等离子体测定方法、等离子体测定装置和存储介质的制作方法

专利名称：等离子体测定方法、等离子体测定装置和存储介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对向包含电负性气体和电正性气体的等离子体生成用气体供给能量而得到的真空容器内的等离子体的电特性进行测定的等离子体测定方法，特别是基于 以规定的处理条件生成的等离子体的电流电压曲线把握上述等离子体的电特性的技术。
背景技术：
在半导体器件的制造工序中，通常进行向被导入处理室内的处理气体供给能量例 如高频电力使该处理气体等离子体化，从而利用该等离子体进行蚀刻处理、成膜处理等使 用等离子体技术的半导体工艺(process)。在进行这种处理的等离子体处理装置中，一般 要求提高处理的面内均勻性。然而，在上述处理室内形成的等离子体的状态依存于处理室 内的压力、高频电力、处理气体的组成等处理条件。而且，已知通过改变上述工艺条件的参 数，所形成的等离子体的电子密度分布、使用上述等离子体的蚀刻处理的蚀刻率分布会产 生变化。从而，操作者需要根据其要进行的等离子体处理，制作改变工艺条件的参数的多 个处理方案，按照每个处理方案实际地测定等离子体的电子密度分布、蚀刻率分布，选择最 佳的参数。然而，即使仅改变处理气体的流量比，上述电子密度分布、蚀刻率分布也会发生 变化，因此为了实现参数的最佳化，在每次改变1个参数时必须进行上述电子密度分布等 的测定，使得作业极其烦杂。进而，上述电子密度分布的测定例如通过以下方式进行将等 离子体吸收探针(PAP :PlasmaAbsorption Probe)插入处理室内，使其位于处理室内的相 同高度的多个测定位置，在各测定位置求取电子密度。在此情况下，难以使上述等离子体吸 收探针在确保处理室内的气密性的状态下高度一致地位于多个测定位置，多次进行该作业 变得非常烦杂。然而，在使用上述等离子体的处理中，多使用CF4气体、SF6气体、Cl2气体、O2气等 电负性气体作为处理气体。在使这些气体等离子体化而得到的等离子体中生成负离子，生 成的等离子体与使Ar气体、N2气等电正性气体等离子体化而得到的等离子体相比性质大幅 不同。即，使电负性气体等离子体化而得到的等离子体是电负性等离子体，使电正性气体等 离子体化而得到的等离子体是电正性等离子体，这些电负性等离子体与电正性等离子体相 比，其电特性不同，彼此性质不同。这里，电负性等离子体是指构成上述电负性气体的分子在等离子体中与电子附着 而生成大量的负离子且该负离子比电子多的等离子体。但是，由于等离子体是中性(准中 性)的，因此能够推测正离子在等离子体中以追随负离子和电子的分布的方式进行分布的 情况。另一方面，电正性等离子体是指等离子体中的负离子比电子少的等离子体。然而，作为处理气体，多将电负性气体和电正性气体组合来使用，通过调整这些气 体的流量比而生成的等离子体会变化为电负性等离子体或电正性等离子体。从而，如果能 够判断在某个工艺(处理)条件下生成的等离子体是电负性等离子体或电正性等离子体， 则具有以下优点为了提高该工艺条件下的蚀刻率分布的面内均勻性，易采用进一步添加电负性气体等方案，易进行用于提高蚀刻率分布的面内均勻性的参数的最佳化作业。此外，即使电负性气体与电正性气体的流量比相同，通过调整处理室内的压力、用于使处理气体等离子体化的高频电力的大小等工艺条件，等离子体也会在电负性等离子体 和电正性等离子体之间变化。这样，在现阶段，在某个工艺条件下生成的等离子体是否为电 负性等离子体还无法得知，对此进行判定的方法还没有确立。然而，在专利文献1中记载有提高等离子体的电子密度分布的面内均勻性的方 法，在专利文献2中记载有提高蚀刻率分布的面内均勻性的方法。但是，在该文献1、文献 2中，均没有记载判定所生成的等离子体是电正性等离子体还是电负性等离子体的方法、以 及容易地确定能够确保电子密度分布、蚀刻率分布的面内均勻性高的工艺条件的方法，因 此不能够解决本发明的问题。专利文献1 日本特开平11-31686号公报专利文献2 日本特开2005-33062号公报

发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的。本发明的目的在于提供一种能够求取电正性等 离子体区域与电负性等离子体区域的边界的处理条件的技术，或能够判定在某个处理条件 下生成的等离子体是电负性等离子体还是电正性等离子体的技术。本发明提供一种等离子体测定方法，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子 体生成用气体供向真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量而在真空容器内生成等 离子体，利用位于等离子体气体中的朗缪尔探针(Langmuir Probe)对所获得的真空容器内 的等离子体的电特性进行测定，该等离子体测定方法的特征在于，包括阶段性地改变从由 流量比、上述真空容器内的压力和上述能量的大小组成的处理条件的参数中选择的参数， 基于至少三个以上的处理条件生成等离子体的工序，其中，该流量比是被供向上述真空容 器内的等离子体生成气体中的电负性气体与电正性气体的流量比；对位于等离子体中的朗 缪尔探针施加电压，按各处理条件取得表示该施加的电压与流过该探针的电流的关系的电 流电压曲线，从而得到电流电压曲线组的工序；和根据在该工序取得的电流电压曲线组求 取电正性等离子体区域与电负性等离子体区域的边界的处理条件的工序。本发明提供一种等离子体测定方法，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子 体生成用气体供向真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量而在真空容器内生成等 离子体，利用位于等离子体中的朗缪尔探针对所获得的真空容器内的等离子体的电特性进 行测定，该等离子体测定方法的特征在于，包括向上述真空容器供给电正性气体，将由上 述真空容器内的压力和上述能量的大小组成的处理条件的参数设定为基准值，生成基准等 离子体的工序；对位于基准等离子体中的朗缪尔探针施加电压，取得表示该施加的电压与 流过该探针的电流的关系的参照用的电流电压曲线的工序；向上述真空容器供给上述等离 子体生成用气体，生成被测定对象的等离子体的工序；对位于通过该工序生成的等离子体 中的朗缪尔探针施加电压，取得表示该施加的电压与流过该探针的电流的关系的与被测定 对象的等离子体对应的电流电压曲线的工序；和将与该被测定对象的等离子体对应的电流 电压曲线与上述参照用的电流电压曲线进行比较，判定该被测定对象的等离子体是电正性 等离子体还是电负性等离子体的工序。
本发明提供一种等离子体测定装置，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子 体生成用气体供向真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量而在真空容器内生成等 离子体，并对所获得的真空容器内的等离子体的电特性进行测定，该等离子体测定装置的 特征在于，包括朗缪尔探针，其配置于在上述真空容器内生成的等离子体中；电源部，其 对上述朗缪尔探针施加电压；电流计，其测定流过上述朗缪尔探针的电流值；控制部，其包 括电流电压曲线制作部，该电流电压曲线制作部根据上述电压值和电流值制作该等离子体 的电流电压曲线；和显示部，其显示由上述电流电压曲线制作部制作的电流电压曲线，上述 控制部阶段性地改变从由流量比、上述真空容器内的压力和上述能量的大小组成的处理条 件的参数中选择的参数，基于至少三个以上的处理条件生成等离子体，在上述显示部的相 同画面上显示各等离子体的电流电压曲线，其中，该流量比是被供向真空容器内的电负性 气体与电正性气体的流量比。本发明提供一种等离子体测定装置，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子 体生成用气体供向真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量而在真空容器内生成等 离子体，并对所获得的真空容器内的等离 子体的电特性进行测定，该等离子体测定装置的 特征在于，包括朗缪尔探针，其配置于在上述真空容器内生成的等离子体中；电源部，其 对上述朗缪尔探针施加电压；电流计，其测定流过上述朗缪尔探针的电流值；控制部，其包 括电流电压曲线制作部，该电流电压曲线制作部根据上述电压值和电流值制作该等离子体 的电流电压曲线；和显示部，其显示由上述电流电压曲线制作部制作的电流电压曲线，上述 控制部在上述显示部的相同画面上显示等离子体的参照用的电流电压曲线和与被测定对 象的等离子体对应的电流电压曲线，其中，该参照用的电流电压曲线是将由真空容器内的 压力和上述能量组成的处理条件的参数设定为基准值、使电正性气体等离子体化时的等离 子体的参照用的电流电压曲线。以上，在本发明中，使用朗缪尔探针取得表示电压与电流的关系的电流电压曲线， 由于已知该电流电压曲线在电正性等离子体和电负性等离子体之间相当不同，因此通过阶 段性地改变处理条件能够求取上述电正性等离子体区域与电负性等离子体区域的边界的 处理条件。此外，因为将使用电正性气体的离子体的参照用的电流电压曲线、和与使用电正 性气体和电负性气体的混合气体的被测定对象的等离子体对应的电流电压曲线进行比较， 因此能够判定该等离子体是电正性等离子体还是电负性等离子体。这里，因为在电正性等离子体与电负性等离子体之间蚀刻率分布、电子密度分布 不同，因此根据本发明能够容易地发现电子密度分布、蚀刻率分布大幅变化的条件。因此， 在操作者设定用于获得想要的蚀刻率分布、电子密度分布的处理条件时，能够容易地进行 参数的优化作业，在处理开发阶段具有较高的利用价值。


图1是表示内置有本发明的一个实施方式的等离子体测定装置的等离子体处理 装置的截面图。图2是表示上述等离子体测定装置的一部分的平面图。图3是表示上述等离子体测定方法的工序图。图4是表示在上述等离子体测定方法中使用的I-V曲线的特性图。
图5是表示上述等离子体测定方法的另一个例子的工序图。图6是表示在上述等离子体测定方法中使用的I-V曲线的特性图。图7是为了确认上述等离子体的电特性与电子密度分布的关系而进行的实验例 的特性图。图8是为了确认上述等离子体的电特性与蚀刻率分布的关系而进 行的实验例的 特性图。图9是为了确认在CF4气体中添加NF3气体时的蚀刻率分布的变化而进行的参考 实验的特性图。图10是为了确认在CF4气体中添加NF3气体时的蚀刻率分布的变化而进行的参考 实验的特性图。图11是为了确认在CF4气体中添加NF3气体时的蚀刻率分布的变化而进行的参考 实验的特性图。
具体实施例方式以下，使用将本发明适用于平行平板型的等离子体处理装置的例子对本发明的实 施方式进行说明。图1是表示内置有本实施方式的等离子体测定装置的等离子体处理装置 的概略构成的截面图，等离子体处理装置包括构成真空容器的处理室1、配设于该处理室 1内的底面中央的载置台2、和在载置台2的上方以与该载置台2相对的方式设置的上部电 极3。上述处理室1接地，此外，在处理室1的底面经由排气管11连接有真空排气机构 12。该真空排气机构12与未图示的压力调整部连接，由此将处理室1内维持在规定的压力。 在处理室1的壁面设置有晶片W的搬送口 13，该搬送口 13通过门阀14能够开闭。上述载置台2由下部电极21和从下方支承该下部电极21的支承体22构成，隔着 绝缘部件23设置在处理室1的底面。在载置台2的上部设置有静电吸盘24，通过从高压直 流电源25施加电压，在载置台2上静电吸附晶片W。进而，在载置台2内，形成有规定的调 温介质通过的调温通路26，将载置台2上的晶片W维持在设定温度。进而，在载置台2的 内部，形成有将He(氦)气等热传导性气体作为后方(backside)气体进行供给的气体通路 27，该气体通路27在载置台2的上表面的多个部位开口。上述下部电极21经由高通滤波器(HPF)41接地，在下部电极21上经由匹配器43 连接有例如频率为13. 56MHz的高频电源42。从该高频电源42供给的高频用于通过对晶片 W施加偏置电力而将等离子体中的离子引入晶片W。此外，在下部电极21的外周缘，以围绕 静电吸盘24的方式配置有聚焦环28，在产生等离子体时，通过该聚焦环28，等离子体汇聚 在载置台2上的晶片W。上部电极3形成为中空状，通过覆盖其周缘部的屏蔽环30被安装于处理室1的顶 部。此外，在上部电极3的下表面，例如均等地配置有用于向处理室1内分散供给处理气体 的多个孔31，构成气体喷淋头。此外，在上部电极3的上表面，设置有作为气体供给路径的 气体导入管32。该气体导入管32在上游侧，例如分叉成2个而形成分叉管32A、32B，分别 经由阀VA、VB和流量控制部33A、33B与气体供给源34A、34B连接。该阀VA、VB和流量控 制部33A、33B构成供给系统，通过来自后述的控制部的控制信号，能够进行各气体供给源34A、34B的气体流量和通断的控制。在该例中，等离子体生成用气体包含电负性气体和电正性气体，气体供给源34A是电负性气体例如CF4气体的供给源，气体供给源34B是电正性气体例如Ar气体的供给源。 这里，作为电负性气体能够使用CF4气体、SF6气体、Cl2气体、O2气体等，作为电正性气体能 够使用Ar气体、N2气体、He气体等。上部电极3经低通滤波器(LPF) 44接地，在上部电极3经匹配器46连接有比高频 电源42的频率更高的例如60MHz的高频电源45。来自与上部电极3连接的高频电源45的 高频，构成用于使电负性气体、电正性气体等离子体化的等离子体产生机构。然而，本发明的等离子体测定装置6A具有配置于处理容器1内的等离子体测定用 的朗缪尔探针6。该朗缪尔探针6设置为，例如其前端位于上部电极3的下方侧，且位于载 置台2的中心的上方侧，使得其前端位于等离子体生成区域。此外，在该朗缪尔探针6的基 端侧，通过线路63连接有电源部61和电流计62，上述电源部61接地。作为上述朗缪尔探 针 6，能够使用商品名 L2P(K0BELC0，Plasma Consult)等。上述电源部61能够对上述朗缪尔探针6以扫描的方式施加从负电压到正电压的 电压。使朗缪尔探针6位于上述等离子体中，当在此处施加电压时，电子、离子与该探针6 碰撞，在连接该探针6与电源部61的线路63流过电流(探针电流)，因此电流计62能够检 测出此时的电流值。此外，上述等离子体测定装置6A包括控制部7和后述的显示部8。控制部7由例 如计算机构成，包括CPU、计算机程序、存储器。在上述计算机程序中写入有命令(各步骤)， 使得从控制部7向等离子体测定装置6A的各部发送控制信号，进行规定的测定工序。该计 算机程序存储在计算机存储介质7A例如软盘、光盘、硬盘、M0(光磁盘)等存储部中并在控 制部安装。这里，对被写入上述程序中的与等离子体测定相关的部位进行说明。控制部7包 括数据取得部71，使施加于上述朗缪尔探针6的电压(探针电压)与施加该探针电压时 由电流计62检测出的探针电流对应，作为表加以存储而取得；I-V曲线制作部72，其根据存 储在上述数据取得部71中的探针电压和探针电流制作电流电压曲线(I-V曲线)；I-V曲线 显示单元73，其是在例如计算机的显示画面(显示部)8上将所制作的各探针条件的I-V曲 线一并显示的单元；和判定部74，其为基于所显示的I-V曲线，根据上述参数的变化量和上 述I-V曲线的变化量，求取位于电正性等离子体区域的等离子体的I-V曲线与位于电负性 等离子体区域的等离子体的I-V曲线的边界的单元。接着，对本发明的等离子体测定方法进行说明。首先，设定处理条件。这里，处理 条件具备由电负性气体与电正性气体的流量比、处理室1(真空容器)内的压力、以及向上 部电极3施加的高频电力的大小构成的参数，在该例中，阶段性地改变从这些参数中选择 的参数，设定至少3种以上的处理条件(步骤Si)。具体而言，以作为参数改变电正性等离子体气体和电负性等离子体气体的流量比 的情况为例进行说明。在该情况下，在处理条件的参数中，令向上部电极3施加的高频电 力的大小为例如500W、令向下部电极21施加的高频电力的大小为例如100W、令处理室1 内的压力为例如13. 3Pa (IOOmTorr)，设定改变作为电负性气体的CF4气体与作为电正性气 体的Ar气体的流量比而得到的6个处理条件。此时，令CF4气体和Ar气体的流量的和为200sccm, CF4气体和Ar气体的流量比如以下所示。条件1 CF4 气体Ar 气体= 200sccm Osccm条件2 CF4 气体Ar 气体=IOOsccm IOOsccm条件3 CF4 气体Ar 气体=50sccm 150sccm条件4 CF4 气体Ar 气体=IOsccm 190sccm条件 5 CF4 气体Ar 气体=5sccm 195sccm条件6 CF4 气体Ar 气体=Osccm 200sccm然后，实际上在各处理条件1 6下生成等离子体(步骤S2)。例如以处理条件 1的情况为例进行说明，利用真空排气机构12经排气管11对处理室1内进行排气，这样将 处理室1内维持在13. 3Pa (IOOmTorr)后，分别以200sccm、0sccm的流量供给CF4气体和Ar 气体作为等离子体生成气体。另一方面，将频率为60MHz、500W的高频供向上部电极3，并且 将频率为13. 56MHzUOOff的高频供向下部电极21，使上述等离子体生成气体等离子体化。接着，使朗缪尔探针6与所生成的等离子体接触，从电源部61对该朗缪尔探针6 扫描地施加探针电压，此时通过电流计62检测出流过线路63的探针电流，使上述探针电压 与探针电流对应地以表的形式存储在数据取得部71 (步骤S3)。接着，通过I-V曲线制作部 72，基于存储于所述数据取得部71的探针电压与探针电流来制作I-V曲线(步骤S4)。这样，利用所设定的全部的处理条件1 6生成等离子体，制作其等离子体的I-V 曲线，通过I-V曲线显示部73将全部的I-V曲线显示在计算机的相同的显示画面上(步骤 S5)。然后，通过判定部74，根据上述参数的变化量和上述I-V曲线的变化量，判断位于电正 性等离子体区域的I-V曲线、与位于电负性等离子体区域的I-V曲线的边界(步骤S6)。图4表示在处理条件1 6下生成的等离子体的I-V曲线。图中纵轴表示上述探 针电压，横轴表示上述探针电流的值。此时，令从电源部61向朗缪尔探针6流动的电流为 正的电流，令从朗缪尔探针6向电源部61流动的电流为负的电流。通过该图能够看出，处理条件1 4的I-V曲线的趋势相似，处理条件5、6的I-V 曲线的趋势大致相同。此外，在处理条件4 6之间，参数中的CF4气体的流量每5sCCm地 变化，与处理条件5、6之间的I-V曲线不太变化的情况相对，在处理条件4、5之间，两者的 I-V曲线的弯曲大幅不同。从而，在处理条件4的I-V曲线与处理条件5的I-V曲线之间， 与参数的变化量相比，上述电流电压曲线的变化量较大，判定在它们之间存在位于电正性 等离子体区域的I-V曲线、与位于电负性等离子体区域的I-V曲线的边界，并例如将该情况 显示在上述显示画面8上。 这里，判定处理条件1 4的I-V曲线位于电负性等离子体区域，处理条件5、6的 I-V曲线位于电正性等离子体区域。认为，等离子体虽然是电中性，但是通过对朗缪尔探针 6施加电压，根据是电正性等离子体还是电负性等离子体，通过以下的推测能够得到不同的 I-V曲线。S卩，如上所述，电负性等离子体是负离子比电子多的等离子体，电负性度较大。从 而，即使从电源部61对被置于等离子体中的朗缪尔探针6施加具有较大的负电位的探针电 压例如-120V，等离子体与电源部61的电位相比，等离子体负电位的程度也更大，由于该等 离子体与电源部61的电位差，电子从等离子体向朗缪尔探针6(电源部61)移动。由此，电 流从电源部61向朗缪尔探针6流动，因此探针电流的值为正。而且，当逐渐地使探针电压 的负的程度变小时，等离子体与电源部61的电位差变大，因此探针电流变得更大。
另一方面，如上所述，电正性等离子体是电子比负离子多的等离子体，与电负性等离子体相比电负性度较小。从而，在从电源部61对被置于等离子体中的朗缪尔探针6施加 具有较大的负电位的探针电压例如-120V时，与电源部61的电位相比，等离子体的负电位 的程度小，由于该等离子体与电源部61的电位差，电子从朗缪尔探针6 (电源部61)向等离 子体移动。由此，电流从等离子体向朗缪尔探针6流动，探针电流的值为负。而且，当逐渐 使从电源部61对朗缪尔探针6施加的负电位的程度变小时(当使探针电压变大时)，在探 针电压为某个电位时，探针电流的方向反转。即，观察处理条件6，当施加-20V的探针电压时，等离子体与电源部61的电位大致 相同，在它们之间电子不移动，因此探针电流为0。接着，在施加大于-20V的探针电压时，等 离子体的负的程度比电源部61大，由于该等离子体与电源部61的电位差，电子从等离子体 向朗缪尔探针6移动，因此电流从电源部61向等离子体流动，探针电流的值为正。如以上所述，所生成的等离子体是电负性等离子体还是电正性等离子体，能够通 过取得该等离子体的I-V曲线，基于该数据来把握。在图4所示的例子中，在处理条件1 处理条件4下，即使探针电压的负电位为-100V较大，探针电流也为正，因此能够判定为电 负性等离子体。在处理条件5、6下，当探针电压的负电位在-30V以下时，探针电流为负值， 当探针电压为-20V -IOV左右，负电位的程度变小时，探针电流反转为正的值，因此能够 判定为电正性等离子体。这样，等离子体虽然为电中性(准中性)，但是当使朗缪尔探针6的前端与等离子 体接触、对该朗缪尔探针6扫描地施加从负电位到正电位的电压时，能够如上述那样检测 出探针电流，得到图4所示那样的I-V曲线，因此从电学方面进行观察可知，在对上述探针 6施加电压时，流过使从电源部61朝向上述探针6的方向为正的电流。另外，在处理条件 1 3的数据中探针电压为-50V以上时，探针电流紊乱，但一般认为这是由于等离子体中的 电子与探针碰撞而造成的。此外，也存在负离子与探针碰撞的可能性。在以上所述中，位于电正性等离子体区域的I-V曲线、与位于电负性等离子体区 域的I-V曲线的边界的判断(确定)，也可以通过观察各处理条件1 6的I-V曲线由操作 者进行。如上所述，本发明着眼于阶段性地改变从处理条件的参数中选择的例如一个参 数，设定至少3个以上的处理条件，按照在该处理条件下生成的各等离子体取得I-V曲线并 显示在相同的显示画面8上时，存在I-V曲线的变化量相对于参数的变化量变大的处理条 件的情况。于是，能够将I-V曲线的变化量相对于参数的变化量变大的处理条件作为电正 性等离子体区域与电负性等离子体区域的边界的处理条件加以确定。这里，从后述的实施例可知，电正性等离子体和电负性等离子体彼此的性质不同， 在这些等离子体间蚀刻率分布、电子密度分布不同。从而，如果能够确定电正性等离子体区 域和电负性等离子体区域的边界的处理条件，则能够容易地发现电子密度分布、蚀刻率分 布发生较大变化的条件。由此，在处理开发阶段，当操作者设定用于得到想要的蚀刻率分 布、电子密度分布的处理条件时，能够得到形成电正性等离子体和电负性等离子体中的哪 一方较好等的指标。此时，如上述的例子那样，如果知道电正性等离子体区域和电负性等离 子体区域的边界的处理条件，则能够基于此进行处理条件的参数的进一步细化，能够进行 确定更精细的条件的作业，因此上述参数的最佳化(最优化)作业变得容易。
在以上所述中，令电负性气体与电正性气体的流量比相同，即使在改变被供向上部电极3的高频电力的大小、处理室1内的压力的情况下，与调整上述流量比后的情况相 比，虽然变化的程度较低，但等离子体状态发生变化。从而，在阶段性地改变这些参数(高 频电力的大小、处理室1内的压力)的情况下，所生成的等离子体的I-V曲线也不同。因此， 根据上述参数的变化量和上述I-V曲线的变化量，能够求取电正性等离子体区域和电负性 等离子体区域的边界的处理条件。接着，对其他的实施方式进行说明。在该实施方式中，将作为基准等离子体的I-V 曲线的参照用的电流电压曲线(以下，称为“参照曲线”)、与某个处理条件下所生成的被测 定对象的等离子体的I-V曲线进行比较，来判定该被测定对象的等离子体是电正性等离子 体还是电负性等离子体。具体说明，即首先生成基准等离子体，取得该等离子体的I-V曲线 作为参照曲线(步骤S11)。这里，基准等离子体是指仅使用电正性气体例如Ar气体，将作 为处理条件的参数的处理室1内的压力、和被供向上部电极3的高频电力的大小设定为基 准值，在该条件下生成的等离子体。在该情况下，参照曲线可以反复使用预先取得的曲线， 也可以在每次进行判定时重新取得。该例的基准等离子体的处理条件分别设定为作为电正性气体的Ar气体的流量 为200SCCm、向上部电极3施加的高频电力的大小为500W、向下部电极21施加的高频电力 的大小为100W、处理室1内的压力为13. 3Pa (IOOmTorr)。然后，设定用于生成被测定对象的等离子体的处理条件(步骤S12)。即对包括电 负性气体与电正性气体的流量比、处理室1内的压力、和向上部电极3施加的高频电力的大 小的参数进行设定。在该例中，将处理室1内的压力和向上部电极3施加的高频电力的大 小设定为与基准等离子体的参数相同。具体而言，分别设定为作为电负性气体的CF4气体 与作为电正性气体的Ar气体的流量比为CF4气体Ar气体=IOsccm 190sccm，向上部 电极3施加的高频电力的大小为500W，向下部电极21施加的高频电力的大小为100W、处理 室1内的压力为13. 3Pa (IOOmTorr)。接着，在该处理条件下使等离子体生成气体等离子体化(步骤S13)，使朗缪尔探 针6与该等离子体接触，如已述的那样，利用数据取得部71使施加于探针6的探针电压、与 此时流过线路63的探针电流对应地加以取得(步骤S14)，利用I-V曲线制作部72制作I-V 曲线(步骤S15)。接着，利用I-V曲线显示单元73，将上述参照曲线与上述被测定对象的等离子体 的I-V曲线在计算机的相同的显示画面8上进行显示(步骤S16)，利用判定部74，将上述 参照曲线与上述被测定对象的等离子体的I-V曲线进行比较，判定该被测定对象的等离子 体是电正性等离子体还是电负性等离子体，并显示该结果(步骤S17)。此时，也可以由操作 者对在上述处理条件下生成的等离子体是电正性等离子体还是电负性等离子体进行判定。 另外，在该例中，上述显示单元73相当于将参照曲线和被测定对象的等离子体的电流电压 曲线在上述显示部的相同画面上进行显示的机构，上述判定部74相当于将上述参照曲线 与对应于被测定对象的等离子体的电流电压曲线进行比较并判定该等离子体是电正性等 离子体还是电负性等离子体的机构(单元)。这里，图6是表示参照曲线与被测定对象的等离子体的I-V曲线的特性图。图中实 线为参照曲线，点划线为被测定对象的I-V曲线。在该图中，图中纵轴表示上述探针电压，横轴表示上述探针电流的值。此时，就电流而言，以从电源部61流向朗缪尔探针6的电流 为正的电流，从朗缪尔探针6流向电源部61的电流为负的电流。在该例中，根据上述的实施方式的数据，把握电正性等离子体区域与电负性等离 子体区域的边界的处理条件。根据如下情况，即，在使作为电正性气体的Ar气体等离子体 化时，如已述的那样形成电正性等离子体的情况，此外，上述的实施方式的处理条件5 (CF4 气体Ar气体=5sCCm 95sccm)的等离子体的I_V曲线与仅使用Ar气体的等离子体的 I-V曲线(处理条件6工 4气体Ar气体=Osccm 200sccm)相比，探针电流的正负反转 时的探针电压向正侧移动的情况，将仅使用Ar气体的等离子体的 I-V曲线视为电正性等离 子体区域的边界的I-V曲线。以此为基准判定是电正性等离子体区域还是电负性等离子体 区域。电正性等离子体与电负性等离子体之间的变化，相对于电负性气体的变化急剧地 发生。该气体流量具有阈值那样的数值，已知在该阈值的前后(电正性等离子体区域与电 负性等离子体区域的边界)I-V曲线发生较大的变化。从而，根据与该阈值相比是移向电正 侧还是移向电负侧，能够判定被测定对象的等离子体是电正性等离子体还是电负性等离子 体。在该例中，由于与被判断为阈值的仅使用Ar气体的等离子体的I-V曲线相比移(shift) 向负侧，因此判定该被测定对象的等离子体为电负性等离子体。在该实施方式中，将作为基准等离子体I-V曲线的参照曲线与某个处理条件的 I-V曲线进行比较，判定在该处理条件下生成的等离子体是电正性等离子体还是电负性等 离子体，因此能够容易地判定在被设定的处理条件下生成的等离子体是电正性等离子体还 电负性等离子体。由此，在操作者设定用于得到想要的蚀刻率分布、电子密度分布的处理条 件时，处理条件的参数的最佳化作业变得容易。例如为了提高蚀刻率分布的面内均勻性，能够采用如下方法使用作为电负性气 体的CF4气体和Ar气体生成电负性等离子体，进而添加电负性度大的SF6气体。这样，通过 把握等离子体的电特性而能够确保想要的蚀刻率分布、电子密度分布，因此能够容易地判 断接着应该采用哪种方法，其结果是处理条件的参数的最佳化作业变得容易。在该例中，就基准等离子体而言，仅使用电正性气体并使其等离子体化而得到，但 是这里也包括在电正性气体中添加几1M列如2 3%的电负性气体的情况。这是因为，即使 如上述的处理条件5那样在电正性气体中添加2. 5%的电负性气体的情况下，也生成电正 性等离子体。实施例以下对为了确认本发明的效果而进行的实施例进行说明。(电子密度分布的测定)使用图1所示的等离子体测定装置，生成上述的实施方式的处理条件1 6的等 离子体，对各等离子体的电子密度分布进行测定。这里，处理条件1 6记载为向上部电 极3施加的高频电力的大小为500W、向下部电极21施加的高频电力的大小为100W、处理室 1内的压力为13. 3Pa(IOOmTorr)，等离子体生成气体的流量比如以下所述条件1 CF4 气体Ar 气体= 200sccm Osccm条件2 CF4 气体Ar 气体=IOOsccm IOOsccm条件3 CF4 气体Ar 气体=50sccm 150sccm
条件4 CF4 气体Ar 气体=IOsccm 190sccm条件5 CF4 气体Ar 气体=5sccm 195sccm条件 6 CF4 气体Ar 气体=Osccm 200sccm
图7表示此时的电子密度。图中横轴表示至晶片中心的距离，纵轴表示电子密度， 处理条件1用〇、处理条件2用Δ、处理条件3用 、处理条件4用口、处理条件5用 (黑 菱形)、处理条件6用黑四角来表示各自的数据。根据该结果，能够认识到与处理条件1 4相比，处理条件5、6的电子密度较大， 此外，处理条件1 4的数据的趋势相似，处理条件5、6的数据的趋势相似。这里，根据图 3的结果能够把握以下情况处理条件1 4为电负性等离子体，处理条件5和处理条件6 为电正性等离子体，由此能够确认在电正性等离子体与电负性等离子体之间等离子体的电 子密度分布发生较大变化。(Si的蚀刻率分布的测定)使用图1所示的等离子体测定装置，生成上述的实施方式的处理条件1 6的等 离子体，并测定各等离子体的蚀刻率分布。这里，处理条件1 6如上所述。图8表示此时的蚀刻率分布。图中横轴表示晶片面内位置，纵轴表示蚀刻率，处理 条件1用〇、处理条件2用Δ、处理条件3用 、处理条件4用口、处理条件5用 (黑菱 形)、处理条件6用黑四角来表示各自的数据。根据该结果，能够认为与处理条件1 4相比，处理条件5、6的蚀刻率分布较小， 此外，处理条件1 4的数据的趋势相似，处理条件5、6的数据的趋势相似。这里，如已述 的那样把握以下情况处理条件1 4为电负性等离子体，处理条件5和处理条件6为电正 性等离子体，因此能够确认到在电正性等离子体与电负性等离子体之间蚀刻率分布发生较 大变化。(参考实验=SiO2的蚀刻率分布的测定)使用图1所示的等离子体测定装置，生成处理条件11 15的等离子体，并测定 各等离子体的蚀刻率分布。这里，处理条件11 15设定为向上部电极3施加的高频电 力的大小为1500W、向下部电极21施加的高频电力的大小为100W、处理室1内的压力为 13. 3Pa (IOOmTorr)，作为等离子体生成气体使用CF4气体和NF3气体，各处理条件11 15 的这些气体的流量比如以下所述。条件11 CF4 气体NF3 气体=IOOsccm Osccm条件12 CF4 气体NF3 气体=IOOsccm 5sccm条件13 CF4 气体NF3 气体=IOOsccm IOsccm条件14 CF4 气体NF3 气体=IOOsccm 25sccm条件15 CF4 气体NF3 气体=IOOsccm 50sccm图9表示此时的蚀刻率分布。图中横轴表示晶片面内位置，纵轴表示蚀刻率，处理 条件11用X、处理条件12用〇、处理条件13用□、处理条件14用Δ、处理条件15用 来 表示各自的数据。(参考实验SiN的蚀刻率分布的测定)使用图1所示的等离子体测定装置，生成处理条件11 15的等离子体，并测定各 等离子体的蚀刻率分布。这里，处理条件11 15如上所述。
图10表示此时的蚀刻率分布。图中横轴表示晶片面内位置，纵轴表示蚀刻率，处 理条件11用X、处理条件12用〇、处理条件13用□、处理条件14用Δ、处理条件15用^ 来表示各自的数据。(参考实验光致抗蚀剂的蚀刻率分布的测定)使用图1所示的等离子体测定装置，生成处理条件11 15的等离子体，并测定各 等离子体的蚀刻率分布。这里，处理条件11 15如上所述。图1表示此时的蚀刻率分布。图中横轴表示晶片面内位置，纵轴表示蚀刻率，处理 条件11用X、处理条件12用〇、处理条件13用□、处理条件14用Δ、处理条件15用 来 表示各自的数据。这些参考实验(图9 图11)是为了把握将电子附着系数(ElectronAttachment Coeficient)比CF4气体大的气体即NF3气体添加到该CF4气体时的蚀刻率分布的变化而进 行的。这里，电子附着系数比CF4气体大，是指比CF4气体更易生成负离子的气体。根据该结果，能够认识到与未添加NF3气体的处理条件11相比，在添加NF3气体 的处理条件12、13下，蚀刻率的面内均勻性提高，但是在NF3气体的添加量较多的处理条件 14、15下，蚀刻率的面内均勻性恶化。由此，能够了解到通过生成电负性等离子体、进而添 加电子附着系数较大的电负性气体，蚀刻率的面内均勻性提高，但是其添加量具有适当的 范围。在以上所述中，本发明的测定对象的等离子体，是向等离子体生成气体供给能量而在真空容器内得到的，所述能量可以是如上述那样的高频电力，也可以是使用微波的能 量，或其他所有的生成等离子体的能量。此外，朗缪尔探针可以预先设置于真空容器，也可 以在真空容器内产生等离子体后插入。
权利要求
一种等离子体测定方法，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子体生成用气体供给到真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量从而在真空容器内生成等离子体，利用位于等离子体气体中的朗缪尔探针对所获得的真空容器内的等离子体的电特性进行测定，该等离子体测定方法的特征在于，包括阶段性地改变从包括流量比、所述真空容器内的压力和所述能量的大小的处理条件的参数中选择的参数，基于至少三种以上的处理条件生成等离子体的工序，其中，所述流量比是被供给到所述真空容器内的等离子体生成气体中的电负性气体与电正性气体的流量比；对位于等离子体中的朗缪尔探针施加电压，按各处理条件取得表示该施加的电压与流过该探针的电流的关系的电流电压曲线，从而得到电流电压曲线组的工序；和根据在该工序取得的电流电压曲线组求取电正性等离子体区域与电负性等离子体区域的边界的处理条件的工序。
2.如权利要求1所述的等离子体测定方法，其特征在于求取所述处理条件的工序，通过计算机根据所述参数的变化量和所述电流电压曲线的变化量进行。
3.如权利要求1所述的等离子体测定方法，其特征在于取得所述电流电压曲线的工序包括将每一个处理条件的电流电压曲线显示在计算机 的同一显示画面上的工序。
4.一种等离子体测定方法，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子体生成用气体 供给到真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量从而在真空容器内生成等离子体， 利用位于等离子体中的朗缪尔探针对所获得的真空容器内的等离子体的电特性进行测定， 该等离子体测定方法的特征在于，包括向所述真空容器供给电正性气体，将包括所述真空容器内的压力和所述能量的大小的 处理条件的参数设定为基准值，生成基准等离子体的工序；对位于基准等离子体中的朗缪尔探针施加电压，取得表示该施加的电压与流过该探针 的电流的关系的参照用的电流电压曲线的工序；向所述真空容器供给所述等离子体生成用气体，生成被测定对象的等离子体的工序；对位于通过该工序生成的等离子体中的朗缪尔探针施加电压，取得表示该施加的电压 与流过该探针的电流的关系的、与被测定对象的等离子体对应的电流电压曲线的工序；和将与该被测定对象的等离子体对应的电流电压曲线与所述参照用的电流电压曲线进 行比较，判定该被测定对象的等离子体是电正性等离子体还是电负性等离子体的工序。
5.如权利要求4所述的等离子体测定方法，其特征在于取得所述电流电压曲线的工序包括将参照用的电流电压曲线和与被测定对象的等离 子体对应的电流电压曲线显示在计算机的同一显示画面上的工序。
6.如权利要求1或4所述的等离子体测定方法，其特征在于所述电负性气体是CF4气体、SF6气体、Cl2气体和O2气体中的任一种气体。
7.一种等离子体测定装置，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子体生成用气体 供给到真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量从而在真空容器内生成等离子体， 并对所获得的真空容器内的等离子体的电特性进行测定，该等离子体测定装置的特征在于，包括朗缪尔探针，其配置于在所述真空容器内生成的等离子体中； 电源部，其对所述朗缪尔探针施加电压； 电流计，其测定流过所述朗缪尔探针的电流值；控制部，其包括电流电压曲线制作部，该电流电压曲线制作部根据所述电压值和电流 值制作该等离子体的电流电压曲线；和显示部，其显示由所述电流电压曲线制作部制作的电流电压曲线，其中， 所述控制部阶段性地改变从包括流量比、所述真空容器内的压力和所述能量的大小的 处理条件的参数中选择的参数，基于至少三种以上的等离子体条件生成等离子体，在所述 显示部的同一画面上显示各等离子体的电流电压曲线，其中，所述流量比是被供给到真空 容器内的电负性气体与电正性气体的流量比。
8.如权利要求7所述的等离子体测定装置，其特征在于，还包括根据所述参数的变化量和所述电流电压曲线的变化量，求取电正性等离子体区域与电 负性等离子体区域的边界的处理条件的单元。
9.一种等离子体测定装置，其将包含电负性气体和电正性气体的等离子体生成用气体 供给到真空容器内，向该等离子体生成用气体供给能量从而在真空容器内生成等离子体， 并对所获得的真空容器内的等离子体的电特性进行测定，该等离子体测定装置的特征在 于，包括朗缪尔探针，其配置于在所述真空容器内生成的等离子体中 电源部，其对所述朗缪尔探针施加电压； 电流计，其测定流过所述朗缪尔探针的电流值；控制部，其包括电流电压曲线制作部，该电流电压曲线制作部根据所述电压值和电流 值制作该等离子体的电流电压曲线；和显示部，其显示由所述电流电压曲线制作部制作的电流电压曲线，其中， 所述控制部在所述显示部的同一画面上显示参照用的电流电压曲线和与被测定对象 的等离子体对应的电流电压曲线，其中，该参照用的电流电压曲线是将包括真空容器内的 压力和所述能量的处理条件的参数设定为基准值、使电正性气体等离子体化时的等离子体 的参照用的电流电压曲线。
10.如权利要求9所述的等离子体测定装置，其特征在于所述控制部还包括将所述参照用的电流电压曲线与对应于被测定对象的等离子体的 电流电压曲线进行比较，判定该等离子体是电正性等离子体还是电负性等离子体的单元。
全文摘要
本发明提供等离子体测定方法、等离子体测定装置和存储介质，其能够确定电正性等离子体区域与电负性等离子体区域的边界的处理条件。在真空容器内，阶段性地改变从包括电负性气体和电正性气体的流量比、上述真空容器内的压力、以及使上述电负性气体和电正性气体等离子体化时的能量的大小的处理条件的参数中选择的参数，基于至少三种以上的处理条件生成等离子体。接着，对位于该等离子体中的朗缪尔探针施加电压，按各个处理条件取得表示该施加的电压与流过该探针的电流的关系的电流电压曲线。然后，基于所取得的上述电流电压曲线组求取电正性等离子体区域和电负性等离子体区域的边界的处理条件。
文档编号H01L21/3065GK101821837SQ200980100651
公开日2010年9月1日 申请日期2009年1月30日 优先权日2008年2月12日
发明者伊藤融, 传宝一树, 川上雅人, 永关澄江 申请人:东京毅力科创株式会社