JPH06101441B2 - プラズマ反応監視装置 - Google Patents
プラズマ反応監視装置Info
- Publication number
- JPH06101441B2 JPH06101441B2 JP62008634A JP863487A JPH06101441B2 JP H06101441 B2 JPH06101441 B2 JP H06101441B2 JP 62008634 A JP62008634 A JP 62008634A JP 863487 A JP863487 A JP 863487A JP H06101441 B2 JPH06101441 B2 JP H06101441B2
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- plasma
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- plasma reaction
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体製造装置の一つであるプラズマCVD（化
学的気相成長）装置におけるプラズマ反応を監視する装
置に係り、特にプラズマシース部およびその近傍におけ
る発光強度分布の変化を連続的に観測出来る装置に関す
るものである。
学的気相成長）装置におけるプラズマ反応を監視する装
置に係り、特にプラズマシース部およびその近傍におけ
る発光強度分布の変化を連続的に観測出来る装置に関す
るものである。
従来技術とその問題点 近年半導体製造技術の進歩は目覚ましく、従来の熱CVD
法に代り、はるかに低温で成膜できるという利点を有す
るプラズマCVD法が採用されて来ている。ところが、プ
ラズマCVD法では、初期最適化したプラズマ状態が成膜
中に容易に変化してしまう。その為成膜速度が低下す
る、膜質が悪化する、またいわゆるダメージと呼ばれる
基板への悪影響がある、という欠点を有している。この
ダメージは、主としてイオン化した原子若しくは分子
が、基板にバイアスされた強電界によって加速されて、
基板中または生成膜中に侵入してしまう為に引起こされ
る。したがって、反応室内でのプラズマ反応の進行状態
を正確に観測することにより、成膜速度、膜質を決定す
ることが経験的に判明している真空度、ガス流量、プラ
ズマパワーを厳密に制御することが必要である。
法に代り、はるかに低温で成膜できるという利点を有す
るプラズマCVD法が採用されて来ている。ところが、プ
ラズマCVD法では、初期最適化したプラズマ状態が成膜
中に容易に変化してしまう。その為成膜速度が低下す
る、膜質が悪化する、またいわゆるダメージと呼ばれる
基板への悪影響がある、という欠点を有している。この
ダメージは、主としてイオン化した原子若しくは分子
が、基板にバイアスされた強電界によって加速されて、
基板中または生成膜中に侵入してしまう為に引起こされ
る。したがって、反応室内でのプラズマ反応の進行状態
を正確に観測することにより、成膜速度、膜質を決定す
ることが経験的に判明している真空度、ガス流量、プラ
ズマパワーを厳密に制御することが必要である。
従来型のプラズマ反応解析装置はプラズマの発光状態を
分光器を用いて解析する装置であり、代表的な成膜例で
ある４フッ化シリコン（SiF4）ガスからのアモルファス
シリコン（ａ−Si）膜の成膜中には、第３図のような分
光スペクトルが得られる。このスペクトルは反応室内で
のプラズマ反応状況を全体的に観察することは出来る
が、条件の微妙な変化への応答性は悪く、また突然の条
件変化に対しての即応性も悪い。従って、最適下された
プラズマ状態を観測し維持する為には利用出来ない装置
である。
分光器を用いて解析する装置であり、代表的な成膜例で
ある４フッ化シリコン（SiF4）ガスからのアモルファス
シリコン（ａ−Si）膜の成膜中には、第３図のような分
光スペクトルが得られる。このスペクトルは反応室内で
のプラズマ反応状況を全体的に観察することは出来る
が、条件の微妙な変化への応答性は悪く、また突然の条
件変化に対しての即応性も悪い。従って、最適下された
プラズマ状態を観測し維持する為には利用出来ない装置
である。
発明の目的 本発明は上記欠点を解消するため、膜質、成膜速度の制
御因子と密接な関係のあるプラズマイオンシース部およ
びその近傍における発光強度分布の変化を連続的に監視
することが出来るようにしたプラズマ反応監視装置であ
る。
御因子と密接な関係のあるプラズマイオンシース部およ
びその近傍における発光強度分布の変化を連続的に監視
することが出来るようにしたプラズマ反応監視装置であ
る。
発明の構成 本発明は上記目的を達成するべく、望遠レンズを装着し
たビデオカメラ、画像処理装置、パーソナルコンピュー
ターからなるプラズマイオンシース部およびその近傍に
おける発光強度分布の変化を連続的に監視することがで
きるプラズマ反応監視装置である。
たビデオカメラ、画像処理装置、パーソナルコンピュー
ターからなるプラズマイオンシース部およびその近傍に
おける発光強度分布の変化を連続的に監視することがで
きるプラズマ反応監視装置である。
プラズマCVD法ではプラズマ中の電子のエネルギーによ
り解離、励起した反応種が、電界により加熱された基板
表面に到達し、表面反応により基板上に種々の薄膜を形
成する。この膜の性質は、反応種の濃度および基板表面
への衝突速度により支配される。これらは、プラズマイ
オンシース部およびその近傍における発光強度分布と密
接な相関がある。また通常のプラズマCVD法では、成膜
中に徐々に成膜速度が低下するが、前述のダメージをこ
うむる危険性から、初期に設定した最適化条件を変える
ことなく引続き成膜を行なっている。この成膜速度の低
下も同様にプラズマシース部およびその近傍における発
光強度分布に影響を及ぼす因子である。従ってこれらを
常時観測し、最適化したプラズマ状態を保持すること
で、成膜速度を落とすことなく、良好な膜質を得ること
ができる。
り解離、励起した反応種が、電界により加熱された基板
表面に到達し、表面反応により基板上に種々の薄膜を形
成する。この膜の性質は、反応種の濃度および基板表面
への衝突速度により支配される。これらは、プラズマイ
オンシース部およびその近傍における発光強度分布と密
接な相関がある。また通常のプラズマCVD法では、成膜
中に徐々に成膜速度が低下するが、前述のダメージをこ
うむる危険性から、初期に設定した最適化条件を変える
ことなく引続き成膜を行なっている。この成膜速度の低
下も同様にプラズマシース部およびその近傍における発
光強度分布に影響を及ぼす因子である。従ってこれらを
常時観測し、最適化したプラズマ状態を保持すること
で、成膜速度を落とすことなく、良好な膜質を得ること
ができる。
その方法として、プラズマイオンシース部およびその近
傍の明るさの基板表面からの位置的変化を経時的に監視
することが必要であり、最も簡便かつ安価な方法とし
て、望遠レンズを装備したビデオカメラを用いて撮影
し、画像処理装置を用いてデータ化し、パーソナルコン
ピュターを介して制御因子にフィードバックをかけるこ
とで、成膜速度を落とすことなく、良好な膜質を得るこ
とに成功した。
傍の明るさの基板表面からの位置的変化を経時的に監視
することが必要であり、最も簡便かつ安価な方法とし
て、望遠レンズを装備したビデオカメラを用いて撮影
し、画像処理装置を用いてデータ化し、パーソナルコン
ピュターを介して制御因子にフィードバックをかけるこ
とで、成膜速度を落とすことなく、良好な膜質を得るこ
とに成功した。
実施例 以下本発明に基づく一実施例について説明する。装置の
構成は第１図に示すようなものであり、第２図の概略図
で示すプラズマCVD装置の窓11より約50cm離して、光学
フィルター１を付けた望遠レンズ２を設置した。基板12
の手前側と奥側とでの焦点のずれをできるだけ小さくす
るためには、焦点距離の長いレンズを離れた位置に設置
した方が有利である。そのためには望遠レンズが適して
いる。
構成は第１図に示すようなものであり、第２図の概略図
で示すプラズマCVD装置の窓11より約50cm離して、光学
フィルター１を付けた望遠レンズ２を設置した。基板12
の手前側と奥側とでの焦点のずれをできるだけ小さくす
るためには、焦点距離の長いレンズを離れた位置に設置
した方が有利である。そのためには望遠レンズが適して
いる。
本実施例におけるプラズマCVD反応は、４フッ化シラン
（SiF4）と水素（H2）ガスからのアモルファスシリコン
（ａ−Si）膜の生成反応である。
（SiF4）と水素（H2）ガスからのアモルファスシリコン
（ａ−Si）膜の生成反応である。
プラズマ反応室13内では肉眼で発光が観察され、その発
光分光スペクトルを従来型プラズマ反応解析装置で測定
すると第３図のようになり、 SiF4→SiF＋3F H2→2H の反応が起っていることが予測される。
光分光スペクトルを従来型プラズマ反応解析装置で測定
すると第３図のようになり、 SiF4→SiF＋3F H2→2H の反応が起っていることが予測される。
本発明のプラズマ反応監視装置で測定された発光強度分
布図は第４図のようになる。横軸は基板12からの距離、
縦軸はコンピュータ画像処理上の発光強度を示してお
り、以下第５〜７図でも同じである。第４図においてＡ
はプラズマイオンシース部、Ｂはその近傍、Ｃはバルク
部を示している。第４図は、プラズマパワー20W、ガス
圧1.0Torr、H2流量10sccm、SiF4流量1sccmの条件で得ら
れた発光強度分布図である。この条件は良好なａ−Si膜
を得る最適条件である。
布図は第４図のようになる。横軸は基板12からの距離、
縦軸はコンピュータ画像処理上の発光強度を示してお
り、以下第５〜７図でも同じである。第４図においてＡ
はプラズマイオンシース部、Ｂはその近傍、Ｃはバルク
部を示している。第４図は、プラズマパワー20W、ガス
圧1.0Torr、H2流量10sccm、SiF4流量1sccmの条件で得ら
れた発光強度分布図である。この条件は良好なａ−Si膜
を得る最適条件である。
第５図は上述の条件で成膜中に、マスフローコントロー
ラ15によりH2希釈ガス量を変えてガス圧を0.1Torrに下
げた場合である。この場合でも、第３図で示す発光分光
スペクトルはほとんど変化しない。
ラ15によりH2希釈ガス量を変えてガス圧を0.1Torrに下
げた場合である。この場合でも、第３図で示す発光分光
スペクトルはほとんど変化しない。
次に、上述の最適条件で成膜中に、その発光強度分布図
つまり第４図を画像処理装置５にてあらかじめ認識して
おき、手動にてマスフロコントローラー15の設定を変
え、第５図の状態つまりガス圧を0.1Torrにし、本装置
のフィードバック回路を作動させた。第５図と第４図と
の違いを画像処理装置５が判断し電気信号とし、パーソ
ナルコンピュータ６にてアナログ信号としてマスフロー
コントローラ15にフィードバックをかけた。希釈ガス量
が減少し約10秒で第４図の状態に戻った。ガス圧は一度
2.0Torr迄上がった後、徐々に1.0Torrになり、約３分後
に安定した。
つまり第４図を画像処理装置５にてあらかじめ認識して
おき、手動にてマスフロコントローラー15の設定を変
え、第５図の状態つまりガス圧を0.1Torrにし、本装置
のフィードバック回路を作動させた。第５図と第４図と
の違いを画像処理装置５が判断し電気信号とし、パーソ
ナルコンピュータ６にてアナログ信号としてマスフロー
コントローラ15にフィードバックをかけた。希釈ガス量
が減少し約10秒で第４図の状態に戻った。ガス圧は一度
2.0Torr迄上がった後、徐々に1.0Torrになり、約３分後
に安定した。
他の実験例について説明すると、前述の最適条件にて成
膜を始めると、当初第４図の発光強度分布が得られ、そ
の時の成膜速度は毎分0.1μであるが、約10分後には、
成膜速度は毎分0.04μに落ち、その時の発光強度分布は
第６図のようになる。１μの膜厚を得る為には20分以上
必要である。本発明に基づき、第４図の発光分布強度を
一定に保つように、フィードバックをかけプラズマパワ
ーを増すと、１μの膜厚は約10分で得られた。この時プ
ラズマパワーは50W迄上昇したが、得られた膜質は上記
長適条件下でプラズマパワーを変えずに得られた膜質と
同等であった。
膜を始めると、当初第４図の発光強度分布が得られ、そ
の時の成膜速度は毎分0.1μであるが、約10分後には、
成膜速度は毎分0.04μに落ち、その時の発光強度分布は
第６図のようになる。１μの膜厚を得る為には20分以上
必要である。本発明に基づき、第４図の発光分布強度を
一定に保つように、フィードバックをかけプラズマパワ
ーを増すと、１μの膜厚は約10分で得られた。この時プ
ラズマパワーは50W迄上昇したが、得られた膜質は上記
長適条件下でプラズマパワーを変えずに得られた膜質と
同等であった。
上述の実験では最大光量を示す発光は第３図に示すよう
にSiFである。450nm以下の波長の光を透過させない紫外
域カットフィルターを望遠レンズに装着すると、Ｈの発
光だけが観測され、第７図のようになる。第４図、第７
図のいずれの発光強度分布を成膜条件とするかは、目的
とするａ−Si膜の性質により選択すると良い。また、基
板横方向での発光強度分布が一定の場合には、第８図に
示す透過する光の波長がＡは450nm以下、Ｂは450〜600n
m、Ｃは600nm以上と、部分的に異なる特殊フィルターを
用い、各波長域に対応するグラフを第９図のようにディ
スプレイ７にA,B,Cとして描き出し、それを元にフィー
ドバックをかけることも可能である。
にSiFである。450nm以下の波長の光を透過させない紫外
域カットフィルターを望遠レンズに装着すると、Ｈの発
光だけが観測され、第７図のようになる。第４図、第７
図のいずれの発光強度分布を成膜条件とするかは、目的
とするａ−Si膜の性質により選択すると良い。また、基
板横方向での発光強度分布が一定の場合には、第８図に
示す透過する光の波長がＡは450nm以下、Ｂは450〜600n
m、Ｃは600nm以上と、部分的に異なる特殊フィルターを
用い、各波長域に対応するグラフを第９図のようにディ
スプレイ７にA,B,Cとして描き出し、それを元にフィー
ドバックをかけることも可能である。
本装置は、プラズマCVD装置用として発明がなされた
が、光ファイバー製造用自動石英バーナー、ガラス加工
用自動バーナーのような他の発光装置の発光状態の維持
にも応用出来る。
が、光ファイバー製造用自動石英バーナー、ガラス加工
用自動バーナーのような他の発光装置の発光状態の維持
にも応用出来る。
尚第１図及び第２図において、８はプリンター、９は反
応ガスをチャンバー内に供給するガス供給系であり、ガ
ス量はマスフローコントローラーで正確に制御される。
10はチャンバー内のガスを真空ポンプにより排気し、真
空にするガス排気系であり、真空度は希釈ガス量を変化
させることで所定に保つ。11は反応の進行状況を観察す
る観察窓、13はチャンバー反応容器、14は通常は加熱さ
れ一定温度に保たれている基板保持台である。16はガス
流路のON−OFFバルブである。
応ガスをチャンバー内に供給するガス供給系であり、ガ
ス量はマスフローコントローラーで正確に制御される。
10はチャンバー内のガスを真空ポンプにより排気し、真
空にするガス排気系であり、真空度は希釈ガス量を変化
させることで所定に保つ。11は反応の進行状況を観察す
る観察窓、13はチャンバー反応容器、14は通常は加熱さ
れ一定温度に保たれている基板保持台である。16はガス
流路のON−OFFバルブである。
発明の効果 上述した如く、本発明によればプラズマCVD反応を監観
するプラズマモニターに於て、安価かつ簡便な方法で適
格にプラズマCVD反応の進行状態を観測することが出来
るので、反応系の突然の条件変動が生じた場合にも迅速
に最適化された元のプラズマ状態に戻すことが出来、ま
た最適化されたプラズマ状態を変えることなくプラズマ
CVD法による成膜時間を大巾に短縮させることが出来
る。従って、その工業的価値は大なるものである。
するプラズマモニターに於て、安価かつ簡便な方法で適
格にプラズマCVD反応の進行状態を観測することが出来
るので、反応系の突然の条件変動が生じた場合にも迅速
に最適化された元のプラズマ状態に戻すことが出来、ま
た最適化されたプラズマ状態を変えることなくプラズマ
CVD法による成膜時間を大巾に短縮させることが出来
る。従って、その工業的価値は大なるものである。
第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一実施例で
使用したプラズマCVD装置の概略図、第３図は従来型プ
ラズマ解析装置により得られた発光分光スペクトル図、
第４図は本発明により最適条件下で得られた発光強度分
布図、第５図は他の条件下での発光強度分布図、第６図
は最適条件下で約10分後に得られた発光強度分布図、第
７図はカットフィルターを用いた時に得られた発光強度
分布図、第８図は特殊フィルターの概念図、第９図は特
殊フィルターを用いた時の発光強度分布図である。 １……光学フィルター、２……望遠レンズ ３……ビデオカメラ、４……３脚 ５……画像処理装置、６……パーソナルコンピュータ ７……ディスプレイ、８……プリンター ９……ガス供給系、10……ガス排気系 11……観測窓、12……基板 13……チャンバー反応容器、14……基板保持台 15……マスフローコントローラ、16……バルブ
使用したプラズマCVD装置の概略図、第３図は従来型プ
ラズマ解析装置により得られた発光分光スペクトル図、
第４図は本発明により最適条件下で得られた発光強度分
布図、第５図は他の条件下での発光強度分布図、第６図
は最適条件下で約10分後に得られた発光強度分布図、第
７図はカットフィルターを用いた時に得られた発光強度
分布図、第８図は特殊フィルターの概念図、第９図は特
殊フィルターを用いた時の発光強度分布図である。 １……光学フィルター、２……望遠レンズ ３……ビデオカメラ、４……３脚 ５……画像処理装置、６……パーソナルコンピュータ ７……ディスプレイ、８……プリンター ９……ガス供給系、10……ガス排気系 11……観測窓、12……基板 13……チャンバー反応容器、14……基板保持台 15……マスフローコントローラ、16……バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 山本 一正 (56)参考文献 特開 昭59−99435（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−9929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−9928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−9927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−190811（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】プラズマCVD（化学的気相成長）装置のよ
うなプラズマ反応装置に、プラズマイオンシース部およ
びその近傍における発光強度分布を連続的に観察するた
めの監視装置を備えたプラズマ反応監視装置であって、
前記発光強度分布を連続的に画像化するための望遠レン
ズを装備したビデオカメラ、前記画像化した発光強度分
布をデータ化し、このデータ化した発光強度分布とデー
タ化した最適発光強度分布とを比較して電気信号を送出
する画像処理装置および前記電気信号をアナログ信号に
変換して送出するパーソナルコンピュータを設け、この
アナログ信号によってプラズマイオンシース部およびそ
の近傍における発光強度分布が最適発光強度分布になる
ように制御因子を制御することを特徴とするプラズマ反
応監視装置。 - 【請求項２】前記望遠レンズに特定の波長の光を透過す
る光学フィルターを用いたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のプラズマ反応監視装置。 - 【請求項３】前記望遠レンズに特定の波長の光を透過す
る数種の部分からなる特殊光学フィルターを用い、且つ
前記画像処理装置が数種の色情報を同一画面上に表示で
きるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のプラズマ反応監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62008634A JPH06101441B2 (ja) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | プラズマ反応監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62008634A JPH06101441B2 (ja) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | プラズマ反応監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63177415A JPS63177415A (ja) | 1988-07-21 |
| JPH06101441B2 true JPH06101441B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=11698378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62008634A Expired - Lifetime JPH06101441B2 (ja) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | プラズマ反応監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06101441B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5353266B2 (ja) | 2009-01-26 | 2013-11-27 | パナソニック株式会社 | プラズマ処理装置 |
| JP5353265B2 (ja) | 2009-01-26 | 2013-11-27 | パナソニック株式会社 | プラズマ処理装置 |
| US10957521B2 (en) * | 2018-05-29 | 2021-03-23 | Lam Research Corporation | Image based plasma sheath profile detection on plasma processing tools |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58190811A (ja) * | 1982-04-26 | 1983-11-07 | Fujitsu Ltd | アモルフアス水素化シリコン光導電膜の製造法 |
| JPS599927A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-19 | Hitachi Ltd | プラズマ・モニタ |
| JPS599928A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-19 | Hitachi Ltd | プラズマモニタ装置 |
| JPS599929A (ja) * | 1982-07-09 | 1984-01-19 | Hitachi Ltd | プラズマモニタ |
| JPS5999435A (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-08 | Toshiba Corp | マスク作成方法 |
| JPS5999435U (ja) * | 1982-12-24 | 1984-07-05 | 株式会社日立製作所 | 膜形成速度モニタ |
-
1987
- 1987-01-17 JP JP62008634A patent/JPH06101441B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63177415A (ja) | 1988-07-21 |
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