JPH0528332B2 - - Google Patents
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- JPH0528332B2 JPH0528332B2 JP60062342A JP6234285A JPH0528332B2 JP H0528332 B2 JPH0528332 B2 JP H0528332B2 JP 60062342 A JP60062342 A JP 60062342A JP 6234285 A JP6234285 A JP 6234285A JP H0528332 B2 JPH0528332 B2 JP H0528332B2
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- Japan
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- tuning fork
- spectrum
- light
- amplitude
- output
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
- G01J3/433—Modulation spectrometry; Derivative spectrometry
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
本発明は音叉発振器を用いて光スペクトル強度
測定における輝線または吸収ピークの測定感度を
上昇させた波長走査型発光スペクトル分析器に関
する。
測定における輝線または吸収ピークの測定感度を
上昇させた波長走査型発光スペクトル分析器に関
する。
[発明の技術的背景]
例えば半導体のIC素子等の製造工程における
プラズマエツチング・プラズマアツシング、リア
クテイブイオンエツチング等において、エツチン
グ処理が終了したことを検出する手段として、エ
ツチング処理期間中に微量に放出されるエツチン
グされる物質のプラズマスペクトルの変化を検出
する方法がある。
プラズマエツチング・プラズマアツシング、リア
クテイブイオンエツチング等において、エツチン
グ処理が終了したことを検出する手段として、エ
ツチング処理期間中に微量に放出されるエツチン
グされる物質のプラズマスペクトルの変化を検出
する方法がある。
例えばIC素子のアルミ配線パターンをプラズ
マエツチング処理する場合、第6図aに示すよう
に、発光スペクトル分析器を用いてエツチング処
理中に放出されるプラズマスペクトル特性を測定
する。そして、測定されたスペクトル特性中にお
ける顕著な3082Åの輝線スペクトルAに検出波長
λを固定してこの輝線スペクトルAの強度を連続
測定する。そして、第6図bに示すようにこの波
長3082Åの輝線スペクトルAの強度が大きく変化
した時刻をエツチング終了時刻としてエツチング
処理を停止する。
マエツチング処理する場合、第6図aに示すよう
に、発光スペクトル分析器を用いてエツチング処
理中に放出されるプラズマスペクトル特性を測定
する。そして、測定されたスペクトル特性中にお
ける顕著な3082Åの輝線スペクトルAに検出波長
λを固定してこの輝線スペクトルAの強度を連続
測定する。そして、第6図bに示すようにこの波
長3082Åの輝線スペクトルAの強度が大きく変化
した時刻をエツチング終了時刻としてエツチング
処理を停止する。
しかしなかがら、一般にプラズマスペクトル特
性には目的物質以外の物質からの種々の波長を有
するスペクトルが含まれるので、これ等の物質に
よる妨害スペクトルが目標スペクトルに重畳して
いる。その結果、目標スペクトルの強度が正しく
測定されない場合がある。これ等の妨害スペクト
ルには広帯域状のブロードスペクトルと線状の輝
線スペクトルが混在している。従つて、エツチン
グ時とエツチング終了時とで強度に明瞭な差が生
じる輝線スペクトルを全体のスペクトル特性中か
ら捜す必要がある。このような考えでもつて第6
図aのエツチング時のスペクトル特性と同図bの
エツチング終了時のスペクトル特性を比較する
と、4000Å近傍の波長λ0の輝連スペクトルBが発
見される。したがつて、発光スペクトル分析器の
検出波長λをこの輝線スペクトルBの中心波長λ0
に合せて、この輝線スペクトルBの強度変化を検
出することによつて、エツチング処理終了を検出
できる。
性には目的物質以外の物質からの種々の波長を有
するスペクトルが含まれるので、これ等の物質に
よる妨害スペクトルが目標スペクトルに重畳して
いる。その結果、目標スペクトルの強度が正しく
測定されない場合がある。これ等の妨害スペクト
ルには広帯域状のブロードスペクトルと線状の輝
線スペクトルが混在している。従つて、エツチン
グ時とエツチング終了時とで強度に明瞭な差が生
じる輝線スペクトルを全体のスペクトル特性中か
ら捜す必要がある。このような考えでもつて第6
図aのエツチング時のスペクトル特性と同図bの
エツチング終了時のスペクトル特性を比較する
と、4000Å近傍の波長λ0の輝連スペクトルBが発
見される。したがつて、発光スペクトル分析器の
検出波長λをこの輝線スペクトルBの中心波長λ0
に合せて、この輝線スペクトルBの強度変化を検
出することによつて、エツチング処理終了を検出
できる。
[背景技術の問題点]
しかしながら、上記のように測定波長λをλ0に
固定して発光スペクトル分析器でもつて輝線スペ
クトルBの強度変化を連続測定することによつ
て、プラズマエツチング処理の終了を検出する場
合においても、まだ次のような問題がある。すな
わち、波長λ0の輝線スペクトルBは図示するよう
に広いバツクグランドスペクトルに重畳している
場合が多い。例えば第6図aにおいて輝線スペク
トルB全体の強度をc、バツクグラウンドスペク
トルの強度をbとし、バツクグラウンドスペクト
ルから突出している変動部分の強度をaとする
と、エツチング終了検出においては最終的に変動
強度aの変化量を測定する必要がある。しかし、
実際の発光スペクトル分析器においてはバツクグ
ウランドスペクトル強度bを含んだ全体のスペク
トル強度cが測定される。
固定して発光スペクトル分析器でもつて輝線スペ
クトルBの強度変化を連続測定することによつ
て、プラズマエツチング処理の終了を検出する場
合においても、まだ次のような問題がある。すな
わち、波長λ0の輝線スペクトルBは図示するよう
に広いバツクグランドスペクトルに重畳している
場合が多い。例えば第6図aにおいて輝線スペク
トルB全体の強度をc、バツクグラウンドスペク
トルの強度をbとし、バツクグラウンドスペクト
ルから突出している変動部分の強度をaとする
と、エツチング終了検出においては最終的に変動
強度aの変化量を測定する必要がある。しかし、
実際の発光スペクトル分析器においてはバツクグ
ウランドスペクトル強度bを含んだ全体のスペク
トル強度cが測定される。
一般に、従来の発光スペクトル分析器における
スペクトル強度の測定精度は高々0.1%のオーダ
である。したがつて、検出すべきスペクトルの変
動強度aがバツクグラウンドスペクトルの強度b
に対してa/b<10-3である場合は、変動強度a
の変化を測定することは不可能である。また、た
とえデータ上測定できたとしてもその測定値は信
頼性に欠ける。また、バツクグラウンドスペクト
ルの強度bが大きい程、たとえ測定すべき変動強
度aの値が大きくもこの変動強度aの測定は困難
である。
スペクトル強度の測定精度は高々0.1%のオーダ
である。したがつて、検出すべきスペクトルの変
動強度aがバツクグラウンドスペクトルの強度b
に対してa/b<10-3である場合は、変動強度a
の変化を測定することは不可能である。また、た
とえデータ上測定できたとしてもその測定値は信
頼性に欠ける。また、バツクグラウンドスペクト
ルの強度bが大きい程、たとえ測定すべき変動強
度aの値が大きくもこの変動強度aの測定は困難
である。
前述したように、半導体IC素子のプラズマエ
ツチング工程においては上記変動強度aの値が第
6図bに示すように検出できなくなるとエツチン
グ終了と判断するので、上記したように変動強度
aの値が正確に測定できない場合は、エツチング
処理が終了していないのに変動強度aが零になつ
たと判断してエツチング処理動作を中止してしま
う場合がある。この場合、半導体表面にエツチン
グ処理が完全に実行されていない部分が残り、
IC製品の歩留りが低下する懸念があつた。
ツチング工程においては上記変動強度aの値が第
6図bに示すように検出できなくなるとエツチン
グ終了と判断するので、上記したように変動強度
aの値が正確に測定できない場合は、エツチング
処理が終了していないのに変動強度aが零になつ
たと判断してエツチング処理動作を中止してしま
う場合がある。この場合、半導体表面にエツチン
グ処理が完全に実行されていない部分が残り、
IC製品の歩留りが低下する懸念があつた。
[発明の目的]
本発明はこのような事情に基づいてなされたも
のであり、その目的とするところは、音叉発振器
を用いることによつて、たとえバツクグランドス
ペクトルの強度が大きくとも、目標輝線スペクト
ル又は吸収ピーク等の微少なスペクトル変化を、
精度よくかつ応答性よく測定できる波長走査型発
光スペクトル分析器を提供することにある。
のであり、その目的とするところは、音叉発振器
を用いることによつて、たとえバツクグランドス
ペクトルの強度が大きくとも、目標輝線スペクト
ル又は吸収ピーク等の微少なスペクトル変化を、
精度よくかつ応答性よく測定できる波長走査型発
光スペクトル分析器を提供することにある。
[発明の概要]
本発明の波長走査型発光スペクトル分析器は、
測定すべき光の光束を所定の周波数で振動させる
音叉発振器と、該音叉発振器により得られる変調
された反射光束を分散させて回折スペクトルを出
力させるための回折格子と、該回折格子を回動さ
せて前記反射光束の前記回折格子に対する入射角
度を連続変化させる波長走査機構と、前記回折格
子より出力された回折スペクトルを受光して前記
回折スペクトルに含まれる光変調信号を電気信号
に変換する光電変換器と、該光電変換器から出力
された前記電気信号を前記音叉発振器の振動周波
数の2倍の周波数で同期検波する同期検波回路と
を備えた波長走査型発光スペクトル分析器であつ
て、各波長におけるスペクトル強度を検出するも
のである。
測定すべき光の光束を所定の周波数で振動させる
音叉発振器と、該音叉発振器により得られる変調
された反射光束を分散させて回折スペクトルを出
力させるための回折格子と、該回折格子を回動さ
せて前記反射光束の前記回折格子に対する入射角
度を連続変化させる波長走査機構と、前記回折格
子より出力された回折スペクトルを受光して前記
回折スペクトルに含まれる光変調信号を電気信号
に変換する光電変換器と、該光電変換器から出力
された前記電気信号を前記音叉発振器の振動周波
数の2倍の周波数で同期検波する同期検波回路と
を備えた波長走査型発光スペクトル分析器であつ
て、各波長におけるスペクトル強度を検出するも
のである。
さらに、音叉発振器を、U字形音叉と、このU
字形音叉を振動駆動するための電磁コイルと、U
字形音叉の一方の自由単に装着され測定すべき光
の光束を反射させるための第1の平面鏡と、U字
形音叉の他方の自由端に装着され反射光の振動振
幅を検出するための第2の平面鏡と、この第2の
平面鏡へ反射光束の振動振幅検出用の検出光を照
射する発光装置と、第2の平面鏡にて反射された
検出光をポジシヨンセンサで受光し、反射された
検出光の振動振幅を変化検出回路で測定する振幅
測定器と、振幅測定器にて測定された振動振幅値
が常に一定値になるように電磁コイルの励磁を制
御する駆動回路とで構成している。
字形音叉を振動駆動するための電磁コイルと、U
字形音叉の一方の自由単に装着され測定すべき光
の光束を反射させるための第1の平面鏡と、U字
形音叉の他方の自由端に装着され反射光の振動振
幅を検出するための第2の平面鏡と、この第2の
平面鏡へ反射光束の振動振幅検出用の検出光を照
射する発光装置と、第2の平面鏡にて反射された
検出光をポジシヨンセンサで受光し、反射された
検出光の振動振幅を変化検出回路で測定する振幅
測定器と、振幅測定器にて測定された振動振幅値
が常に一定値になるように電磁コイルの励磁を制
御する駆動回路とで構成している。
[発明の実施例]
以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。第1図は実施例の波長走査型発光スペクトル
分析器の概略構成を示す模式図である。図中1は
半導体IC素子等におけるエツチング処理部等の
プラズマ発生源であり、このプラズマ発生源1か
ら放射された被測定光の光束2はケース3の入射
窓に嵌込まれたコンデンサレンズ4にて入口スリ
ツト5を介して音叉発振器6を構成するU字形音
叉7の一方の自由端に取付けられた第1の平面鏡
8に集光される。そしてこの第1の平面鏡8にて
反射されてコリメータ9へ入射される。なお、U
字形音叉7は音叉の内側に配設された電磁コイル
10により音叉の形状、重量等で定まる一定周波
数Fおよび一定振幅Wで振動されている。したが
つて、第1の平面鏡8にて反射された光束2は一
定周波数、一定振幅の振動光となる。
る。第1図は実施例の波長走査型発光スペクトル
分析器の概略構成を示す模式図である。図中1は
半導体IC素子等におけるエツチング処理部等の
プラズマ発生源であり、このプラズマ発生源1か
ら放射された被測定光の光束2はケース3の入射
窓に嵌込まれたコンデンサレンズ4にて入口スリ
ツト5を介して音叉発振器6を構成するU字形音
叉7の一方の自由端に取付けられた第1の平面鏡
8に集光される。そしてこの第1の平面鏡8にて
反射されてコリメータ9へ入射される。なお、U
字形音叉7は音叉の内側に配設された電磁コイル
10により音叉の形状、重量等で定まる一定周波
数Fおよび一定振幅Wで振動されている。したが
つて、第1の平面鏡8にて反射された光束2は一
定周波数、一定振幅の振動光となる。
コリメータ9にて反射された振動光は固定部に
対して回動自在に取付けられたブレーズ型の回折
格子11へ入射される。この回折格子11にて、
格子寸法等にて定まる波長のスペクトルが分光さ
れコレクタ12へ入射される。このコレクタ12
にて反射された振動スペクトルが結像する位置に
出口スリツト13が配設されており、この出口ス
リツト13の裏面に隣接して、前記コレクタ12
にて反射され出口スリツト13上に結像した振動
スペクトルを受光してこのスペクトルの強度を電
気信号に変換する光電変換器14が設けられてい
る。この光電変換器14から出力された直流成分
および交流成分を含んだ電気信号fは、直流増幅
器15で増幅された後、測定スペクトルの第6図
における全強度cを出力する出力端子16へ出力
される。また、前記光電変換器14の電気信号f
はコンデンサ17からなるハイパスフイルタでも
つて直流成分が除去された後、同期検波回路18
へ入力される。前記電気信号fの交流成分は、こ
の同期検波回路18でもつて前記音叉発振器6の
振動周波数Fの2倍の周波数2Fで同期検波され
て、測定スペクルトルの変動強度aを出力する出
力端子19へ出力される。
対して回動自在に取付けられたブレーズ型の回折
格子11へ入射される。この回折格子11にて、
格子寸法等にて定まる波長のスペクトルが分光さ
れコレクタ12へ入射される。このコレクタ12
にて反射された振動スペクトルが結像する位置に
出口スリツト13が配設されており、この出口ス
リツト13の裏面に隣接して、前記コレクタ12
にて反射され出口スリツト13上に結像した振動
スペクトルを受光してこのスペクトルの強度を電
気信号に変換する光電変換器14が設けられてい
る。この光電変換器14から出力された直流成分
および交流成分を含んだ電気信号fは、直流増幅
器15で増幅された後、測定スペクトルの第6図
における全強度cを出力する出力端子16へ出力
される。また、前記光電変換器14の電気信号f
はコンデンサ17からなるハイパスフイルタでも
つて直流成分が除去された後、同期検波回路18
へ入力される。前記電気信号fの交流成分は、こ
の同期検波回路18でもつて前記音叉発振器6の
振動周波数Fの2倍の周波数2Fで同期検波され
て、測定スペクルトルの変動強度aを出力する出
力端子19へ出力される。
また、図中20は回折格子11を回動させてコ
リメータ9からこの回折格子11へ入射される振
動光の中心入射角θ0を連続変化させる波長走査機
構であり、この波長走査機構20において、ケー
ス3に刻設されたネジ穴に螺合するネジ棒20a
の一端に取付けられた調節つまみ20bを回転さ
せると、ネジ棒20aの他端近傍に取付けられた
係止部材20cの水平位置が移動する。係止部材
20cの水平位置が移動すると、回動軸20dに
て固定部に対して回動自在に取付けられた回折格
子11の回動アーム20eが移動して、回折格子
11が回動する。その結果、上記振動光の中心入
射角度θ0が変化する。中心入射角度θ0が変化する
と、この回折格子11から出力されコレクタ12
へ入射する振動回折スペクトルの中心波長λ0の値
が変化する。
リメータ9からこの回折格子11へ入射される振
動光の中心入射角θ0を連続変化させる波長走査機
構であり、この波長走査機構20において、ケー
ス3に刻設されたネジ穴に螺合するネジ棒20a
の一端に取付けられた調節つまみ20bを回転さ
せると、ネジ棒20aの他端近傍に取付けられた
係止部材20cの水平位置が移動する。係止部材
20cの水平位置が移動すると、回動軸20dに
て固定部に対して回動自在に取付けられた回折格
子11の回動アーム20eが移動して、回折格子
11が回動する。その結果、上記振動光の中心入
射角度θ0が変化する。中心入射角度θ0が変化する
と、この回折格子11から出力されコレクタ12
へ入射する振動回折スペクトルの中心波長λ0の値
が変化する。
前記音叉発振器6においては、図示するように
前記U字形音叉7の他方の自由端に第2の平面鏡
21が取付けられており、この第2の平面鏡21
にコンデンサレンズ22を介してLED等の発光
素子で構成された発光装置23から出力される検
出光24が入射される。そして、この第2の平面
鏡21で反射された検出光24は一定周波数Fの
振動光となり、この検出光24の振動振幅を測定
するポジシヨンセンサ等で構成された振幅測定器
25へ入力される。この振幅測定器25にて測定
された検出光24の振動振幅信号は、U字形音叉
7の内側に組込まれた電磁コイル10を駆動する
音叉駆動回路26へ入力される。この音叉駆動回
路26は前記同期検波回路18へ周波数2Fの同
期信号e3を送出するとともに前記発光装置23を
点灯制御する。
前記U字形音叉7の他方の自由端に第2の平面鏡
21が取付けられており、この第2の平面鏡21
にコンデンサレンズ22を介してLED等の発光
素子で構成された発光装置23から出力される検
出光24が入射される。そして、この第2の平面
鏡21で反射された検出光24は一定周波数Fの
振動光となり、この検出光24の振動振幅を測定
するポジシヨンセンサ等で構成された振幅測定器
25へ入力される。この振幅測定器25にて測定
された検出光24の振動振幅信号は、U字形音叉
7の内側に組込まれた電磁コイル10を駆動する
音叉駆動回路26へ入力される。この音叉駆動回
路26は前記同期検波回路18へ周波数2Fの同
期信号e3を送出するとともに前記発光装置23を
点灯制御する。
第2図は前記U字形音叉7の概略構成を示す斜
視図であり、U字部31は一例として外径がほぼ
2mmのピアノ線であり、このU字形音叉7の脚部
32も同一ピアノ線を使用している。そして、U
字部31の長さはほぼ30mmであり、幅はほぼ10mm
である。このU字部31の各自由端に7mm×5mm
形状の前記第1および第2の平面鏡8,21が取
付けられている。このU字部31の内側に配置さ
れたコア33に電磁コイル10が巻回されてい
る。このU字形音叉7の振動周波数FはU字部3
1の形状、材質等にて定まるが前述の寸法を採用
することによつて、振動周波数Fをほぼ2KHzに
設定することができる。
視図であり、U字部31は一例として外径がほぼ
2mmのピアノ線であり、このU字形音叉7の脚部
32も同一ピアノ線を使用している。そして、U
字部31の長さはほぼ30mmであり、幅はほぼ10mm
である。このU字部31の各自由端に7mm×5mm
形状の前記第1および第2の平面鏡8,21が取
付けられている。このU字部31の内側に配置さ
れたコア33に電磁コイル10が巻回されてい
る。このU字形音叉7の振動周波数FはU字部3
1の形状、材質等にて定まるが前述の寸法を採用
することによつて、振動周波数Fをほぼ2KHzに
設定することができる。
第3図は前記U字形音叉7を振動駆動する音叉
駆動回路26を示すブロツク図である。図中34
は発光装置23のLED等の発光素子へ駆動電流
は供給する発光素子駆動回路である。図中35は
振幅測定器25を構成するポジシヨンセンサであ
り、このポジシヨンセンサ35は、素子上の照射
スポツトの変位に比例した信号を出力する一種の
光電変換素子であり、検出光24の振幅、すなわ
ち第2の平面鏡21の振幅を直設照射スポツト移
動によつて検出するものである。ポジシヨンセン
サ35の出力信号は変化検出回路36へ入力さ
れ、第2の平面鏡21の振動に伴つて変化する振
動振幅信号としての交流信号e1に変換される。交
流信号e1は検波回路37にて直流の出力電圧E1へ
変換される。検波回路37から出力される出力電
圧E1は、振幅設定器38から出力される設定電
圧E2とともに偏差検出回路39へ入力される。
偏差検出回路39は出力電圧E1との設定電圧E2
と偏差電圧E3を出力する。偏差検出回路39か
ら出力された偏差電圧E3は積分回路40で積分
され、ゲイン制御増幅器41の制御信号電圧E4
になる。
駆動回路26を示すブロツク図である。図中34
は発光装置23のLED等の発光素子へ駆動電流
は供給する発光素子駆動回路である。図中35は
振幅測定器25を構成するポジシヨンセンサであ
り、このポジシヨンセンサ35は、素子上の照射
スポツトの変位に比例した信号を出力する一種の
光電変換素子であり、検出光24の振幅、すなわ
ち第2の平面鏡21の振幅を直設照射スポツト移
動によつて検出するものである。ポジシヨンセン
サ35の出力信号は変化検出回路36へ入力さ
れ、第2の平面鏡21の振動に伴つて変化する振
動振幅信号としての交流信号e1に変換される。交
流信号e1は検波回路37にて直流の出力電圧E1へ
変換される。検波回路37から出力される出力電
圧E1は、振幅設定器38から出力される設定電
圧E2とともに偏差検出回路39へ入力される。
偏差検出回路39は出力電圧E1との設定電圧E2
と偏差電圧E3を出力する。偏差検出回路39か
ら出力された偏差電圧E3は積分回路40で積分
され、ゲイン制御増幅器41の制御信号電圧E4
になる。
一方、変化検出回路36から出力された交流信
号e1は移相回路42へ入力され、この移相回路4
2にてU字形音叉7に振動位相に整合される。移
相回路42から出力された整合信号e2は前記ゲイ
ン制御増幅器41へ入力されると共に、波形整形
回路43へ入力されて波形整形される。そして、
この波形整形回路43から同期信号e3とし前記同
期検波回路18へ送出される。また、ゲイン制御
器41は入力した整合信号e2を前記制御信号電圧
E4で定まる増幅率で増幅して、前記U字形音叉
7の電磁コイル10の駆動電流として出力す
る。
号e1は移相回路42へ入力され、この移相回路4
2にてU字形音叉7に振動位相に整合される。移
相回路42から出力された整合信号e2は前記ゲイ
ン制御増幅器41へ入力されると共に、波形整形
回路43へ入力されて波形整形される。そして、
この波形整形回路43から同期信号e3とし前記同
期検波回路18へ送出される。また、ゲイン制御
器41は入力した整合信号e2を前記制御信号電圧
E4で定まる増幅率で増幅して、前記U字形音叉
7の電磁コイル10の駆動電流として出力す
る。
このような一種のサーボ系構成の音叉駆動回路
26において、第2の平面鏡21の振幅、すなわ
ち検波回路37の出力電圧E1が振幅設定器38
の設定電圧E2に等しくなると、偏差検出回路3
9から出力される偏差電圧E3が0となる。した
がつて、積分回路40から出力される制御信号電
圧E4の値は変化しない。その結果、U字形音叉
7の振動振幅Wは変化することはない。また、検
出回路37の出力電圧E2が振幅設定器38の設
定電圧E3に等しくない場合は、その差に相当す
る偏差電圧E3が積分回路40へ入力される。そ
して、積分回路40から出力される制御信号電圧
E4は偏差電圧E3に対応して変化する。その結果、
U字形音叉7の振動振幅Wは検波回路37の出力
電圧E1が振幅設定器38の設定電圧E2に等しく
なるように変化する。したがつて、逆に振幅設定
器38の設定電圧E2を変更することによりU字
型音叉7の振動振幅Wを任意に変更できる。
26において、第2の平面鏡21の振幅、すなわ
ち検波回路37の出力電圧E1が振幅設定器38
の設定電圧E2に等しくなると、偏差検出回路3
9から出力される偏差電圧E3が0となる。した
がつて、積分回路40から出力される制御信号電
圧E4の値は変化しない。その結果、U字形音叉
7の振動振幅Wは変化することはない。また、検
出回路37の出力電圧E2が振幅設定器38の設
定電圧E3に等しくない場合は、その差に相当す
る偏差電圧E3が積分回路40へ入力される。そ
して、積分回路40から出力される制御信号電圧
E4は偏差電圧E3に対応して変化する。その結果、
U字形音叉7の振動振幅Wは検波回路37の出力
電圧E1が振幅設定器38の設定電圧E2に等しく
なるように変化する。したがつて、逆に振幅設定
器38の設定電圧E2を変更することによりU字
型音叉7の振動振幅Wを任意に変更できる。
このように構成された波長走査型発光スペクト
ル分析器の動作原理を第4図a,bを用いて説明
する。すなわち、測定すべき輝線スペクトルBの
中心波長λ0を中心としてこの周辺(λ0±Δλ)で
波長λを変調しながらスペクトル強度を測定す
る。このとき測定されるスペクトル強度波形は図
示するように平均直流成分eに振幅dの交流成分
(リツプル成分)が重畳した波形Dとなる。この
波形Dの交流成分dの周波数は波長変調周波数F
の2倍の周波数2Fとなる。したがつて、この波
形Dを周波数2Fで、波長変調に同期させて検波
すればもとのスペクトル強度が得られる。実際に
は測定輝線スペクトルBには第4図aに示すよう
に強度bの広帯域のバツクグラウンドスペクトル
が重畳されているので、同図bに示す直流成分e
をハイパスフイルタで除去した後、同期検波すれ
ば、輝線スペクトルBの変化分の変動強度aに対
応する強度dが得られる。また、ハイパスフイル
タを通さずに直接直流増幅器で増幅すると輝線ス
ペクトルBの全強度Cを得ることができる。
ル分析器の動作原理を第4図a,bを用いて説明
する。すなわち、測定すべき輝線スペクトルBの
中心波長λ0を中心としてこの周辺(λ0±Δλ)で
波長λを変調しながらスペクトル強度を測定す
る。このとき測定されるスペクトル強度波形は図
示するように平均直流成分eに振幅dの交流成分
(リツプル成分)が重畳した波形Dとなる。この
波形Dの交流成分dの周波数は波長変調周波数F
の2倍の周波数2Fとなる。したがつて、この波
形Dを周波数2Fで、波長変調に同期させて検波
すればもとのスペクトル強度が得られる。実際に
は測定輝線スペクトルBには第4図aに示すよう
に強度bの広帯域のバツクグラウンドスペクトル
が重畳されているので、同図bに示す直流成分e
をハイパスフイルタで除去した後、同期検波すれ
ば、輝線スペクトルBの変化分の変動強度aに対
応する強度dが得られる。また、ハイパスフイル
タを通さずに直接直流増幅器で増幅すると輝線ス
ペクトルBの全強度Cを得ることができる。
この原理を第1図の波長走査型発光スペクトル
分析器について説明すると、入口スリツト5から
入力した光束2はU字形音叉7の一方の自由端に
取付けられた第1の平面鏡8で反射され、さらに
コリメータ9にて反射されて回折格子11へ入力
される。前記U字形音叉7が一定振幅W、周波数
Fで振動しているので、この回折格子11へ入射
される光束2の入射角θも中心入射角度θ0を中心
として一定の角度範囲(θ0±Δθ)で振動する。
その結果、出口スリツト13上には波長λ0±Δλ
の振動スペクトルが結像する。したがつて、その
振動スペクトルの中心位置に形成された出口スリ
ツト13から漏出るスペクトルは第4図bの波形
Dに示すように、直流成分eに交流成分dが重畳
した波形となる。この波形Dは光電変換器14に
て電気信号fに変換される。したがつて、コンデ
ンサ17で直流成分e除去され、同期検波回路1
8にて前記2Fの周波数を有する前記音叉駆動回
路26からの同期信号e3によつて同期検波された
信号は、第4図aの輝線スペクトルBの変動強度
aに対応する直流信号となる。
分析器について説明すると、入口スリツト5から
入力した光束2はU字形音叉7の一方の自由端に
取付けられた第1の平面鏡8で反射され、さらに
コリメータ9にて反射されて回折格子11へ入力
される。前記U字形音叉7が一定振幅W、周波数
Fで振動しているので、この回折格子11へ入射
される光束2の入射角θも中心入射角度θ0を中心
として一定の角度範囲(θ0±Δθ)で振動する。
その結果、出口スリツト13上には波長λ0±Δλ
の振動スペクトルが結像する。したがつて、その
振動スペクトルの中心位置に形成された出口スリ
ツト13から漏出るスペクトルは第4図bの波形
Dに示すように、直流成分eに交流成分dが重畳
した波形となる。この波形Dは光電変換器14に
て電気信号fに変換される。したがつて、コンデ
ンサ17で直流成分e除去され、同期検波回路1
8にて前記2Fの周波数を有する前記音叉駆動回
路26からの同期信号e3によつて同期検波された
信号は、第4図aの輝線スペクトルBの変動強度
aに対応する直流信号となる。
また、電気信号fを直接増幅する直流増幅器1
5の出力信号は輝線スペクトルBのバツクグラウ
ンド強度bおよび変動強度aを加えた全強度cに
対応した値となる。
5の出力信号は輝線スペクトルBのバツクグラウ
ンド強度bおよび変動強度aを加えた全強度cに
対応した値となる。
次に波長走査機構20の調節つまみ20bを回
転すると、回折スペクトルの中心波長λ0が順次ず
れていく。その結果、第6図に示した広い波長範
囲のスペクトル特性が得られる。
転すると、回折スペクトルの中心波長λ0が順次ず
れていく。その結果、第6図に示した広い波長範
囲のスペクトル特性が得られる。
第5図はその実測例である。第5図のEは直流
増幅器15の出力信号から得られたスペクトルで
あり、Fは同期検波回路18から得られたスペク
トルであつて、スペクトルEにあるピークGはス
ペクトルF上の大きなピークHとして検出されて
いることが理解できる。
増幅器15の出力信号から得られたスペクトルで
あり、Fは同期検波回路18から得られたスペク
トルであつて、スペクトルEにあるピークGはス
ペクトルF上の大きなピークHとして検出されて
いることが理解できる。
このように、第4図の直流成分eを除去して変
動成分dのみを分離して検出することが可能であ
るので、輝線スペクトルBにおけるバツクグラウ
ンドの強度Pを除去して変動強度aのみを精度よ
く測定できる。また、この測定方法であるとバツ
クグラウンドの強度bが変動しても、この変動が
輝線スペクトルBの変動強度aの測定精度に影響
を及ぼすことはない。したがつて、従来光スペク
トル分析器のように測定する波長の値をλ0に固定
してスペクトル強度を直接測定する場合に比較し
て、測定精度を格段に向上することが可能であ
る。
動成分dのみを分離して検出することが可能であ
るので、輝線スペクトルBにおけるバツクグラウ
ンドの強度Pを除去して変動強度aのみを精度よ
く測定できる。また、この測定方法であるとバツ
クグラウンドの強度bが変動しても、この変動が
輝線スペクトルBの変動強度aの測定精度に影響
を及ぼすことはない。したがつて、従来光スペク
トル分析器のように測定する波長の値をλ0に固定
してスペクトル強度を直接測定する場合に比較し
て、測定精度を格段に向上することが可能であ
る。
また、輝線スペクトルBの変動強度aを直流電
圧で得るためには、同期検波回路18内におい
て、同期検波後の信号をローバスフイルタに印加
する必要がある。発明者等の実験によると、測定
された変動強度aのS/N比を一定水準以上に保
つためには、このローパスフイルタの時定数τの
値を、同期検波周波数2Fに対して最低、τ>
200/2F以上の関係になるように大きく設定する
必要がある。前述した半導体IC素子のプラズマ
エツチングの終了点を素早く検出する為には、上
記時定数τをできるかぎり小さくする必要がある
ので、波長変調周波数Fを高くする必要がある。
すなわち、U字形音叉7に取付けられた第1の平
面鏡8の振動周波数Fを高くすればよい。
圧で得るためには、同期検波回路18内におい
て、同期検波後の信号をローバスフイルタに印加
する必要がある。発明者等の実験によると、測定
された変動強度aのS/N比を一定水準以上に保
つためには、このローパスフイルタの時定数τの
値を、同期検波周波数2Fに対して最低、τ>
200/2F以上の関係になるように大きく設定する
必要がある。前述した半導体IC素子のプラズマ
エツチングの終了点を素早く検出する為には、上
記時定数τをできるかぎり小さくする必要がある
ので、波長変調周波数Fを高くする必要がある。
すなわち、U字形音叉7に取付けられた第1の平
面鏡8の振動周波数Fを高くすればよい。
従来、高い周波数で平面鏡を振動させる装置と
してガルバノメータ型のものがあるが、この装置
には回転軸と軸受が存在するために長時間連続運
転した場合に耐久性等に問題があり、また振動振
幅を自由に制御することは困難である。
してガルバノメータ型のものがあるが、この装置
には回転軸と軸受が存在するために長時間連続運
転した場合に耐久性等に問題があり、また振動振
幅を自由に制御することは困難である。
これに対して実施例の波長走査型発光スペクト
ル分析器に使用した音叉発振器6は、第2図に示
すような形状および寸法のU字形音叉7を振動源
として用いているので、前述したように2KHz程
度の高い振動周波数を得ることが可能である。従
つて応答特性を改善することが可能である。
ル分析器に使用した音叉発振器6は、第2図に示
すような形状および寸法のU字形音叉7を振動源
として用いているので、前述したように2KHz程
度の高い振動周波数を得ることが可能である。従
つて応答特性を改善することが可能である。
また、その振動の振幅を第2の平面鏡21およ
び振幅測定器25で測定して音叉駆動回路26に
てU字形音叉7の振動振幅Wを常に一定になるよ
うに制御できるとともに、必要に応じてその振幅
値Wを任意の値に変更することも可能である。ま
た、機械的可動部品を採用していないので耐久性
劣化に起因する信頼性低下をきたすこともない。
び振幅測定器25で測定して音叉駆動回路26に
てU字形音叉7の振動振幅Wを常に一定になるよ
うに制御できるとともに、必要に応じてその振幅
値Wを任意の値に変更することも可能である。ま
た、機械的可動部品を採用していないので耐久性
劣化に起因する信頼性低下をきたすこともない。
なお、U字型音叉を用いた音叉発振器の振動振
幅を検出する手段として、ピツクアツプ用の磁気
ヘツドを使用したものが提案されている(特開昭
56−14124号公報)が、磁気ヘツドの出力が温度
変化に大きく影響されやすく、また、振動振幅値
と実際の磁気ヘツドの出力値との関係が非直線で
あるとの問題がある。また、磁気ヘツドの励磁電
圧(電流)で振幅を検出する間接測定である。さ
らに、ピツクアツプの取付誤差やヘツドの性能
(温度特性、製造バラツキ)や前述した非直線特
性等の存在によつて、測定された検出電圧(電
流)値と振幅値との間の複雑な校正が必要である
等の問題がある。
幅を検出する手段として、ピツクアツプ用の磁気
ヘツドを使用したものが提案されている(特開昭
56−14124号公報)が、磁気ヘツドの出力が温度
変化に大きく影響されやすく、また、振動振幅値
と実際の磁気ヘツドの出力値との関係が非直線で
あるとの問題がある。また、磁気ヘツドの励磁電
圧(電流)で振幅を検出する間接測定である。さ
らに、ピツクアツプの取付誤差やヘツドの性能
(温度特性、製造バラツキ)や前述した非直線特
性等の存在によつて、測定された検出電圧(電
流)値と振幅値との間の複雑な校正が必要である
等の問題がある。
このように構成された波長走査型発光スペクト
ル分析器でもつて半導体IC素子のプラズマエツ
チング処理工程におけるエツチング終了を検出す
る場合、まず、第1図の波長走査機構20にて測
定波長λを短波長から短波長まで変化させて、直
流増幅器15を介した出力端子16から出力され
るエツチング処理動作時における第6図aに示す
プラズマベクトル特性を求める。次に同様の操作
手順にて明らかにエツチング処理が終了したと考
えられる時刻における第6図bに示すプラズマス
ペクトル特性を求める。そして、両特性間の差が
最も顕著な輝線スペクトルBを求める。そして、
波長走査機構20にて分析器の測定波長λを輝線
スペクトルBの中心波長λ0に設定する。
ル分析器でもつて半導体IC素子のプラズマエツ
チング処理工程におけるエツチング終了を検出す
る場合、まず、第1図の波長走査機構20にて測
定波長λを短波長から短波長まで変化させて、直
流増幅器15を介した出力端子16から出力され
るエツチング処理動作時における第6図aに示す
プラズマベクトル特性を求める。次に同様の操作
手順にて明らかにエツチング処理が終了したと考
えられる時刻における第6図bに示すプラズマス
ペクトル特性を求める。そして、両特性間の差が
最も顕著な輝線スペクトルBを求める。そして、
波長走査機構20にて分析器の測定波長λを輝線
スペクトルBの中心波長λ0に設定する。
以上の準備作業が終了すると、実際のプラズマ
エツチング処理開始からの輝線スペクトルBの変
動強度aを同期検波回路18を介した出力端子か
らの直流電圧を連続測定する。そして、その出力
特性値が零に変化した時をエツチング終了時刻と
判断する。
エツチング処理開始からの輝線スペクトルBの変
動強度aを同期検波回路18を介した出力端子か
らの直流電圧を連続測定する。そして、その出力
特性値が零に変化した時をエツチング終了時刻と
判断する。
このように本発明によつて、高速な波長変調を
可能にしたので発光スペクトルの変化が速いプラ
ズマエツチング、プラズマCVD等における微少
なスペクトル変動をも精度よくかつ応答性よく測
定することが可能である。
可能にしたので発光スペクトルの変化が速いプラ
ズマエツチング、プラズマCVD等における微少
なスペクトル変動をも精度よくかつ応答性よく測
定することが可能である。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。コンデンレンズ4の前に吸収セルを
配置して、ガス又は液体の吸収スペクトル変化か
ら上述したアンモニア分析器のようにガス濃度、
液体濃度の測定を行なうことも可能である。
のではない。コンデンレンズ4の前に吸収セルを
配置して、ガス又は液体の吸収スペクトル変化か
ら上述したアンモニア分析器のようにガス濃度、
液体濃度の測定を行なうことも可能である。
[発明の効果]
以上説明したように本発明によれば、音叉発振
器を用いることによつて、たとえバツクグラウン
ドスペクトルの強度が大きくとも、目標輝線スペ
クトル又は吸収ピーク等の微少なスペクトル変化
を、精度よくかつ応答特性の感度よく測定でき
る。
器を用いることによつて、たとえバツクグラウン
ドスペクトルの強度が大きくとも、目標輝線スペ
クトル又は吸収ピーク等の微少なスペクトル変化
を、精度よくかつ応答特性の感度よく測定でき
る。
さらに、測定光を振動さえるU字形音叉の振幅
の絶対値をポシシヨンセンサ等の光学的手法を用
いて直接測定し、振幅が一定になるように制御し
ている。したがつて、例えば磁気ヘツド等を使用
した他の測定手法に比較して、U字形音叉の振幅
測定の安定性及び測定精度が上昇するので、最終
的なスペクトルイ変化の測定精度をさらに向上で
きる。
の絶対値をポシシヨンセンサ等の光学的手法を用
いて直接測定し、振幅が一定になるように制御し
ている。したがつて、例えば磁気ヘツド等を使用
した他の測定手法に比較して、U字形音叉の振幅
測定の安定性及び測定精度が上昇するので、最終
的なスペクトルイ変化の測定精度をさらに向上で
きる。
図は本発明の一実施例に係わる波長走査型発光
スペクトル分析器を示すものであり、第1図は全
体の概略構成を示す模式図、第2図はU字形音叉
を示す斜視図、第3図は音叉駆動回路を記すブロ
ツク図、第4図は動作原理を説明するための図、
第5図は実施例を示す図、第6図はプラズマスペ
クトル特性図である。 1……プラズマ発生源、2……光束、3……ケ
ース、4,22……コンデンサレンズ、5……入
口スリツト、6……音叉発振器、7……U字形音
叉、8……第1の平面鏡、9……コリメータ、1
0……電磁コイル、11……回折格子、12……
コレクタ、13……出口スリツト、14……光電
変換器、15……直流増幅器、17……コンデン
サ、18……同期検波回路、20……波長走査機
構、21……第2の平面鏡、23……発光装置、
24……検出光、25……振幅測定器、26……
音叉駆動回路、31……U字部、32……脚部、
34……発光素子駆動回路、35……ポジシヨン
センサ、36……変化検出回路、37……検波回
路、38……振幅設定器、39……偏差検出回
路、40……積分回路、41……ゲイン制御増幅
器、42……移相回路、43……波形整形回路。
スペクトル分析器を示すものであり、第1図は全
体の概略構成を示す模式図、第2図はU字形音叉
を示す斜視図、第3図は音叉駆動回路を記すブロ
ツク図、第4図は動作原理を説明するための図、
第5図は実施例を示す図、第6図はプラズマスペ
クトル特性図である。 1……プラズマ発生源、2……光束、3……ケ
ース、4,22……コンデンサレンズ、5……入
口スリツト、6……音叉発振器、7……U字形音
叉、8……第1の平面鏡、9……コリメータ、1
0……電磁コイル、11……回折格子、12……
コレクタ、13……出口スリツト、14……光電
変換器、15……直流増幅器、17……コンデン
サ、18……同期検波回路、20……波長走査機
構、21……第2の平面鏡、23……発光装置、
24……検出光、25……振幅測定器、26……
音叉駆動回路、31……U字部、32……脚部、
34……発光素子駆動回路、35……ポジシヨン
センサ、36……変化検出回路、37……検波回
路、38……振幅設定器、39……偏差検出回
路、40……積分回路、41……ゲイン制御増幅
器、42……移相回路、43……波形整形回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 測定すべき光の光束を所定の周波数で振動さ
せる音叉発振器6と、該音叉発振器から出力され
た変調された光束を分散させて回折スペクトルを
出力させる回折格子11と、該回折格子を回動さ
せて前記出力された光束の前記回折格子に対する
入射角度を連続変化させる波長走査機構20と、
前記回折格子より出力された回折スペクトルを受
光して前記回折スペクトルに含まれる光変調信号
を電気信号に変換する光電変換器14と、該光電
変換器から出力された前記電気信号を前記音叉発
振器の振動周波数の2倍の周波数で同期検波する
同期検波回路18とを備えた波長走査型発光スペ
クトル分析器において、 前記音叉発振器6は、U字形音叉31と、該U
字形音叉を振動駆動するための電磁コイル10
と、前記U字形音叉の一方の自由端に装着され前
記測定すべき光の光束を反射させて出力する第1
の平面鏡8と、前記U字形音叉の他方の自由端に
装着され前記反射光の振動振幅を検出するための
第2の平面鏡21と、該第2の平面鏡へ前記反射
光束の振動振幅検出用の検出光を照射する発光装
置23と、前記第2の平面鏡にて反射された前記
検出光をポジシヨンセンサで受光し、該反射され
た検出光の振動振幅を変化検出回路で測定する振
幅測定器25と、該振幅測定器にて測定された振
動振幅値が常に一定値になるように前記電磁コイ
ルの励磁を制御する駆動回路26とを具備するこ
とを特徴とする波長走査型発光スペクトル分析
器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6234285A JPS61219840A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 波長走査型発光スペクトル分析器 |
| US06/840,943 US4752129A (en) | 1985-03-27 | 1986-03-18 | Wavelength modulation derivative spectrometer |
| DE19863610278 DE3610278A1 (de) | 1985-03-27 | 1986-03-26 | Spektrometer mit modulation der wellenlaengen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6234285A JPS61219840A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 波長走査型発光スペクトル分析器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61219840A JPS61219840A (ja) | 1986-09-30 |
| JPH0528332B2 true JPH0528332B2 (ja) | 1993-04-26 |
Family
ID=13197350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6234285A Granted JPS61219840A (ja) | 1985-03-27 | 1985-03-27 | 波長走査型発光スペクトル分析器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61219840A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104792497B (zh) * | 2015-03-25 | 2017-05-31 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种采用可调谐激光光源的光谱测试系统 |
| JP6608514B2 (ja) | 2017-12-22 | 2019-11-20 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 光学式濃度測定装置および光学式濃度測定装置の制御方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5614124A (en) * | 1979-07-14 | 1981-02-10 | Agency Of Ind Science & Technol | Spectrometer |
-
1985
- 1985-03-27 JP JP6234285A patent/JPS61219840A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61219840A (ja) | 1986-09-30 |
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