JP2005257651A

JP2005257651A - プラズマ測定装置及びプラズマ測定方法

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Publication number: JP2005257651A
Application number: JP2004073537A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takimasa; 宏章滝政; Koichi Sasaki; 浩一佐々木
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】ウエハ処理工程においてプラズマ空間のプラズマ状態を測定するのは困難である。
【解決手段】プラズマ空間３Ａ内の原料ガスをプラズマ化することでウエハ２にプラズマ処理を施すウエハ処理工程において、プラズマ空間内のプラズマ状態を測定するプラズマプロセス処理装置１であって、原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光を照射する投光部１０と、高速粒子成分を検出するための光波長λ１のレーザ光及び高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長λ２のレーザ光を時分割に照射すべく、投光部を制御する光波長制御部２４と、レーザ光を受光する受光部１１と、受光したレーザ光に基づき、各成分に関わるレーザ光の吸収量を算出する吸収量算出部２６と、各吸収量の比に基づいて、原料ガスに関わる親分子の解離度を算出する親分子解離度算出部２７とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、被処理体、例えばウエハ等を配置したプラズマ空間内の原料ガスをプラズマ化することで、同ウエハに、例えばプラズマ空間での表面成膜処理やエッチング処理等のウエハ処理を施すプラズマプロセス処理工程において、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を測定するプラズマ測定装置及びプラズマ測定方法に関する。

近年、ウエハの表面に薄膜を形成する、例えばＣＶＤ、ＡＬＤやＰＶＤ等の表面成膜処理、ウエハの表面を削るエッチング処理や、ウエハの表面を改質する、例えば直接酸化、直接酸窒化や濡れ性改善等の表面改質処理等のウエハ処理工程をプラズマ空間で行うようにしている。

このようなプラズマプロセス処理工程においては、プラズマ空間のプラズマ状態を一定に保つために、同プラズマ空間の制御パラメータ、例えばプラズマ空間内の原料ガスをプラズマ化するための供給高周波電力量、原料ガスの供給量や排出量等を一定に保つ必要がある。

しかしながら、例えばプラズマ空間を形成するチャンバ内にウエハを配置し、同プラズマ空間の制御パラメータを一定に設定したとしても、同チャンバ内壁に堆積する膜等の影響でプラズマ空間内のプラズマ状態が経時変化してしまう。

そこで、このような事態に対処すべく、同チャンバ内壁に堆積した膜等を定期的にクリーングすることも考えられるが、クリーニング中は装置を稼動することができないため、その結果、装置全体の稼働時間が短くなってしまう。

また、同チャンバ内壁を定期的にクリーニングしたとしても、クリーニング前後ではチャンバの状態が異なるため、装置の制御パラメータを一定に設定したとしても処理の均一性を確保することは非常に困難である。

また、このようなプラズマプロセス処理工程中においても、プラズマ空間へ供給する原料ガスの組成変動等でプラズマ状態が変化することもある。

そこで、プラズマ空間内のプラズマ状態を監視する方法が色々案出されている（例えば非特許文献１参照）。

このようなプラズマ空間のプラズマ状態を監視する方法としては、例えば発光分光法、アクチノメトリ法、真空紫外吸収分光法、レーザ誘起蛍光法、赤外半導体レーザ吸収分光法及び出現質量分析法がある。

発光分光法は、特定のエネルギー準位間の遷移による発光をモニタし、プラズマ空間中のラジカル種の有無、ラジカルからの発光強度変化を検出する方法である。

アクチノメトリ法は、微量の希ガスを添加した原料ガスをチャンバ内に供給し、原料ガスからの発光強度と希ガスからの発光強度との比率でプラズマ空間中の相対的なラジカル密度の変化率をつかむ方法である。

真空紫外吸収分光法は、真空紫外光をチャンバ内に照射し、エネルギー準位間隔と等しいエネルギーの波長の光でプラズマ空間中のラジカルを励起し、その光の吸収量からラジカル密度を計測する方法である。

レーザ誘起蛍光法は、レーザ光をチャンバ内に照射し、エネルギー準位間隔と等しいエネルギーの波長の光でプラズマ空間中のラジカルを励起し、その励起種が低エネルギー準位に遷移するときに放射する蛍光を測定し、ラジカル密度を計測する方法である。

赤外半導体レーザ吸収分光法は、赤外レーザ光をチャンバ内に照射し、分子（ラジカル及び安定分子）の振動、回転の準位間の遷移による吸収を測定し、ラジカル密度を計測する方法である。

質量分析法は、質量分析器を用いた測定において、中性ラジカルをイオン化するときの電子ビームエネルギーを調整して、測定したいラジカルのみをイオン化し、ラジカル密度を計測する方法である。

このようにプラズマ空間内のプラズマ状態を測定する方法としては様々な方法が知られている。
林康明編著「最新プラズマプロセスのモニタリング技術と解析・制御」株式会社リアライズ社平成９年８月１８日（Ｐ１５〜Ｐ１８、他参照）

しかしながら、上記従来のプラズマ空間内のプラズマ状態を測定する方法、例えば発光分光法によれば、あるエネルギー準位に存在するラジカル密度に対応した発光強度を得ることができるものの、この発光強度は多数を占める基底状態のラジカル密度と必ずしも相関を持たない。従って、特定のチャンバや特定のガス圧力範囲等といった制限された条件下でのみ発光強度からプラズマ空間のプラズマ状態をモニタすることができるが、その使用条件に制約されてしまう。

アクチノメトリ法によれば、原料ガスからの発光と希ガスからの発光の比をとることでプラズマ空間のプラズマ状態の変動をキャンセルするものであるが、本来の原料ガスに希ガスを添加するため、本来のプラズマ状態と違ってしまう、また、プロセスによっては希ガスを添加することが不可能な場合もある。また、条件によっては正しく測定できない場合がある、などの課題がある。

真空紫外吸収分光法によれば、光学系全てを真空中に設置する必要があるために、真空紫外分光計、真空ポンプや真空配管等の設備が大がりになり、しかも、コスト高となる。さらに、真空紫外域の吸収係数は可視域に比べ、一桁大きいため、ラジカル密度が大きい場合は吸収が飽和し、測定できなくなる場合も考えられる。さらに、吸収長を短くするために投光部及び受光部間の間隔を近づけ過ぎるとプラズマに対する擾乱となる、などの課題がある。

レーザ誘起蛍光法によれば、計測精度が高く、プロセスに対する擾乱が少ない等の面で優れた方法であるものの、装置が大がかりとなってコスト高となるばかりか、使いこなすためのノウハウが必要となるといった課題がある。

赤外半導体レーザ吸収分光法によれば、レーザが室温で動作することができないため、液体窒素による冷却機器を備えた投光部は高価であり、しかも、十分な吸収量をとろうとすると長い光路が必要なためチャンバ内でのレーザ光路の折り返しが必要となり、投光部及び受光部間のビューポートのサイズが大きくなるといった課題がある。

さらに、出現質量分析法によれば、チャンバ内に質量分析器を入れる必要があるため、プラズマに対する擾乱となるといった課題がある。

このようにいずれの方法を用いたとしても、ウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間のプラズマ状態を測定することは非常に困難である。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程においてプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができるプラズマ測定装置及びプラズマ測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のプラズマ測定装置は、被処理体を配置したプラズマ空間内の原料ガスをプラズマ化することで被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程において、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を測定するプラズマ測定装置であって、前記原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光を前記プラズマ空間内に照射する照射手段と、前記原料ガスをプラズマ化することで前記親分子が解離した直後に発生する前記特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を照射すべく、前記照射手段を制御する制御手段と、この制御手段にて制御した前記照射手段による前記プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段にて受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出する吸収量算出手段と、この吸収量算出手段にて算出した吸収量に基づいて、前記プラズマ空間内のプラズマ状態の内、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出する親分子解離度算出手段とを有するようにした。

尚、親分子とは、解離種を生成する、元の分子を意味している。高速粒子成分とは、基底状態にある親分子が励起され、もとの基底状態を有するエネルギー準位とは連続しない、反発性ポテンシャル曲線形状を有するエネルギー準位へと遷移して分子が解離すると共に、励起直後のエネルギー状態と解離した分子のエネルギー状態との差に相当する余剰エネルギーを解離した分子が運動エネルギーとして得ることで高速化した成分を意味する。

特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長は、高速粒子成分の吸収波長分布（ドップラー効果による広がり）の中から選ぶことができる。

解離種の特定のエネルギー準位間隔は、その解離種が有するエネルギー準位間隔から選ぶことができる。

本発明のプラズマ測定装置は、前記制御手段が、前記高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分であって前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長を含む光波長区間内の全光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に掃引照射すべく、前記照射手段を制御し、前記吸収量算出手段は、前記受光手段にて受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、前記親分子解離度算出手段は、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにした。

尚、高速粒子成分以外の粒子成分とは、上記高速粒子成分の粒子が生成された過程によって得られた粒子よりも速度が低く、例えば周囲温度に相当する運動エネルギーに対応する速度を持つ粒子成分であって、高速粒子成分の速度と比較して略静止状態にある粒子成分や、もともと静止状態に近い状態にある粒子成分を含む。

高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長は、同粒子成分の速度分布に対応する吸収波長分布の中から中心値を選ぶことができるが、前記高速粒子成分の吸収波長分布と重ならない領域であれば中心値には限らない。

本発明のプラズマ測定装置は、前記制御手段が、さらに、前記プラズマ空間内で前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を照射すべく、前記照射手段を制御し、前記吸収量算出手段は、前記受光手段にて受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、前記親分子解離度算出手段は、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにした。

本発明のプラズマ測定装置は、前記親分子解離度算出手段にて算出した親分子の解離度に基づいて、前記プラズマ空間のプラズマ状態を監視する状態監視手段を有するようにした。

本発明のプラズマ測定装置は、前記親分子解離度算出手段にて算出した現在の親分子の解離度と正常時の親分子の解離度とを比較する解離度比較手段と、この解離度比較手段の比較結果が許容範囲内であるか否かを判定する許容範囲判定手段と、この許容範囲判定手段にて比較結果が許容範囲内でないと判定されると、同比較結果を許容範囲内に収めるべく、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を構成する制御パラメータを調整するパラメータ制御手段とを有するようにした。

また、上記目的を達成するために本発明のプラズマ測定方法は、被処理体を配置したプラズマ空間内の原料ガスをプラズマ化することで被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程において、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を測定するプラズマ測定方法であって、前記原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光を前記プラズマ空間内に照射する際に、前記原料ガスをプラズマ化することで前記親分子が解離した直後に発生する前記特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長で前記レーザ光を照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、この吸収量に基づき、前記プラズマ空間内のプラズマ状態の内、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにした。

本発明のプラズマ測定方法は、前記高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分であって前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長を含む光波長区間内の全光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に掃引照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、これら吸収量に基づき、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにした。

本発明のプラズマ測定方法は、前記高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、これら吸収量に基づき、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにした。

本発明のプラズマ測定方法は、前記算出した親分子の解離度に基づいて、前記プラズマ空間のプラズマ状態を監視するようにした。

本発明のプラズマ測定方法は、前記算出した現在の親分子の解離度と正常時の親分子の解離度とを比較し、この比較結果が許容範囲内であるか否かを判定し、この比較結果が許容範囲内でないと判定されると、同比較結果を許容範囲内に収めるべく、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を構成する制御パラメータを調整するようにした。

上記のように構成された本発明のプラズマ測定装置によれば、前記原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光をプラズマ空間内に照射する際に、原料ガスをプラズマ化することで前記親分子が解離した直後に発生する前記特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を照射すべく、照射手段を制御すると共に、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光し、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、この算出した吸収量に基づいて、前記プラズマ空間内のプラズマ状態の内、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにしたので、同プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイムに把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

本発明のプラズマ測定装置によれば、前記高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分であって前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長を含む光波長区間内の全光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に掃引照射すべく、前記照射手段を制御すると共に、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光し、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を夫々算出し、これら両粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにしたので、例えばプラズマ空間内のプラズマ状態が大きく変動、照射手段のレーザ光の光波長の揺らぎ、又はプラズマ空間内の原料ガス量が変動したとしても、前記光波長区間の全光波長のレーザ光を掃引照射するため、同プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイム、かつ正確に把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

本発明のプラズマ測定装置によれば、前記プラズマ空間内で前記高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光照射の他に、前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を照射すべく、前記照射手段を制御すると共に、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光し、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を夫々算出し、これら両粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにしたので、例えばプラズマ空間内のプラズマ状態が大きく変動、又はプラズマ空間内の原料ガス量が変動したとしても、前述したように光波長区間の全光波長のレーザ光を掃引照射するのではなく、高速粒子成分及び高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための最小限値として２つの光波長のレーザ光を照射するだけで済むため、プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイム、且つ正確に把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

本発明のプラズマ測定装置によれば、算出した親分子の解離度に基づいて、前記プラズマ空間のプラズマ状態を監視するようにしたので、親分子の解離度の度合に着目することで、プラズマ空間のプラズマ状態の変化度合を簡単に認識することができる。

本発明のプラズマ測定装置によれば、現在の親分子の解離度と正常時の親分子の解離度とを比較し、この比較結果が許容範囲内であるか否かを判定し、この比較結果が許容範囲内でないと判定されると、同比較結果を許容範囲内に収めるべく、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を構成する制御パラメータ、例えばガス供給量や排出量や、供給する高周波電力量等を調整するようにしたので、安定したプラズマ状態を確保することができる。

また、上記のように構成された本発明のプラズマ測定方法によれば、原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光をプラズマ空間内に照射する際に、原料ガスをプラズマ化することで前記親分子が解離した直後に発生する前記特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光をプラズマ空間内に照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、この算出した吸収量に基づいて、前記プラズマ空間内のプラズマ状態の内、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにしたので、同プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイムに把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

本発明のプラズマ測定方法によれば、高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分であって高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長を含む光波長区間内の全光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に掃引照射すると共に、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光し、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を夫々算出し、これら両粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにしたので、例えばプラズマ空間内のプラズマ状態が大きく変動、照射手段のレーザ光の光波長の揺らぎ、又はプラズマ空間内の原料ガス量が変動したとしても、前記光波長区間の全光波長のレーザ光を掃引照射するため、同プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイム、かつ正確に把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

本発明のプラズマ測定方法によれば、プラズマ空間内で高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光照射の他に、高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光し、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を夫々算出し、これら両粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにしたので、例えばプラズマ空間内のプラズマ状態が大きく変動、又はプラズマ空間内の原料ガス量が変動したとしても、前述したように光波長区間の全光波長のレーザ光を掃引照射するのではなく、高速粒子成分及び高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための最小限値として２つの光波長のレーザ光を照射するだけで済むため、プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイム、且つ正確に把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

本発明のプラズマ測定方法によれば、算出した親分子の解離度に基づいて、前記プラズマ空間のプラズマ状態を監視するようにしたので、親分子の解離度の度合に着目することで、プラズマ空間のプラズマ状態の変化度合を簡単に認識することができる。

本発明のプラズマ測定方法によれば、現在の親分子の解離度と正常時の親分子の解離度とを比較し、この比較結果が許容範囲内であるか否かを判定し、この比較結果が許容範囲内でないと判定されると、同比較結果を許容範囲内に収めるべく、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を構成する制御パラメータ、例えばガス供給量や排出量や、供給する高周波電力量等を調整するようにしたので、安定したプラズマ状態を確保することができる。

以下、図面に基づいて本発明のプラズマ測定装置に関わる実施の形態を示すプラズマプロセス処理装置について説明する。図１は本実施の形態を示すプラズマプロセス処理装置内部の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すプラズマプロセス処理装置１は、被処理体であるウエハ２を配置したプラズマ空間３Ａ内の原料ガスをプラズマ化することで、同プラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態を測定しながら、ウエハ２に、例えばＣＶＤ処理、エッチング処理や表面改質処理等のプラズマプロセス処理を施すものである。

プラズマプロセス処理装置１は、プラズマ空間３Ａを形成するチャンバ３と、このチャンバ３内にウエハ２を配置するウエハ支持台４と、原料ガス（例えばアルゴン及び酸素等の混合ガス）をチャンバ３内に供給する量を調整する供給量調整部５と、チャンバ３内の原料ガスを排出する量を調整する排出量調整部６と、高周波を発振する発振部７と、チャンバ３内に配置され、この発振部７にて発振した高周波をチャンバ３内に供給することで、チャンバ３内の原料ガスをプラズマ化するアンテナ８と、チャンバ３内の反射電力を調整すべく、発振部７で発振する高周波を調整する整合部９と、チャンバ３内の原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光をチャンバ３内のプラズマ空間３Ａに照射する投光部１０と、プラズマ空間３Ａ内に照射したレーザ光を受光する受光部１１と、プラズマプロセス処理装置１全体を制御するコントローラ１２とを有している。

受光部１１には、プラズマ空間３Ａ内に照射したレーザ光を受光する際に外乱光の影響を除去するための干渉フィルタ１１Ａが配置してある。

投光部１０及び受光部１１のビューポートは、指向性の高いレーザ光を使用するため、ビューポートの径を小さくすることができ、同ビューポート確保によるチャンバ３への影響を最小限に抑えることができるものである。

図２はコントローラ１２内部の概略構成を示すブロック図である。

コントローラ１２は、受光部１１との通信インタフェースを司る受光インタフェース２１と、投光部１０との通信インタフェースを司る投光インタフェース２２と、プラズマ空間３Ａのプラズマ状態を制御する部位との通信インタフェースを司るプラズマ制御インタフェース２３とを有している。

プラズマ制御インタフェース２３は、供給量調整部５との通信インタフェースを司る供給量インタフェース２３Ａと、排出量調整部６との通信インタフェースを司る排出量インタフェース２３Ｂと、ウエハ支持台４内部の温度調整部との通信インタフェースを司る温度調整インタフェース２３Ｃと、発振部７及び整合部９との通信インタフェースを司る電波出力インタフェース２３Ｄとを有している。

さらに、コントローラ１２は、プラズマ制御インタフェース２３を通じて、プラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態を監視すると共に、同プラズマ空間３Ａのプラズマ状態を変更すべく、制御パラメータに基づく制御動作を実行するプラズマ制御部２４と、投光インタフェース２２を通じて投光部１０にて照射するレーザ光の光波長を制御する光波長制御部２５と、受光インタフェース２１を通じて受光部１１にて受光したレーザ光の吸収量を算出する吸収量算出部２６と、この吸収量算出部２６にて算出した吸収量に基づいて、後述するプラズマ空間３Ａ内の原料ガスに関わる親分子の解離度を算出する親分子解離度算出部２７と、例えば正常時に算出した基準となる原料ガスに関わる親分子の解離度、すなわち基準解離度を予め記憶したメモリ部２８と、親分子解離度算出部２７にて算出した現在のプラズマ空間３Ａ内の原料ガスに関わる親分子の解離度及びメモリ部２８に記憶した正常時の基準解離度とを比較し、この比較結果に基づいてプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態を監視するプラズマ状態監視部２９と、このコントローラ１２全体を制御する制御部３０とを有している。

プラズマ制御部２４は、プラズマ制御インタフェース２３を通じて制御パラメータに基づく、例えば供給量調整部５の供給量、排出量調整部６の排出量、温度調整部の設定温度、発振部７の発振周波数や整合部９のインピーダンス等の調整等といった制御動作を実行することで、プラズマ空間３Ａのプラズマ状態を調整制御するものである。尚、供給量及び排出量を調整することで、プラズマ空間３Ａ内の原料ガスの圧力量を調整することができることは言うまでもない。

光波長制御部２５は、プラズマ空間３Ａ内の原料ガスをプラズマ化することで親分子が解離した直後に発生する特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分、すなわち高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光と、特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分であって同高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光とを時分割で照射すべく、投光部１０を制御するものである。尚、プラズマ空間３Ａ内の原料ガスをＡｒ／Ｏ２ガスとした場合、レーザ光の光波長は酸素原子の吸収波長を使用し、例えば７７７．１９４ｎｍを使用することになる。

吸収量算出部２６は、受光インタフェース２１を通じて、高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出するものである。

親分子解離度算出部２７は、高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量と、高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量とを対比することで、プラズマ空間３Ａ内の原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するものである。尚、親分子の解離度は、プラズマ空間３Ａのプラズマ状態を反映するものであり、例えばプラズマ空間３Ａ中の原料ガスの内、親分子が解離した直後に発生する高速粒子成分の粒子成分全体に占める割合であり、例えば直接酸化処理でウエハ上の成膜レートを上げたい場合は親分子の解離度を上げるということになる。

プラズマ状態監視部２９は、親分子解離度算出部２７にて算出した現在のプラズマ空間３Ａ内の原料ガスに関わる親分子の解離度とメモリ部２８に記憶した基準解離度とを比較し、この比較結果に基づいてプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が正常であるか否かを判定するものである。

制御部３０は、プラズマ状態監視部２９にてプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が正常でないと判定されると、現在のプラズマ状態を正常のプラズマ状態に戻すべく、制御パラメータの調整設定をプラズマ制御部２４に指示するものである。

では、ここで、前述した高速粒子成分の発生原理について説明する。図３は高速粒子成分の発生原理を端的に示す説明図、図４は高速粒子成分及び高速粒子成分以外の粒子成分を端的に示す説明図である。

一般的に原料ガスのガス分子ＡＢ（例えばＯ２）は、図３に示すように安定な「基底状態」にある。このようなガス分子ＡＢ（例えばＯ２）に高エネルギーの電子ｅ（例えばプラズマによって発生）が衝突すると、基底状態を有する準位とは連続しない特定の反発性のポテンシャル曲線（点線）を有するエネルギー状態へ励起することになる。

このような状態では原子間距離が離れた方が安定することになるため分子は解離する。この際、反発性のポテンシャル曲線（点線）上の原子間距離が基底状態と等しいポイントＺのエネルギーに基づき余剰エネルギーΔＥをガス原子Ａ＋Ｂ（例えばＯ＋Ｏ）に与えることになる。この余剰エネルギーΔＥは各ガス原子Ａ，Ｂ（例えばＯ＊＋Ｏ＊）に分配され、この余剰エネルギーを分配された粒子成分が高速粒子成分ということになる。尚、解離種のガス分子は、Ａ＊＋Ｂ（例えばＯ＊＋Ｏ）になる。尚、「＊」は活性種を表すものであり、例えば酸素原子の活性種は「Ｏ＊」で表すものである。

ＡＢ＋ｅ → Ｘ＋Ｙ＋ｅ＋ΔＥ
ＡＢ＋ｅ → Ｘ＊＋Ｙ＋ｅ
ＡＢ＋ｅ → Ｘ＋Ｙ＊＋ｅ
ＡＢ＋ｅ → Ｘ＊＋Ｙ＊＋ｅ
の何れかの式で表されることになる。（ＡＢは基底状態の分子、Ｘは基底状態の又は励起状態の解離生成された原子又は分子、Ｙは基底状態の又は励起状態の解離生成された原子又は分子、ｅは電子、ΔＥは余剰エネルギーに相当する。尚、分子は例えばＯ２やＨ２のように等核二原子分子、例えばＣＦ４のように異核二原子分子であってもよく、この場合は、ＣＦ４に電子ｅが衝突することで、ＣＦ４＋e → （ＣＦ＋３Ｆ＋ｅ＋ΔＥ）や（ＣＦ２＋２Ｆ＋e+ΔＥ）等の様々な組み合わせを表すことができる。）
従って、このような粒子成分に関わるレーザ光の吸収量と同レーザ光の光波長との関係を示す吸収特性を図示すると、図４に示す吸収特性が得られることになる。

図４において、もともと静止状態に近い状態、すなわち略静止状態にある粒子成分（原子、分子又はイオン）は中心吸収波長で吸収されることになるが、原料ガスの親分子から解離で発生した直後の高い運動エネルギーの粒子成分、すなわち高速粒子成分は、ドップラー効果で中心吸収波長から十分離れた光波長に吸収されることになる。尚、略静止状態にある粒子成分は、高速粒子成分以外の粒子成分に相当するものである。

しかしながら、図４の吸収特性を発光分光法で測定することも可能ではあるが、この発光分光法に使用する分光測定装置は大型で、しかも高価であるため、同分光測定装置をプラズマプロセス処理装置１に使用するのには難がある。

そこで、図１に示すプラズマプロセス処理装置１においては、図４のスペクトルの広がりを分光測定装置で測定するのではなく、図５に示すように、高速粒子成分の吸収波長を光波長λ１、略静止状態にある粒子成分、すなわち、高速粒子成分以外の粒子成分の吸収波長を光波長λ２となることに着目し、分光測定装置を用いなくても済むようにした。

つまり、投光部１０では、照射するレーザ光の光波長をλ１又はλ２に時分割に切り換え、例えばプラズマ空間３Ａ内の原料ガス中に光波長λ１のレーザ光を照射し、同照射した光波長λ１のレーザ光を受光すると、同光波長λ１のレーザ光に基づき、高速粒子成分検出に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、プラズマ空間３Ａ内の原料ガス中に光波長λ２のレーザ光を照射し、同照射した光波長λ２のレーザ光を受光すると、同光波長λ２のレーザ光に基づき、高速粒子成分以外の粒子成分（略静止状態にある粒子成分）検出に関わるレーザ光の吸収量を算出するということになる。

では、次に本実施の形態を示すプラズマプロセス処理装置１の動作について説明する。図６は本実施の形態に関わる親分子解離度測定処理に関わるコントローラ１２の処理動作を示すフローチャートである。

図６に示す親分子解離度測定処理とは、プラズマ空間３Ａ内の全粒子成分の内、高速粒子成分の割合を示す親分子解離度を算出する処理である。

図６においてコントローラ１２の光波長制御部２５は、投光インタフェース２２を通じて投光部１０を制御することで、この投光部１０から、図５に示す高速粒子成分を検出するための光波長λ１のレーザ光をプラズマ空間３Ａ内に照射する（ステップＳ１１）。

コントローラ１２の吸収量算出部２６は、受光部１１にて受光した光波長λ１のレーザ光を受光すると、受光インタフェース２１を通じて受光したレーザ光に基づき、高速粒子成分検出に関わるレーザ光の吸収量Ｗ１を算出する（ステップＳ１２）。

光波長制御部２５は、投光インタフェース２２を通じて投光部１０を制御することで、この投光部１０から、略静止状態にある粒子成分を検出するための光波長λ２のレーザ光をプラズマ空間３Ａ内に照射する（ステップＳ１３）。

吸収量算出部２６は、受光部１１にて受光した光波長λ２のレーザ光を受光すると、受光インタフェース２１を通じて受光したレーザ光に基づき、略静止状態にある粒子成分検出に関わるレーザ光の吸収量Ｗ２を算出する（ステップＳ１４）。

コントローラ１２の親分子解離度算出部２７は、高速粒子成分検出に関わる吸収量Ｗ１と略静止状態にある粒子成分検出に関わる吸収量Ｗ２との比で、プラズマ空間３Ａ内の原料ガスに関わる親分子の解離度を算出し（ステップＳ１５）、この親分子解離度測定処理の処理動作を終了する。

図６に示す親分子解離度測定処理によれば、プラズマ空間３Ａ内の原料ガスに高速粒子成分を検出するための光波長λ１のレーザ光を照射し、同受光したレーザ光に基づき高速粒子成分検出に関わる吸収量を算出すると共に、原料ガスに略静止状態にある粒子成分を検出するための光波長λ２のレーザ光を照射し、同受光したレーザ光に基づき略静止状態にある粒子成分検出に関わる吸収量を算出し、これら高速粒子成分検出に関わる吸収量及び略静止状態にある粒子成分検出に関わる吸収量に基づいて、現在のプラズマ空間３Ａ内の親分子の解離度を算出するようにしたので、分光測定装置を用いることなく、高速粒子成分及び略静止状態にある粒子成分を検出するための２点の光波長を可変制御するだけで済み、しかも、プラズマ空間３Ａ内の原料ガス量が変動したとしても、プラズマ空間３Ａのプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイム、且つ正確に把握することで、例えばプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

図７はプラズマプロセス監視処理に関わるコントローラ１２の処理動作を示すフローチャートである。

図７に示すプラズマプロセス監視処理とは、プラズマプロセス処理中に、図６に示す親分子解離度測定処理にて測定した現在の親分子解離度に基づいて、同プラズマ空間３Ａのプラズマ状態を監視し、同プラズマ状態が正常でないと判定されると、同プラズマ状態を正常状態に戻すべく、プラズマ状態を調整する処理である。

図７においてコントローラ１２の制御部３０は、図６に示す親分子解離度測定処理にて現在のプラズマ空間３Ａの親分子解離度Ｘ１を算出する（ステップＳ２１）。

コントローラ１２のプラズマ状態監視部２９は、メモリ部２８に予め記憶した正常時の親分子の解離度、すなわち基準解離度Ｘ２を読み出し、ステップＳ２１にて算出した現在の親分子解離度Ｘ１と基準解離度Ｘ２との差分を算出する（ステップＳ２２）。

プラズマ状態監視部２９は、親分子解離度Ｘ１と基準解離度Ｘ２との差分の絶対値が許容範囲であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。尚、この許容範囲も予め定めておくものとする。

コントローラ１２の制御部３０は、同差分の絶対値が許容範囲であると判定されると、現在のプラズマ空間３Ａ内の親分子解離度Ｘ１は正常、すなわちプラズマ状態が正常であると判断し、例えばＣＶＤ処理等のプラズマプロセス処理を継続するか否かを判定する（ステップＳ２４）。

制御部３０は、プラズマプロセス処理を継続するのであれば、現在の親分子解離度を算出すべく、ステップＳ２１に移行する。また、制御部３０は、ステップＳ２４にてプラズマプロセス処理を継続するのでなければ、この処理動作を終了する。

制御部３０は、ステップＳ２３にて差分の絶対値が許容範囲でないと判定されると、現在のプラズマ空間３Ａ内の親分子解離度Ｘ１は異常、すなわちプラズマ状態が異常であると判断し、プラズマ状態を正常状態に戻すべく、制御パラメータをプラズマ制御部２４に設定する（ステップＳ２５）。尚、制御パラメータとしては、例えば供給調整部の供給量、排出調整部の排出量、温度調整部の設定温度等を変更するパラメータに相当するものである。

制御部３０は、プラズマ状態を正常状態に戻すべく、制御パラメータをプラズマ制御部に設定するが、この際の制御パラメータの設定でプラズマ状態を正常状態に戻す調整が可能であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。

制御部３０は、制御パラメータ設定によってプラズマ状態を正常状態に戻す調整が可能であると判定されると、プラズマ制御部２４にて制御パラメータによる調整動作を実行させ、現在の親分子解離度Ｘ１を算出すべく、ステップＳ２１に移行する。

また、制御部３１は、ステップＳ２６にて制御パラメータ設定によるプラズマ状態を正常状態に戻す調整が可能でないと判定されると、この調整ができないものと判断し、ユーザにプラズマ状態が異常である旨を報知する異常報知出力を実行することで（ステップＳ２７）、この処理動作を終了する。尚、異常報知出力は、例えば表示出力や音声出力等で行うものとする。

図７に示すプラズマプロセス監視処理によれば、プラズマ状態監視部２９の監視結果に基づいて、プラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が正常であるか否かを判定し、同プラズマ状態が正常でないと判定されると、このプラズマ状態を正常状態に戻すべく、制御パラメータを設定し、現在のプラズマ状態が調整可能であると判定されると、同制御パラメータの制御動作を実行するようにしたので、プラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が異常になったとしても自動的に制御パラメータを調整することで、プラズマ空間３Ａ内の安定したプラズマ状態を確保することができる。

本実施の形態によれば、原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光をプラズマ空間３Ａ内に照射する際に、原料ガスをプラズマ化することで親分子が解離した直後に発生する前記特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長λ１のレーザ光を照射すべく、投光部１０を制御すると共に、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光し、この受光したレーザ光に基づき、高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、高速粒子成分以外の粒子成分（略静止状態にある粒子成分）を検出するための光波長λ２のレーザ光を照射すべく、投光部１０を制御すると共に、同プラズマ空間３Ａ内に照射したレーザ光を受光し、この受光したレーザ光に基づき、高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、これら高速粒子成分及び高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量の比をとるこで、原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するようにしたので、分光測定装置を使用しなくても、プラズマ空間３Ａ内の原料ガス量の変動、プラズマ空間３Ａのプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイム、且つ正確に把握することで、例えばプラズマプロセス処理中のプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

さらに本実施の形態によれば、プラズマプロセス処理中にプラズマ空間３Ａ内の原料ガスに関わる親分子解離度を算出するため、この親分子解離度に基づいて、現在のプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が正常であるか否かを判定し、同プラズマ状態が正常でないと判定されると、このプラズマ状態を正常状態に戻すべく、制御パラメータを設定し、現在のプラズマ状態が調整可能であると判定されると、同制御パラメータの制御動作を実行するようにしたので、プラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が異常になったとしても自動的に制御パラメータを調整することで、プラズマ空間３Ａ内の安定したプラズマ状態を確保することができる。

また、上記実施の形態においては、プラズマ空間３Ａ内の原料ガスに関わる親分子の解離度を算出するために、高速粒子成分を検出するための光波長λ１及び高速粒子成分以外の粒子成分を検出する光波長λ２の２波長を夫々照射すべく、投光部１０を制御するようにしたが、次に説明するような方法で原料ガスの親分子の解離度を算出するようにしても良い。

図８は他の実施の形態を示すプラズマプロセス処理装置１に関わる親分子解離度測定処理の動作を端的に示す説明図である。

コントローラ１２の光波長制御部２５は、図８に示すように、プラズマ空間３Ａ内の高速粒子成分を検出するための光波長λ１及び高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長λ２を含む光波長区間内の全光波長のレーザ光を掃引照射すべく、投光部１０を制御する。尚、掃引照射は、光波長の変更をアナログ的又はデジタル的に可変するようにしても良い。

コントローラ１２の吸収量算出部２６は、受光部１１にて受光した各光波長のレーザ光に基づき、高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出する。

コントローラ１２の親分子解離度算出部２７は、高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量と高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量との比でプラズマ空間３Ａの親分子の解離度を算出することができる。

図８に示す親分子解離度測定処理によれば、例えばプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が大きく変動、投光部１０のレーザ光の光波長の揺らぎ、又はプラズマ空間３Ａ内の原料ガス量が変動したとしても、光波長区間の全光波長のレーザ光を掃引照射するため、大型の分光測定装置を使用しなくても、図８に示す吸収特性を取得することができ、同プラズマ空間３Ａのプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイム、かつ正確に把握することで、プラズマプロセス処理中のプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

図９は他の実施の形態を示すプラズマプロセス処理装置１に関わる親分子解離度測定処理の動作を端的に示す説明図である。

光波長制御部２５は、プラズマ空間３Ａの原料ガス内に含まれる親分子から生成される高速粒子成分を検出するための光波長λ１のレーザ光を照射すべく、投光部１０を制御する。

吸収量算出部２６は、受光部１１にて受光した光波長λ１のレーザ光に基づき、高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出する。

親分子解離度算出部２７は、高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、プラズマ空間３Ａの親分子の解離度を算出することができる。

図９に示す親分子解離度測定処理によれば、プラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態が大きく変動しないことを条件とするが、単一の光波長λ１だけを照射するだけで済み、同光波長λ１のレーザ光に基づき、同プラズマ空間３Ａのプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイムに把握することで、プラズマプロセス処理中のプラズマ空間３Ａ内のプラズマ状態を簡単に測定することができる。

また、上記実施の形態においては、チャンバ３内に投光部１０及び受光部１１を対向配置するようにしたが、チャンバ３内の同一配置壁面に投光部１０及び受光部１１を配置し、これら投光部１０及び受光部１１と対向するチャンバ３の壁面に反射部材を配置することで、投光部１０で照射したレーザ光が反射部材で反射し、この反射したレーザ光を受光部１１で受光するような配置構成にしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

尚、投光部１０のレーザは、半導体レーザであっても良いことは言うまでもない。

本発明のプラズマ測定装置によれば、同プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイムに把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができるため、例えばプラズマ励起ＣＶＤ装置等の表面成膜処理装置、プラズマエッチング処理装置やプラズマ表面改質処理装置等に有用である。

また、本発明のプラズマ測定方法によれば、同プラズマ空間のプラズマ状態の内、原料ガスに関わる親分子の解離度をリアルタイムに把握することで、例えばウエハ処理等のプラズマプロセス処理工程でのプラズマ空間内のプラズマ状態を簡単に測定することができるため、例えばプラズマ励起ＣＶＤ装置等の表面成膜処理方法、プラズマエッチング処理方法やプラズマ表面改質処理方法等に有用である。

本発明のプラズマ測定装置に関わる実施の形態を示すプラズマプロセス処理装置内部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態を示すプラズマプロセス処理装置の要部であるコントローラ内部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に関わる原料ガス内に含まれる親分子から生成される高速粒子成分の発生原理を端的に示す説明図である。本実施の形態に関わる原料ガス内に含まれる親分子から生成される高速粒子成分及び高速粒子成分以外の粒子成分を端的に示す説明図である。本実施の形態に関わる原料ガス内に含まれる親分子から生成される高速粒子成分及び高速粒子成分以外の粒子成分を検出するレーザ光の照射方式を端的に示す説明図である。本実施の形態の親分子解離度測定処理に関わるコントローラの処理動作を示すフローチャートである。本実施の形態のプラズマプロセス監視処理に関わるコントローラの処理動作を示すフローチャートである。他の実施の形態に関わる原料ガス内に含まれる親分子から生成される高速粒子成分及び高速粒子成分以外の粒子成分を検出するレーザ光の照射方式を端的に示す説明図である。他の実施の形態に関わる原料ガス内に含まれる親分子から生成される高速粒子成分を検出するレーザ光の照射方式を端的に示す説明図である。

符号の説明

１プラズマプロセス処理装置（プラズマ測定装置）
２ウエハ（被処理体）
３Ａプラズマ空間
１０投光部（照射手段）
１１受光部（受光手段）
２４プラズマ制御部（パラメータ制御手段）
２５光波長制御部（制御手段）
２６吸収量算出部（吸収量算出手段）
２７親分子解離度算出部（親分子解離度算出手段）
２９プラズマ状態監視部（状態監視手段、解離度比較手段、許容範囲判定手段）

Claims

被処理体を配置したプラズマ空間内の原料ガスをプラズマ化することで被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程において、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を測定するプラズマ測定装置であって、
前記原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光を前記プラズマ空間内に照射する照射手段と、
前記原料ガスをプラズマ化することで前記親分子が解離した直後に発生する、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を照射すべく、前記照射手段を制御する制御手段と、
この制御手段にて制御した前記照射手段による前記プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光する受光手段と、
前記受光手段にて受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出する吸収量算出手段と、
この吸収量算出手段にて算出した吸収量に基づいて、前記プラズマ空間内のプラズマ状態の内、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出する親分子解離度算出手段とを有することを特徴とするプラズマ測定装置。
前記制御手段は、
前記高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分であって前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長を含む光波長区間内の全光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に掃引照射すべく、前記照射手段を制御し、
前記吸収量算出手段は、
前記受光手段にて受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、
前記親分子解離度算出手段は、
前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出することを特徴とする請求項1記載のプラズマ測定装置。
前記制御手段は、さらに、
前記プラズマ空間内で前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を照射すべく、前記照射手段を制御し、
前記吸収量算出手段は、
前記受光手段にて受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出すると共に、前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、
前記親分子解離度算出手段は、
前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量に基づいて、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出することを特徴とする請求項1記載のプラズマ測定装置。
前記親分子解離度算出手段にて算出した親分子の解離度に基づいて、前記プラズマ空間のプラズマ状態を監視する状態監視手段を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のプラズマ測定装置。
前記親分子解離度算出手段にて算出した現在の親分子の解離度と正常時の親分子の解離度とを比較する解離度比較手段と、
この解離度比較手段の比較結果が許容範囲内であるか否かを判定する許容範囲判定手段と、
この許容範囲判定手段にて比較結果が許容範囲内でないと判定されると、同比較結果を許容範囲内に収めるべく、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を構成する制御パラメータを調整するパラメータ制御手段とを有することを特徴とする請求項４記載のプラズマ測定装置。
被処理体を配置したプラズマ空間内の原料ガスをプラズマ化することで被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程において、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を測定するプラズマ測定方法であって、
前記原料ガス内に含まれる親分子から生成する解離種の特定のエネルギー準位間隔に対応するエネルギーのレーザ光を前記プラズマ空間内に照射する際に、前記原料ガスをプラズマ化することで前記親分子が解離した直後に発生する、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する高速粒子成分を検出するための光波長で前記レーザ光を照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、この吸収量に基づき、前記プラズマ空間内のプラズマ状態の内、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出することを特徴とするプラズマ測定方法。
前記高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記特定のエネルギー準位間隔に対応する粒子成分であって前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長を含む光波長区間内の全光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に掃引照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、これら吸収量に基づき、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出することを特徴とする請求項６記載のプラズマ測定方法。
前記高速粒子成分を検出するための光波長及び、前記高速粒子成分以外の粒子成分を検出するための光波長のレーザ光を前記プラズマ空間内に照射し、同プラズマ空間内に照射したレーザ光を受光すると、この受光したレーザ光に基づき、前記高速粒子成分に関わるレーザ光の吸収量及び前記高速粒子成分以外の粒子成分に関わるレーザ光の吸収量を算出し、これら吸収量に基づき、前記原料ガスに関わる親分子の解離度を算出することを特徴とする請求項６記載のプラズマ測定方法。
前記算出した親分子の解離度に基づいて、前記プラズマ空間のプラズマ状態を監視することを特徴とする請求項６，７又は８記載のプラズマ測定方法。
前記算出した現在の親分子の解離度と正常時の親分子の解離度とを比較し、この比較結果が許容範囲内であるか否かを判定し、この比較結果が許容範囲内でないと判定されると、同比較結果を許容範囲内に収めるべく、前記プラズマ空間内のプラズマ状態を構成する制御パラメータを調整することを特徴とする請求項９記載のプラズマ測定方法。