JPH1167490A - 炭素ラジカルの絶対値密度出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炭素原子を含んだ原料ガス中における炭素ラジ
カルを絶対値で出力して確認可能にする炭素ラジカルの
絶対値密度出力装置の提供。 【解決手段】容器内に導入される炭素原子を含んだ原料
ガスに対し、発光線発生装置から波長２９６．７ｎｍの
炭素ラジカル光線を照射し、炭素ラジカル光線の出射量
と原料ガス中を透過した炭素ラジカル光線の透過量から
算出された炭素ラジカルの吸収率により式１を基づいて
吸収係数を算出する。該吸収係数と波長２９６．７ｎｍ
の炭素ラジカル光線の放射減衰率であるアインシュタイ
ンＡ係数から式２に基づいて炭素ラジカルの絶対値密度
を演算し、出力手段へ出力して確認可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、容器内に導入さ
れる炭素原子を含んだ原料ガス中の炭素ラジカル密度を
絶対値で出力する炭素ラジカルの絶対値出力装置に関す
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば半導体製造工程
においては、反応プラズマ中の炭素ラジカルにより半導
体ウェハーやＬＣＤ用ガラス基板等の各種被処理体をエ
ッチング処理したり、被処理体上に炭素ラジカルによる
ダイヤモンド薄膜等の炭素薄膜を成膜しているが、エッ
チング処理や成膜の加工精度が超微細化している現状に
おいては、これらの処理を高速、高選択比、高精度に行
う必要から反応プラズマ中の炭素ラジカル密度を高精度
に制御することが不可欠になっている。

【０００３】本出願人は、特願平８−２５７６１７号に
おいてプラズマ化した炭素原子を含む原料ガスに対して
発光線発生手段から炭素ラジカル光線を照射し、炭素ラ
ジカル光線の出射量とプラズマの透過量に基づいてプラ
ズマ中の炭素ラジカル密度を計測し、該炭素ラジカル密
度に基づいてプラズマ処理する方法を提案したが、該方
法にあっては、容器内に発生する炭素ラジカルの密度を
炭素ラジカル光線の吸収率として測定し、該吸収率に基
づいてプラズマ反応容器中への原料ガス導入量、電極に
印加される電力、プラズマ反応容器内の圧力或いはプラ
ズマ反応容器の温度を、吸収率がほぼ一定化するように
夫々制御してプラズマ中における炭素ラジカル量を制御
しているが、これらの制御方法では炭素ラジカルの絶対
密度が不明なため、炭素ラジカルを高い精度で制御する
ことができなかった。

【０００４】この欠点は、炭素ラジカルを絶対値として
求めることにより解決し得るが、炭素ラジカルの吸収率
から炭素ラジカルの絶対値密度を求めるには、現在の
処、炭素ラジカルの放射減衰率であるアインシュタイン
Ａ係数が不明なため、炭素ラジカルの絶対値密度を求め
ることができなかった。

【０００５】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その課題とする処は、炭
素原子を含んだ原料ガス中における炭素ラジカルの密度
を絶対値で確認することができ、炭素ラジカルの高精度
制御を可能にする炭素ラジカルの絶対値出力装置を提供
することにある。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】このため本発明は、容
器内に導入される炭素原子を含んだ原料ガスに対し、発
光線発生装置から波長２９６．７ｎｍの炭素ラジカル光
線を照射して炭素ラジカル光線の出射量と原料ガス中を
透過した炭素ラジカル光線の透過量に基づいて測定され
た炭素ラジカルの吸収率から算出された吸収係数及び波
長２９６．７ｎｍのアインシュタインＡ係数４．７×１
０⁴ Ｓ^-1から原料ガス中における炭素ラジカルの絶対値
密度を演算する絶対値密度演算手段と、演算された炭素
ラジカル密度を絶対値として出力する出力手段から構成
される。

【０００７】そして容器内の炭素ラジカル密度を絶対値
として直接で確認することができ、炭素ラジカル密度を
高い精度で制御することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る炭素ラジカ
ルの絶対値密度出力装置を、高周波によりプラズマを発
生させる誘導結合型プラズマ処理装置に実施した実施形
態に基づいて説明する。

【０００９】実施形態 図１はプラズマ処理装置の概略を示す概略断面図であ
る。

【００１０】図２は発光線発生装置の概略を示す概略断
面図である。

【００１１】図３はプラズマ処理装置の制御概略を示す
説明図である。

【００１２】成膜装置或いはエッチング処理装置として
プラズマ処理装置１の処理室を構成する真空容器３上部
には石英管により構成された放電室５が設けられ、該放
電室５の周囲には高周波電源７に接続された高周波アン
テナ９が螺旋状に設けられている。この高周波アンテナ
９は高周波電源７から印加される高周波電力により放電
室５及び真空容器３内にプラズマを発生させる。放電室
５と高周波アンテナ９の間には周方向に多数のスリット
が形成され、かつ接地された銅板等の静電シールド部材
１１が取付けられている。又、放電室５は流水中に浸漬
され、該放電室５がエッチングされるのを防いでいる。
更に、真空容器３の外壁面には温度調整手段としての壁
面ヒーター１２が取り付けられ、該壁面ヒーター１２に
より真空容器３の温度を調整することにより内部におけ
るプラズマ反応度を調整するように構成されている。

【００１３】尚、上記した高周波としてはＲＦ帯域（１
３．５６ＭＨｚ）、ＶＨＦ帯域（１００ＭＨｚ）或いは
ＵＨＦ帯域（５００ＭＨｚ）の何れであってもよく、又
マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）或いは直流電力によりプ
ラズマを発生させてもよい。

【００１４】放電室５の下部外周側に位置する真空容器
３上部にはヘリウムガス、アルゴンガス等の反応性ガス
と共にエッチング処理の場合にはフルオロカーボンガス
（Ｃ_x Ｆ_x ）、又カーボン薄膜を成膜する場合に一酸化
炭素ガス（ＣＯガス）等の炭素原子を含有した原料ガス
を所定の流量で真空容器３内に導入するための導入口１
３が設けられている。該導入口１３には反応性ガス供給
源及び原料ガス供給源（何れも図示せず）が、パルスモ
ータ１４ａ・１６ａにより開度を数値制御可能なバルブ
１４ｂ・１６ｂを設けて接続され、真空容器３内に導入
される反応性ガス及び原料ガスの量を調整可能にしてい
る。

【００１５】真空容器３内には電極としての載置台１５
が設けられ、該載置台１５上には半導体ウェハーやＬＣ
Ｄ用ガラス基板等の被処理体１７が、必要に応じて静電
チャック１９等の保持部材を介して載置される。載置台
１５にはバイアス電源２１が接続され、該バイアス電源
２１は任意のパルス幅のバイアス電圧を載置台１５に印
加してマイナスのバイアスを生じさせている。又、真空
容器３の下部には真空排気装置（図示せず）の排気管２
３が圧力可変バルブ２４を介して接続され、導入口１３
から原料ガスを導入しながら排気管２３から圧力可変バ
ルブ２４により調整された量の空気を排気して真空容器
３及び放電室５における原料ガス圧を調整可能にしてい
る。

【００１６】尚、上記した静電チャック１９は絶縁性薄
膜間に電極（図示せず）を設け、該電極に直流電流を印
加して被処理体１７を静電吸着させて保持する。又、載
置台１５には液体窒素等の冷媒を循環させて冷却する冷
却手段（図示せず）及び加熱するヒーター（図示せず）
が必要に応じて設けられ、被処理体１７を所望の温度に
調節することができる。

【００１７】真空容器３の側壁にはＳｉＯ₂ 等からなる
一対の窓２５ａ・２５ｂが相対して設けられ、一方の窓
２５ａの外側には発光線発生装置２７及基準発光線発生
装置４４が、又他方の窓２５ｂの外側には発光線発生装
置２７から出射されて真空容器３内のプラズマ中を通過
した炭素ラジカル光線を検出する発光線検出装置２９が
夫々設けられている。これら発光線発生装置２７及び基
準発光線発生装置４４、発光線検出装置２９は発光線発
生装置２７から出射される炭素ラジカル光線の強度とプ
ラズマ中を透過して発光線検出装置２９に受光される炭
素ラジカル光線の強度に基づいてプラズマ中における炭
素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収率を測定する
ものであり、測定された炭素ラジカルの吸収率に関する
データは絶対値密度演算手段を構成する制御手段３１へ
転送される。

【００１８】制御手段３１は転送された炭素ラジカルの
吸収率に基づいて式１から吸収係数を算出し、該吸収係
数と後述するように測定された波長２９６．７ｎｍの炭
素ラジカル光線の放射減衰率であるアインシュタインＡ
係数に基づいて式２から炭素ラジカルの絶対値密度を演
算処理し、該絶対値密度を出力手段を構成するＣＲＴ、
ＬＣＤ等の表示装置３２に表示したり、プリンター３４
により印字する。

【００１９】又、制御手段３１は演算された炭素ラジカ
ルの絶対値密度に基づいて高周波アンテナ９に印加され
る高周波電力、載置台１５に印加されるバイアス電圧を
夫々制御したり、パルスモータ１４ａ・１６ａを駆動制
御して真空容器３に導入される反応性ガス及び原料ガス
の導入量を夫々調整したり、高周波電源７を可変制御し
て高周波アンテナ９に印加される電力を制御したり、壁
面ヒーター１２により真空容器３の温度を調整してプラ
ズマ反応度を制御したり、圧力可変バルブ２４により真
空容器３内の排気量を調整して内部の圧力を制御して真
空容器３内の炭素ラジカル密度を一定化させる。

【００２０】尚、真空容器３内の炭素ラジカルを一定化
するための制御態様としては表示装置３２に表示された
り、プリンター３４で印字された炭素ラジカルの絶対密
度を参照して原料ガスの導入量、高周波アンテナ９に印
加される電力等を手動で調整制御してもよい。又、発光
線発生装置２７と基準発光線発生装置４４及び発光線検
出装置２９の配置位置は炭素ラジカル光線が被処理体１
７の反応面の直上、例えば１０ｍｍ上方を通過する位置
が望ましい。

【００２１】次に、発光線発生装置２７及び基準発光線
発生装置４４を説明する。尚、図２は発光線発生装置２
７のみを示すが、基準発光線発生装置４４も同様な構成
であり、その詳細な説明を省略する。

【００２２】発光線発生装置２７（基準発光線発生装置
４４）の円筒ケース３３はステンレス等の金属製で、そ
の先端開口には、例えば光が透過可能なＳｉＯ２等から
なる窓３５が取付けられている。該窓３５の材質につい
ては上記した窓２５ａ・２５ｂと同様に他の材質であっ
てもよい。又、円筒ケース３３内のガラス管３７内には
電源（図示せず）に接続されたカーボン電極３９が取付
けられ、窓３５に相対するカーボン電極３９の先端面に
は凹部３９ａが形成されている。更に、円筒ケース３３
の側壁にはガス導入口４１及び真空排気装置（図示せ
ず）に接続された排気口４３が相対して設けられ、ガス
導入口４１を介してアルゴンガス（Ａｒ）と炭素原子及
び酸素原子を含む、例えばＣＯガスを所定の流量で円筒
ケース３３内へ導入する一方、排気口４３から排気して
円筒ケース３３内のガス圧をほぼ一定に保つように構成
されている。

【００２３】そしてカーボン電極３９に電圧（例えば印
加電圧４００Ｖ、電流３０ｍＡ）を印加すると、カーボ
ン電極３９先端面の凹部３９ａと窓３５の間にプラズマ
が発生して炭素ラジカルを波長２９６．７ｎｍで発光さ
せて炭素ラジカル光線を得ている。この炭素ラジカル光
線は窓３５を透過した後、窓２５ａとの間に配置された
レンズ３６により平行光線になり、真空容器３内を通過
して他方の窓２５ｂに向かうように出射される。

【００２４】尚、レンズ３６と一方の窓２５ａの間に半
透鏡４０及びチョッパー４２を夫々設け、半透鏡４０に
より発光線発生装置２７から出射された炭素ラジカル光
線の光路を発光線検出装置２９と基準発光線発生装置４
４に分散させると共にチョッパー４２により発光線検出
装置２９に向かう炭素ラジカル光線をＯＮ−ＯＦＦさせ
る。又、他方の窓２５ｂと発光線検出装置２９の間にレ
ンズ３８を設け、他方の窓２５ｂを透過した平行光線を
スポット光に収束して発光線検出装置２９に受光させる
ようにすればよい。

【００２５】上記のように構成されたプラズマ処理装置
１により被処理体１７に成膜処理したり、エッチング処
理したりする。即ち、被処理体１７に炭素薄膜を成膜す
るには、導入口１３からＣＯガス等の原料ガスを導入す
ると共に高周波アンテナ９に高周波電力を印加すると、
原料ガスは高周波電界により反応性プラズマ化し、該反
応性プラズマ内の炭素ラジカルを被処理体１７上に堆積
してダイヤモンド薄膜、硬質炭素薄膜或いは炭化珪素薄
膜等を形成させる。又、被処理体１７をエッチング処理
するには、導入口１３からフルオロカーボンガス等の原
料ガスを導入して上記と同様に反応性プラズマ化した状
態でバイアス電源２１から載置台１５にバイアス電圧を
印加すると、反応性プラズマ中の陽イオン化したＦイオ
ン、ＣＦｘイオン、炭素イオンを被処理体１７に衝突さ
せて被処理体１７をエッチング処理する。

【００２６】そして上記プラズマ処理装置１による成膜
処理中或いはエッチング処理中においては高周波アンテ
ナ９に印加される高周波電力を制御したり、載置台１５
に印加されるバイアス電圧を制御することにより成膜さ
れる薄膜の厚さを調整したり、エッチングの選択比、加
工精度を調整するため、発光線発生装置２７と基準発光
線発生装置４４及び発光線検出装置２９により反応性プ
ラズマ中における炭素ラジカルの吸収率Ｉ_a ／Ｉ₀ を測
定して炭素ラジカル密度を絶対値として得る。

【００２７】先ず、炭素ラジカルの吸収率測定方法を説
明すると、高周波アンテナ９に対する高周波電力の非印
加状態、即ちプラズマの非発生状態において発光線発生
装置２７から出射された炭素ラジカル光線を半透鏡４０
により２つに分けて発光線検出装置２９及び基準発光線
発生装置４４に夫々入射させて強度を測定し、その強度
比Ｉ₀₀／Ｉ_r0＝αを求めておく。次に、高周波アンテナ
９に高周波電力を印加してプラズマ化した状態で、先ず
チョッパー４２を閉じた状態で該プラズマ中の炭素ラジ
カルから発光する炭素ラジカル光線の強度Ｉ₁ を発光線
検出装置２９により測定する。

【００２８】次に、チョッパー４２を開いた状態でプラ
ズマ中における炭素ラジカルの発光強度Ｉ₁ と発光線発
生装置２７から出射され、プラズマ中で一部が吸収され
た炭素ラジカル光線の強度Ｉ_0'との和である強度Ｉ₂ を
測定する。そして強度Ｉ₁ 及びＩ₂ を測定している間
中、常に基準発光線発生装置４４により発光線発生装置
２７から出射される炭素ラジカル光線の強度Ｉ_r を測定
し、該強度Ｉ_r と上記の式Ｉ₀₀／Ｉ_r0で求められた強度
比αとにより発光線発生装置２７から出射され、プラズ
マ中の炭素ラジカルに吸収されない場合に発光線検出装
置２９に入射される強度Ｉ₀ を求めてプラズマ中におけ
る炭素ラジカルの吸収率を測定する際の基準強度にす
る。そして測定された上記各強度から、式（Ｉ₂ −
Ｉ₁ ）／Ｉ₀ によりプラズマ中における炭素ラジカルに
よる炭素ラジカル光線の吸収率Ｉ_a ／Ｉ₀を求める。

【００２９】次に、上記のようにして求められたプラズ
マ中における炭素ラジカルの吸収率Ｉ_a ／Ｉ₀ から炭素
ラジカルの絶対値密度を求める方法を説明する。

【００３０】一般にプラズマ中における炭素ラジカルの
吸収率は以下の式１により求められる。

【００３１】

【式１】

【００３２】又、炭素ラジカルの絶対値密度は以下の式
２により求められる。

【００３３】

【式２】

【００３４】今、吸収率Ｉ_a ／Ｉ₀ 、炭素ラジカル光線
のプロファイル等が判明しているため、上記式１から吸
収係数ｋ₀ が求められる。そして上記式２においては式
１から吸収係数ｋ₀ が算出されているため、アインシュ
タインＡ係数：Ａが特定されていれば絶対値密度：Ｎを
求めることができる。以下に波長２９６．７ｎｍで２ｓ
２ｐ^{3 5}Ｓ₂ −２ｓ² ２ｐ^{2 3}Ｐ₂ の炭素ラジカル光線
のアインシュタインＡ係数の測定方法を説明する。

【００３５】図４及び図５はアインシュタインＡ係数の
測定装置例を示す概略図である。

【００３６】プラズマ反応器５０の上部には大面積の永
久磁石５２が取付けられ、該永久磁石５２は上面を流通
する冷却水により冷却されている。又、プラズマ反応器
５０の上部側面にはマイクロ波アンテナ５４が設けら
れ、該マイクロ波アンテナ５４は３ＫＨｚでパルス変調
され、デューティー比１５％、３００Ｗのマイクロ波電
力を出力する。マイクロ波アンテナ５４に相対するプラ
ズマ反応器５０の上部側面にはガス導入口５６が設けら
れ、プラズマ反応器５０内にＣＯガスを導入している。

【００３７】一方、プラズマ反応器５０の下部には排気
装置（図示せず）の排気管５８が接続され、上記ガス導
入口５６からＣＯガスを導入しながらプラズマ反応器５
０内を排気することによりプラズマ反応器５０内におけ
るＣＯガスの圧力が０．８ｐａ、フローレイトが２００
ｓｃｃｍとなるように調整する。

【００３８】プラズマ反応器５０の側面にはクォーツ窓
６０が設けられ、クォーツ窓６０の外側には分光器６２
及び負荷抵抗が５０Ωｋの光電子増幅器６４が設けら
れ、光電子増幅器６４にはディジタルオシロスコープ６
６が接続されている。該ディジタルオシロスコープ６６
はプラズマ反応器５０内に発生する炭素ラジカル光線の
波形を測定する。

【００３９】図６はプラズマ反応器５０内のＣＯガス圧
を０．８ｐａ、フローレイトを２００ｓｃｃｍ、マイク
ロ波アンテナ５４のマイクロ波電力を３００Ｗに設定し
てプラズマ反応器５０内にプラズマを発生させて波長２
９６．７ｎｍで炭素ラジカルを発光させた際における炭
素ラジカル光線の放射波形を示すものであり、該放射波
形の傾きから炭素ラジカル光線の放射減衰率が３．８×
１０⁴ Ｓ^-1であった。

【００４０】図７はプラズマ反応器５０内のＣＯガス圧
を０．１３〜２０ｐａの範囲で変化させた際における炭
素ラジカル光線の放射減衰率を示している。そしてＣＯ
ガスの圧力が０．１３〜１．１ｐａの範囲内では減衰率
が±３０％の範囲内でほぼ一定化し、その平均値が４．
７×１０⁴ Ｓ^-1であった。これにより上記波長２９６．
７ｎｍの炭素ラジカル光線のアインシュタインＡ係数を
４．７×１０⁴ Ｓ^-1とした。尚、上記計測はＳ／Ｎ比を
改善するため、夫々のＣＯガス圧毎に５０回測定した。

【００４１】プラズマ処理装置１の制御手段３１は上記
方法により求められたプラズマ中における炭素ラジカル
の吸収率Ｉ_a ／Ｉ₀ に基づいて算出された吸収係数ｋ₀
及び予め測定されたアインシュタインＡ係数（４．７×
１０⁴ Ｓ^-1）により炭素ラジカルの絶対値密度Ｎを演算
処理して表示装置３２に表示させたり、プリンター３４
により印字させることにより作業者は真空容器３内にお
けるプラズマ中の炭素ラジカル密度を直接確認すること
ができる。

【００４２】更に、炭素ラジカル密度が変化した場合に
は高周波アンテナ９に印加される高周波電力や載置台１
５に印加されるバイアス電圧を制御してプラズマ中にお
ける炭素ラジカルの絶対値密度が一定化するように制御
したり、パルスモータ１４ａ・１６ａを数値制御してバ
ルブ１４ｂ・１６ｂの開度を調整し、真空容器３に導入
される反応性ガス及び原料ガスの量を夫々制御したり、
壁面ヒーター１２を制御して真空容器３の温度を可変さ
せることによりプラズマ反応度を制御したり、更に圧力
可変バルブ２４を制御して真空容器３内における原料ガ
スの圧力を調整して炭素ラジカル密度を高精度に一定化
させることができる。

【００４３】尚、高周波アンテナ９に印加される高周波
電力や載置台１５に印加されるバイアス電圧をフィード
バック制御するための炭素ラジカルの絶対値密度基準値
は、被処理体の種類、プロセスの種類、プロセス条件等
によって大きく異なるため、これらの条件に応じてその
都度、実験等により設定することが好ましい。

【００４４】このように本実施形態によれば、エッチン
グや薄膜形成に重要な要素である反応性プラズマ中にお
ける炭素ラジカル密度を、測定された炭素ラジカル光線
の吸収率に基づいて算出された吸収係及び予め求められ
たアインシュタインＡ係数から絶対値として算出して表
示装置３２或いはプリンター３４に出力して確認可能に
する一方、演算された炭素ラジカルの絶対値密度に基づ
いて高周波アンテナ９に印加される高周波電力や載置台
１５に印加されるバイアス電圧、真空容器３内に導入さ
れる原料ガス量、壁面ヒーター１２により真空容器３の
温度、圧力可変バルブ２４により真空容器内の圧力をリ
アルタイムで制御して真空容器３内の炭素ラジカル密度
をほぼ一定にし、高精度エッチング及び薄膜形成を可能
にしている。

【００４５】プラズマ中における炭素ラジカルの吸収率
測定方法に関する変更実施形態を以下に説明する。尚、
夫々の変更実施形態はプラズマ中における炭素ラジカル
の吸収率を測定する際の変更実施形態であり、これら変
更実施形態により測定された吸収率により吸収係数を算
出して炭素ラジカルの絶対値密度を演算して表示装置３
２に表示したり、プリンター３４により印字して確認可
能にする一方、演算された炭素ラジカルの絶対値密度に
基づいてプラズマ処理装置１をフィードバック制御して
炭素ラジカルを制御する事項については、実施形態の説
明と同様であり、その詳細な説明を省略する。

【００４６】変更実施形態１ 図８はプラズマ処理装置の概略を示す概略断面図であ
る。

【００４７】変更実施形態１は、発光線発生装置２７を
使用せずに真空容器３内にてプラズマ形成される炭素ラ
ジカルから発光する炭素ラジカル光線をそのまま利用し
てプラズマ中における炭素ラジカルの吸収率を測定する
ものであり、実施形態と同一の構成については、同一の
符号を付してその詳細な説明を省略する。

【００４８】即ち、窓２５ａの上方に位置する真空容器
３の側壁には、例えば光が透過可能なＳｉＯ2 等からな
る窓５１が設けられ、該窓５１の外側には第１の反射鏡
５３が、又窓２５ａの外側には第２の反射鏡５５が夫々
配置され、真空容器３内に導入された原料ガスを反応プ
ラズマ化した際に原料ガス中の炭素ラジカルから発光す
る炭素ラジカル光線を窓５１を介して真空容器３の外部
へ取出した後、第１及び第２の反射鏡５３・５５により
窓２５ａを介して再び真空容器３内のプラズマに向けて
出射するように反射させて発光線検出装置２９に入射さ
せてその入射強度Ｉ₁ を計測する。

【００４９】その際、例えば第１反射鏡５３と第２反射
鏡５５の間にチョッパー５７を設け、先ずチョッパー５
７を閉じて両者間の光路を遮断した状態で被検出体１７
の上方に生成しているプラズマ中における炭素ラジカル
の発光強度を発光線検出装置２９により計測して基準発
光強度Ｉ_ref.とし、次にチョッパー５７を開いてプラズ
マ中から取出された炭素ラジカル光線を第１及び第２反
射鏡５３・５５を介してプラズマ中に照射して発光線検
出装置２９に入射させて入射強度Ｉ₁ を計測する。そし
てこれら入射強度Ｉ_ref.とＩ₁ とによりプラズマ中にお
ける炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収率
｛（Ｉ₁ −Ｉ_ref.）／Ｉ_ref.｝×１００を測定する。

【００５０】変更実施形態２ 図９はスパッタ処理装置の概略を示す概略断面図であ
り、実施形態と同一の部材については同一の符号を付し
てその詳細な説明を省略する。

【００５１】成膜及びエッチング処理装置を構成するス
パッタ処理装置７１の真空容器７３内には上部電極７５
及び下部電極７７が所要の間隔をおいて相対配置され、
上部電極７５に原料ガス材料としての無定形炭素７９
を、又下部電極７７にシリコン基板等の被処理体１７を
夫々設ける。下部電極７７にはヒーター（図示せず）が
内蔵され、室温から約６００℃の範囲で温度制御可能に
なっている。本変更実施形態２では下部電極７７の温度
を室温に設定した。

【００５２】そして導入口１３からアルゴンガスと水素
ガスを所定の流量で導入しながら排気管２３から排気し
て真空容器７３内を所要のガス圧に保ちながら上部電極
７５に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を印加して下
部電極７７との間にアルゴンと水素の混合ガスのプラズ
マを発生させると、上部電極７５に生じる直流電圧によ
りイオンを加速して無定形炭素７９に衝突させ、該無定
形炭素７９から炭素ラジカルを飛び出させて被処理体１
７上に堆積し、硬質炭素薄膜を成膜させる。

【００５３】その際、上記した実施形態の測定方法と同
様に真空容器７３の一方に配置された発光線発生装置２
７から出射される炭素ラジカル光線を、真空容器７３内
のプラズマを通過させて相対配置された発光線検出装置
２９へ出射し、プラズマ中における炭素ラジカルによる
炭素ラジカル光線の吸収量により炭素ラジカルの吸収率
を測定する。

【００５４】変更実施形態３ 図１０はレーザアブレーション処理装置の概略を示す概
略断面図であり、実施形態と同一の部材については同一
の符号を付してその詳細な説明を省略する。

【００５５】成膜及びエッチング処理装置を構成するレ
ーザアブレーション処理装置８１における真空容器８３
内の上部には原料ガス材料としての無定形炭素８５が、
又下部にはシリコン基板等の被処理体１７を載置する載
置台８７が所要の間隔をおいて配置されている。又、真
空容器８３の外部には窓８９を介して無定形炭素８５に
レーザ光を照射するレーザ発生装置９１が設けられてい
る。載置台８７にはヒーター（図示せず）が内蔵され、
室温から約６００℃の範囲で温度制御可能になってい
る。本変更実施形態３では載置台８７の温度を室温に設
定した。

【００５６】そして導入口１３から所定流量の水素ガス
を導入しながら排気管２３から排気して真空容器８３内
を、例えば１０Ｐａの所定のガス圧に保ちながらレーザ
発生装置９１から、例えば３０ｎｓのパルス幅でレンズ
により１０Ｊ／ｃｍ² のエネルギー密度に制御されたレ
ーザ光を無定形炭素８５に照射すると、該レーザ光のエ
ネルギーにより無定形炭素８５を蒸発、アブレートさせ
て炭素のクラスター粒子或いは炭素ラジカルを放出させ
て発光柱（プルーム）９２を形成し、被処理体１７上に
炭素のクラスター粒子を堆積させて硬質炭素薄膜を成膜
させる。

【００５７】その際、上記した実施形態の測定方法と同
様に真空容器８３の一方に配置された発光線発生装置２
７から出射される炭素ラジカル光線を、真空容器８３内
に発生している発光柱９２或いは被処理体１７の上方を
通過させた後に発光線検出装置２９に入射させて発光柱
９２中或いは被処理体１７上方における炭素のクラスタ
ー粒子による炭素ラジカル光線の吸収量によりクラスタ
ー及び炭素ラジカルの吸収率を測定する。

【００５８】上記した実施形態及び変更実施形態１〜３
において炭素ラジカルの吸収率を測定する方法として
は、高周波アンテナ９に印加される高周波電力或いはレ
ーザ発生装置９１によるレーザ光の出力を所望のデュー
ティにパルス変調し、該パルスがＬＯＷ（オフ）のと
き、従って非プラズマ状態或いは非発光柱状態のとき、
発光線発生装置２７から出射されて発光線検出装置２９
に入射される炭素ラジカル光線の強度を計測し、又該パ
ルスがＨＩＧＨ（オン）のとき、従ってプラズマ状態或
いは発光柱状態のとき、発光線検出装置２９に入射され
る炭素ラジカル光線の強度に計測してプラズマ中或いは
発光柱９２中の炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の
吸収量を演算する処理を繰返して測定すればよい。これ
により発光線発生装置２７から出射される炭素ラジカル
光線の出射強度が不安定であっても、炭素ラジカルによ
る炭素ラジカル光線の吸収率を高精度に測定することが
できる。

【００５９】又、そのオン、オフは例えば周期１００ｍ
秒においてオン５０ｍ秒、オフ５０ｍ秒程度でパルス変
調放電を行っている。この場合においても、発光線発生
装置２７の前段にチョッパーを設け、チョッパー出力を
トリガーにして信号を演算してもよい。更に、発光線発
生装置２７から出射される炭素ラジカル光線の発生直後
の光をチョッパーによりオン・オフ変調し、この変調し
た光を出射してプラズマ或いは発光柱９２を透過した光
をチョッパーの周期に同期させて位相検波或いはこれを
トリガとして演算してもよい。

【００６０】又、発光線発生装置２７は、プラズマ中の
炭素ラジカルから該炭素ラジカルに吸収可能な波長の光
に発光させる構成としたが、本発明においては、例えば
炭素ラジカルに吸収可能な波長の光をアーク放電等によ
り発光させるものであってもよい。

【００６１】更に、上記説明はプラズマ中において被処
理体に炭素ラジカルを成膜したり、炭素原子でエッチン
グ処理する際に、プラズマ中における炭素ラジカルの吸
収率を測定して吸収係数を求め、該吸収係数と予め求め
られたアインシュタインＡ係数により炭素ラジカルの絶
対値密度を演算して出力するものとしたが、本発明はプ
ラズマ中における成膜処理やエッチング処理に限定され
るものではなく、容器中に導入される排気ガス等の気体
中における炭素濃度を絶対値として出力する技術にも適
用できる。

【００６２】

【発明の効果】このため本発明は、炭素原子を含んだ原
料ガス中における炭素ラジカルの密度を絶対値で確認す
ることができ、炭素ラジカルの高精度制御を可能にして
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ処理装置の概略を示す概略断面図であ
る。

【図２】発光線発生装置の概略を示す概略断面図であ
る。

【図３】プラズマ処理装置の制御概略を示す説明図であ
る。

【図４】アインシュタインＡ係数の測定装置例を示す概
略図である。

【図５】アインシュタインＡ係数の測定装置例を示す概
略図である。

【図６】炭素ラジカル光の放射波形図である。

【図７】炭素ラジカル光の放射減衰率を示すグラフであ
る。

【図８】プラズマ処理装置の概略を示す概略断面図であ
る。

【図９】スパッタ処理装置の概略を示す概略断面図であ
る。

【図１０】レーザアブレーション処理装置の概略を示す
概略断面図である。

【符号の説明】

３ 真空容器、２７ 発光線発生装置、３１ 吸収率測
定手段としての制御手段、３２ 絶対値密度測定手段と
しての表示装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内に導入される炭素原子を含んだ原料
   ガスに対し、発光線発生装置から波長２９６．７ｎｍの
   炭素ラジカル光線を照射して炭素ラジカル光線の出射量
   と原料ガス中を透過した炭素ラジカル光線の透過量によ
   り測定した炭素ラジカルの吸収率から下記式１により吸
   収係数を算出し、該吸収係数及び波長２９６．７ｎｍの
   アインシュタインＡ係数：４．７×１０⁴ Ｓ^-1から下記
   式２により原料ガス中における炭素ラジカルの絶対値密
   度を演算する絶対値密度演算手段と、演算された炭素ラ
   ジカル密度を絶対値として出力する出力手段とを備えた
   炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。 【式１】 【式２】
2. 【請求項２】請求項１において、出力手段は表示装置か
   らなり、該表示装置に演算された炭素ラジカルの絶対値
   密度を表示する炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
3. 【請求項３】請求項１において、出力手段は印字装置か
   らなり、該印字装置により演算された炭素ラジカルの絶
   対値密度を印字する炭素ラジカルの絶対値密度出力装
   置。
4. 【請求項４】請求項１において、容器内には陰及び陽電
   極を配置し、該電極間に電力を印加して導入された原料
   ガスをプラズマ化して炭素ラジカルを発生させる炭素ラ
   ジカルの絶対値密度出力装置。
5. 【請求項５】請求項１又は４において、絶対値密度演算
   手段からの絶対値密度データに基づいて容器内に導入さ
   れる原料ガス量を制御する制御手段を設けた炭素ラジカ
   ルの絶対値密度出力装置。
6. 【請求項６】請求項４において、演算された炭素ラジカ
   ルの絶対値密度に基づいて容器内からの排気を可変して
   導入された原料ガスの圧力を調整可能にする制御手段を
   設けた炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
7. 【請求項７】請求項４において、演算された炭素ラジカ
   ルの絶対値密度に基づいて容器に設けられた温度調整手
   段を制御して容器温度を可変可能にする制御手段を設け
   た炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
8. 【請求項８】請求項４において、演算された炭素ラジカ
   ルの絶対値密度に基づいて陰及び陽電極間に印加される
   電力を可変する制御手段を設けた炭素ラジカルの絶対値
   密度出力装置。
9. 【請求項９】請求項４において、容器内のプラズマ中に
   炭素原子を含有した炭素材料を配置し、該炭素材料から
   放出される炭素ラジカルからの炭素ラジカル光線により
   炭素ラジカルの吸収率を測定可能にした炭素ラジカルの
   絶対値密度出力装置。
10. 【請求項１０】請求項４において、発光線発生装置はプ
    ラズマ中の炭素ラジカルから発光する炭素ラジカル光線
    をプラズマに照射可能にして構成した炭素ラジカルの絶
    対値密度出力装置。