JPH0797076B2 - 面分光分折装置 - Google Patents

面分光分折装置

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JPH0797076B2 JP1337616A JP33761689A JPH0797076B2 JP H0797076 B2 JPH0797076 B2 JP H0797076B2 JP 1337616 A JP1337616 A JP 1337616A JP 33761689 A JP33761689 A JP 33761689A JP H0797076 B2 JPH0797076 B2 JP H0797076B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分光装置に係り、特に測定対象を画像として取
出すため、選択的に多波長の光を高速に分光分析するに
好適な面分光分析装置に関する。
〔従来の技術〕
放電プラズマ現象の解明のためには、プラズマ中に存在
するラジカルや活性分子等と言った不安定な分子や原子
等の化学種の固有の特定波長についてその発光強度の空
間的測定が必要となる。その場合、その固有な特定波長
の発光のみを測定するため、回折格子型分光器や光学フ
ィルタが通常用いられている。
例えば、回折格子型分光器によるものは、特開昭63−13
9222号公報で触れられており、2台の分光器から構成さ
れる面分光装置がある。しかし、分光器を用いて特定波
長について画像として取り出す方法は、2台の分光器を
組み合わせる必要があるため、装置構成が複雑で高価な
ものである。また、測定波長を高速に変えることができ
ないという欠点を有していた。
また、光学フィルタを用いた方法は、光の干渉フィルタ
への入射角に依存して透過波長が変化するため観測方向
の違いにより透過波長が変化する、あるいは、測定波長
を連続的に変えられないという欠点があった。この種の
装置として関連するものは、例えば、特開昭63−53443
号公報、同63−177415号公報等に開示されたものが挙げ
られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の如く、測定対象の発光体から必要な波長域の光の
みを画像として取り出す場合、分光器を応用する方法で
は、高速に測定波長を変えられない。2台の分光器を同
時に使用するため分光系の制御が複雑になり高価な物に
なってしまうという問題を有していた。
また、光学フィルタを用いる方法では、高速に測定波長
を変えられないという問題を有していた。
本発明の第1の目的は、測定対象の発光体から必要な波
長域の光のみを画像として取り出す場合に波長域を高速
に変えることができ、構造が簡単な面分光分析装置を提
供することにあり、また本発明の第2の目的はその面分
光分析装置を装備することにより、プラズマの状態を迅
速に観察できるプラズマ発生装置を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記第1の目的を達成するために、本発明の面分光分析
装置は、発光体の像を取り込むカメラレンズと、該カメ
ラレンズにより取り込んだ光束を平行光束にする第1リ
レーレンズと、平行光束の中で特定の波長領域の光を透
過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタを透過した光
束を結像する第2リレーレンズと、結像した画像を映像
信号に変換する撮像素子とを光路上に設置し、かつ映像
信号を画像情報に変換する信号処理手段とを備えた面分
光分析装置において、干渉フィルタの入射面を傾斜させ
る駆動手段を設け、さらに第2リレーレンズより発光体
側の光路上にあって、光路の軸回りに回転可能に支持さ
れた偏光フィルタと、この偏光フィルタを回転する回転
駆動手段を設けたことを特徴としている。そして前記干
渉フィルタは2種類以上の干渉膜を区分して有したもの
も有効である。
また上記第1の目的を達成するために、本発明の他の面
分光分析装置は、発光体の像を取り込むカメラレンズ
と、該カメラレンズにより取り込んだ光束を平行光束に
する第1リレーレンズと、平行光束の中で特定の波長領
域の光を透過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタを
透過した光束を結像する第2リレーレンズと、結像した
画像を映像信号に変換する撮像素子とを光路上に設置
し、かつ映像信号を画像情報に変換する信号処理手段と
を備えた面分光分析装置において、干渉フィルタは、互
いに直交する2枚の透過波長の異なるフィルタ板からな
り、該フィルタ板のそれぞれを平行光束に垂直に対面さ
せるように干渉フィルタを回転させる駆動手段をを備え
たことを特徴としている。
そして本発明の他の面分光分析装置は、第2リレーレン
ズより発光体側の光路上に、該光路の軸回りに回転可能
に支持された偏光フィルタと、該偏光フィルタを回転す
る回転駆動手段を設けるのがよい。
さらに上記第2の目的は、前記の本発明の面分光分析装
置または他の面分光分析装置を装備したプラズマ発生装
置により達成される。
そしてこの面分光分析装置を装備したプラズマ発生装置
は半導体素子製造用プラズマ装置として好適であり、ま
たプラズマ光を光ファイバを通して面分光分析装置に導
くことは装置の構成上好都合である。
〔作用〕
上記のように構成された面分光分析装置において、カメ
ラレンズは発光体からの光を取り込み、第1リレーレン
ズは取り込んだ光を平行光束にし、干渉フィルタは平行
光束の中からその入射角で定まる特定の波長領域の光の
みを透過し、第2リレーレンズはその透過した光を結像
し、撮像素子は結像した画像を映像信号に変換し、信号
処理手段は映像信号を画像情報に変換する。また駆動手
段は干渉フィルタを回転させることにより平行光束に対
する干渉フィルタの入射角を傾斜させる。干渉フィルタ
の入射面が傾斜すると、平行光束の入射角が変ることに
なり、この入射角の変化量に応じて、ずれた波長の光が
干渉フィルタを透過する。さらに偏光フィルタをその回
転駆動手段により90゜回転させると、偏光フィルタは波
長のずれた光を透過させるので、回転の有無により、あ
る波長とそれよりずれた波長の2つのうちいずれかを選
択することができる。
2種類以上の干渉膜を区分して有する干渉フィルタは、
測定すべき波長が大きく異なる場合に使用するのが好都
合であり、透過波長領域の大きな変化に対しては異なる
干渉膜により対応し、各透過波長領域の小さな変更に対
しては、干渉フィルタを傾けることにより対応する。さ
らに偏光フィルタの90゜回転により、上記同様に、ある
波長とそれよりずれた波長のいずれかを選択することが
できる。
また、直交する2枚の透過波長の異なるフィルタ板から
なる干渉フィルタにおいては、駆動手段によりフィルタ
板を選択して平行光束に対向させ、所望の波長の光を透
過させる。
また、偏光フィルタは、干渉フィルタの偏光に関する角
度依存性から、光路軸に関し90゜回転することにより透
過波長を変えることができる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
実施例I 第1図は、この発明の第1実施例を示すもので、面分光
分析装置全体の構成図である。第1図に示すように、面
分光分析装置は、光軸A−B上に順次に、測定対象の発
光体からの光を集光するカメラレンズ1、集光した光束
を平行光束にするリレーレンズ2、光軸を中心軸として
回転する偏光フィルタ9、平行光束に垂直な軸(第1図
では紙面に垂直な軸)に回転可能な干渉フィルタ3、干
渉フィルタ3を透過した光束を結像するリレーレンズ
4、結像した画像を電気信号に変換する撮像素子5とか
ら構成されている。そして、偏光フィルタ9は偏光フィ
ルタ駆動装置10により90゜だけ、また干渉フィルタはス
テッピングモータ6によりある角度づつ、それぞれコン
ピュータ7の指令で回転することができる。また、撮像
素子5からの映像信号は録画装置8、あるいは、上記パ
ーソナルコンピュータ7に導入され画像処理される。な
お、前記ステッピングモータの代りに圧電モータ等を用
いてもよい。
第2図を参照して、本実施例の装置で用いる干渉フィル
タについて、その原理を説明する。干渉フィルタは、光
の入射角が0度の時の透過光の透過波長をλ、入射角
がθ度の時の透過波長をλθとすると、 の式で表わされる関係があり、干渉フィルタへの光の入
射角が変化すると波長の異なる光が透過する。ここで、
Aは干渉膜の屈折率と膜厚に関係する干渉フィルタの定
数である。
第3図は光の入射角に体する透過波長依存性の一例を示
す図である。図において、横軸には透過波長λを、縦軸
には光の透過率(%)を示しており、光の入射角を0゜
〜60゜まで10゜毎に変えた場合、P偏光及びS偏光それ
ぞれの透過波長がどのように変化するかを表している。
ここでP偏光は光の電気ベクトルが干渉フィルタの入射
面(光軸とフィルタの法線を含む平面)に平行な偏光成
分であり、S偏光はこれと垂直なものである。
第3図から、P偏光及びS偏光の入射角0゜の時の透過
光の波長λが約590nmとして、入射角が60゜まで変化し
た時、偏光Pの透過光の波長は約490nmとなって、入射
角が0゜の場合より約100nmだけ波長の小さい光が透過
し、一方偏光Sは入射角が60゜まで変化した時、透過光
の波長は約460nmとなり、入射角0゜の場合より約130nm
だけ小さい波長の光が透過していることが分かる。
従って、パーソナルコンピュータ7により制御されたス
テッピングモータ6を駆動することにより、干渉フィル
タの入射角θを0度から45度の範囲で回転させ、選択的
に透過波長を100nm程度、高速に変化させることができ
る。
この実施例では、干渉フィルタ3の入射角は40度程度に
傾けており、干渉フィルタ3の前に偏光フィルタ9を配
置している。上記偏光フィルタ9は、偏光フィルタ駆動
装置10により面の中心点を通る光軸A−Bを軸にして90
度回転でき、第3図に示すP偏光とS偏光における透過
波長のずれを利用し測定波長を選択する。
この実施例では、偏光フィルタの回転による透過波長の
変化量は約25nmまで得られる。
この発明の実施例では、偏光フィルタが干渉フィルタの
前に配置されているが、偏光フィルタは干渉フィルタの
後、あるいは、カメラレンズの前に配置されていてもよ
い。
実施例II 第4図は、この発明の第2実施例を示したもので、干渉
フィルタ11の回転軸方向から見たものである。第5図
は、第4図に示す干渉フィルタ11の部分を立体的に示し
たものである。
この実施例の干渉フィルタ11は、二枚の透過波長の異な
る干渉フィルタ板111,112を直交するように組み合わせ
て用いている。また、干渉フィルタ板の端面は、光の透
過を防ぐため黒く塗装されている。この実施例では、測
定する波長がふたつある場合、それぞれの波長を透過す
る干渉フィルタ板を組み合わせ、ステッピングモータ6
を90度回転させることにより、リレーレンズに対向した
干渉フィルタを変換でき、測定波長を変えることができ
る。
この発明は、上記実施例に限られるものではない。例え
ば、第6図に示す干渉フィルタ、すなわちそれぞれの測
定波長に対する干渉膜を3種類区分けして蒸着した干渉
フィルタを用いてもよい。第7図は第6図に示す干渉フ
ィルタを用いて測定した発光体の発光スペクトルの一例
を示す。
それぞれの干渉膜301,302,303の透過波長特性につい
て、干渉膜301は入射角が40度の時λの光を透過し、
干渉膜302は入射角が20度の時λの光を透過し、干渉
膜303は入射角が0度の時λの光を透過する干渉フィ
ルタを用いている。この実施例の場合、干渉フィルタ30
0を回転させることにより、入射角40度の時波長λ
入射角20度の時波長λ、入射角0度の時波長λの光
の画像が撮像素子で観測できる。
この実施例の場合、偏光フィルタはレンズ系に装着され
る、または干渉フィルタや、CCD、ビジコン等の撮像素
子に接着されていてもよい。
実施例III 以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施例に係る半導
体素子製造用枚葉式エッチングプラズマの監視方法につ
いて説明する。
第8図は、プラズマ発生装置の構成図である。第8図に
おいて、石英製の真空容器40中にプラズマ発生室42が設
置されている。反応ガスであるCF4とO2の混合ガスは、
ガス供給管41を介してプラズマ発生室42に供給され、ガ
スの圧力は数Torrに保持される。プラズマは放電用平行
平板型電極43に、電源44からの高周波(周波数13.65MH
z)を印加し生成される。上記プラズマ発生室42内の電
極43上には、被処理物、例えば、半導体ウェーハ45が配
置されている。また、プラズマ発生装置は、全体が保護
カバー46により覆われている。
本実施例にあたっては、プラズマからの光は、保護カバ
ー46に開口された10φの穴より先端に広角レンズを装備
した光ファイバ47を介して本発明に係る実施例の面分光
分析装置へ導かれる。この面分光分析装置は、プラズマ
からの光のうち反応ガスが分解されて発生する弗素ラジ
カルの発光(波長703.7nm)と、酸化膜SiO2の反応生成
物である一酸化炭素ラジカルの発光(波長519.8nm)を
干渉フィルタ11を回転させ観測する。本装置は、弗素ラ
ジカルの発光分布計測によりSiO2をエッチングする化学
種の分布を、また、一酸化炭素ラジカルの発光分布計測
によりエッチング量のウェーハ面内分布を、各枚葉処理
時に監視し、これらを一定に保持するように、プラズマ
発生用ガスの圧力や流量や組成比、プラズマ励起電力、
プラズマ発生装置の構成部品、または、プラズマ発生装
置の構造を制御する。
この実施例は、プラズマエッチング装置における例であ
るが、同様に、プラズマCVD装置や半導体上のレジスト
を除去するためのプラズマアッシング装置、あるいは、
アーク溶接装置のようなプラズマ応用装置の発光状態の
維持にも応用できる。その他、本発明に係る実施例の面
分光分析装置は、赤外光と可視光との面強度比測定を行
い晴天晴れ曇り等の情報を収集する雨天監視装置として
応用できるものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、面分光分析装置に干渉フィルタの駆動
手段を設け、その駆動手段により干渉フィルタを傾斜さ
せ透過波長を変えることができ、さらに偏光フィルタと
その回転駆動手段を設け、回転駆動手段により偏光フィ
ルタを90゜回転させることにより、透過波長をずらすこ
とができるので、高速に、測定対象からの光情報を分析
して異なる波長の画像を作成することができる。またこ
の面分光分析装置は、干渉フィルタのと偏光フィルタを
組合せ、それぞれの駆動手段を加えるのみであるので、
その測定性能の向上に比して構造は簡単であり、取扱い
も容易である。
また、面分光分析装置に互いに直交する2枚の透過波長
の異なるフィルタで構成した干渉フィルタとその駆動装
置を設けた場合も、上記装置と同様に、高速に異なる波
長の画像を作成することができると共に、装置は構造が
簡単であり、取扱いも容易である。
また、本発明によれば、プラズマ発生装置に、それぞれ
駆動手段付の干渉フィルタと偏光フィルタとを設けた本
発明の面分光分析装置を装備させることにより、プラズ
マの発生状態を高速に把握でき、半導体素子の製造状態
をモニタでき、良好な半導体素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1実施例の面分光分析装置の構成
図、第2図および第3図は干渉フィルタの原理を説明す
る図、第4図はこの発明の第2実施例の面分光分析装置
の構成図、第5図は特殊干渉フィルタの概念図、第6図
は別の特殊干渉フィルタの概念図、第7図は第6図に示
す特殊干渉フィルタの透過特性図、第8図は半導体製造
用プラズマ装置の全体構成図である。 1……カメラレンズ、2……リレーレンズ、 3……干渉フィルタ、4……リレーレンズ、 5……撮像素子、6……ステッピングモータ、 7……パーソナルコンピュータ、 8……録画装置、9……偏光フィルタ、 11,300……干渉フィルタ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光体の像を取り込むカメラレンズと、該
    カメラレンズにより取り込んだ光束を平行光束にする第
    1リレーレンズと、前記平行光束の中で特定の波長領域
    の光を透過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタを透
    過した光束を結像する第2リレーレンズと、前記結像し
    た画像を映像信号に変換する撮像素子とを光路上に設置
    し、かつ前記映像信号を画像情報に変換する信号処理手
    段とを備えた面分光分析装置において、前記干渉フィル
    タの入射面を傾斜させる駆動手段を設け、さらに前記第
    2リレーレンズより前記発光体側の光路上にあって、該
    光路の軸回りに回転可能に支持された偏光フィルタと、
    該偏光フィルタを回転する回転駆動手段を設けたことを
    特徴とする面分光分析装置。
  2. 【請求項2】前記干渉フィルタは2種類以上の干渉膜を
    区分して有することを特徴とする請求項1記載の面分光
    分析装置。
  3. 【請求項3】発光体の像を取り込むカメラレンズと、該
    カメラレンズにより取り込んだ光束を平行光束にする第
    1リレーレンズと、前記平行光束の中で特定の波長領域
    の光を透過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタを透
    過した光束を結像する第2リレーレンズと、前記結像し
    た画像を映像信号に変換する撮像素子とを光路上に設置
    し、かつ前記映像信号を画像情報に変換する信号処理手
    段とを備えた面分光分析装置において、前記干渉フィル
    タは、互いに直交する2枚の透過波長の異なるフィルタ
    板からなり、該フィルタ板のそれぞれを前記平行光束に
    垂直に対面させるように前記干渉フィルタを回転させる
    駆動手段を設けたことを特徴とする面分光分析装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の面分光分析装置の光路上で
    前記第2リレーレンズより前記発光体側に、該光路の軸
    回りに回転可能に支持された偏光フィルタと、該偏光フ
    ィルタを回転する回転駆動手段を設けたことを特徴とす
    る面分光分析装置。
  5. 【請求項5】請求項1ないし4いずれか記載の面分光分
    析装置を装備したプラズマ発生装置。
  6. 【請求項6】前記プラズマ発生装置は半導体素子製造用
    プラズマ装置であることを特徴とする請求項5記載のプ
    ラズマ発生装置。
  7. 【請求項7】前記発光体からの光を光ファイバを通して
    前記面分光分析装置に導くことを特徴とする請求項6記
    載のプラズマ発生装置。
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