JP2006313847A - Plasma emission measuring system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma emission measuring system capable of precisely measuring a plasma emission distribution in a processing chamber. <P>SOLUTION: The plasma emission measuring system for measuring the plasma emission in the plasma processing device comprises a vaccum processing vessel, a gas introducing means 5 for introducing the processing gas into the vacuum processing vessel, a sample stand 6 for mounting and holding the sample in the processing chamber, and an electromagnetic energy applying means 2 for applying the electromagnetic energy to the processing gas introduced into the vacuum processing chamber to produce the plasma. The plasma emission measuring system further comprises a light receiving part 13 having an observation window and receiving the plasma emission entered in the observation window, a spectroscope 17 for separating the received plasma emission, and a computer 18 for storing or analysing the spectroscopic output of the spectroscope. The light receiving part 13 is rotatably arranged in the vacuum processing chamber, and its light receiving direction is adjustable at least in the range from a center of the sample stand to its periphery. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマ発光測定システムに係り、特に処理容器内のプラズマ発光分布を正確に測定することのできるプラズマ発光測定システムに関する。   The present invention relates to a plasma luminescence measurement system, and more particularly to a plasma luminescence measurement system capable of accurately measuring a plasma luminescence distribution in a processing vessel.

半導体デバイスの製造プロセスに用いられるプラズマ処理装置では、処理容器に導入した処理ガスはプラズマにより解離されてイオンやラジカルになる。プラズマCVD装置ではこれらのイオンやラジカルをウエハに照射してウエハ上に所望の膜質の薄膜を堆積させる。また、プラズマエッチング装置では、ウエハにバイアス電圧を印加することによりイオンをウエハに引き込み、イオンとラジカルによりウエハのエッチング加工を行う。エッチング加工の場合には、ウエハ上の材料が除去されるときに生じる反応生成物がウエハ上に拡散して分布しウエハに再入射することにより加工形状に影響を与える。   In a plasma processing apparatus used in a semiconductor device manufacturing process, a processing gas introduced into a processing container is dissociated by plasma and becomes ions or radicals. A plasma CVD apparatus irradiates a wafer with these ions and radicals to deposit a thin film having a desired film quality on the wafer. In the plasma etching apparatus, ions are attracted to the wafer by applying a bias voltage to the wafer, and the wafer is etched by ions and radicals. In the case of etching processing, reaction products generated when the material on the wafer is removed diffuses and distributes on the wafer and re-enters the wafer, thereby affecting the processing shape.

このように、これらのプラズマ加工装置では、処理容器内部のイオン、ラジカル、反応生成物などの処理容器内の分布が膜質や膜厚の均一性あるいは加工形状の均一性を決める主要因である。しかし、このようなプラズマやラジカルの処理容器内分布を計測するのは大変難しい。   As described above, in these plasma processing apparatuses, the distribution of ions, radicals, reaction products, and the like inside the processing container in the processing container is the main factor that determines the film quality, the uniformity of the film thickness, or the uniformity of the processing shape. However, it is very difficult to measure the distribution of such plasma and radicals in the processing container.

例えば、特許文献1、特許文献2、及び特許文献3では処理容器に窓を設けCCDカメラによりプラズマ密度分布を計測する方法が示されている。また、特許文献4には、小さな観測窓からプラズマ光を受けてプラズマ分布を測定する方法が示されている。また、特許文献5には処理容器に大きな窓を設け、レーザー光を処理容器に導入し、その側方からレーザー誘起光を観測することによりLIF(Laser Induced Fluorescence)を実施し、処理容器の縦断面内でのラジカルの分布を計測する方法が示されている。また、非特許文献1には、透明な石英筒を処理容器として用い、その周りを自在に動き回る自動制御のロボットを用いてプラズマ発光を多方向から観測し、CT(Computed Tomography)技術を適用することにより処理容器内部のラジカル分布を測定することが示されている。
特開平6−243991号公報 特開平7−263178号公報 特開2002−38274号公報 特開2000−269191号公報 特開平10−2859号公報 Journal of Physics D, Vol.35, pp.454-461, 2002
For example, Patent Literature 1, Patent Literature 2, and Patent Literature 3 show a method in which a window is provided in a processing container and a plasma density distribution is measured by a CCD camera. Patent Document 4 discloses a method for measuring plasma distribution by receiving plasma light from a small observation window. In Patent Document 5, a large window is provided in the processing container, laser light is introduced into the processing container, laser induced light is observed from the side thereof, LIF (Laser Induced Fluorescence) is performed, and the processing container is longitudinally cut. A method for measuring the distribution of radicals in a plane is shown. Further, Non-Patent Document 1 applies a CT (Computed Tomography) technique by using a transparent quartz cylinder as a processing container and observing plasma emission from multiple directions using an automatically controlled robot that freely moves around it. It is shown that the radical distribution inside the processing vessel is measured.
JP-A-6-243991 JP-A-7-263178 JP 2002-38274 A JP 2000-269191 A JP-A-10-2859 Journal of Physics D, Vol.35, pp.454-461, 2002

しかしながら、前記従来の方法では、処理容器内部を観測窓を通して覗き込む必要がある。すなわち、これらの方法は、いずれも処理容器に大きな窓を設ける必要がある。プラズマは容器の壁と干渉しやすい特性を持つことから、窓の設置はプラズマの分布そのものに影響を与えることになる。このため、窓がない状態における本来の処理容器内のプラズマ分布を測定することはできない。   However, in the conventional method, it is necessary to look inside the processing container through the observation window. That is, all of these methods require a large window in the processing vessel. Since the plasma tends to interfere with the vessel wall, the installation of the window will affect the plasma distribution itself. For this reason, it is impossible to measure the plasma distribution in the original processing container in the state where there is no window.

また、観測窓を用いる場合は、プラズマにさらされた観測窓の表面が不均一に削られて粗くなったり、あるいは窓に不均一な堆積膜が付着して、観測窓の面内位置により光の透過率が変化する。このため、観測された発光強度の変化がプラズマの分布によるものであるか、観測窓の透過率の分布によるものであるか区別することができない。   In addition, when using an observation window, the surface of the observation window exposed to plasma is unevenly shaved or roughened, or a non-uniform deposited film adheres to the window, and the light depends on the in-plane position of the observation window. The transmittance of is changed. Therefore, it cannot be distinguished whether the observed change in emission intensity is due to the plasma distribution or the transmittance distribution of the observation window.

特許文献4の図9に開示されている方法では、小さな窓から処理容器内部を覗き込んでいる。このため、観測窓が処理容器内部の状態に影響を与えることは回避することができる。しかし、光学系を大きく移動させることが必要となるため測定精度を上げることは困難となる。また、観測窓を介して処理容器内部を観測するため、上記と同様に観測された発光強度の変化がプラズマの分布によるものであるか、観測窓の透過率の分布によるものであるかを区別することはできない。さらに、観測窓が小さい場合、観測窓と処理容器の境界部分でプラズマ密度分布が大きく変動するため、観測窓の削れや堆積膜の不均一性が顕著になる。   In the method disclosed in FIG. 9 of Patent Document 4, the inside of the processing container is looked into from a small window. For this reason, it is possible to avoid the observation window from affecting the state inside the processing container. However, since it is necessary to greatly move the optical system, it is difficult to increase the measurement accuracy. In addition, since the inside of the processing vessel is observed through the observation window, it is distinguished whether the observed emission intensity change is due to the plasma distribution or the transmittance distribution of the observation window in the same manner as described above. I can't do it. Further, when the observation window is small, the plasma density distribution greatly fluctuates at the boundary between the observation window and the processing container, so that the observation window is shaved and the deposited film is not uniform.

また、非特許文献1に示されるような、内部の観測しやすい透明チューブ内のプラズマを観測する方式は、実際には不透明なプラズマ加工装置に適用することは困難である。 本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、処理容器内のプラズマ発光分布を正確に測定することのできるプラズマ発光測定システムを提供する。   In addition, the method of observing the plasma inside the transparent tube that is easy to observe, as shown in Non-Patent Document 1, is actually difficult to apply to an opaque plasma processing apparatus. The present invention has been made in view of these problems, and provides a plasma emission measurement system capable of accurately measuring a plasma emission distribution in a processing container.

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。   In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.

真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、試料を載置し前記処理室内に保持する試料台と、真空処理室に導入した処理ガスに電磁エネルギを印加してプラズマを生成する電磁エネルギ印加手段とを備えたプラズマ処理装置におけるプラズマ発光を測定するプラズマ発光測定システムであって、観測窓を有し該観測窓に入射するプラズマ光を受光する受光部と、受光したプラズマ光を分光する分光器と、該分光器の分光出力を蓄積または解析するコンピュータを備え、前記受光部は、真空処理室内に回転可能に配置されその受光方向は少なくとも前記試料台の中心部からその一方の周辺部までの範囲で調整可能に構成した。   Applying electromagnetic energy to a vacuum processing chamber, gas introduction means for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a sample stage for placing a sample and holding it in the processing chamber, and a processing gas introduced into the vacuum processing chamber A plasma emission measurement system for measuring plasma emission in a plasma processing apparatus comprising an electromagnetic energy application means for generating plasma, a light receiving unit having an observation window and receiving plasma light incident on the observation window; A spectroscope for spectroscopically analyzing the received plasma light, and a computer for accumulating or analyzing the spectroscopic output of the spectroscope. It is configured to be adjustable in a range from the part to the one peripheral part.

本発明は、以上の構成を備えるため、処理容器内のプラズマ発光分布を正確に測定することのできるプラズマ発光測定システムを提供することができる。   Since this invention is provided with the above structure, it can provide the plasma luminescence measuring system which can measure the plasma luminescence distribution in a processing container correctly.

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施形態を説明する図である。主に半導体ウエハなどの試料をプラズマにより加工するプラズマ処理装置は前記プラズマの発光を測定するプラズマ発光測定システムを備えている。   Hereinafter, the best embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention. A plasma processing apparatus that mainly processes a sample such as a semiconductor wafer with plasma includes a plasma emission measurement system that measures the emission of the plasma.

図1において、プラズマ処理装置は、処理容器1内に供給する処理ガスの量を調整する流量制御器4およびガス供給管3を備えている。処理条件に応じて決められた流量の処理ガスが流量制御器4によって供給され、ガス供給管3を通り、ガス導入器5を介して処理容器1内に導入される。   In FIG. 1, the plasma processing apparatus includes a flow rate controller 4 and a gas supply pipe 3 that adjust the amount of processing gas supplied into the processing container 1. A processing gas having a flow rate determined according to the processing conditions is supplied by the flow rate controller 4, passes through the gas supply pipe 3, and is introduced into the processing container 1 through the gas introduction device 5.

ガス導入器5は、石英シャワープレートという石英製の多孔板を備え、処理ガスは石英製の多孔板の上面に形成した間隙を流れて多孔板の孔に到達し、そこから処理容器内に噴出する。プラズマ処理装置は処理ガスをプラズマ化するために必要な電磁エネルギを印加するための電磁エネルギ印加手段2を備える。また、処理ガスを排気して処理容器1内をを低圧状態に保つためのガス排気系9、および処理容器1内の圧力を調整するための圧力調整弁8を備えている。また、プラズマ処理装置は、ウエハ7を設置するための試料台6を有する。   The gas introducing device 5 includes a quartz porous plate called a quartz shower plate, and the processing gas flows through a gap formed on the upper surface of the quartz porous plate, reaches a hole in the porous plate, and then jets into the processing vessel. To do. The plasma processing apparatus includes electromagnetic energy application means 2 for applying electromagnetic energy necessary for converting the processing gas into plasma. Further, a gas exhaust system 9 for exhausting the processing gas to keep the inside of the processing container 1 in a low pressure state, and a pressure adjusting valve 8 for adjusting the pressure in the processing container 1 are provided. The plasma processing apparatus also has a sample stage 6 on which the wafer 7 is placed.

このプラズマ処理装置には、プラズマ発光をもとにプラズマ及びラジカルの分布を測定するプラズマ発光測定システムが設置されている。この測定システムは、モータ10、回転フィードスルー11、回転伝達軸12、受光部13、内部光ファイバ14、光学フィードスルー15、外部光ファイバ16、分光器17、コンピュータ18を備える。   This plasma processing apparatus is provided with a plasma emission measurement system that measures the distribution of plasma and radicals based on plasma emission. This measurement system includes a motor 10, a rotation feedthrough 11, a rotation transmission shaft 12, a light receiving unit 13, an internal optical fiber 14, an optical feedthrough 15, an external optical fiber 16, a spectrometer 17, and a computer 18.

コンピュータ18は、受光部13の受光方向を所望の観測方向に向けるために必要な回転角をモータ10に指示する。このため、モータ10としてはステッピングモータを用いるとよい。ステッピングモータを用いるとコンピュータはモータに指示するパルス数によって正確に回転位置を決めることができる。また、回転位置を正確に決めるためには、モータの回転軸に角度センサを設け、受光方向を監視するとよい。   The computer 18 instructs the motor 10 on a rotation angle necessary for directing the light receiving direction of the light receiving unit 13 to a desired observation direction. For this reason, a stepping motor may be used as the motor 10. When a stepping motor is used, the computer can accurately determine the rotational position based on the number of pulses instructed to the motor. In order to accurately determine the rotational position, it is preferable to provide an angle sensor on the rotation shaft of the motor and monitor the light receiving direction.

モータの回転駆動力は回転フィードスルー11を備えた回転伝達軸12を介して低圧に維持された処理容器1内に導入される。これにより、回転伝達軸12の先端に取り付けた受光部13の受光方向を所望の方向に向けることができる。受光部の不要な動きを最小限に押さえるためには、後述するように回転軸が受光部を通過するようになっていることが望ましい。   The rotational driving force of the motor is introduced into the processing container 1 maintained at a low pressure through a rotation transmission shaft 12 having a rotation feedthrough 11. As a result, the light receiving direction of the light receiving unit 13 attached to the tip of the rotation transmission shaft 12 can be directed to a desired direction. In order to suppress unnecessary movement of the light receiving unit to a minimum, it is desirable that the rotating shaft pass through the light receiving unit as described later.

受光部13は回転動作により向けられた所定の方向にあるプラズマの発する光を受光する。受光したプラズマ光は内部光ファイバ14、光学フィードスルー15を介して外部光ファイバ16へと導かれて分光器17に入射する。分光器17は入射したプラズマ光を分光し、その分光されたプラズマ発光スペクトルがコンピュータ18に送られる。   The light receiving unit 13 receives light emitted by plasma in a predetermined direction directed by the rotation operation. The received plasma light is guided to the external optical fiber 16 through the internal optical fiber 14 and the optical feedthrough 15 and enters the spectroscope 17. The spectroscope 17 splits the incident plasma light, and the split plasma emission spectrum is sent to the computer 18.

コンピュータ18によりプラズマ発光スペクトルの所定の波長域にある光のみを抽出することにより所望のラジカルの発光強度を知ることができる。例えば、気相中のシリコンラジカルの発光スペクトルは288.16nmにピークを持つため、例えば287nmから289nmの波長域におけるスペクトル強度の平均値を取ることによりシリコンラジカルの発光強度が得られる。このようにしてユーザはコンピュータ18に設定した所望の方向にある所望のラジカルの発光強度を観測することができる。   By extracting only light in a predetermined wavelength region of the plasma emission spectrum by the computer 18, the emission intensity of a desired radical can be known. For example, since the emission spectrum of silicon radicals in the gas phase has a peak at 288.16 nm, for example, the emission intensity of silicon radicals can be obtained by taking the average value of the spectrum intensity in the wavelength range of 287 nm to 289 nm. In this way, the user can observe the emission intensity of a desired radical in a desired direction set in the computer 18.

受光部13および回転伝達軸12は、電磁エネルギ印加手段2で生成されたプラズマを生成するための電磁波の分布を乱さないようにするため、絶縁性の材料を用いるのが好ましい。例えば回転伝達軸12には、石英ロッド、セラミック材料、ポリイミド材料、テフロン(登録商標)材料などを使用するとよい。また、半導体製造装置では重金属の汚染が問題になることが多いため、このような汚染物質を含まない材料を使用することが望ましい。また、ガスの流れを乱さないようにするため受光部と回転伝達軸はできるだけ細くすることが望ましい。なお、前記受光部及び回転伝達軸を処理容器の外に設置し処理容器に観測窓を設ける方法も考えられるが、この場合には、前述のように観測窓に生じる光学的なムラ、例えば表面粗さのムラや観測窓の内側表面に堆積する膜などの影響で光路毎に観測窓の透過率が異なるために測定した発光強度の信頼性がなくなる。   The light receiving unit 13 and the rotation transmission shaft 12 are preferably made of an insulating material so as not to disturb the distribution of electromagnetic waves for generating plasma generated by the electromagnetic energy application means 2. For example, a quartz rod, a ceramic material, a polyimide material, a Teflon (registered trademark) material or the like may be used for the rotation transmission shaft 12. Moreover, since contamination of heavy metals often becomes a problem in semiconductor manufacturing apparatuses, it is desirable to use materials that do not contain such contaminants. Further, it is desirable to make the light receiving portion and the rotation transmission shaft as thin as possible so as not to disturb the gas flow. In addition, a method of installing the light receiving unit and the rotation transmission shaft outside the processing container and providing an observation window in the processing container is also conceivable. The reliability of the measured light emission intensity is lost because the transmittance of the observation window is different for each optical path due to the roughness unevenness and the film deposited on the inner surface of the observation window.

図2は、受光部13を説明する図である。受光部の本体であるホルダ36にはプラズマの発光を取り込む観測窓38があり、観測窓から腐食性のガスがホルダ内部に侵入しないように観測窓は石英板30で覆われている。石英板30は、例えば押さえネジ37でホルダ36に固定されている。   FIG. 2 is a diagram illustrating the light receiving unit 13. The holder 36 which is the main body of the light receiving unit has an observation window 38 for taking in plasma emission, and the observation window is covered with a quartz plate 30 so that corrosive gas does not enter the holder from the observation window. The quartz plate 30 is fixed to the holder 36 with a holding screw 37, for example.

観測窓38から取り込まれたプラズマ光は光ファイバ35により取り出される。プラズマを発生するのに電磁波や高周波電界を用いている場合には、処理容器内に差し込む受光部13が導体であると電磁波を乱すために好ましくない。このため、ホルダ36は絶縁性の材料から成ることが好ましい。絶縁性の材料として石英などを用いても良いが、石英は加工が困難である。また、プラズマ光を遮ることができずにあらゆる方向からのプラズマ光が入射するため、好ましくない。また、ポリイミド材料のような加工の容易なものを選んでも良いが、熱膨張しやすいのと強度が十分でないために光学系を組み込む材料としてあまり好ましくない。このためホルダ36の材料としてはポリベンゾイミダゾールのような遮光性と材料強度のある絶縁性材料を用いるとよい。   Plasma light taken from the observation window 38 is taken out by the optical fiber 35. When an electromagnetic wave or a high frequency electric field is used to generate plasma, it is not preferable that the light receiving unit 13 inserted into the processing container is a conductor because the electromagnetic wave is disturbed. For this reason, the holder 36 is preferably made of an insulating material. Quartz or the like may be used as an insulating material, but quartz is difficult to process. Further, it is not preferable because plasma light from all directions enters without being able to block the plasma light. In addition, a material that can be easily processed such as a polyimide material may be selected, but it is not preferable as a material for incorporating an optical system because it is easily thermally expanded and its strength is not sufficient. For this reason, as the material of the holder 36, it is preferable to use an insulating material having a light shielding property and material strength such as polybenzimidazole.

図3は、受光部13の詳細を説明する図である。図1および図2に示すような受光部13には入射したプラズマ光を90度屈曲させて光ファイバを介して取り出す機能が必要とされる。このためには、観測窓38を通過したプラズマ光の方向を反射ミラー32により90度屈曲させて回転軸の方向に向け、コリメーションレンズ33を介してフェルール34に導入し、さらにフェルール34に接続された光ファイバ35を介して取り出す。   FIG. 3 is a diagram illustrating details of the light receiving unit 13. The light receiving unit 13 as shown in FIGS. 1 and 2 is required to have a function of bending incident plasma light by 90 degrees and extracting it through an optical fiber. For this purpose, the direction of the plasma light that has passed through the observation window 38 is bent 90 degrees by the reflection mirror 32 and directed in the direction of the rotation axis, introduced into the ferrule 34 via the collimation lens 33, and further connected to the ferrule 34. The optical fiber 35 is taken out.

プラズマ光の向きを回転軸と同方向に屈曲させる場合は、光ファイバ35を回転軸(回転伝達軸)と同じ方向に向けることができ、受光部13の回転動作時に光ファイバが処理容器1内で動き回るのを防ぐことができる。金属製の反射ミラー32の代わりにプリズムを用いると金属を用いなくて済むために好ましいが、プラズマ光が弱い場合には光の反射率がよいミラーを用いるのが好ましい。また、プラズマ光が十分に強く、光ファイバが細くても十分な受光量が得られるときには、細い光ファイバを90度屈曲させることによりミラーを用いなくても光を回転軸方向に屈曲させることができる。   When the direction of the plasma light is bent in the same direction as the rotation axis, the optical fiber 35 can be directed in the same direction as the rotation axis (rotation transmission axis). Can be prevented from moving around. When a prism is used instead of the metal reflecting mirror 32, it is preferable to use no metal, but when plasma light is weak, it is preferable to use a mirror having good light reflectivity. Also, when the plasma light is sufficiently strong and a sufficient amount of light can be obtained even if the optical fiber is thin, the thin optical fiber can be bent 90 degrees so that the light can be bent in the direction of the rotation axis without using a mirror. it can.

一般に光ファイバの受光角は20度程度の大きな角度範囲を持つため、コリメーションレンズ33を用いて視野をビーム状に絞り、観測の空間解像度を上げることが重要である。コリメーションレンズ33とフェルール34の光学系を適切に設計すれば、受光部13から500mm離れた位置における観測範囲を5mm程度に抑えることができ、高解像度の空間分解能を得ることができる。なお、これらの光学系には、プラズマ中の腐食性ガスが進入しないように観測窓38にはOリング31を設けてガスシールを行うとよい。   In general, since the light receiving angle of an optical fiber has a large angle range of about 20 degrees, it is important to use a collimation lens 33 to narrow the field of view into a beam and increase the spatial resolution of observation. If the optical system of the collimation lens 33 and the ferrule 34 is appropriately designed, the observation range at a position 500 mm away from the light receiving unit 13 can be suppressed to about 5 mm, and a high resolution spatial resolution can be obtained. Note that these optical systems may be gas-sealed by providing an O-ring 31 in the observation window 38 so that corrosive gas in the plasma does not enter.

このように、受光部13を回転伝達軸12の回りに回転駆動することにより、所望の方向のラジカル発光強度分布を一つの光学系で観測することができる。このシステムでは、受光部ごと所望の方向に機械的に動かして観測するために、複数の光学系を用いて発光分布を観測する場合に比して、分光器や光ファイバの光学特性のばらつき、あるいは受光部の光学系の微妙なセッティングの相違による受光特性の相違に基づく影響を抑えることができる。更に、同一の条件で、複数の方向のラジカル発光強度を観測できるため、発光強度の分布の信頼性を高めることができる。また、前記観測窓38が削られたり堆積膜が付着して光の透過率が変化したとしても、短時間に実行される全ての観測に対しては前記透過率の変化は無視することができる。このため、発光強度の分布を求める上で問題は無い。また、観測方向は回転角により決定されるため、観測点数を任意に設定できる。このため、ラジカルの発光強度の分布を高精度に観測する上で有利となる。   In this way, by rotating the light receiving unit 13 around the rotation transmission shaft 12, the radical emission intensity distribution in a desired direction can be observed with one optical system. In this system, in order to observe the light receiving unit by moving it mechanically in a desired direction, the optical characteristics of the spectroscope and the optical fiber are more varied than when the light emission distribution is observed using a plurality of optical systems. Or the influence based on the difference in the light reception characteristic by the difference in the delicate setting of the optical system of a light-receiving part can be suppressed. Furthermore, since the radical emission intensity in a plurality of directions can be observed under the same conditions, the reliability of the emission intensity distribution can be improved. Further, even if the observation window 38 is shaved or the deposited film adheres and the light transmittance changes, the change in the transmittance can be ignored for all observations performed in a short time. . For this reason, there is no problem in obtaining the emission intensity distribution. In addition, since the observation direction is determined by the rotation angle, the number of observation points can be arbitrarily set. This is advantageous in observing the distribution of the emission intensity of radicals with high accuracy.

図4は、受光部13の回転駆動により受光する範囲を説明する図である。前述の受光部13を備えた測定システムによれば、任意の方向の所望のラジカルの発光強度が観測できるようになる。このため、この測定動作を繰り返すことにより、多数の方向のラジカル発光強度を観測することができる。例えば、図4に示したような扇形の領域のラジカル発光強度の分布を観測することができる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a range in which light is received by rotational driving of the light receiving unit 13. According to the measurement system including the light receiving unit 13 described above, the emission intensity of a desired radical in an arbitrary direction can be observed. Therefore, by repeating this measurement operation, the radical emission intensity in a number of directions can be observed. For example, the distribution of radical emission intensity in the fan-shaped region as shown in FIG. 4 can be observed.

ここで、図4に示すように、ウエハ7の中心を通る観測方向を基準方向とし、基準方向から観測方向40までの角度41をθiとする。角度θi方向で観測したラジカルの発光強度をIiで表すとすると、角度θ0(=0),θ1,θ2,θ3,・・・θNに対して、それぞれ発光強度I0, I1, I2, I3,・・・INを得ることができる。観測点の数Nは回転角の増分を小さくすることにより任意に大きく取ることができるが、受光部のコリメータの性能などから30点から50点程度とするのが最適である。   Here, as shown in FIG. 4, an observation direction passing through the center of the wafer 7 is defined as a reference direction, and an angle 41 from the reference direction to the observation direction 40 is defined as θi. If the radical emission intensity observed in the direction of the angle θi is represented by Ii, the emission intensity I0, I1, I2, I3,.・ ・ IN can be obtained. The number N of observation points can be arbitrarily increased by reducing the increment of the rotation angle, but it is optimal to set the number of observation points to about 30 to 50 points from the performance of the collimator of the light receiving unit.

各発光強度Iiは観測方向θiからくるプラズマ発光の線積分値であるが、プラズマ及びラジカルがほぼ軸対称である場合にはアーベル変換を用いてラジカル発光強度の半径方向分布を計算することができる。   Each emission intensity Ii is a line integral value of plasma emission from the observation direction θi, but when the plasma and radical are substantially axially symmetric, the radial distribution of radical emission intensity can be calculated using Abel transformation. .

図5は、線積分値として観測される発光強度とアーベル変換により得られるラジカル発光強度の半径方向分布の例を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an example of radial distribution of emission intensity observed as a line integral value and radical emission intensity obtained by Abel transformation.

図5では観測された発光強度は中央部が平らで、上に凸型の分布となっているが、これをアーベル変換して各半径位置での発光強度を求めると半径100mmあたりにピークを持つドーナツ型の分布であることが分かる。   In FIG. 5, the observed emission intensity is flat at the center and has a convex distribution. However, when the emission intensity at each radial position is obtained by Abel transformation, it has a peak at a radius of 100 mm. It can be seen that this is a donut-shaped distribution.

さらに、各ラジカルの発光強度Iは、プラズマ中の電子密度Ne、電子温度Teおよびラジカル密度Nにより式1で表される。   Further, the emission intensity I of each radical is expressed by the following equation 1 by the electron density Ne, electron temperature Te, and radical density N in the plasma.

I = N×Ne×exp(−E/kTe)・・・式1
式1において、Eはラジカル種毎に決まるエネルギ定数、kはボルツマン定数である。各ラジカル種ごとにNやEの値が異なるため、全てのラジカルの発光を平均化した値は式1の不変項であるNe、すなわちプラズマ密度にほぼ比例することになる。したがって、受光部13で受光した光を分光せずにその強度のみを観測するか、分光した光の全ての波長域の値を平均化することによりプラズマ密度にほぼ比例する量を観測することができる。 この全波長の平均値をアーベル変換して求めた量をNe’(r)と記述し、各ラジカルの発光強度をアーベル変換して求めた量をI’(r)と記述すると、式2によりラジカルの密度Nに比例する信号N’(r)の分布が得られる。
I = N × Ne × exp (−E / kTe) Equation 1
In Equation 1, E is an energy constant determined for each radical species, and k is a Boltzmann constant. Since the values of N and E are different for each radical species, the value obtained by averaging the emission of all radicals is approximately proportional to Ne, which is the invariant term of Equation 1, that is, the plasma density. Therefore, it is possible to observe only the intensity of the light received by the light receiving unit 13 without dispersing it, or to observe an amount substantially proportional to the plasma density by averaging the values of all wavelength regions of the dispersed light. it can. The amount obtained by Abel transforming the average value of all wavelengths is described as Ne ′ (r), and the amount obtained by Abel transformation of the emission intensity of each radical is described as I ′ (r). A distribution of the signal N ′ (r) proportional to the density N of radicals is obtained.

N’(r)=I’(r)/Ne’(r)・・・式2
式2の計算によりプラズマ密度Neの分布の影響を取り去ることができ、信号N’(r)はラジカルの密度Nにほぼ比例する量となる。観測したままの信号は図4に示したような視野範囲にあるラジカル発光の線積分であり、線路上の位置毎にNeが異なるため、式2の除算はアーベル変換の後に行うことが重要である。
N ′ (r) = I ′ (r) / Ne ′ (r) Equation 2
The influence of the distribution of the plasma density Ne can be removed by the calculation of Equation 2, and the signal N ′ (r) is an amount that is approximately proportional to the radical density N. The signal as observed is a linear integral of radical emission in the visual field range as shown in FIG. 4, and Ne is different for each position on the line, so it is important to perform the division of Equation 2 after the Abel transformation. is there.

また、アーベル変換を精度よく実施するためには観測範囲はできるだけ広いことが望ましい。このため受光部13は、試料台6の一方の周辺部から他方の周辺部までを覆うような視野範囲がとれるように回転できることが望ましい。   In addition, it is desirable that the observation range be as wide as possible in order to perform the Abel transformation with high accuracy. For this reason, it is desirable that the light receiving unit 13 can be rotated so as to have a visual field range covering from one peripheral part of the sample stage 6 to the other peripheral part.

アーベル変換を適用できるデータの取得手順は前記のような方法以外にも多数存在する。例えば、図4では処理容器内の左半分の領域のみを観測対象としているが、残りの右半分の領域も前記手順と同様な手順でプラズマ光を観測し、アーベル変換をしてラジカル発光強度分布を求めることができる。ラジカル分布が完全に軸対称であれば左半分でも右半分でも同じラジカル発光強度の半径方向分布が得られるが、観測データのノイズを減らすために右半分と左半分の観測データを平均化してからアーベル変換しても良い。さらに、ラジカルに偏りがあって非対称な分布をしているときには右半分と左半分で別々にアーベル変換をした結果を比較してラジカルの偏りの度合を把握することもできる。   There are many data acquisition procedures to which the Abel transform can be applied in addition to the above-described methods. For example, in FIG. 4, only the left half region in the processing container is the object of observation, but the remaining right half region is also observed with plasma light in the same procedure as described above, and subjected to abelian conversion to generate radical emission intensity distribution. Can be requested. If the radical distribution is perfectly axisymmetric, the radial distribution of the same radical emission intensity can be obtained in the left and right halves, but the observation data in the right and left halves are averaged to reduce the noise in the observation data. Abel conversion may be used. Furthermore, when the radicals are biased and have an asymmetric distribution, it is possible to grasp the degree of radical bias by comparing the results of separate Abel transformations on the right and left halves.

図11は、処理条件を調節して非対称なプラズマを生成し、これを左右別々にアーベル変換して分布を計算した結果を示す図である。非対称分布の場合には、正確にはアーベル変換の計算は正しくなくなるが、図11に示したように非対称の度合を知る目安になるためにプラズマの対称性を確認する目的に適している。   FIG. 11 is a diagram showing a result of calculating a distribution by generating asymmetric plasma by adjusting the processing conditions, and performing abel transform on the left and right separately. In the case of an asymmetric distribution, the calculation of the Abel transform is not correct, but it is suitable for the purpose of confirming the symmetry of the plasma because it is a guide for knowing the degree of asymmetry as shown in FIG.

これまでの説明では、所定方向のプラズマ光を観測している間には受光部が静止していることを前提に説明してきた。しかし必ずしも受光部が静止している必要はない。例えば、図4において、一つの方向に対する分光器でのプラズマ光の積算時間がm秒かかるとし、角度θ0からθNまでにN+1点の観測を行うとする。この場合にはモータを毎秒(θN−θ0)/{(N+1)m}度の一定のスピードで連続回転させ、モータの回転中にm秒毎にプラズマ光を取り込むことによりラジカル発光強度I’0, I’1, I’2, I’3,・・・I’Nを得ることができ、この観測値にアーベル変換を適用してラジカル発光強度の半径方向分布を計算することができる。   In the description so far, the description has been made on the assumption that the light receiving unit is stationary while observing plasma light in a predetermined direction. However, the light receiving portion does not necessarily have to be stationary. For example, in FIG. 4, it is assumed that the integration time of the plasma light in the spectroscope in one direction takes m seconds, and N + 1 points are observed from the angles θ0 to θN. In this case, the radical emission intensity I′0 is obtained by continuously rotating the motor at a constant speed of (θN−θ0) / {(N + 1) m} degrees per second and capturing plasma light every m seconds during the rotation of the motor. , I′1, I′2, I′3,... I′N can be obtained, and the radial distribution of the radical emission intensity can be calculated by applying an Abel transformation to this observed value.

この方法によればプラズマ光を取り込むたびにモータを静止させる必要がないため短時間で一連のプラズマ光の取得を完了することができる。例えば、発光の積算時間を0.5秒に取ったときに、典型的なサーボモータを用いて毎回静止させる方式ではウエハ上を一回スキャンするのに30秒かかるのに対して、連続回転させる方式では4秒でスキャンが終了する。スキャン時間が数秒で実施できると、各スキャンがプラズマの経時変化の影響を受けにくくなる。また、プラズマ処理中にスキャンを繰り返してプラズマ発光分布の時間変化を取得することも容易になる。   According to this method, since it is not necessary to stop the motor each time plasma light is taken in, a series of plasma light acquisition can be completed in a short time. For example, when the accumulated time of light emission is set to 0.5 seconds, the method of stationary each time using a typical servo motor takes 30 seconds to scan once on the wafer, but continuously rotates. In the method, scanning is completed in 4 seconds. If the scan time can be performed in a few seconds, each scan is less susceptible to plasma aging. In addition, it becomes easy to obtain a temporal change in plasma emission distribution by repeating scanning during plasma processing.

図6は、本発明の第2の実施形態を説明する図である。図1に示す例では、受光部13を回転駆動するための回転伝達軸12をモータ10の駆動軸に直結し、該駆動軸を処理容器1の下方から挿入している。   FIG. 6 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1, the rotation transmission shaft 12 for rotationally driving the light receiving unit 13 is directly connected to the drive shaft of the motor 10, and the drive shaft is inserted from below the processing container 1.

しかしながら、既存のプラズマ処理装置においては、上述のように、処理容器の下部にモータ等の測定システムを設置することは困難である場合が多い。しかし、プラズマ処理装置の下部側面にはメンテナンス用のポートなどが用意されていることが多く、このような場合には、前記メンテナンスポートの蓋を利用して計測システムを取り付けることができる。このためにはモータ10を処理容器の側方に設け、処理容器の側方から回転フィードスルー11を介してモータの回転駆動軸20を挿入し、回転伝達軸12に駆動力を伝達する。このとき、処理容器内に導入された回転駆動力はかさ歯歯車などの回転方向変換機21を介して回転伝達軸12に伝えられ、受光部13を回転駆動する。   However, in the existing plasma processing apparatus, as described above, it is often difficult to install a measurement system such as a motor below the processing container. However, a maintenance port or the like is often prepared on the lower side surface of the plasma processing apparatus. In such a case, the measurement system can be attached using the lid of the maintenance port. For this purpose, the motor 10 is provided on the side of the processing container, and the rotational drive shaft 20 of the motor is inserted from the side of the processing container through the rotary feedthrough 11 to transmit the driving force to the rotation transmission shaft 12. At this time, the rotational driving force introduced into the processing container is transmitted to the rotational transmission shaft 12 via the rotational direction converter 21 such as a bevel gear, and rotationally drives the light receiving unit 13.

図7は、本発明の第3の実施形態を説明する図である。以上の例では、測定システムを構成する受光部13や回転伝達軸12などがプラズマにさらされるように設置されている。このため、これらの部品から汚染物質などが放出されることが懸念される。   FIG. 7 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention. In the above example, the light receiving unit 13 and the rotation transmission shaft 12 constituting the measurement system are installed so as to be exposed to plasma. For this reason, there is a concern that contaminants and the like are released from these parts.

そこで図7に示すように、処理容器1の下部に収納部48を設け、そこに受光部45’を収納するようにした。受光部は、その不使用時に収納部48に格納する。なお、モータ10は上下動作部47に接続されており、上下動作部47は上下動ガイドシャフト46を案内軸としてモータ10及びそれに接続された回転伝達軸12、受光部45を上下に駆動することができる。測定システムを使用するときには上下動作部47により受光部45を所望の高さまで持ち上げ、そこでモータ10により受光部45を所望の方向にむけプラズマの発光を観測することができる。   Therefore, as shown in FIG. 7, a storage section 48 is provided in the lower part of the processing container 1, and the light receiving section 45 'is stored therein. The light receiving unit is stored in the storage unit 48 when not in use. The motor 10 is connected to the up-and-down operation unit 47, and the up-and-down operation unit 47 drives the motor 10 and the rotation transmission shaft 12 and the light-receiving unit 45 up and down using the up-and-down movement guide shaft 46 as a guide shaft. Can do. When the measurement system is used, the light receiving unit 45 is lifted to a desired height by the vertical operation unit 47, and the light emission unit 45 can be observed in the desired direction by the motor 10 to observe the emission of plasma.

図8は、本発明の第4の実施形態を説明する図である。この例においては、受光部13は回転するだけでなく上下動作することも可能である。これにより、受光部13をウエハ上の所望の高さ位置に移動させてその高さ位置でのラジカル発光分布を計測することができる。また、回転角度方向と高さ方向のスキャンを組み合わせることにより、処理容器内部全体のラジカル発光分布を計測することができる。   FIG. 8 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention. In this example, the light receiving unit 13 can move up and down as well as rotate. Thereby, the light-receiving part 13 can be moved to a desired height position on the wafer, and the radical emission distribution at the height position can be measured. Further, by combining scanning in the rotation angle direction and the height direction, the radical emission distribution in the entire processing container can be measured.

図8に示す例では、上下動および回転駆動するための機構は処理容器の側面に設置したサブチャンバ60内に収める例を示した。   In the example shown in FIG. 8, the example in which the mechanism for moving up and down and rotating is housed in the sub-chamber 60 installed on the side surface of the processing container is shown.

モータ71の回転駆動力は回転伝達軸68を介してサブチャンバ60内に伝達され、駆動スチールベルト65を介して回転プーリー67を回転させ、回転プーリー67と結合した回転伝達軸12を通して受光部13を回転させることができる。回転プーリー67は支持アーム66上に設置されており、支持アーム66はアームガイド64に結合されている。アームガイド64は結合子72により上下動ガイド63と結合されており、上下動ガイド63は上下動ガイドシャフト61と回転シャフト62を案内として上下に動くことができる。上下動作部70が上下動伝達軸69を通して上下動ガイド63を上下に移動させ、この動作により受光部13が上下に移動する。したがって、図8に示す駆動系により受光部13を所望の高さで、かつ所望の方向に向けることができる。   The rotational driving force of the motor 71 is transmitted into the sub-chamber 60 through the rotational transmission shaft 68, rotates the rotational pulley 67 through the driving steel belt 65, and passes through the rotational transmission shaft 12 coupled to the rotational pulley 67 to receive the light receiving unit 13. Can be rotated. The rotating pulley 67 is installed on a support arm 66, and the support arm 66 is coupled to an arm guide 64. The arm guide 64 is coupled to the vertical movement guide 63 by a connector 72, and the vertical movement guide 63 can move up and down with the vertical movement guide shaft 61 and the rotary shaft 62 as guides. The vertical movement unit 70 moves the vertical movement guide 63 up and down through the vertical movement transmission shaft 69, and this operation moves the light receiving unit 13 up and down. Therefore, the light receiving unit 13 can be directed at a desired height and in a desired direction by the drive system shown in FIG.

高さ方向の発光分布が計測できると、縦断面における分布も計算できるようになる。従って、異なる複数の高さ位置において前記のアーベル変換によってプラズマ発光の半径方向分布を計算し、各高さ位置での半径方向分布のデータから縦断面のプラズマ発光分布をプロットすることができる。また、処理容器内部全体のプラズマ発光分布を3次元的に表示することもできる。この機能の特殊な利用例としては、金属汚染源の特定などがある。 半導体デバイスの加工では、加工中にウエハが処理容器内のどこかから発生する金属に汚染されるとデバイス特性が悪化する。このためプラズマ処理装置では金属の汚染が発生したときに、処理容器内のどこから汚染源の金属が放出されるのかを調べる必要が生じる場合がある。例えば、アルミニウムAlは、Al自体でもアルミニウムの金属化合物AlClでも発光ピークをモニタすることができる。このため、金属あるいは金属化合物の処理容器内分布をモニタにより観測し、その強度が強いところを辿れば、金属汚染源を特定することができる。   If the light emission distribution in the height direction can be measured, the distribution in the longitudinal section can also be calculated. Therefore, the radial distribution of plasma emission can be calculated by the above-mentioned Abel transformation at a plurality of different height positions, and the plasma emission distribution of the longitudinal section can be plotted from the radial distribution data at each height position. In addition, the plasma emission distribution in the entire processing container can be displayed three-dimensionally. A special use case for this function is to identify the source of metal contamination. In the processing of semiconductor devices, device characteristics deteriorate when a wafer is contaminated with metal generated from somewhere in the processing container during processing. For this reason, in the plasma processing apparatus, when metal contamination occurs, it may be necessary to examine where in the processing container the metal as the contamination source is released. For example, aluminum Al can monitor the emission peak with either Al itself or the metal compound AlCl of aluminum. For this reason, the metal contamination source can be identified by observing the distribution of the metal or the metal compound in the processing container with a monitor and following the place where the intensity is strong.

図9は、本発明の第5の実施形態を説明する図である。図において図9(a)は正面図、図9(b)石英板30’を取り除いた状態の正面図である。この図の例では、高さ方向における情報を複数の光学系を用いることによって取得する。このため、図9に示すように、受光部の高さ方向に複数の観測窓を設け、受光部を上下に駆動しなくとも複数の高さ位置におけるプラズマ光を観測できるようにする。   FIG. 9 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention. 9A is a front view, and FIG. 9B is a front view with the quartz plate 30 'removed. In the example of this figure, information in the height direction is acquired by using a plurality of optical systems. For this reason, as shown in FIG. 9, a plurality of observation windows are provided in the height direction of the light receiving unit so that plasma light at a plurality of height positions can be observed without driving the light receiving unit up and down.

図9に示す例では、複数の光学系を細いホルダ36内部に納めるために、反射ミラー32、コリメーションレンズ33、フェルール34の光学系を交互に傾けて配置し、光ファイバ35を配線して受光部を構成している。このように複数の光学系を用いる場合には、各光学系間に受光感度のばらつきがあるため、高さ位置の異なる光学系で検出した発光強度を比較する際には、前記受光感度のばらつきを補正する必要がある。なお、複数の光ファイバ35で受けた光を別々の分光器で分光すると分光器の個体差の影響を受けるため、光スイッチ等を用いて一つの分光器を切り替えながら使用することが好ましい。   In the example shown in FIG. 9, in order to place a plurality of optical systems inside the thin holder 36, the optical systems of the reflection mirror 32, the collimation lens 33, and the ferrule 34 are alternately tilted, and the optical fiber 35 is wired to receive light. Part. When a plurality of optical systems are used in this manner, there is a variation in light reception sensitivity between the optical systems. Therefore, when comparing the light emission intensities detected by optical systems with different height positions, the variation in the light reception sensitivity. Need to be corrected. Note that, if the light received by the plurality of optical fibers 35 is separated by different spectroscopes, it is affected by the individual difference of the spectroscopes. Therefore, it is preferable to use one spectroscope while switching it using an optical switch or the like.

図10は、本発明の第6の実施形態を説明する図であり、図10(a)は受光部を近接して配置する例を示す図、図10(b)は受光部を離間して配置する例を示す図である。   10A and 10B are diagrams for explaining a sixth embodiment of the present invention. FIG. 10A is a diagram showing an example in which the light receiving portions are arranged close to each other, and FIG. It is a figure which shows the example to arrange | position.

以上の説明では、処理容器内に受光部が一箇所のみ設置する例について説明した。しかし、図10に示すように複数箇所に受光部を設置することもできる。ラジカルの分布がほぼ軸対称であるときには一箇所の設置でアーベル変換を用いることによりラジカルの半径方向分布が計算できる。しかし、ラジカルの分布が強い非対称性を持つ場合には複数箇所からの観測結果を用いてコンピューテッドトモグラフィ(CT)の技術を適用し、非対称なラジカル分布を計算することができる。   In the above description, an example in which only one light receiving unit is installed in the processing container has been described. However, as shown in FIG. 10, it is possible to install light receiving portions at a plurality of locations. When the distribution of radicals is almost axisymmetric, the radial distribution of radicals can be calculated by using an Abel transformation at one location. However, when the radical distribution has a strong asymmetry, an asymmetric radical distribution can be calculated by applying a computed tomography (CT) technique using observation results from a plurality of locations.

図10(a)では、受光部を50、51、52の3箇所に比較的近接して配置する例を示した。ただし、CTを適用するには各受光部間の距離は図10(b)に示すように、できるだけ離したほうが発光のノイズ等による誤差の影響を受けにくくなるので好ましい。しかしながら、プラズマの場合にはプラズマ自身の発光するプラズマ光をプラズマが遮る減衰率が非常に低いため、医療などで用いるCTスキャンのように全方位から観測する必要はない。このため、図10(a)に示すように片側の複数箇所(50,51,52)に設置した受光部でスキャンした観測データを組み合わせ、逆2次元フーリエ変換することによりラジカル分布を得ることができる。   FIG. 10A shows an example in which the light receiving portions are arranged relatively close to the three locations 50, 51, and 52. However, in order to apply CT, it is preferable that the distance between the light receiving portions be as far as possible as shown in FIG. 10B because it is less susceptible to errors due to light emission noise or the like. However, in the case of plasma, since the attenuation rate by which plasma blocks the plasma light emitted by the plasma itself is very low, it is not necessary to observe from all directions as in a CT scan used in medical treatment. For this reason, as shown in FIG. 10A, the radical distribution can be obtained by combining the observation data scanned by the light receiving units installed at a plurality of locations (50, 51, 52) on one side and performing inverse two-dimensional Fourier transform. it can.

以上の説明では、受光部で受けた光を90度屈曲する例について説明した。しかし、屈曲させる角度は90度でなくても良い。また、受光部を回転するための機構は上記以外の機構を用いて実施することができる。また、プラズマ光の分光に際しては、分光器を用いることなく、検出波長の異なるモノクロメータを用いて実施することもできる。また、受光部からの光伝達にイメージングファイバを用いることにより、プラズマの内部状態を監視することもできる。この際、イメージングファイバの視野方向を調整するために魚眼レンズなどを用いることもできる。   In the above description, the example in which the light received by the light receiving unit is bent by 90 degrees has been described. However, the bending angle may not be 90 degrees. Further, the mechanism for rotating the light receiving unit can be implemented using a mechanism other than the above. In addition, plasma light spectroscopy can be carried out using a monochromator having a different detection wavelength without using a spectroscope. In addition, the internal state of the plasma can be monitored by using an imaging fiber for light transmission from the light receiving unit. At this time, a fish-eye lens or the like may be used to adjust the viewing direction of the imaging fiber.

以上説明したように、本実施形態によれば、視野角を絞った受光部を回転あるいは上下動させることにより観測窓の影響を受けることなく、処理容器内の任意箇所のプラズマ発光を測定できる。このため、特にアーベル変換に適したプラズマ発光の線積分データを測定することができ、また、プラズマ発光やそれを分光して得られるラジカル発光の空間分布を計測することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to measure plasma emission at an arbitrary location in the processing container without being affected by the observation window by rotating or vertically moving the light receiving unit with a narrow viewing angle. Therefore, it is possible to measure the line integral data of plasma emission particularly suitable for Abel conversion, and to measure the spatial distribution of plasma emission and radical emission obtained by spectroscopically analyzing it.

また、処理容器に観測窓を設けることなく、処理容器内部の任意箇所のプラズマ発光を計測することができるため、特に処理容器内のプラズマ発光分布を計測しながらプラズマ処理条件を改良し、プラズマ処理の均一性を向上することができる。   In addition, it is possible to measure plasma emission at any location inside the processing vessel without providing an observation window in the processing vessel. In particular, plasma processing conditions are improved while measuring the plasma emission distribution in the processing vessel, and plasma processing is performed. Can improve the uniformity.

本発明の第1の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining the 1st Embodiment of this invention. 受光部13を説明する図である。It is a figure explaining the light-receiving part. 受光部13の詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the light-receiving part. 受光部13の回転駆動により受光する範囲を説明する図である。It is a figure explaining the range received by the rotational drive of the light-receiving part. 線積分値として観測される発光強度とアーベル変換により得られるラジカル発光強度の半径方向分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of radial direction distribution of the emitted light intensity observed as a line integral value, and the radical emitted light intensity obtained by Abel transformation. 本発明の第2の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態を説明する図であ。It is a figure explaining the 6th Embodiment of this invention. 処理条件を調節して非対称なプラズマを生成し、これを左右別々にアーベル変換して分布を計算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having adjusted processing conditions, producing | generating asymmetrical plasma, and calculating the distribution by carrying out the Abel transform of this separately on either side.

符号の説明Explanation of symbols

1 処理容器
2 電磁エネルギ印加手段
3 ガス供給管
4 流量制御器
5 ガス導入器
6 試料台
7 ウエハ
8 圧力調整弁
9 ガス排気系
10 モータ
11 回転フィードスルー
12 回転伝達軸
13 受光部
14 内部光ファイバ
15 光学フィードスルー
16 外部光ファイバ
17 分光器
18 コンピュータ
20 回転駆動軸
21 回転方向変換機
30,30’ 石英板
31 Oリング
32 反射ミラー
33 コリメーションレンズ
34 フェルール
35 光ファイバ
36 ホルダ
37 押さえネジ
38 観測窓
40 観測方向
41 観測角
45 受光部(収納時)
45’ 受光部(使用時)
46 上下動ガイドシャフト
47 上下動作部
48 収納部
50、51,52 受光部の位置
60 サブチャンバ
61 上下動ガイドシャフト
62 回転シャフト
63 上下動ガイド
64 アームガイド
65 駆動スチールベルト
66 支持アーム
67 回転プーリー
68 回転伝達軸
69 上下動伝達軸
70 上下動作部
71 モータ
72 結合子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing container 2 Electromagnetic energy application means 3 Gas supply pipe 4 Flow rate controller 5 Gas introduction device 6 Sample stand 7 Wafer 8 Pressure adjustment valve 9 Gas exhaust system 10 Motor 11 Rotation feedthrough 12 Rotation transmission shaft 13 Light receiving part 14 Internal optical fiber 15 Optical feedthrough 16 External optical fiber 17 Spectrometer 18 Computer 20 Rotation drive shaft 21 Rotation direction changer 30, 30 'Quartz plate 31 O-ring 32 Reflection mirror 33 Collimation lens 34 Ferrule 35 Optical fiber 36 Holder 37 Holding screw 38 Observation window 40 Observation direction 41 Observation angle 45 Light receiving part (when retracted)
45 'light receiving unit (when used)
46 Vertical movement guide shaft 47 Vertical movement part 48 Storage part 50, 51, 52 Position of light receiving part 60 Subchamber 61 Vertical movement guide shaft 62 Rotating shaft 63 Vertical movement guide 64 Arm guide 65 Driving steel belt 66 Support arm 67 Rotating pulley 68 Rotation transmission shaft 69 Vertical motion transmission shaft 70 Vertical motion part 71 Motor 72 Connector

Claims (9)

真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、試料を載置し前記処理室内に保持する試料台と、真空処理室に導入した処理ガスに電磁エネルギを印加してプラズマを生成する電磁エネルギ印加手段とを備えたプラズマ処理装置におけるプラズマ発光を測定するプラズマ発光測定システムであって、
観測窓を有し該観測窓に入射するプラズマ光を受光する受光部と、
受光したプラズマ光を分光する分光器と、
該分光器の分光出力を蓄積または解析するコンピュータを備え、
前記受光部は、真空処理室内に回転可能に配置されその受光方向は少なくとも前記試料台の中心部からその一方の周辺部までの範囲で調整可能に構成したことを特徴とするプラズマ発光測定システム。
Applying electromagnetic energy to a vacuum processing chamber, gas introduction means for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a sample stage for placing a sample and holding it in the processing chamber, and a processing gas introduced into the vacuum processing chamber A plasma emission measurement system for measuring plasma emission in a plasma processing apparatus comprising electromagnetic energy application means for generating plasma,
A light receiving unit that has an observation window and receives plasma light incident on the observation window;
A spectroscope that separates the received plasma light;
A computer for accumulating or analyzing the spectral output of the spectrometer;
The plasma light emission measuring system, wherein the light receiving part is rotatably arranged in a vacuum processing chamber, and the light receiving direction is adjustable at least in the range from the central part of the sample stage to one peripheral part thereof.
真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、試料を載置し前記処理室内に保持する試料台と、真空処理室に導入した処理ガスに電磁エネルギを印加してプラズマを生成する電磁エネルギ印加手段とを備えたプラズマ処理装置におけるプラズマ発光を測定するプラズマ発光測定システムであって、
透明な観測窓を有し該観測窓に入射するプラズマ光を受光する受光部と、
受光したプラズマ光を分光する分光器と、
該分光器の分光出力を蓄積または解析するコンピュータを備え、
前記受光部は、真空処理室内に回転可能に配置され、受光部に入射した光の進行方向を該受光部の回転軸に一致する方向に反射するミラー、該ミラーによる反射光を集光する集光レンズおよび集光した光を導出する光ファイバを備え、前記受光部の受光方向は少なくとも前記試料台の中心部からその一方の周辺部までの範囲で調整可能に構成したことを特徴とするプラズマ発光測定システム。
Applying electromagnetic energy to a vacuum processing chamber, gas introduction means for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a sample stage for placing a sample and holding it in the processing chamber, and a processing gas introduced into the vacuum processing chamber A plasma emission measurement system for measuring plasma emission in a plasma processing apparatus comprising electromagnetic energy application means for generating plasma,
A light receiving portion having a transparent observation window and receiving plasma light incident on the observation window;
A spectroscope that separates the received plasma light;
A computer for accumulating or analyzing the spectral output of the spectrometer;
The light receiving unit is rotatably arranged in the vacuum processing chamber, and reflects a traveling direction of light incident on the light receiving unit in a direction coinciding with the rotation axis of the light receiving unit, and a light collecting unit that collects reflected light from the mirror. A plasma comprising an optical lens and an optical fiber for deriving condensed light, wherein the light receiving direction of the light receiving part is adjustable at least in the range from the central part of the sample stage to one peripheral part thereof. Luminescence measurement system.
請求項1または2記載のプラズマ発光測定システムにおいて、
前記受光部の受光方向は前記試料台の一方の周辺部から他方の周辺部までの範囲で調整可能であることを特徴とするプラズマ発光測定システム。
The plasma emission measurement system according to claim 1 or 2,
The light emission direction of the light receiving part can be adjusted in a range from one peripheral part to the other peripheral part of the sample stage.
請求項1または2記載のプラズマ発光測定システムにおいて、
前記コンピュータは、プラズマ光の観測データをアーベル変換することによりラジカル発光の半径方向分布を演算することを特徴とするプラズマ発光測定システム。
The plasma emission measurement system according to claim 1 or 2,
The said computer calculates the radial distribution of radical luminescence by abel transforming the observation data of plasma light, The plasma luminescence measuring system characterized by the above-mentioned.
請求項1または2記載のプラズマ発光測定システムにおいて、
前記受光部は試料台の試料載置面と直交する方向に回転軸を有し、該回転軸を試料台の試料載置面と平行する回転軸により駆動する回転方向変換機を備えたことを特徴とするプラズマ発光測定システム。
The plasma emission measurement system according to claim 1 or 2,
The light receiving unit has a rotation axis in a direction orthogonal to the sample placement surface of the sample stage, and a rotation direction converter that drives the rotation axis by a rotation axis parallel to the sample placement surface of the sample stage. A characteristic plasma emission measurement system.
請求項1または2記載のプラズマ発光測定システムにおいて、
前記受光部は試料台の試料載置面と直交する方向に回転軸を有し、該受光部は前記回転軸に沿って上下に駆動する駆動機構を備えたことを特徴とするプラズマ発光測定システム。
The plasma emission measurement system according to claim 1 or 2,
The plasma light emission measuring system, wherein the light receiving unit has a rotation axis in a direction orthogonal to a sample mounting surface of a sample stage, and the light receiving unit includes a drive mechanism that drives up and down along the rotation axis. .
請求項1または2記載のプラズマ発光測定システムにおいて、
前記受光部は試料台の試料載置面と直交する方向に回転軸を有し、かつ前記回転軸に沿ってプラズマ発光を観測する複数の観測窓を備えたことを特徴とするプラズマ発光測定システム。
The plasma emission measurement system according to claim 1 or 2,
The light-receiving unit has a rotation axis in a direction orthogonal to a sample mounting surface of a sample stage, and includes a plurality of observation windows for observing plasma emission along the rotation axis. .
請求項1または2記載のプラズマ発光測定システムにおいて、
前記受光部を真空処理容器内のプラズマ生成部周辺に複数個備えたことを特徴とするプラズマ発光測定システム。
The plasma emission measurement system according to claim 1 or 2,
A plasma light emission measuring system comprising a plurality of the light receiving parts around a plasma generating part in a vacuum processing container.
真空処理容器と、該真空処理容器内に処理ガスを導入するガス導入手段と、試料を載置し前記処理室内に保持する試料台と、真空処理室に導入した処理ガスに電磁エネルギを印加してプラズマを生成する電磁エネルギ印加手段とを備えたプラズマ処理装置であって、
観測窓を有し該観測窓に入射するプラズマ光を受光する受光部と、
受光したプラズマ光を分光する分光器と、
該分光器の分光出力を蓄積または解析するコンピュータを備え、
前記受光部は、真空処理室内に回転可能に配置されその受光方向は少なくとも前記試料台の中心部からその一方の周辺部までの範囲で調整可能であり、かつ前記受光部を不使用時に格納する格納部を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
Applying electromagnetic energy to a vacuum processing chamber, gas introduction means for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a sample stage for placing a sample and holding it in the processing chamber, and a processing gas introduced into the vacuum processing chamber A plasma processing apparatus comprising electromagnetic energy applying means for generating plasma,
A light receiving unit that has an observation window and receives plasma light incident on the observation window;
A spectroscope that separates the received plasma light; and
A computer for accumulating or analyzing the spectral output of the spectrometer;
The light receiving portion is rotatably arranged in the vacuum processing chamber, and the light receiving direction thereof can be adjusted at least in the range from the central portion of the sample stage to one peripheral portion thereof, and the light receiving portion is stored when not in use. A plasma processing apparatus comprising a storage unit.
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