JPH04303599A - Diagnostic method of plsme - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
[発明の目的] [Purpose of the invention]
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、近年工業的に広く利用
されている放電プラズマに係わるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to discharge plasma, which has been widely used industrially in recent years.
【0002】0002
【従来の技術】正負の正味の電荷量が釣合った状態のプ
ラズマの中、いわゆる弱電離プラズマを利用するプロセ
ス技術がドライプロセスと呼ばれており、その恩恵を受
けている分野としては半導体プロセス技術など多く、そ
の用途はプラズマCVDや微細加工技術などさまざまで
ある。弱電離プラズマを発生する一つの手段としては、
磁場を印加する性能を持った電極構造を持つマグネトロ
ンを利用したプラズマ即ちマグネトロン放電プラズマが
ある。[Prior Art] Dry process is a process technology that uses so-called weakly ionized plasma in a plasma where the net positive and negative charges are balanced, and the field benefiting from this is semiconductor processing. There are many technologies, and their applications are diverse, such as plasma CVD and microfabrication technology. One way to generate weakly ionized plasma is to
There is a plasma that uses a magnetron, which has an electrode structure capable of applying a magnetic field, or magnetron discharge plasma.
【0003】マグネトロン放電プラズマも真空チャンバ
ー内で発生するものであり、内部状態を変化せずに観測
するのは困難であるが、プラズマからの発光即ち、ある
粒子の電子衝突などで励起され、それが解消する際に発
する光を観測する発光分光法が知られており、どのよう
な励起状態の粒子がどのように分布しているかを測定す
る方法である。Magnetron discharge plasma is also generated in a vacuum chamber, and it is difficult to observe it without changing its internal state. Emission spectroscopy is a well-known method for observing the light emitted when a particle is dissolved, and is a method for measuring the distribution of excited particles.
【0004】従って、弱電離プラズマの発光分光測定は
、平行極板に平行な面内の任意に一点だけの測定が行わ
れており、多くの場合、光学レンズやコンデンサーレン
ズなどから成る集光光学系を用いて、平行極板中心軸上
をフォーカッシングしたような比較的低い空間分解能の
測定によりプラズマの特性を調査することに終始してい
た。[0004] Therefore, emission spectrometry of weakly ionized plasma is performed at only one arbitrary point in a plane parallel to the parallel polar plates, and in most cases, a condensing optical system consisting of an optical lens or a condenser lens is used. Using this system, we have only been able to investigate the characteristics of plasma through measurements with relatively low spatial resolution, such as focusing on the center axis of parallel polar plates.
【0005】また、プロセス用プラズマでは、大面積を
処理するプラズマが求められており、その診断には、プ
ラズマの発光を利用したとして、位置分解を必要としな
い場合と、プラズマの位置分解を必要とする場合更に、
プラズマ内の観測点に焦点を合せたレンズを用いる場合
がある。[0005] In addition, process plasmas are required to treat large areas, and for diagnosis, there are two types of diagnosis: one that uses plasma light emission but does not require positional resolution, and one that requires plasma positional resolution. Furthermore, if
A lens focused on an observation point within the plasma may be used.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】工業的に多用されてい
るマグネトロン放電プラズマにおいても、プラズマを診
断して、放電構造を確め理論的に解析するのが不可欠で
あり、その上にプラズマ制御を行うことが望ましい。[Problem to be solved by the invention] Even in magnetron discharge plasma, which is widely used industrially, it is essential to diagnose the plasma, confirm the discharge structure, and theoretically analyze it. It is desirable to do so.
【0007】本発明は、このような事情により成された
もので、特に、マグネトロン放電プラズマの定量的な診
断を行うことを目的とするものである。[0007] The present invention has been made in view of the above circumstances, and is particularly aimed at quantitatively diagnosing magnetron discharge plasma.
【0008】[発明の構成][Configuration of the invention]
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明に係わるプラズマ
の診断方法の第1の発明の特徴は、プラズマの発光強度
を観測平面内の2方向から測定し、測定データからCT
技法により観測面内の発光分布を再構成することにある
。[Means for Solving the Problems] The first feature of the plasma diagnosis method according to the present invention is that the emission intensity of the plasma is measured from two directions within the observation plane, and the measured data is computed using CT.
The aim is to reconstruct the luminescence distribution within the observation plane using techniques.
【0010】第2の発明の特徴は、微小断面積の直線光
路内の発光だけを検出する検出器を備える測定装置を具
備することにあり、更に、第3の発明の特徴は、プラズ
マの観測面内と同一面内で検出器の角度及び位置を可動
することによりチャンバーに取付ける覗き窓によりプラ
ズマを観測面内の広い範囲で測定する測定装置を付加す
る点にあり、更にまた、第4の発明の特徴は、検出した
光を特定波長に分光し、プラズマの観測面内の特定ガス
の励起種またはイオン種の発光を測定する点にある。[0010] The second aspect of the invention is characterized in that it is equipped with a measuring device that is equipped with a detector that detects only the light emitted within a linear optical path with a minute cross-sectional area. The fourth aspect of the present invention is to add a measurement device that measures plasma over a wide range within the observation plane using a viewing window attached to the chamber by moving the angle and position of the detector within the same plane. The feature of the invention is that the detected light is divided into specific wavelengths and the emission of excited species or ion species of a specific gas within the observation plane of the plasma is measured.
【0011】[0011]
【作用】一般的に放電ブラズマでは、不均一な状態が形
成されるので3次元的な空間構造の調査が不可欠である
。このため本発明では真空チャンバー内に設けた電極に
、直流または高周波(RF)電力を供給してプラズマを
発生する。しかも不均一に形成するプラズマの空間構造
を効果的に測定するのにCT(ComputerTom
ography)を応用して空間分光測定を行うことに
より、発光の3次元空間分布を測定した。この手法は、
少ない2箇所の観測位置からのスキャン計測により放電
空間全域にわたる発光状態を観測できるのが特徴である
。[Operation] Generally, in discharge plasma, a non-uniform state is formed, so it is essential to investigate the three-dimensional spatial structure. Therefore, in the present invention, plasma is generated by supplying direct current or radio frequency (RF) power to electrodes provided in a vacuum chamber. Furthermore, CT (Computer Tom) is used to effectively measure the spatial structure of non-uniform plasma.
The three-dimensional spatial distribution of luminescence was measured by performing spatial spectroscopic measurements using the following technology: This method is
The feature is that the light emission state over the entire discharge space can be observed by scan measurement from a few observation positions.
【0012】0012
【実施例】本発明に係わる実施例を図1乃至図6を参照
して説明する。即ち、マグネトロン放電プラズマを例と
する本発明方法にとって不可欠な放電を行う真空装置は
、図1及び図2に明らかなように真空チャンバ1内に例
えば直径100mmの平行極板2、3を配置し、このほ
ぼ中央の延長線上に位置しかつ互いに直角な方向に観測
窓4、5を設けるが、内側にはAlの堆積を防止する目
的でルーパ−(図示せず)を設置する。Embodiments An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. That is, a vacuum device that performs the discharge essential to the method of the present invention, which uses magnetron discharge plasma as an example, has parallel pole plates 2 and 3 each having a diameter of 100 mm arranged in a vacuum chamber 1, as shown in FIGS. 1 and 2. Observation windows 4 and 5 are provided on an extension line of this substantially central line and in directions perpendicular to each other, and a looper (not shown) is installed inside for the purpose of preventing Al from accumulating.
【0013】平行極板2、3の内、上方に位置しアノー
ド電極として機能するものは接地し、下側のそれに負バ
イアスを印加する直流電源6を電気的に接続する。また
陰極として機能する平行極板3の背面には永久磁石即ち
磁界装置7…がN極を外側に向けて放射状に配置して電
極間用としての磁界を発生させるが、発生状況を図3に
示した。図1では簡略化した磁界装置7…の断面形状を
示すのみである。Among the parallel plates 2 and 3, the one located above and functioning as an anode electrode is grounded and electrically connected to a DC power supply 6 that applies a negative bias to the lower one. Further, on the back side of the parallel pole plate 3 that functions as a cathode, permanent magnets, that is, magnetic field devices 7... are arranged radially with the N pole facing outward to generate a magnetic field between the electrodes. Indicated. In FIG. 1, only a simplified cross-sectional shape of the magnetic field device 7 is shown.
【0014】図3では、横軸に半径方向をセンチメータ
で、縦軸に軸方向を同じくセンチメータで示しており、
中心方向に磁力線が集中しているのが明らかである。In FIG. 3, the horizontal axis indicates the radial direction in centimeters, and the vertical axis indicates the axial direction in centimeters.
It is clear that the lines of magnetic force are concentrated toward the center.
【0015】真空チャンバ1には図示しない減圧機構8
に連結する排気孔9を設置しており、減圧機構例えばタ
ーボ分子ポンプ(Turbo Molecular
Pu−mp)やロータリポンプなどまでの排気経路1
0には、当然真空計測器例えばピラニーゲイジ(Pir
aniGauge)や電離真空計(Ionizatio
nVacuum Gauge)を設置して真空チャン
バ1の真空度をチェックする。The vacuum chamber 1 includes a decompression mechanism 8 (not shown).
An exhaust hole 9 connected to a pressure reducing mechanism such as a turbo molecular pump is installed.
Exhaust route 1 to the rotary pump, etc.
0, of course, a vacuum measuring instrument such as a Pirani gauge (Pirani gauge) is used.
aniGauge) and ionization vacuum gauge (Ionizatio)
nVacuum Gauge) and check the degree of vacuum in the vacuum chamber 1.
【0016】真空チャンバ1には、排気孔8の上側に取
付けたガス導入口11、11から、マスフローコントロ
ーラ(図示せず)により流量を調整したガス例えばAr
が流入し、ピラニーゲイジなどにより数十mトール以下
に維持した真空チャンバー1内の真空度を測定する。ま
た、電離真空計は例えば1Pa以下などの比較的低い圧
力の測定に用いた。A gas such as Ar gas whose flow rate is adjusted by a mass flow controller (not shown) is introduced into the vacuum chamber 1 from gas inlet ports 11 and 11 installed above the exhaust hole 8.
flows into the vacuum chamber 1, and the degree of vacuum within the vacuum chamber 1, which is maintained at several tens of mTorr or less, is measured using a Pirani gauge or the like. Further, the ionization vacuum gauge was used to measure relatively low pressures, such as 1 Pa or less.
【0017】観測窓4、5に対応する真空チャンバ−1
外には、回転可能なミラーボックス12、12を互いに
直角な方向に取付けて光路を決定し、オプティカルファ
イバ13に導かれる。オプティカルファイバ13は、分
光器入口に取付けた出射用ファイバコリメータを通して
分光器へ入射して波長を選択する。選択した波長をもっ
た光は図1に示すフォトマルチプライヤーに入って電気
信号に変換してフォトンのシグナル信号となる。次にア
ンプならびにディスクリミネータにより信号成分の抽出
を行ってから、フォトカウンタとマルチチャンネルアナ
ライザ−によりカウントされる。また、マルチチャンネ
ルアナライザ−は、千個以上のメモリチャンネルを備え
たカウンタメモリであり、各チャンネルが百万個程度の
カウンターとして機能する。Vacuum chamber 1 corresponding to observation windows 4 and 5
On the outside, rotatable mirror boxes 12, 12 are mounted at right angles to each other to determine the optical path, which is guided to an optical fiber 13. The optical fiber 13 enters the spectrometer through an exit fiber collimator attached to the entrance of the spectrometer to select a wavelength. Light with the selected wavelength enters the photomultiplier shown in FIG. 1, converts it into an electrical signal, and becomes a photon signal. Next, signal components are extracted by an amplifier and a discriminator, and then counted by a photo counter and a multi-channel analyzer. Further, a multi-channel analyzer is a counter memory having more than 1,000 memory channels, and each channel functions as a counter of about 1 million.
【0018】ミラーボックス12には、回転可能なミラ
−14と図示していないコリメータと第2のミラー15
が配置されており、この両者の間に位置するミラーボッ
クス12壁面にピンホール16を形成し、オプティカル
ファイバ11用コネクター(図示せず)を介してオプテ
ィカルファイバ11に接続する。即ち、少ない観測で、
広い空間にわたっての情報を小測定回数で測定すること
ができるようになった。また、観測光路は、コリメータ
の角度制御により扇状に走査することができ、放電の発
光領域のほとんど全てにわたって観測できる。The mirror box 12 includes a rotatable mirror 14, a collimator (not shown), and a second mirror 15.
A pinhole 16 is formed in the wall surface of the mirror box 12 located between the two, and is connected to the optical fiber 11 via a connector for the optical fiber 11 (not shown). That is, with few observations,
It has become possible to measure information over a wide space with a small number of measurements. Further, the observation optical path can be scanned in a fan shape by controlling the angle of the collimator, and almost the entire discharge light emission region can be observed.
【0019】更にピンホール16により光路の大きさを
制限して大体の位置の分解能能力を決定するが、ピンホ
ール16からの光がコリメータによりオプティカルファ
イバ13に導かれるのは前述の通りである。更にまた、
コリメータにより平行光を集光することができ、装置と
しての分解能を高めており、ピンホール16の直径とオ
プティカルファイバ13のコアのそれは同径である。Further, the size of the optical path is limited by the pinhole 16 to determine the resolution ability of the approximate position, and as described above, the light from the pinhole 16 is guided to the optical fiber 13 by the collimator. Furthermore,
The collimator can condense parallel light, improving the resolution of the device, and the diameter of the pinhole 16 and that of the core of the optical fiber 13 are the same.
【0020】コリメータには図示しない制御ユニット即
ち、DC駆動方式によるガルバノスキャナが取付けられ
ている。これは通常レーザプリンターのヘッドなど、主
に半導体レーザースポットのポインティング制御に用い
られるもので、非常に高精度でかつ高速制御が可能にな
っており、数KHzの正弦波入力にも追随可能になって
いる。それは、スキャナがパルスモータ制御でなく、ア
ナログの入力電圧に比例した振れ角が得られるためであ
る。従って、このスキャナの駆動には、アナログDC電
圧を操作するために、実際の駆動にはD/Aコンバータ
を用い、パーソナルコンピュータによって振れ角の制御
を行った。A control unit (not shown), that is, a galvano scanner using a DC drive system is attached to the collimator. This is usually used to control the pointing of semiconductor laser spots, such as in laser printer heads, and is capable of very high precision and high-speed control, and can even follow sine wave inputs of several KHz. ing. This is because the scanner is not controlled by a pulse motor, and the deflection angle is proportional to the analog input voltage. Therefore, in order to operate the analog DC voltage, a D/A converter was used for actual driving of this scanner, and the deflection angle was controlled by a personal computer.
【0021】コンピュータから出力した12ビットのデ
ィジタル信号が、D/Aコンバータによって−10〜+
10Vのアナログ信号として出力され、この出力はガル
バノスキャナコントロールユニットのEXT.IN端子
に入力され、ガルバノスキャナに対して、±5Vの信号
に変換される。スキャナはこの電圧に比例して±25°
の角度に振れる。The 12-bit digital signal output from the computer is converted from -10 to + by the D/A converter.
It is output as a 10V analog signal, and this output is sent to the EXT. of the galvano scanner control unit. It is input to the IN terminal and converted to a ±5V signal for the galvano scanner. The scanner is proportional to this voltage ±25°
It can be swung to an angle of .
【0022】コントロールユニットにはまた、スキャナ
の振れ角をモニターする端子が備えられ、実際のミラー
のふれ角に応じた±5Vの電圧を出力するが、電圧はデ
ジタル電圧計によって測定する。The control unit is also equipped with a terminal for monitoring the deflection angle of the scanner, and outputs a voltage of ±5 V depending on the actual deflection angle of the mirror, and the voltage is measured by a digital voltmeter.
【0023】ミラーボックス12は、縦方向に移動可能
なZステージと、観測窓4、5の面に平行に移動できる
Xステージ上に設置し、Zステージは、平行極板2、3
間の任意な位置での測定を行うものであり、Xステージ
はCT測定に使用する。The mirror box 12 is installed on a Z stage that can move vertically and an X stage that can move parallel to the planes of the observation windows 4 and 5, and the Z stage has parallel polar plates 2 and 3.
The X stage is used for CT measurement.
【0024】本来は、観測対象のマグネトロン放電プラ
ズマの発光を、光路を平行に移動しながら測定するのが
望ましいが、真空チャンバー1の観測窓4、5からは、
平行極板2、3間の発光をすべて観測できない。そこで
、コリメーターの角度制御により、扇型に計測すること
で、平行極板2、3の大きさ程度に観測範囲を広げるこ
とができる。しかし、ミラーボックス12の位置が平行
極板2、3の中央から離れた位置に置かれているために
、観測角度が非常に小さくなり制御が難しくなる。この
ためにXステージを設置し、図4のように観測角度θに
対応して Xoffset=d0 tanθ のよ
うにステージ位置を変化させれば、実際のコリメーター
の回転軸よりもd0 だけ平行極板2、3中心に近い位
置に論理的な観測点を求めることができる(図5参照)
。また、Xステージによってミラーボックス12位置の
横方向の微動も可能になる。Originally, it is desirable to measure the emission of the magnetron discharge plasma to be observed while moving the optical path in parallel, but from the observation windows 4 and 5 of the vacuum chamber 1,
It is not possible to observe all the light emission between the parallel polar plates 2 and 3. Therefore, by controlling the angle of the collimator and performing fan-shaped measurements, the observation range can be expanded to about the size of the parallel polar plates 2 and 3. However, since the mirror box 12 is located away from the center of the parallel polar plates 2 and 3, the observation angle becomes very small, making control difficult. For this purpose, if we install an 2.3 Logical observation points can be found near the center (see Figure 5)
. Further, the X stage also allows slight movement of the mirror box 12 position in the lateral direction.
【0025】以上の真空装置による測定に入る前に以下
の予備実験を行った。先ず、前記観測系ではコンピュー
タにより連動した制御動作が多いので、どの機器をどの
ような順番で制御するかが問題となるために、自動制御
テスト及び連動テストにより動作確認を行った。Before starting measurements using the vacuum apparatus described above, the following preliminary experiments were conducted. First, in the observation system, many control operations are linked by a computer, so the question of which devices to control and in what order is a problem, so we conducted an automatic control test and an interlock test to confirm the operation.
【0026】ミラーの角度制御特性は測定の要求に十分
耐える程度の線形性が得られるかミラー制御部を較正後
、計測系が設計値通りの特性をもっているかどうかをレ
ーザーや水銀ランプにより計測した。更にまた発光分光
測定、縦方向位置分解分光測定、CT分光測定を行い、
ARTアルゴリズムの検証を施した。After calibrating the mirror control unit to determine whether the angle control characteristics of the mirror had linearity sufficient to withstand the measurement requirements, measurements were made using a laser or a mercury lamp to determine whether the measurement system had the characteristics as designed. Furthermore, we performed emission spectroscopy, longitudinal position-resolved spectroscopy, and CT spectroscopy.
The ART algorithm was verified.
【0027】ARTアルゴリズムは、基本的な再構成画
像の計算手法であり、様々な研究成果において計算結果
が示されている。しかし、本発明のように2方向だけの
観測データから再構成を行った例はない。従って、2方
向だけのデータから、ARTアルゴリズムによる再構成
がどの程度可能かどうかを検証する必要がある。ここで
はδ関数的に立上がったステップ状分布、直線分布、ガ
ウス分布のそれぞれを、適当な軸からの距離を変数に採
った回転体状の軸対象な2変数関数を作り、それを仮想
的に計測した場合のデータを求め、ARTアルゴリズム
によって、もとの分布を再構成することが可能か否かを
検証した。この結果を図5に示しており、ガウス分布を
実線で、再構成した値をプロットで明らかにした。The ART algorithm is a basic reconstruction image calculation method, and calculation results have been shown in various research results. However, there is no example in which reconstruction is performed from observation data in only two directions as in the present invention. Therefore, it is necessary to verify to what extent reconstruction using the ART algorithm is possible from data in only two directions. Here, for each of the stepped distribution, linear distribution, and Gaussian distribution that rises like a δ function, we create an axis-symmetric two-variable function of a rotating body in which the distance from an appropriate axis is taken as a variable, and then we create a virtual axisymmetric two-variable function. We obtained the data measured in 2018 and verified whether it is possible to reconstruct the original distribution using the ART algorithm. The results are shown in FIG. 5, where the Gaussian distribution is shown as a solid line and the reconstructed values are shown as a plot.
【0028】テストデータは分散が10のガウス分布で
、中央から30mm離れたところにピークがくるリング
状である。The test data has a Gaussian distribution with a variance of 10, and is ring-shaped with a peak located 30 mm away from the center.
【0029】ところで、プラズマ中には、無数の荷電粒
子が存在し、その運動の様子や相互作用によって、プラ
ズマの性質が決定するのが、一様な磁場中での荷電粒子
には、磁界によるローレンツ力がかかる。次に電界及び
磁界を印加する空間での運動を考えると、正荷電を帯び
た粒子は、電界によって下向きに加速され、磁界の影響
を受けるために次第に大きなラモーア半径で旋回する。
このように運動方向を変えた荷電粒子は、電界により今
度は上向きに減速しながら旋回運動を行う。この結果と
して、粒子の運動は、旋回しながらE×B方向に移動し
ていき、これがE×Bドリフトと呼ばれる現象である。By the way, there are countless charged particles in a plasma, and the properties of the plasma are determined by their movement and interaction. Lorentz force is applied. Next, considering the motion in a space where an electric field and a magnetic field are applied, positively charged particles are accelerated downward by the electric field and rotate with a gradually larger Lamor radius because they are influenced by the magnetic field. The charged particles whose direction of motion has been changed in this way now perform a swirling motion while being decelerated upward by the electric field. As a result, the particles move in the ExB direction while rotating, and this is a phenomenon called ExB drift.
【0030】vd =c(E×B)/B2 で表され、
粒子の質量や電荷にはよらないが、プラズマ中では、こ
れに加えて衝突による効果を考える必要がある。しかし
、マグネトロン放電プラズマのように非常に低い圧力で
の放電にあっては、E×Bドリフトによる効果が大きく
みられ、多くの粒子は磁界の電界平行成分が多い部分に
トラップされ、平行極板型ではリング状に荷電粒子密度
の高い領域ができると予想できる。[0030] It is expressed as vd =c(E×B)/B2,
Although it does not depend on the mass or charge of the particles, in plasma it is necessary to consider the effects of collisions in addition to this. However, in discharges at very low pressures such as magnetron discharge plasma, the effect of E×B drift is large, and many particles are trapped in areas where there are many parallel electric components of the magnetic field, and the parallel polar plate In the mold, it can be expected that a ring-shaped region with a high density of charged particles will be formed.
【0031】エミッションCT技法を使用する本発明方
法では、いわゆるラドン変換の理論を経由することなく
再構成の手法を適用する。再構成の手法としては、Al
gebraic Reconstruction
Technique(ART)法を用いた。先ず、陰極
からzmmの平面上に陰極の中心を原点とした座標軸を
考えた上で、発光が観測される領域を細かい画素のメッ
シュに分割する。夫々の画素pixel(xiyi)に
初期値f (xiyi)を設定する。また、観測光路
はミラーボックスの原点からの距離をρ、X軸からの角
度をβ(β=0、π/2)として、In the method of the present invention using the emission CT technique, a reconstruction technique is applied without going through the so-called Radon transform theory. As a reconstruction method, Al
Gebraic Reconstruction
Technique (ART) method was used. First, after considering a coordinate axis with the origin at the center of the cathode on a plane zmm from the cathode, the area where light emission is observed is divided into a mesh of fine pixels. An initial value f (xiyi) is set for each pixel pixel (xiyi). In addition, the observation optical path is set as follows: ρ is the distance from the origin of the mirror box, and β is the angle from the X axis (β = 0, π/2).
【0032】[0032]
【数1】
と表される。測定データは、この光路に沿った発光強度
の線積分で、It is expressed as [Equation 1]. The measurement data is the line integral of the emission intensity along this optical path,
【0033】[0033]
【数2】[Math 2]
【0034】[0034]
【数3】[Math 3]
【0035】[0035]
【数4】[Math 4]
【0036】[0036]
【数5】
となる。ここで(3)は、各光路がpixel(xi、
yi)を横切る長さに比例した重みである。この(4)
と測定データR(β、θ)の差を再び光路に沿って分配
して(5)を作る。この反復によって、この断面上の発
光強度分布を求めることができる。zをパラメータとし
て複数の断面上でのプロファイルを求めれば、から空間
の3次元発光分布を求めることができる。[Equation 5] Here, in (3), each optical path is pixel(xi,
It is a weight proportional to the length across yi). This (4)
and the measured data R(β, θ) are distributed again along the optical path to create (5). By repeating this process, the emission intensity distribution on this cross section can be determined. By determining profiles on a plurality of cross sections using z as a parameter, a three-dimensional light emission distribution in space can be determined.
【0037】真空チャンバー1に各種の部品を設けた真
空装置に、以下の条件でCT分光を行った。真空チャン
バー1に純Ar1(原子線のスペクトル記号)をフロー
レイト(Flow Rate)3sccmで導入し、
真空チャンバー1の圧力を23mTorrとする。CT spectroscopy was performed under the following conditions in a vacuum apparatus in which various parts were installed in the vacuum chamber 1. Pure Ar1 (spectrum symbol of atomic beam) was introduced into the vacuum chamber 1 at a flow rate of 3 sccm,
The pressure of the vacuum chamber 1 is set to 23 mTorr.
【0038】また、電圧254V、電流20〜30mA
、パワーデンシティ(PowerDensity)1.
4mW/cmのように低くして観測窓4、5への堆積を
できるだけ避けた結果、図6に示した曲線が得られた。[0038] Also, the voltage is 254V, the current is 20 to 30mA
, Power Density1.
As a result of lowering the power to 4 mW/cm to avoid deposition on the observation windows 4 and 5 as much as possible, the curve shown in FIG. 6 was obtained.
【0039】図3に明らかなように、平行極板2、3間
にスタティックな磁界がかかっており、かつ平行極板2
、3の中心から32〜34mmの位置で平行極板2、3
にほぼ平行に磁界が印加し、ここでE×Bドリフトが最
大になっている。As is clear from FIG. 3, a static magnetic field is applied between the parallel pole plates 2 and 3, and the parallel pole plate 2
, 3 at a position of 32 to 34 mm from the center of parallel plates 2 and 3.
A magnetic field is applied almost parallel to , and the E×B drift is maximum here.
【0040】図5には平行極板2,3の中心から上方の
通路に沿った平行極板2,3間に存在するAr1(λ=
419.8)からのエミッションの分布を明らかにした
。即ち、エミッションは、平行極板2、3からz=8m
mの位置にピークがあり、図5に示したA、B、C及び
D点で再構成法によるCT分光を行い、ArIのエミッ
ション映像(図示せず)を撮った。この映像にはε
14.57eVの高エネルギー電子の空間密度分布に対
応したエミッション映像が得られ、平行極板の中心から
約34mmの位置にエミッションピークのようなリング
状の輪が形成され、このピークは電磁界領域に一致する
。FIG. 5 shows Ar1 (λ=
419.8) was clarified. That is, the emission is z=8m from parallel plates 2 and 3.
There was a peak at position m, and CT spectroscopy was performed using the reconstruction method at points A, B, C, and D shown in FIG. 5, and an emission image of ArI (not shown) was taken. This video has ε
An emission image corresponding to the spatial density distribution of high-energy electrons of 14.57 eV was obtained, and a ring-shaped ring like an emission peak was formed at a position approximately 34 mm from the center of the parallel polar plate, and this peak was in the electromagnetic field region. matches.
【0041】本実施例では、磁界と電界を印加するマグ
ネトロン放電プラズマを平行極板により発生する例を示
したが、この外に直流放電ブラズマ、高周波放電ブラズ
マ及びマイクロ波放電ブラズマなどのプロセス用プラズ
マの診断に本発明方法を利用することができることを付
記する。更に、プラズマの発生は、平行極板でなく、単
一の電極とチャンバーにより発生することができること
も付記する。[0041] In this example, an example was shown in which magnetron discharge plasma is generated by applying a magnetic field and an electric field using parallel polar plates. It should be noted that the method of the present invention can be used for the diagnosis of. It is further noted that plasma generation can be generated by a single electrode and chamber rather than by parallel plates.
【0042】更にまた、前記実施例に記載した各手段の
他に適用できるものを以下に示す。先ず、プラズマ内の
発光を観測する手段としては、電子やイオンの衝突によ
る励起発光と、レーザによる発光も利用できる。Furthermore, other means that can be applied in addition to the means described in the above embodiments are shown below. First, as a means for observing light emission in plasma, excited light emission by collisions of electrons and ions and light emission by laser can be used.
【0043】発光の測定法としては、観測する面内のあ
る一方向からの光の強度測定と、測定経路内の全発光量
を測定法があり、スキャン手段には、鏡、ファイバーま
たチャンバーがある。Methods for measuring luminescence include measuring the intensity of light from one direction within the surface to be observed, and measuring the total amount of luminescence within the measurement path.Scanning means include mirrors, fibers, and chambers. be.
【0044】分光方法としては、グレーティング法、プ
リズム法及びフィルター法が適用でき、光信号から電気
信号への変換手段には、フォトマル、フォトセル、CC
Dが適用可能である。The grating method, prism method, and filter method can be applied as the spectroscopic method, and the means for converting optical signals into electrical signals include photomultiply, photocell, and CC.
D is applicable.
【0045】更にまた、ディジタル信号への変換として
は、フォトカウンターとA/Dコンバーターが利用でき
る。Furthermore, a photo counter and an A/D converter can be used for conversion into a digital signal.
【0046】最後になったが再構成は前記実施例ではA
rt法を利用したが、Radon変換を利用するFBP
(Filtered Back Projecti
on)法も利用可能であることを付記する。Last but not least, the reconfiguration is A in the above embodiment.
FBP that uses Radon transformation although it uses rt method
(Filtered Back Project
It should be noted that the on) method can also be used.
【0047】[0047]
【発明の効果】マグネトロン放電プラズマにおける3次
元空間分布をCT技術を使って初めて測定し、マグネト
ロンに附随する磁界の分布に非常に関係することが判明
した。半導体プロセス分野をはじめとする各分野では、
経験的なパラメーターでなく理論的なそれによりプラズ
マの制御が可能になり、製品の歩留り向上に資するとこ
ろが極めて大きい。[Effects of the Invention] The three-dimensional spatial distribution in magnetron discharge plasma was measured for the first time using CT technology, and it was found that it is closely related to the distribution of the magnetic field accompanying the magnetron. In various fields including the semiconductor process field,
Plasma control becomes possible using theoretical rather than empirical parameters, which greatly contributes to improving product yield.
【図1】本発明方法を実施するのに使用する真空装置の
要部を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing the main parts of a vacuum apparatus used to carry out the method of the present invention.
【図2】真空装置の一部を拡大して示す断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the vacuum device.
【図3】真空装置に取付ける磁界装置の磁力線分布を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a magnetic field line distribution of a magnetic field device attached to a vacuum device.
【図4】真空装置を利用する測定に於けるアクチャルの
観測点と論理観測原点の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between an actual observation point and a logical observation origin in measurement using a vacuum device.
【図5】本発明方法における再構成の分布を明らかにす
る図である。FIG. 5 is a diagram clarifying the distribution of reconstruction in the method of the present invention.
【図6】本発明方法の効果をエミッションの集積線と陰
極からの距離を両軸に採り、両者の関係を示す曲線図で
ある。FIG. 6 is a curve diagram showing the effect of the method of the present invention, with the emission integration line and the distance from the cathode taken as both axes, and showing the relationship between the two.
1:真空チャンバー、 2、3:平行極板、 4、5:観測窓、 6:直流電源、 7:永久磁石、 8:排気孔、 9:減圧機構、 10:排気経路、 11:ガス導入孔、 12:ミラーボックス、 13:オプチカルフアィバー、 14:ミラー 15:第2のミラー、 16:ピンホール。 1: Vacuum chamber, 2, 3: Parallel plate, 4, 5: observation window, 6: DC power supply, 7: Permanent magnet, 8: Exhaust hole, 9: Decompression mechanism, 10: Exhaust route, 11: Gas introduction hole, 12: Mirror box, 13: Optical fiber, 14: Mirror 15: Second mirror, 16: Pinhole.
Claims (4)
方向から測定し、測定データからCT技法により観測面
内の発光分布を再構成することから成るプラズマの診断
方法[Claim 1] The emission intensity of plasma is measured at 2 points in the observation plane.
A plasma diagnosis method that consists of measuring from the direction and reconstructing the luminescence distribution within the observation plane from the measured data using CT techniques.
検出する検出器を備える測定装置を具備することを特徴
とするプラズマの診断方法2. A method for diagnosing plasma, comprising a measuring device equipped with a detector that detects only light emitted within a linear optical path with a minute cross-sectional area.
器の角度及び位置を可動することによりチャンバーに取
付ける覗き窓によりプラズマを観測面内の広い範囲で測
定する測定装置を付加することを特徴とするプラズマの
診断方法3. Addition of a measuring device that measures the plasma over a wide range within the observation plane using a viewing window attached to the chamber by moving the angle and position of the detector within the same plane as the plasma observation plane. Characteristic plasma diagnostic method
ズマの観測面内の特定ガスの励起種またはイオン種の発
光を測定することを特徴とするプラズマの診断方法4. A method for diagnosing plasma, which comprises dividing the detected light into specific wavelengths and measuring the emission of excited species or ion species of a specific gas within the observation plane of the plasma.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3122000A JPH04303599A (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | Diagnostic method of plsme |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3122000A JPH04303599A (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | Diagnostic method of plsme |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04303599A true JPH04303599A (en) | 1992-10-27 |
Family
ID=14825084
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3122000A Pending JPH04303599A (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | Diagnostic method of plsme |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH04303599A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017502259A (en) * | 2013-11-01 | 2017-01-19 | 東京エレクトロン株式会社 | Spatially resolved emission spectroscopy in plasma processing |
US10215704B2 (en) | 2017-03-02 | 2019-02-26 | Tokyo Electron Limited | Computed tomography using intersecting views of plasma using optical emission spectroscopy during plasma processing |
US10473525B2 (en) | 2013-11-01 | 2019-11-12 | Tokyo Electron Limited | Spatially resolved optical emission spectroscopy (OES) in plasma processing |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57190283A (en) * | 1981-05-19 | 1982-11-22 | Toshiba Corp | Apparatus for measuring intensity distribution of beam |
JPS59111079A (en) * | 1982-12-17 | 1984-06-27 | Japan Atom Energy Res Inst | Plasma measuring apparatus |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP3122000A patent/JPH04303599A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57190283A (en) * | 1981-05-19 | 1982-11-22 | Toshiba Corp | Apparatus for measuring intensity distribution of beam |
JPS59111079A (en) * | 1982-12-17 | 1984-06-27 | Japan Atom Energy Res Inst | Plasma measuring apparatus |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017502259A (en) * | 2013-11-01 | 2017-01-19 | 東京エレクトロン株式会社 | Spatially resolved emission spectroscopy in plasma processing |
US9970818B2 (en) | 2013-11-01 | 2018-05-15 | Tokyo Electron Limited | Spatially resolved optical emission spectroscopy (OES) in plasma processing |
US10473525B2 (en) | 2013-11-01 | 2019-11-12 | Tokyo Electron Limited | Spatially resolved optical emission spectroscopy (OES) in plasma processing |
US10215704B2 (en) | 2017-03-02 | 2019-02-26 | Tokyo Electron Limited | Computed tomography using intersecting views of plasma using optical emission spectroscopy during plasma processing |
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