(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に導入される炭素原子を含んだ原料ガスに対し、発光線発生装置から波長２９６．７ｎｍの炭素ラジカル光線を照射して炭素ラジカル光線の出射量と原料ガス中を透過した炭素ラジカル光線の透過量により測定した炭素ラジカルの吸収率から下記式１により吸収係数を算出し、該吸収係数及び波長２９６．７ｎｍのアインシュタインＡ係数：４．７×１０4 Ｓ-1から下記式２により原料ガス中における炭素ラジカルの絶対値密度を演算する絶対値密度演算手段と、演算された炭素ラジカル密度を絶対値として出力する出力手段とを備えた炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【式１】
0003817595.tif 000004
【式２】
0003817595.tif 000005
【請求項２】
請求項１において、出力手段は表示装置からなり、該表示装置に演算された炭素ラジカルの絶対値密度を表示する炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項３】
請求項１において、出力手段は印字装置からなり、該印字装置により演算された炭素ラジカルの絶対値密度を印字する炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項４】
請求項１において、容器内には陰及び陽電極を配置し、該電極間に電力を印加して導入された原料ガスをプラズマ化して炭素ラジカルを発生させる炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項５】
請求項１又は４において、絶対値密度演算手段からの絶対値密度データに基づいて容器内に導入される原料ガス量を制御する制御手段を設けた炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項６】
請求項４において、演算された炭素ラジカルの絶対値密度に基づいて容器内からの排気を可変して導入された原料ガスの圧力を調整可能にする制御手段を設けた炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項７】
請求項４において、演算された炭素ラジカルの絶対値密度に基づいて容器に設けられた温度調整手段を制御して容器温度を可変可能にする制御手段を設けた炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項８】
請求項４において、演算された炭素ラジカルの絶対値密度に基づいて陰及び陽電極間に印加される電力を可変する制御手段を設けた炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項９】
請求項４において、容器内のプラズマ中に炭素原子を含有した炭素材料を配置し、該炭素材料から放出される炭素ラジカルからの炭素ラジカル光線により炭素ラジカルの吸収率を測定可能にした炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【請求項１０】
請求項４において、発光線発生装置はプラズマ中の炭素ラジカルから発光する炭素ラジカル光線をプラズマに照射可能にして構成した炭素ラジカルの絶対値密度出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、容器内に導入される炭素原子を含んだ原料ガス中の炭素ラジカル密度を絶対値で出力する炭素ラジカルの絶対値出力装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば半導体製造工程においては、反応プラズマ中の炭素ラジカルにより半導体ウェハーやＬＣＤ用ガラス基板等の各種被処理体をエッチング処理したり、被処理体上に炭素ラジカルによるダイヤモンド薄膜等の炭素薄膜を成膜しているが、エッチング処理や成膜の加工精度が超微細化している現状においては、これらの処理を高速、高選択比、高精度に行う必要から反応プラズマ中の炭素ラジカル密度を高精度に制御することが不可欠になっている。
【０００３】
本出願人は、特願平８−２５７６１７号においてプラズマ化した炭素原子を含む原料ガスに対して発光線発生手段から炭素ラジカル光線を照射し、炭素ラジカル光線の出射量とプラズマの透過量に基づいてプラズマ中の炭素ラジカル密度を計測し、該炭素ラジカル密度に基づいてプラズマ処理する方法を提案したが、該方法にあっては、容器内に発生する炭素ラジカルの密度を炭素ラジカル光線の吸収率として測定し、該吸収率に基づいてプラズマ反応容器中への原料ガス導入量、電極に印加される電力、プラズマ反応容器内の圧力或いはプラズマ反応容器の温度を、吸収率がほぼ一定化するように夫々制御してプラズマ中における炭素ラジカル量を制御しているが、これらの制御方法では炭素ラジカルの絶対密度が不明なため、炭素ラジカルを高い精度で制御することができなかった。
【０００４】
この欠点は、炭素ラジカルを絶対値として求めることにより解決し得るが、炭素ラジカルの吸収率から炭素ラジカルの絶対値密度を求めるには、現在の処、炭素ラジカルの放射減衰率であるアインシュタインＡ係数が不明なため、炭素ラジカルの絶対値密度を求めることができなかった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の欠点を解決するために発明されたものであり、その課題とする処は、炭素原子を含んだ原料ガス中における炭素ラジカルの密度を絶対値で確認することができ、炭素ラジカルの高精度制御を可能にする炭素ラジカルの絶対値出力装置を提供することにある。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
このため本発明は、容器内に導入される炭素原子を含んだ原料ガスに対し、発光線発生装置から波長２９６．７ｎｍの炭素ラジカル光線を照射して炭素ラジカル光線の出射量と原料ガス中を透過した炭素ラジカル光線の透過量に基づいて測定された炭素ラジカルの吸収率から算出された吸収係数及び波長２９６．７ｎｍのアインシュタインＡ係数４．７×１０4 Ｓ-1から原料ガス中における炭素ラジカルの絶対値密度を演算する絶対値密度演算手段と、演算された炭素ラジカル密度を絶対値として出力する出力手段から構成される。
【０００７】
そして容器内の炭素ラジカル密度を絶対値として直接で確認することができ、炭素ラジカル密度を高い精度で制御することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る炭素ラジカルの絶対値密度出力装置を、高周波によりプラズマを発生させる誘導結合型プラズマ処理装置に実施した実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
実施形態
図１はプラズマ処理装置の概略を示す概略断面図である。
【００１０】
図２は発光線発生装置の概略を示す概略断面図である。
【００１１】
図３はプラズマ処理装置の制御概略を示す説明図である。
【００１２】
成膜装置或いはエッチング処理装置としてプラズマ処理装置１の処理室を構成する真空容器３上部には石英管により構成された放電室５が設けられ、該放電室５の周囲には高周波電源７に接続された高周波アンテナ９が螺旋状に設けられている。この高周波アンテナ９は高周波電源７から印加される高周波電力により放電室５及び真空容器３内にプラズマを発生させる。放電室５と高周波アンテナ９の間には周方向に多数のスリットが形成され、かつ接地された銅板等の静電シールド部材１１が取付けられている。又、放電室５は流水中に浸漬され、該放電室５がエッチングされるのを防いでいる。更に、真空容器３の外壁面には温度調整手段としての壁面ヒーター１２が取り付けられ、該壁面ヒーター１２により真空容器３の温度を調整することにより内部におけるプラズマ反応度を調整するように構成されている。
【００１３】
尚、上記した高周波としてはＲＦ帯域（１３．５６ＭＨｚ）、ＶＨＦ帯域（１００ＭＨｚ）或いはＵＨＦ帯域（５００ＭＨｚ）の何れであってもよく、又マイクロ波（２．４５ＧＨｚ）或いは直流電力によりプラズマを発生させてもよい。
【００１４】
放電室５の下部外周側に位置する真空容器３上部にはヘリウムガス、アルゴンガス等の反応性ガスと共にエッチング処理の場合にはフルオロカーボンガス（Ｃx Ｆx ）、又カーボン薄膜を成膜する場合に一酸化炭素ガス（ＣＯガス）等の炭素原子を含有した原料ガスを所定の流量で真空容器３内に導入するための導入口１３が設けられている。該導入口１３には反応性ガス供給源及び原料ガス供給源（何れも図示せず）が、パルスモータ１４ａ・１６ａにより開度を数値制御可能なバルブ１４ｂ・１６ｂを設けて接続され、真空容器３内に導入される反応性ガス及び原料ガスの量を調整可能にしている。
【００１５】
真空容器３内には電極としての載置台１５が設けられ、該載置台１５上には半導体ウェハーやＬＣＤ用ガラス基板等の被処理体１７が、必要に応じて静電チャック１９等の保持部材を介して載置される。載置台１５にはバイアス電源２１が接続され、該バイアス電源２１は任意のパルス幅のバイアス電圧を載置台１５に印加してマイナスのバイアスを生じさせている。又、真空容器３の下部には真空排気装置（図示せず）の排気管２３が圧力可変バルブ２４を介して接続され、導入口１３から原料ガスを導入しながら排気管２３から圧力可変バルブ２４により調整された量の空気を排気して真空容器３及び放電室５における原料ガス圧を調整可能にしている。
【００１６】
尚、上記した静電チャック１９は絶縁性薄膜間に電極（図示せず）を設け、該電極に直流電流を印加して被処理体１７を静電吸着させて保持する。又、載置台１５には液体窒素等の冷媒を循環させて冷却する冷却手段（図示せず）及び加熱するヒーター（図示せず）が必要に応じて設けられ、被処理体１７を所望の温度に調節することができる。
【００１７】
真空容器３の側壁にはＳｉＯ2 等からなる一対の窓２５ａ・２５ｂが相対して設けられ、一方の窓２５ａの外側には発光線発生装置２７及基準発光線発生装置４４が、又他方の窓２５ｂの外側には発光線発生装置２７から出射されて真空容器３内のプラズマ中を通過した炭素ラジカル光線を検出する発光線検出装置２９が夫々設けられている。これら発光線発生装置２７及び基準発光線発生装置４４、発光線検出装置２９は発光線発生装置２７から出射される炭素ラジカル光線の強度とプラズマ中を透過して発光線検出装置２９に受光される炭素ラジカル光線の強度に基づいてプラズマ中における炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収率を測定するものであり、測定された炭素ラジカルの吸収率に関するデータは絶対値密度演算手段を構成する制御手段３１へ転送される。
【００１８】
制御手段３１は転送された炭素ラジカルの吸収率に基づいて式１から吸収係数を算出し、該吸収係数と後述するように測定された波長２９６．７ｎｍの炭素ラジカル光線の放射減衰率であるアインシュタインＡ係数に基づいて式２から炭素ラジカルの絶対値密度を演算処理し、該絶対値密度を出力手段を構成するＣＲＴ、ＬＣＤ等の表示装置３２に表示したり、プリンター３４により印字する。
【００１９】
又、制御手段３１は演算された炭素ラジカルの絶対値密度に基づいて高周波アンテナ９に印加される高周波電力、載置台１５に印加されるバイアス電圧を夫々制御したり、パルスモータ１４ａ・１６ａを駆動制御して真空容器３に導入される反応性ガス及び原料ガスの導入量を夫々調整したり、高周波電源７を可変制御して高周波アンテナ９に印加される電力を制御したり、壁面ヒーター１２により真空容器３の温度を調整してプラズマ反応度を制御したり、圧力可変バルブ２４により真空容器３内の排気量を調整して内部の圧力を制御して真空容器３内の炭素ラジカル密度を一定化させる。
【００２０】
尚、真空容器３内の炭素ラジカルを一定化するための制御態様としては表示装置３２に表示されたり、プリンター３４で印字された炭素ラジカルの絶対密度を参照して原料ガスの導入量、高周波アンテナ９に印加される電力等を手動で調整制御してもよい。又、発光線発生装置２７と基準発光線発生装置４４及び発光線検出装置２９の配置位置は炭素ラジカル光線が被処理体１７の反応面の直上、例えば１０ｍｍ上方を通過する位置が望ましい。
【００２１】
次に、発光線発生装置２７及び基準発光線発生装置４４を説明する。尚、図２は発光線発生装置２７のみを示すが、基準発光線発生装置４４も同様な構成であり、その詳細な説明を省略する。
【００２２】
発光線発生装置２７（基準発光線発生装置４４）の円筒ケース３３はステンレス等の金属製で、その先端開口には、例えば光が透過可能なＳｉＯ２等からなる窓３５が取付けられている。該窓３５の材質については上記した窓２５ａ・２５ｂと同様に他の材質であってもよい。又、円筒ケース３３内のガラス管３７内には電源（図示せず）に接続されたカーボン電極３９が取付けられ、窓３５に相対するカーボン電極３９の先端面には凹部３９ａが形成されている。更に、円筒ケース３３の側壁にはガス導入口４１及び真空排気装置（図示せず）に接続された排気口４３が相対して設けられ、ガス導入口４１を介してアルゴンガス（Ａｒ）と炭素原子及び酸素原子を含む、例えばＣＯガスを所定の流量で円筒ケース３３内へ導入する一方、排気口４３から排気して円筒ケース３３内のガス圧をほぼ一定に保つように構成されている。
【００２３】
そしてカーボン電極３９に電圧（例えば印加電圧４００Ｖ、電流３０ｍＡ）を印加すると、カーボン電極３９先端面の凹部３９ａと窓３５の間にプラズマが発生して炭素ラジカルを波長２９６．７ｎｍで発光させて炭素ラジカル光線を得ている。この炭素ラジカル光線は窓３５を透過した後、窓２５ａとの間に配置されたレンズ３６により平行光線になり、真空容器３内を通過して他方の窓２５ｂに向かうように出射される。
【００２４】
尚、レンズ３６と一方の窓２５ａの間に半透鏡４０及びチョッパー４２を夫々設け、半透鏡４０により発光線発生装置２７から出射された炭素ラジカル光線の光路を発光線検出装置２９と基準発光線発生装置４４に分散させると共にチョッパー４２により発光線検出装置２９に向かう炭素ラジカル光線をＯＮ−ＯＦＦさせる。又、他方の窓２５ｂと発光線検出装置２９の間にレンズ３８を設け、他方の窓２５ｂを透過した平行光線をスポット光に収束して発光線検出装置２９に受光させるようにすればよい。
【００２５】
上記のように構成されたプラズマ処理装置１により被処理体１７に成膜処理したり、エッチング処理したりする。即ち、被処理体１７に炭素薄膜を成膜するには、導入口１３からＣＯガス等の原料ガスを導入すると共に高周波アンテナ９に高周波電力を印加すると、原料ガスは高周波電界により反応性プラズマ化し、該反応性プラズマ内の炭素ラジカルを被処理体１７上に堆積してダイヤモンド薄膜、硬質炭素薄膜或いは炭化珪素薄膜等を形成させる。又、被処理体１７をエッチング処理するには、導入口１３からフルオロカーボンガス等の原料ガスを導入して上記と同様に反応性プラズマ化した状態でバイアス電源２１から載置台１５にバイアス電圧を印加すると、反応性プラズマ中の陽イオン化したＦイオン、ＣＦｘイオン、炭素イオンを被処理体１７に衝突させて被処理体１７をエッチング処理する。
【００２６】
そして上記プラズマ処理装置１による成膜処理中或いはエッチング処理中においては高周波アンテナ９に印加される高周波電力を制御したり、載置台１５に印加されるバイアス電圧を制御することにより成膜される薄膜の厚さを調整したり、エッチングの選択比、加工精度を調整するため、発光線発生装置２７と基準発光線発生装置４４及び発光線検出装置２９により反応性プラズマ中における炭素ラジカルの吸収率Ｉa ／Ｉ0 を測定して炭素ラジカル密度を絶対値として得る。
【００２７】
先ず、炭素ラジカルの吸収率測定方法を説明すると、高周波アンテナ９に対する高周波電力の非印加状態、即ちプラズマの非発生状態において発光線発生装置２７から出射された炭素ラジカル光線を半透鏡４０により２つに分けて発光線検出装置２９及び基準発光線発生装置４４に夫々入射させて強度を測定し、その強度比Ｉ00／Ｉr0＝αを求めておく。次に、高周波アンテナ９に高周波電力を印加してプラズマ化した状態で、先ずチョッパー４２を閉じた状態で該プラズマ中の炭素ラジカルから発光する炭素ラジカル光線の強度Ｉ1 を発光線検出装置２９により測定する。
【００２８】
次に、チョッパー４２を開いた状態でプラズマ中における炭素ラジカルの発光強度Ｉ1 と発光線発生装置２７から出射され、プラズマ中で一部が吸収された炭素ラジカル光線の強度Ｉ0´との和である強度Ｉ2 を測定する。そして強度Ｉ1 及びＩ2 を測定している間中、常に基準発光線発生装置４４により発光線発生装置２７から出射される炭素ラジカル光線の強度Ｉr を測定し、該強度Ｉr と上記の式Ｉ00／Ｉr0で求められた強度比αとにより発光線発生装置２７から出射され、プラズマ中の炭素ラジカルに吸収されない場合に発光線検出装置２９に入射される強度Ｉ0 を求めてプラズマ中における炭素ラジカルの吸収率を測定する際の基準強度にする。そして測定された上記各強度から、式（Ｉ2 −Ｉ1 ）／Ｉ0 によりプラズマ中における炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収率Ｉa ／Ｉ0 を求める。
【００２９】
次に、上記のようにして求められたプラズマ中における炭素ラジカルの吸収率Ｉa ／Ｉ0 から炭素ラジカルの絶対値密度を求める方法を説明する。
【００３０】
一般にプラズマ中における炭素ラジカルの吸収率は以下の式１により求められる。
【００３１】
【式１】
0003817595.tif 000002
【００３２】
又、炭素ラジカルの絶対値密度は以下の式２により求められる。
【００３３】
【式２】
0003817595.tif 000003
【００３４】
今、吸収率Ｉa ／Ｉ0 、炭素ラジカル光線のプロファイル等が判明しているため、上記式１から吸収係数ｋ0 が求められる。そして上記式２においては式１から吸収係数ｋ0 が算出されているため、アインシュタインＡ係数：Ａが特定されていれば絶対値密度：Ｎを求めることができる。以下に波長２９６．７ｎｍで２ｓ２ｐ3  5Ｓ2 −２ｓ2 ２ｐ2  3Ｐ2 の炭素ラジカル光線のアインシュタインＡ係数の測定方法を説明する。
【００３５】
図４及び図５はアインシュタインＡ係数の測定装置例を示す概略図である。
【００３６】
プラズマ反応器５０の上部には大面積の永久磁石５２が取付けられ、該永久磁石５２は上面を流通する冷却水により冷却されている。又、プラズマ反応器５０の上部側面にはマイクロ波アンテナ５４が設けられ、該マイクロ波アンテナ５４は３ＫＨｚでパルス変調され、デューティー比１５％、３００Ｗのマイクロ波電力を出力する。マイクロ波アンテナ５４に相対するプラズマ反応器５０の上部側面にはガス導入口５６が設けられ、プラズマ反応器５０内にＣＯガスを導入している。
【００３７】
一方、プラズマ反応器５０の下部には排気装置（図示せず）の排気管５８が接続され、上記ガス導入口５６からＣＯガスを導入しながらプラズマ反応器５０内を排気することによりプラズマ反応器５０内におけるＣＯガスの圧力が０．８ｐａ、フローレイトが２００ｓｃｃｍとなるように調整する。
【００３８】
プラズマ反応器５０の側面にはクォーツ窓６０が設けられ、クォーツ窓６０の外側には分光器６２及び負荷抵抗が５０Ωｋの光電子増幅器６４が設けられ、光電子増幅器６４にはディジタルオシロスコープ６６が接続されている。該ディジタルオシロスコープ６６はプラズマ反応器５０内に発生する炭素ラジカル光線の波形を測定する。
【００３９】
図６はプラズマ反応器５０内のＣＯガス圧を０．８ｐａ、フローレイトを２００ｓｃｃｍ、マイクロ波アンテナ５４のマイクロ波電力を３００Ｗに設定してプラズマ反応器５０内にプラズマを発生させて波長２９６．７ｎｍで炭素ラジカルを発光させた際における炭素ラジカル光線の放射波形を示すものであり、該放射波形の傾きから炭素ラジカル光線の放射減衰率が３．８×１０4 Ｓ-1であった。
【００４０】
図７はプラズマ反応器５０内のＣＯガス圧を０．１３〜２０ｐａの範囲で変化させた際における炭素ラジカル光線の放射減衰率を示している。そしてＣＯガスの圧力が０．１３〜１．１ｐａの範囲内では減衰率が±３０％の範囲内でほぼ一定化し、その平均値が４．７×１０4 Ｓ-1であった。これにより上記波長２９６．７ｎｍの炭素ラジカル光線のアインシュタインＡ係数を４．７×１０4 Ｓ-1とした。尚、上記計測はＳ／Ｎ比を改善するため、夫々のＣＯガス圧毎に５０回測定した。
【００４１】
プラズマ処理装置１の制御手段３１は上記方法により求められたプラズマ中における炭素ラジカルの吸収率Ｉa ／Ｉ0 に基づいて算出された吸収係数ｋ0 及び予め測定されたアインシュタインＡ係数（４．７×１０4 Ｓ-1）により炭素ラジカルの絶対値密度Ｎを演算処理して表示装置３２に表示させたり、プリンター３４により印字させることにより作業者は真空容器３内におけるプラズマ中の炭素ラジカル密度を直接確認することができる。
【００４２】
更に、炭素ラジカル密度が変化した場合には高周波アンテナ９に印加される高周波電力や載置台１５に印加されるバイアス電圧を制御してプラズマ中における炭素ラジカルの絶対値密度が一定化するように制御したり、パルスモータ１４ａ・１６ａを数値制御してバルブ１４ｂ・１６ｂの開度を調整し、真空容器３に導入される反応性ガス及び原料ガスの量を夫々制御したり、壁面ヒーター１２を制御して真空容器３の温度を可変させることによりプラズマ反応度を制御したり、更に圧力可変バルブ２４を制御して真空容器３内における原料ガスの圧力を調整して炭素ラジカル密度を高精度に一定化させることができる。
【００４３】
尚、高周波アンテナ９に印加される高周波電力や載置台１５に印加されるバイアス電圧をフィードバック制御するための炭素ラジカルの絶対値密度基準値は、被処理体の種類、プロセスの種類、プロセス条件等によって大きく異なるため、これらの条件に応じてその都度、実験等により設定することが好ましい。
【００４４】
このように本実施形態によれば、エッチングや薄膜形成に重要な要素である反応性プラズマ中における炭素ラジカル密度を、測定された炭素ラジカル光線の吸収率に基づいて算出された吸収係数及び予め求められたアインシュタインＡ係数から絶対値として算出して表示装置３２或いはプリンター３４に出力して確認可能にする一方、演算された炭素ラジカルの絶対値密度に基づいて高周波アンテナ９に印加される高周波電力や載置台１５に印加されるバイアス電圧、真空容器３内に導入される原料ガス量、壁面ヒーター１２により真空容器３の温度、圧力可変バルブ２４により真空容器３内の圧力をリアルタイムで制御して真空容器３内の炭素ラジカル密度をほぼ一定にし、高精度エッチング及び薄膜形成を可能にしている。
【００４５】
プラズマ中における炭素ラジカルの吸収率測定方法に関する変更実施形態を以下に説明する。尚、夫々の変更実施形態はプラズマ中における炭素ラジカルの吸収率を測定する際の変更実施形態であり、これら変更実施形態により測定された吸収率により吸収係数を算出して炭素ラジカルの絶対値密度を演算して表示装置３２に表示したり、プリンター３４により印字して確認可能にする一方、演算された炭素ラジカルの絶対値密度に基づいてプラズマ処理装置１をフィードバック制御して炭素ラジカルを制御する事項については、実施形態の説明と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
変更実施形態１
図８はプラズマ処理装置の概略を示す概略断面図である。
【００４７】
変更実施形態１は、発光線発生装置２７を使用せずに真空容器３内にてプラズマ形成される炭素ラジカルから発光する炭素ラジカル光線をそのまま利用してプラズマ中における炭素ラジカルの吸収率を測定するものであり、実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４８】
即ち、窓２５ａの上方に位置する真空容器３の側壁には、例えば光が透過可能なＳｉＯ2 等からなる窓５１が設けられ、該窓５１の外側には第１の反射鏡５３が、又窓２５ａの外側には第２の反射鏡５５が夫々配置され、真空容器３内に導入された原料ガスを反応プラズマ化した際に原料ガス中の炭素ラジカルから発光する炭素ラジカル光線を窓５１を介して真空容器３の外部へ取出した後、第１及び第２の反射鏡５３・５５により窓２５ａを介して再び真空容器３内のプラズマに向けて出射するように反射させて発光線検出装置２９に入射させてその入射強度Ｉ1 を計測する。
【００４９】
その際、例えば第１の反射鏡５３と第２の反射鏡５５の間にチョッパー５７を設け、先ずチョッパー５７を閉じて両者間の光路を遮断した状態で、被処理体１７の上方に生成しているプラズマ中における炭素ラジカルの発光強度を発光線検出装置２９により計測して基準発光強度Ｉｒｅｆ．とし、次にチョッパー５７を開いてプラズマ中から取出された炭素ラジカル光線を第１及び第２の反射鏡５３・５５を介してプラズマ中に照射して発光線検出装置２９に入射させて入射強度Ｉ１を計測する。そしてこれら入射強度Ｉｒｅｆ．とＩ１とにより、プラズマ中における炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収率｛（Ｉ１−Ｉｒｅｆ．）／Ｉｒｅｆ．｝×１００を測定する。
【００５０】
変更実施形態２
図９はスパッタ処理装置の概略を示す概略断面図であり、実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５１】
成膜及びエッチング処理装置を構成するスパッタ処理装置７１の真空容器７３内には上部電極７５及び下部電極７７が所要の間隔をおいて相対配置され、上部電極７５に原料ガス材料としての無定形炭素７９を、又下部電極７７にシリコン基板等の被処理体１７を夫々設ける。下部電極７７にはヒーター（図示せず）が内蔵され、室温から約６００℃の範囲で温度制御可能になっている。本変更実施形態２では下部電極７７の温度を室温に設定した。
【００５２】
そして導入口１３からアルゴンガスと水素ガスを所定の流量で導入しながら排気管２３から排気して真空容器７３内を所要のガス圧に保ちながら上部電極７５に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を印加して下部電極７７との間にアルゴンと水素の混合ガスのプラズマを発生させると、上部電極７５に生じる直流電圧によりイオンを加速して無定形炭素７９に衝突させ、該無定形炭素７９から炭素ラジカルを飛び出させて被処理体１７上に堆積し、硬質炭素薄膜を成膜させる。
【００５３】
その際、上記した実施形態の測定方法と同様に真空容器７３の一方に配置された発光線発生装置２７から出射される炭素ラジカル光線を、真空容器７３内のプラズマを通過させて相対配置された発光線検出装置２９へ出射し、プラズマ中における炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収量により炭素ラジカルの吸収率を測定する。
【００５４】
変更実施形態３
図１０はレーザアブレーション処理装置の概略を示す概略断面図であり、実施形態と同一の部材については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
成膜及びエッチング処理装置を構成するレーザアブレーション処理装置８１における真空容器８３内の上部には原料ガス材料としての無定形炭素８５が、又下部にはシリコン基板等の被処理体１７を載置する載置台８７が所要の間隔をおいて配置されている。又、真空容器８３の外部には窓８９を介して無定形炭素８５にレーザ光を照射するレーザ発生装置９１が設けられている。載置台８７にはヒーター（図示せず）が内蔵され、室温から約６００℃の範囲で温度制御可能になっている。本変更実施形態３では載置台８７の温度を室温に設定した。
【００５６】
そして導入口１３から所定流量の水素ガスを導入しながら排気管２３から排気して真空容器８３内を、例えば１０Ｐａの所定のガス圧に保ちながらレーザ発生装置９１から、例えば３０ｎｓのパルス幅でレンズにより１０Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー密度に制御されたレーザ光を無定形炭素８５に照射すると、該レーザ光のエネルギーにより無定形炭素８５を蒸発、アブレートさせて炭素のクラスター粒子或いは炭素ラジカルを放出させて発光柱（プルーム）９２を形成し、被処理体１７上に炭素のクラスター粒子を堆積させて硬質炭素薄膜を成膜させる。
【００５７】
その際、上記した実施形態の測定方法と同様に真空容器８３の一方に配置された発光線発生装置２７から出射される炭素ラジカル光線を、真空容器８３内に発生している発光柱９２或いは被処理体１７の上方を通過させた後に発光線検出装置２９に入射させて発光柱９２中或いは被処理体１７上方における炭素のクラスター粒子による炭素ラジカル光線の吸収量によりクラスター及び炭素ラジカルの吸収率を測定する。
【００５８】
上記した実施形態及び変更実施形態１〜３において炭素ラジカルの吸収率を測定する方法としては、高周波アンテナ９に印加される高周波電力或いはレーザ発生装置９１によるレーザ光の出力を所望のデューティにパルス変調し、該パルスがＬＯＷ（オフ）のとき、従って非プラズマ状態或いは非発光柱状態のとき、発光線発生装置２７から出射されて発光線検出装置２９に入射される炭素ラジカル光線の強度を計測し、又該パルスがＨＩＧＨ（オン）のとき、従ってプラズマ状態或いは発光柱状態のとき、発光線検出装置２９に入射される炭素ラジカル光線の強度に計測してプラズマ中或いは発光柱９２中の炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収量を演算する処理を繰返して測定すればよい。これにより発光線発生装置２７から出射される炭素ラジカル光線の出射強度が不安定であっても、炭素ラジカルによる炭素ラジカル光線の吸収率を高精度に測定することができる。
【００５９】
又、そのオン、オフは例えば周期１００ｍ秒においてオン５０ｍ秒、オフ５０ｍ秒程度でパルス変調放電を行っている。この場合においても、発光線発生装置２７の前段にチョッパーを設け、チョッパー出力をトリガーにして信号を演算してもよい。更に、発光線発生装置２７から出射される炭素ラジカル光線の発生直後の光をチョッパーによりオン・オフ変調し、この変調した光を出射してプラズマ或いは発光柱９２を透過した光をチョッパーの周期に同期させて位相検波或いはこれをトリガとして演算してもよい。
【００６０】
又、発光線発生装置２７は、プラズマ中の炭素ラジカルから該炭素ラジカルに吸収可能な波長の光に発光させる構成としたが、本発明においては、例えば炭素ラジカルに吸収可能な波長の光をアーク放電等により発光させるものであってもよい。
【００６１】
更に、上記説明はプラズマ中において被処理体に炭素ラジカルを成膜したり、炭素原子でエッチング処理する際に、プラズマ中における炭素ラジカルの吸収率を測定して吸収係数を求め、該吸収係数と予め求められたアインシュタインＡ係数により炭素ラジカルの絶対値密度を演算して出力するものとしたが、本発明はプラズマ中における成膜処理やエッチング処理に限定されるものではなく、容器中に導入される排気ガス等の気体中における炭素濃度を絶対値として出力する技術にも適用できる。
【００６２】
【発明の効果】
このため本発明は、炭素原子を含んだ原料ガス中における炭素ラジカルの密度を絶対値で確認することができ、炭素ラジカルの高精度制御を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置の概略を示す概略断面図である。
【図２】発光線発生装置の概略を示す概略断面図である。
【図３】プラズマ処理装置の制御概略を示す説明図である。
【図４】アインシュタインＡ係数の測定装置例を示す概略図である。
【図５】アインシュタインＡ係数の測定装置例を示す概略図である。
【図６】炭素ラジカル光の放射波形図である。
【図７】炭素ラジカル光の放射減衰率を示すグラフである。
【図８】プラズマ処理装置の概略を示す概略断面図である。
【図９】スパッタ処理装置の概略を示す概略断面図である。
【図１０】レーザアブレーション処理装置の概略を示す概略断面図である。
【符号の説明】
３  真空容器、２７  発光線発生装置、３１  吸収率測定手段としての制御手段、３２  絶対値密度測定手段としての表示装置
【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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【図９】
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【図１０】
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