JPH04256845A

JPH04256845A - プラズマ計測法

Info

Publication number: JPH04256845A
Application number: JP3039072A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nishimura; 浩志西村; Seitaro Matsuo; 松尾　誠太郎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1992-09-11
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JP2514862B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波を使った半
導体集積回路等の各種デバイスの製造工程で利用される
プラズマの計測法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等の各種デバイスの製造
工程において、薄膜形成およびエッチングに用いるプラ
ズマとして、高周波放電を利用したＲＦプラズマやマイ
クロ波励起による電子サイクロトロン共鳴を利用したＥ
ＣＲプラズマが利用されている。特にＥＣＲプラズマは
、低ガス圧，高イオン化率，高活性の特徴を有し、導入
ガスの選択，イオンエネルギーの制御によって、優れた
加工特性を発揮できることが明らかにされ（特開昭５６
−１５５５３５号公報，特公昭５８−１３６２６号公報
参照）、微細なパタンのエッチングや薄膜形成に利用さ
れている。

【０００３】図６にＥＣＲプラズマを利用したプラズマ
処理装置の基本構成を示す。図において、６１はプラズ
マ生成室、６２は試料室、６３はプラズマ生成室６１の
上部に設けたマイクロ波導入窓であって、例えば石英ガ
ラス板により構成されている。６４はマイクロ波導入の
ための矩形導波管である。６９はプラズマ生成室６１で
生成されたプラズマを試料台７０に置かれた試料７１に
導くためのプラズマ引出し窓である。７２はプラズマ生
成室６１の内部の適当な領域で電子サイクロトロン共鳴
条件を満たす磁界強度を発生させるための磁気コイルで
あり、プラズマ流６８を形成させるための発散磁界の形
成にも利用している。６５はプラズマ生成室を冷却する
ための冷却水系である。６６および６７はガス導入系で
、処理目的に応じて単独または組み合わせて使用される
。ガス導入系６６，６７から必要なガスを導入し、磁気
コイル７２によりプラズマ生成室６１の内部の適当な領
域に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁界（マイク
ロ波周波数が２．４５ＧＨｚのとき８７５ガウス）を発
生させ、マイクロ波をマイクロ波導入窓６３を通してプ
ラズマ生成室６１に導入し電子サイクロトロン共鳴を起
こす。電子サイクロトロン共鳴により加速された電子が
、ガスと衝突，電離する事ことによってプラズマが生成
される。生成されたプラズマは、磁気コイル７２による
発散磁界により、プラズマ流６８を形成して試料７１に
到達する。

【０００４】半導体集積回路はますます高集積化，微細
化し、また処理されるべき試料の口径も大きくなってお
り、これに対応するには、上記のＥＣＲプラズマを利用
したプラズマ処理装置においても、より精密なプラズマ
の制御が必要となっている。そのためにはプラズマの正
確な計測に基づいた、プラズマの生成，輸送に関する十
分な理解が不可欠である。

【０００５】半導体プロセスに利用されている低温プラ
ズマの計測法としては、ラングミュアプローブ法とマイ
クロ波干渉法が知られている。ラングミュアプローブ法
は、金属の電極をプラズマ中に挿入し、電圧を加えてプ
ローブに流れ込む電子電流を測定し、電子の速度分布を
仮定して電圧電流特性を解析し、プラズマの電子温度，
電子密度等のプラズマパラメータを決定する方法である
｛堤井信力著，プラズマ基礎工学，第３章（内田老鶴圃
，１９８６）｝。この方法は、プローブが置かれた場所
での測定ができるため、位置の分解能が高いという利点
がある。しかし、挿入することによるプラズマの乱れが
避けられず、精度良い測定がむずかしい。また、電子温
度，電子密度の算出の際に、電子の速度分布，電極表面
のシース形状を仮定する必要があるため、特に半導体プ
ロセス用プラズマのような、非平衡プラズマの測定の際
には、誤差が大きくなる。さらに、ＥＣＲプラズマのよ
うに磁界がある場合には、電子の流入条件が一定になら
ないため誤差が大きく使用困難になる。実用的な面では
、金属電極の挿入によるプラズマ装置の汚染も問題とな
る。

【０００６】マイクロ波干渉法は、プラズマ振動数より
も高い振動数のマイクロ波を使い、プラズマによるマイ
クロ波の減衰及び位相のズレを検出してプラズマの屈折
率を求め、マイクロ波に対するプラズマの屈折率が後述
するようにプラズマ密度，電子の衝突角振動数νによっ
て決まっていることを利用して、プラズマ密度，電子温
度等のプラズマパラメータを決定する方法である。図７
にマイクロ波干渉法によるプラズマ計測の基本構成を示
す｛堤井信力著，プラズマ基礎工学，第４章（内田老鶴
圃，１９８６）｝。図において、１はマイクロ波源でク
ライストロン発振器等が使われる。２１，２２はマジッ
クＴ、２３，２４はホーンアンテナ、１２は可変減衰器
、１３は可変移相器、３はマイクロ波検出器である。マイクロ波源１から出たマイクロ波は、導波管によりマ
ジックＴ２１に導かれ２つに分けられる。一方は、ホー
ンアンテナ２３を介してプラズマ中に送られてプラズマ
中を伝播し、反対側にあるホーンアンテナ２４によって
集められてマジックＴ２２に到達する。他方は、可変減
衰器１２，可変移相器１３を経てマジックＴ２２に達す
る。マジックＴ２２で合成されたマイクロ波の強度をマ
イクロ波検出器３で検出する。プラズマがないときにマ
イクロ波検出器３に到達するマイクロ波の強度が零にな
るように、あらかじめ可変減衰器１２，可変移相器１３
を調節しておき、プラズマがあるときにもマイクロ波検
出器３に到達するマイクロ波の強度が零になるように可
変減衰器１２，可変移相器１３を調節する。その調節量
からプラズマによるマイクロ波の減衰，位相のズレを計
算し、プラズマパラメータを決める。

【０００７】この方法は核融合用プラズマ等の大体積の
プラズマの計測に用いられており、マイクロ波とホーン
アンテナの組み合わせによりプラズマへの乱れが小さい
という利点がある。しかし、ホーンアンテナを出たマイ
クロ波はホーンアンテナによって決まる角度分布で広が
って伝播するため、半導体プロセス用の小体積のプラズ
マのようにプラズマが壁に接している場合にはマイクロ
波の一部が壁に到達して複雑な反射をする。また、プラ
ズマが壁から離れている場合には、マイクロ波の一部が
プラズマの境界で反射され、プラズマの外を伝播したり
、容器の壁で複雑な反射を起こしたりする。ホーンアン
テナで検出されるマイクロ波には、これらすべてが足し
合わされているため、マイクロ波の減衰，位相のズレに
は、プラズマによる減衰，位相のズレの他に上にあげた
反射等による減衰，位相のズレも含まれており正確な測
定ができない。また、２つのホーンアンテナを向い合わ
せに設置しなければならないため、プラズマ装置により
測定できる場所が限定されてしまう。さらに、導波管を
使用しているために、計測用マイクロ波の周波数を大き
く変えられない。

【０００８】さらに、ＥＣＲプラズマなどのように磁界
がある場合には、マイクロ波に対するプラズマの屈折率
はマイクロ波の伝播方向，磁界強度，マイクロ波電界の
方向等によって決まる。しかし、マイクロ波干渉法では
、マイクロ波をホーンアンテナでプラズマ中に導入して
いるために、プラズマ中でのマイクロ波の伝播方向，マ
イクロ波の電界の方向を規定できないため正確な測定は
不可能である。このように、従来のマイクロ波干渉法に
よって、半導体プロセスに使われる比較的に小体積のプ
ラズマの正確な計測は不可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路の微細
化にともない、低ガス圧，高イオン化率，高活性の特徴
を有するＥＣＲプラズマ装置の重要性が増大している。ＥＣＲプラズマ装置のさらなる高性能化には、ＥＣＲプ
ラズマの生成，輸送に関する正確な理解に基づいた高精
度なプラズマの制御が必要であり、そのために精度の良
いプラズマ計測法が必要である。しかしながら上述した
ように、従来の測定法では半導体プロセスに用いられる
比較的小体積のプラズマやＥＣＲプラズマなどの磁界中
にあるプラズマの高精度な計測が原理的に不可能である
。

【００１０】本発明は、上述した従来法の欠点を原理的
に解決するために提案されたもので、その目的は、半導
体プロセスに用いられる比較的小体積のプラズマ、特に
ＥＣＲプラズマ等のような磁界中にあるプラズマに対す
る高精度な計測法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は計測用マイクロ波を計測すべきプラズマ中
に入射し、前記プラズマからうける計測用マイクロ波の
位相，強度の変化からプラズマパラメータを決定するプ
ラズマ計測法において、前記計測用マイクロ波を平行対
ケーブルを用い、計測すべきプラズマ中を伝播させるこ
とを特徴とするプラズマ計測法を発明の要旨とするもの
である。

【００１２】

【作用】本発明は、測定用マイクロ波を平行対ケーブル
を使ってプラズマ中を伝播させることで、プラズマ中で
のマイクロ波の伝播モード，伝播路，電磁界の存在領域
を限定することを最も主要な特徴とする。このことによ
り、半導体プロセス用プラズマの計測において、プラズ
マへの乱れを最小限に抑えて高精度なプラズマの計測を
行いうる作用を有する。

【００１３】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。なお
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言
うまでもない。

【００１４】（実施例１）図１に本発明の第１の実施例
を示す。図において、１は周波数可変のマイクロ波源、
４０は平行対ケーブル、３はスペクトルアナライザー等
のマイクロ波検出器、４３は同軸ケーブル、２は反射波
によるマイクロ波源１の損傷を防ぐためのアイソレータ
、３１および３２は同軸ケーブル４３と平行対ケーブル
４０のインピーダンスを合わせるための整合器、６２は
試料室、６８はプラズマ流、６９はプラズマ引出し窓、
７０は試料台を示す。

【００１５】マイクロ波源１を出た計測用マイクロ波は
、同軸ケーブル４３を伝播してアイソレータ２，整合器
３１を経て平行対ケーブル４０によってプラズマ中に導
かれる。平行対ケーブル４０を伝播したマイクロ波は、
整合器３２を経て同軸ケーブル４３によりマイクロ波検
出器３に導かれ検出される。この構成によるプラズマの
計測は次の手順で行う。はじめにプラズマがないときの
マイクロ波の透過強度を計測用マイクロ波の周波数を変
化させて測定する。次にプラズマがあるときのマイクロ
波の透過強度を測定する。両者を比較してプラズマによ
る減衰量を求め、プラズマ密度，電子温度といったプラ
ズマパラメータを決める。

【００１６】図２（Ａ）に平行対ケーブル４０の断面を
示す。８０は伝送線、８４は絶縁体、８５はマイクロ波
電界の電気力線の状態を示す。平行対ケーブル４０は２
本の近接した平行な伝送線８０からなり、各々の伝送線
はプラズマに直接触れないように石英などの絶縁体８４
で覆われている。この様な構成での基本伝播モードはＴ
ＥＭ波である。実験では絶縁体８４として、外径１．２
ｍｍの石英管を使用した。平行対ケーブル４０の断面積
はこのように小さくできるので、プラズマ中に挿入する
ことによるプラズマへの乱れも小さく抑えられる。また
、マイクロ波は平行対ケーブル４０によってプラズマ中
を伝播するので、プラズマ中でのマイクロ波の広がりに
よる壁での反射，プラズマの外への回り込み等の影響を
除くことが出来る。

【００１７】平行対ケーブルとして、図２（Ｂ）に示す
ような３本の伝送線を使った構成も考えられる。この場
合伝送線８１と伝送線８２を等電位になるように接続す
ると、マイクロ波電界は、８５の様になり、図２（Ａ）
に示す平行対ケーブルの場合よりもプラズマとマイクロ
波電界が相互作用する領域が増し測定精度が向上する。図２（Ａ）および（Ｂ）に示す平行対ケーブルの一部を
プラズマから遮蔽することによって、平行対ケーブルに
沿った方向での位置の分解能を高くできる。

【００１８】一般に、平行対ケーブルを伝播するマイク
ロ波の基本モードはＴＥＭ波であり、その伝播特性は平
面波の伝播特性と同じである。従って、磁界が存在しな
いとき、平行対ケーブルに沿ってプラズマ中を伝播する
マイクロ波の基本モードの伝播特性については、平面波
近似によるマイクロ波のプラズマ中での伝播特性につい
ての解析結果が適用できる。

【００１９】平面波近似によるプラズマ中でのマイクロ
波の伝播についての解析結果について説明する。磁界が
ない場合のプラズマのマイクロ波に対する屈折率ｎは、
電子の衝突角振動数νがマイクロ波の角振動数ωに比べ
て十分小さく無視できるときには、

【００２０】

【数１】

【００２１】であることが知られている。ここに、ωは
マイクロ波の角振動数であり、ωｐ　はプラズマ角振動
数で、プラズマ密度をｎｐ　，電子電荷を−ｅ，電子の
質量をｍｅ　とするとωｐ　＝（ｅ２　ｎｐ　／εｏ　
ｍｅ　）１／２　である。屈折率ｎの媒質中を伝播する
マイクロ波の電界Ｅは、伝播方向をｚ方向とすると、　　　　Ｅ〜ｅｘｐ｛−ｉ（ωｔ−ｎｋｏ　ｚ）｝　　
　　　　　　　　　　　　（２）と書ける。但し、ｋｏ
　は真空中の波数で真空中の波長をλとするとｋｏ　＝
２π／λである。従って、（１），（２）式よりプラズ
マ角振動数ωｐ　がカットオフとなり、マイクロ波の角
振動数ωがプラズマ角振動数ωｐ　よりも小さいときに
は、屈折率ｎが虚数となるためマイクロ波はプラズマに
よって反射され、プラズマを透過するマイクロ波の強度
は減衰する。マイクロ波の角振動数ωがプラズマ角振動
数ωｐ　よりも大きいときには屈折率ｎは実数となり、
マイクロ波はプラズマ中を伝播できる。

【００２２】磁界がある場合のプラズマのマイクロ波に
対する屈折率は、マイクロ波の伝播方向，マイクロ波電
界の向きによって異なる。表１に、平面波の場合のマイ
クロ波に対するプラズマの屈折率を示す。マイクロ波の
伝播方向が磁界に垂直で電界が磁界と平行なマイクロ波
（正常波）の場合には、屈折率は磁界がない場合と同じ
になる。

【００２３】

【表１】

【００２４】平行対ケーブル４０を伝播するマイクロ波
の電界は、図２（Ａ）に示すように２本の伝送線を結ぶ
方向が強いから、平行対ケーブルを図１に示すように磁
界に垂直に設置し、図２（Ａ）に示すように２本の伝送
線を結ぶ方向を磁界と平行にすることで、マイクロ波の
電界と外部磁界をほぼ平行にでき、正常波と同じ配置に
できる。このとき、プラズマの屈折率は、（１）式と同
じになり、プラズマ角振動数ωｐ　がカットオフとなる
。なお、磁界があるときのプラズマの特異性により、正常
波以外の波は平行対ケーブルの基本モード（ＴＥＭ波）
と両立できない。

【００２５】従って、平行対ケーブルを使って計測用マ
イクロ波の伝播方向を磁界に垂直にし、計測用マイクロ
波の電界を外部磁界と平行にすれば、磁界の有無によら
ずプラズマ角振動数ωｐ　がカットオフとなる。そして
、図１に示す様な構成によって、透過特性を測定して直
接カットオフ周波数を求め、プラズマ密度を決めること
ができる。この実施例ではマイクロ波発振器の発振周波
数が２〜１８ＧＨｚであるため、測定可能な電子密度の
範囲は５×１０１０ｃｍ−３〜４×１０１２ｃｍ−３で
あるが、発振可能な周波数を変化させることで測定可能
な電子密度の範囲を変えられる。

【００２６】図３は本実施例によるＥＣＲプラズマの測
定結果を示す。図３（Ａ）の縦軸は、透過マイクロ波の
強度（ｄＢ単位）で、横軸はマイクロ波の振動数（ＧＨ
ｚ単位）である。□はプラズマがないときの透過マイク
ロ波の強度、■はプラズマがあるときの透過マイクロ波
の強度を示す。ＥＣＲプラズマでは、ガス圧が低いため
ν＜＜ωの条件が成り立つからプラズマの屈折率は（１
）式となり、ωｐ　がカットオフとなる。

【００２７】カットオフ周波数は次のようにして決定す
る。ω＜ωｐ　の場合のマイクロ波の減衰対数量ΔＩ（
ｄｂ）（＝プラズマ無し−プラズマあり）はプラズマの
厚さをｄとし光速をｃとすると、

【００２８】

【数２】

【００２９】と書ける。（３）式から、（ΔＩ）２　は
ω２　の一次関数で（ΔＩ）２　＝０になる周波数がω
ｐ　であることがわかる。従って、プラズマ角振動数ω
ｐ　は、■測定データからΔＩを求め、■縦軸に（ΔＩ
）２　，横軸にω２　をとってプロットし、■ω＜ωｐ
　のデータから最小２乗法等により直線の式を決定し、
■横軸との交点を求めることによって決めることができ
る。

【００３０】以上は、プラズマの境界での反射がない場
合であるが、実際の測定では、プラズマと真空との屈折
率の差により、プラズマの境界で計測用マイクロ波の反
射が生じる。以下に、反射がある場合について説明する
。

【００３１】マイクロ波がプラズマに入射する際の境界
での振幅反射率，振幅透過率をΓＡ　，ＴＡ　、プラズ
マから出る際の振幅反射率，振幅透過率をΓＢ　，ＴＢ
　とすると、

【００３２】

【数３】

【００３３】と書ける。但し、ｎはプラズマの屈折率で
ある。従って、プラズマの厚さをｄとすると、プラズマ
を透過してくるマイクロ波の振幅Ａは、

【００３４】

【数４】

【００３５】となる。Ａ０　は入射するマイクロ波の振
幅、ω＜ωｐ　の場合には、プラズマの屈折率は、

【０
０３６】

【数５】

【００３７】であるから、計測用マイクロ波の電力の透
過率は、

【００３８】

【数６】

【００３９】となる。ωｐ　ｄ／ｃ＞＞１の場合には、
分母の第２項が他の項に比べて大きくなり、

【００４０
】

【数７】

【００４１】となる。従って、マイクロ波の減衰対数量
ΔＩは、

【００４２】

【数８】

【００４３】ωｐ　ｄ／ｃ＞＞１のときには、

【００４
４】

【数９】

【００４５】となり、（３）式と一致する。従って、平
行対ケーブルに照射するプラズマの厚さｄが、

【００４
６】

【数１０】

【００４７】の場合には、（３）式を用いて精度よくω
ｐ　を決定できる。プラズマ振動数が２ＧＨｚ以上（プ
ラズマ密度に換算すると５×１０１０ｃｍ−３以上）の
場合には、ｄを５ｃｍ以上とすればよい。なお、この近
似が使えない場合には、（３）式を用いずに、厳密な式
（３）’を用いてωｐ　を求めることができる。

【００４８】図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のデータをもと
に上記■〜■のデータ処理を行った結果で、縦軸は（Δ
Ｉ）２　，横軸はω２　であり、□は測定点である。ま
た、直線は３ＧＨｚ以下のデータから最小２乗法で決定
した。この図から、カットオフ周波数は３．７ＧＨｚ、
プラズマ密度は１．７×１０１１ｃｍ−３と決定できる
。ガス圧が高く電子の衝突が無視できないような場合に
は、プラズマのマイクロ波に対する屈折率ｎは、電子の
衝突角振動数をνとすると、

【００４９】

【数１１】

【００５０】となるから、測定されるマイクロ波の透過
特性においては、カットオフがなまり、さらにマイクロ
波の角振動数ωがプラズマ角振動数ωｐ　よりも大きい
ところでもマイクロ波の減衰が生じる。従って、カット
オフ近傍でのなまり、あるいは、ω＞ωｐ　でのマイク
ロ波の減衰量から電子の衝突角振動数νがわかる。さら
に、ガス圧，電子の衝突角振動数ν等から電子温度を見
積もれる。

【００５１】（実施例２）図４に本発明の第２の実施例
を示す。周波数可変のマイクロ波源１から出たマイクロ
波は、同軸ケーブル４３を通り、アイソレータ２，結合
器１０，整合器３１を経て、平行対ケーブル４１によっ
てプラズマ中に導入される。４２はダミー抵抗を示す。プラズマ６８により反射されたマイクロ波は、整合器３
１を経て結合器１０により分岐され、マイクロ波検出器
３に到達する。平行対ケーブル４１は、第１の実施例に
使用する平行対ケーブル４０の一端を平行対ケーブルの
インピーダンスに応じたダミー抵抗４２によって終端し
ていること以外は同じ構成である。

【００５２】プラズマのマイクロ波に対する屈折率は（
１）式で表されるから、マイクロ波の角振動数ωがプラ
ズマ角振動数ωｐ　よりも大きいときには、屈折率は実
数となりマイクロ波はプラズマ中を伝播してダミー抵抗
４２まで到達し吸収される。逆に、マイクロ波の角振動
数ωがプラズマ角振動数ωｐよりも小さいときには、屈
折率が虚数となるため、プラズマによって反射されマイ
クロ波検出器３で検出されるマイクロ波強度は大きくな
る。従って、図４に示す構成により反射波の周波数依存
性からプラズマ周波数を測定し、プラズマ密度を決定で
きる。この場合には、平行対ケーブルの終端側にはつな
がっているものがないため、プラズマ中で設置場所の制
限がなく測定の自由度が非常に大きいという利点がある
。この実施例の変形として実施例１における透過特性の
測定と組み合わせて反射特性を特定し、測定精度の向上
を図ることができる。

【００５３】（実施例３）図５に本発明の第３の実施例
を示す。図において、１はマイクロ波源でマイクロ波の
振動数は、プラズマ振動数よりも高くなるように選ぶ。４３は同軸ケーブル、４０は平行対ケーブルを示す。２
はアイソレータ、１０と１１は結合器、３１と３２は整
合器、３はマイクロ波検出器、１２は可変減衰器、１３
は可変移相器を示す。マイクロ波源１を出たマイクロ波
は、アイソレータ２を経て結合器１０に到達し、２つに
分けられる。一方は、整合器３１を経て平行対ケーブル
４０によってプラズマ中を伝播した後、結合器１１に達
する。他方は、可変減衰器１２，可変移相器１３を経て
結合器１１に達する。結合器１１で合成されたマイクロ
波の強度をマイクロ波検出器３で検出する。プラズマが
ないときに、マイクロ波検出器３で検出されるマイクロ
波の強度が零になるように可変減衰器１２及び可変移相
器１３を調整しておき、プラズマがある場合にも零にな
るように再び調整し、調整量からプラズマの有無による
位相差，減衰量を求める。位相差および減衰量から（１
）式または、（４）式を使って、プラズマ角振動数ωｐ
　，電子の衝突角振動数νを計算し、それらからプラズ
マパラメータを決める。

【００５４】図７に示したホーンアンテナ２３，２４を
用いた方法と違い、平行対ケーブル４０によってプラズ
マ中でのマイクロ波の伝播経路，マイクロ波の電界の方
向が限定されているので、小面積の半導体プロセス用プ
ラズマの正確な計測が可能である。

【００５５】

【発明の効果】叙上のように、本発明はプラズマ中で測
定用マイクロ波を小断面積の平行対ケーブルを使って伝
播させたので、マイクロ波の伝播路が限定され、マイク
ロ波電界の方向が規定されるから、ＥＣＲプラズマなど
磁界中におかれたプラズマを含めた半導体プロセス用プ
ラズマの計測において、プラズマへの乱れを最小限に抑
えて高精度なプラズマ計測が実現できるという利点があ
る。

【００５６】また、平行対ケーブルではマイクロ波の周
波数に関してカットオフを生じないので、マイクロ波の
周波数を大幅に変化させて高精度に測定しうるという利
点がある。

【００５７】さらに、次のような効果を有する。■容器
の壁からの複雑な反射による影響を除くことができる。 ■マイクロ波電界の存在領域が限定できるため、位置分
解能の高い測定が可能となる。■容器中で平行対ケーブ
ルを容易に移動できるため、測定場所が限定されない。 ■マイクロ波電界の方向が規定できるため、磁界がある
場合においても高精度な測定が可能となる。

【００５８】本発明は、半導体プロセス用プラズマ以外
のプラズマの計測にも適用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す。

【図２】平行対ケーブルの断面で、（Ａ）は伝送線が２
本の場合、（Ｂ）は３本の場合を示す。

【図３】本発明の効果を示す図で、ＥＣＲプラズマを測
定した結果で、（Ａ）は周波数と強度との関係、（Ｂ）
は周波数とｄＢとの関係を示す。

【図４】本発明の第２の実施例を示す。

【図５】本発明の第３の実施例を示す。

【図６】ＥＣＲプラズマを利用したプラズマ処理装置の
基本構成を示す。

【図７】マイクロ波干渉法によるプラズマ計測の基本構
成を示す。

【符号の説明】

１　　マイクロ波源２　　アイソレータ３　　マイクロ波検出器１０，１１　　結合器１２　　可変減衰器１３　　可変移相器２１，２２　　マジックＴ２３，２４　　ホーンアンテナ３１，３２　　整合器４０，４１　　平行対ケーブル４２　　ダミー抵抗４３　　同軸ケーブル６１　　プラズマ生成室６２　　試料室６３　　マイクロ波導入窓６４　　矩形導波管６５　　冷却水系６６，６７　　ガス導入系６８　　プラズマ流６９　　プラズマ引出し窓７０　　試料台７１　　試料７２　　磁気コイル８０，８１，８２，８３　　伝送線８４　　絶縁体８５　　電気力線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　計測用マイクロ波を計測すべきプラズ
マ中に入射し、前記プラズマからうける計測用マイクロ
波の位相，強度の変化からプラズマパラメータを決定す
るプラズマ計測法において、前記計測用マイクロ波を平
行対ケーブルを用い、計測すべきプラズマ中を伝播させ
ることを特徴とするプラズマ計測法。
【請求項２】　　請求項１記載のプラズマ計測法におい
て、計測用マイクロ波源として発振周波数可変のマイク
ロ波発振器を用い、前記計測用マイクロ波の周波数を変
化させ、プラズマを透過したマイクロ波の強度をマイク
ロ波検出器で検出し、マイクロ波の透過特性を測定する
ことを特徴とするプラズマ計測法。
【請求項３】　　請求項１記載のプラズマ計測法におい
て、計測用マイクロ波源として発振周波数可変のマイク
ロ波発振器を用い、前記計測用マイクロ波の周波数を変
化させ、プラズマにより反射されたマイクロ波の強度を
マイクロ波検出器で検出し、マイクロ波の反射特性を測
定することを特徴とするプラズマ計測法。
【請求項４】　　請求項１記載のプラズマ計測法におい
て、マイクロ波源からのマイクロ波を２つに分け、一方
はプラズマ中を伝播させ、他方は別に設けた基準路を伝
播させた後、前記２つのマイクロ波を合成し、２つのマ
イクロ波の位相差，強度差を検出することを特徴とする
プラズマ計測法。