JP5938592B2 - Measuring method, measuring apparatus, and film forming apparatus for impurities in plasma - Google Patents
Measuring method, measuring apparatus, and film forming apparatus for impurities in plasma Download PDFInfo
- Publication number
- JP5938592B2 JP5938592B2 JP2013007132A JP2013007132A JP5938592B2 JP 5938592 B2 JP5938592 B2 JP 5938592B2 JP 2013007132 A JP2013007132 A JP 2013007132A JP 2013007132 A JP2013007132 A JP 2013007132A JP 5938592 B2 JP5938592 B2 JP 5938592B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- plasma
- density
- impurity
- emission intensity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、プラズマ中に存在する不純物の密度を計測する不純物の計測方法、計測装置、及び成膜装置に関する。 The present invention relates to an impurity measuring method, a measuring apparatus, and a film forming apparatus for measuring the density of impurities present in plasma.
現在、例えば半導体やガラス基板に対する成膜において、いわゆるプラズマ処理が積極的に用いられている。このようなプラズマ処理において所望の膜特性を得るには、プラズマ自体に不純物が混入しないことが重要である。例えば、プラズマALD(Atomic Layer Deposition)などのプロセス中に、酸素等が膜中に取り込まれ、膜特性を低下させる。特に、誘導結合プラズマ方式を用い、成膜容器の壁に石英等の誘電体が設けられた成膜装置では、プラズマにより石英等の誘電体の壁面がスパッタリングされ、酸素が不純物として膜中に取り込まれ易い。 Currently, for example, so-called plasma treatment is actively used in film formation on semiconductors and glass substrates. In order to obtain desired film characteristics in such plasma processing, it is important that no impurities are mixed into the plasma itself. For example, during a process such as plasma ALD (Atomic Layer Deposition), oxygen or the like is taken into the film and the film characteristics are deteriorated. In particular, in a film forming apparatus using a dielectric such as quartz on the wall of a film forming container using an inductively coupled plasma method, the wall surface of the dielectric such as quartz is sputtered by the plasma, and oxygen is taken into the film as an impurity. It is easy.
このような成膜において、例えばシリコンチッ化膜を基板に成膜するとき、酸素(酸素原子)が不純物として膜中に取り込まれることは好ましくない。成膜容器内の不純物である酸素(酸素原子)の発生源を調べるために、プラズマ中の酸素(酸素原子)の密度を求めることは有効である。
プラズマ中の酸素原子等の不純物原子の発光強度とプラズマに添加されたトレースガスの発光強度を計測し、その発光強度の比から酸素原子等の基底状態の密度を算出する発光分光法では、低圧かつ高密度プラズマにおいては比較的感度良く計測できるが、プラズマ中で発光に起因する原子の励起状態の原子の密度は電子エネルギーに強く依存するため、算出された基底状態の原子の密度には高い信頼性が得られにくい。
これに対して、生成中のプラズマにレーザ光を照射したとき酸素原子が発生する蛍光を受光して酸素原子の密度を求めるレーザ光誘起蛍光法(LIF法)が知られている(下記特許文献1)。
In such film formation, for example, when a silicon nitride film is formed on a substrate, it is not preferable that oxygen (oxygen atoms) be taken into the film as an impurity. It is effective to obtain the density of oxygen (oxygen atoms) in the plasma in order to investigate the source of oxygen (oxygen atoms) that are impurities in the film formation container.
In emission spectroscopy, which measures the emission intensity of impurity atoms such as oxygen atoms in the plasma and the emission intensity of the trace gas added to the plasma, and calculates the density of the ground state of oxygen atoms from the ratio of the emission intensity, In high-density plasma, it can be measured with relatively high sensitivity. However, the density of excited atoms in the plasma caused by light emission is strongly dependent on the electron energy, so the calculated density of atoms in the ground state is high. Reliability is difficult to obtain.
On the other hand, there is known a laser light induced fluorescence method (LIF method) for receiving the fluorescence generated by oxygen atoms when the plasma being generated is irradiated with laser light to obtain the density of oxygen atoms (the following patent document). 1).
しかし、上記LIF法では、発光種(発光する原子の種類)がレーザにより励起される粒子に限られるため、励起される原子の種類の密度が低い場合には、誘起蛍光が微弱になり、十分なS/N比が得られなくなるといった検出感度の問題が生じる。
このように、現在、酸素原子等の不純物原子の密度が低い場合であっても。酸素原子の密度の信頼性のある算出結果を得ることができる方法は、知られていない。
However, in the above LIF method, since the luminescent species (types of light emitting atoms) are limited to particles excited by a laser, when the density of the type of excited atoms is low, the induced fluorescence becomes weak and sufficient As a result, a problem of detection sensitivity occurs such that a high S / N ratio cannot be obtained.
Thus, even if the density of impurity atoms such as oxygen atoms is low at present. A method that can obtain a reliable calculation result of the density of oxygen atoms is not known.
そこで、本発明は、生成したプラズマ中に存在する不純物の原子(以降、不純物原子ともいう)の密度を、信頼性を持って算出することができる不純物計測方法、計測装置、及び、この計測装置を用いた成膜装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides an impurity measurement method, a measurement apparatus, and the measurement apparatus that can reliably calculate the density of impurity atoms (hereinafter also referred to as impurity atoms) present in the generated plasma. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus using the above.
本発明の一態様は、プラズマ中の不純物を計測する計測方法である。当該方法は、
プラズマを生成するプラズマ生成ステップと、
前記プラズマ中のガスの励起状態から準安定状態への下方遷移により生じる発光強度と、前記プラズマ中の不純物の励起状態から準安定状態への下方遷移により生じる発光強度とを計測する第1計測ステップと、
前記プラズマにレーザ光を照射して、レーザ光のうち、前記ガスに吸収されることなく前記プラズマを透過した透過光の強度と、レーザ誘起による前記ガスの蛍光強度を計測する第2計測ステップと、
前記第2計測ステップで得られた前記透過光の強度から算出される前記ガスの光吸収係数と前記ガスの蛍光強度とを用いて、前記ガスの準安定状態の密度を求め、前記ガスの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度と前記プラズマ中の不純物の励起状態からの下方遷移により生じる発光強度との間の発光強度比と、前記密度と、を用いて、前記不純物の密度を算出する算出ステップと、を有する。
One embodiment of the present invention is a measurement method for measuring impurities in plasma. The method is
A plasma generation step for generating plasma;
A first measurement step of measuring emission intensity caused by a downward transition from an excited state of a gas in the plasma to a metastable state and emission intensity caused by a downward transition of an impurity in the plasma from the excited state to a metastable state. When,
A second measuring step of irradiating the plasma with laser light and measuring the intensity of transmitted light that has passed through the plasma without being absorbed by the gas, and the fluorescence intensity of the gas induced by laser; ,
Using the light absorption coefficient of the gas calculated from the intensity of the transmitted light obtained in the second measurement step and the fluorescence intensity of the gas, the density of the metastable state of the gas is obtained, and the excitation of the gas The density of the impurity is calculated by using the emission intensity ratio between the emission intensity caused by the downward transition from the state and the emission intensity caused by the downward transition from the excited state of the impurity in the plasma, and the density. A calculation step.
前記第1計測ステップでは、前記発光強度比が、前記プラズマ中の分布として計測され、
前記第2計測ステップでは、前記ガスの蛍光強度が、前記レーザ光の光路に沿った分布として計測され、
前記算出ステップでは、前記不純物の密度が前記プラズマ中の分布として算出される、ことが好ましい。
In the first measurement step, the emission intensity ratio is measured as a distribution in the plasma,
In the second measurement step, the fluorescence intensity of the gas is measured as a distribution along the optical path of the laser beam,
In the calculating step, the density of the impurities is preferably calculated as a distribution in the plasma.
前記算出ステップでは、前記第2計測ステップで得られた前記ガスの光吸収係数と前記ガスの蛍光強度から、前記ガスの準安定状態の密度が求められ、当該ガスの準安定状態の密度から前記プラズマ中の電子温度が算出される、ことが好ましい。 In the calculation step, the density of the metastable state of the gas is obtained from the light absorption coefficient of the gas obtained in the second measurement step and the fluorescence intensity of the gas, and the density of the metastable state of the gas is calculated from the density of the gas. It is preferred that the electron temperature in the plasma is calculated.
前記不純物の密度は、例えば、前記発光強度比と、前記ガスの密度と、前記ガスの準安定状態の密度と、前記電子温度と、前記不純物原子の密度とを関係付けた下記式(4)を用いて算出され得る。 The density of the impurity is, for example, the following formula (4) that relates the emission intensity ratio, the density of the gas, the density of the metastable state of the gas, the electron temperature, and the density of the impurity atoms. Can be calculated using
前記ガスは、例えば、アルゴンガスであり、前記不純物は例えば酸素である。
このとき、前記アルゴンの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度は、777.2nmの光強度であり、前記酸素の励起状態から下方遷移により生じる発光強度は、777nmの光強度であり、前記プラズマに照射するレーザ光の波長は696.54nmであり、前記ガスの蛍光強度の波長は772.4nmである。
The gas is, for example, argon gas, and the impurity is, for example, oxygen.
At this time, the emission intensity generated by the downward transition from the excited state of argon is a light intensity of 777.2 nm, the emission intensity generated by the downward transition from the excited state of oxygen is a light intensity of 777 nm, and the plasma The wavelength of the laser beam applied to the gas is 696.54 nm, and the wavelength of the fluorescence intensity of the gas is 772.4 nm.
本発明の他の態様は、プラズマ中の不純物を計測する計測装置である。当該計測装置は、
プラズマを生成するプラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成容器内でプラズマを生成するプラズマ生成ユニットと、
前記プラズマ中の前記ガスの励起状態から準安定状態への下方遷移により生じる発光強度と、前記プラズマ中の不純物の励起状態から準安定状態への下方遷移により生じる発光強度を計測するともに、レーザ光の誘起により発する前記ガスの蛍光の蛍光強度を計測する第1計測ユニットと、
前記プラズマにレーザ光を照射して、レーザ光のうち、前記ガスに吸収されることなく前記プラズマを透過した透過光の強度と、レーザ誘起による前記ガスの蛍光強度を計測する第2計測ユニットと、
前記第2計測ユニットで得られた前記ガスの光吸収係数と前記第1計測ユニットで得られた前記ガスの蛍光強度を用いて前記ガスの準安定状態の密度を求め、前記ガスの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度と前記プラズマ中の不純物の励起状態からの下方遷移により生じる発光強度との間の発光強度比と、求めた前記密度とを用いて、前記不純物の密度を算出する算出ユニットと、を有する。
Another aspect of the present invention is a measuring device that measures impurities in plasma. The measuring device is
A plasma generation vessel for generating plasma;
A plasma generation unit for generating plasma in the plasma generation vessel;
The light emission intensity generated by the downward transition from the excited state of the gas in the plasma to the metastable state and the light emission intensity generated by the downward transition of the impurity in the plasma from the excited state to the metastable state are measured. A first measurement unit for measuring the fluorescence intensity of the fluorescence of the gas emitted by the induction of
A second measuring unit that irradiates the plasma with laser light, and measures the intensity of the transmitted light that has passed through the plasma without being absorbed by the gas, and the fluorescence intensity of the gas induced by the laser; ,
Using the light absorption coefficient of the gas obtained by the second measurement unit and the fluorescence intensity of the gas obtained by the first measurement unit, the density of the metastable state of the gas is obtained, and from the excited state of the gas The calculation of calculating the density of the impurity using the emission intensity ratio between the emission intensity caused by the lower transition of the light emission and the emission intensity caused by the lower transition from the excited state of the impurity in the plasma and the obtained density And a unit.
その際、前記第1計測ユニットは、前記発光強度比を、前記プラズマ中の分布として計測し、
前記第2計測ユニットは、前記ガスの蛍光強度を、前記レーザ光の光路に沿った分布として計測し、
前記算出ユニットは、前記不純物の密度を前記プラズマ中の分布として算出する、ことが好ましい。
At that time, the first measurement unit measures the emission intensity ratio as a distribution in the plasma,
The second measurement unit measures the fluorescence intensity of the gas as a distribution along the optical path of the laser light,
It is preferable that the calculation unit calculates the density of the impurity as a distribution in the plasma.
前記算出ユニットは、計測された前記ガスの光吸収係数と前記ガスの蛍光強度から、前記ガスの準安定状態の密度を求め、当該ガスの準安定状態の密度を用いて、前記プラズマ中の電子温度を算出する、ことが好ましい。 The calculation unit obtains the metastable density of the gas from the measured light absorption coefficient of the gas and the fluorescence intensity of the gas, and uses the metastable density of the gas to calculate the electrons in the plasma. It is preferable to calculate the temperature.
前記算出ユニットは、前記発光強度比と、前記ガスの密度と、前記ガスの準安定状態の密度と、前記電子温度と、前記不純物の密度とを関係付けた下記式(4)を用いて、前記不純物の密度を算出することができる。 The calculation unit uses the following equation (4) that relates the emission intensity ratio, the gas density, the gas metastable state density, the electron temperature, and the impurity density: The density of the impurities can be calculated.
本発明の他の態様は、前記計測装置を備えた、基板に薄膜を生成する成膜装置である。当該成膜装置では、
前記プラズマ生成容器に、成膜用原料ガスが前記プラズマ生成用のガスとともに導入され、前記プラズマ生成容器に配置された基板を成膜し、
さらに、算出された前記不純物の密度に応じて、前記不純物の密度が低下するように、前記プラズマの生成のための条件を変更する制御装置を有する。
Another aspect of the present invention is a film forming apparatus that includes the measurement device and generates a thin film on a substrate. In the film forming apparatus,
A source gas for film formation is introduced into the plasma generation container together with the gas for plasma generation, and a substrate disposed in the plasma generation container is formed into a film,
Furthermore, a control device is provided that changes the conditions for generating the plasma so that the impurity density is reduced in accordance with the calculated impurity density.
上述の不純物計測方法、計測装置では、発光分光法により不純物原子の基底状態の密度を求める際に、励起状態と基底状態の密度の関係をより厳密に決定することができるので、生成したプラズマ中に存在する不純物原子の密度を信頼性を持って算出することができる。このため、生成されたプラズマ中の不純物の密度を制御して不純物の混入し難い成膜を行うことができる成膜装置を提供することができる。 In the impurity measurement method and the measurement apparatus described above, the relationship between the excited state and the ground state density can be determined more precisely when the density of the ground state of the impurity atoms is determined by emission spectroscopy. It is possible to calculate the density of impurity atoms present in the substrate with reliability. Therefore, it is possible to provide a film forming apparatus that can control the density of impurities in the generated plasma and perform film formation in which impurities are hardly mixed.
以下、本発明のプラズマ中の不純物の計測方法、計測装置、及び成膜装置の一実施形態について詳細に説明する。
プラズマ中の不純物の計測方法及び不純物の計測装置は、プラズマにより成膜容器の壁材がスパッタされることにより、プラズマ中に不純物の原子が含まれた時、この不純物の原子の密度を計測する方法である。本実施形態では、プラズマ中のプラズマ生成用のガスの発光強度と不純物の原子の発光強度との発光強度比を求めるプラズマ発光分光法と、レーザ光をプラズマに照射したとき、プラズマ中のプラズマ生成用のガスの発する蛍光の蛍光強度を計測するレーザ光誘起蛍光法(LIF法)を用いて、不純物の原子の密度を算出する。
以下の説明では、プラズマ生成用のガスとしてアルゴンガスを例として挙げて説明するが、アルゴンガスに限定されない。少量の添加で成膜プロセスに影響を与えないガスであればよく、例えばヘリウムガスなどの希ガスを用いることもできる。不純物の原子の例として、酸素原子を挙げて説明するが、本発明においては、酸素原子に限定されない。プラズマ発光分光法を行うことができるものであればよく、例えば、フッ素原子や窒素原子を対象とすることができる。
Hereinafter, an embodiment of a method for measuring impurities in plasma, a measuring apparatus, and a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail.
The impurity measuring method and the impurity measuring apparatus in plasma measure the density of atoms of impurities when the wall of the film forming container is sputtered by the plasma and when the atoms of impurities are contained in the plasma. Is the method. In the present embodiment, plasma emission spectroscopy for obtaining a light emission intensity ratio between the light emission intensity of plasma generating gas in plasma and the light emission intensity of impurity atoms, and plasma generation in plasma when laser light is irradiated to the plasma. The density of impurity atoms is calculated using a laser light induced fluorescence method (LIF method) that measures the fluorescence intensity of the fluorescence emitted by the gas for use.
In the following description, argon gas is taken as an example of the plasma generation gas, but the plasma generation gas is not limited to argon gas. Any gas that does not affect the film formation process with a small amount of addition may be used. For example, a rare gas such as helium gas may be used. As an example of an impurity atom, an oxygen atom will be described. However, the present invention is not limited to an oxygen atom. Any device capable of performing plasma emission spectroscopy may be used. For example, fluorine atoms and nitrogen atoms can be targeted.
(計測方法の概略説明)
本実施形態の不純物の計測方法では、
(A)プラズマ生成用のガス、例えば発光観測用に添加するトレーサガス(以降、単にガスということもある)を用いてプラズマを生成する。
(B)次に、生成したプラズマ中のガスの励起状態から準安定状態への下方遷移(例えば、アルゴンガスであれば、4p’[1/2]1→4s’[1/2]O 0)により生じる発光強度と、プラズマ中の不純物(不純物原子)の励起状態から準安定状態への下方遷移(例えば、酸素原子であれば、3p5P→3s5SO 2)により生じる発光強度を計測する(第1計測)。
(C)さらに、生成中のプラズマにレーザ光を照射して、レーザ光のうち、プラズマ生成用のガスに吸収されることなくプラズマを透過した透過光の強度と、レーザ誘起による前記ガスの蛍光強度を計測する(第2計測)。このとき、レーザ光は、上述したプラズマ生成用のガスが励起状態に励起するような波長が選択される。
(D)第2計測で得られた透過光の強度から求められるガスの光吸収係数と前記ガスの蛍光強度とを用いて、このプラズマ中の前記ガスの準安定状態の密度を求める。さらに、このガスの励起状態から準安定状態への下方遷移により生じる発光強度とプラズマ中の不純物の励起状態から準安定状態への下方遷移により生じる発光強度との間の発光強度比と、求めた前記密度と、及び電子温度と、を用いて、不純物(不純物原子)の密度を算出する。
(Overview of measurement method)
In the impurity measurement method of this embodiment,
(A) Plasma is generated using a plasma generation gas, for example, a tracer gas (hereinafter sometimes simply referred to as a gas) added for light emission observation.
(B) Next, a downward transition from an excited state of a gas in the generated plasma to a metastable state (for example, 4p ′ [1/2] 1 → 4s ′ [1/2] O 0 in the case of argon gas). ) And the emission intensity caused by the downward transition from the excited state of the impurities (impurity atoms) in the plasma to the metastable state (for example, 3p 5 P → 3s 5 S O 2 if oxygen atoms). Measure (first measurement).
(C) Furthermore, the plasma being generated is irradiated with laser light, and the intensity of transmitted light that has passed through the plasma without being absorbed by the plasma generation gas in the laser light, and the fluorescence of the gas induced by the laser. The intensity is measured (second measurement). At this time, the wavelength of the laser beam is selected such that the above-described plasma generation gas is excited to an excited state.
(D) The metastable density of the gas in the plasma is obtained using the light absorption coefficient of the gas obtained from the intensity of transmitted light obtained in the second measurement and the fluorescence intensity of the gas. Furthermore, the emission intensity ratio between the emission intensity caused by the downward transition from the excited state of the gas to the metastable state and the emission intensity caused by the downward transition of the impurity in the plasma from the excited state to the metastable state was determined. The density of impurities (impurity atoms) is calculated using the density and the electron temperature.
図1は、上記計測方法を実施する成膜装置10の概略構成図である。図2は、成膜装置10の計測システム30の概略構成図である。
成膜装置10は、プラズマ生成容器である成膜容器12と、サセプタ14と、成膜対象用の基板16と、排気ユニット18と、ガス供給バルブ20と、原料ガス源22と、キャリアガス源24と、プラズマ生成ユニット26と、計測システム30と、制御装置40と、を有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
The
成膜容器12は、成膜容器12の内部を真空に排気することが可能な真空チャンバであり、例えば1〜100Pa程度に保持される。
サセプタ14は、成膜対象用の基板16を載置し、図示されない昇降機構により、図1中の紙面上下方向に昇降自在に移動する。
排気ユニット18は、例えばロータリーポンプやターボ分子ポンプを含む、成膜容器12の減圧雰囲気を一定の圧力に維持する他、所望の圧力に調整することができる。
ガス供給バルブ20は、原料ガス及びキャリアガスであるアルゴンガスを所定の流量に調整することが可能なバルブであり、成膜容器12内に原料ガス及びキャリアガスであるアルゴンガスを導入する。原料ガスとして、例えばSiNを成膜する場合、シランガス−窒素ガス、シランガス−アンモニア、あるいは、シランガス−窒素ガス−アンモニアが用いられる。原料ガスが複数種類の場合、原料ガス源22は、複数種類の原料ガス毎に用いられる。キャリアガス源24は、原料ガスを成膜容器12内に導入するとともに、プラズマ生成用のガス、例えばアルゴンガスを貯蔵したガス源である。
原料ガス及びキャリアガスが同時に成膜容器12内に導入され、プラズマ生成ユニット26の動作により、成膜容器12内でプラズマが生成される。すなわち、本実施形態の成膜は、プラズマを用いた成膜(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)である。しかし、本実施形態の成膜装置、計測方法及び計測装置は、所定の原料ガスを基板16に流して、原子層単位で基板上に原料ガスの成分を吸着させ、この後、反応ガスをプラズマで活性化させて基板に吸着した原子層単位の原料ガスの成分の吸着層と反応させて膜を形成するようなプラズマを用いた原子層積層(PAALD:Plasma Assisted Atomic Layer Deposition)に適用することもできる。
The
The
The
The
The source gas and the carrier gas are simultaneously introduced into the
プラズマ生成ユニット26は、高周波電源26Aと、マッチングボックス26Bと、電極板26Cとを有する。
高周波電源26Aは、例えば13.56MHzの高周波電力を出力する。マッチングボックス26Bは、高周波電源26Aと電極板26Cとの間のインピーダンス整合を行う。電極板26Cは、幅広薄板形状の導体板であり、電極板26Cの一方の端、図1の例では図1中の右端から給電される。電極板26Cに高周波電流が流れることにより、高周波の磁場が成膜容器12内に形成され、この磁場の形成により成膜容器12内でプラズマが生成される。成膜容器12内の壁面には、電極板26Cがプラズマに直接晒されず、磁場に影響を与えないように、石英からなる誘電体板26Dが用いられる。電極板26Cの他方の端、図1の例では図1中の左端は接地されている。
図1で用いられるプラズマ生成ユニット26は、電極板26Cを用いたICP(Inductively-coupled Plasmas)方式であるが、本発明では、これに限定されない。プラズマ生成ユニット26に、例えばCCP(Capacitively-Coupled Plasma)方式やSWAP(Surface Wave-excited Plasma)方式のような低圧力高密度プラズマ源を用いることができる。
The
The high
The
計測システム30は、図2に示されるように、第1計測ユニット32と、第2計測ユニット用光源34と、第2計測ユニット用受光部36と、算出ユニット38と、ディスプレイ41と、プリンタ42と、を有する。第2計測ユニット用光源34と、第2計測ユニット用受光部36とにより、第2計測ユニットが形成されている。図2は、図1中のX−X’線に沿って成膜容器12を切断した断面図である。
第1計測ユニット32は、成膜容器12内で生成されるプラズマの発光強度や蛍光強度を画像として撮像するICCD(Intensified Charged Coupled Device)カメラである。第1計測ユニット32は、プラズマ中のアルゴンガス等のプラズマ生成用のガスの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度と、プラズマ中の酸素原子等の不純物の原子の励起状態からの下方遷移により生じる発光強度を撮像するともに、後述するレーザ光の誘起により発するアルゴンガス等のプラズマ生成用のガスの蛍光の蛍光強度の像を撮像する。撮像された発光画像及び蛍光画像は算出ユニット38に送られる。
すなわち、成膜容器12には、計測用の窓32Aが設けられ、窓32Aを透過したプラズマの発光及び蛍光を撮像により計測することができるようになっている。第1計測ユニット32は、予め定められた異なる波長帯域の光を透過するようにフィルタ32Bが用いられる。フィルタ32Bが切り替えられることにより、異なる波長帯域の発光及び蛍光の画像をICCDカメラが受光するように構成されている。フィルタ32Bとしては、例えば、干渉フィルタが用いられる。
As shown in FIG. 2, the measurement system 30 includes a
The
That is, the
第2計測ユニット用光源34は、プラズマにレーザ光を照射するように構成されている。成膜容器12には、石英等の透明性を有する窓34Eが設けられ、窓34Eを通して、成膜容器12内にレーザ光が入射されるようになっている。
第2計測ユニット用光源34は、レーザ光源ユニット34Aと、反射ミラー34Bと、レンズ系34Cと、入射窓34Dと、を有する。
レーザ光源ユニット34Aは、YAGレーザ、ダイレーザを用いて所定の波長のレーザ光、例えば、696.54nmのレーザ光を出射する。レーザ光は、反射ミラー34Bで反射され、シリンドリカルレンズを組み合わせたレンズ系34Cを通して、一定の幅を有する平行光Lを生成する。平行光Lは、成膜容器12の一方の端に設けられた入射窓34Dを通して成膜容器12内に入り、成膜容器12内のプラズマを照射する。成膜容器12の入射窓34Dと反対側の端には、出射窓36Aが設けられており、プラズマにより吸収されること無く透過した平行光Lは、出射窓36Aを通して第2計測ユニット用受光部36に受光される。
The second measuring
The second measurement
The laser
第2計測ユニット用受光部36は、光電変換器、例えばPINフォトダイオードやフォトトランジスタ等の光電変換器が用いられ、光電変換器がプラズマ生成用のガスであるアルゴンガスにより吸収されること無くプラズマを透過した特定の波長、例えば696.54nmの透過光を受光するように、光電変換器の受光面の前面にフィルタが設けられる。勿論、第2計測ユニット用受光部36はレーザ光を受光するので、ND(Neutral Density)フィルタや偏光板が用いられて透過光の強度を下げて第2計測ユニット用受光部36は受光する。第2計測ユニット用受光部36の受光により生成された受光信号は、算出ユニット38に送られる。
また、レーザ光をプラズマに照射するとき、第1計測ユニット32は、レーザ光のプラズマへの照射によってプラズマ生成用のガスの原子の発する、所定の波長の蛍光、例えば772.4nmの蛍光画像を受光する。第1計測ユニット32の受光により得られた蛍光画像は算出ユニット38に送られる。
The second measurement unit
In addition, when the laser beam is irradiated to the plasma, the
算出ユニット38は、第1計測ユニット32で得られたプラズマ生成用のガスの発光画像と、不純物原子の発光画像と、第1計測ユニット32で得られたプラズマ生成用のガスの蛍光画像と、第2計測ユニット用受光部36で得られた受光信号と、に基いて、不純物の原子の密度を算出する。
算出ユニット38は、例えばCPU,メモリを備えたコンピュータによって構成され、上述した機能を発揮するソフトウェアを起動することで形成されるソフトウェアモジュールである。
具体的には、算出ユニット38は、第2計測ユニット用受光部36で受光した透過光の光強度の、プラズマに照射したレーザ光の光強度に対する比を用いて得られるプラズマ生成用のガスの光吸収係数を算出し、この光吸収係数と、蛍光画像とから、プラズマ生成用のガスの準安定状態の密度の分布を算出する。すなわち、算出ユニット38は、第2計測ユニット用受光部36で得られた受光信号の値を、レーザ光の光強度に対応する値を除算することで光吸収係数を得る。レーザ光の光吸収係数は、レーザ光の光路に沿った光吸収の値である。算出ユニット38は、この光吸収係数を用いて、光路中のプラズマ生成用のガスの原子(以降、ガス原子という)の準安定状態の平均化した密度nを下記式(1)に基いて算出する。
The
The
Specifically, the
ここで、lの値は、算出ユニット38の図示しないメモリに予め記憶されており、算出ユニット38は、このメモリに記憶されているlの値を読み出して用いる。
Here, the value of l is stored in advance in a memory (not shown) of the
また、プラズマ生成用のガス原子の準安定状態からの吸収断面積σ(ν)は、照射したレーザ光の中心波長(より明確には、準安定状態のプラズマ生成用のガス原子が吸収する光の中心波長)ν=ν0において、下記式(2)になるように定まる。 Further, the absorption cross section σ (ν) from the metastable state of the gas atoms for plasma generation is the center wavelength of the irradiated laser beam (more specifically, the light absorbed by the gas atoms for metastable state plasma generation) In the case of ν = ν 0 , the following equation (2) is established.
上記式(2)のΔνdは、準安定状態のプラズマ生成用のガス原子の温度Tとの関係において、下記関係式(3)が成立する。式(3)中のMはプラズマ生成用のガス原子の質量であり、kはボルツマン定数である。 In relation to Δν d in the above formula (2) and the temperature T of the gas atom for plasma generation in the metastable state, the following relational expression (3) is established. M in the formula (3) is the mass of the gas atoms for plasma generation, and k is the Boltzmann constant.
このように、算出ユニット38は、式(1)を用いて、プラズマ生成用のガス原子の準安定状態の平均化した密度nを求める。
求めた平均化した密度nは、絶対的な値であり、光路長lに沿ってならした値であるので、算出ユニット38は、平均化した密度nを蛍光画像の光路に対応する各位置における蛍光画像の値に比例して、密度の値に高低を与えることにより、プラズマ生成用のガス原子の準安定状態の密度の分布を生成する。以降この密度nを密度n1 Mと記載する。このとき、密度n1 Mの分布を光路に沿って平均化したとき、平均化した値は、求めた平均化した密度の値になるように規格化されている。これにより、プラズマ生成用のガス原子の準安定状態の密度n1 Mの分布が求められる。
Thus, the
Since the obtained average density n is an absolute value and is a value along the optical path length l, the
また、算出ユニット38は、成膜容器12内に導入されたプラズマ生成用のガスの量を用いて基底状態のガス原子の密度を得る。
算出ユニット38は、基底状態のプラズマ生成用のガス原子の密度と、計測により得られた準安定状態のプラズマ生成用のガス原子の密度n1 Mの各位置における値を用いて、プラズマ中の電子温度の分布を算出する。詳細は、後述する。
算出ユニット38は、得られた電子温度を用いて、下記式(4)を用いて、不純物原子の密度であるn2を算出する。
Further, the
The
The
上記式(4)は、励起状態のプラズマ生成用のガス原子が準安定状態との間で行う発光過程を含む下記式(5)に示すレート方程式と、励起状態の不純物原子が準安定状態との間で行う発光過程を含む下記式(6)に示すレート方程式と、を用い、プラズマ発生中の安定状態では、励起状態のプラズマ生成用のガス原子の密度および励起状態の不純物の原子の密度が一定であることを考慮して、励起状態のプラズマ生成用のガス原子の密度に関する式及び励起状態の不純物の原子の密度に関する式をそれぞれ導出し、この2つの式を用いて、プラズマ生成用のガス原子の発光強度I1と不純物原子の発光強度I2の式(下記式(7)、(8))をそれぞれ求め、この比をとることにより、上記式(4)を得ることができる。式(5)、(6)におけるtは時間であり、n1 *は、プラズマ生成用のガス原子の励起状態の密度であり、n2 *は、不純物原子の励起状態の密度である。neは、プラズマ中の電子密度である。 The above equation (4) includes a rate equation shown in the following equation (5) including a light emission process performed between a gas atom for generating plasma in an excited state and a metastable state, and an impurity atom in an excited state being in a metastable state. In the stable state during plasma generation, the density of gas atoms for generating plasma in the excited state and the density of atoms of the impurity in the excited state are used. In consideration of the fact that is constant, an equation relating to the density of gas atoms for generating excited state plasma and an equation relating to the density of impurity atoms in excited state are derived, respectively. The above formula (4) can be obtained by obtaining the formulas (the following formulas (7) and (8)) of the emission intensity I 1 of the gas atoms and the emission intensity I 2 of the impurity atoms, respectively, and taking this ratio. . In equations (5) and (6), t is time, n 1 * is the density of excited states of gas atoms for plasma generation, and n 2 * is the density of excited states of impurity atoms. ne is the electron density in the plasma.
ここで、発光強度比I2/I1は、上述の第1計測ユニット32の計測結果により求めることができる値であり、不純物の発光強度をプラズマ生成用のガスの発光強度で除算した値である。また、kex (s)(s=1又は2)、kex (1)Mは、算出された電子温度から一意的に値を算出することができる。ここで、kex (s)、kex (1)Mは、いずれも、下記式(9)、(10)で表される。
Here, the emission intensity ratio I 2 / I 1 is a value that can be obtained from the measurement result of the
上記式(9)、(10)において、σex (s)(ν)、σex (1)M(ν)は、既知である。f(ν)はマクスウェル分布関数であり、電子温度が上述したように算出されているので、マクスウェル分布関数も既知である。したがって、kex (s)(s=1又は2)、kex (1)Mは、いずれも既知の値となっている。一方、式(4)中のgs、Aij (s)、Ai (s)、n1は既知の値である。n1 Mは、上述したように算出ユニット38で既に求められているので、式(4)では、不純物の原子の密度n2以外は既知となっている。したがって、式(4)に基いて、算出ユニット38は、不純物原子の密度であるn2を算出することができる。
計測されて得られた発光強度比I2/I1は、2つの発光画像の値から求められたものであるので、各位置の値を有する。さらに、プラズマ生成用のガス原子の準安定状態の密度n1 Mも、各位置の値を有する。また、算出された電子温度も各位置の値を有する。このため、算出された不純物原子の密度であるn2も、各位置の値を有する分布として求められる。すなわち、算出ユニット38は、発光強度比I2/I1及び蛍光画像の取得範囲において、不純物原子の密度であるn2も各位置の値を有する分布として得られる。このような不純物の原子の密度を、算出ユニット38は、分布として、ディスプレイ41あるいはプリンタ42に出力する。
このように、算出ユニット38は、不純物原子の密度を算出することができる。算出された不純物原子の密度は、制御装置40に送られる。
In the above formulas (9) and (10), σ ex (s) (ν) and σ ex (1) M (ν) are known. f (ν) is a Maxwell distribution function, and since the electron temperature is calculated as described above, the Maxwell distribution function is also known. Therefore, k ex (s) (s = 1 or 2) and k ex (1) M are both known values. On the other hand, g s , A ij (s) , A i (s) and n 1 in the formula (4) are known values. Since n 1 M has already been obtained by the
Since the emission intensity ratio I 2 / I 1 obtained by measurement is obtained from the values of the two emission images, it has a value at each position. Further, the metastable density n 1 M of the gas atoms for plasma generation also has a value at each position. The calculated electron temperature also has a value at each position. For this reason, n 2 which is the calculated density of impurity atoms is also obtained as a distribution having values at each position. That is, the
Thus, the
制御装置40は、送られてきた不純物原子の密度に応じて、不純物原子の密度が低下するように、高周波電源26Aの高周波電力あるいはガス供給バルブ20におけるプラズマ生成用のガスの供給量などのプラズマの生成のための条件を変更する。具体的には、不純物原子の密度と高周波電力あるいはガスの供給量との間の関係を予め実験等により取得しておき、算出ユニット38から送られた不純物原子の密度分布に応じて、高周波電力あるいはガスの供給量を制御する。これにより、プラズマ中に含まれる不純物の量を低減することができる。
The
(プラズマ中の電子温度の算出)
算出ユニット38は、上述したプラズマ中の電子温度を下記方法により求める。
プラズマ中のプラズマ生成用のガス原子の準安定状態のレート方程式から、プラズマ発生中の安定状態では、準安定状態のプラズマ生成用のガス原子の密度が一定であることを考慮して、準安定状態のプラズマ生成用のガス原子の密度に関する式を導出し、下記式(11)を得ることができる。
ここで、kdex eは、準安定状態のプラズマ生成用のガス原子と電子との衝突によってプラズマ生成用のガス原子の準安定状態が消滅する反応の速度係数であり、例えば、2×10−7cm3/秒、3.5×10−7cm3/秒のように既知である(上記2つの値は、異なる準安定状態における値を示している)。したがって、式(11)におけるn1 M、n1及びkdex eは既知である。kex (1)は、式(9)により表され、σex (1)(ν)は既知であるので、マクスウェル分布関数f(ν)に含まれる電子温度を算出することができる。算出ユニット38は、このように、基底状態のプラズマ生成用のガス原子の密度n1と、上述した計測により得られた準安定状態のプラズマ生成用のガス原子の密度n1 Mを用いて、プラズマ中の電子温度を算出することができる。
このような電子温度の算出方法については、公知の方法であり、例えば、特許4933860号公報に詳細に記載されている。
(Calculation of electron temperature in plasma)
The
From the rate equation of metastable state of gas atoms for plasma generation in plasma, in the stable state during plasma generation, considering that the density of gas atoms for metastable plasma generation is constant, metastable The following equation (11) can be obtained by deriving an equation relating to the density of gas atoms for plasma generation in the state.
Here, k dex e is a rate coefficient of the reaction in which the metastable state of the gas atom for plasma generation disappears due to collision between the gas atom for plasma generation in the metastable state and the electron, for example, 2 × 10 − It is known as 7 cm 3 / sec, 3.5 × 10 −7 cm 3 / sec (the above two values indicate values in different metastable states). Therefore, n 1 M , n 1 and k dex e in formula (11) are known. Since k ex (1) is expressed by Equation (9) and σ ex (1) (ν) is known, the electron temperature included in the Maxwell distribution function f (ν) can be calculated. Thus, the
Such a calculation method of the electron temperature is a known method, and is described in detail in, for example, Japanese Patent No. 4933860.
(不純物原子の密度の算出方法)
図3は、不純物原子の密度の算出方法のフローチャートである。図3に示す例では、プラズマ生成用のガスとしてアルゴンガスを用い、不純物の原子として酸素原子を用いている。
(Calculation method of impurity atom density)
FIG. 3 is a flowchart of a method for calculating the density of impurity atoms. In the example shown in FIG. 3, argon gas is used as plasma generation gas, and oxygen atoms are used as impurity atoms.
まず、成膜容器12にアルゴンガスを導入してプラズマを生成する。その際、プラズマ中では、石英からなる誘電体板26Dがスパッタされて、誘電体板26Dの成分である酸素がプラズマ中に酸素原子として混入する。この酸素原子は、アルゴン原子と同様に、プラズマ中の電子と衝突して励起され、発光する。
First, argon gas is introduced into the
第1計測ユニット32は、このプラズマ中の励起状態のアルゴン原子Ar*及び励起状態の酸素原子O*の発光を計測する。
図4(a)は、アルゴン原子の遷移の例を示す図である。アルゴン原子は、アルゴン原子の基底状態1S0から4p’[1/2]1に励起し、その後、下方遷移して準安定状態4S’[1/2]O 0に落ちる。このとき、アルゴン原子は、772.4nm]の光を発する。また、アルゴン原子は、アルゴン原子の基底状態1S0から4p[3/2]1に励起し、その後、下方遷移して準安定状態4S[3/2]O 2に落ちる。このとき、アルゴン原子は、772.4nm]の光を発する。
図4(b)は、酸素原子の遷移の例を示す図である。酸素原子は、酸素原子の基底状態3p2から3p5Pに励起し、その後下方遷移して準安定状態3s5S0 2に落ちる。このとき、酸素原子は、777nmの光を発する。
The
FIG. 4A is a diagram illustrating an example of the transition of argon atoms. The argon atom is excited from the ground state 1 S 0 of the argon atom to 4p ′ [1/2] 1 , and then transitions downward to the metastable state 4S ′ [1/2] O 0 . At this time, the argon atoms emit light of 772.4 nm]. In addition, the argon atom is excited from the ground state 1 S 0 of the argon atom to 4p [3/2] 1 and then transitions downward to fall into the metastable state 4S [3/2] O 2 . At this time, the argon atoms emit light of 772.4 nm].
FIG. 4B is a diagram illustrating an example of transition of oxygen atoms. The oxygen atom is excited from the ground state 3p 2 to 3p 5 P of the oxygen atom, and then transitions downward to fall into the metastable state 3s 5 S 0 2 . At this time, the oxygen atoms emit light of 777 nm.
このように第1計測ユニット32は、異なる波長の発光を計測するために、フィルタ32Bが用いられる。
第1計測ユニット32は、アルゴン原子Ar*及び酸素原子O*の発光強度の画像を撮像するので、画像データが算出ユニット38に送られる。算出ユニット38は、同じ位置における画像の値の比を求めることで、アルゴン原子Ar*及び酸素原子O*の発光強度比を算出する(ステップS10)。
As described above, the
Since the
次に、レーザ光源34Aがレーザ光を出射する。このとき、プラズマ中のアルゴン原子はレーザ誘起蛍光を発生する。具体的には、アルゴン原子を、準安定状態4S[3/2]O 2から状態4p’[1/2]1に励起させるように、696.54nmのレーザ光を出射させる。励起状態である4p’[1/2]1は一例である。このように、プラズマ中のアルゴン原子を所望の状態に励起させるために、所望の波長のレーザ光を出射できるダイレーザを用いることが好ましい。
照射したレーザ光のうちプラズマを透過した透過光は、第2計測ユニット用受光部36で受光され、この受光により生成された受光信号は、算出ユニット38に送られる。また、第1計測ユニット32は、レーザ光の経路に沿ってアルゴン原子のレーザ誘起蛍光の蛍光画像を撮像する。撮像された蛍光画像の画像データは算出ユニット38に送られる。
Next, the
Of the irradiated laser light, the transmitted light that has passed through the plasma is received by the second measurement unit
算出ユニット38は、送られてきた受光信号を用いて、第2計測ユニット用受光部36で受光した透過光の光強度の、プラズマに照射したレーザ光の光強度に対する比であるレーザ光の光吸収係数を算出する。プラズマに照射したレーザ光の光強度は予め所定の強度に制御されており、既知であるので、算出ユニット38は、第2計測ユニット用受光部36で得られる透過光の受光信号から、レーザ光の光強度に対応する値で除算することにより、レーザ光の光吸収係数を算出することができる。
さらに、算出ユニット38は、算出したレーザ光の光吸収係数から準安定状態のアルゴンガスのレーザ光の光路上に沿った平均化した密度を求める。求めた平均化した密度は、絶対的な値であり、光路長lに沿って積分した値であるので、算出ユニット38は、平均化した密度を蛍光画像の光路に対応する各位置における蛍光画像の値に比例して、密度の値に高低を与えることにより、光路に沿った密度の分布を生成する。このようにして算出ユニット38は、アルゴンの準安定状態の原子密度の分布を取得する(ステップS20)。
The
Further, the
次に、算出ユニット38は、基底状態のアルゴンのガス原子の密度n1と準安定状態のアルゴンのガス原子の密度n1 Mの分布用い、さらに、式(11)を用いて、プラズマ中の電子温度の分布を取得する(ステップS30)。基底状態のアルゴンのガス原子の密度n1は、成膜容器12内に導入されたアルゴンガスの量から求められる。
Subsequently, the
さらに、算出ユニット38は、上述したように、式(4)と、アルゴン原子Ar*及び酸素原子O*の発光強度比と、算出した電子温度と、基底状態のアルゴンのガス原子の密度n1と、準安定状態のアルゴンのガス原子の密度n1 Mとを用いて、酸素原子Oの密度n2を分布として算出する(ステップS40)。
Further, as described above, the
図5(a),(b)は、本実施形態の方法により求められたアルゴンを用いたプラズマ中に混在する酸素原子の密度分布の例を示す図である。図5(a)は、電極板26Cに低電力を与えてプラズマを生成させたときの密度分布であり、図5(b)は、電極板26Cに高電力を与えてプラズマを生成させたときの密度分布である。概略、低電圧時に比べて酸素原子の密度は上昇するとともに、酸素原子の密度分布にも変化が見られる。具体的には、図5(a)に示す低電力時、給電側の領域Aで密度が高くなった分布が、図5(b)に示す高電力時、接地端側の領域Bで密度が高くなっている。このように電極板26Cに与える電力に応じて、酸素原子の密度分布に変化が生じることがわかる。また、図5(a),(b)に示すように、1012個/cm3の密度であっても、安定した分布を算出することができる。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing examples of the density distribution of oxygen atoms mixed in the plasma using argon obtained by the method of the present embodiment. FIG. 5A shows the density distribution when plasma is generated by applying low power to the
図6(a)は、本実施形態、及び、上記従来の方法(“Detection of atomic oxygen: Improvement of actinometry and comparison with laser spectroscopy”)により得られる不純物である酸素原子の平均密度の算出結果を示す図である。図6(a)に示すグラフの横軸は、電極板26Cに与える電力である。図6(a)に示すように、本実施形態では、準安定状態のアルゴンの原子からの励起を考慮して不純物である酸素原子の密度分布を算出するので、より正確に求めることができる。図6(a)では、従来の方法に比べて20%程度高く酸素原子の平均密度が得られる。
FIG. 6A shows the calculation result of the average density of oxygen atoms as impurities obtained by this embodiment and the conventional method (“Detection of atomic oxygen: Improvement of actinometry and comparison with laser spectroscopy”). FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 6A is the power applied to the
図6(b)は、長さ15cm、幅7.5cm、厚さ2cmのアルミニウム製の電極板26Cに電力1200Wを与えてプラズマを生成したときの、不純物である酸素原子の密度の分布の算出結果である。図6(b)によると、密度自体が20%程度高く算出される他、領域Cにおいて、本実施形態の方法では密度が盛り上がる分布を示していることがわかる。一方、従来の方法では、密度の盛り上がりが小さい。これは、従来の方法では求めていない準安定状態のアルゴン原子の密度分布を本実施形態の方法では考慮していることによる、ものと考えられる。これより、本実施形態の方法は、生成したプラズマ中に存在する不純物の原子の密度を、信頼性を持って算出することができるといえる。
FIG. 6B shows the calculation of the density distribution of oxygen atoms as impurities when plasma is generated by applying power 1200 W to an
本実施形態では、アルゴン原子の基底状態1S0から4p’[1/2]1に励起し、その後、下方遷移して準安定状態4S’[1/2]O 0に落ちるときに発する772.4nm]の光、あるいは、アルゴン原子の基底状態1S0から4p[3/2]1に励起し、その後、下方遷移して準安定状態4S[3/2]O 2に落ちるときに発する772.4nm]の光を利用するが、この他に、図7に示すような、826nmの光を利用することもできる。図7は、アルゴン原子の遷移の他の例を示す図である。具体的には、アルゴン原子の基底状態1S0から4p’[1/2]1に励起し、その後、下方遷移して準安定状態4S’[1/2]O 1に落ちるときに発する826nmの光を利用することもできる。この場合、レーザ誘起蛍光においても、レーザ光の誘起により、準安定状態4S’[1/2]O 1から4p’[1/2]1に励起させるような波長のレーザ光を用いるとよい。 In this embodiment, 772 is generated when the ground state 1 S 0 of the argon atom is excited to 4p ′ [1/2] 1 and then transitions downward to fall into the metastable state 4S ′ [1/2] O 0. .4 nm] light or when excited from the ground state 1 S 0 of argon atoms to 4p [3/2] 1 and then transitions down to the metastable state 4S [3/2] O 2 772.4 nm] is used, but in addition to this, 826 nm light as shown in FIG. 7 can also be used. FIG. 7 is a diagram showing another example of the transition of argon atoms. Specifically, it is emitted from the ground state 1 S 0 of the argon atom to 4p ′ [1/2] 1 , and then emits when it transitions downward and falls to the metastable state 4S ′ [1/2] O 1. It is also possible to use the light. In this case, also in the laser-induced fluorescence, it is preferable to use a laser beam having such a wavelength as to be excited from the metastable state 4S ′ [1/2] O 1 to 4p ′ [1/2] 1 by the induction of the laser beam.
このように、本実施形態では、不純物の密度がプラズマ中の分布として算出されるので、密度の高い領域を特定することにより、不純物質の発生源を特定することができる。
本実施形態では、プラズマ生成用のガスの吸収係数とこのガスの蛍光強度から、プラズマ中の電子温度が算出され、この電子温度を用いて、プラズマ生成用のガスの下方遷移した状態の密度が求められるので、精度の高い算出結果を得ることができる。
As described above, in this embodiment, since the density of impurities is calculated as a distribution in plasma, it is possible to identify a source of impurity by specifying a high density region.
In the present embodiment, the electron temperature in the plasma is calculated from the absorption coefficient of the plasma generating gas and the fluorescence intensity of the gas, and the density of the state in which the plasma generating gas has transitioned downward is calculated using this electron temperature. Therefore, a highly accurate calculation result can be obtained.
成膜容器の装置構成や成膜容器の内壁面の汚れによって、プラズマ中の不純物の混入は変化するので、現状の成膜容器12で生成されるプラズマ中の不純物原子の密度の分布を本実施形態は精度良く算出することができる。このため、現状の成膜容器12において、不純物原子の密度が最も少なくなるように、プラズマ生成時の条件、例えば、電極板26Cに与える電力、あるいはアルゴンガスの成膜容器12への導入量等を操作することができる。
Since the contamination of impurities in the plasma changes depending on the device configuration of the film formation container and the contamination of the inner wall surface of the film formation container, the present distribution of the density of impurity atoms in the plasma generated in the current
以上、本発明のプラズマ中の不純物の計測方法、計測装置、及び成膜装置について詳細に説明したが、本発明のプラズマ中の不純物の計測方法、計測装置、及び成膜装置は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the impurity measurement method, measurement apparatus, and film formation apparatus of plasma of the present invention have been described in detail. However, the impurity measurement method, measurement apparatus, and film formation apparatus of the present invention are the same as those in the above embodiment. Of course, various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
10 成膜装置
12 成膜容器
14 サセプタ
16 基板
18 排気ユニット
20 ガス供給バルブ
22 原料ガス源
24 キャリアガス源
26 プラズマ生成ユニット
26A 高周波電源
26B マッチングボックス
26C 電極板
26D 誘電体板
30 計測システム
32 第1計測ユニット
34 第2計測ユニット用光源
36 第2計測ユニット用受光部
38 算出ユニット
40 制御装置
41 ディスプレイ
42 プリンタ
40制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
プラズマ生成用のガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成ステップと、
前記プラズマ中の前記ガスの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度と、前記プラズマ中の不純物の励起状態からの下方遷移により生じる発光強度とを計測する第1計測ステップと、
前記プラズマにレーザ光を照射して、レーザ光のうち、前記ガスに吸収されることなく前記プラズマを透過した透過光の強度と、レーザ誘起による前記ガスの蛍光強度を計測する第2計測ステップと、
前記第2計測ステップで得られた前記透過光の強度から算出される前記ガスの光吸収係数と前記ガスの蛍光強度とを用いて、前記ガスの下方遷移した状態の密度を求め、前記ガスの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度と前記プラズマ中の不純物の励起状態からの下方遷移により生じる発光強度との間の発光強度比と、前記密度と、を用いて、前記不純物の密度を算出する算出ステップと、を有することを特徴とする計測方法。 A measurement method for measuring impurities in plasma,
A plasma generation step of generating plasma using a plasma generation gas;
A first measurement step of measuring emission intensity caused by a downward transition from an excited state of the gas in the plasma and emission intensity caused by a downward transition from an excited state of impurities in the plasma;
A second measuring step of irradiating the plasma with laser light and measuring the intensity of transmitted light that has passed through the plasma without being absorbed by the gas, and the fluorescence intensity of the gas induced by laser; ,
Using the light absorption coefficient of the gas calculated from the intensity of the transmitted light obtained in the second measurement step and the fluorescence intensity of the gas, the density of the gas that has transitioned downward is obtained, The density of the impurity is calculated using the emission intensity ratio between the emission intensity caused by the downward transition from the excited state and the emission intensity caused by the downward transition of the impurity in the plasma from the excited state, and the density. And a calculating step.
前記第2計測ステップでは、前記ガスの蛍光強度が、前記レーザ光の光路に沿った分布として計測され、
前記算出ステップでは、前記不純物の密度が前記プラズマ中の分布として算出される、請求項1に記載の計測方法。 In the first measurement step, the emission intensity ratio is measured as a distribution in the plasma,
In the second measurement step, the fluorescence intensity of the gas is measured as a distribution along the optical path of the laser beam,
The measurement method according to claim 1, wherein in the calculating step, the density of the impurities is calculated as a distribution in the plasma.
前記プラズマに照射するレーザ光の波長は696.54nmであり、前記ガスの蛍光強度の波長は772.4nmである、請求項5に記載の計測方法。 The emission intensity generated by the downward transition from the excited state of argon is a light intensity of 777.2 nm, the emission intensity generated by the downward transition from the excited state of oxygen is a light intensity of 777 nm,
The measurement method according to claim 5, wherein a wavelength of laser light applied to the plasma is 696.54 nm and a wavelength of fluorescence intensity of the gas is 772.4 nm.
プラズマ生成用のガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成容器内でプラズマを生成するプラズマ生成ユニットと、
前記プラズマ中の前記ガスの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度と、前記プラズマ中の不純物の励起状態からの下方遷移により生じる発光強度を計測するともに、レーザ光の誘起により発する前記ガスの蛍光の蛍光強度を計測する第1計測ユニットと、
前記プラズマにレーザ光を照射して、レーザ光のうち、前記ガスに吸収されることなく前記プラズマを透過した透過光の強度と、レーザ誘起による前記ガスの蛍光強度を計測する第2計測ユニットと、
前記第2計測ユニットで得られた前記ガスの光吸収係数と前記第1計測ユニットで得られた前記ガスの蛍光強度を用いて前記ガスの下方遷移した状態の密度を求め、前記ガスの励起状態からの下方遷移により生じる発光強度と前記プラズマ中の不純物の励起状態からの下方遷移により生じる発光強度との間の発光強度比と、求めた前記密度とを用いて、前記不純物の密度を算出する算出ユニットと、を有することを特徴とする計測装置。 A measuring device for measuring impurities in plasma,
A plasma generation container for generating plasma using a plasma generation gas;
A plasma generation unit for generating plasma in the plasma generation vessel;
The emission intensity caused by the downward transition from the excited state of the gas in the plasma and the emission intensity caused by the downward transition from the excited state of the impurity in the plasma are measured, and the fluorescence of the gas emitted by the induction of laser light A first measurement unit for measuring the fluorescence intensity of
A second measuring unit that irradiates the plasma with laser light, and measures the intensity of the transmitted light that has passed through the plasma without being absorbed by the gas, and the fluorescence intensity of the gas induced by the laser; ,
Using the light absorption coefficient of the gas obtained by the second measurement unit and the fluorescence intensity of the gas obtained by the first measurement unit, the density of the gas that has transitioned downward is obtained, and the excited state of the gas The density of the impurity is calculated using the emission intensity ratio between the emission intensity caused by the downward transition from the emission intensity and the emission intensity caused by the downward transition from the excited state of the impurity in the plasma, and the obtained density. And a calculation unit.
前記第2計測ユニットは、前記ガスの蛍光強度を、前記レーザ光の光路に沿った分布として計測し、
前記算出ユニットは、前記不純物の密度を前記プラズマ中の分布として算出する、請求項7に記載の計測装置。 The first measurement unit measures the emission intensity ratio as a distribution in the plasma,
The second measurement unit measures the fluorescence intensity of the gas as a distribution along the optical path of the laser light,
The measurement apparatus according to claim 7, wherein the calculation unit calculates the density of the impurity as a distribution in the plasma.
前記プラズマ生成容器に、成膜用原料ガスが前記プラズマ生成用のガスとともに導入され、前記プラズマ生成容器に配置された基板を成膜し、
さらに、算出された前記不純物の密度に応じて、前記不純物の密度が低下するように、前記プラズマの生成のための条件を変更する制御装置を有する、ことを特徴とする成膜装置。
A film forming apparatus for generating a thin film on a substrate, comprising the measuring apparatus according to claim 7.
A source gas for film formation is introduced into the plasma generation container together with the gas for plasma generation, and a substrate disposed in the plasma generation container is formed into a film,
The film forming apparatus further includes a control device that changes a condition for generating the plasma so that the impurity density decreases in accordance with the calculated impurity density.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013007132A JP5938592B2 (en) | 2013-01-18 | 2013-01-18 | Measuring method, measuring apparatus, and film forming apparatus for impurities in plasma |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013007132A JP5938592B2 (en) | 2013-01-18 | 2013-01-18 | Measuring method, measuring apparatus, and film forming apparatus for impurities in plasma |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014137324A JP2014137324A (en) | 2014-07-28 |
JP5938592B2 true JP5938592B2 (en) | 2016-06-22 |
Family
ID=51414900
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013007132A Expired - Fee Related JP5938592B2 (en) | 2013-01-18 | 2013-01-18 | Measuring method, measuring apparatus, and film forming apparatus for impurities in plasma |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5938592B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113329553B (en) * | 2021-06-11 | 2022-09-06 | 北京环境特性研究所 | Detection method and detection device for plasma density distribution |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4675072A (en) * | 1986-06-25 | 1987-06-23 | International Business Machines Corporation | Trench etch endpoint detection by LIF |
JP2003028801A (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Monitoring method |
JP2006274420A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Plasma film deposition method, and plasma cvd apparatus |
JP4933860B2 (en) * | 2006-08-21 | 2012-05-16 | 国立大学法人名古屋大学 | Apparatus and method for measuring plasma electronic state |
JP4288307B2 (en) * | 2007-03-30 | 2009-07-01 | 三井造船株式会社 | Method and apparatus for measuring plasma electron temperature |
-
2013
- 2013-01-18 JP JP2013007132A patent/JP5938592B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014137324A (en) | 2014-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4288307B2 (en) | Method and apparatus for measuring plasma electron temperature | |
Takashima et al. | Vacuum ultraviolet absorption spectroscopy employing a microdiacharge hollow-cathode lamp for absolute density measurements of hydrogen atoms in reactive plasmas | |
US7940395B2 (en) | Method and apparatus for identifying the chemical composition of a gas | |
Takashima et al. | Development of vacuum ultraviolet absorption spectroscopy technique employing nitrogen molecule microdischarge hollow cathode lamp for absolute density measurements of nitrogen atoms in process plasmas | |
Curley et al. | Surface loss rates of H and Cl radicals in an inductively coupled plasma etcher derived from time-resolved electron density and optical emission measurements | |
Williams et al. | Naturally occurring molecular species used for plasma diagnostics and signal correction in microwave-induced plasma optical emission spectrometry | |
Hebner et al. | Behavior of excited argon atoms in inductively driven plasmas | |
TW201907150A (en) | Measuring concentrations of radicals in semiconductor processing | |
JP2006176831A (en) | Vapor deposition system | |
Sahu et al. | Nitrogen radical and plasma diagnostics in dual frequency hybrid plasmas to investigate N2/SiH4 PECVD process | |
JP2006274420A (en) | Plasma film deposition method, and plasma cvd apparatus | |
JP5938592B2 (en) | Measuring method, measuring apparatus, and film forming apparatus for impurities in plasma | |
Li et al. | Optical and mass spectrometric measurements of dissociation in low frequency, high density, remote source O2/Ar and NF3/Ar plasmas | |
JP6097097B2 (en) | Plasma state measuring probe and plasma state measuring apparatus | |
Hao et al. | Real-time monitoring of atomic layer etching in Cl2/Ar pulsed gas, pulsed power plasmas by optical emission spectroscopy | |
Nafarizal et al. | Two-dimensional distributions of ti and ti+ densities in high-pressure magnetron sputtering discharges | |
JP5778893B2 (en) | End point detection apparatus, plasma processing apparatus, and end point detection method | |
Westermeier et al. | Measurement of Ba-densities close to the electrode in an HPS-lamp by broadband absorption spectroscopy with a UHP-lamp | |
US7170602B2 (en) | Particle monitoring device and processing apparatus including same | |
JP2007115765A (en) | Plasma treatment equipment | |
JP3274187B2 (en) | Emission spectroscopy method | |
JP2006318800A (en) | Measuring method and device of plasma electron temperature | |
JP2004288980A (en) | Device for evaluating film thickness and/or film quality of metal oxide insulating film | |
KR20090046583A (en) | Process monitoring method and proces monitoring apparatus | |
Mattley | Plasma monitoring with miniature high-resolution spectroscopy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150401 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150401 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150401 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160301 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160401 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5938592 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |