切成角度θ的感光面的結(jié)構(gòu)是有效的，從而探針130的感光面130a的法線N相對軸向向窗142側(cè)僅傾斜規(guī)定角度θ。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，即使不期望的光QL從前方直接入射到探針130的感光面130a，也由于以比光纖束 134的數(shù)值孔徑(NA)大的角度入射到光纖束134，所以可去除前方光。圖37中用圖線示出在探針130中使用石英棒的情況下，將數(shù)值孔徑(NA)作為參數(shù)、石英棒感光面相對石英棒的折射率的最佳切割角θ。因為石英棒的折射率隨光波長變化，所以在實際的應(yīng)用中可以結(jié)合被測定頻譜中的最短波長來決定切割θ。例如，在使用數(shù)值孔徑為0. 22的石英棒的情況下，當(dāng)對應(yīng)于最短的被測定頻譜的折射率為1. 453時，從圖 37的圖線可知切割角θ為26. 8°。如上所述，根據(jù)本實施方式的等離子體發(fā)光測量裝置，可不對容器10內(nèi)的等離子體分布造成影響地測量或分光分析來自等離子體的發(fā)光，作為容器徑向的空間分布。由此， 可高精度地解析加工結(jié)果的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性。
圖38 圖40中示出在將本實施方式的等離子體處理裝置適用于等離子體蝕刻的應(yīng)用中、蝕刻速率的面內(nèi)分布與等離子體發(fā)光的空間分布的相關(guān)性的實例。圖38A和圖38B示出在上部電極24的比電阻不同的兩種氧化硅膜(SiO2)蝕刻(A、 B)中SiO2的蝕刻速率E/R的面內(nèi)分布(圖38A)與Ar原子團發(fā)光I [Ar] (750nm;13. 48eV) 的空間分布(圖38B)的相關(guān)性。圖39A和圖39B示出在上部電極24的結(jié)構(gòu)不同的兩種氧化硅膜(SiO2)蝕刻(C、D) 中SiO2的蝕刻速率(E/R)的面內(nèi)分布(圖39A)與Ar原子團發(fā)光I [Ar] (750nm;13. 48eV) 的空間分布(圖39B)的相關(guān)性。圖40A和圖40B示出在上部電極24的結(jié)構(gòu)不同的兩種氧化硅膜(SiO2)蝕刻(C、 D)中光致抗蝕劑的蝕刻速率(E/R)的面內(nèi)分布(圖40A)與Ar原子團發(fā)光I [Ar]/F原子團發(fā)光I [F] (704nm ； 14. 75eV)的空間分布(圖40B)的相關(guān)性。圖41 圖43中示出另一個實施例的適用等離子體發(fā)光測量方法和裝置的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)和作用。圖中，對有與上述實施方式1實質(zhì)相同結(jié)構(gòu)或功能的部分附加相同符號。在本實施例中，在上部電極24與下部電極16的中間的高度位置上，于容器10的側(cè)壁中形成帶活門160的開口或孔162，可從孔162之外沿容器徑向使前端具有感光面 164c的棒狀光傳輸探針164出入。探針164可以是具有例如由石英(合成石英或熔融石英)或藍(lán)寶石構(gòu)成的芯體164a和包層164b的二重結(jié)構(gòu)的光纖(圖43)。在容器10以外，將探針164容納在可伸縮地配置在容器徑向上的波紋管166中。 探針164的基端部被水平支撐在線性致動器56的滑塊部76上，同時，經(jīng)連接器158光學(xué)連接于光纖束134上。波紋管166 —端連接于容器10上，同時，另一端連接于滑塊部76上，在探針164周圍形成氣密空間。該波紋管166的內(nèi)部空間經(jīng)排氣管168由排氣裝置170減壓到與容器10內(nèi)大致相同的真空度。另外，在波紋管166的內(nèi)部或周圍設(shè)置用于將探針164 加熱到規(guī)定溫度(例如100°C左右)的加熱器(例如PTC元件或電阻發(fā)熱元件)172。在本實施例中，在不進行等離子體發(fā)光測量期間，如圖41所示，關(guān)閉活門160，使探針待機于容器10之外。并且在進行等離子體發(fā)光測量之前，將波紋管166的內(nèi)部空間減壓至與規(guī)定的容器10內(nèi)基本相同的真空度，并將探針164加熱到規(guī)定的溫度。當(dāng)進行等離子體發(fā)光測量時，如圖42所示，打開活門160，使線性致動器56動作，使探針164沿軸向直進移動，從孔162插入容器10中。此時，波紋管166伴隨滑塊部76和探針164的前進移動而收縮。在容器10內(nèi)，來自位于其前方的等離子體PZ的發(fā)光入射到探針164的感光面 164c。探針164的估計角由芯體164a與包層164b各自的折射率決定的數(shù)值孔徑(NA)限制。邊使探針164沿軸向、即容器徑向(χ)移動(掃描)，邊由測量部132求出等離子體發(fā)光的光強度相對微小移動距離Δχ的變化量ΔΙ，從而可測量掃描線上的發(fā)光分布。該測量掃描也可在探針164的前進(進動)中或后退(回動)中兩者之一進行。即使容器10內(nèi)探針164的包層部164b撞擊等離子體PZ，傳輸采光到的等離子體光的芯部164a也不受其影響。另外，由于探針164即使在容器10外也被加熱到高溫，所以即使進入容器10內(nèi)并曝露于等離子體PZ中也很少附著沉淀物。探針164由于是非金屬的，所以不僅不會擾亂等離子體PZ，而且由于可在與加工時間(例如數(shù)分鐘)相比非常短的時間(例如數(shù)秒)內(nèi)進行掃描，所以基本上不會對加工結(jié)果造成影響。因此，在加工時間中還可以以一定的周期進行多次上述測量掃描。另外，可得到與加工結(jié)果相關(guān)性高的測量結(jié)果。本實施方式不僅可適用于加工開發(fā)時，還可適用于實加工中，例如可適用于等離子體蝕刻中的終點檢測等各種加工控制用的發(fā)光監(jiān)測中。在上述實施例1和2中，在容器10內(nèi)使探針(130、164)沿軸向移動，并測量等離子體發(fā)光，作為同方向的空間分布。但是，本發(fā)明可在容器10內(nèi)使探針沿任意方向移動。例如圖44所示，在容器10內(nèi)的等離子體空間中，邊使探針130沿垂直(Z)方向移動，邊由測量部132求出等離子體發(fā)光的光強度相對微小移動距離△ ζ的變化量ΔΙ，從而可測量垂直 (ζ)方向上的等離子體發(fā)光分布。并且，在本發(fā)明的等離子體發(fā)光裝置中，還可根據(jù)通過上述分光分析法得到的等離子體發(fā)光的測定值求出其它等離子體屬性。通常，原子/分子/原子團/離子等發(fā)光種以對應(yīng)于各自內(nèi)部能量狀態(tài)的固有波長或頻譜發(fā)光。來自任意發(fā)光種X的發(fā)光強度Ix由下式(5)得到。Ix = Cx, λ · Nx · ne · f δ x (E) · ve · fe (E) · dE......(5)其中，Cx, λ是包含涉及發(fā)光種的物性值(波長、自然放出概率等)或測量系統(tǒng)的幾何學(xué)要素的系數(shù)。另外，Nx是發(fā)光種的基礎(chǔ)能量狀態(tài)下的密度，ne是電子密度，δχ(Ε)是發(fā)光種X的電子沖擊激勵截面積，ve是電子速度，fe(E)是電子能量分布函數(shù)(EEDF)。另外， 式(5)中積分(f )的范圍是從0到無限大(⑴)。這樣，來自等離子體的發(fā)光由幾個等離子體量決定。換言之，根據(jù)等離子體發(fā)光的測量值求出發(fā)光種的密度、電子密度、電子能量分布等各量。例如，若通過T^fjhU法求出Νχ，通過等離子體吸收探針法(PAP)或蘭米爾探針法等電子密度測量法求出電子密度IV則可根據(jù)式(5)求出電子能量分布fe(E)。本實施方式的等離子體發(fā)光測量裝置當(dāng)然可將各結(jié)構(gòu)要素變更為具有一樣功能的替代物。例如，在上述實施方式中，使石英管50在容器10內(nèi)沿徑向橫斷后裝配成架橋型，但也可構(gòu)成為在一個部位以單支撐梁方式固定石英管50。另外，在本實施方式中，通過線性致動器56的直進驅(qū)動使探針130、164沿軸向、即容器10的徑向移動。但是，不用說， 也可使探針130、164僅相對石英管50或容器10沿軸向進退，通過手動與上述實施方式一樣直進移動。圖45 圖47中示出本實施方式的變形例。圖45的變形例構(gòu)成為將上述實施例 1中的探針130代替為單體的石英棒后由多個光纖166構(gòu)成的束型光導(dǎo)管。為了將多個光纖集成1束，在束的周圍設(shè)置耐熱性的非金屬部件168。作為這種耐熱性非金屬部件168的材質(zhì)，優(yōu)選是耐熱性高分子、例如聚酰亞胺，可以以帶的形態(tài)卷繞在光纖166束周圍，或以樹脂形態(tài)固定。這種束型探針130具有柔軟性，所以具有耐沖擊不易破損的優(yōu)點。圖46的變形例是將出入于容器10的上述束型探針130與在容器10外延伸的標(biāo)準(zhǔn)光纖束134 —體化。S卩，由連續(xù)的1條光纖構(gòu)成探針130的各光纖166與光纖束134的各光纖166，不同點在于，探針130與光纖束134的外殼在前者(130)中為絕緣體，在后者 (134)中為金屬。根據(jù)這種光纖一體型，在探針130與光纖束134之間沒有耦合損耗，可增加測量部132(尤其是分光器150)側(cè)的感光量，使測量精度提高。圖47的變形例是由鋁構(gòu)成探針130中的反射鏡140的材質(zhì)。鋁是在從紫外線到紅外線下具有一定的高反射率的元件，優(yōu)選用于反射鏡140中。其中，因為鋁易氧化變質(zhì)， 所以在本構(gòu)成例中，在透明石英基板170的單側(cè)面中蒸鍍鋁172，在表面?zhèn)扰渲米鳛榉瓷溏R保護材料的透明石英基板170，將作為反射膜的鋁蒸鍍膜172作為里側(cè)，裝配在SUS圓柱體 138上。來自等離子體的被測定光PL透過透明石英基板170，在鋁淀積膜172上反射。作為另一變形例，圖示省略，它是由鋁構(gòu)成圓柱體138，在反射面或反射鏡面140上涂布由氟化鎂構(gòu)成的保護膜。作為本發(fā)明的等離子體發(fā)光測量裝置的一應(yīng)用例，具有可監(jiān)測容器內(nèi)部的異常放電的功能。例如，在圖32的實施例中，當(dāng)噴頭結(jié)構(gòu)的上部電極24的氣體孔(噴出孔)26由于消耗而變寬、故異常放電時，若向上沿水平方向掃描探針130的采光部144，則可觀測該異常放電的狀態(tài)。圖48中示出一例。如圖所示，與上部電極M的氣體孔沈正常時的發(fā)光分布相比，當(dāng)上部電極M的氣體孔沈異常時(變寬時)，來自電極中心部的發(fā)光減少、另一方面來自周邊部的發(fā)光增大的圖案的空間分布。由此，可以檢出是否發(fā)生異常放電和發(fā)生部位。另外，圖48的實驗數(shù)據(jù)通過在氧化硅膜蝕刻中由Ar原子團發(fā)光的監(jiān)測而得到。主要等離子體生成條件(制法)如下。晶片口徑；300謹(jǐn)氣體壓力25mTorr上部和下部電極間距離35mm蝕刻氣體C5F8/02/Ar= 29/750/47sccmRF 功率上部 / 下部=3300/3800W晶片里面壓力(中心部/邊緣部)10/40Torr上述異常放電監(jiān)測功能可由實施方式1(圖1)或?qū)嵤┓绞?(圖19)中的等離子體電子密度測定方法和裝置來實現(xiàn)。圖49中示出由基于實施方式1(圖1)的等離子體諧振探針法得到的實驗數(shù)據(jù)。容器結(jié)構(gòu)和等離子體生成條件與圖48的一樣。如圖49所示， 與上部電極M的氣體孔26正常時的電子密度分布相比，當(dāng)上部電極M的氣體孔沈異常時(變寬時)，變?yōu)殡姌O中心部和電極邊緣部處電子密度異常高的圖案的空間分布。因此， 可檢測有無產(chǎn)生異常放電或產(chǎn)生部位。本發(fā)明的等離子體處理裝置可有各種變形。尤其是上述實施方式的電容耦合型平行平板類的等離子體發(fā)生方式就是一例，本發(fā)明也可適用于其它任意方式、例如磁控管方式或ECR(Electron Cyclotron Resonance)方式等。另外，等離子體加工的種類不限于蝕刻，本發(fā)明也可適用于CVD(Chemical Vapor Deposition)、氧化、濺射等任意等離子體加工中。并且，通過等離子體加工處理的被處理體也不限于半導(dǎo)體晶片，也可適用于例如玻璃基板或IXD (Liquid Crystal Display)基板等。本發(fā)明的等離子體發(fā)光測量方法或裝置也可適用于等離子體處理裝置以外的等離子體裝置中。
權(quán)利要求
1.一種等離子體監(jiān)測方法，其特征在于，具有如下工序?qū)⑼该鞯慕^緣管插入并裝配在可生成或?qū)氲入x子體的容器室內(nèi)的工序； 將前端具有感光面的棒狀光傳輸探針插入所述絕緣管的管內(nèi)，使從所述容器內(nèi)的等離子體發(fā)出的光通過所述絕緣管入射到所述探針的感光面的工序；和根據(jù)從所述探針另一端面放射的光，測量來自所述等離子體的發(fā)光的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體監(jiān)測方法，其特征在于，使所述探針在所述絕緣管中沿軸向移動，測量所述等離子體光，作為軸向的空間分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體監(jiān)測方法，其特征在于， 使所述探針的軸向與所述容器的徑向一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體監(jiān)測方法，其特征在于，使所述探針與所述絕緣管一體沿高度方向移動，測量所述等離子體光，作為高度方向的空間分布。
5.一種等離子體監(jiān)測方法，其特征在于，具有如下工序在可生成或?qū)氲入x子體的容器側(cè)壁上設(shè)置可開閉的開口部的工序； 將所述開口部設(shè)為開狀態(tài)，將前端具有感光面的棒狀光傳輸探針在減壓空間中從所述開口部插入所述容器內(nèi)的工序；和根據(jù)從所述探針另一端面放射的光，測量來自所述等離子體的發(fā)光的工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體監(jiān)測方法，其特征在于，使所述探針在所述容器內(nèi)沿軸向移動，求出所述等離子體光相對移動距離的變化量， 測量所述等離子體光，作為所述探針軸向上的所述容器內(nèi)的空間分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體監(jiān)測方法，其特征在于， 使所述探針的軸向與所述容器的徑向一致。
8.一種等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，具有透明絕緣管，插入并裝配在可生成或?qū)氲入x子體的容器室內(nèi)； 棒狀光傳輸探針，前端具有感光面、從所述絕緣管的一端插入管內(nèi)；和測量部，根據(jù)從所述探針另一端面放射的光，測量來自所述等離子體的發(fā)光。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述探針由石英或藍(lán)寶石構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，所述探針具有由石英或藍(lán)寶石構(gòu)成的芯體、和包圍所述芯體周圍的包層。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述探針具有遮光性的被膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，所述探針具有收束成一體的多條光纖、和包圍這些光纖的周圍的耐熱性非金屬部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述非金屬部件由聚酰亞胺構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述絕緣管由石英或藍(lán)寶石構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，在所述探針的前端部設(shè)置反射鏡，用于反射來自期望角度的所述等離子體光并使之入射到所述探針的感光面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述反射鏡的反射面由鋁構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，在所述探針的前端部設(shè)置包圍所述感光面與所述反射鏡的遮光部件，在所述遮光部件中設(shè)置將來自期望角度的等離子體光通向所述反射鏡的窗。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，斜切所述探針的端部，使所述探針的感光面的法線相對軸向向所述窗側(cè)僅傾斜規(guī)定角度。
19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，在相對設(shè)置在所述容器側(cè)壁中的第一支撐部與第二支撐部之間，實質(zhì)架設(shè)所述絕緣管。
20.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于， 具有使所述探針向軸向移動的致動器。
21.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于， 具有檢測所述探針的感光面位置的位置檢測部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，所述測量部具有用于從由所述探針另一端面射出的光中取出規(guī)定波長的頻譜的分光部、和測定由所述分光部取出的所述頻譜的強度的頻譜強度測定部。
23.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，具有以期望的數(shù)值孔徑感光由所述探針另一端面放射的光并導(dǎo)向所述測量部的光纖束ο
24.一種等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，具有設(shè)置在可生成或?qū)氲入x子體的容器側(cè)壁上的可開閉的開口部； 棒狀光傳播探針，前端具有感光面，在減壓空間中從開狀態(tài)的所述開口部插入所述容器內(nèi)；和測量部，根據(jù)從所述探針另一端面放射的光，測量來自所述等離子體的發(fā)光。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，具有波紋管，可伸縮地設(shè)置在所述容器的徑向，在所述開口部外圍繞所述探針形成密閉空間；和減壓所述密閉空間內(nèi)的排氣部。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的等離子體監(jiān)測裝置，其特征在于，在所述密閉空間內(nèi)具有用于將所述探針加熱到規(guī)定溫度的加熱部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使在低電子密度條件或高壓力條件下也可正確測定等離子體中的電子密度的等離子體監(jiān)測方法。該等離子體電子密度測定裝置在測定部(54)中具備矢量式的網(wǎng)絡(luò)分析器(68)。由該網(wǎng)絡(luò)分析器(68)測定復(fù)數(shù)表示的反射系數(shù)，取得其虛部的頻率特性，并且測量控制部(74)讀取復(fù)數(shù)反射系數(shù)的虛部零交叉點的諧振頻率，根據(jù)諧振頻率算出電子密度的測定值。
文檔編號H01L21/3065GK102183509SQ201010617590
公開日2011年9月14日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者松土龍夫, 瀨川澄江, 輿水地鹽 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社