(57)【要約】【課題】本発明は、ガスを原料とするプラズマプロセスにおいて、運転状況を常時自動監視して高安定な運転を行うとともに、従来よりも高度なプラズマ運転条件制御を行い製造物及び被処理物の製造・処理速度の均一化、均質化、高性能化、高度処理化を行うためのプラズマ成分変化計測方法及び装置を提供することを課題とする。【解決手段】プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測方法であって、前記物性値は粘性とし、前記物性値を測定する測定装置として、水晶振動子センサー１、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用いた【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測方法であって、
前記物性値は粘性とし、
前記物性値を測定する測定装置として、水晶振動子センサー、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用いたことを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測方法。
【請求項２】
プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測方法であって、
前記物性値は粘性とし、
前記物性値を測定する測定装置として、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用い、
前記物性値を測定した結果から絶対圧力計で測定した絶対圧力の影響を排除した値を用いることを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測方法。
【請求項３】
前記測定装置を移動することによって、前記プラズマ装置内の前記物性値の空間分布を求めることにより、気体成分の空間分布を求めることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ発生前後の成分変化計測方法。
【請求項４】
前記空間分布を測定する際、特にプラズマに接近した場合、同時温度測定を行うかまたは、水晶振動子センサーの発振周波数が雰囲気温度と相関していることを利用して温度補正をして、プラズマ内を測定する場合に発生する温度変化の影響を排除するとともに、測定装置の先端を絶縁物で覆うことにより、測定装置への荷電粒子の導入を防ぎプラズマに影響を与えることなく測定を可能とすることを特徴とする請求項３記載のプラズマ発生前後の成分変化計測方法。
【請求項５】
プラズマが発生する電極に対する距離を変化させて求めた気体成分の空間分布から、製造物に対するプラズマ成分の流束を求めることにより、プラズマ諸条件を制御し、プラズマ製造物を制御することを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測方法。
【請求項６】
前記気体成分は、モノシランと水素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生前後の成分変化計測方法。
【請求項７】
プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測装置であって、
前記物性値は粘性とし、
前記物性値を測定する測定装置として、水晶振動子センサー、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用いたことを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測装置。
【請求項８】
プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測装置であって、
前記物性値は粘性とし、
前記物性値を測定する測定装置として、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用い、
前記物性値を測定した結果から絶対圧力計で測定した絶対圧力の影響を排除した値を用いることを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測装置。
【請求項９】
前記測定装置を移動することによって、前記プラズマ装置内の前記物性値から気体成分の空間分布を求めることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ発生前後の成分変化計測装置。
【請求項１０】
前記空間分布を測定する際、特にプラズマに接近した場合、同時温度測定を行うかまたは、水晶振動子センサーの発振周波数が雰囲気温度と相関していることを利用して温度補正をして、プラズマ内を測定する場合に発生する温度変化の影響を排除するとともに、測定装置の先端を絶縁物で覆うことにより、測定装置への荷電粒子の導入を防ぎプラズマに影響を与えることなく測定を可能とすることを特徴とする請求項３記載のプラズマ発生前後の成分変化計測装置。
【請求項１１】
プラズマが発生する電極に対する距離を変化させて求めたプラズマ成分の空間分布から、製造物に対するプラズマ成分の流束を求めることにより、プラズマ諸条件を制御し、プラズマ製造物を制御することを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測装置。
【請求項１２】
前記気体成分は、モノシランと水素であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生前後の成分変化計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ中の成分変化計測方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマプロセスにおいては、供給ガスの種類・流量、装置中の圧力、基板温度・電位、高周波電力の供給電力、および供給電極温度など、制御すべき様々な条件が存在する。
【０００３】
上記条件を変化させると、プラズマで生成するラジカル・イオンの生成量が変化し、その結果、基板上に到達するラジカル・イオンの量も変化することにより、被処理物の膜厚、物性、構造が変化するため、上記の諸条件を精緻に最適化する必要がある。
【０００４】
また、長期間繰り返しプラズマ運転を行うにあたっては様々な要因によりプラズマ運転状況が変化し、時にはプラズマそのものが停止してしまうことがある。実際のプラズマプロセスにおいて、このような停止が生じないような条件制御をする必要がある。さらに以上の制御にもかかわらずプラズマが停止した場合には、その停止現象を即時に検出する必要がある。
【０００５】
実際のプラズマプロセスでは、最適化条件が各プロセスにおいて当然異なるためその最適化条件を発見するための方法としては、主として上記諸条件を様々に変化させて製造、処理を行いその結果を検討するという、試行錯誤的な方法が行われてきた。
【０００６】
しかしながら、一般的に以上のような試行錯誤的な方法は極めて煩雑であり、変更条件の数も極めて多いため、時間がかかる方法である。さらに実際のプラズマ装置においては経時的にその内壁及びプラズマ電極、基板設置箇所への上記ラジカル・イオンの堆積により変化し、それらがプラズマによりエッチングされることによりプラズマ成分が変化することがある。
【０００７】
以上のような状況であるため、プラズマプロセスにおけるプラズマ条件の最適化方法としてプラズマ成分を正確に把握した上での最適化を行うため、プラズマ中に存在する化学種を直接計測する様々なプラズマ診断法が開発され、応用されてきた。
【０００８】
従来プラズマプロセス装置を対象とする制御法については、プラズマからの発光を分光してプラズマ中に存在する発光種を測定する方法、さらにこれを利用して生成プラズマの安定運転を行う方法が提案されている。また、プラズマ空間中の電位を計測してこの変化によりプラズマの運転状態を監視する方法が提案されている。
【０００９】
そして、プラズマを利用した半導体製造装置において、プラズマの諸条件を設定する半導体製造条件設定方法及び装置は知られている（特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、２種類混合気体の濃度測定方法及び濃度測定装置において、水晶摩擦圧力計等による２種類の気体からなる混合気体の濃度測定法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２１８５４号公報
【特許文献２】特許第３３３６３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の通り、従来のプラズマ諸条件を試行錯誤的に操作するだけでは、その都度変化しうる装置内での実際の気体成分その他のプラズマ条件を最適条件に保つことができない。
【００１２】
また、プラズマ装置内の成分計測についても、上記に記したプラズマ診断法では、主としてそれぞれ発光を放つ性質を持つものしか測定できないため、それ以外のラジカル・イオン、中性分子は全く測定することができない。
【００１３】
さらに、主としてプラズマ診断の対象となっているラジカル・イオンについても、装置内部構造の制約により計測に使用するレーザー光を装置の全範囲においてレーザー入出口から通過させることは不可能であるため、装置内の全ての空間の測定を行うことは不可能である。
【００１４】
ここで最も注目している中性分子である供給ガスについては、それらが電気的に中性で安定な分子であるため、通常では発光することは無いため、これら発光を利用する方法によっては測定することが不可能である。
【００１５】
これら供給ガスについては、一部の分子についてはコヒーレントアンチラマンストークス法によって測定する例が報告されているが、この方法は複数台の高価なレーザーを使用する必要があるため高コストであり、仕組みが複雑であるため実際のプロセス装置において使用するに際して困難が想定され、また、実際に測定できるのは対象性の良い一部の分子に限られる。
【００１６】
通常供給ガスは、気体流量制御装置（MFC）によって制御され装置へと導入される。供給ガスが２種類以上になる場合には、それぞれのガスを独立にMFCを通じて導入し、それらそれぞれの流量を制御するが、特に導入するガス間に分子量及び粘性の差がある場合には、設定した流量比と実際の装置内のガスの分圧が異なる場合があり、精密な装置内のガス分圧制御が不可能である。
【００１７】
このずれは主に分子量・粘性の小さなガスに対する実効的な排気速度が大きいことによって生じるが、こうした実効的排気速度は装置が異なるだけでなく、それに接続する真空配管の形状、太さの違いによっても変わってくるため実際に測定を行わない限り実際の装置内分圧を把握することは難しい。
【００１８】
特に、大流量のガス導入の場合にはそれらの分圧が装置内において均一でなく分布を持っている場合もあり、こうした不均一は当然のことながら製造物の不均一性につながるため好ましくない。
【００１９】
プラズマプロセスの場合は、プラズマが存在する部分においてのみ供給ガスの分解が起こるため、必然的に供給ガスの分圧比がその周辺と比べて異なっており、この違いが結果的に製造物上の分布の違いに繋がるため好ましくない。また、プラズマ中でも分解速度の違いがあるため分圧分布があるのが普通である。
【００２０】
一方、プラズマプロセスの応用が広がるにつれて、プラズマプロセスの歩留まりを向上させるためそのプラズマ運転状況を監視し、停止した場合速やかにプロセスを停止し点検する必要性がでてきている。
【００２１】
通常、プラズマプロセス装置に付属している供給電力計、ガス流量計、圧力計などの装置では、プラズマ運転中に発生するこうした異常を検出することができないため、運転異常を迅速に検出することができず、異常発生時の製造物が不良になるだけでなく、その後のメインテナンスによるタイムロスが問題になる。
【００２２】
また、特許文献２記載の水晶摩擦圧力計等の圧力測定子はその大きさのために装置内で移動して測定するには不向きであり、プラズマが存在する空間の気体成分を測定するに際して、圧力測定子の先端が金属であることによりプラズマ中の荷電粒子がこれらの測定子に流入し、プラズマを乱すため実際のプロセスに直接用いることは困難と考えられる。
【００２３】
以上の事情に鑑み、本発明は、ガスを原料とするプラズマプロセスにおいて、運転状況を常時自動監視して高安定な運転を行うとともに、従来よりも高度なプラズマ運転条件制御を行い製造物及び被処理物の製造・処理速度の均一化、均質化、高性能化、高度処理化を行うためのプラズマ成分変化計測方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は上記課題を解決するために、プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測方法であって、前記物性値は粘性とし、前記物性値を測定する測定装置として、水晶振動子センサー、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用いたことを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測方法を提供する。
【００２５】
本発明は上記課題を解決するために、プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測方法であって、前記物性値は粘性とし、前記物性値を測定する測定装置として、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用い、前記物性値を測定した結果から絶対圧力計で測定した絶対圧力の影響を排除した値を用いることを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測方法を提供する。
【００２６】
本発明は上記課題を解決するために、プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測装置であって、前記物性値は粘性とし、前記物性値を測定する測定装置として、水晶振動子センサー、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用いたことを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測装置を提供する。
【００２７】
本発明は上記課題を解決するために、プラズマ発生前後の気体の物性値を測定し、プラズマ装置内の気体の物性値と気体成分との相関関係から、プラズマ発生前後の気体成分の変化を検出する成分変化計測装置であって、前記物性値は粘性とし、前記物性値を測定する測定装置として、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用い、前記物性値を測定した結果から絶対圧力計で測定した絶対圧力の影響を排除した値を用いることを特徴とするプラズマ発生前後の成分変化計測装置を提供する。
【００２８】
前記測定装置を移動することによって、前記プラズマ装置内の前記物性値の空間分布を求めてもよい。
【００２９】
前記空間分布を測定する際、特にプラズマに接近した場合、同時温度測定を行うかまたは、水晶振動子センサーの発振周波数が雰囲気温度と相関していることを利用して温度補正をして、プラズマ内を測定する場合に発生する温度変化の影響を排除するようにしてもよい。
【００３０】
プラズマが発生する電極に対する距離を変化させて求めたプラズマ成分の空間分布から、製造物に対するプラズマ成分の流束を求めることにより、プラズマ諸条件を制御し、プラズマ製造物の電気特性などの諸特性を制御するようにしてもよい。
【００３１】
前記気体成分は、モノシランと水素としてもよい。
【００３２】
本発明に係るプラズマ成分変化計測装置は、水晶摩擦圧力計の代わりにその大きさが１センチ以下のサイズの小さい水晶振動子センサーを用い、さらに水晶振動子センサーを、プラズマからの荷電粒子を導通しない絶縁物からなるカバーで覆うことにより、測定中にプラズマへの擾乱を防止し、またプラズマからの温度の影響を雰囲気温度の測定またはセンサーから得られる、温度と相関の高い共振周波数によって水晶振動センサーの出力を補正し、プラズマからの温度の影響を校正することにより、プラズマ近辺でも測定可能とした測定装置である。これにより製造部への成分の流束を得るためのプラズマ周辺での気相成分の空間分布を求めることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係るプラズマ成分変化計測方法及び装置によれば、ガスを原料とするプラズマプロセスにおいて、運転状況を常時自動監視して高安定な運転を行うとともに、従来よりも高度なプラズマ運転条件制御を行い製造物及び被処理物の製造・処理速度の均一化、均質化、高性能化、高度処理化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明に係るプラズマ成分変化計測方法及び装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。
【００３５】
本発明に係るプラズマ成分変化計測方法及び装置は、従来のプラズマ診断法では不可能な、装置内に存在するガス成分の、空間分布を測定する方法及び装置を提供し、以ってプラズマプロセスをより精緻に制御することによって製造物の製造速度、性能、均一性、均質性、歩留まりなどを向上させ得る方法及び装置である。
【００３６】
具体的には、プラズマ装置内の気体の物性値とその成分との相関を求め、これを基準としてプラズマ発生させた場合に変化する気体成分の変化を、その物性値を測定することにより検出する。この時、さらに成分変化の空間分布を測定することにより製造物の均一化、均質化を図るものである。
【００３７】
前記の物性値としては粘性を用い、これを測定できる水晶振動子センサー及び絶対圧力計による計測を行い、プラズマ発生させた時の粘性変化と成分変化の対応について調べる。この時、プラズマ発生前後の成分変化については、別途、質量分析法等で調べておくことにより、その後プラズマ発生させた際に、粘性計測による変化から成分変化の大きさを求めることができる。
【００３８】
上記粘性は、上記水晶振動子センサー、水晶振動子圧力計、スピニングロータゲージで測定される値から、隔膜真空計などの絶対圧力計で計測した絶対圧力の影響を除くことによって求められる。
【００３９】
プラズマ装置内のガスが１〜２種類であることが自明な場合には、各ガス及び混合ガスの分圧に対する粘性曲線を別途作成しておき、これを検量線として用いることにより、各ガスの分圧を求めることができる。
【００４０】
この検量線は、１種類のガスの場合、真空引き中、または真空引きの上で閉鎖系とした真空装置に気体の絶対圧力を変えて導入した後にその真空装置の絶対圧力及び物性値（粘性）を、１センチ以下のサイズの小さい水晶振動子センサー、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用いて同時測定し、絶対圧力と物性値（粘性）の相関を求めることにより得られる。
【００４１】
なお、水晶振動子センサーは、プラズマからの荷電粒子を導通しない絶縁物からなるカバーで覆えば、測定中にプラズマへの擾乱を防止することができる。
【００４２】
２種類のガスの場合には、真空装置を真空引きの上で閉鎖系とし、各ガスの分圧を絶対圧力計による測定を行いながら真空装置にそれぞれ導入し、同様に物性値（粘性）を水晶振動子センサー、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージを用いて測定し、絶対圧力計の圧力値の比から求められる分圧比に対する依存性を求めることによって、２成分ガスでの検量線を求めることができる。
【００４３】
上記水晶振動子センサーは小型であり装置内で移動することが可能であるため、装置内で固定プラズマ電極に対して移動することにより測定を行い、粘性の空間分布を測定することにより、気相成分の空間分布を求めることができる。
【００４４】
空間分布を求めるにあたっては、プラズマ電極付近での測定では温度による影響が顕著になるが、この影響を補正するため別に温度測定を行うか、水晶振動子センサーから得られる、温度との相関の高い共振周波数を測定することで温度の補正を行うことにより物性値出力を校正し成分変化を求める。
【００４５】
水晶振動子センサーの出力と温度との相関は一定であるため、予め求められた水晶振動子センサー出力―温度直線の傾き、すなわち水晶振動子センサー出力の温度係数を用いて水晶振動子センサー出力値を校正することにより温度変化の影響を排除することができる。
【００４６】
空間分布から製造物への気相成分の流入速度（流束）を求める。また、通常プラズマ発生により気体成分は変化するため、この変化を測定することによりプラズマ運転状況が把握でき、意図しないプラズマの消失などが簡便に検知できる。
【００４７】
プラズマ発生中の気体成分と製造物の物性の相関を求めておくことにより、測定したプラズマ中の気体成分から、製造物の物性が事前に推測できる。プラズマ運転では、装置内壁及び部材からの脱ガスの影響などにより不安定な運転や意図しない状況、ひいてはプラズマが停止する可能性があるが、経時的な気体成分の変化を観測することにより、プラズマ諸条件を再調整し、長時間の安定したプラズマプロセスの運転が行える。
【００４８】
プラズマ条件としては、各供給ガス流量、装置内の全圧、高周波電力及び周波数、製造物温度・電界、プラズマ電極温度・電界、装置温度、装置内気相温度などがある。迅速な測定が可能な気相成分測定装置を用いることで、簡便小型、低価格な膜厚・成膜速度・膜構造自動制御装置を提供することができる。
【実施例】
【００４９】
本発明に係るプラズマ成分変化計測方法及び装置について好ましい実施例を以下に図１に従って説明する。
【００５０】
プラズマ装置は、プラズマ装置３と、高周波電源１０から高周波電圧を供給するプラズマ装置３内に突設されプラズマ電極５と、複数種のガスを導入する複数の気体流量制御装置（マスフローコントローラー：MFC）７を有する複数の導入管と、１センチ以下のサイズの小さい水晶振動子センサー１と、隔膜圧力計２と、製造物であるワーク支持台１５と、圧力制御弁９を備えている。
【００５１】
本発明では、プラズマ装置からの計測データをそれぞれ受ける圧力補正手段４及び温度補正手段６と、気体成分判定手段１３と、制御手段１１が設けられている。圧力補正手段４、温度補正手段６、気体成分判定手段１３及び制御手段１１は、具体的には、図示しないが入力部、出力部、ＣＰＵ、記憶装置等を備えたコンピュータ１７が利用される。
【００５２】
コンピュータ１７の入力部には、水晶振動子センサー１と隔膜圧力計２がデータ線を介して接続されている。気体成分判定手段１３は、圧力補正手段４で得られたデータを直接用いるか、または必要ならさらにそのデータを温度補正手段６で処理して得られたデータを用い、予め記憶装置に記憶されている「気体の粘性」と「気体成分」との対応情報に基づいて、気体成分を判定する。
【００５３】
圧力補正手段４は、水晶振動子センサー１と隔膜圧力計２からそれぞれ計測データを入力し、水晶振動子センサー１の出力から絶対圧力の影響を補正する。この圧力補正された値（圧力補正値）を、測定中の温度変化が大きい場合には温度補正手段６へデータを出力し、そうでない場合には気体成分判定手段１３に出力するように構成されている。
【００５４】
温度補正手段６は、上記圧力補正値及び水晶振動子センサー１から生じる温度と相関の大きい水晶振動子共振周波数の情報または実測で得られる雰囲気温度を入力し、圧力補正値に対してさらに温度補正を行うことにより得られる温度補正値を気体成分判定手段１３に出力するように構成されている。得られた気体成分データはリアルタイムに制御手段１１に出力するように構成されている。
【００５５】
制御手段１１は、気体成分判定手段１３からの気体成分データを受けて、複数のガス導入管のMFCを適宜制御し、供給ガスの種類、成分、流量、圧力等を制御する。
【００５６】
さらに、制御手段１１は、温度補正手段６からの温度データを受けて、高周波電源１０から供給される電力及びその電位を制御するとともに、プラズマ電極５の電極温度を制御可能とする。
【００５７】
以上の構成から成る本発明の装置を使用して実施する本発明の方法を説明する。
（１）水晶振動子センサー１と隔膜圧力計２によってプラズマ装置３内の気体の粘性計測を行う。
【００５８】
ここで、本発明における粘性計測について説明する。図２の上図は、各気体における水晶振動子センサー出力の絶対圧力依存性を示すグラフであり、下左図は、水晶振動子圧力計の表示圧力の絶対圧力依存性を示すグラフであり、図２の下右図は、スピニングロータゲージの指示圧力の絶対圧力依存性を示すグラフである。
【００５９】
この図２に示すように、気体の種類によって同じ絶対圧力での水晶振動子センサー１（水晶振動子センサーではなく、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージでもよい。）の出力が異なることを利用することにより、プラズマ中の成分変化を測定することができる。
【００６０】
なお、以上の図以外の圧力においても気体の種類によって同一の絶対圧力においてそれぞれの出力が異なることから、これらに示される以外の圧力範囲においてもプラズマ中の成分変化を測定できる。
【００６１】
水晶摩擦圧力計とは電気により発振させた水晶振動子センサーを内蔵し、これに気体分子が衝突する際に発生する抵抗が、気体の圧力及び粘性に依存することを利用して同センサーを含む電気回路の電圧として取り出すことにより測定を行う圧力計である。
【００６２】
スピニングロータゲージは気体中で鋼球等を高速に回転させた後動力を停止し、この動力停止後の回転数の減少速度が同じく気体の圧力及び粘性に依存することを利用する圧力計である。
【００６３】
本発明における成分測定は、気体の種類によって同じ絶対圧力の場合、水晶振動子センサー（或いは、水晶摩擦真空計またはスピニングロータゲージ）の出力が異なることを利用するため、一般的には、水晶振動子センサー１と隔膜圧力計２の両方での測定が必要である。
【００６４】
大気圧下のように実質的な絶対圧力変化がない場合には、水晶振動子センサー１のみの測定でも粘性計測が可能である。
【００６５】
気体の粘性測定においては、その値が小さいため、例えば流体での測定では圧力差を用いて粘性を求めるのが一般的である。本発明では、水晶振動子センサー１への抗力を水晶振動子センサー出力として取り出すことで粘性の情報を得ることができる。
【００６６】
具体的には、図２のような水晶振動子センサー出力の絶対圧力依存性を調べ、同出力の圧力に対する変化率である圧力係数を求め、この圧力係数を用いて絶対圧力変化による同出力の変化を補正できる。
【００６７】
仮に上記測定器出力、測定圧力、圧力係数をそれぞれV, P, Cとすれば、圧力補正値Vpは任意の一点での絶対圧力P0に対して、Vp=V-C×(P-P0)  で求められる。この圧力補正された値Vpは気体の粘性と相関する量であり、この値を用いて気体成分の変化を測定することができる。
【００６８】
さらに別途求められている粘性の圧力データと比較することにより、気体の粘性が求められるが、成分変化観測のためには、単に水晶振動子センサー出力を用いることにより行うことができる。
【００６９】
このようにして得られたプラズマ装置３内の気体の粘性を、気体成分判定手段１３に入力して、事前に測定した、モノシラン―水素の二成分気体に対して求めた例である図３に示すような水晶振動子センサー出力と成分依存性（検量線）の関係グラフに基づいて、気体成分の構成を求める。
【００７０】
即ち、気体成分判定手段１３は、予め、「粘性」と「気体成分」との対応情報が記憶されており、この対応情報に基づいて、気体成分判定手段１３に入力された粘性に対応する気体成分が判定され、気体成分データとして制御手段１１に出力される。
【００７１】
図４は、時間（横軸）に対する水晶振動子センサー１の圧力校正値（縦軸）の変化を示すグラフである。この図４に示すように、プラズマを発生させると、水晶振動子センサー１の圧力校正値が変化するが、この変化は、図４中の質量分析の結果に見られるように、プラズマ装置中の気体成分の変化と一致しており、これによってプラズマによる気体成分変化が測定できることがわかる。
【００７２】
（２）さらに、水晶振動子１をプラズマ電極５に対して平行（図１中の左右方向）に移動することにより、図５に示すような装置内の、特に製造物の上方空間でプラズマ電極５の直半径方向、及びプラズマ電極５の面に平行で、かつプラズマ電極５の端から装置内壁までの装置直半径方向の空間分布を求める。
【００７３】
この時、温度の影響を補正するために、水晶振動子センサー１の測定場所の雰囲気温度を温度計１８で同時に測定するか、または水晶振動子センサー１から得られる温度と相関の大きい共振周波数の情報から、図６に示すような水晶振動子センサー出力の温度係数を求め、温度補正を行う。なお、図６は、圧力一定条件における水晶振動子出力の測定雰囲気温度依存性を示すグラフである。
【００７４】
仮に、上記測定器出力、測定温度、圧力係数をそれぞれV, T, Kとすれば、温度補正値Vtは任意の一点での絶対温度T0に対して、Vt=V-C×(T-T0)  で求められる。
【００７５】
（３）以上のような手順で求められた気体成分判定手段１３に基づき、制御手段１１は、プラズマの諸条件を制御する出力を、それぞれ気体流量制御装置７、圧力制御弁９、高周波電力源１０、ワーク支持台１５に与えることにより、製造物１２の均一化、均質化を図ることができる。
【００７６】
ここでのプラズマの諸条件を制御する出力とは、次のとおりである。
（イ）気体流量制御装置７で調整する供給ガスの種類（複数種のガスの混合比）及び流量制御するための制御出力
（ロ）プラズマ装置の圧力制御弁９を制御するための制御出力
（ハ）プラズマ電極５に供給される高周波電力源１０の供給電位及び供給電力を供給するための制御出力
（ニ）製造物（ワーク）支持台１５及びプラズマ電極５の温度を調整するためのヒータ８を制御する制御出力
【００７７】
（４）プラズマ生成前後の成分を比較することにより、プラズマ発生中の気体成分から得られる粘性計測の結果から、プラズマ停止が確認でき、異常運転を早期に発見できる。
【００７８】
図７のように、本測定法によって気体成分の変化をプラズマ運転中に常時測定しておけば、何らかの以上によって当初想定した気体成分が変化しても、その変化を本測定法によってそのずれを検出することによって気体成分変化に有意差が現れた場合供給ガスの流量にフィードバックをかけることにより気体成分比を所望の値に保つことができる。
【００７９】
特に、薄膜シリコンを製造プロセスで用いられるシラン−水素二成分系においては、そのガス成分比は、製造される膜構造（アモルファスか微結晶か）や光安定性といった重要な物性に影響を与えるため、予め、図８に示すように、物性と気体成分の粘性計測の結果の相関を求めておけば、実際のプロセス中に本方法で気体成分の測定を行い気体成分を監視することにより、製造物の特性をも一定に保つことができる。
【００８０】
同様に得られる製造物の膜厚、電気特性、エッチング比などの諸物性と粘性測定の相関を求めておき、実際のプロセス時にこれらの相関を利用してプロセスの諸条件を制御する。
【００８１】
以上、本発明に係るプラズマ成分変化計測方法及び装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係るプラズマ成分変化計測方法及び装置は、以上のような構成であるから、プラズマ装置を使用した加工や工作を行う各種の製造装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施例の構成を説明する図である。
【図２】水晶振動子センサー出力（上図）、水晶振動子圧力計の表示圧力（下左図）、スピニングロータゲージの指示圧力（下右図）と絶対圧力との関係を示すグラフである。
【図３】モノシランー水素混合ガスにおいて測定した水晶振動子センサー出力と成分依存性（検量線）の関係グラフである。
【図４】水素プラズマを発生させた場合の水晶振動子センサーの圧力校正値の変化を示すグラフである。
【図５】測定可能なプラズマ周辺での気相成分の空間分布を示す図である。
【図６】水晶振動子センサー出力の温度係数を求めるためのグラフである。
【図７】本測定を用いてプラズマ中の気体成分を一定に保つための仕組みについて表わした図である。
【図８】物性と気体成分比の相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１  水晶振動子センサー
２  隔膜圧力計
３  プラズマ装置
４  圧力補正手段
５  プラズマ電極
６  温度補正手段
７  気体流量制御装置（マスフローコントローラー：MFC）
８  ヒータ
９  圧力制御弁
１０  高周波電源
１１  制御手段
１２  製造物
１３  気体成分判定手段
１５  ワーク支持台
１７  コンピュータ
１８  温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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