JP2000269191A - Plasma apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、放電プラズマのイ
オン密度の変化をモニタする手段を具備するプラズマ装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma apparatus having means for monitoring a change in ion density of discharge plasma.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体プロセスをはじめ新しい材料創製
プロセスに放電プラズマは不可欠になっている。放電プ
ラズマ中では、電子の非弾性衝突により、ガスに励起、
解離、電離などの反応がおこり、その結果、化学的に活
性な粒子が豊富に生成される。そこで、これらの活性種
を固体表面に導き、そこで起こる様々な化学反応によ
り、良質なエッチング、デポジション、改質等を行うこ
とができる。特に、プラズマ・エッチング技術は、超Ｌ
ＳＩの基本製造技術として広く用いられ、そのデバイス
の微細化及びウェハの大口径化は年々加速されている。2. Description of the Related Art Discharge plasma has become indispensable in a new material creation process including a semiconductor process. In a discharge plasma, electrons are excited by gas due to inelastic collision of electrons,
Reactions such as dissociation and ionization occur, and as a result, chemically active particles are generated abundantly. Therefore, these active species are led to the solid surface, and high-quality etching, deposition, modification, and the like can be performed by various chemical reactions occurring there. In particular, the plasma etching technology
It is widely used as a basic manufacturing technology of SI, and the miniaturization of the device and the increase in the diameter of the wafer are accelerated year by year.
【０００３】以下、このように優れた特徴を有するプラ
ズマ・プロセス装置について、特に半導体プロセスに良
く用いられる平行平板型ＲＦ駆動プラズマ・プロセス装
置を例に挙げて説明する。図１１は、平行平板型ＲＦ駆
動プラズマ・プロセス装置の概略構成を示す断面図であ
る。Hereinafter, a plasma processing apparatus having such excellent characteristics will be described with reference to a parallel plate type RF driven plasma processing apparatus often used in a semiconductor process. FIG. 11 is a sectional view showing a schematic configuration of a parallel plate RF drive plasma processing apparatus.
【０００４】図１１において、放電容器１００が、接地
電位に接続されるアノード１０１，ＲＦ電源１１１から
ＲＦ電力が供給されるカソード１０２、絶縁体からなる
ブレイク１０３から構成されている。プロセス・ガス
は、ガス導入孔１０４を通って容器内に供給される。ま
た、放電容器１００内は、排気孔１０５を経由して真空
排気装置で排気される。ＲＦ電源１１１からカソード１
０２にＲＦ電力が供給されることによって、放電容器１
００内に放電プラズマ１０７が生成される。この放電プ
ラズマ１０７中で生成されたイオンや活性種によって、
カソード１０２上に載置されたシリコン・ウェハ１１０
の微細加工が行われる。In FIG. 11, a discharge vessel 100 includes an anode 101 connected to a ground potential, a cathode 102 supplied with RF power from an RF power supply 111, and a break 103 made of an insulator. The process gas is supplied into the container through the gas introduction hole 104. Further, the inside of the discharge vessel 100 is exhausted by the vacuum exhaust device via the exhaust hole 105. RF power supply 111 to cathode 1
02 is supplied with RF power, the discharge vessel 1
A discharge plasma 107 is generated in the area 00. Depending on the ions and active species generated in the discharge plasma 107,
Silicon wafer 110 mounted on cathode 102
Is performed.
【０００５】しかし、このような従来の装置は、プラズ
マ・パラメータの経時変化をモニタする手段を持ってい
ない。固体表面の加工の微細化が進むにつれて、放電プ
ラズマの微妙な制御技術が必要とされるようになってき
ている。そのためには、信頼性の高い電子密度、電子温
度、イオン密度などのプラズマ・パラメータを測定する
技術が必要となる。簡便なプラズマ・モニタ手段として
は、放電プラズマの発光強度をそのまま測定する方法が
あるが、プラズマ・パラメータとの直接の関係はない。[0005] However, such conventional devices do not have a means for monitoring changes over time in plasma parameters. As the processing of a solid surface becomes finer, a delicate control technique of a discharge plasma is required. For that purpose, a technique for reliably measuring plasma parameters such as electron density, electron temperature, and ion density is required. As a simple plasma monitoring means, there is a method of measuring the emission intensity of discharge plasma as it is, but there is no direct relationship with plasma parameters.
【０００６】また、電子密度と電子温度の簡便な測定手
段としては、ラングミュア・プローブがあるが、放電プ
ラズマ中にプローブを挿入しなければならず、放電プラ
ズマを乱したり、プローブ自身が放電プラズマに汚染さ
れ正確な情報が得られないという問題があった。As a simple means for measuring the electron density and the electron temperature, there is a Langmuir probe. However, the probe must be inserted into the discharge plasma, and the discharge plasma is disturbed. There was a problem that accurate information could not be obtained due to contamination.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、加工
の微細化が進むにつれて、放電プラズマの微妙な制御技
術が必要とされるようになり、放電プラズマを制御する
ためにプラズマ・パラメータを測定することが必要にな
ってきている。ところが、簡便で信頼性の高いプラズマ
・パラメータの測定手段が無いという問題点があった。As described above, as the processing becomes finer, a delicate control technique of the discharge plasma is required, and a plasma parameter is measured in order to control the discharge plasma. Is becoming necessary. However, there is a problem that there is no simple and reliable means for measuring plasma parameters.
【０００８】本発明の目的は、プラズマ・パラメータの
一つであるイオン密度の経時変化を簡便且つ高精度で測
定し得る手段を具備するプラズマ装置を提供することに
ある。It is an object of the present invention to provide a plasma apparatus having a means for easily and accurately measuring a change with time in ion density which is one of plasma parameters.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】［構成］本発明は、上記
目的を達成するために以下のように構成されている。Means for Solving the Problems [Configuration] The present invention is configured as follows to achieve the above object.
【００１０】（１）本発明（請求項１）のプラズマ装置
は、放電プラズマを形成するプラズマ装置において、前
記放電プラズマから放射される光の中から、同一種の原
子或いは分子の中性粒子及びイオンからの発光成分だけ
をそれぞれ抽出する波長選別器と、前記波長選別器によ
って抽出された中性粒子及びイオンの発光成分の強度を
それぞれ測定する光強度検出器と、光強度検出器により
測定された、前記イオンの発光成分の強度と前記中性粒
子の発光成分の強度との比の時間変化から、前記放電プ
ラズマ中のイオン密度の経時変化を求めるデータ処理部
とを具備してなることを特徴とする。(1) A plasma apparatus according to the present invention (claim 1) is a plasma apparatus for forming discharge plasma, wherein neutral particles and neutral particles of the same kind of atoms or molecules are selected from light emitted from the discharge plasma. A wavelength selector for extracting only the luminescent components from the ions, a light intensity detector for measuring the intensity of the luminescent components of the neutral particles and the ions extracted by the wavelength selector, respectively, and a light intensity detector for measuring the intensity. A data processing unit that obtains a temporal change in the ion density in the discharge plasma from a temporal change in a ratio between the intensity of the light-emitting component of the ions and the intensity of the light-emitting component of the neutral particles. Features.
【００１１】本発明の好ましい実施態様を以下に記す。Preferred embodiments of the present invention are described below.
【００１２】前記データ処理部で求められた前記イオン
密度の経時変化に基づき、プロセス条件を変更する制御
部を具備する。前記波長選別器としては、被測定光の波
長が透過領域となるバンド・パス・フィルタを用いる。
波長選別器として、分光器を用いても良い。プロセス条
件に応じて、波長選別器の設定波長を変更する機能を有
する。発光の任意の時刻の強度が測定できるようなタイ
ミング調整機能を持つ。前記データ処理部に入力された
光強度信号の大きさに応じて、光検出器に入射する光量
を調整する機能を具備する。前記データ処理部に入力さ
れた光強度信号の大きさに応じて、光強度検出器のバイ
アス電圧を調整する機能を具備する。前記光強度検出器
は、任意の方向から前記放電プラズマを見込み、その視
線上の放電プラズマからの発光を集光できる。測定窓が
放電容器側壁に放電プラズマを取り囲んで設置され、各
測定窓毎に、２つ以上のラインの強度比を測定できるよ
うに構成されたプラズマ・プロセス装置。A control unit is provided for changing a process condition based on a temporal change of the ion density obtained by the data processing unit. As the wavelength selector, a band pass filter in which the wavelength of the light to be measured is in a transmission region is used.
A spectroscope may be used as the wavelength selector. It has a function of changing the set wavelength of the wavelength selector according to process conditions. It has a timing adjustment function so that the intensity at any time of light emission can be measured. A function is provided for adjusting the amount of light incident on the photodetector according to the magnitude of the light intensity signal input to the data processing unit. A function of adjusting a bias voltage of the light intensity detector in accordance with the magnitude of the light intensity signal input to the data processing unit. The light intensity detector looks at the discharge plasma from an arbitrary direction and can collect light emitted from the discharge plasma on the line of sight. A plasma processing apparatus, wherein a measurement window is provided on a side wall of a discharge vessel so as to surround a discharge plasma, and an intensity ratio of two or more lines can be measured for each measurement window.
【００１３】［作用］放電プラズマから放射される、同
一原子或いは分子の前記イオンの発光成分の強度と前記
中性粒子の発光成分の強度との比の時間変化を測定する
ことによって、イオン密度の経時変化をモニタすること
ができる。プロセッシングに関わる材料へのイオン・フ
ラックスはイオン密度に比例するので、イオン密度をモ
ニタすることによって、プロセスの状態をその場で同時
に知ることができ、より精度の高い加工が可能となる。[Operation] By measuring the time change of the ratio of the intensity of the luminescent component of the ions of the same atom or molecule emitted from the discharge plasma to the intensity of the luminescent component of the neutral particles, the ion density can be reduced. Changes over time can be monitored. Since the ion flux to the material involved in processing is proportional to the ion density, by monitoring the ion density, the state of the process can be known at the same time and the processing can be performed with higher precision.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１５】［第１実施形態］図１は、本発明の第１実
施形態に係わるプラズマエッチング装置の概略構成を示
す図である。[First Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【００１６】図１において、放電容器１００は、接地電
位に接続されるアノード１０１，ＲＦ電源１１１からＲ
Ｆ電力が供給されるカソード１０２、アノード１０１と
カソード１０２を絶縁分離するブレイク１０３から構成
されている。プロセス・ガスは、ガス導入孔１０４から
放電容器１００内に供給される。また、放電容器１００
内のガスは、排気孔１０５を経由して図示されない真空
排気装置で排気される。In FIG. 1, a discharge vessel 100 has an anode 101 connected to a ground potential and an RF power
It is composed of a cathode 102 to which F power is supplied, and an anode 101 and a break 103 for insulating and separating the cathode 102. The process gas is supplied into the discharge vessel 100 from the gas introduction hole 104. Further, the discharge vessel 100
The gas inside is exhausted by a vacuum exhaust device (not shown) via the exhaust hole 105.
【００１７】ＲＦ電源１１１からＲＦ電力がカソード１
０２に供給されることによって、放電容器１００内に放
電プラズマ１０７が生成される。この放電プラズマ１０
７により、カソード１０２上のシリコン・ウェハ１１０
が微細加工される。The RF power is supplied from the RF power source 111 to the cathode 1
02, a discharge plasma 107 is generated in the discharge vessel 100. This discharge plasma 10
7, the silicon wafer 110 on the cathode 102
Is finely processed.
【００１８】放電容器１００の側壁には光透過性の測定
窓１０６が設けられている。測定窓１０６の外側には、
集光器１１２が配置され放電容器１００内の光を光伝送
路１１３に導入する。光伝送路１１３は、途中で二つに
分岐し、それぞれの端がバンドパスフィルタ１１４ａ，
１１４ｂに接続されている。二つのバンドパスフィルタ
１１４ａ，１１４ｂの透過波長はそれぞれ異なり、同一
種原子の発光ラインとイオンの発光ラインをそれぞれ選
択的に透過させる。バンドパスフィルタ１１４ａ，１１
４ｂの後段には、光強度検出器１１５ａ，１１５ｂがそ
れぞれ直結され、原子の発光ラインとイオンの発光ライ
ンの強度がそれぞれ測定されて、電気信号に変換され、
測定結果がデータ処理部１１７に伝達される。データ処
理部１１７は、測定された光強度の比を計算し出力す
る。A light transmitting measurement window 106 is provided on the side wall of the discharge vessel 100. Outside the measurement window 106,
A light collector 112 is arranged to introduce the light in the discharge vessel 100 into the light transmission path 113. The optical transmission line 113 is branched into two on the way, and each end is divided into a band-pass filter 114a,
114b. The transmission wavelengths of the two band-pass filters 114a and 114b are different from each other, and selectively transmit light emission lines of the same kind of atoms and light emission lines of ions. Bandpass filters 114a, 11
At the subsequent stage of 4b, light intensity detectors 115a and 115b are directly connected, and the intensities of the emission lines of atoms and the emission lines of ions are respectively measured and converted into electric signals.
The measurement result is transmitted to the data processing unit 117. The data processing unit 117 calculates and outputs a ratio of the measured light intensity.
【００１９】そして、本実施例によるプロセシングは、
次のようにして行われる。ＲＦ電源１１１からカソード
１０２に供給される高周波電力により放電容器１００内
に放電プラズマ１０７が生成される。そして、放電プラ
ズマ１０７中で生成されたイオンや活性種によって、カ
ソード１０２上に置かれたシリコン・ウェハ１１０の微
細加工が行われる。The processing according to this embodiment is as follows.
This is performed as follows. Discharge plasma 107 is generated in discharge vessel 100 by high-frequency power supplied from RF power supply 111 to cathode 102. Then, fine processing of the silicon wafer 110 placed on the cathode 102 is performed by ions and active species generated in the discharge plasma 107.
【００２０】ところで、放電プラズマ１０７の発光は、
放電容器１００の側壁に設けられた光透過性の測定窓１
０６を通って放電容器１００の外に取り出される。この
光は、集光器１１２により集光されバンドパスフィルタ
１１４ａ，１１４ｂに導かれる。バンドパスフィルタ１
１４ａ，１１４ｂによって、同一種の原子の中性粒子に
よる発光とイオンによる発光のみが、光強度検出器１１
５ａ，１１５ｂにそれぞれ送られる。光強度検出器１１
５ａ，１１５ｂは各光の強度信号をからデータ処理部１
１７に伝達する。そして、イオンによる発光強度と中性
粒子による発光との強度比の時間経過をもとにイオン密
度の変化を推定する。The emission of the discharge plasma 107 is
Light transmitting measurement window 1 provided on the side wall of discharge vessel 100
06 and taken out of the discharge vessel 100. This light is collected by the light collector 112 and guided to the band-pass filters 114a and 114b. Bandpass filter 1
Due to 14a and 114b, only the light emission by neutral particles and the light emission by ions of the same kind of atoms are detected by the light intensity detector 11.
5a and 115b. Light intensity detector 11
Reference numerals 5a and 115b denote data processing units 1 from the intensity signals of respective lights.
Transmit to 17. Then, a change in ion density is estimated based on the time course of the intensity ratio between the emission intensity of ions and the emission of neutral particles.
【００２１】以下に、本装置の測定原理について説明す
る。放電プラズマからのライン放射強度は、電子密度と
電子温度とイオン密度をもとに、以下のように見積もる
ことができる。Ｒは励起係数、Ａは自然放射の確率であ
る。電子密度ｎe が高くなければ、励起過程としては、
電子衝突励起と放射脱励起が優勢と考えられ、両者が釣
り合っているとすれば、Hereinafter, the measurement principle of the present apparatus will be described. The line radiation intensity from the discharge plasma can be estimated as follows based on the electron density, the electron temperature, and the ion density. R is the excitation coefficient and A is the probability of spontaneous emission. If the electron density ne is not high, the excitation process
If electron collision excitation and radiative deexcitation are considered to be dominant and they are balanced, then
【００２２】[0022]
【数１】 (Equation 1)
【００２３】の関係が成り立つ。ここで、ｎe は電子密
度、ｎg は中性粒子密度、ｎi はイオン密度、ｎgkはｋ
準位にある中性粒子密度、ｎikはｋ準位にあるイオン密
度、Ｒ gexkは中性粒子のｋ準位への励起係数、Ｒiexkは
イオンのｋ準位への励起係数、Ａgjxkは中性粒子におけ
るｊx準位からｋ準位への自然放射の確率、Ａijxkはイ
オンにおけるｊx準位からｋ準位への自然放射の確率で
ある。The following relationship holds. Where neIs electronic
Degree, ngIs the neutral particle density, niIs the ion density, ngkIs k
Density of neutral particles in the level, nikIs the ion density at the k level
Degree, R gexkIs the excitation coefficient of the neutral particle to the k level, RiexkIs
Excitation coefficient of the ion to the k level, AgjxkIs in neutral particles
JxProbability of spontaneous emission from level to k level, AijxkHa
J onxThe probability of spontaneous emission from the level to the k level
is there.
【００２４】また、ｋ準位からｊ準位ラインヘの遷移に
伴う放射強度は、The radiation intensity associated with the transition from the k level to the j level line is:
【００２５】[0025]
【数２】 (Equation 2)
【００２６】となる。## EQU1 ##
【００２７】従って、中性粒子の放射強度Ｉgjnkとイオ
ンの放射強度Ｉijnkは、それぞれ、[0027] Thus, the radiation intensity I Ijnk radiation intensity I Gjnk and ions of neutral particles, respectively,
【００２８】[0028]
【数３】 (Equation 3)
【００２９】となる。## EQU1 ##
【００３０】従って、中性粒子からの放射は、電子密度
に比例した量であり、イオンからの放射は、電子密度と
イオン密度の積に比例した量となる。両者の比を取る
と、Therefore, the emission from neutral particles is an amount proportional to the electron density, and the emission from ions is an amount proportional to the product of the electron density and the ion density. Taking the ratio of both,
【００３１】[0031]
【数４】 (Equation 4)
【００３２】となり、イオン密度に比例した量となる。## EQU2 ## which is an amount proportional to the ion density.
【００３３】よって、上記のように構成されたプラズマ
・プロセス装置では、放電プラズマから放射される原子
とイオンのライン強度比を測定することが可能であり、
時々刻々のイオン密度の変化をモニタすることができ
る。プロセッシングに関わる材料へのイオン・フラック
スはイオン密度に比例するので、イオン密度の変化をモ
ニタすることによって、プロセッシングの状態をその場
で同時に知ることができ、より精度の高い加工が可能と
なる。Therefore, in the plasma processing apparatus configured as described above, it is possible to measure the line intensity ratio between atoms and ions emitted from the discharge plasma.
It is possible to monitor the change of the ion density every moment. Since the ion flux to the material involved in processing is proportional to the ion density, by monitoring the change in ion density, the processing state can be known at the same time and the processing can be performed with higher precision.
【００３４】通常、主に安定な放電を維持する目的で、
Ａｒ，Ｈｅなどの希ガスがバッファ・ガスとして用いら
れる。直接にプロセスに関与するガスの量は、バッファ
・ガスの１０％程度であることが多い。従って、発光ラ
インもバッファ・ガスの原子やイオンからの物が強い。
強度の強いラインを使えば、Ｓ／Ｎも向上し、より高精
度な測定ができる。また、希ガスに関しては、分光デー
タも豊富なので、測定ラインの選定など有利な点が多
い。従って、測定に対しては、バッファガスのラインを
選ぶことが望ましい。Usually, mainly for the purpose of maintaining a stable discharge,
A rare gas such as Ar or He is used as a buffer gas. The amount of gas directly involved in the process is often on the order of 10% of the buffer gas. Therefore, the emission line is also strong from the atoms and ions of the buffer gas.
If a strong line is used, the S / N ratio is improved, and more accurate measurement can be performed. In addition, since there is abundant spectral data on rare gases, there are many advantages such as selection of measurement lines. Therefore, it is desirable to select a buffer gas line for the measurement.
【００３５】以上説明したように、プロセス・ガスによ
って、放電プラズマからの発光スペクトルが異なるの
で、原子からの発光ラインとイオンからの発光ラインの
発光強度をそれぞれ測定して両者の強度比の経時変化モ
ニタすることで、イオン密度の変化をモニタすることが
できる。As described above, since the emission spectrum from the discharge plasma differs depending on the process gas, the emission intensities of the emission line from the atoms and the emission line from the ions are measured, and the intensity ratio of the two is changed with time. By monitoring, a change in ion density can be monitored.
【００３６】集光器１１２とバンドパスフィルタ１１４
間の光伝送路を長＜引き回すことで、離れた任意の場所
で放電プラズマの発光を観測することができる。生産ラ
インにおいては、プロセスプロセス装置のすぐ脇に放電
モニタ装置が置かれるような煩雑な状況は歓迎されるも
のではない。本実施例によれば、離れた位置で放電プラ
ズマのモニタを行うことが可能になり、生産ラインの簡
素化が図れる。Condenser 112 and bandpass filter 114
By laying the optical transmission path between <L <, the emission of the discharge plasma can be observed at an arbitrary remote place. In a production line, a complicated situation in which a discharge monitoring device is placed immediately beside a process device is not welcomed. According to the present embodiment, it is possible to monitor the discharge plasma at a remote position, and the production line can be simplified.
【００３７】なお、図２に示すように、バンドパスフィ
ルタ１１４ａ，１１４ｂによって切り出された光を、そ
れぞれ光伝送路２０１ａ，２０１ｂを介して光伝送路切
替器２０２に導き、この光伝送路切替器２０２によって
２種類の光を交互に光強度検出器１１５に入射させ、１
個の検出器で賄えるようにしてもよい。なお、検出器に
入射させている光の種類は、光伝送路切替器２０２から
データ処理部１１７に送られる。As shown in FIG. 2, the light cut out by the band-pass filters 114a and 114b is guided to an optical transmission line switch 202 via optical transmission lines 201a and 201b, respectively. At 202, two types of light are alternately incident on the light intensity detector 115, and
The number of detectors may be sufficient. The type of light incident on the detector is transmitted from the optical transmission line switch 202 to the data processing unit 117.
【００３８】また、図３に示すように、光波長選別器と
して分光器３０３を使用しても良い。光強度検出器１１
５へ入射させている波長に関する情報は、データ処理部
１１７へ送られる。また、データ処理部１１７から分光
器３０３の設定波長を制御することも可能である。光強
度検出器１１５としてマルチチャンネル検出器を使用す
れば、図１に示した装置と同様な構成となる。As shown in FIG. 3, a spectroscope 303 may be used as an optical wavelength selector. Light intensity detector 11
The information on the wavelength incident on 5 is sent to the data processing unit 117. In addition, the data processor 117 can control the set wavelength of the spectroscope 303. If a multi-channel detector is used as the light intensity detector 115, the configuration will be similar to that of the device shown in FIG.
【００３９】なお、本装置では、放電容器１００内から
の放電プラズマの光は、測定窓１０６，光伝送路３０
１，集光器１１２及び光伝送路３０２を介して分光器３
０３に導入されている。In this apparatus, the light of the discharge plasma from inside the discharge vessel 100 is transmitted to the measurement window 106 and the light transmission path 30.
1, the spectroscope 3 via the condenser 112 and the optical transmission path 302
03 has been introduced.
【００４０】［第２実施形態］図４は、本発明の第２実
施形態に係わるプラズマエッチング装置の概略構成を示
す図である。図４において、図１と同一な部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。[Second Embodiment] FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention. 4, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【００４１】図４に示すように、本装置では、放電容器
１００内からの放電プラズマからの光は、測定窓１０
６，光伝送路４０１，集光器１１２，光伝送路４０２，
波長選別器４０３及び光伝送路４０４を介して光強度検
出器１１５に導入されている。なお、測定窓１０６から
光強度検出器１１５までの構成は、図１〜図３に示した
構成をとることが可能である。As shown in FIG. 4, in the present apparatus, light from the discharge plasma
6, optical transmission path 401, light collector 112, optical transmission path 402,
The light is introduced into the light intensity detector 115 via the wavelength selector 403 and the light transmission path 404. The configuration from the measurement window 106 to the light intensity detector 115 can take the configuration shown in FIGS.
【００４２】そして、本装置では、データ処理部１１７
によって得られるイオン密度情報をもとに、イオン密度
を一定値に保持、或いはプロセス工程に合わせて変更す
るためのフィードバック命令を発するプロセス制御部４
０６がデータ処理部１１７に接続されている。In this apparatus, the data processing unit 117
Control unit 4 for maintaining the ion density at a constant value or issuing a feedback command for changing the ion density according to the process step based on the ion density information obtained by
Reference numeral 06 is connected to the data processing unit 117.
【００４３】プロセス制御部４０６は、データ処理部１
１７からイオン密度情報を得て、得た情報に基づいて決
定したプロセス装置の運転条件を変更するための制御信
号を、信号線４０７ａ，信号線４０７ｂ及び信号線４０
７ｃを介して、それぞれＲＦ電源１１１，ガス導入装置
及び排気装置へ送出する。The process control unit 406 includes the data processing unit 1
17, control signals for changing the operation conditions of the process apparatus determined based on the obtained information are transmitted to the signal lines 407 a, 407 b and 40.
7c to the RF power source 111, the gas introduction device, and the exhaust device, respectively.
【００４４】［第３実施形態］図５は、本発明の第３実
施形態に係わるプラズマエッチング装置の概略構成を示
す図である。図５において、図２と同一な部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。[Third Embodiment] FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a third embodiment of the present invention. 5, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００４５】本装置は、図５に示すように、プロセス制
御部５０３により、プラズマ・プロセス装置の運転条件
に合わせて波長選別器４０３の設定波長を変更する機能
を有する。プロセス制御部５０３から波長設定の命令信
号が波長選別器４０３へ、また設定した波長情報がデー
タ処理部１１７へ送られる。As shown in FIG. 5, the present apparatus has a function of changing the set wavelength of the wavelength selector 403 by the process control unit 503 in accordance with the operating conditions of the plasma processing apparatus. A wavelength setting command signal is sent from the process control unit 503 to the wavelength selector 403, and the set wavelength information is sent to the data processing unit 117.
【００４６】［第４実施形態］図６は、本発明の第４実
施形態に係わるプラズマプロセス装置の概略構成を示す
図である。図６に示すように、検出器の動作にゲート信
号を送るトリガー信号発生部６０３が設けられている。
ＲＦ放電による放電プラズマでは、ＲＦ周期に同期して
発光強度も時間的に変化する。そのため、励起過程の違
いにより被測定ラインの発光強度がピークになる時刻も
ずれる。また、他の原子、分子からの発光ラインと時間
的に重なることが考えられる。従って、Ｓ／Ｎ比向上の
ために、測定時刻とそのゲート幅を決めるトリガー信号
発生部６０３が有効となる。[Fourth Embodiment] FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, a trigger signal generator 603 for sending a gate signal to the operation of the detector is provided.
In the discharge plasma generated by the RF discharge, the emission intensity also changes with time in synchronization with the RF cycle. Therefore, the time at which the emission intensity of the line to be measured reaches a peak is shifted due to the difference in the excitation process. In addition, light emission lines from other atoms and molecules may overlap in time. Therefore, the trigger signal generator 603 that determines the measurement time and the gate width is effective for improving the S / N ratio.
【００４７】トリガー信号発生部６０３からのトリガー
信号は、それぞれ光強度検出器１１５とデータ処理部１
１７へ送出される。なお、トリガー信号発生部６０３と
データ処理部１１７とをボックスカー積分器に置き換え
ても良い。The trigger signal from the trigger signal generator 603 is transmitted to the light intensity detector 115 and the data processor 1 respectively.
17 is sent. Note that the trigger signal generator 603 and the data processor 117 may be replaced with a boxcar integrator.
【００４８】［第５実施形態］図７は、本発明の第５実
施形態に係わるプラズマプロセス装置の概略構成を示す
図である。図７に示すように、本装置は、光強度検出器
１１５の保護と、データ処理部１１７における演算処理
の簡便化のために、光強度検出器１１５に入射する光量
を調節する光量調整器コントローラ７０１及び光量調整
器７０２が設けられている。[Fifth Embodiment] FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, this apparatus includes a light amount controller controller for adjusting the amount of light incident on the light intensity detector 115 in order to protect the light intensity detector 115 and simplify the arithmetic processing in the data processing unit 117. 701 and a light amount adjuster 702 are provided.
【００４９】データ処理部１１７において、光強度検出
器１１５の出力信号が許容最大値を超えたか否か、検出
最低レベルを下回ったか否かを判定し、その結果を、光
量調整器コントローラ７０１へ送出する。光量調整器コ
ントローラ７０１により駆動される光量調整器７０２
が、測定窓１０６から光強度検出器１１５までのいずれ
かの場所に挿入され、光強度検出器１１５へ入射する光
量が適宜調整される。The data processing section 117 determines whether or not the output signal of the light intensity detector 115 has exceeded the maximum allowable value and has fallen below the minimum detection level, and sends the result to the light amount controller 701. I do. Light amount adjuster 702 driven by light amount adjuster controller 701
Is inserted into any place from the measurement window 106 to the light intensity detector 115, and the amount of light incident on the light intensity detector 115 is appropriately adjusted.
【００５０】図４に示す装置のようにデータ処理部１１
７を具備する場合は、光強度検出器１１５の出力信号の
過大、過小の判定を行う機能を、データ処理部１１７に
持たせてもよい。As shown in the apparatus shown in FIG.
When the data processing unit 117 is provided, the data processing unit 117 may have a function of determining whether the output signal of the light intensity detector 115 is too large or too small.
【００５１】［第６実施形態］図８は、本発明の第６実
施形態に係わるプラズマプロセス装置の概略構成を示す
図である。本装置は、図８に示すように、光強度検出器
１１５の保護と、データ処理部１１７における演算処理
の簡便化のために、光強度検出器１１５での増倍率を調
整する機能を具備している。データ処理部１１７におい
て、光強度検出器１１５の出力信号が許容最大値を超え
たか否か、検出最低レベルを下回ったか否かを判定し、
その結果を、光強度検出器１１５のバイアス電圧調整器
８０１へ送出する。そして、バイアス電圧調整器８０１
により光強度検出器１１５へ印加されるバイアス電圧が
調整される。[Sixth Embodiment] FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the present apparatus has a function of adjusting the multiplication factor in the light intensity detector 115 in order to protect the light intensity detector 115 and simplify the arithmetic processing in the data processing unit 117. ing. The data processing unit 117 determines whether or not the output signal of the light intensity detector 115 has exceeded an allowable maximum value, and whether or not the output signal has fallen below a minimum detection level.
The result is sent to the bias voltage adjuster 801 of the light intensity detector 115. Then, the bias voltage adjuster 801
, The bias voltage applied to the light intensity detector 115 is adjusted.
【００５２】図４に示す装置のようにデータ処理部１１
７を具備する場合は、光強度検出器１１５の出力信号の
過大、過小の判定を行う機能を、データ処理部１１７に
持たせてもよい。As shown in the apparatus shown in FIG.
When the data processing unit 117 is provided, the data processing unit 117 may have a function of determining whether the output signal of the light intensity detector 115 is too large or too small.
【００５３】［第７実施形態］図９は、本発明の第７実
施形態に係わるプラズマプロセス装置の概略構成を示す
平面図である。図９においては、放電容器１００と測定
窓１０６と集光器１１２のみを図示してある。本装置の
集光器１１２は、測定窓１０６付近を中心として、ガイ
ド・ライン９０１上を移動可能なように構成されてい
る。集光器１１２がガイド・ライン９０１上を移動する
ことによって、集光器１１２の視線９０２ａから視線９
０２ｂの範囲の放電プラズマ１０７を観測することがで
きる。[Seventh Embodiment] FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 9 shows only the discharge vessel 100, the measurement window 106, and the condenser 112. The light collector 112 of the present apparatus is configured to be movable on the guide line 901 around the measurement window 106. As the concentrator 112 moves on the guide line 901, the line of sight 902a to the line of sight 9
The discharge plasma 107 in the range of 02b can be observed.
【００５４】本装置によれば、データ処理部１１７に
て、アーベル変換を行いイオン密度の２次元分布を観測
することができる。また、集光器１１２を放電プラズマ
１０７に影響を及ぼさない範囲で、放電容器中に収納す
れば、集光器１１２自身の回転だけでイオン密度の分布
を測定できる。なお、測定の視線を変えるのに、鏡を用
いることも可能である。According to the present apparatus, the data processing unit 117 can observe the two-dimensional distribution of the ion density by performing the Abel transform. If the condenser 112 is housed in a discharge vessel within a range that does not affect the discharge plasma 107, the distribution of ion density can be measured only by rotating the condenser 112 itself. Note that a mirror can be used to change the line of sight of the measurement.
【００５５】［第８実施形態］図１０は、本発明の第８
実施形態に係わるプラズマプロセス装置の概略構成を示
す平面図である。図１０においては、放電容器のアノー
ド１０１と測定窓１０６と集光器１１２のみを図示して
ある。放電容器を構成するアノード１０１の側壁に、複
数の測定窓１０６（１０６ａ〜１０６ｅ）が設けられて
いる。それぞれの測定窓１０６に対して、図示されない
集光器が配置され、各集光器からの出力光は光伝送路を
介して、波長選別器及び光強度検出器に伝送される。[Eighth Embodiment] FIG. 10 shows an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a plan view illustrating a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment. FIG. 10 shows only the anode 101, the measurement window 106, and the light collector 112 of the discharge vessel. A plurality of measurement windows 106 (106a to 106e) are provided on the side wall of the anode 101 constituting the discharge vessel. Concentrators (not shown) are arranged for each measurement window 106, and output light from each collector is transmitted to a wavelength selector and a light intensity detector via an optical transmission path.
【００５６】本装置によれば、複数の測定窓から同一種
原子或いは分子の中性原子及びイオンの発光強度の比を
測定することによって、第７実施形態の装置と同様に、
イオン密度の２次元分布の変化をモニタすることができ
る。According to the present apparatus, by measuring the ratio of the emission intensity of neutral atoms and ions of the same kind of atoms or molecules from a plurality of measurement windows, the same as in the apparatus of the seventh embodiment,
Changes in the two-dimensional distribution of ion density can be monitored.
【００５７】なお、本発明は上記実施形態に限るもので
はない。例えば、上記実施形態では、測定対象として希
ガスを例に挙げたが、酸素を測定対象にすることができ
る。また、水（Ｈ2 Ｏ）等の分子に対しても適用するこ
とができる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, a rare gas is taken as an example of a measurement target, but oxygen can be a measurement target. Further, the present invention can be applied to molecules such as water (H 2 O).
【００５８】なお、本発明は、放電容器内で放電プラズ
マを形成する装置に対して適用できるのは勿論、ロケッ
トの推進エンジンであるプラズマエンジンに対しても適
用することができる。その他、本発明は、その要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能であ
る。The present invention can be applied not only to an apparatus for forming discharge plasma in a discharge vessel, but also to a plasma engine which is a propulsion engine of a rocket. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.
【００５９】[0059]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、同
一原子或いは分子の前記イオンの発光成分の強度と前記
中性粒子の発光成分の強度との比の時間変化を測定する
ことによって、イオン密度の経時変化を簡便且つ高精度
でモニタすることができる。As described above, according to the present invention, the time change of the ratio between the intensity of the luminescent component of the ion of the same atom or molecule and the intensity of the luminescent component of the neutral particle is measured. The change with time of the ion density can be monitored easily and with high accuracy.
【図１】第１実施形態に係わるプラズマエッチング装置
の概略構成を示す図。FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a first embodiment.
【図２】図１に示した装置の変形例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a modification of the apparatus shown in FIG.
【図３】図１に示した装置の変形例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a modification of the device shown in FIG.
【図４】第２実施形態に係わるプラズマエッチング装置
の概略構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a second embodiment.
【図５】第３実施形態に係わるプラズマエッチング装置
の概略構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a third embodiment.
【図６】第４実施形態に係わるプラズマエッチング装置
の概略構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a fourth embodiment.
【図７】第５実施形態に係わるプラズマエッチング装置
の概略構成を示す図。FIG. 7 is a view showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a fifth embodiment.
【図８】第６実施形態に係わるプラズマエッチング装置
の概略構成を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a sixth embodiment.
【図９】第７実施形態に係わるプラズマエッチング装置
の概略構成を示す平面図。FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to a seventh embodiment.
【図１０】第８実施形態に係わるプラズマエッチング装
置の概略構成を示す平面図。FIG. 10 is a plan view showing a schematic configuration of a plasma etching apparatus according to an eighth embodiment.
【図１１】従来のプラズマ・プロセス装置の概略構成を
示す図。FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma processing apparatus.
１００…放電容器 １０１…アノード １０２…カソード １０３…ブレイク １０４…ガス導入孔 １０５…排気孔 １０６…測定窓 １０７…放電プラズマ １１０…シリコン・ウェハ １１１…ＲＦ電源 １１２…集光器 １１３…光伝送路 １１４…バンドパスフィルタ １１４ａ．１１４ｂ…バンドパスフィルタ １１５…光強度検出器 １１５ａ．１１５ｂ…光強度検出器 １１７…データ処理部 ２０１ａ．２０１ｂ…光伝送路 ２０２…光伝送路切替器 ３０１…光伝送路 ３０２…光伝送路 ３０３…分光器 ４０１…光伝送路 ４０２…光伝送路 ４０３…波長選別器 ４０４…光伝送路 ４０６…プロセス制御部 ４０７ａ…信号線 ４０７ｂ…信号線 ４０７ｃ…信号線 ５０３…プロセス制御部 ６０３…トリガー信号発生部 ７０１…光量調整器コントローラ ７０２…光量調整器 ８０１…バイアス電圧調整器 ９０１…ガイド・ライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Discharge container 101 ... Anode 102 ... Cathode 103 ... Break 104 ... Gas introduction hole 105 ... Exhaust hole 106 ... Measurement window 107 ... Discharge plasma 110 ... Silicon wafer 111 ... RF power supply 112 ... Condenser 113 ... Optical transmission path 114 ... Band pass filter 114a. 114b ... band pass filter 115 ... light intensity detector 115a. 115b ... light intensity detector 117 ... data processing unit 201a. 201b ... optical transmission path 202 ... optical transmission path switcher 301 ... optical transmission path 302 ... optical transmission path 303 ... spectroscope 401 ... optical transmission path 402 ... optical transmission path 403 ... wavelength selector 404 ... optical transmission path 406 ... process control Unit 407a ... Signal line 407b ... Signal line 407c ... Signal line 503 ... Process control unit 603 ... Trigger signal generation unit 701 ... Light amount controller 702 ... Light amount adjuster 801 ... Bias voltage adjuster 901 ... Guide line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 悦夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 大岩 徳久 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K057 DA14 DD01 DE14 DJ03 DM02 DN01 5F004 BA04 BB13 CB02 CB16 DA22 DA23 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Etsuo Noda 1 Kosaka Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Tokuhisa Oiwa 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Address F-term in Toshiba Yokohama Office (reference) 4K057 DA14 DD01 DE14 DJ03 DM02 DN01 5F004 BA04 BB13 CB02 CB16 DA22 DA23
Claims (2)
いて、 前記放電プラズマから放射される光の中から、同一種の
原子或いは分子の中性粒子及びイオンからの発光成分だ
けをそれぞれ抽出する波長選別器と、 前記波長選別器によって抽出された中性粒子及びイオン
の発光成分の強度をそれぞれ測定する光強度検出器と、 光強度検出器により測定された、前記イオンの発光成分
の強度と前記中性粒子の発光成分の強度との比の時間変
化から、前記放電プラズマ中のイオン密度の経時変化を
求めるデータ処理部とを具備してなることを特徴とする
プラズマ装置。1. A wavelength sorter for extracting only luminescent components from neutral particles and ions of the same kind of atoms or molecules from light emitted from the discharge plasma in a plasma apparatus for forming a discharge plasma. And a light intensity detector for measuring the intensity of the light emission component of the neutral particles and ions extracted by the wavelength selector, respectively, and the intensity of the light emission component of the ion and the neutrality measured by the light intensity detector. A plasma processing apparatus comprising: a data processing unit that obtains a temporal change in an ion density in the discharge plasma from a temporal change in a ratio of the intensity of the light emitting component of the particles to the intensity.
密度の経時変化に基づき、プロセス条件を変更する制御
部を具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズ
マ装置。2. The plasma apparatus according to claim 1, further comprising a control unit for changing a process condition based on a change with time of the ion density obtained by the data processing unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11069902A JP2000269191A (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Plasma apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP11069902A JP2000269191A (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Plasma apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000269191A true JP2000269191A (en) | 2000-09-29 |
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Family Applications (1)
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| JP11069902A Pending JP2000269191A (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Plasma apparatus |
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