JP2000124199A - Carbon atom light generator for carbon atom radical measurement in plasma treatment device - Google Patents
Carbon atom light generator for carbon atom radical measurement in plasma treatment deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、プラズマを利用
して被処理体上にカーボン薄膜を成膜したり、エッチン
グ処理するプラズマ処理装置における炭素原子ラジカル
測定用炭素原子光発生装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a carbon atom light generator for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus for forming a carbon thin film on an object to be processed using plasma or performing an etching process.
【０００２】[0002]
【発明が解決しようとする課題】本出願人は、特願平８
−２５７６１７号において、少なくとも炭素原子を含有
した原料ガスをプラズマ化し、被処理体上に炭素含有薄
膜を成膜したり、被処理体をエッチング処理するプラズ
マ処理方法において、プラズマ化した原料ガスに対して
発光線発生手段から出射される炭素原子発光線を照射
し、炭素原子発光線の出射量とプラズマの透過量とに基
づいてプラズマ中の炭素原子ラジカル密度を測定し、該
炭素原子ラジカル密度に基づいてプラズマ処理する炭素
原子による成膜及びエッチング処理方法、少なくとも炭
素原子を含有した原料ガスをプラズマ化し、被処理体上
に炭素含有薄膜を成膜したり、被処理体をエッチング処
理するプラズマ処理方法において、発光線発生手段から
出射される炭素原子発光線をプラズマ処理装置内のプラ
ズマに照射し、該プラズマを透過した炭素原子発光線を
発光線検出手段により検出してプラズマ中の炭素原子ラ
ジカル密度を測定し、測定された炭素原子ラジカル密度
に基づいてプラズマ強度を制御する制御手段を備えた炭
素原子による成膜及びエッチング処理装置、少なくとも
炭素原子を含有した材料にプラズマ或いは電磁波又は粒
子を照射し、該材料から発生する炭素原子を用いて被処
理体上に炭素含有薄膜を成膜したり、被処理体をエッチ
ング処理するプロセスにおいて、該プロセス中に発生す
る炭素原子に対して発光線発生手段から出射される炭素
原子発光線を照射し、炭素原子発光線の出射量と透過量
とに基づいて炭素原子ラジカル密度を測定し、該炭素原
子ラジカル密度に基づいて成膜及びエッチング処理を行
う炭素原子による成膜及びエッチング処理方法、少なく
とも炭素原子を含有した材料にプラズマ或いは電磁波又
は粒子を照射し、該材料から発生する炭素原子を用いて
被処理体上に炭素含有薄膜を成膜したり、被処理体をエ
ッチング処理するプロセスにおいて、該プロセス中に発
生する炭素原子に対して発光線発生手段から出射される
炭素原子発光線を照射し、炭素原子発光線の出射量と透
過量とに基づいて炭素原子ラジカル密度を測定し、該炭
素原子ラジカル密度に基づいて前記プラズマ或いは電磁
波又は粒子の照射強度を制御する制御手段を備えた炭素
原子による成膜及びエッチング処理装置を夫々提案し
た。SUMMARY OF THE INVENTION The present applicant has filed Japanese Patent Application No.
No. 257617, in a plasma processing method in which a source gas containing at least carbon atoms is converted into plasma to form a carbon-containing thin film on an object to be processed or an etching process is performed on the object to be processed, Irradiating a carbon atom emission line emitted from the emission line generating means to measure the carbon atom radical density in the plasma based on the emission amount of the carbon atom emission line and the amount of transmission of the plasma. Method of forming and etching carbon atoms based on plasma processing based on plasma processing, plasma processing of a raw material gas containing at least carbon atoms to form a carbon-containing thin film on a processing target or etching processing of a processing target In the method, a carbon atom emission line emitted from the emission line generating means is irradiated to plasma in a plasma processing apparatus, A carbon atom having a control means for controlling the plasma intensity based on the measured carbon atom radical density by detecting a carbon atom emission line transmitted through the plasma by an emission line detecting means and detecting a carbon atom radical density in the plasma. A plasma or electromagnetic wave or a particle is irradiated to a material containing at least carbon atoms, and a carbon-containing thin film is formed on a workpiece using carbon atoms generated from the material. In the process of etching the processing body, the carbon atoms generated during the process are irradiated with the carbon atom emission line emitted from the emission line generating means, and based on the emission amount and the transmission amount of the carbon atom emission line. Film density and etching with carbon atoms that measure carbon atom radical density and perform film deposition and etching based on the carbon atom radical density Irradiating a material containing at least carbon atoms with plasma, electromagnetic waves, or particles, forming a carbon-containing thin film on the object using carbon atoms generated from the material, or etching the object. In the process, the carbon atoms generated during the process are irradiated with the carbon atom emission line emitted from the emission line generating means, and the carbon atom radical density is determined based on the emission amount and the transmission amount of the carbon atom emission line. A film formation and etching treatment apparatus using carbon atoms, which is provided with control means for measuring and controlling the irradiation intensity of the plasma, electromagnetic waves or particles based on the carbon atom radical density, has been proposed.
【０００３】上記した何れの発明にあっても、発光線発
生手段から発光された炭素原子発光線をプラズマ中に透
過させ、プラズマ中における炭素ラジカルによる炭素原
子発光線の吸収量に基づいて炭素原子ラジカル密度を測
定している。[0003] In any of the above inventions, the carbon atom emission line emitted from the emission line generating means is transmitted through the plasma, and the carbon atom emission line is absorbed based on the absorption amount of the carbon atom emission line by the carbon radicals in the plasma. It measures the radical density.
【０００４】上記発光線発生手段としては、接地された
ステンレス等の金属ケース内に設けられたガラス管内
に、光学的窓に対向する上面中心部に所定の内径及び深
さの孔を有したカーボン電極を取付けると共にアルゴン
ガスと酸素ガス若しくは炭素原子を含んだＣＯガス或い
はＣＯ２の混合ガスを導入しながら排気してケース内を
所定の圧力に保った状態でカーボン電極に電流を印加し
てカーボン電極の孔内にプラズマを発生させて炭素を含
有した陰電極（以下、カーボン電極という）から炭素原
子ラジカルを叩き出して炭素原子ラジカルを発光させる
ことにより炭素原子光を得ている。The light emitting line generating means includes a glass tube provided in a grounded metal case made of stainless steel or the like, a carbon tube having a hole having a predetermined inner diameter and a predetermined depth at the center of the upper surface facing the optical window. Attaching an electrode and applying an electric current to the carbon electrode while maintaining a predetermined pressure in the case while exhausting while introducing an argon gas and an oxygen gas or a mixed gas of a CO gas or a CO 2 gas containing a carbon atom, and applying carbon to the carbon A carbon atom light is obtained by generating a plasma in a hole of the electrode to strike out carbon atom radicals from a carbon-containing negative electrode (hereinafter referred to as a carbon electrode) to emit carbon atom radicals.
【０００５】しかしながら、上記した発光線発生手段
は、金属製ケースを陽電極、カーボン電極を陰極とし、
直流放電を行っている。この場合、所望するカーボン電
極孔内での放電以外に、ケース内周面とカーボン電極間
にて放電が生じる。該放電は、時間的、場所的にランダ
ムな放電（スパーク）であり、発光線を得る陰電極孔内
プラズマが不安定化する結果、安定した強度の炭素原子
光が得られない問題を有している。[0005] However, the above-mentioned emission line generating means uses a metal case as a positive electrode and a carbon electrode as a cathode,
DC discharge is being performed. In this case, a discharge occurs between the inner peripheral surface of the case and the carbon electrode in addition to the discharge in the desired carbon electrode hole. The discharge is a temporally and spatially random discharge (spark), and the plasma in the negative electrode hole for obtaining the emission line is destabilized. As a result, a stable intensity of carbon atom light cannot be obtained. ing.
【０００６】基準発光線の強度が不安定であると、プラ
ズマ中を透過した結果から得られる発光線の強度変化
が、プラズマによる吸収量であるか、基準発光線による
ものであるか区別不可能である。これは、高精度な炭素
原子ラジカル密度の測定を困難にする。If the intensity of the reference light emission line is unstable, it is impossible to distinguish whether the intensity change of the light emission line obtained as a result of transmission through the plasma is the amount of absorption by the plasma or the reference light emission line. It is. This makes it difficult to measure the carbon atom radical density with high accuracy.
【０００７】又、カーボン電極孔内以外にて放電が生じ
るため、所望するカーボン電極孔内での放電が弱くな
り、炭素原子発光線の強度も弱くなる。これは、プラズ
マを透過した原子光強度の変化が小さいとき、その変化
を検出できないことを意味し、炭素原子ラジカル密度の
検出限界の向上を困難にする。[0007] Further, since a discharge occurs outside the carbon electrode hole, the discharge in the desired carbon electrode hole is weakened, and the intensity of the carbon atom emission line is also weakened. This means that when the change in the intensity of the atomic light transmitted through the plasma is small, the change cannot be detected, which makes it difficult to improve the detection limit of the carbon atom radical density.
【０００８】更に、プラズマ中の炭素原子ラジカル密度
の測定において、更なる検出限界の向上が必要である。
検出限界の向上のためには原子発光線強度を大きくする
ことが必要であるが、陽電極とカーボン電極に印加する
直流電流を大きくすると、自己吸収現象（所望する原子
光スペクトルの形状を乱す現象）が生じ、原子ラジカル
密度の算出の際に必要となる原子光スペクトルの形状決
定が不可能になって正確な密度算出ができなくなる。
又、カーボン電極の消耗が進み、原子光発生装置として
の寿命も短くなる。従って、陽電極とカーボン電極に印
加する直流電流を大きくすることでの原子発光線強度を
均一化させると共に該原子光発光線強度の増加は適切な
方法ではない。Further, in measuring the density of carbon atom radicals in plasma, it is necessary to further improve the detection limit.
In order to improve the detection limit, it is necessary to increase the intensity of the atomic emission line. However, if the direct current applied to the positive electrode and the carbon electrode is increased, the self-absorption phenomenon (a phenomenon that disturbs the shape of the desired atomic light spectrum) ) Occurs, and it becomes impossible to determine the shape of the atomic light spectrum required for calculating the atomic radical density, so that accurate density calculation cannot be performed.
In addition, the consumption of the carbon electrode progresses, and the life as an atomic light generator is shortened. Therefore, increasing the direct current applied to the positive electrode and the carbon electrode to make the atomic emission line intensity uniform and increasing the atomic light emission line intensity are not appropriate methods.
【０００９】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その課題とする処は、プ
ラズマの発生を安定化させて炭素原子光の発光強度を均
一化させると共に該原子光強度を増加させることができ
るプラズマ処理装置における炭素原子ラジカル測定用炭
素原子光発生装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional drawbacks. The object of the present invention is to stabilize the generation of plasma and make the emission intensity of carbon atomic light uniform. An object of the present invention is to provide a carbon atom light generator for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus capable of increasing the atomic light intensity.
【０００１０】[00010]
【問題点を解決するための手段】このため請求項１は、
少なくとも内面が電気的に絶縁され、一方の開口に光学
的窓が気密状態に設けられると共に他方の開口が気密に
閉止され、ガス導入口及び排気装置に接続される排気口
が設けられたケースと、該ケース内にて電気的絶縁状態
で所定の間隔をおいて相対して設けられ、中心部に透孔
が形成されたリング状の陽電極と、ケース内にて電気的
絶縁状態で設けられ、陽電極への相対面中心部に所定の
内径及び深さの孔が形成されると共に陽電極に対する非
相対面が電気的に絶縁された炭素原子を含有した陰電極
とからなり、ケース内を炭素原子を含有したガスと酸素
ガス及び稀ガスの混合ガスを所定の分圧に設定して陽電
極及び陰電極間に直流電流を印加して陰電極の孔内表面
を荷電粒子でスバッタ或いは反応性スバッタさせて陰電
極孔内プラズマに炭素原子ラジカルを生じさせて炭素原
子光を発生させることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] Therefore, claim 1
A case in which at least the inner surface is electrically insulated, an optical window is provided in one opening in an airtight state and the other opening is closed in an airtight manner, and a gas inlet and an exhaust port connected to an exhaust device are provided. A ring-shaped positive electrode having a through hole formed in the center thereof, provided in the case in an electrically insulated state, facing each other at a predetermined interval, and an electrically insulated state in the case. A hole having a predetermined inner diameter and depth is formed in the center of the surface facing the positive electrode, and the non-facing surface to the positive electrode comprises a cathode containing electrically insulated carbon atoms. A gas mixture containing a carbon atom, a mixed gas of oxygen gas and a rare gas is set to a predetermined partial pressure, and a direct current is applied between the positive electrode and the negative electrode to scatter or react the charged particles on the inner surface of the hole of the negative electrode. Into a negative electrode hole plasma And causing atom radical, characterized in that to generate carbon atoms light.
【００１１】請求項２は、少なくとも内面が電気的に絶
縁され、一方の開口に光学的窓が気密状態に設けられる
と共に他方の開口が気密に閉止され、ガス導入口及び排
気装置に接続される排気口が設けられたケースと、該ケ
ース内にて電気的絶縁状態で所定の間隔をおいて相対し
て設けられ、中心部に透孔が形成されたリング状の陽電
極と、ケース内にて電気的絶縁状態で設けられ、陽電極
への相対面中心部に所定の内径及び深さの孔が形成され
ると共に陽電極に対する非相対面が電気的に絶縁された
陰電極とからなり、ケース内を炭素原子を含有したガス
と酸素ガス及び稀ガスの混合ガスを所定の分圧に設定し
て陽電極及び陰電極間に直流電流を印加して陰電極孔内
にて混合ガスをプラズマ化した炭素原子ラジカルの発光
により炭素原子光を発生させることを特徴とする特徴と
する。According to a second aspect of the present invention, at least an inner surface is electrically insulated, an optical window is provided in one of the openings in an airtight state, and the other opening is closed in an airtight manner, and is connected to a gas inlet and an exhaust device. A case provided with an exhaust port, a ring-shaped positive electrode having a through hole formed in the center, provided in the case at a predetermined interval in an electrically insulated state, and A hole having a predetermined inner diameter and depth is formed in the center of the surface facing the positive electrode, and a non-facing surface to the positive electrode is electrically insulated. A gas mixture containing a carbon atom, an oxygen gas and a rare gas is set to a predetermined partial pressure in the case, and a direct current is applied between the positive electrode and the negative electrode to plasma the mixed gas in the negative electrode hole. Of carbon atom by the emission of carbon atom radical Characterized characterized in that to generate.
【００１２】[0012]
【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図に従っ
て説明する。 実施形態１ 図１は炭素原子光発生装置の概略を示す縦断面図であ
る。図２は炭素原子発光線の強度とカーボン電極の孔形
状の関係を示したグラフである。図３は炭素原子発光線
の強度と酸素原子を含有したガスの関係を示したグラフ
である。図４は炭素原子発光線の強度と導入する酸素と
アルゴンの混合比の関係を示したグラフである。図５は
炭素原子光発生装置によりプラズマ中の炭素原子ラジカ
ルが測定されるプラズマ処理装置の概略を示す説明図で
ある。図６はプラズマ処理装置の制御概略を示す説明図
である。図７は炭素分子ラジカル密度と炭素原子ラジカ
ル密度の比と高周波アンテナに印加される高周波電力と
の関係を示すグラフである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a carbon atom light generator. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the intensity of the carbon atom emission line and the hole shape of the carbon electrode. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the intensity of the carbon atom emission line and the gas containing oxygen atoms. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the intensity of the carbon atom emission line and the mixing ratio of oxygen and argon to be introduced. FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a plasma processing apparatus in which carbon atom radicals in plasma are measured by a carbon atom light generator. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of control of the plasma processing apparatus. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the ratio of the density of carbon molecule radicals to the density of carbon atom radicals and the high-frequency power applied to the high-frequency antenna.
【００１３】炭素原子光発生装置１のケース３はほぼ円
筒状の電気的導電体である金属製又は石英等の電気的絶
縁体からなる。該ケース３を金属製とする場合には放電
に伴うガス放出が少ないステンレス等の金属が適してい
る。又、ケース３を金属製とした場合には、内面に電気
的絶縁物を取付けたり、コーティングして電気的絶縁状
態にする必要がある。The case 3 of the carbon atom light generator 1 is made of a substantially cylindrical electric conductor made of metal or an electric insulator such as quartz. When the case 3 is made of metal, a metal such as stainless steel, which emits little gas due to discharge, is suitable. When the case 3 is made of metal, it is necessary to attach an electric insulator to the inner surface or coat the inner surface to make the case 3 electrically insulated.
【００１４】ケース３の出射側には光学的窓５が気密状
に取付けられる。該光学的窓５としては、波長が紫外領
域の２９６．７ｎｍの炭素原子光にあってはＳｉＯ２製
のものが、又波長が真空紫外領域の１６５．６ｎｍ、１
５６．１ｎｍの炭素原子光にあってはフッ化リチウム
（ＬｉＦ）或いはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）製の
ものが適している。An optical window 5 is hermetically mounted on the exit side of the case 3. The optical window 5 is made of SiO 2 for carbon atom light having a wavelength of 296.7 nm in the ultraviolet region, and has a wavelength of 165.6 nm, 1 in the vacuum ultraviolet region.
For the carbon atom light of 56.1 nm, those made of lithium fluoride (LiF) or magnesium fluoride (MgF 2 ) are suitable.
【００１５】ケース３の基端側にはガス放出の少ないス
テンレス製のベース７が気密状に取付けられ、該ベース
７の中心部には円筒形のカーボン電極９が、その軸線が
ケース３の軸線に一致して取付けられている。光学的窓
５に相対するカーボン電極９の上面中央部には孔９ａが
設けられている。図２はカーボン電極の孔形状を変える
ことで炭素原子光強度が変化することを示している。該
孔９ａとしては内径が約３ｍｍ、深さが約１５ｍｍが望
ましいが、該電極の材質等により放電条件が異なるた
め、最大の原子光発光強度が得られる孔形状に設定すれ
ばよい。又、該孔９ａは内径を小さくし、例えば内径
０．５ｍｍ、複数個形成してもよい。この場合、放電条
件が異なってくるので、深さや圧力は適切な値に設定す
ればよい。更に、カーボン電極９は材質としてグラファ
イトを用いたが、炭素原子を含有したものであればよ
く、その際は発光強度が最大となるように各パラメータ
を設定すればよい。A base 7 made of stainless steel, which emits little gas, is hermetically attached to the base end of the case 3. A cylindrical carbon electrode 9 is provided at the center of the base 7, and its axis is the axis of the case 3. Installed in accordance with. A hole 9a is provided in the center of the upper surface of the carbon electrode 9 opposite to the optical window 5. FIG. 2 shows that the carbon atom light intensity changes by changing the hole shape of the carbon electrode. The hole 9a preferably has an inner diameter of about 3 mm and a depth of about 15 mm. However, since the discharge conditions vary depending on the material of the electrode and the like, the hole 9a may be set to a shape that allows the maximum atomic light emission intensity to be obtained. The holes 9a may have a smaller inner diameter, for example, a plurality of holes having an inner diameter of 0.5 mm. In this case, since the discharge conditions are different, the depth and the pressure may be set to appropriate values. Further, although graphite is used as the material for the carbon electrode 9, any material containing carbon atoms may be used. In that case, each parameter may be set so that the emission intensity is maximized.
【００１６】上面を除いたカーボン電極９の外周面には
絶縁被覆体１１が設けられている。該絶縁被覆体１１と
してはテトラフルオルエチレンとヘキサフルオルプロピ
レンの重合体であるテフロン（商品名 デュポン社製）
が適しているが、電気的絶縁物で該電極に被覆可能なも
のであればよい。An insulating coating 11 is provided on the outer peripheral surface of the carbon electrode 9 excluding the upper surface. The insulating coating 11 is Teflon (a product of DuPont), which is a polymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene.
Is suitable, as long as it can cover the electrode with an electrical insulator.
【００１７】又、カーボン電極９の外周側には円筒絶縁
体１２が、外周面との間に微小の間隙を設けて覆うよう
に取付けられる。この円筒絶縁体１２の軸線方向長さは
カーボン電極９の軸線方向長さより若干長く設定されて
いる。円筒絶縁体１２とケース３の間隔は１０〜１５ｍ
ｍが望ましいが、円筒絶縁体１２及びケース３の材質に
より放電条件が異なるため、安定な放電が得られるよう
に設定すればよい。A cylindrical insulator 12 is mounted on the outer peripheral side of the carbon electrode 9 so as to cover the outer periphery with a minute gap. The axial length of the cylindrical insulator 12 is set slightly longer than the axial length of the carbon electrode 9. The distance between the cylindrical insulator 12 and the case 3 is 10 to 15 m.
Although m is desirable, since the discharge conditions vary depending on the materials of the cylindrical insulator 12 and the case 3, it is sufficient to set such that a stable discharge can be obtained.
【００１８】カーボン電極９の上方には陽電極１３が所
定の間隔をおいて設けられている。該陽電極１３はカー
ボン電極９の上面と同程度の大径で、中心部に透孔１３
ａを有したリング状に形成されている。又、カーボン電
極９上面と陽電極１３との間隔は約５〜１０ｍｍが望ま
しいが、陽電極１３の形状等により放電条件が異なるた
め、安定な放電が得られるように設定すればよい。陽電
極１３の材質としては、ガス放出の少ない金属、例えば
ステンレス等がよい。A positive electrode 13 is provided above the carbon electrode 9 at a predetermined interval. The positive electrode 13 has the same diameter as the upper surface of the carbon electrode 9 and has a through hole 13 in the center.
It is formed in a ring shape having a. The distance between the upper surface of the carbon electrode 9 and the positive electrode 13 is desirably about 5 to 10 mm. However, since the discharge conditions vary depending on the shape of the positive electrode 13 and the like, the distance may be set so as to obtain a stable discharge. The material of the positive electrode 13 is preferably a metal that emits little gas, such as stainless steel.
【００１９】更に、陽電極１３と光学的窓５との間隔
は、これを広くした場合には孔９ａ内にて発光する炭素
原子光が外部に出射される際の減衰度が大きくなり、反
対に狭くした場合にはカーボン電極９から放出される炭
素原子により光学的窓５が汚れやすくなる。このため、
上記間隔は５〜１０ｍｍ程度が望ましいが、この場合は
光学レンズとカーボン電極９の間隔は光学レンズの仕様
から決まる所定の間隔にする。Furthermore, if the distance between the positive electrode 13 and the optical window 5 is made wider, the degree of attenuation when carbon atom light emitted in the hole 9a is emitted to the outside is increased, and the distance is increased. If the width is reduced, the optical window 5 is easily stained by carbon atoms emitted from the carbon electrode 9. For this reason,
The above distance is preferably about 5 to 10 mm. In this case, the distance between the optical lens and the carbon electrode 9 is a predetermined distance determined by the specifications of the optical lens.
【００２０】尚、図中の符号９ｂはカーボン電極９の、
又１３ｂは陽電極１３の各リード線である。Reference numeral 9b in FIG.
Reference numeral 13b denotes each lead wire of the positive electrode 13.
【００２１】ベース７にはガス導入口１５及び排気装置
（図示せず）に接続された排気口１７がケース３内部と
連通して設けられている。ガス導入口１５から導入され
るガスとしては酸素原子を含有するガスと希ガスの混合
ガスからなるが、図３に示すように酸素原子を含有する
ガスとしては、炭素原子光強度及び安全性を考え酸素が
望ましく、希ガスとしては安価なアルゴンガスが望まし
い。尚、ネオンは紫外領域の炭素原子光とスペクトルが
重なるため望ましくない。The base 7 is provided with a gas inlet 15 and an exhaust port 17 connected to an exhaust device (not shown) in communication with the inside of the case 3. The gas introduced from the gas inlet 15 is a mixed gas of a gas containing an oxygen atom and a rare gas. As shown in FIG. 3, the gas containing an oxygen atom has a carbon atom light intensity and safety. Considering oxygen is desirable, and inexpensive argon gas is desirable as the rare gas. Note that neon is not desirable because the spectrum overlaps with the carbon atom light in the ultraviolet region.
【００２２】混合ガス中における酸素とアルゴンガスの
分圧比について図４により説明する。プラズマ中の炭素
原子ラジカルを測定するに際し、該原子光発生装置の発
光強度は、あるレベル以上であることが要求される。そ
れは測定対象であるプラズマも該原子光と同波長を発光
するため、原子光発生装置からの測定用原子光強度が小
さいと、測定用原子光の強度がプラズマからの発光に埋
もれてしまい、測定用原子光の吸収による変化を検出で
きない。The partial pressure ratio between oxygen and argon gas in the mixed gas will be described with reference to FIG. In measuring carbon atom radicals in plasma, the emission intensity of the atomic light generator is required to be at least a certain level. Because the plasma to be measured also emits the same wavelength as the atomic light, if the intensity of the atomic light for measurement from the atomic light generator is small, the intensity of the atomic light for measurement is buried in the emission from the plasma, and the measurement is performed. Change due to absorption of atomic light cannot be detected.
【００２３】プラズマ中の炭素原子光ラジカル密度の測
定において必要とされる該原子光の発光強度は図４にお
いて破線で示されている約１０００である。従って、混
合ガスの分圧比は発光強度１０００以上が得られる酸素
分圧約１．５Ｔｏｒｒに対し、アルゴン分圧約０．５〜
０．７５Ｔｏｒｒ又は酸素分圧約１Ｔｏｒｒに対し、ア
ルゴン分圧約０．７５〜１．５Ｔｏｒｒが望ましい。
尚、ガス導入口１５から混合ガスを導入しながら排気口
１７から排気してケース３内を上記圧力にする方法以外
にガス導入口１５から混合ガスを導入してケース３内の
圧力を所定の圧力にした後にガス導入口１５を閉鎖して
混合ガスを封じ込める方法であってもよい。The emission intensity of the atomic light required for the measurement of the radical density of the carbon atom light in the plasma is about 1000 shown by the broken line in FIG. Therefore, the partial pressure ratio of the mixed gas is about 0.5 Torr for oxygen partial pressure of about 1.5 Torr at which emission intensity of 1000 or more is obtained.
For 0.75 Torr or about 1 Torr of oxygen partial pressure, about 0.75 to 1.5 Torr of argon partial pressure is desirable.
It should be noted that, other than the method of exhausting from the exhaust port 17 and introducing the mixed gas from the gas inlet port 15 to bring the inside of the case 3 to the above-described pressure, the mixed gas is introduced from the gas inlet port 15 to adjust the pressure in the case 3 to a predetermined pressure. After the pressure is increased, the gas inlet 15 may be closed to contain the mixed gas.
【００２４】次に、上記炭素原子光発生装置１による炭
素原子光の発光作用を説明すると、カーボン電極９と陽
電極１３との間に直流電流（約１０ｍＡ）を印加する
と、カーボン電極９の孔９ａ内にプラズマが発生し、混
合ガス中の酸素原子をイオン化してカーボン電極９に衝
突させる。これによりカーボン電極９から叩き出される
炭素原子ラジカルがプラズマ中て励起されて発光する。
更に、混合ガス中の酸素分子がプラズマ中で酸素原子ラ
ジカルとなり、カーボン電極９の炭素原子と化学的に反
応し、炭素と酸素の化合物になってプラズマ中に入り込
む。該化合物は、プラズマ中で再度炭素原子ラジカルと
酸素原子ラジカルに分かれ、その内の炭素原子ラジカル
が励起されて発光する。主に、これら２つの作用により
炭素原子光が発生する。両作用を効率的に両立できる条
件が上記混合ガス比及び圧力であり、従来の手法よりも
大きな炭素原子光強度が得られる。Next, the light emission of carbon atom light by the carbon atom light generator 1 will be described. When a direct current (about 10 mA) is applied between the carbon electrode 9 and the positive electrode 13, the hole of the carbon electrode 9 is removed. Plasma is generated in 9a, and oxygen atoms in the mixed gas are ionized and collide with the carbon electrode 9. As a result, carbon atom radicals struck out of the carbon electrode 9 are excited in the plasma to emit light.
Further, oxygen molecules in the mixed gas become oxygen atom radicals in the plasma, chemically react with the carbon atoms of the carbon electrode 9, and enter into the plasma as a compound of carbon and oxygen. The compound is again divided into carbon atom radicals and oxygen atom radicals in the plasma, and the carbon atom radicals therein are excited to emit light. Mainly, these two actions generate carbon atom light. The conditions under which both effects can be efficiently achieved are the above-mentioned mixed gas ratio and pressure, and a greater carbon atom light intensity than in the conventional method can be obtained.
【００２５】又、プラズマ中の酸素原子ラジカルは、陽
電極１３に付着して放電を不安定にしたり、光学的窓５
に付着して炭素原子光を減少させる炭素原子を化学的反
応で除去できる。Oxygen atom radicals in the plasma adhere to the positive electrode 13 to make the discharge unstable,
The carbon atoms that are attached to and reduce the carbon atom light can be removed by a chemical reaction.
【００２６】放電の際、陽電極１３に相対する上面を除
いたカーボン電極９の外周面全体が絶縁被覆体１１及び
円筒絶縁体１２により電気的に絶縁され、又ケース３内
周面が絶縁体であるため、陽電極１３とカーボン電極９
の孔９ａ内でのみ放電が生じ、それ以外でのランダムな
放電（スパーク）が生じない。従って、孔９ａ内のプラ
ズマ自体が安定化し、炭素原子光の強度を安定化させる
と共に強度の減少も防ぐことができた。At the time of discharge, the entire outer peripheral surface of the carbon electrode 9 except for the upper surface facing the positive electrode 13 is electrically insulated by the insulating coating 11 and the cylindrical insulator 12, and the inner peripheral surface of the case 3 is Therefore, the positive electrode 13 and the carbon electrode 9
The discharge is generated only in the hole 9a, and the random discharge (spark) is not generated in other portions. Therefore, the plasma itself in the hole 9a was stabilized, stabilizing the intensity of the carbon atom light, and preventing the intensity from decreasing.
【００２７】そして孔９ａ内にて発光する炭素原子光は
陽電極１３の透孔１３ａを通過した後に光学的窓５を透
過して外部へ出射される。Then, the carbon atom light emitted in the hole 9a passes through the through hole 13a of the positive electrode 13, passes through the optical window 5, and is emitted to the outside.
【００２８】次に、上記した炭素原子光発生装置１が取
付けられるプラズマを利用して被処理体に成膜処理した
り、エッチング処理するプラズマ処理装置の概略を説明
する。ここでは本発明をプラズマに用いた場合を示す
が、プラズマに限らず熱解離等で得られる原子状ラジカ
ルが存在する対象であってもよい。Next, an outline of a plasma processing apparatus for forming a film on an object to be processed or etching using a plasma to which the above-described carbon atom light generating apparatus 1 is attached will be described. Here, the case where the present invention is applied to plasma is shown, but the present invention is not limited to plasma, and may be an object in which an atomic radical obtained by thermal dissociation or the like exists.
【００２９】成膜処理或いはエッチング処理に使用する
プロセス処理装置としてのプラズマ処理装置３１を構成
する真空容器３３の上部には石英管製の放電室３５が設
けられ、該放電室３５の周囲には高周波電源３７に接続
された高周波アンテナ３９が設けられている。この高周
波アンテナ３９は高周波電源３７から印加される高周波
電力により放電室３５及び真空容器３３内にプラズマを
生成させる。A discharge chamber 35 made of a quartz tube is provided above a vacuum vessel 33 constituting a plasma processing apparatus 31 as a process processing apparatus used for a film forming process or an etching process. A high frequency antenna 39 connected to a high frequency power supply 37 is provided. The high-frequency antenna 39 generates plasma in the discharge chamber 35 and the vacuum chamber 33 by high-frequency power applied from the high-frequency power supply 37.
【００３０】上記した高周波としてはＲＦ帯域（１３．
５６ＭＨz）、ＶＨＦ帯域〔１００ＭＨz）或いはＵＨＦ
帯域（５００ＭＨz）の何れであってもよく、又本発明
はマイクロ波（２．４５ＧＨz）或いは直流電力により
プラズマを生成してもよい。As the above high frequency, an RF band (13.
56MHz), VHF band [100MHz] or UHF
It may be in any of the bands (500 MHz), and the present invention may generate the plasma by microwave (2.45 GHz) or DC power.
【００３１】真空容器３３の上部には混合ガスの導入口
４３が設けられている。導入される混合ガスとしては、
被処理体４５をＳｉＯ２／Ｓｉ選択エッチングする場合
にはフルオロカーボンガスに水素を含有したガスを添加
した混合ガス、又ダイヤモンド薄膜を成膜する場合には
炭素原子を含有したガスと水素を含有した混合ガスを使
用する。A mixed gas inlet 43 is provided in the upper part of the vacuum vessel 33. As the introduced gas mixture,
A mixed gas obtained by adding a gas containing hydrogen to a fluorocarbon gas when the object 45 is selectively etched by SiO 2 / Si, or a gas containing a carbon atom and hydrogen when a diamond thin film is formed. Use a mixed gas.
【００３２】真空容器３３内には電極としての載置台４
７が設けられ、該載置台４７上には半導体ウェハーやＬ
ＣＤ用ガラス基板等の被処理体４５が、必要に応じて静
電チャック４９等の保持部材を介して載置される。尚、
載置台４７には液体窒素等の冷媒を循環させて冷却する
冷却手段或いは加熱ヒーター（何れも図示せず）が必要
に応じて設けられ、被処理体４５を所望の温度に調整す
る。The mounting table 4 as an electrode is provided in the vacuum vessel 33.
7 is provided, and a semiconductor wafer or L
An object to be processed 45 such as a glass substrate for a CD is placed via a holding member such as an electrostatic chuck 49 as necessary. still,
The mounting table 47 is provided with a cooling means or a heater (neither is shown) for circulating and cooling a coolant such as liquid nitrogen as needed, and adjusts the object 45 to a desired temperature.
【００３３】載置台４７にはバイアス電源５１が接続さ
れ、該バイアス電源５１は任意のパルス幅のバイアス電
圧を載置台４７に印加してマイナスのバイアスを生じさ
せている。又、載置台４７には真空排気装置（図示せ
ず）に接続された排気管５３が設けられ、導入口４３か
ら原料ガスを導入しながら排気管５３から真空容器３３
内を排気して真空容器３３及び放電室３５内を所定のガ
ス圧に保っている。A bias power supply 51 is connected to the mounting table 47. The bias power supply 51 applies a bias voltage having an arbitrary pulse width to the mounting table 47 to generate a negative bias. The mounting table 47 is provided with an exhaust pipe 53 connected to a vacuum exhaust device (not shown).
The inside is evacuated to maintain the inside of the vacuum vessel 33 and the discharge chamber 35 at a predetermined gas pressure.
【００３４】真空容器３３の側壁には、炭素原子光発生
装置１及び炭素原子光発生装置１から出射されて真空容
器３３内のプラズマ中を通過した炭素原子光を検出する
炭素原子光検出装置５５が相対して設けられている。On the side wall of the vacuum vessel 33, a carbon atom light generator 1 and a carbon atom light detector 55 for detecting carbon atom light emitted from the carbon atom light generator 1 and passing through the plasma in the vacuum vessel 33 are provided. Are provided opposite to each other.
【００３５】これら炭素原子光発生装置１及び炭素原子
光検出装置５５と基準原子光検出装置５７は炭素原子光
発生装置１から出射される炭素原子光強度とプラズマ中
を透過して炭素原子光検出装置５５に受光される炭素原
子光強度に基づいてプラズマ中における炭素原子ラジカ
ル密度を測定する。The carbon atom light generating device 1, the carbon atom light detecting device 55 and the reference atomic light detecting device 57 transmit the carbon atom light intensity emitted from the carbon atom light generating device 1 and the plasma through the plasma to detect the carbon atom light. The density of carbon atom radicals in the plasma is measured based on the intensity of the carbon atom light received by the device 55.
【００３６】そして炭素原子光検出装置５５により測定
されたプラズマ中における炭素原子ラジカル密度に関す
る測定データを制御手段５９へ転送し、制御手段５９は
この測定データに基づいて高周波アンテナ３９に印加さ
れる高周波電力等の放電パラメータ（他にガス流量、容
器内圧力等）、載置台４７に印加されるバイアス電圧を
夫々制御してプラズマ中における炭素原子ラジカル密度
を均一化させる。Then, the measurement data relating to the carbon atom radical density in the plasma measured by the carbon atom photodetector 55 is transferred to the control means 59, and the control means 59 applies the high frequency applied to the high frequency antenna 39 based on the measurement data. Discharge parameters such as electric power (in addition, gas flow rate, container pressure, etc.) and a bias voltage applied to the mounting table 47 are controlled to uniformize the density of carbon atom radicals in the plasma.
【００３７】尚、炭素原子光発生装置１及び炭素原子光
検出装置５５の配置位置は炭素原子光が被処理体４５の
反応面直上、例えば１０mm上方を通過する位置が好まし
い。又、炭素原子光発生装置１及び炭素原子光検出装置
５５は真空容器３３の側壁に設けられた窓又はレンズを
介して配置してもよい。この場合、炭素原子光は紫外領
域であるため、材質としてはＳｉＯ２が適している。The position of the carbon atom light generating device 1 and the carbon atom light detecting device 55 is preferably such that the carbon atom light passes just above the reaction surface of the object 45, for example, 10 mm above. Further, the carbon atom light generating device 1 and the carbon atom light detecting device 55 may be arranged via a window or a lens provided on the side wall of the vacuum vessel 33. In this case, since carbon atom light is in the ultraviolet region, SiO 2 is suitable as the material.
【００３８】一方、炭素原子光発生装置１の前面にはチ
ョッパー６１及び半透鏡６３が夫々設けられ、チョッパ
ー６１は炭素原子光発生装置１から炭素原子光検出装置
５５に向かって出射される炭素原子光をＯＮ−ＯＦＦさ
せる。この際、該原子光のＯＮ−ＯＦＦはチョッパーを
用いず、該原子光発生装置に印加する電圧をＯＮ−ＯＦ
Ｆして該原子光をＯＮ−ＯＦＦしてもよい。On the other hand, a chopper 61 and a semi-transmissive mirror 63 are provided on the front surface of the carbon atom light generator 1, respectively. The chopper 61 is provided with carbon atoms emitted from the carbon atom light generator 1 toward the carbon atom light detector 55. The light is turned on and off. At this time, the chopper is not used for ON-OFF of the atomic light, and the voltage applied to the atomic light generator is ON-OF.
F to turn on and off the atomic light.
【００３９】又、半透鏡６３は炭素原子光発生装置１か
ら出射された炭素原子光の一部を、真空容器３３に至る
途中に設けられた基準原子光検出装置５７へ入射して炭
素原子光発生装置１から出射される炭素原子光の基準原
子光強度を測定する。Further, the semi-transparent mirror 63 causes a part of the carbon atom light emitted from the carbon atom light generator 1 to enter a reference atom light detection device 57 provided on the way to the vacuum vessel 33, and The reference atomic light intensity of the carbon atomic light emitted from the generator 1 is measured.
【００４０】炭素原子光発生装置１に相対して設けられ
た炭素原子光検出装置５５の前面には光学的レンズ６５
が設けられ、該光学的レンズ６５により炭素原子光発生
装置１から出射されて放電室３５と載置台４７の間に発
生したプラズマ中を透過した炭素原子光を分光器（図示
せず）のスリット幅に応じたスポット光に収束させる。An optical lens 65 is provided on the front surface of a carbon atom light detecting device 55 provided opposite to the carbon atom light generating device 1.
And a slit of a spectroscope (not shown) that converts the carbon atom light emitted from the carbon atom light generator 1 by the optical lens 65 and transmitted through the plasma generated between the discharge chamber 35 and the mounting table 47 into a slit. It converges to the spot light according to the width.
【００４１】そして炭素原子光検出装置５５は放電室３
５及び載置台４７間に発生するプラズマ中を透過した炭
素原子光強度を検出する。尚、上記光学的レンズ６５と
しては炭素原子光が紫外領域であるため、材質としては
ＳｉＯ２が適している。The carbon atom light detecting device 55 is connected to the discharge chamber 3
The light intensity of the carbon atoms transmitted through the plasma generated between the stage 5 and the mounting table 47 is detected. Since carbon atom light is in the ultraviolet region for the optical lens 65, SiO 2 is suitable as the material.
【００４２】次に、上記のように構成されたプラズマ処
理装置３１による処理方法を説明する。Next, a processing method using the plasma processing apparatus 31 configured as described above will be described.
【００４３】先ず、被処理体４５に炭素薄膜を成膜する
には導入口４３から炭素を含有したガス、例えばＣＨ４
やＣＯガス等の原料ガスを導入させると共に高周波アン
テナ３９に高周波電力を印加させると、混合ガスは高周
波電界により反応性プラズマ化し、該反応性プラズマに
含まれる炭素原子ラジカルを被処理体４５上に堆積させ
てダイヤモンド薄膜、硬質炭素薄膜或いは炭化珪素薄膜
等を合成させる。First, to form a carbon thin film on the object 45, a gas containing carbon, for example, CH 4
When a high-frequency power is applied to the high-frequency antenna 39 while introducing a source gas such as CO or CO gas, the mixed gas is converted into a reactive plasma by a high-frequency electric field, and carbon atom radicals contained in the reactive plasma are deposited on the object 45 to be processed. Then, a diamond thin film, a hard carbon thin film, a silicon carbide thin film, or the like is synthesized.
【００４４】又、被処理体４５をエッチングするプロセ
ス処理においては、導入口４３からフルオロカーボンガ
ス等の原料ガスを導入して上記と同様に反応性プラズマ
化させた状態で載置台４７にバイアス電圧を印加する
と、反応性プラズマ中から陽イオンを飛び出させて被処
理体４５に衝突させると共に反応性プラズマ中に生成さ
れた炭素原子ラジカル、フッ素原子ラジカル及びＣＦｘ
分子ラジカルとの表面反応により被処理体４５をエッチ
ング処理する。In the process for etching the workpiece 45, a bias voltage is applied to the mounting table 47 in a state where a source gas such as a fluorocarbon gas is introduced from the inlet port 43 and converted into reactive plasma in the same manner as described above. When the voltage is applied, cations are ejected from the reactive plasma to collide with the object 45, and carbon atom radicals, fluorine atom radicals and CFx generated in the reactive plasma.
The object 45 is etched by a surface reaction with molecular radicals.
【００４５】上記したようなエッチング処理及び成膜処
理時においては混合ガスのプラズマ中に炭素原子ラジカ
ルを生じさせる。該原子ラジカルはエッチング処理及び
成膜処理に大きく寄与している。During the above-described etching and film forming processes, carbon atom radicals are generated in the plasma of the mixed gas. The atomic radicals greatly contribute to the etching process and the film forming process.
【００４６】このため、上記処理時においては、プラズ
マ中における炭素原子ラジカル密度を測定し、この測定
結果により高周波アンテナ３９に印加される高周波電力
を制御したり、載置台４７に印加されるバイアス電圧を
制御することにより反応性プラズマ中の炭素原子ラジカ
ル密度を制御することにより成膜される薄膜の厚さを調
整したり、エッチングの選択比、加工精度を調整するこ
とができる。Therefore, during the above processing, the density of carbon atom radicals in the plasma is measured, and the high frequency power applied to the high frequency antenna 39 is controlled based on the measurement result, and the bias voltage applied to the mounting table 47 is controlled. By controlling the density of carbon atoms in the reactive plasma by controlling the thickness, the thickness of the thin film to be formed can be adjusted, and the etching selectivity and processing accuracy can be adjusted.
【００４７】そして以下のようにして炭素原子光発生装
置１から炭素原子光を、真空容器３３内のプラズマ中に
透過し、プラズマ中における炭素原子ラジカルによる炭
素原子光の吸収量により炭素原子ラジカル密度を測定す
る。Then, as described below, the carbon atom light is transmitted from the carbon atom light generator 1 into the plasma in the vacuum chamber 33, and the carbon atom radical density is determined by the absorption amount of the carbon atom light by the carbon atom radicals in the plasma. Is measured.
【００４８】即ち、先ず、高周波アンテナ３９に高周波
電力が印加されていない、従ってプラズマが発生してい
ない状態で、炭素原子光発生装置１からの炭素原子光を
半透鏡６３により２つに分けて炭素原子光検出装置５５
及び基準原子光検出装置５７に夫々入射させて強度を測
定し、その強度比Ｉ００／Ｉｒ０＝ａを求める。That is, first, in a state where no high-frequency power is applied to the high-frequency antenna 39 and no plasma is generated, the carbon atom light from the carbon atom light generator 1 is divided into two by the semi-transparent mirror 63. Carbon atom light detector 55
Then, the light is made incident on the reference atomic light detection device 57 to measure the intensity, and the intensity ratio I 00 / I r0 = a is obtained.
【００４９】次に、高周波アンテナ３９に高周波電力を
印加してプラズマを発生させた状態で、先ず、チョッパ
ー６１を閉じた状態で該プラズマ中の炭素原子が発光す
る炭素原子光の強度Ｉ１を炭素原子光検出装置５５によ
り測定する。Next, by applying a high frequency electric power in a state in which plasma is generated to the high frequency antenna 39, first, the intensity I 1 carbon atoms light carbon atoms in the plasma emits light with closed chopper 61 It is measured by the carbon atom light detecting device 55.
【００５０】次に、チョッパー６１を開いてプラズマ中
の炭素原子が発光する強度Ｉ１と炭素原子光発生装置１
から出射され、プラズマ中で一部が吸収された炭素原子
光の強度Ｉ０’との和である強度Ｉ２を測定する。Next, the intensity I 1 and the carbon atom beam generator 1 by opening the chopper 61 for emitting the carbon atoms in the plasma
Emitted from a portion in the plasma to measure the intensity I 2 is the sum of the intensities I 0 'carbon atoms light absorbed.
【００５１】そして強度Ｉ１及びＩ２を測定する間中、
常に基準原子光検出装置５７により炭素原子光発生装置
１から出射される炭素原子光の強度Ｉｒを測定し、該強
度Ｉ ｒと上記の式Ｉ００／Ｉｒ０で求められた強度比ａ
とにより炭素原子光発生装置１から出射され、プラズマ
中の炭素原子ラジカルに吸収されない場合に炭素原子光
検出装置５５に入射される強度Ｉ０、従ってＩ０＝ａ・
Ｉｒを求め、この強度Ｉ０をプラズマ中の炭素原子ラジ
カルによる吸収量を測定する基準強度とする。And intensity I1And I2All the while measuring
A carbon atomic light generator always using the reference atomic light detector 57
Intensity I of carbon atom light emitted fromrMeasure the strength
Degree I rAnd the above formula I00/ Ir0Strength ratio a determined by
Is emitted from the carbon atom light generator 1 by the
Carbon atom light when not absorbed by carbon atom radicals
Intensity I incident on detection device 550And therefore I0= A ・
IrAnd the intensity I0The carbon atom radius in the plasma
The reference intensity is used to measure the amount of absorption by the cull.
【００５２】そして上記の各強度から式（Ｉ２−Ｉ１）
／Ｉ０、従って式Ｉ０’／Ｉ０からプラズマ中の炭素原
子ラジカルによる炭素原子光の吸収量を測定して炭素原
子ラジカル密度を測定する。From the above intensities, the formula (I 2 −I 1 )
/ I 0 , and therefore from the formula I 0 ′ / I 0, the amount of carbon atom light absorbed by the carbon atom radicals in the plasma is measured to determine the carbon atom radical density.
【００５３】前述の方法にてプラズマ中における炭素原
子光吸収率から求めた炭素原子ラジカル密度は、例えば
１．４×１０１４［ｃｍ−３］であった。更に、該炭素
原子光発生装置１からは炭素分子（Ｃ２）光も得られ、
プラズマ中における炭素分子ラジカル密度と炭素原子ラ
ジカル密度の同時測定が可能であった。図７は炭素分子
ラジカル密度と炭素原子ラジカル密度の比と高周波アン
テナに印加される高周波電力との関係を示す。The carbon atom radical density determined from the carbon atom light absorptivity in the plasma by the method described above was, for example, 1.4 × 10 14 [cm −3 ]. Further, carbon molecule (C 2 ) light is also obtained from the carbon atom light generator 1,
Simultaneous measurement of carbon molecule radical density and carbon atom radical density in plasma was possible. FIG. 7 shows the relationship between the ratio of the density of carbon molecule radicals to the density of carbon atom radicals and the high frequency power applied to the high frequency antenna.
【００５４】実施形態２ 上記した実施形態１の炭素原子光発生装置１は、陰電極
をカーボン電極９で形成し、ケース３内に酸素原子を含
有したガスと希ガスの混合ガスを導入して孔９ａ内に発
生するプラズマによりイオン化したアルゴン及びラジカ
ル化した酸素によりカーボン電極９から炭素原子をプラ
ズマ中に発生させて該炭素原子ラジカルの発光にて炭素
原子光を得るものとしたが、本実施形態はガス放出の少
ないステンレス等の金属製の陰電極を使用すると共に炭
素原子を含有したガス、酸素原子を含有したガス及び希
ガスとの混合ガスをケース３内に所定の混合比にて導入
して陰電極孔内に発生するプラズマにより混合ガス中の
炭素原子ラジカルを直接発光させることにより炭素原子
光を得た。Embodiment 2 In the carbon atom light generating device 1 of Embodiment 1 described above, the cathode is formed by the carbon electrode 9, and a mixed gas of a gas containing oxygen atoms and a rare gas is introduced into the case 3. Although carbon atoms are generated in the plasma from the carbon electrode 9 by argon ionized by radicals and oxygen radicalized by the plasma generated in the holes 9a, carbon atom light is obtained by emission of the carbon atom radicals. The form uses a negative electrode made of metal such as stainless steel that emits little gas, and introduces a mixed gas with a gas containing carbon atoms, a gas containing oxygen atoms and a rare gas into the case 3 at a predetermined mixing ratio. Then, the carbon atom radicals in the mixed gas were directly emitted by the plasma generated in the cathode electrode hole to obtain carbon atom light.
【００５５】[0055]
【発明の効果】このため本発明は、プラズマを安定化さ
せて炭素原子光の発光強度を安定化させると共に該発光
強度を増加させることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to stabilize the plasma to stabilize the emission intensity of carbon atomic light and increase the emission intensity.
【図１】炭素原子光発生装置の概略を示す縦断面図であ
る。FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a carbon atom light generator.
【図２】炭素原子発光線の強度とカーボン電極の孔形状
の関係を示したグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the intensity of a carbon atom emission line and the hole shape of a carbon electrode.
【図３】炭素原子発光線の強度と酸素原子を含有したガ
スの関係を示したグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between the intensity of a carbon atom emission line and a gas containing an oxygen atom.
【図４】炭素原子発光線の強度と導入する酸素とアルゴ
ンの混合比の関係を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the intensity of a carbon atom emission line and the mixing ratio of oxygen and argon to be introduced.
【図５】炭素原子光発生装置によりプラズマ中の炭素原
子ラジカルが測定されるプラズマ処理装置の概略を示す
説明図である。FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a plasma processing apparatus for measuring carbon atom radicals in plasma by a carbon atom light generator.
【図６】プラズマ処理装置の制御概略を示す説明図であ
る。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of control of the plasma processing apparatus.
【図７】炭素分子ラジカル密度と炭素原子ラジカル密度
の比と高周波アンテナに印加される高周波電力との関係
を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a ratio of a carbon molecule radical density to a carbon atom radical density and a high frequency power applied to a high frequency antenna.
１ 炭素原子光発生装置、３ ケース、５ 光学的窓、
９ 陰電極としてのカーボン電極、９ａ 孔、１３ 陽
電極、１３ａ 透孔、１５ ガス導入口、１７排気口1 carbon atom light generator, 3 cases, 5 optical windows,
9 Carbon electrode as negative electrode, 9a hole, 13 positive electrode, 13a through hole, 15 gas inlet, 17 exhaust
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/00 Ｈ０５Ｈ 1/00 Ａ (72)発明者 伊藤 昌文 名古屋市天白区梅ヶ丘３−1802 ニューコ ーポ植田ＩＩ305 (72)発明者 米田 勝實 名古屋市熱田区三本松町20番９号 日本レ ーザ電子株式会社内 (72)発明者 高島 成剛 名古屋市熱田区三本松町20番９号 日本レ ーザ電子株式会社内 Ｆターム(参考） 2G043 AA01 BA07 CA02 DA08 EA09 GA06 GA07 GB01 GB10 GB17 KA05 LA01 4G075 AA24 AA30 AA65 BC02 BC06 CA25 CA39 CA47 EB32 EC21 FA01 FB02 FB03 FB06 FB12 FC15 4K030 AA04 AA10 AA14 AA24 BA27 BA37 FA01 JA09 KA15 KA30 KA37 KA39 KA46 KA47 5F004 AA00 BA20 BB11 BB13 BB14 BB18 BB22 BB25 BB26 CB02 DA00 DA23 DA26 5F045 AA08 AA09 AB06 AB07 DP01 DP02 DP03 DQ10 EH02 EH11 EJ02 EJ03 EK01 EM05 GB08──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05H 1/00 H05H 1/00 A (72) Inventor Masafumi Ito 3-1802 Umegaoka, Tenpaku-ku, Nagoya Newko --- Ueda II 305 (72) Inventor Katsumi Yoneda 20-9, Sanbonmatsucho, Atsuta-ku, Nagoya-shi Inside Japan Laser Electronics Co., Ltd. F-term (reference) in THE ELECTRONICS CO., LTD. KA30 KA37 KA39 KA46 KA47 5F004 AA00 BA20 BB11 BB13 BB14 BB18 BB22 BB25 BB26 CB02 DA00 DA23 DA26 5F045 AA08 AA09 AB06 AB07 DP01 DP02 DP03 DQ10 EH02 EH11 EJ02 EJ03 EK01 EM05 GB08
Claims (6)
の開口に光学的窓が気密状態に設けられると共に他方の
開口が気密に閉止され、ガス導入口及び排気装置に接続
される排気口が設けられたケースと、該ケース内にて電
気的絶縁状態で所定の間隔をおいて相対して設けられ、
中心部に透孔が形成されたリング状の陽電極と、ケース
内にて電気的絶縁状態で設けられ、陽電極への相対面中
心部に所定の内径及び深さの孔が形成されると共に陽電
極に対する非相対面が電気的に絶縁された炭素原子を含
有した陰電極とからなり、ケース内を炭素原子を含有し
たガスと酸素ガス及び稀ガスの混合ガスを所定の分圧に
設定して陽電極及び陰電極間に直流電流を印加して陰電
極の孔内表面を荷電粒子でスバッタ或いは反応性スバッ
タさせて陰電極孔内プラズマに炭素原子ラジカルを生じ
させて炭素原子光を発生させることを特徴とするプラズ
マ処理装置における炭素原子ラジカル測定用の炭素原子
光発生装置。At least an inner surface is electrically insulated, an optical window is provided in one opening in an airtight state, and the other opening is closed in an airtight manner, and an exhaust port connected to a gas inlet and an exhaust device is provided. The provided case is provided at a predetermined interval in an electrically insulated state within the case,
A ring-shaped positive electrode having a through hole formed in the center, and provided in an electrically insulated state in the case, and a hole having a predetermined inner diameter and depth is formed in the center of the surface facing the positive electrode. The non-facing surface to the positive electrode is composed of a negative electrode containing carbon atoms that is electrically insulated, and the inside of the case is set to a predetermined partial pressure of a mixed gas of a gas containing carbon atoms, oxygen gas and a rare gas. A DC current is applied between the positive electrode and the negative electrode to scatter or reactively scatter the inner surface of the hole of the negative electrode with charged particles to generate carbon atom radicals in the plasma in the negative electrode hole to generate carbon atom light. A carbon atom light generator for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus.
の開口に光学的窓が気密状態に設けられると共に他方の
開口が気密に閉止され、ガス導入口及び排気装置に接続
される排気口が設けられたケースと、該ケース内にて電
気的絶縁状態で所定の間隔をおいて相対して設けられ、
中心部に透孔が形成されたリング状の陽電極と、ケース
内にて電気的絶縁状態で設けられ、陽電極への相対面中
心部に所定の内径及び深さの孔が形成されると共に陽電
極に対する非相対面が電気的に絶縁された陰電極とから
なり、ケース内を炭素原子を含有したガスと酸素ガス及
び稀ガスの混合ガスを所定の分圧に設定して陽電極及び
陰電極間に直流電流を印加して陰電極孔内にて混合ガス
をプラズマ化した炭素原子ラジカルの発光により炭素原
子光を発生させることを特徴とするプラズマ処理装置に
おける炭素原子ラジカル測定用の炭素原子光発生装置。At least an inner surface is electrically insulated, an optical window is provided in one of the openings in an airtight manner, and the other opening is closed in an airtight manner, and an exhaust port connected to a gas inlet and an exhaust device is provided. The provided case is provided at a predetermined interval in an electrically insulated state within the case,
A ring-shaped positive electrode having a through hole formed in the center, and provided in an electrically insulated state in the case, and a hole having a predetermined inner diameter and depth is formed in the center of the surface facing the positive electrode. A non-opposite surface to the positive electrode is composed of an electrically insulated negative electrode, and a mixed gas of a gas containing carbon atoms, oxygen gas, and a rare gas is set at a predetermined partial pressure in the case to form a positive electrode and a negative electrode. A carbon atom for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus, characterized in that carbon atom radicals are generated by emission of carbon atom radicals generated by converting a mixed gas into a plasma in a negative electrode hole by applying a direct current between the electrodes. Light generator.
縁材料からなるプラズマ処理装置における炭素原子ラジ
カル測定用の炭素原子光発生装置。3. A carbon atom light generator for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the case is made of an electrically insulating material.
からなると共に内面に電気的絶縁材料を設けたプラズマ
処理装置における炭素原子ラジカル測定用の炭素原子光
発生装置。4. A carbon atom light generator for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the case is made of a metal material and an electrically insulating material is provided on an inner surface thereof.
及び深さは約３ｍｍ、約１５ｍｍからなるプラズマ処理
装置における炭素原子ラジカル測定用の炭素原子光発生
装置。5. A carbon atom light generating apparatus for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the inner diameter and depth of the hole of the negative electrode are about 3 mm and about 15 mm.
分圧は酸素原子を含有したガス約１．５Ｔｏｒｒに対し
て稀ガス約０．５〜０．７５Ｔｏｒｒ及び酸素原子を含
有したガス約１Ｔｏｒｒに対して稀ガス約０．７５〜
１．５Ｔｏｒｒの何れかからなるプラズマ処理装置にお
ける炭素原子ラジカル測定用の炭素原子光発生装置。6. A gas according to claim 1, wherein the predetermined partial pressure of the mixed gas is about 0.5 to 0.75 Torr of a rare gas and about 1.5 Torr of a gas containing an oxygen atom. About 0.75 to rare gas for about 1 Torr
A carbon atom light generator for measuring carbon atom radicals in a plasma processing apparatus comprising any of 1.5 Torr.
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- 1998-10-16 JP JP29551398A patent/JP4086979B2/en not_active Expired - Fee Related
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