JPH0765991A - Cvd反応炉のプラズマ測定装置 - Google Patents

Cvd反応炉のプラズマ測定装置

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JPH0765991A
JPH0765991A JP5232252A JP23225293A JPH0765991A JP H0765991 A JPH0765991 A JP H0765991A JP 5232252 A JP5232252 A JP 5232252A JP 23225293 A JP23225293 A JP 23225293A JP H0765991 A JPH0765991 A JP H0765991A
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JP
Japan
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plasma
laser beam
reaction
scattered light
measuring unit
Prior art date
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Application number
JP5232252A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Ozaki
裕明 尾崎
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 プラズマCVD反応炉のプラズマの状態など
を定量的に測定する。 【構成】 反応炉1の一方の側面11a に対応して配設さ
れ、プラズマ化により生じたプラズマ陽光LRGを分光し
て波長;強度の分布特性を測定陽光測定部4 を具備し、
また、側面11b に対応して配設され、シャワー電極14と
載置台の空間に対してレーザビームLT を走査するレー
ザビーム走査系51と、側面11a に対応して配設され、プ
ラズマ化により生成され、上記の空間をフローする反応
生成物の散乱光LRSを受光する散乱光受光系52、および
散乱光受光系の受光信号を処理して、反応生成物の濃度
分布特性を出力するデータ処理部53よりなる生成物測定
部5、ならびに出力表示器6とにより構成される。ま
た、陽光測定部と生成物測定部とは、レーザビームをカ
ットするフィルタと、レーザビームのみを透過するフィ
ルタとをそれぞれ具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、CVD反応炉におい
て、反応ガスのプラズマ化された状態を測定する装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ICの製造においては、シリコン
ウエハの表面に酸化シリコンの薄膜を形成する工程があ
る。薄膜の形成方法には化学的気相成長法(CVD)が
利用されており、CVD法には常圧法、減圧法、プラズ
マ法などがある。これらのうちのプラズマ法は、良好な
膜質が速やかに形成されるなど、多くの優れた点がある
ので、最近の高品質で高精度な薄膜が要求される超LS
Iに対して利用されている。
【0003】プラズマCVD反応炉(以下単に反応炉と
いう)の型式には各種があるが、図4はその一例として
立方形の反応炉1を示す。図4は反応炉1の垂直断面を
示す。反応炉1は立方形の筐体11を有し、筐体は気密構
造とされてベース盤Bに固定される。筐体11の内部に
は、下部に支持枠121 と載置台122 および載置板を加熱
するヒーター123 よりなるサセプタ部12が設けられ、上
部には、反応ガスGに対するインレット13と、その下方
には、多数の微細な噴射孔141 が配列されたシャワー電
極14とが設けられ、載置台122 を接地電位とし、これと
シャワー電極14の間に高周波電圧vを加圧する高周波電
源3が設けてある。また、筐体11の側面の図示の2箇所
には、反応済みガスG’に対するアウトレット15a,15b
と、ウエハ2の出し入れ用の扉16、および炉内の観察用
の覗き窓17とがそれぞれ設けられている。
【0004】上記の反応炉1の反応処理においては、扉
16を開いて被処理のウエハ2を筐体11内に搬入し、載置
台122 に載置した後、扉16を閉じて筐体内を真空とす
る。ついで、ヒーター123 により載置台122 を加熱して
ウエハ2を所定の温度まで上昇させ、これに対してイン
レット13より吸入された反応ガスGが、シャワー電極14
の噴射孔141 より下方に噴射される。ここで、シャワー
電極14に高周波電圧vを加圧すると、反応ガスGはグロ
ー放電してエネルギーが付与されてプラズマ化され、そ
の反応により生成物が生成されながら矢印の方向にフロ
ーし、これがウエハ2の表面に蒸着して薄膜が形成され
る。反応済みガスG’はアウトレット15a,15b より排出
され、また覗き窓17より反応状態などが随時に観察され
る。
【0005】さて、反応ガスGのプラズマ化により形成
された薄膜の性質は、種々の条件により左右されるもの
で、条件によってはその膜厚の均一性が阻害されたり、
またはその強度が弱くて使用に耐えないなどの、ダメー
ジが生じるおそれがある。各条件としては、例えば反応
ガスGの流速や、シャワー電極14とウエハ2の間隔、ウ
エハ2の温度、または高周波電圧vの周波数、電圧など
があり、これらは基礎研究によりそれぞれの概略的な適
正値がある程度知られている。しかし、反応炉1の大き
さ規模は、ウエハ2のサイズなどにより異なるので、反
応炉ごとの各条件の最適値は一概には決められない。こ
れに対して、従来は反応炉ごとにウエハ2に対する薄膜
形成の試行実験を行い、えられた薄膜の特性を検討して
各条件の最適値を特定し、さらに反応炉を稼働して覗き
窓17によりプラズマの状態を目視観察し、経験などによ
りその状態の良否を判定し、これが良好でないときは条
件を再調整するなどの方法がとられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のプラズマ状態を
目視観察する代わりに、これを定量的に測定すれば良否
の判定に有効ではないかと考えられる。すなわち、高周
波電圧vによる反応ガスGのグロー放電は、いわゆるプ
ラズマ陽光柱を形成して陽光を発散する。このプラズマ
陽光を分光して波長:強度の分布特性を測定すれば、目
視観察によるより的確にプラズマ状態を判定できるので
はないか。または他の測定方法として、フローする反応
生成物は、もとの反応ガスGの分子が結合して分子団塊
となっており、これは目視では観察できないが、光学的
に検出することは可能である。そこで、この分子団塊を
光学的に検出して濃度分布特性を測定すれば、反応生成
物の生成状態を的確に判定できるものと考えられる。さ
らに、この濃度分布特性と上記のプラズマ陽光の分布特
性の測定データは、最適条件の特定に対して参考となる
筈である。この発明は以上の考えによりなされたもの
で、CVD反応炉のプラズマ陽光を定量的に測定する手
段と、フローする反応生成物を定量的に測定する手段と
を兼ね備えた、プラズマ測定装置を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、CVD反応
炉のプラズマ測定装置であって、前記のプラズマCVD
反応炉において、立方形をなすCVD反応炉の一方の側
面とこれに直角の側面とに、ガラス窓をそれぞれ設け
る。一方の側面に対応して配設され、プラズマ化により
生じたプラズマ陽光を受光して分光し、その波長;強度
の分布特性を測定して出力する陽光測定部を具備する。
また、直角の側面に対応して配設され、シャワー電極と
載置台の空間に対してレーザビームを走査するレーザビ
ーム走査系と、一方の側面に対応して配設され、プラズ
マ化により生成され、上記の空間をフローする反応生成
物によるレーザビームの散乱光を受光する散乱光受光
系、および散乱光受光系の受光信号を処理して、反応生
成物の濃度分布特性を出力するデータ処理部よりなる生
成物測定部、とにより構成される。上記において、陽光
測定部と生成物測定部は、レーザビームをカットするフ
ィルタと、レーザビームのみを透過するフィルタをそれ
ぞれ具備する。
【0008】
【作用】上記の陽光測定部においては、反応炉内のプラ
ズマ陽光は、反応炉の一方の側面のガラス窓を通して受
光されて分光され、その波長;強度の分布特性が測定さ
れて出力される。上記の生成物測定部においては、レー
ザビーム走査系により、上記の直角の側面のガラス窓を
通して、シャワー電極と載置台の空間に対してレーザビ
ームが走査される。この空間をフローする反応生成物は
レーザビームを散乱し、散乱光は一方の側面、すなわち
レーザビームに直角の側面のガラス窓を透過し、散乱光
受光系に受光され、その受光信号はデータ処理部により
処理されて、反応生成物の濃度分布特性のデータが出力
される。上記において、陽光測定部と生成物測定部が同
時に動作すると、レーザビームがプラズマ陽光に対する
ノイズとなり、反対にプラズマ陽光が反応生成物の散乱
光に対するノイズとなって両測定部のS/N比が低下す
るので、それぞれが具備するフィルタにより、陽光測定
部はレーザビームがカットされ、生成物測定部はプラズ
マ陽光がカットされてレーザビームのみが受光され、S
/N比の低下が防止される。なお、レーザビームの投射
方向と、反応生成物の散乱光の受光方向とを直角とする
理由は、レーザビームに妨害されずに散乱光を有効に受
光するためである。以上によりえられたプラズマ陽光の
波長:強度の分布特性と、反応生成物の濃度分布特性の
それぞれの測定データにより、プラズマ状態はその良否
が的確に判定されて各条件の再調整に役立ち、また測定
データは各条件の最適値の特定に対して有力なの参考と
される。
【0009】
【実施例】図1はこの発明の一実施例におけるプラズマ
測定装置10の斜視外観図、図2は陽光測定部4の構成
図、図3(a) は生成物測定部5のレーザビーム走査系51
の構成図、(b) は散乱光受光系52の構成図をそれぞれ示
す。図1において、プラズマ測定装置10は、前記した
図4の立方形の反応炉1に対して、その筐体11の側面11
a と、これに直角な側面11b にガラス窓18,19 を設けて
反応炉1の真空を保持する。ただしガラス窓18は、覗き
窓17を拡張して利用することができる。ガラス窓18の外
側に陽光測定部4を配設する。陽光測定部4は、図2に
示すように、集光レンズ41とフィルタ42および分光器43
よりなり、集光レンズ41はシャワー電極14と載置台122
の間の空間の全域におけるプラズマ陽光LRGを集光し、
フィルタ42は次に述べるレーザビームLT の波長をカッ
トしてS/N比の低下を防止する。また分光器43には例
えば回折格子方式などの適当なものを使用し、これらの
各要素は適当に遮蔽(図示省略)して外光を除去する。
次に、ガラス窓19,18 の外側にレーザビーム走査系51と
散乱光受光系52とを適当に遮蔽して配設し、これらとデ
ータ処理部53により生成物測定部5を構成する。レーザ
ビーム走査系51は、昇降用のZ移動機構51a に搭載さ
れ、図3(a) に示すように、レーザ光源511 とそのレー
ザビームLT を適当なビーム径に変換するコリメータレ
ンズ512 、および走査用の回転ミラー513 よりなり、上
記の空間がレーザビームLT により走査される。散乱光
受光系52は、図(b) に示すように、集光レンズ521 とフ
ィルタ522 およびCCDカメラ523 よりなり、集光レン
ズ521 は上記の空間をフローする反応生成物pによるレ
ーザビームLT の散乱光LRSを集光し、フィルタ522 は
レーザビームLT のみを透過し、プラズマ陽光によるS
/N比の劣化を防止する。以上に対して出力表示器6を
設け、陽光測定部4とデータ処理部53の出力側にそれぞ
れ接続する。
【0010】以下、プラズマ測定装置10の動作を説明
する。反応炉1に対してプラズマ化に対する各設定条件
を設定し、インレット13より反応ガスGを吸入してシャ
ワー電極14より噴射し、シャワー電極14に対して高周波
電源3より高周波電圧vを加圧する。また陽光測定部4
と生成物測定部5とを動作する。陽光測定部4において
は、上記の空間内のプラズマ陽光LRGは集光レンズ41に
より集光され、フィルタ42によりレーザビームLT がカ
ットされ、分光器43により分光されてその波長:強度の
分布特性が測定され、その測定データは出力表示器6に
表示される。一方、生成物測定部5においては、レーザ
ビーム走査系51により走査されたレーザビームLT は、
上記の空間をフローする反応生成物(分子団塊)により
散乱し、散乱光LRSは集光レンズ521 により集光され、
フィルタ522 によりプラズマ陽光LRGが除去されて、C
CDカメラ523 により受光される。その受光信号はデー
タ処理部53により処理されて、反応生成物の濃度分布特
性が測定され、その測定データは出力表示器6に表示さ
れる。表示された両測定データにより、プラズマ状態と
反応生成物の生成状態との良否が的確に判定され、不良
のときは設定条件を再調整して品質の良好な薄膜が形成
される。上記において各設定条件を種々に変化して、そ
れぞれに対して測定されたプラズマ陽光の波長:強度
と、反応生成物の濃度の各分布特性を、形成された薄膜
の品質に対応させると、良好な薄膜に対する各設定条件
の最適値を特定することができ、その決定に対して有力
な参考となるものである。
【0011】
【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明によるプ
ラズマ測定装置は、プラズマCVD反応炉に対して、プ
ラズマ陽光の波長:強度の分布特性を測定する陽光測定
部と、フローする反応生成物の濃度の分布特性を測定す
る生成物測定部とを設けて構成され、各測定部による定
量的な測定データによりプラズマ状態の良否が的確に判
定され、不良のときは各条件の再調整を正確に行うこと
が可能となり、さらに反応炉の最適条件の特定に対して
有力な参考データがえられるもので、良質な薄膜の形成
に寄与する効果には優れたものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例におけるプラズマ測定装
置10の斜視外観図である。
【図2】 プラズマ測定装置10の陽光測定部4の構成
図である。
【図3】 生成物測定部5の構成を示し、(a) はレーザ
ビーム走査系51の構成図、(b) は散乱光受光系52の構成
図である。
【図4】 プラズマCVD反応炉1の垂直断面図であ
る。
【符号の説明】
1…プラズマCVD反応炉、単に反応炉、11…立方形の
筐体、11a,11b …側面 12…サセプタ部12、121 …支持枠、122 …載置台、123
…ヒーター、13…インレット、14…シャワー電極、141
…噴射孔、15a,15b …アウトレット 16…扉、17…覗き窓、18,19 …ガラス窓、2…被処理の
ウエハ、3…高周波電源、4…陽光測定部、41…集光レ
ンズ、42…フィルタ、43…分光器、5…生成物測定部、
51…ビーム走査系、51a …Z移動機構、511 …レーザ光
源 512 …コリメータ、513 …回転ミラー、52…散乱光受光
系、521 …集光レンズ 522 …フィルタ、523 …CCDカメラ、53…データ処理
部、6…処理表示器、G…反応ガス、G’反応済みガ
ス、v…高周波電圧、LT …レーザビーム、LRG…プラ
ズマ陽光またはその発散光、LRS…生成物の散乱光。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 載置台に載置された被処理のウエハに対
    して、該載置台の上方に設けたシャワー電極より反応ガ
    スを噴射し、該シャワー電極と載置台の間に高周波電圧
    を加圧して該反応ガスをプラズマ化し、該プラズマ化に
    より生成された反応生成物を、前記ウエハの表面に蒸着
    して薄膜を形成するプラズマCVD反応炉において、立
    方形をなす該CVD反応炉の一方の側面と該側面に直角
    な側面とにガラス窓をそれぞれ設け、該一方の側面に対
    応して配設され、該プラズマ化により生じたプラズマ陽
    光を受光して分光し、その波長:強度の分布特性を測定
    する陽光測定部を具備し、かつ、前記直角の側面に対応
    して配設され、前記シャワー電極と載置台の空間に対し
    てレーザビームを走査するレーザビーム走査系と、前記
    一方の側面に対応して配設され、前記空間をフローする
    前記反応生成物によるレーザビームの散乱光を受光する
    散乱光受光系、および該散乱光受光系の受光信号を処理
    して、該反応生成物の濃度分布特性を出力するデータ処
    理部よりなる生成物測定部、とにより構成されたことを
    特徴とする、CVD反応炉のプラズマ測定装置。
  2. 【請求項2】 前記陽光測定部と生成物測定部は、前記
    レーザビームをカットするフィルタと、前記レーザビー
    ムのみを透過するフィルタをそれぞれ具備することを特
    徴とする、請求項1記載のCVD反応炉のプラズマ測定
    装置。
JP5232252A 1993-08-26 1993-08-26 Cvd反応炉のプラズマ測定装置 Pending JPH0765991A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001055478A3 (de) * 2000-01-28 2002-02-28 Aixtron Ag Verfahren und vorrichtung zum abscheiden eines in flüssiger form vorliegenden prekursors auf einem substrat

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001055478A3 (de) * 2000-01-28 2002-02-28 Aixtron Ag Verfahren und vorrichtung zum abscheiden eines in flüssiger form vorliegenden prekursors auf einem substrat

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