JPH04363633A - 分光計測装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体プロセスのダ
スト管理において用いられる成分同定が行える微粒子測
定装置や、半導体プロセスの中のドライエッチングにお
いて用いられる終点検出モニタ等の回折格子式分光器を
利用した分光計測装置の高性能化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は例えば特開平２ー１９０７４４号
公報に示された第１の従来例の成分同定のできる微粒子
測定装置を示す構成図で、この構成要素である分光計測
装置は分光器と光電子増倍管から構成されている。１は
測定しようとする空間、２は微粒子を含む１の空間から
採取された気体ＳＧを運ぶためのキャピラリチューブ、
３はマイクロ波電源、４はマイクロ波のキャビティ、５
はキャピラリチューブ２により運ばれてきた微粒子を含
む気体を放電させるための反応管で、ＨｅやＡｒのキャ
リアガスＣＧの導入口５ａと放電した後の採取気体およ
びキャリアガスを排気するための排気口５ｃが付いてい
る。５ｂは検出窓、６は排気手段、７は微粒子を含む気
体が放電することにより生じる発光を分光するための分
光器、８は分光器７によって分光された光を電気信号に
換える光電子増倍管、９は光電子増倍管８で得られた電
気信号を増幅しＡ／Ｄ変換し、データ分析する信号処理
部である。９ａは前置増幅器、９ｂはＡ／Ｄ変換器、９
ｃは演算処理回路である。

【０００３】次に従来例の動作について説明する。被測
定空間１からキャピラリチューブ２を通って採取された
微粒子を含む気体はＨｅやＡｒのキャリアガスと混合さ
れマイクロ波電源３から供給されるマイクロ波によって
反応管５の中で放電し、プラズマが形成される。この時
、採取気体とともに導入された微粒子は、プラズマ解離
されてガス化する。ゆえに、この反応管では採取気体と
キャリアガスとガス化した微粒子に起因するプラズマ発
光が生じる。このプラズマ発光を分光器７で分光した後
光電子増倍管８で電気信号に換え、信号処理部９で得ら
れた発光スペクトルの中から採取気体とキャリアガスに
起因するスペクトルピークを除外し、ガス化した微粒子
に起因するスペクトルピークのみを選び出すことにより
、微粒子の成分（元素）の同定ができる。なお、微粒子
に起因する発光スペクトルは微粒子がガス化しキャリア
ガスと採取気体に拡散しさらに排気されるという過程を
経るために、時間軸で見るとパルス状になる。

【０００４】従来の微粒子測定装置およびその構成要素
である分光計測装置は以上のように構成されていたので
、１つの成分（元素）に基づくスペクトルピークの時間
的変化を測定しパルスの個数を数えることにより、微粒
子の数を測定することができるが、もし、微粒子が測定
波長と一致するスペクトルピークを持つ成分（元素）を
含んでいない場合、その微粒子は検出できないことにな
る。このような微粒子の数え落としを極力少なくするた
めには、複数のスペクトルピークの時間的変化を並行し
て同時に測定しておく必要がある。このための方策とし
て、分光器の回折格子を機械的にスキャンすることが考
えられるが、高速の時間変化を複数のスペクトルピーク
に対して測定するのは困難である。また、フォトアレイ
センサを分光器の出射スリット部に設けて広い波長範囲
を同時に測定する方法があるが、プラズマの発光スペク
トルは微粒子のスペクトルピーク以外のすなわち採取気
体やキャリアガスのスペクトルピークを多数含んでおり
、フォトアレイセンサではスペクトルピークごとに感度
調整を行うことができないため、採取気体やキャリアガ
スのスペクトルピークの強度で微粒子に起因する元素の
測定感度が律則され、高感度測定が困難である。また、
フォトアレイセンサの時間応答速度は光電子増倍管に比
べると遅いために、微粒子の計数率を大きくすることが
できない。

【０００５】また、図６は例えば応用分光学ハンドブッ
ク（吉永弘編集、朝倉書店、１９８４年３月１日第３刷
、６３３頁）に記載の第２の従来例の発光現象を測定す
る分光計測装置の構成図である。分光器７の出射スリッ
ト部３１ａ，３１ｂ，３１ｃに複数の光電子増倍管８ａ
，８ｂ，８ｃを並べた構成となっている。３３は発光手
段、３４は演算処理手段である。ゆえに、スペクトルピ
ークごとに感度調整ができ、また、時間応答も速いが、
多数の光電子増倍管８ａ，８ｂ，８ｃを回折格子３２か
ら所定の角度の位置に配置する必要があり、したがって
、分光器７の大きさを小さくすることが困難である。す
なわち、コンパクトな分光計測装置を得ることが困難で
ある。

【０００６】また、第３の従来例として、半導体プロセ
スのドライエッチングの終点検出モニタの構成要素とし
て分光計測装置が使われているが（例えばＳＯＦＩＥ社
から市販されているＰＬＡＳＭＡ　　ＳＰＥＣＴＲＵＭ
　　ＡＮＡＬＹＳＥＲＳＤ２０）、ここでは回折格子を
機械的にスキャンするタイプの分光器が用いられており
、単一のスペクトルピークのみでエッチングの終点を検
出する方式でこの装置を用いる場合は問題無いが、複数
のスペクトルピークの時間変化のデータを処理して終点
を検出する高精度な方式では、各スペクトルピークに対
してそれぞれの最適な感度調整を行った上で複数のスペ
クトルピークを高速で測定することは困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、第１の
従来例においては高速の時間変化を複数のスペクトルピ
ークに対して測定するのが困難である、第２の従来例に
おいてはスペクトルピークの高速時間変化を高感度で測
定することが出来るが、装置が大形化する、また、第３
の従来例においてはスペクトルピーク毎に感度調整を行
うことが出来ないため、採取気体やキャリアガスの最大
ピーク強度で感度が律則され、高感度測定が困難である
という問題点があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、成分同定できる微粒子測定装置
やドライエッチングの終点検出モニタ等の発光現象のス
ペクトルのうち必要なスペクトルピークの時間変化を測
定する分光計測装置を構成要素とする計測装置において
、複数のスペクトルピークの時間変化をそれぞれのピー
クに最適な感度調整を行った上で高速に測定できるコン
パクトな分光計測装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る分光計測
装置は、時間的に変化する発光現象のスペクトルのうち
必要なビークの強度の時間変化を測定するための回折格
子式分光計測装置の光強度検出部を、ファイバアレーと
２個以上の光電子増倍管で構成したものである。

【００１０】

【作用】この発明においては、光強度検出部をファイバ
アレーと、スペクトルピークの数に相応する２個以上の
光電子増倍管で構成したので、複数のスペクトルピーク
の時間変化をそれぞれのピークに最適な感度調整を行っ
た上で高速に測定でき、かつ、その装置はコンパクトで
狭い場所にも設置できる。また、この光強度検出部は、
測定したいスペクトルピークと同じないしは所定の波長
分をシフトした波長の光を発生できる分光器付光源を用
い、この光源の光を上記のファイバアレーを装着した分
光計測装置に導入し、ファイバアレーの光の出射側の複
数本の光ファイバの中から光っているファイバのみを選
別して束ね合わせたファイバ束を光電子増倍管に接続す
る操作を測定したいスペクトルピークの数だけ行うこと
により製造できるので、装置を容易に製造することがで
きる。

【００１１】

【実施例】

実施例１ 以下、この発明の一実施例を図に基づき説明する。図１
はこの発明の一実施例の分光計測装置を成分が同定でき
る微粒子計測装置に適用したときの構成図である。１０
はファイバアレーで分光器７の出射スリット部に装着さ
れる。ここでは３本のスペクトルピークを同時に測定で
きるものを示している。ファイバアレー１０のより詳細
な構造を図２の模式説明図に示す。ファイバアレー１０
は多数の光ファイバを図のように束ねた構造をしており
、分光器７で分光された３つのスペクトルピークの光は
分光器７の出射スリット部の装着面（分光された光の入
射面）７ａの波長に依存した所定の位置に入射し、各々
のスペクトルピークの光（波長　λ１，λ２，λ３）は
各々のファイバ束１０ａ，１０ｂ，１０ｃを通って光電
子増倍管への接続部３０ａ，３０ｂ，３０ｃから出射す
る。さて、図１にもどって、ファイバアレー１０によっ
て３方に分離された３つの測定波長のスペクトルピーク
の光は、それぞれの光電子倍増管１１ａ，１１ｂ，１１
ｃにおいて最適な高電圧を印加して最適な感度で電気信
号に変換され、増幅器１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよびＡ
／Ｄ変換器１３ａ，１３ｂ，１３ｃで増幅とデジタル信
号への変換が行われる。これらのデジタル信号はデータ
処理装置１４で分析される。以上のような構成であるの
で、３つのスペクトルピークの光強度が大きく異なって
いてもそれぞれに光電子増倍管に印加する高電圧を最適
な値に設定して感度調整することにより、高感度でかつ
高速でスペクトルピークの時間変化を測定できる。また
、極めて細い光ファイバを束ねたファイバアレーを使う
ことにより、コンパクトな分光計測装置が実現できる。

【００１２】さて、以上では３つのスペクトルピークを
測定できる分光計測装置を示したが、測定ピークの個数
を増やすためにはファイバアレーのファイバ束、および
光電子増倍管、増幅器、Ａ／Ｄ変換器を追加個数分増や
せばよい。

【００１３】また、測定したいスペクトルピークが極め
て隣接していたとしても、光ファイバの径程度の分解能
でそれぞれのピークを分離できる。これも分光計測装置
のコンパクト化に有効である。

【００１４】実施例２ 次にこの発明の他の実施例について説明する。図３はこ
の発明の他の実施例の分光計測装置をドライエッチング
の終点検出モニタに適用したときの構成図である。エッ
チングガスを供給した状態で高周波電源１５からの高周
波電力を平行平板電極１６に印加すると、プラズマ１７
が発生しウエハをエッチングする。このプラズマからの
発光を例えばファイバヘッド１８で受光し、分光器７に
導入することにより、この例においては３つのスペクト
ルピークの時間変化が同時に測定できる。例えば、エッ
チングの終点がくるとλ１のピークは増加し、λ２とλ
３　のピークは減少すると仮定すると、λ２およびλ３
のピーク強度をλ１　のピーク強度で規格化した値を常
に監視しておき、この２つの値が両者同時に減少したと
きをエッチングの終点とすれば極めて信頼性の高い終点
検出が可能になる。なお、この発明の分光計測装置を適
用することにより、監視するスペクトルピークのそれぞ
れに対して最適な感度調整ができることから、高感度な
測定が可能となる。監視するスペクトルピークの数を増
やしたい場合は、先に説明した微粒子測定装置の場合と
同様に容易に実現できる。

【００１５】この発明の分光計測装置は、以上に説明し
た実施例のみならず、時間的に変化する発光現象のスペ
クトルのうち必要なビークの強度の時間変化を測定する
ような計測装置において有効であることは言うまでもな
い。

【００１６】次にこの発明の分光計測装置の主要な構成
要素である光強度検出部の製造方法について説明する。 光強度検出部はファイバアレーと２個以上の光電子増倍
管とから構成されているが、ファイバアレーにおいて測
定したいスペクトルピークの個数だけのファイバ束を製
造する必要がある。このファイバアレーの製造法につい
て図４を用いて説明する。図４において、１９は広い波
長範囲の光を発生できる例えばキセノンアークランプや
タングステンランプ等の光源である。２０は光源１９か
らの光を分光して測定したいスペクトルピークと同一の
波長ないしは所定の値だけシフトした波長の光を得るた
めの分光器、２１は分光された光をこの発明の分光計測
装置の構成要素となる分光器７に導入するためのレンズ
である。測定したいスペクトルピークと同一の波長ない
しは所定の値だけシフトした波長の光を分光器７に導入
すると、ファイバアレーを構成している光ファイバの中
で端面から光が出射している光ファイバのみを選別して
束ね合わせて、ファイバ束とする。端面から光が出射し
ているかどうかの判別を目視で行う場合、可視のスペク
トルピーク波長の光に対しては暗室中で選別作業を行う
。また、可視以外のスペクトルピーク波長の光に対して
は所定の値だけシフトさせて可視の波長の光を用いると
ともに、分光器７の回折格子の設定を所定の値だけシフ
トさせて光ファイバの選別作業を行い、その後に分光器
７の回折格子の設定を先ほどシフトさせた分戻しておく
。また、目視でなく広範囲の波長域に感度を持った光検
出器を使って光ファイバの選別作業を行う場合はこの限
りでない。以上のような作業を測定したいスペクトルピ
ークの個数だけ行うことにより、所望のファイバアレー
が製造できる。選別されなかった光ファイバについては
別にまとめて束ねておけばよい。

【００１７】以上のような方法でファイバアレーを製造
するので、光学部品の微妙なアライメントが必要でなく
、比較的単純な作業で製造できる。また、測定したいス
ペクトルピーク波長に対応した光ファイバのみを扱えば
よいので、それ以外の大部分の光ファイバは材料的には
無駄であるが、作業量からみるとそれほど多くない。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、分光
計測装置の光強度検出部をファイバアレーと複数の光電
子増倍管で構成したので、複数のスペクトルピークの時
間変化をそれぞれのピークに最適な感度調整を行った上
で高速に測定でき、かつ、その装置はコンパクトで狭い
場所にも設置できる。また、この分光計測装置は比較的
容易に製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の分光計測装置を成分が同
定できる微粒子計測装置に適用したときの構成図である
。

【図２】この発明に係わるファイバアレーの詳細な構造
を示す模式説明図である。

【図３】この発明の他の実施例の分光計測装置をドライ
エッチングの終点検出モニタに適用したときの構成図で
ある。

【図４】この発明に係わるファイバアレーの製造法につ
いて説明するための構成図である。

【図５】第１の従来例の成分同定のできる微粒子測定装
置を示す構成図である。

【図６】第２の従来例の発光現象を測定する分光計測装
置の構成図である。

【符号の説明】

１　　測定しようとする空間 ７　　分光器 １０　　ファイバアレー １１ａ，１１ｂ，１１ｃ　　光電子増倍管１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ　　増幅器 １４　　データ処理装置 １８　　ファイバヘッド １９　　光源 ２０　　分光器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回折格子式分光器を利用した分光計測
   装置で、光強度検出部をファイバアレーと複数の光電子
   増倍管で構成したことを特徴とする分光計測装置。