JPH1083893A - プラズマ制御方法及びその装置、並びにプラズマ測定方法及びその装置 - Google Patents

プラズマ制御方法及びその装置、並びにプラズマ測定方法及びその装置

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JPH1083893A
JPH1083893A JP8257456A JP25745696A JPH1083893A JP H1083893 A JPH1083893 A JP H1083893A JP 8257456 A JP8257456 A JP 8257456A JP 25745696 A JP25745696 A JP 25745696A JP H1083893 A JPH1083893 A JP H1083893A
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plasma
atoms
light
electron temperature
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JP8257456A
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Koji Kitagawa
浩司 北川
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ウエハ表面に均一な皮膜を成膜し得
るような常に安定した状態のプラズマを発生させるよう
にする。 【解決手段】本発明は、所定の反応ガスが供給された容
器内の所定間隔離れた位置に互いに対向するように固定
配置された負極及び正極間に電位差を与えることにより
発生させたプラズマ中に存在する原子の発光による光の
強度比率に基づいてプラズマの電子温度を算出し、当該
電子温度に基づいて負極及び正極間に電位差を与えるた
めの電圧値を制御することにより、常に安定した状態の
プラズマを発生させことができ、かくしてウエハ表面に
均一な皮膜を成膜することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 発明の属する技術分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 発明の実施の形態 （１）第１実施例（図１〜図５） （２）第２実施例（図６及び図７） （３）他の実施例（図８） 発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ制御方法
及びその装置、並びにプラズマ測定方法及びその装置に
関し、例えばスパツタ装置においてプラズマの電子温度
及び分布状態を算出してスパツタリングに最適なプラズ
マを発生させるプラズマ制御方法及びその装置、並びに
プラズマ測定方法及びその装置に適用して好適なもので
ある。
【０００３】
【従来の技術】従来、スパツタ装置においては通常10-7
[Torr]台の高真空に排気された真空チヤンバ内に円板形
状の金属塊（この場合はシリコン塊）でなるターゲツト
と加工対象であるウエハとを所定の距離を介して互いに
平行になるように配置し、当該真空チヤンバ内にＡｒで
なる不活性ガスを供給する。そして、スパツタ装置はタ
ーゲツトを陰極、ウエハを陽極として当該ターゲツト及
びウエハ間に約 1000[V]程度の電位差を与えることによ
りプラズマを発生させる。これにより、スパツタ装置は
真空チヤンバ内のＡｒ原子をイオン化させてターゲツト
に衝突させて当該ターゲツト表面から飛び出したＳｉ原
子をウエハ表面に付着堆積させて成膜している。
【０００４】このようなスパツタ装置では、通常真空チ
ヤンバ内に発生させたプラズマの状態が反応ガスの供給
量や印加電圧によつて変化したり、またマグネトロン方
式の場合に形成されるエロージヨンリングによつて、タ
ーゲツトが均一に減らずにある偏りをもつて減つてしま
う。このため、スパツタ装置ではターゲツト表面の酸化
あるいは窒化状態によつてウエハ表面に常に均一な皮膜
を成膜できるとは限らなかった。そこで、スパツタ装置
では真空チヤンバ内に発生させたプラズマの発光強度を
ＣＣＤカメラによつて検出することによりプラズマの状
態をおおよそ推測し、推測したプラズマの状態に基づい
て反応ガスの供給量や印加電圧を制御するようにしてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところでかかる構成の
スパツタ装置においては、プラズマの発光強度に基づい
てプラズマの状態をおおよそ推測することはできたが、
プラズマの電子温度を検出することはできなかつた。従
つて、スパツタ装置はプラズマの発光強度だけでは、ウ
エハ表面に均一な皮膜を成膜し得る安定した状態のプラ
ズマを発生させるための明確な数値目標を設定すること
ができず、プラズマを安定した状態に制御することが難
しいという問題があつた。
【０００６】また、スパツタ装置においてはプラズマの
電子温度の分布状態に応じてウエハ表面の皮膜の膜質、
結晶構造及び組成が変化する。ところが、従来のスパツ
タ装置ではプラズマの電子温度を検出できなかつたため
に、均一な皮膜を成膜したときのプラズマの中心部分や
外側部分等のあらゆる部分における電子温度の分布状態
を検出することはできなかつた。このため、スパツタ装
置では均一な皮膜を成膜したときのプラズマの電子温度
の状態（以下、これを基準温度分布と呼ぶ）に基づいて
実際のプラズマの電子温度を基準温度分布に近づけるよ
うに印加電圧を制御することはできなかつた。
【０００７】さらに、スパツタ装置においてはスパツタ
リング時のプラズマ中に含まれているターゲツトから飛
び出したスパツタリング原子（Ｓｉ原子）がプラズマ中
をどのように分散しているかといつたスパツタリング原
子の分布状態を検出することはできなかつた。このた
め、スパツタ装置ではウエハ表面に均一な皮膜を成膜し
得る安定した状態のプラズマを発生させたときのスパツ
タリング原子の分布状態（以下、これを基準分布状態と
呼ぶ）に基づいて反応ガスの供給量及び印加電圧を制御
することができず、かくして安定した状態のプラズマを
常に発生させることはできないという問題があつた。
【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、ウエハ表面に均一な皮膜を成膜し得る常に安定した
状態のプラズマを発生させるプラズマ制御方法及びその
装置、並びにプラズマ測定方法及びその装置を提案しよ
うとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、所定の反応ガスが供給された容器
内の所定間隔離れた位置に互いに対向するように固定配
置された負極及び正極間に電位差を与えることにより発
生させたプラズマ中に存在する原子の発光による光の強
度比率に基づいてプラズマの電子温度を算出し、当該電
子温度に基づいて負極及び正極間に電位差を与えるため
の電圧値を制御することにより、常に安定した状態のプ
ラズマを発生させる。
【００１０】所定の反応ガスが供給された容器内の所定
間隔離れた位置に互いに対向するように固定配置された
負極及び正極間に電位差を与えることにより発生させた
プラズマに所定波長の光ビームを照射し、当該プラズマ
中に分散している原子を基底状態から励起させることに
より生じる発光状態に基づいてプラズマ中に分散してい
る原子の分布状態を測定することにより、当該原子の分
布状態に基づいて反応ガスの供給量あるいは負極及び正
極間に電位差を与えるための電圧値を制御することがで
きる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施例を詳述する。
【００１２】（１）第１実施例 図１において１は全体としてスパツタ装置を示し、真空
チヤンバ２内にカソード（負極）３、アノード（正極）
４及び当該カソード３とアノード４との間の空間にＡｒ
の不活性ガス、及びＯ2 あるいはＮ2 等の反応ガスを供
給するガス供給管５が設けられると共に、矢印ｐ及びｒ
に示す方向に軸６Ａを中心として回転可能なシヤツタ６
が設けられている。また、スパツタ装置１はメカニカル
ボンプ７及びターボ分子ポンプ８を真空チヤンバ２の外
部に設けることにより、真空チヤンバ２内を排気して所
定のスパツタ圧力に設定し得るようになされている。
【００１３】ここで、カソード３は陰極電源９に電気的
に接続され、動作時に所定の電圧を印加し得るようにな
されている。また、カソード３ではスパツタリング時に
ターゲツト１０がＡｒ原子の衝突により発熱するため、
本体部３Ａの上部に形成された所定の空間からなる冷却
水用の水路３Ｂに冷却水を流すことにより、水路３Ｂの
上部に形成されたバツキングプレート３Ｃを介してター
ゲツト１０を冷却するようになされている。
【００１４】またアノード４は真空チヤンバ２の天井部
分に取り付けられると共に、真空チヤンバ２自体がアー
ス接地されており、またアノード４の基板ホルダ１１に
ウエハ１２がターゲツト１０と対向するように取り付け
保持されている。従つて、スパツタ装置１はスパツタ時
にターゲツト１０が陰極として作動し、かつ基板ホルダ
１１及び真空チヤンバ２の筐体部分が陽極として作動す
るようになされている。
【００１５】実際上、スパツタ装置１は真空チヤンバ２
内をメカニカルポンプ７により粗引きした後、ターボ分
子ポンプ８によつて所定のスパツタ圧力にするように真
空引きし、ガス供給管５によりＡｒガスを所定量供給す
る。そして、スパツタ装置１はカソード３及びアノード
４との間の空間に所定の電圧を印加することによりプラ
ズマを発生させ、さらに反応ガス（Ｏ2 ガス）を供給し
てターゲツト１０からはじき出されるスパツタリング原
子（Ｓｉ原子）と化学反応させ、基板ホルダ１１に保持
されたウエハ１２表面に皮膜（ＳｉＯ2 膜）を成膜する
ようになされている。ここで、シヤツタ６はスパツタリ
ング時には回転してスパツタリング原子をウエハ１２の
表面に付着堆積し易いようになされており、スパツタリ
ング時以外の例えばウエハ１２がセツトされていないと
きにはシヤツタ６によつて基板ホルダ１１の表面がスパ
ツタされないように防止している。
【００１６】続いて、スパツタ装置１は真空チヤンバ２
の右側面に所定径のビユーポート窓２Ｈが形成され、当
該ビユーポート窓２Ｈの外部には真空チヤンバ２の外壁
に固定されたプラズマ制御装置２０が設けられている。
このプラズマ制御装置２０は、真空チヤンバ２の外壁に
固定された光学ユニツトボード２１に撮像手段としての
ＣＣＤカメラ２２が固定され、このＣＣＤカメラ２２に
よつて真空チヤンバ２内に発生させたプラズマの発光状
態を画像として取り込み、当該画像に基づいてプラズマ
の発光強度を検出して制御手段としてのマイクロコンピ
ユータ３０によつて電子温度を算出するようになされて
いる。
【００１７】ここで、図２に示すように、例えばプラズ
マ中に存在するＡｒ原子のスペクトル線強度のピーク
（Ｐ1 、Ｐ2 及びＰ3 ）は、Ａｒ原子の回転エネルギ、
振動状態及び原子エネルギの違いによつて波長ごとに複
数存在する。従つて、スパツタ装置１ではこのようにピ
ークの異なるスペクトル線の波長にそれぞれ対応した波
長選択透過膜をＣＣＤカメラ２２の各画素上の縦１列ご
とに分けて取り付け、Ａｒ原子の発光による光をそれぞ
れの波長選択透過膜を介して取り込めるようになされて
いる。
【００１８】図３は、Ａｒ原子の発光による光を波長ご
とに取り込むＣＣＤカメラ２２における撮像素子の画素
部の断面構造を示す。ＣＣＤカメラ２２は、半導体基板
上にＳｉＯ2 の絶縁膜を介してポリシリコンの電極やＡ
ｌ電極を配設した一般的な構造となつており、Ａｌ電極
の上の保護膜２４を介して光透過膜２５、オンチツプレ
ンズ２６、当該オンチツプレンズ２６上に２層構造の波
長選択透過膜２７及び２８が取り付けられ、当該波長選
択透過膜２７及び２８を透過した光が半導体基板上に形
成された受光素子２９に受光されるようになされてい
る。
【００１９】実際上、図４に示すようにスパツタ装置１
は撮像素子の画素部の縦１列ごとに波長にそれぞれ対応
した波長選択透過膜（λ1 及びλ2 ）が交互に取り付け
られ、２種類の波長選択透過膜（λ1 及びλ2 ）を介し
て受光素子２９にＡｒ原子の発光による光を波長ごとに
取り込み、画像上での隣接する画素の発光強度比率に基
づいて電子温度を算出し得るようになされている。
【００２０】次に、プラズマの電子温度の算出方法を以
下に説明する。プラズマ中に存在するＡｒ原子のスペク
トル線強度は、与えられた振動数の放射を生じる量子的
遷移確率Ａnmと、対応する励起状態にある原子数Ｎn と
ｈνn との積で決まる。ここにνn はその光の振動数で
ある。プラズマが熱平衡にあれば、ｎ番目のエネルギー
レベルに励起されている原子の数Ｎn は統計力学の法則
に従うのでＮn は、次式
【数１】 となる。
【００２１】ここに、Ｎ0 を原子密度[cm -3] とし、ε
n をｎ番目のレベルの励起エネルギとし、ｇn をεn レ
ベルにおける統計重価とし、さらにＺ（Ｔ）を電子温度
Ｔでの問題としている原子の状態和とすると、Ｚ（Ｔ）
は、次式
【数２】 と表せる。ここで、Ａnmをｎ番目レベルよりｍ番目レベ
ルに落ちるときの遷移確率とし、νn をスペクトル線の
振動数とし、ｈをプランク定数6.62619 ×10-27[erg ・
s]とすれば、スペクトル線の強度Ｉn は、次式
【数３】 と表せる。
【００２２】この（３）式においてＡnm、ｇn 、Ｚ
（Ｔ）がわかるとＩn からＴが求められる。そして
（３）式の対数をとり、ｋ＝1.38062 ×10-14[erg/°
Ｋ] とし、εnを[ e Ｖ] 単位で表すため１[ e Ｖ] ＝
1.60218 ×10-12[erg]を用いると、次式
【数４】 を得る。但し、λn ＝ｃ／νn 、νn ＝ｃ／λn であ
る。（４）式の右辺第２項は、Ｔ、Ｎn が一定のときは
定数項である。故にＴとＩn との間には１対１の関係が
あることとなり、Ｉn を知ればＴが求まる。ここでｃは
光速であり、ｃ＝2.997725×10-3[m/s] である。
【００２３】あるいは、２本のスペクトル線の強度
Ｉn1、Ｉn2を知れば、（４）式より次式
【数５】 が得られる。ここに、εn1、εn2；Ａn1m1 gn1；Ａn2m2
gn2；νn1νn2は着目している原子の一対のスペクトル
線に固有な値である。従つて、一対のスペクトル線の強
度Ｉn1及びＩn2を測定すれば電子温度Ｔを求められるよ
うになされている。
【００２４】また、スパツタ装置１では上述の算出方法
に基づいてＣＣＤカメラ２２によつて画像として取り込
むプラズマの中央部分におけるＡｒ原子の発光状態や、
ウエハ１２に最も近い部分のＡｒ原子の光をＣＣＤカメ
ラ２２により波長ごとに取り込み、画像上での隣接画素
の発光強度比率に基づいてプラズマの部分ごとの電子温
度をそれぞれ算出することにより、ウエハ１２表面に均
一な皮膜を成膜したときのプラズマの電子温度の状態
（基準温度分布）を検出し得るようになされている。
【００２５】従つて、スパツタ装置１は基準温度分布の
ときのプラズマ（以下、これを理想のプラズマと呼ぶ）
の発光状態をＣＣＤカメラ２２で画像として取り込み、
画像上での隣接画素の発光強度比率に基づいてマイクロ
コンピユータ３０で電子温度を算出して予め記憶してお
き、当該電子温度を基準電子温度として陰極電源９の印
加電圧を制御して理想のプラズマを常に発生させ得るよ
うになされている。
【００２６】続いて、図５はスパツタ装置１において実
際に発生させたプラズマを理想のプラズマに近づけるた
めに印加電圧を調整して電子温度を制御する場合の処理
手順を示す。スパツタ装置１では、まずＲＴ１の開始ス
テツプから入つて、ステツプＳＰ１に移る。ステツプＳ
Ｐ１において、マイクロコンピユータ３０は理想のプラ
ズマの発光による光をＣＣＤカメラ２２によつて波長ご
とに取り込み、画像上での隣接画素の発光強度比率に基
づいて基準電子温度をマイクロコンピユータ３０によつ
て算出して記憶する。
【００２７】ステツプＳＰ２において、マイクロコンピ
ユータ３０は理想のプラズマの基準電子温度と真空チヤ
ンバ２内に発生させた実際のプラズマの電子温度とを比
べて、当該実際のプラズマの電子温度が基準電子温度の
許容範囲内に収まつているか否かを判断する。ここで否
定結果が得られると、このことはスパツタ装置１におけ
る実際のプラズマの電子温度が基準電子温度の許容範囲
内に収まつていないことを表しており、このときマイク
ロコンピユータ３０はステツプＳＰ３に移る。
【００２８】ステツプＳＰ３において、マイクロコンピ
ユータ３０は実際のプラズマの電子温度を基準電子温度
の許容範囲内に収まるように印加電圧を調整し、実際の
プラズマの電子温度を基準電子温度の許容範囲内に収め
て理想のプラズマにした後、再度ステツプＳＰ２に戻つ
て上述の処理を繰り返す。
【００２９】これに対してステツプＳＰ２において肯定
結果が得られると、このことはスパツタ装置１における
実際のプラズマの電子温度が基準電子温度の許容範囲内
に収まつていることを表しており、このときマイクロコ
ンピユータ３０はステツプＳＰ４に移る。ステツプＳＰ
４において、この場合スパツタ装置１は実際のプラズマ
の電子温度が基準電子温度の許容範囲内に収まつている
ので、そのままの状態で処理を終了する。
【００３０】以上の構成において、スパツタ装置１はＣ
ＣＤカメラ２２の各画素上の縦１列ごとに２種類の波長
選択透過膜（λ1 及びλ2 ）を形成したことにより、真
空チヤンバ２内に発生させた理想のプラズマ中に分散し
ているＡｒ原子の発光による光を波長ごとに取り込ん
で、隣接画素の発光強度比率に基づいて基準電子温度を
算出することができる。
【００３１】このように、スパツタ装置１は基準電子温
度を算出することにより、従来のような発光強度に基づ
いてプラズマを制御する場合と異なり、プラズマを制御
するための明確な数値としての基準電子温度を設定する
ことができる。従つて、スパツタ装置１は算出した基準
電子温度を予め記憶しておき、当該基準電子温度をプラ
ズマ制御のための目標温度として設定することにより、
陰極電源９の印加電圧の制御を明確な目標温度に基づい
て行うことができる。
【００３２】また、スパツタ装置１ではプラズマの発光
状態をＣＣＤカメラ２２によつて所定領域分の大きさの
画像として取り込むことにより、当該画像に基づいてプ
ラズマの中心部分や外側部分の電子温度をそれぞれ算出
することができ、これによりウエハ１２表面に均一な皮
膜を成膜したときのプラズマ全体の電子温度の状態（基
準温度分布）も検出できる。
【００３３】従つて、スパツタ装置１では算出した基準
温度分布に基づいて印加電圧を制御して実際のプラズマ
の電子温度を基準温度分布に近づけることができ、かく
してウエハ１２表面の皮膜の膜質、結晶構造及び組成を
ウエハ１２表面に均一な皮膜を成膜したときの状態にす
ることができる。
【００３４】以上の構成によれば、スパツタ装置１では
ＣＣＤカメラ２２の各画素の縦１列ごとに形成した２種
類の波長選択透過膜（λ1 及びλ2 ）を介して理想のプ
ラズマ中に分散しているＡｒガスの発光による光を波長
ごとに取り込み、画像上での隣接画素の発光強度比率に
基づいて基準電子温度をマイクロコンピユータ３０によ
つて算出して予め記憶しておき、当該基準電子温度に基
づいて陰極電源９の印加電圧を制御することにより、実
際に発生させたプラズマの電子温度を基準電子温度の許
容範囲内に収めて理想のプラズマを発生させることがで
きる。このように、スパツタ装置１は算出した基準電子
温度に基づいて印加電圧を制御することにより、理想の
プラズマを常に発生させることができ、かくしてウエハ
１２表面に均一な皮膜を常に成膜することができる。
【００３５】（２）第２実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図６におい
て、スパツタ装置４０は図１のスパツタ装置１のプラズ
マ制御装置２０に代えてプラズマ測定装置４１を新たに
設けて構成されている。このスパツタ装置４０は、プラ
ズマ測定装置４１によつてプラズマ中のスパツタリング
原子（Ｓｉ）やＳｉ2 分子及びＳｉＯ分子がどのように
分散しているかを検出して原子の分布状態を３次元形状
位置ごとに算出しようとするものである。
【００３６】実際上、スパツタ装置４０は、まず真空チ
ヤンバ２内にプラズマを発生させない状態で分布状態を
算出したい原子の波長にそれぞれ対応したレーザビーム
を色素レーザ４２によつて照射し、当該レーザビームを
ビームエクスパンダレンズ４３及びスリツト４４を介し
て所定の大きさに拡げた短冊状のスリツト光にし、ガル
バノミラー４５によりスリツト光の照射位置を少しづつ
シフトして平板４６に照射する。平板４６には、少しづ
つシフトされたスリツト光によつて白、黒、白、黒……
と見える縦縞状のラインが映し出されるので、レーザビ
ームの波長に応じた波長選択透過膜が縦一列ごとに設け
られたＣＣＤカメラ４７によつて平板４６に映し出され
た縦縞状のラインを取り込み、画像フリーズ装置４８に
よつて静止状態の基準画像として測定手段としてのマイ
クロコンピユータ４９に予め記憶させておく。ここで、
ＣＣＤカメラ４７における撮像素子の画素部の断面構造
は第１実施例のＣＣＤカメラ２２（図３）と同様であ
る。
【００３７】次に、スパツタ装置４０は真空チヤンバ２
内にプラズマを発生させ、色素レーザ４２、ビームエク
スパンダレンズ４３及びスリツト４４を介して所定の大
きさに拡げた短冊状のスリツト光を、プラズマを発生さ
せない状態で平板４６に照射したときと同じ状態でガル
バノミラー４５により照射位置をシフトしながら位置決
めしてプラズマに照射させる。実際上、図７に示すよう
に、スパツタ装置４０はプラズマ中を分散している原子
あるいは分子に短冊状のスリツト光を照射して原子を基
底状態から励起させて発光させることにより、短冊状の
スリツト光がプラズマ中を分散している原子あるいは分
子の分布に応じたカーブ状のラインとして見える。
【００３８】このように、スパツタ装置４０は分布状態
を算出したい原子にそれぞれ対応した波長のスリツト光
を、プラズマを発生させない状態で平板４６に照射した
ときと同じ状態でプラズマに照射して、原子を励起させ
ることにより生じたカーブ状のラインを静止画像として
取り込む。これにより、スパツタ装置４０は静止画像と
して取り込んだカーブ状のラインと、予めマイクロコン
ピユータ４９に記憶させておいた基準画像の縦縞状のラ
インとのずれ量δに基づいてプラズマに分散している原
子あるいは分子の分布状態を３次元形状位置ごとに算出
し、当該分布状態に基づいて印加電圧値を調整したり、
反応ガスの供給量を制御して常に安定した状態のプラズ
マを発生させるようになされている。
【００３９】以上の構成において、スパツタ装置４０は
色素レーザ４２によつてプラズマ中に分散している原子
あるいは分子にそれぞれ対応した波長のレーザビームを
照射し得るようにしたことにより、例えばスパツタリン
グ原子に対応した波長のレーザビームがスパツタリング
原子に照射されると、当該スパツタリング原子が励起さ
れてカーブ状のラインとして見えるようになる。またＳ
ｉＯ分子に対応した波長のレーザビームがＳｉＯ分子に
照射されると、当該ＳｉＯ分子が励起されてカーブ状の
ラインとして見えるようになる。このことは、Ｓｉ2 分
子においても同様である。
【００４０】このように原子あるいは分子が励起されて
カーブ状のラインとして見える光を波長選択透過膜の形
成されたＣＣＤカメラ４７によつて画像として取り込む
ことにより、基準画像の縦縞状のラインとのずれ量δを
算出することができる。これにより、スパツタ装置４０
は各原子が励起されて見えるカーブ状のラインと、基準
画像の縦縞状のラインとのずれ量δに基づいてプラズマ
中に分散している原子あるいは分子の分布状態を３次元
形状位置ごとに算出できる。例えば、スパツタリング原
子の分布状態を算出した場合には当該分布状態に基づい
てマイクロコンピユータ４９が印加電圧値を調整して制
御し、またＳｉＯ分子の分布状態を算出した場合には当
該分布状態に基づいてマイクロコンピユータ４９がバル
ブ３１の開閉量を調整して反応ガスの供給量を制御し
て、常に安定した状態のプラズマを発生させることがで
きる。
【００４１】このように、スパツタ装置４０はプラズマ
中を分散している原子あるいは分子の分布状態を３次元
形状位置ごとに算出し、理想のプラズマ中に分散するス
パツタリング原子やＳｉ2 分子及びＳｉＯ分子の分布状
態に基づいて反応ガスの供給量をバルブ３１を介して制
御したり、あるいは負極電源９を調整して印加電圧値を
制御することができ、これによりプラズマ中に分散して
いる原子あるいは分子の分布状態を常に安定させて理想
のプラズマを発生させることができる。
【００４２】以上の構成によれば、スパツタ装置４０は
プラズマ中に分散しているスパツタリング原子やＳｉ2
分子及びＳｉＯ分子にそれぞれ対応した波長のレーザビ
ームを照射し、原子を基底状態から励起して発光させる
ことにより、原子あるいは分子の分布状態を３次元形状
位置ごとに算出することができる。これにより、スパツ
タ装置４０は理想のプラズマ中に分散している原子ある
いは分子の分布状態を基準として反応ガスの供給量、あ
るいは印加電圧値を制御して常に安定した状態の理想の
プラズマを発生させることができ、かくしてウエハ１２
表面に均一な皮膜を常に成膜することができる。
【００４３】（３）他の実施例 なお上述の第１及び第２実施例においては、ＣＣＤカメ
ラ２２の画素上に配設されたチツプレンズ２６の表面に
波長選択透過膜２７及び２８を形成するようにした場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、要は受光素
子２９からオンチツプレンズ２６までの間であれば、図
８に示すように受光素子２９上に波長選択透過膜２７及
び２８を形成するようにしても良い。この場合にも上述
の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４４】また上述の第１及び第２実施例において
は、ＣＣＤカメラ２２の画素上に配設されたチツプレン
ズ２６の表面に波長選択透過膜２７及び２８を２層に形
成するようにした場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、単層あるいは多層からなる波長選択透過膜に
よつて所定波長の光を取り込めるようにしても良い。
【００４５】また上述の第１及び第２実施例において
は、ＣＣＤカメラ２２及び４７の画素上に配設されたチ
ツプレンズ２６の表面に形成された波長選択透過膜をＣ
ＣＤカメラ２２及び４７の画素上の縦１列ごとに分けて
形成するようにした場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、各画素ごとに波長の異なる波長選択透過膜
を取り付けたり、また所定のエリアごと例えば４分の１
づつ分割して４種類の波長選択透過膜を各エリアごとに
取り付けるようにしても良く、さらには２個のＣＣＤカ
メラを用いて各ＣＣＤカメラごとに波長の異なる波長選
択透過膜を受光面に取り付けて用いるようにしても良
い。
【００４６】さらに上述の第１実施例においては、プラ
ズマ中のＡｒ原子の発光による光を波長ごとにＣＣＤカ
メラ２２で取り込み、画像上での隣接画素の発光強度比
率に基づいて電子温度を算出するようにした場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、発光しない原子に
レーザービームを照射して発光させ、当該発光による光
をＣＣＤカメラ２２により波長ごとに取り込むことによ
り電子温度を算出するようにしても良い。
【００４７】さらに上述の第２実施例においては、プラ
ズマを発生させない状態で平板４６に短冊状のスリツト
光を照射して映し出された縦縞状のラインを基準画像と
して用いるようにした場合について述べたが、本発明は
これに限らず、要はプラズマの形状及び原子あるいは分
子の分布状態を測定できればスリツト光の形状には他の
種々の形状のスリツト光を用いるようにしても良い。
【００４８】さらに上述の第１及び第２実施例において
は、真空ポンプとしてメカニカルポンプ７やターボ分子
ポンプ８を用いるようにした場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、クライオポンプ等の他の種々の真
空ポンプを用いるようにしても良い。
【００４９】さらに上述の第１及び第２実施例において
は、本発明をスパツタリング装置１及び４０に適用する
ようにした場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、要は反応ガスが供給された真空チヤンバ２内に固定
配置されたターゲツト１０と、当該ターゲツト１０と対
向するように配置されたウエハ１２との間に所定の電位
差を与えてプラズマを発生させることによりウエハ１２
表面に皮膜を形成することができれば、マグネトロン方
式のスパツタ装置等、他の種々のプラズマを発生する装
置に適用するようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、所定の反
応ガスが供給された容器内の所定間隔離れた位置に互い
に対向するように固定配置された負極及び正極間に電位
差を与えることにより発生させたプラズマ中に存在する
原子の発光による光の強度比率に基づいてプラズマの電
子温度を算出し、当該電子温度に基づいて負極及び正極
間に電位差を与えるための電圧値を制御することによ
り、常に安定した状態のプラズマを発生させることがで
き、かくしてウエハ表面に均一な皮膜を成膜することが
できる。
【００５１】所定の反応ガスが供給された容器内の所定
間隔離れた位置に互いに対向するように固定配置された
負極及び正極間に電位差を与えることにより発生させた
プラズマに所定波長の光ビームを照射し、当該プラズマ
中に分散している原子を基底状態から励起させることに
より生じる発光状態に基づいてプラズマ中に分散してい
る原子の分布状態を測定することにより、当該原子の分
布状態に基づいて反応ガスの供給量あるいは負極及び正
極間に電位差を与えるための電圧値を制御することがで
き、かくしてウエハ表面に均一な皮膜を成膜することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマ制御装置に用いるスパツ
タ装置の第１実施例を示す略線的斜視図である。
【図２】本発明によるプラズマ中に存在するＡｒ原子の
スペクトル線強度のピークを示す特性曲線図である。
【図３】本発明によるＣＣＤカメラの画素部の構造を示
す断面図である。
【図４】本発明によるＣＣＤの各画素上に形成された波
長選択透過膜の配置を示す略線図である。
【図５】本発明による基準電子温度に基づいて電子温度
を制御する処理手順を示すフローチヤートである。
【図６】本発明によるプラズマ測定装置に用いるスパツ
タ装置の第２実施例を示す略線的斜視図である。
【図７】本発明によるプラズマに照射したスリツト光の
曲がりからプラズマ中に存在するスパツタリング原子の
分布状態の算出に供する略線図である。
【図８】本発明によるＣＣＤカメラの画素部の他の実施
例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、４０……スパツタ装置、２……真空チヤンバ、３…
…カソード、４……アノード、５……ガス供給管、６…
…シヤツタ、７……メカニカルポンプ、８……ターボ分
子ポンプ、９……陰極電源、１０……ターゲツト、１１
……基板ホルダ、１２……ウエハ、２０……プラズマ制
御装置、２１……光学ユニツトボード、２２、４７……
ＣＣＤカメラ、２５……光透過膜、２６……オンチツプ
レンズ、２７、２８……波長選択透過膜、３０、４９…
…マイクロコンピユータ、３１……バルブ、４１……プ
ラズマ測定装置、４２……色素レーザ、４３……ビーム
エクスパンダレンズ、４４……スリツト、４５……ガル
バノミラー、４６……平板、４８……画像フリーズ装
置。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の反応ガスが供給された容器内の所定
    間隔離れた位置に互いに対向するように固定配置された
    負極及び正極間に電位差を与えることにより発生させた
    プラズマの電子温度を制御するプラズマ制御方法におい
    て、 上記プラズマ中に存在する原子の発光による光の強度比
    率に基づいて上記プラズマの電子温度を算出する第１の
    ステツプと、 上記電子温度に基づいて上記負極及び正極間に電位差を
    与えるための電圧値を制御する第２のステツプとを具え
    ることを特徴とするプラズマ制御方法。
  2. 【請求項２】上記第１のステツプでは、上記プラズマ中
    に存在する原子の発光による光を第１及び第２のスペク
    トルの波長にそれぞれ対応した第１及び第２波長選択透
    過膜を介して固体撮像素子に取り込み、当該固体撮像素
    子の出力から得られる画像上での光の強度比率に基づい
    て上記電子温度を算出することを特徴とする請求項１に
    記載のプラズマ制御方法。
  3. 【請求項３】所定の反応ガスが供給された容器内の所定
    間隔離れた位置に互いに対向するように固定配置された
    負極及び正極間に電位差を与えることにより発生させた
    プラズマの電子温度を制御するプラズマ制御装置におい
    て、 上記プラズマ中に存在する原子の発光による光を取り込
    む撮像手段と、 上記撮像手段で取り込んだ上記原子の発光による光の強
    度比率に基づいて上記プラズマの電子温度を算出すると
    共に、当該電子温度に基づいて上記負極及び正極間に電
    位差を与えるための電圧値を制御する制御手段とを具え
    ることを特徴とするプラズマ制御装置。
  4. 【請求項４】上記撮像手段は、上記プラズマの発光によ
    る光を第１及び第２のスペクトルの波長にそれぞれ対応
    した第１及び第２波長選択透過膜を介して取り込む固体
    撮像素子でなり、上記制御手段は、上記固体撮像素子の
    出力から得られる画像上での光の強度比率に基づいて上
    記電子温度を算出することを特徴とする請求項３に記載
    のプラズマ制御装置。
  5. 【請求項５】所定の反応ガスが供給された容器内の所定
    間隔離れた位置に互いに対向するように固定配置された
    負極及び正極間に電位差を与えることにより発生させた
    プラズマ中に分散している原子の分布状態を測定するプ
    ラズマ測定方法において、 所定波長の光ビームを上記プラズマに照射し、当該プラ
    ズマ中に分散している上記原子を基底状態から励起させ
    ることにより生じる発光状態に基づいて上記プラズマ中
    に分散している上記原子の分布状態を測定することを特
    徴とするプラズマ測定方法。
  6. 【請求項６】上記反応ガスは複数種類の各種原子が混合
    された状態でなり、当該各種原子にそれぞれ応じた波長
    の光ビームを上記プラズマに照射することにより、上記
    各種原子を基底状態から励起させて生じるそれぞれの発
    光状態に基づいて上記各種原子の分布状態を測定するこ
    とを特徴とする請求項５に記載のプラズマ測定方法。
  7. 【請求項７】所定の反応ガスが供給された容器内の所定
    間隔離れた位置に互いに対向するように固定配置された
    負極及び正極間に電位差を与えることにより発生させた
    プラズマ中に分散している原子の分布状態を測定するプ
    ラズマ測定装置において、 上記反応ガス中に分散している原子に応じた所定波長の
    光ビームを照射する光源と、 上記所定波長の光ビームを上記プラズマに照射し、当該
    プラズマ中に分散している上記原子を基底状態から励起
    させることにより生じる光を取り込む撮像手段と、 上記撮像手段の出力から得られる画像上での光の強度比
    率に基づいて上記プラズマ中に分散している上記原子の
    分布状態を測定する測定手段とを具えることを特徴とす
    るプラズマ測定装置。
  8. 【請求項８】上記反応ガスは複数種類の各種原子が混合
    された状態でなり、上記測定手段は上記反応ガス中に存
    在する各種原子にそれぞれ応じた波長の光ビームを上記
    プラズマに照射することにより、上記各種原子を基底状
    態から励起させて生じるそれぞれの発光状態に基づいて
    上記各種原子の分布状態を測定することを特徴とする請
    求項７に記載のプラズマ測定装置。
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