JPH03197845A - 面分光分折装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分光装置に係り、特に測定対象を画像として取
出すため、選択的に多波長の光を高速に分光分析するに
好適な面分光分析装置に関する。

〔従来の技術〕

放電プラズマ現象の解明のためには、プラズマ中に存在
するラジカルや活性分子等と言った不安定な分子や原子
等の化学種の固有の特定波長についてその発光強度の空
間的測定が必要となる。その場合、その固有な特定波長
の発光のみを測定するため、回折格子型分光器や光学フ
ィルタが通常用いられている。

例えば、回折格子型分光器によるものは、特開昭６３−
１３９２２２号公報で触れられており、２゛台の分光器
から構成される面分光装置がある。

しかし、分光器を用いて特定波長について画像として取
り出す方法は、２台の分光器を組み合わせる必要がある
ため、装置構成が複雑で高価なものである。また、測定
波長を高速に変えることができないという欠点を有して
いた。

また、光学フィルタを用いた方法は、光の干渉フィルタ
への入射角に依存して透過波長が変化するため［Ｉ１１
方向の違いにより透過波長が変化する。

あるいは、測定波長を連続的に変えられないという欠点
があった。この種の装置として関連するものは、例えば
、特開昭６３−５３４４３号公報。

同６３−１７７４１５号公報等に開示されたものが挙げ
られろ。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如く、測定対象の発光体から必要な波長域の光の
みを画像として取り出す場合、分光器を応用する方法で
は、高速に測定波長を変えられない。２台の分光器を同
時に使用するため分光系の制御が複雑になり高価な物に
なってしまうという問題を有していた。

また、光学フィルタを用いる方法では、高速に測定波長
を変えられないという問題を有していた。

本発明の第１の目的は、測定対象の発光体から必要な波
長域の光のみを画像として取り出す場合に波長域を高速
に変えることができ、構造が簡単な面分光分析装置を提
供することにあり、また本発明の第２の目的はその面分
光分析装置を装備することにより、プラズマの状態を迅
速に観察できるプラズマ発生装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的を達成するために、本発明の面分光分析
装置は、発光体の像を取り込むカメラレンズと、該カメ
ラレンズにより取り込んだ光束を平行光束にする第１リ
レーレンズと、前記平行光束の中で特定の波長領域の光
を透過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタを透過し
た光束を結像する第２リレーレンズと、前記結像した画
像を映像信号に変換する撮像素子とを光路上に設置し、
かつ前記映像信号を画像情報に変換する制御手段とを備
えた面分光分析装置において、ｍｒ記干渉フィルタは該
干渉フィルタの入射面を傾斜させる吐動手段を備えたこ
とを特徴としている。そして前記干渉フィルタは２種類
以上の干渉膜を区分して有したものも有効である。

また上記第１の目的を達成するために、本発明の他の面
分光分析装置は、発光体の像を取り込むカメラレンズと
、該カメラレンズにより取り込んだ光束を平行光束にす
る第１リレーレンズと、前記平行光束の中で特定の波長
領域の光を透過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタ
を透過した光束を結像する第２リレーレンズと、前記結
像した画像を映像信号に変換する撮像素子とを光路上に
設置し、かつ前記映像信号を画像情報に変換する制御手
段とを備えた面分光分析装置において、前記干渉フィル
タは、互いに直交する２枚の透過波長の異なるフィルタ
板からなり、該フィルタ板のそれぞれをｆｆ１Ｊ記平行
光束に垂直に対面させるように前記フィルタを回転させ
るが動手段をＤｉＵえたことを特徴としている。

そして本発明の面分光分析装置及び他の面分光分析装置
は、それぞれ面分光分析′３Ａ置の光路上に、該光路の
軸回りに回転可能に支持された偏光フィルタと、該偏光
フィルタを回転する回転呼暇ｊ手段を設けるのがよい。

さらに」二記第２の目的は、前記の本発明の面分光分析
装置または他の面分光分析装置を装４ｉｉｔ　Ｉ、たプ
ラズマ発生装置により達成される。

そしてこの面分光分析装置を装備したプラズマ発生装置
は半導体素子１！５．造出プラズマエツチング装置とし
て好適であり、またプラズマ光を光ファイバを通して面
分光分析装置に導くことは装置の構成上好都合である。

〔作用〕

上記のように構成された面分光分析装置において、カメ
ラレンズは発光体からの光を取り込み、第１リレーレン
ズは取り込んだ光を平行光束にし、干渉フィルタは平行
光束の中からその入射角で定まる特定の波長領域の光の
みを透過し、第２リレーレンズはその透過した光を結像
し、撮像素子は結像した画像を映像信号に変換し、制御
手段は映像信号を画像情報に変換する。また駆動手段は
干渉フィルタを回転させることにより平行光束に対する
干渉フィルタの入射面を傾斜させる。干渉フィルタの入
射面が傾斜すると、平行光束の入射角が変ることになり
、この入射角の変化量に応じて、ずれた波長の光が干渉
フィルタを透過する。

２種類以上の干渉膜を区分して有する干渉フィルタは、
測定すべき波長が大きく異なる場合に使用するのが好都
合であり、透過波長領域の大きな変化に対しては異なる
干渉膜により対応し、各透過波長領域の小さな変更に対
しては、干渉フィルタを傾けることにより対応する。

また、直交する２枚の透過波長の異なるフィルタ板から
なる干渉フィルタにおいては、駆動手段によりフィルタ
板を選択して平行光束に対向させ、所望の波長の光を透
過させる。

また、偏光フィルタは、干渉フィルタの偏光に関する角
度依存性から、光路軸に関し９０°回転することにより
透過波長を変えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

実施例■ 第１図は、この発明の第１実施例を示すもので、面分光
分析装置全体の構成図である。第１図に示すように１面
分光分析装置は、測定対象の発光体からの光を集光する
カメラレンズ１、集光した光束をｊＦ１行光束にするリ
レーレンズ２、平行光束に他直な軸に回転可能な干渉フ
ィルタ３、干渉フィルタ３を透過した光束を結像するリ
レーレンズ４、結像した画像を電気信号に変換する撮像
素子５とから構成されている。そして、Ｐ渉フィルタ３
はステッピングモータ６によりパーソナルコンピュータ
７の指令で光軸Ａ−Ｂに対し直交する軸Ｃ−０回りに回
転することができる。また、撮像素子５からの映像信号
は録画装置８、あるいは、上記パーソナルコンピュータ
７に導入され画像処理される。なお、前記ステッピング
モータの代りに圧電モータ等を用いてもよい。

第２図を参照して、本実施例の装置で用いる干渉フィル
タについて、その原理を説明する。干渉フィルタは、光
の入射角が０度の時の透過光の透過波長をλ。、入射角
が０度の時の透過波長をλ。

とすると、λ、＝λ。ｑの式で表わされる関係があり、
干渉フィルタへの光の入射角が変化すると波長の異なる
光が透過する。ここで、Ａは干渉膜の屈折率と膜厚に関
係する干渉フィルタの定数である。

第３図は光の入射角に対する透過波長依存性の一例を示
す図である。図において、横軸には透過波長λを、縦軸
には光の透過率（％）を示しておリ、光の入射角を０°
〜６０°まで１０’毎に変えた場合、Ｐ偏光及びＳ偏光
それぞれの透過波長がどのように変化するかを表してい
る。ここでＰ偏光は光の電気ベクトルが干渉フィルタの
入射面（光軸とフィルタの法線を含む平面）に平行な偏
光成分であり、Ｓ偏光はこれと垂直なものである。

第３図から、Ｐ偏光及びＳ偏光の入射角０°の時の透過
光の波長λが約５９０ｎｍとして、入射角が６０°まで
変化した時、偏光Ｐの透過光の波長は約４９０ｎｍとな
って、入射角がＯｏの場合より約１１００ｎだけ波長の
小さい光が透過し、−・方偏光Ｓは入射角が６０°まで
変化した時、透過光の波長は約４６０ｎｍとなり、入射
角Ｏ°の場合より約１３０ｎｍだけ小さい波長の光が透
過していることが分かる。

従って、パーソナルコンピュータ７により制御されたス
テッピングモータ６を駆動することにより、干渉フィル
タの入射角Ｏを０度から４５度の範囲で回転させ、選択
的に透過波長を１１００ｎ稈度、高速に変化させること
ができる。

実施例■ 第４図は、この発明の第２実施例を示している。

なお、以下の説明では、第１実施例に示した装置部品と
同様なものには同一の参照符号を付け、その説明は省略
する。

この実施例では、干渉フィルタ３の入射角は４０度程度
に傾けており、干渉フィルタ３の前に偏光フィルタ９を
配置している。上記偏光フィルタ９は、偏光フィルタ駆
動装置１０により而の中心点を通る光軸Ａ−Ｂを軸にし
て９０度回転でき、第３図に示す■）偏光とＳ偏光にお
ける透過波長のずれを利用し泪り定波長を選択する。

この実施例では、偏光フィルタの回転による透過波長の
変化量は約２５ｎｍまで得られる。

この発明の実施例では、偏光フィルタが干渉フィルタの
前に配置されているが、偏光フィルタは干渉フィルタの
後、あるいは、カメラレンズの前に配置されていてもよ
い。

実施例■ 第５図は、この発明の第３実施例を示したちので、干渉
フィルタ１１の回転軸方向から見たものである。第６図
は、第５図に示す干渉フィルタ１１の部分を立体的に示
したものである。

この実施例の干渉フィルタ１１は、二枚の透過波長の異
なる干渉フィルタ板１１１，１１２を直交するように組
み合わせて用いている。また、干渉フィルタ板の端面ば
、光の透過を防ぐため黒く塗装されている。この実施例
では、」ダ定する波長がふたつある場合、それぞれの波
長を透過する干渉フィルタ板を組み合わせ、ステッピン
グモータ６を９０度回転させることにより、リレーレン
ズに対向した干渉フィルタを交換でき、測定波長を変え
ることができる。

この発明は、上記実施例に限られるものではない０例え
ば、第７図に示す干渉フィルタ、すなわちそれぞれの測
定波長に対する干渉膜を３種類区分けして蒸着した干渉
フィルタを用いてもよい。

第８図は第７図に示す干渉フィルタを用いて測定した発
光体の発光スベク１〜ルの一例を示す。

それぞれの干渉膜３０１，３０２，３０３の透過波長特
性について、干渉膜３０１は入射角が４０度の時λ、の
光を透過し、干渉膜３０２は入射角が２０度の時λ２の
光を透過し、干渉膜３０３は入射角が０度の時λ３の光
を透過する干渉フィルタを用いている。この実施例の場
合、干渉フィルタ３００を回転させることにより、入射
角４０度の時波長λ０、入射角２０度の時波長λ２、入
射角０度の時波長λ３の光の画像が撮像素子で観劇でき
る。

この実施例の場合、偏光フィルタはレンズ系に装着され
る、または干渉フィルタや、ＣＣＤ、ビジコン等の撮像
素子に接着されていてもよい。

実施例■ 以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施例に係る半導
体素子製造用枚葉式エツチングプラズマの監視方法につ
いて説明する。

第９図は、プラズマ発生装置の構成図である。

第９図において、石英製の真空容器４０中にプラズマ発
生室４２が設置されている。反応ガスであるＣＦ４と０
２の混合ガスは、ガス供給管４１を介してプラズマ発生
室４２に供給され、ガスの圧力は数Ｔ　ｏｒｒに保持さ
れる。プラズマは放電用平行平板型電極４３に、電源４
４からの高周波（周波数１３．６５ＭＨｚ）を印加し生
成される。上記プラズマ発生室４２内の電極４３上には
、被処理物、例えば、半導体ウェーハ４５が配置されて
いる。また、プラズマ発生装置は、全体が保護カバー４
６により覆われている。

本実施例にあたっては、プラズマからの光は、保護カバ
ー４６に開口された１０φの穴より先端に広角レンズを
装備した光ファイバ４７を介して本発明に係る実施例の
面分光分析装置へ導かれる。

この面分光分析装置は、プラズマからの光のうち反応ガ
スが分解されて発生する弗素ラジカルの発光（波長７０
３　、７ｎｍ）と、酸化膜５ｊＯ２の反応生成物である
一酸化炭素ラジカルの発光（波長５１９．８ｎｍ）をｆ
渉フィルタ１１を回転させ観測する。本装置は、弗素ラ
ジカルの発光分布計測によりＳｉＯ２をエツチングする
化学種の分布を、また、−酸化炭素ラジカルの発光分布
計測によりエツチング量のウェーハ面内分布を、各枚葉
処理時に監視し、これらを一定に保持するように、プラ
ズマ発生用ガスの圧力や流量や組成比、プラズマ励起電
力、プラズマ発生装置の構成部品、または、プラズマ発
生装置の構造を制御する。

この実施例は、プラズマエツチング装置における例であ
るが、同様に、プラズマＣＶＤ装置や半導体上のレジス
トを除去するためのプラズマアッシング装置、あるいは
、アーク溶接装置のようなプラズマ応用装置の発光状態
の維持にも応用できる。その他、本発明に係る実施例の
面分光分析装置は、赤外光と可視光との面強度比測定を
行い晴天晴れ曇り等の情報を収集する雨天監視装置とし
て応用できるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、面分光分析装置に干渉フィルタの駆動
手段を設け、その駆動手段により干渉フィルタを傾斜さ
せ透過波長を変えることができるので、高速に、測定対
象からの光情報を分析して異なる波長の画像を作成する
ことができる。またこの面分光分析装置は、干渉フィル
タの駆動手段を加えるのみであるので、その測定性能の
向上に比して構造は簡単であり、取扱いも容易である。

また、面分光分析装置に互いに直交する２枚の透過波長
の異なるフィルタで構成した干渉フィルタとその駆動装
置を設けた場合も、上記装置と同様に、高速に異なる波
長の画像を作成することができると共に、装置は構造が
簡単であり、取扱いも容易である。

さらに面分光分析装置に前記干渉フィルタと組合せて偏
光フィルタとその回転師動手段を設けた場合、偏光フィ
ルタを９０°回転させることにより透過波長を変えるこ
とができるので、高速に異なる波長の画像を作成するこ
とができると共に、装置は構造が簡単であり、取扱いが
容易である。

また、本発明によれば、プラズマ発生装置に、騒動手段
付の干渉フィルタ、または恥動手段付の干渉フィルタと
偏光フィルタとを設けた本発明の面分光分析装置を装備
させることにより、プラズマの発生状態を高速に把握で
きることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の面分光分析装置の構成
図、第２図および第７３図は干渉フィルタの原理を説明
する図、第４図はこの発明の第２実施例の面分光分析装
置の構成図、第５図はこの発明の第３実施例の面分光分
析装置の構成図、第６図は特殊干渉フィルタの概念図、
第７図は別の特殊干渉フィルタの概念図、第８図は第７
図に示す特殊干渉フィルタの透過特性図、第９図は半導
体製造用プラズマ装置の全体構成図である。 １・・・カメラレンズ、２・・・リレーレンズ、３・・
・干渉フィルタ、４・・・リレーレンズ、５・・・撮像
素子、６・・ステッピングモータ、７・・・パーソナル
コンピュータ、 ８・・・録画装置、９・・偏光フィルタ、１１．３００
・・・干渉フィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光体の像を取り込むカメラレンズと、該カメラレ
   ンズにより取り込んだ光束を平行光束にする第１リレー
   レンズと、前記平行光束の中で特定の波長領域の光を透
   過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタを透過した光
   束を結像する第２リレーレンズと、前記結像した画像を
   映像信号に変換する撮像素子とを光路上に設置し、かつ
   前記映像信号を画像情報に変換する制御手段とを備えた
   面分光分析装置において、前記干渉フィルタは該干渉フ
   ィルタの入射面を傾斜させる駆動手段を備えたことを特
   徴とする面分光分析装置。 ２、前記干渉フィルタは２種類以上の干渉膜を区分して
   有することを特徴とする請求項１記載の面分光分析装置
   。 ３、発光体の像を取り込むカメラレンズと、該カメラレ
   ンズにより取り込んだ光束を平行光束にする第１リレー
   レンズと、前記平行光束の中で特定の波長領域の光を透
   過させる干渉フィルタと、該干渉フィルタを透過した光
   束を結像する第２リレーレンズと、前記結像した画像を
   映像信号に変換する撮像素子とを光路上に設置し、かつ
   前記映像信号を画像情報に変換する制御手段とを備えた
   面分光分析装置において、前記干渉フィルタは、互いに
   直交する２枚の透過波長の異なるフィルタ板からなり、
   該フィルタ板のそれぞれを前記平行光束に垂直に対面さ
   せるように前記フィルタを回転させる駆動手段を備えた
   ことを特徴とする面分光分析装置。 ４、請求項１記載の面分光分析装置の光路上に、該光路
   の軸回りに回転可能に支持された偏光フィルタと、該偏
   光フィルタを回転する回転駆動手段を設けたことを特徴
   とする面分光分析装置。 ５、請求項２記載の面分光分析装置の光路上に、該光路
   の軸回りに回転可能に支持された偏光フィルタと、該偏
   光フィルタを回転する回転駆動手段を設けたことを特徴
   とする面分光分析装置。 ６、請求項３記載の面分光分析装置の光路上に、該光路
   の軸回りに回転可能に支持された偏光フィルタと、該偏
   光フィルタを回転する回転騒動手段を設けたことを特徴
   とする面分光分析装置。 ７、請求項１ないし６いずれか記載の面分光分析装置を
   装備したプラズマ発生装置。 ８、前記プラズマ発生装置は半導体素子製造用プラズマ
   エッチング装置であることを特徴とする請求項７記載の
   プラズマ発生装置。 ９、前記発光体からの光を光ファイバを通して前記面分
   光分析装置に導くことを特徴とする請求項８記載のプラ
   ズマ発生装置。