JPH0589996A - プラズマ密度分布測定方法及びプラズマ密度分布測定装置 - Google Patents

プラズマ密度分布測定方法及びプラズマ密度分布測定装置

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JPH0589996A
JPH0589996A JP3249809A JP24980991A JPH0589996A JP H0589996 A JPH0589996 A JP H0589996A JP 3249809 A JP3249809 A JP 3249809A JP 24980991 A JP24980991 A JP 24980991A JP H0589996 A JPH0589996 A JP H0589996A
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JP
Japan
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plasma
density distribution
light
intensity
collimator
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JP3249809A
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English (en)
Inventor
Takayuki Sakai
隆行 酒井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、3次元のプラズマ密度分布を得るこ
とを目的とする。 【構成】プラズマ処理装置10の回転マグネット14の
回転面と垂直な方向及び回転マグネット14の回転方向
に移動制御され、プラズマ処理装置10のプラズマ発生
室11の側壁に設けれた光透過窓12からのプラズマ光
を平行光線束化するコリメ−タ21と、このコリメ−タ
21を介して得られた光透過窓12からのプラズマ光の
強度を測定する光強度測定器24と、この光強度測定器
24で得られたプラズマ光の強度からプラズマ発生室1
1内のプラズマの密度分布を求める演算器25とを備え
ていることを特徴とするプラズマ密度分布測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に用
いるプラズマ処理装置におけるプラズマ密度分布測定方
法及びプラズマ密度分布測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIメモリ等の半導体集積回路の製造
工程では、しばしば、プラズマ放電を利用して半導体膜
や絶縁膜の表面を加工する工程がある。このような工程
では、加工の均一性を確保するために、プラズマ放電加
工装置のプラズマ発生室内のプラズマ密度分布を知る必
要がある。
【0003】このような目的のために、従来よりプロ−
ブ法と呼ばれる測定方法を用いてプラズマ密度分布を求
めていた。この方法では、まず、プラズマ発生室にプロ
−ブを挿入し、その点のプラズマの電流密度を測定す
る。次いでプロ−ブの位置を移動させそこでのプラズマ
の電流密度を測定を行なう。このようにプロ−ブの位置
を順次変えながら各位置でのプラズマの電流密度を測定
する。そして得られた電流密度値からプラズマ密度分布
を求める。
【0004】また、他の方法として、プラズマ放電加工
装置のプラズマ形成室の上面に数箇所、小径のビュ−イ
ングポ−トを設け、このビュ−イングポ−トからプラズ
マ光の強度を光検出器を用いて測定し、このようにして
得られたプラズマ光の強度からプラズマ密度分布を求め
る方法がある。
【0005】しかしながら、いずれの方法にあっても、
詳細なプラズマ密度分布、即ち、正確な2次元や3次元
のプラズマ密度分布を求めるのが困難であるという問題
があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、プラズマ
放電加工装置を用いた半導体膜や絶縁膜の加工において
は、均一な加工を行なうためにプラズマ密度分布を知る
必要があったが、従来のプラズマ密度分布の測定方法で
は、1次元のプラズマ密度分布しか分からず、正確な2
次元や3次元のプラズマ密度分布を求めるのが困難であ
るという問題があった。
【0007】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、3次元的のプラズマ密
度分布を得ることができるプラズマ密度分布測定方法及
びプラズマ密度分布測定装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、CTの
原理を用いてプラズマ分布密度を求めることにある。即
ち、上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ密
度分布測定方法は、プラズマ内の同一平面内の所定の点
それぞれについて、その点を含む所定の全ての角度方向
の通路に沿っての前記プラズマの光強度を求める工程
と、これら光強度から前記プラズマの密度分布を求める
工程とを備えていることを特徴とする。また、本発明の
プラズマ密度分布測定装置は、プラズマ処理装置の回転
マグネットの回転面と垂直な方向及び前記回転マグネッ
トの回転方向に移動制御され、前記プラズマ処理装置の
プラズマ発生室に設けられた光透過窓からのプラズマ光
を平行光線束化するコリメ−タと、このコリメ−タを介
して得られた前記光透過窓からのプラズマ光の強度を測
定する光強度測定器と、この光強度測定器で得られた前
記プラズマ光の強度から前記プラズマ発生室内のプラズ
マの密度分布を求める演算器とを備えていることを特徴
とする。
【0009】
【作用】本発明のプラズマ密度分布測定方法では、プラ
ズマ内の同一平面内の所定の点それぞれについて、その
点を含む所定の全ての角度方向の通路に沿ってのプラズ
マの光度を求めることで投影デ−タを求めている。投影
デ−タが分かれば、CTの原理よりプラズマ密度分布が
求められる。
【0010】また、本発明のプラズマ密度分布測定装置
では、投影デ−タを得るためにプラズマ処理装置の回転
マグネットを利用している。即ち、プラズマ発生室内の
プラズマは回転マグネットの回転に伴い回転するため、
投影デ−タを得るには、単にコリメ−タを回転マグネッ
トの回転面と垂直な方向及び前記回転マグネットの回転
方向に移動させながら、光透過窓からのプラズマ光の強
度を測定すれば良い。したがって、簡単な構成で投影デ
−タを得ることができるので、測定装置の大型化や複雑
化を招くこと無く詳細なプラズマ密度分布を測定するこ
とができる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
【0012】図1は本発明の一実施例に係るプラズマ密
度分布測定装置20を備えたマグネトロンRIE装置1
0の模式的な概略構成図であり、同図(a)はその上面
図を示し、同図(b)はその側面図を示している。
【0013】マグネトロンRIE装置10のプラズマ発
生室11は、その側壁に設けられたビュ−イングポ−ト
(光透過窓)12を介してプラズマ密度分布測定装置2
0に接続されている。
【0014】マグネトロンRIE装置10は、プラズマ
発生室11と、このプラズマ発生室11内に設けられた
1対の電極板13と、プラズマ発生室11の上部に設け
られた回転マグネット14等で構成されている。
【0015】一方、プラズマ密度分布測定装置20は、
小径の入射スリット及び出射スリットを有し、プラズマ
発生室11のプラズマ光を平行光線束化するコリメ−タ
21と、このコリメ−タ21の出射スリットからのプラ
ズマ光を伝送するための光ファイバからなる光伝送路2
2と、この光伝送路22を介してコリメ−タ21に接続
され、光信号を検出して電気信号に変える光電変換器2
3と、この光電変換器23の出力信号からプラズマ光の
強度を求める、増幅器,ADコンバ−タ,ディスクリミ
ネイタ−等で構成された光強度測定器24と、この光強
度測定器24で得られたプラズマ光の強度デ−タを蓄え
デ−タ処理するコンピュ−タ25とからなる。なお、コ
リメ−タ21は、回転駆動装置(不図示)により、図1
(a)に示すように、プラズマ発生室11の設置面を基
準面として、方位方向にθ2 度のステップで駆動制御さ
れると共に、垂直駆動装置(不図示)により、図1
(b)に示すように、垂直方向にも駆動制御される。こ
のように構成された装置では、次のようにしてプラズマ
密度分布が測定される。
【0016】まず、プラズマ発生室11内のガスを排気
して反応ガスを導入した後、電極板13に高周波電力を
印加してプラズマを生成する。このとき、回転マグネッ
ト14の磁場によりプラズマの生成が促進される。
【0017】次いでビュ−イングポ−ト12に取り付け
られたコリメ−タ12を垂直駆動装置により垂直移動さ
せ、所定の初期高に固定する。次に回転駆動装置により
コリメ−タ12を所定の初期位置まで回転させる。な
お、コリメ−タ12を初期位置まで回転させた後、初期
高に固定しても良い。次にこの位置でのプラズマ光の強
度を光強度測定器24により求め、その結果を測定デ−
タとしてコンピュ−タ25に蓄積する。次に回転駆動装
置によりコリメ−タ12を所定の方向にθ2 度回転さ
せ、その位置でのプラズマ光の強度を測定し、その結果
をコンピュ−タ25に蓄積する。このような測定をコリ
メ−タ12が所定の位置まで回転するまで繰り返す。
【0018】次いで回転マグネット14を所定の方向に
θ1 度回転させる。次に回転駆動装置によりコリメ−タ
12を初期位置に戻す。なお、コリメ−タ12を初期位
置に戻した後、回転マグネット14をθ1 度回転させて
も良い。次にこの位置でのプラズマ光の強度を光強度測
定器24により求め、その結果を測定デ−タとしてコン
ピュ−タ25に蓄積する。このような測定をコリメ−タ
12が所定の位置まで回転するまで繰り返す。
【0019】以上述べた測定を回転マグネット14が1
80度回転するまで繰り返す。この結果、この高さにお
ける基準面に平行な平面上のプラズマ15の所定の複数
点(θ1 ,θ2 によって決まる点)それぞれについて、
その点を含む所定の全ての角度方向(θ1 ,θ2 によっ
て決まる方向)の通路に沿ってのプラズマ光の強度(投
影デ−タ)が得られる。
【0020】次いでコリメ−タ12を垂直駆動装置によ
り所定の位置まで垂直移動させる。次いでコリメ−タ1
2を初期位置からθ2 度毎回転させながらプラズマ光の
強度を求め、測定デ−タをコンピュ−タ25に蓄積す
る。次に回転マグネット14をθ1 度回転させ、上記の
如くコリメ−タ12を回転させながらプラズマ光の強度
を測定する。このような測定を回転マグネット14が1
80度回転するまで行なう。以下、同様にして所定のデ
−タ数が得られるまで、コリメ−タ12を垂直移動させ
たり、回転移動させながら、プラズマ光の強度を測定す
る。
【0021】以上の測定により、各高さにおける、基準
面に平行な平面上のプラズマ15の所定の複数点それぞ
れについて、その点を含む全ての所定角度方向の通路に
沿ってのプラズマ光の強度(投影デ−タ)が得られる。
【0022】最後に、コンピュ−タ25により、上記測
定で得られた投影デ−タから、CTの原理(Radon
の原理)を利用して画像再構成を行ない、3次元のプラ
ズマ密度分布を計算する。このプラズマ密度分布は、C
RT等の表示装置に表示したり、紙等にプリントアウト
することで視覚化できる。以上述べたように、本実施例
では、3次元のプラズマ密度分布を求めることができる
ので、加工の均一性を容易に評価することができるよう
になる。また、θ1 ,θ2 の値を調整することで必要な
精度の3次元のプラズマ密度分布を容易に得ることがで
きる。
【0023】更に、本実施例では、回転マグネット14
によるプラズマの回転を利用して投影デ−タを得ている
ので、プラズマ密度分布測定装置20の大型化や複雑化
を防止することができる。なお、2次元のプラズマ密度
分布で十分な場合には、所望の高さだけでプラズマ光の
強度を測定し、その高さでの投影デ−タを求めれば良
い。
【0024】図2は本発明の他の実施例に係るプラズマ
密度分布測定装置を備えたマグネトロンRIE装置の模
式的な概略構成図である。なお、図1の装置と対応する
部分には図1と同一符号を付し、詳細な説明は省略す
る。この実施例の装置が先の実施例のそれと異なる点
は、光伝送路22と光電変換器23との間に分光器26
を挿設したことにある。
【0025】このような構成の装置でも先の実施例と同
様に3次元のプラズマ密度分布が得られるのは勿論のこ
と、分光器26を調整することで特定の波長のプラズマ
光の強度のみを測定でき、プラズマの発光特性をより詳
細に調べることができるという利点がある。
【0026】以上述べた実施例のマグネトロンRIE装
置では、ビュ−イングポ−トが設けられていたが、ビュ
−イングポ−トがないマグネトロンRIE装置の場合に
は、プラズマ発生室に新たに設ければ同様な方法でプラ
ズマ密度分布を測定することができる。
【0027】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、マグネトロ
ンRIE装置の場合について説明したが、本発明は回転
マグネトロンを備えたプラズマ堆積装置など他のプラズ
マ処理装置にも適用できる。また、回転マグネットを備
えていない装置の場合、その装置に回転マグネットを設
けることで同様な方法で3次元のプラズマ密度分布を測
定することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施できる。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、C
Tの原理を用いることで3次元プラズマ分布密度を容易
に所望の精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るプラズマ密度分布測定
装置を備えたマグネトロンRIE装置の模式的な概略構
成図。
【図2】本発明の他の実施例に係るプラズマ密度分布測
定装置を備えたマグネトロンRIE装置の模式的な概略
構成図。
【符号の説明】
10…マグネトロンRIE装置、11…プラズマ発生
室、12…ビュ−イングポ−ト、13…平行電極板、1
4…回転マグネット、15…プラズマ、20…プラズマ
密度分布測定装置、21…コリメ−タ、22…光伝送
路、23…光電変換器、24…光強度測定器、25…コ
ンピュ−タ、26…分光器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ内の同一平面内の所定の点それぞ
    れについて、その点を含む所定の全ての角度方向の通路
    に沿っての前記プラズマの光強度を求める工程と、 これら光強度から前記プラズマの密度分布を求める工程
    とを具備してなることを特徴とするプラズマ密度分布測
    定方法。
  2. 【請求項2】プラズマ処理装置の回転マグネットの回転
    面と垂直な方向及び前記回転マグネットの回転方向に移
    動制御され、前記プラズマ処理装置のプラズマ発生室に
    設けられた光透過窓からのプラズマ光を平行光線束化す
    るコリメ−タと、 このコリメ−タを介して得られた前記光透過窓からのプ
    ラズマ光の強度を測定する光強度測定器と、 この光強度測定器で得られた前記プラズマ光の強度から
    前記プラズマ発生室内のプラズマの密度分布を求める演
    算器とを具備してなることを特徴とするプラズマ密度分
    布測定装置。
JP3249809A 1991-09-27 1991-09-27 プラズマ密度分布測定方法及びプラズマ密度分布測定装置 Pending JPH0589996A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012038682A (ja) * 2010-08-11 2012-02-23 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ制御方法
US10770273B2 (en) 2018-02-09 2020-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. OES device, plasma processing apparatus including the same and method of fabricating semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012038682A (ja) * 2010-08-11 2012-02-23 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ制御方法
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