特許 5809264 プラズマを生成するための電極、この電極を有するプラズマチャンバ、及び層又はプラズマをリアルタイム分析又はリアルタイム処理をするための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5809264

(24)【登録日】2015年9月18日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】プラズマを生成するための電極、この電極を有するプラズマチャンバ、及び層又はプラズマをリアルタイム分析又はリアルタイム処理をするための方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/65 20060101AFI20151021BHJP

   G01N 21/68 20060101ALI20151021BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/65

   G01N21/68

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-518950(P2013-518950)

(86)(22)【出願日】2011年7月7日

(65)【公表番号】特表2013-531249(P2013-531249A)

(43)【公表日】2013年8月1日

(86)【国際出願番号】DE2011001415

(87)【国際公開番号】WO2012010146

(87)【国際公開日】20120126

【審査請求日】2014年4月24日

(31)【優先権主張番号】102010027224.8

(32)【優先日】2010年7月15日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390035448

【氏名又は名称】フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100157440

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 良太

(74)【代理人】

【識別番号】100153419

【弁理士】

【氏名又は名称】清田 栄章

(72)【発明者】

【氏名】ムートマン・シュテファン

(72)【発明者】

【氏名】ゴルディーン・アード

(72)【発明者】

【氏名】カーリウス・ラインハルト

(72)【発明者】

【氏名】ヒュルスベック・マルクス

(72)【発明者】

【氏名】フルンスキ・ドツミトリー

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１１５４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０３８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４５０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０５４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 WAGNER V , et.al.，Raman monitoring of semiconductor growth，Journal of Applied Physics，１９９４年 ６月 １日，Vol.75, No.11，pp.7330-7333

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／６２−２１／７４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマチャンバ内でプラズマを発生させるための高周波電極であって、当該電極が、少なくとも１つの光学貫通接続部を有し、前記高周波電極は、ガスシャワー電極である当該電極において、
円錐形の漏斗状部品が設けられていて、この円錐形の漏斗状部品が、前記ガスシャワー電極の前記光学貫通接続部を気密に内張り形成すること、
前記光学貫通接続部の１つの開口部が、遮蔽物としての金属製の格子を有することを特徴とする電極。

【請求項2】

前記光学貫通接続部は、リアルタイムのラマン分光分析又は光学発光分析が前記高周波電極を通じて実施され得るような大きさであることを特徴とする請求項１に記載の電極。

【請求項3】

前記光学貫通接続部の円錐形の断面を特徴とする請求項１又は２に記載の電極。

【請求項4】

前記光学貫通接続部の両開口部のうちの小さい方の開口部は、０．０３ｃｍ^２〜５ｃｍ^２の面積を有することを特徴とする請求項３に記載の電極。

【請求項5】

前記光学貫通接続部の両開口部のうちの大きい方の開口部は、０．０３１ｃｍ^２〜１００ｃｍ^２の面積を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の電極。

【請求項6】

集光レンズを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極。

【請求項7】

前記プラズマチャンバ内のガスに対して前記集光レンズを保護するためのガラス板が、前記集光レンズと前記光学貫通接続部の開口部との間に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の電極。

【請求項8】

複数のガス分散板が、前記ガスシャワー電極内に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の電極。

【請求項9】

高周波電極と、基板を収容するための基板ホルダを有する対電極とを有するプラズマチャンバであって、前記プラズマを発生させるための高周波交番磁場が、前記高周波電極と前記対電極との間に形成され得る当該プラズマチャンバにおいて、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の高周波電極を特徴とするプラズマチャンバ。

【請求項10】

前記プラズマチャンバは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の前記高周波電極を有し、前記プラズマチャンバ内に配置された凸型集光レンズが、電磁ビームを、前記光学貫通接続部を通過させて前記層又は前記プラズマに向けて集束でき、前記光学貫通接続部を通過して散乱した若しくは反射した又は前記層若しくは前記プラズマから放出した放射線を、当該散乱した又は反射した又は放出した放射線を分析する目的のためにコリメートし、分析装置に供給できることを特徴とする請求項９記載のプラズマチャンバ。

【請求項11】

前記プラズマチャンバのビーム路内で移動可能な集光レンズを特徴とする請求項１０に記載のプラズマチャンバ。

【請求項12】

請求項９〜１１のいずれか１項に記載の、プラズマチャンバ内で層又はプラズマをリアルタイムで分析するか又はリアルタイムで処理するための方法であって、前記層が、対電極上に配置されていて、高周波電極が、前記層に面した側に配置されている当該方法において、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の高周波電極を選択し、電磁ビームが、前記プラズマチャンバから前記高周波電極の前記光学貫通接続部を通じて分析装置に供給される少なくとも１つのステップを特徴とする方法。

【請求項13】

前記成長する層が、リアルタイムのラマン分光分析法で分析され、又は、前記プラズマが、光学発光分光法で分析され、前記電磁放射線が、集光レンズを通じて前記分析装置に供給されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマを生成するための電極、この電極を有するプラズマチャンバ、及び層又はプラズマをリアルタイム分析又はリアルタイム処理をするための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ促進化学蒸着（英語名、plasma enhanced chemical vapor deposition（ＰＥＣＶＤ））中のアモルファス層のリアルタイムの解明が、Ｌｉ等（非特許文献１）から公知である。当該著者は、光を７０°内で入射させる分光偏光解析法を方法として使用する。比較的限定された層特性に関する解明だけが、当該方法及び偏光解析器によって可能である点が欠点である。

【0003】

Ｗａｇｎｅｒ等（非特許文献２）が、分子線エピタキシー法によって蒸着される層に対するリアルタイムのラマン分光分析を記す。当該方法及び使用される装置の構成には、当該方法及び装置が使用された蒸着方法の種類によっては適用され得ないという欠点がある。

【0004】

光学発光分光法をプラズマチャンバのプラズマに対してリアルタイムで実施することが、Ｄｉｎｇｅｍａｎｓ等（非特許文献３）から公知である。当該実施のため、光学貫通接続部が、プラズマチャンバの対電極内に存在する。この光学貫通接続部を用いることで、プラズマが、基板への直接の透過を通じて分析され得る。この装置も、さらなる情報を当該方法に集めるためには適していない点が欠点である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Li, Y.M., Ilsin A.N., Ngyuen H.V., Wronski C.R., Collins R.W. (1991). Real-Time-Spectroscopic Ellipsometry Determination of the Evolution of Amorphous-Semiconductor Optical Functions, Bandgap, and Micrsotructure. Journal of Non-Crystalline Solids. Vol. 137,787-790

【非特許文献2】Wagner V., Drews, D., Esser, D.R., Zahn, T., Geurts, J., and W. Richter. Raman monitoring of semiconductor growth. J. Appl. Phys. 75, 7330

【非特許文献3】Dingemans, G.; van den Donker, M. N.; Hrunski, D.; Gordijn, A.; Kessels, W. M. M.; van de Sanden, M. C. M. (2007). In-Situ Film Transmittance Using the Plasma as Light Source: A Case Study of Thin Silicon Film Deposition in the Microcrystalline Growth Regime. Proceedings of the 22ndEUPVSEC (European Photovoltatic Solar Energy Conference), Milan/Italy, 03.09.2007 - 07.09.2007. - S. 1855 - 1858

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、例えばＰＥＣＶＤ、ＭＯＶＰＥのような使用された蒸着方法に依存せず、例えばラマン分光分析法及び光学発光分析法のような選択された分析方法にも依存せずに自在に使用され得る、プラズマチャンバ内でプラズマを発生させるための電極を提供することにある。

【0007】

本発明の別の課題は、様々分析な方法が層の製造方法に依存せずにリアルタイムで可能になるプラズマチャンバを提供することにある。

【0008】

本発明のもう１つの課題は、蒸着すべき層とプロセスガスとの双方の分析が進行する製造方法中にリアルタイムで実施され得る方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題は、請求項１に記載の高周波電極、当該電極を有するプラズマチャンバ及び従属請求項に記載の方法によって解決される。好適な構成は、それぞれの従属請求項に記載されている。

【0010】

本発明は、高周波電圧によってプラズマを発生させるための高周波電極に関する。当該プラズマは、例えば半導体層を蒸着するために又は半導体層をプラズマエッチングするために利用され得る。最初にＳｉＨ_４又はＨ_２のようなガスが、プラズマチャンバ内に導入され、次いでＮＦ_３のようなガスが、プラズマチャンバ内に導入される。

【0011】

本発明によれば、当該高周波電極は、この高周波電極が光学貫通接続部を有することを特徴とする。好ましくは、この光学貫通接続部が、プラズマ空間自体に向かい且つこのプラズマ空間を通過して対電極（接地電極とも呼ぶ）上に配置されている基板までの光路を提供する。したがって、１つの放射線路が、本発明の高周波電極の当該光学貫通接続部を通り抜ける。これによって、プラズマ燃焼中の、基板とこの基板上で成長する層との分析及び処理の双方が可能になることが有益に促される。特に好ましくは、高周波電極内の光学貫通接続部の配置によって、プラズマチャンバ内では、プラズマ自体が、そのガス組成に関して分析され得、このガス組成が再調整され得ることが促される。

【0012】

これによって、分析方法と処理方法との選択時の自由度が広がる。

【0013】

Ｄｉｎｇｅｍａｎｓ等（非特許文献３）の場合の対電極内の光学貫通接続部の配置と、Ｌｉ等において使用された分析方法との双方に関する従来の技術並びにＷａｇｎｅｒ等における蒸着方法の従来の技術には制約があることが、本発明の範囲内で確認されている。ほとんどあらゆる蒸着方法（ＰＥＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ等）で、層とプラズマとの双方の様々な分析ステップ又は処理ステップが、リアルタイムで可能になることを、本発明の高周波電極だけが保証する。本発明の方法は、当該本発明の高周波電極を採用することで、電磁放射線のプラズマ空間内への入射と出射との双方のために、蒸着すべき層に対してほぼ０°の入射角を利用する。これによって、成長する層に対するラマン分光分析法又はプラズマ燃焼中のプラズマに対する局所分解された光学発光分光法も、（リアルタイムで）実施され得ることが有益に促される。当該層の処理は、レーザーによる処理ステップを有してもよい。

【0014】

特に好ましくは、高周波電極内の光学貫通接続部によって、層に対してほぼ０°の入射角を成す光の入射及び出射を通じた当該層の直接の観察が可能になることが促される。０°の入射角からの僅かなずれが考えられる。

【0015】

これに反して、従来の技術では、層を分析するための光線が、当該層に対して７０°の角度で入射される。このことには、プラズマチャンバ内の蒸着空間の大部分が一緒に観察され且つ誤って分析されて判定されるという欠点がある。当該発明の範囲内では、リアルタイム分析のこの方式が層特性又はプラズマ特性の判定時に不正確な結果を提供することが確認されている。

【0016】

従来では、特に電極面に対して小さい電極間隔の場合に、層の縁領域の分析しか実施され得ないか又は特定の角度下では製造に関連した部分しか分析され得ないことがさらに確認されている。ラマン分光分析法のような多くの分析は、Ｄｉｎｇｅｍａｎｓ等（非特許文献３）のような従来の技術では蒸着後に初めて実施され得る。電極の最適な利用領域の外側にある成長する層の部分又は当該層の後の使用に関与しない成長する層の部分が、当該層の縁領域を意味する。このため、蒸着されている層をリアルタイムに、すなわち蒸着中に解明するために特に有益な方法としての、例えばラマン分光分析法又は反射分光法のような特定の測定方法が除外されている。したがって、本特許出願の用語のリアルタイムは、基板又はこの基板上に配置された又は蒸着すべき層をプラズマ燃焼中に、すなわち実時間で分析又は処理することを意味する。

【0017】

従来の技術とは違って、縁領域だけでなくて、層の製造に関連した領域も、本発明の高周波電極によってリアルタイムで分析され得且つ処理され得る。

【0018】

特にリアルタイムのラマン分光分析が、分析として適用される。パルス化されたレーザービームを高周波電極の光学貫通接続部を通過させて層上に入射させることによって、そして直接の後方反射において散乱された光を分光分析することによって、例えば薄膜太陽電池用の材料の蒸着中に、ラマン分光分析法が実施され得る。これによって、蒸着中の層の成長及び組織上の特性をより良好に観察することが可能である。

【0019】

場所分解された光学発光分光法も、分析方法として適用される。ビーム路内で固定配置された又は移動可能なレンズを有する共焦点構造を用いることによって、プラズマ放射が、成長するシリコン表面の上方で場所分解され得る、すなわち層の表面からの異なる距離で分光分析され得る。当該レンズが、高周波電極に固定配置される。しかし、当該レンズが、プラズマチャンバのハウジング内に固定されてもよい。しかし、様々な用途に向けた共焦点構造が得られるように、当該レンズが、そのハウジング内に移動可能に配置されてもよい。反射分光法のようなその他の方法が使用可能である。さらに、当該同じ目的のために、高周波電極に固定されたレンズを有するこの高周波電極が、当該共焦点構造のビーム路内で分析される層に対して移動可能に配置され得る。

【0020】

光学貫通接続部が、高周波電極の表面の片面からこの片面に対向する面に向かって当該高周波電極を貫通して延在する。すなわち、本発明の目的にしたがって、電極構造体を貫通する開口部が、貫通接続部によって包囲されている。この開口部が、電磁放射線の通過を保証する、特に成長する層の方向に走査するためのレーザー放射線の通過を保証する。他方で、当該光学貫通接続部は、層又はプラズマから出射する放射（例えば、反射、散乱又は熱放射）の、分析装置に向かって戻る通過を保証する。層の温度測定も保証されている。したがって、当該光学貫通接続部を有する電極が、プラズマチャンバ内に入射された放射線のビーム路内に配置されている。

【0021】

当該電極は、特に好ましくはプラズマチャンバ内に組み込まれている。真空が、このプラズマチャンバ内で発生され得る。この電極が、このプラズマチャンバの壁から電気絶縁されている。この高周波電極が、高周波の交流電圧用の端子（高周波端子：３０ｋＨｚ〜３００ＧＨｚ、特に１３．５６ＭＨｚ〜１０８．４８ＭＨｚ）を備える。高周波発生器の交流電圧が、電極としての金属板に対して印加される。この金属板は、低圧チャンバ内に存在する。基板ホルダを有する対電極が、この高周波電極に対して平行に且つこの高周波電極に対向して配置されている。

【0022】

当該真空チャンバは、その壁内に好ましくは窓を光学貫通接続部として有する。電磁放射線が、この窓を通じて入射され再び出射され得る。

【0023】

当該プラズマチャンバから出射された放射線が、好ましくはレンズ系を通じて、場合によってはミラー系をも通じて誘導され、例えばオリエル（登録商標）の計測器のＭＳ２６０のような分光器の入射スリットに向かって集束される。当該放射線が、分光器を用いてそのスペクトル成分に分解される。これらのスペクトル成分が、ＣＣＤカメラ、例えばＡｎｄｏｒ ｉＤｕｓ ４２０（登録商標）によって分析される。ラマン分光分析の場合には、ノッチフィルタが、基板表面から分光器までの光路内に配置されている。このノッチフィルタは好ましくは、ラマン散乱の励起に利用された波長が非常に狭い帯域幅によって減衰されることを促す。

【0024】

層又はこの層の上方のプラズマまでの光路は、最も簡単な場合は高周波電極の中心又は近くにある１つの孔である。その結果、基板又は蒸着すべき層の製造に関連した部分が分析又は処理され得る。また、このことは、従来の技術による電極では不可能である。

【0025】

当該高周波電極は、特に好ましくは光学貫通接続部を有する。この光学貫通接続部が、プラズマチャンバに向けられて遮蔽されている。当該遮蔽は、特に金属製の格子によって実施される。この格子は、光学貫通接続部の開口部に配置されている。これによって、当該電極から発生した電界が妨害されないことが有益に促される。

【0026】

光学貫通接続部が、使用された蒸着方法のパラメータに依存して、妨害された電界に起因した層蒸着中又はエッチング中の不均質性を引き起こしうることが、本発明の範囲内で確認されている。それ故に、少ない損失を呈する光路が可能であるように、プラズマ空間までの高周波電極の光学貫通接続部が、特に金属製の格子によって遮蔽されている。このため、電極板から発生した高周波電界が、光学貫通接続部によってほとんど影響を受けないことが有益に促される。

【0027】

特にこのことは、光学貫通接続部が高周波電極としてのガスシャワー電極（英語名では、Ｓｈｏｗｅｒｈｅａｄ−Ｅｌｅｋｔｒｏｄｅ）の構成要素である特に好ましい場合にも成立する。

【0028】

この場合には、光学貫通接続部が、高周波電極としてのガスシャワー電極内に組み込まれている。その結果、ガス分散の均質性が妨害されていない。このことは、光学貫通接続部用の位置を選択することによって問題なく達成される。当該位置では、ガス貫流用の複数の孔が、この光学貫通接続部によってほとんど影響を受けないか又は最適な当該位置では全く影響を受けない。

【0029】

当該光学貫通接空と遮蔽物としての金属製の格子とは、同じ材料から構成され得る、例えばＶＡ対応鋼又はアルミニウムから構成され得る。

【0030】

遮蔽物としての当該格子は、特にレーザー切断によって製造され得る。格子板のウェブの厚さは、約０．３ｍｍでもよく、ウェブ幅は、例えば約０．１ｍｍでもよい。光学貫通接続部の開口部は、特に１２％から１９％まで当該遮蔽物のウェブによって覆われ得る。プラズマの均質性を維持するためには、約１０％まで遮蔽することによって当該開口部を覆うことで十分である。最適な遮蔽が、金属板によっても得られる。しかし、基板又はプラズマの分析又は処理ステップは、当該金属板によっては明らかに不可能である。光学貫通接続部の開口部の表面の１０％未満を覆うことによっても、遮蔽が基本的に可能である。遮蔽物によって光学貫通接続部の開口部を正確な百分率で覆うことは、処理条件に依存する、例えばプラズマチャンバ内の使用された圧力に依存する。１８トルより大きい圧力、９ｍｍの電極間隔、１Ｗ／ｃｍ^２までの電力密度及び０．５ｎｍ／ｓの成長速度の場合で、微結晶シリコンの蒸着時で、基板に面した１ｃｍの口径のときは、光学貫通接続部の遮蔽が不要である。

【0031】

１０トルの圧力、９ｍｍの電極間隔、０．６Ｗ／ｃｍ^２の電力密度及び０．５ｎｍ／ｓの成長速度の場合で、微結晶シリコンの蒸着時で、基板に面した１ｃｍの口径のときは、光学貫通接続部の開口部の約１０％が覆われなければならない。

【0032】

本発明のプラズマチャンバでは、光学貫通接続部の、蒸着区域に向けられた開口部が、遮蔽のために遮蔽されている。一般に、プラズマチャンバとは、完全な真空チャンバをいう。

【0033】

一般に、当該光学貫通接続部は、試みようとする分析方法が本発明の電極を通じて可能になる程度の大きさである必要がある。当該方法は、例えばリアルタイムのラマン分光分析法若しくは光学発光分光法又は例えば光路上のガス濃度の測定でもよい。当該光学貫通接続部の面積は、少なくとも約０．０３ｃｍ^２でなければならない。円形の光学貫通接続部の場合、その直径は、蒸着区域に向けられた２ｍｍより大きい開口部の直径に一致する。特に、当該開口部が、１〜１０ｃｍ^２の面積を有する。

【0034】

レンズが、高周波電極に対して配置され得るか又は通常はプラズマチャンバ内に配置され得る。本発明の方法のために、当該レンズが、電磁放射線を、光学貫通接続部を通過させてプラズマ又は層若しくは基板上に集束させなければならない。当該同じレンズが、又は、電磁放射線の入射角によっては高周波電極内のもう１つの光学貫通接続部の１つのレンズが、基板又はプラズマから反射又は散乱又は放射して当該光学貫通接続部を通過した電磁放射線をコリメートする。特に、基板又は層に向かう電磁放射線の入射角は、０°である。０°から僅かにずらすことが可能である。その結果、層又は放電区域の製造に関連した部分に向かう光路に対しては、電極の側面と電極の側面との間の空間を通過する光路の場合より小さい入射角が可能である。

【0035】

したがって、当該光学貫通接続部の大きさは、従来の技術によるガスシャワー電極内の複数の孔の開口部の大きさと見間違えることは決してなく、それ故に当該従来の技術によるガスシャワー電極内の複数の孔の開口部の大きさと比較することができない。一般に、これらの孔は、約０．００５ｃｍ^２の面積に相当する約０．８ｍｍにすぎない直径を有する。当該従来の技術によるこれらの開口部は、光路上での層又はプラズマの本発明の分析又は処理に適さない。

【0036】

当該光学貫通接続部が、電極を完全に貫通する。したがって、この電極が、その表面の片側に第１開口部を有し、当該電極の、この表面に対向する表面に第２開口部を有する。当該光学貫通接続部の両開口部が、同じ直径を有してもよい。このとき、本発明の電極が、特に容易に製造可能である。

【0037】

特に、当該光学貫通接続部は、円錐形の断面を有する。このとき、当該光学貫通接続部が、電極内で円錐形に配置されている。当該円錐形の貫通接続部では、プラズマ空間に向けられた開口部が、当該光学貫通接続部の、この開口部に対向する開口部より大きい面積を有する。このとき、層又はプラズマから放射された電磁放射線が、より効率的に収集され得且つ分析装置に供給され得ることが有益に促される。

【0038】

最も簡単な場合には、当該光学貫通接続部が、電極内の個々の、例えば円柱状の孔によって実現され得ることが確認されている。高周波電極が、例えば１０ｍｍのドリルによって孔開けされ得る。しかし、当該ドリルの代わりに、シンカーによって、円錐形の貫通接続部を高周波電極内に形成することも可能である。

【0039】

円錐形の光学貫通接続部の両開口部のうちの小さい方の開口部は、０．０３ｃｍ^２〜５ｃｍ^２の面積を有してもよい。円錐形の光学貫通接続部の両開口部のうちの大きい方の開口部は、０．０３１ｃｍ^２〜１００ｃｍ^２の面積を有してもよい。当該光学貫通接続部の大きい方の開口部の面積は、２０倍程度より大きいのが特に好ましい。

【0040】

一般に、基板に面していない開口部の大きさは、その円錐形部分の角度が一定である場合は、本発明の電極の厚さに依存する。

【0041】

特に、ガスつまり従来のガスシャワー電極の同じ大きさの面積から出るガスに等しいガスが、光学貫通接続部を通じてプラズマ空間内に流れない。このため、当該ガス流の均質性が、当該光学貫通接続部のおかげで損なわれないことが有益に促される。

【0042】

電極内の簡単な孔のほかに、光学貫通接続部が、部品によって形成されてもよい。この部品が、電極内に孔を筒状に内張り形成する。高周波電極としてのガスシャワー配置では、例えば図２中に示されているように、例えば異なる直径の３つのガス分散板が、重なり合って配置されている。これらのガス分散板が、本発明の高周波電極としてのガスシャワー電極を形成する。光学貫通接続部を形成するための異なる大きさの孔が、３つのガス分散板内に１つずつ配置されている。これらの孔が、当該電極内に重なり合って配置されている。その結果、円錐形の光学貫通接続部が形成される。さらに、円錐形の光学貫通接続部を形成するための漏斗状の円錐形部品が、当該ガスシャワー電極内に配置されている。この部品が、当該光学貫通接続部を内側から内張り形成する。このため、当該円錐形部品が、ガス分散板用の段差状の当接面を有する。ボルトのような保持手段が、これらの（この）ガス分散板を当該円錐形部品に対して固定する。好ましくは、光学貫通接続部を通じたプラズマ空間内へのガス流入が、当該漏斗状部品の壁によって阻止される。ここでは、当該漏斗状部品が、光学貫通接続部の気密性を担う。

【0043】

ここでも、蒸着方法のパラメータに依存して、金属製の格子が、遮蔽物として当該漏斗状部品のより小さい開口部上に配置され得る。

【0044】

本発明の別の構成では、凸レンズ、特に平凸集光レンズが、高周波電極の光学貫通接続部に対して固定配置されている。分析の目的のために又は観察の目的のために、電磁放射線路が、光学貫通接続部を通過して基板若しくは成長する層上に又はプラズマ空間内に導入され、当該基板又は層上に集束されることを、この凸レンズ、特に平凸集光レンズが有益に促す。このため、パルス化されたレーザーの高いエネルギー入力によって、基板又は層のラマン分光分析を引き起こすことが可能であり、したがって反射される放射線に対するラマン分光分析を実施することが可能である。さらに、光又は通常は電磁放射線が、当該レンズを用いて収集され且つ集束され且つコリメートされ得る。

【0045】

このとき、レンズが、光学貫通接続部の、プラズマ空間に向けられなかった側に配置されている。ほかに存在する遮蔽物の場合には、レンズが、遮蔽物に対向している開口部の片側に対応して配置されている。

【0046】

特に好ましくは、交換可能なガラス板が、集光レンズを保護するために集光レンズと光学貫通接続部の開口部との間に配置されている。これによって、レンズが、プラズマ燃焼中に被覆されることが促される。これによって、プラズマチャンバの洗浄時に、レンズを取り外す必要がないことが有益に促される。したがって、好ましくは、光学系が、洗浄後に新たに調整される必要がない。

【0047】

本発明のプラズマチャンバには、１つ又は複数の光学貫通接続部と１つの高周波端子とを有する高周波電極が包含される。

【0048】

接地された又は接地されていない対電極上に配置された基板を有する当該対電極が、プラズマチャンバ内に配置されている。プラズマを発生させるための高周波交番磁場が、電極と当該対電極との間に配置される。本発明によれば、プラズマチャンバには、光学貫通接続部を有する高周波電極がある。これによって、電磁放射線が、光学貫通接続部を通じて基板上に又はこの基板上に成長する層上に又はプラズマ自体中に指向され得ることが有益に促される。これによって、プラズマチャンバ内の基板、層又はガス混合物が、蒸着中及びプラズマ燃焼中にリアルタイムで分析され得る。

【0049】

光学貫通接続部の、プラズマチャンバの内側に向けられた開口部が有益に遮蔽されている。その結果、基板上に配置された層の特に均質な蒸着又はエッチングが得られる。

【0050】

光学貫通接続部の、プラズマチャンバに面しなかった側の凸型集光レンズが、ビームを基板上に若しくはこの基板上で成長する層上に又はプラズマ自体上に集束される。当該レンズは、分析の目的で層に反射した又は散乱した又は試料表面から放出した放射線を収集し、集束させ、コリメートする。すなわち、層から反射した又は散乱した又は放出した放射線が、光学貫通接続部を通過してその帰路上で収集され、当該プラズマチャンバから再び出射される。

【0051】

したがって、本発明の高周波電極及び本発明のプラズマチャンバは、プラズマ燃焼中の、プラズマチャンバ内の層と、プラズマとのリアルタイム分析又はリアルタイム処理のための方法を一義的に可能にする。基板が、対電極上に配置されている。

【0052】

当該基板に面した側では、高周波電極が、この基板に対して距離Ｘをあけて配置される。蒸着又はエッチングに使用されたプロセスガスが流入され、プロセス圧力が調整される。さらに、プラズマ燃焼が開始される。

【0053】

当該方法のために、光学貫通接続部を有する電極が、本発明の構成で選択される。この電極が、この電極の、基板に面した側に遮蔽物を有する。特に好ましくは、平凸集光レンズが、電極の、遮蔽物に対向している側に配置される。

【0054】

特に、焦点距離Ｘに電極の厚さを加えた焦点距離を有する集光レンズが選択される。これによって、光学貫通接続部を通過して進行するビーム路が、基板上に集束されることが有益に促される。反射した又は散乱した又は層の表面から放出した放射線が、レンズを通じて収集されてコリメートされ、プラズマチャンバから出射される。このため、最初に、反射した又は散乱した又は層の表面から放出した放射線が、分析装置と空間との構造に応じてミラー上に送られる。

【0055】

ビーム路に沿った集光レンズの調整性能を有するプラズマチャンバが、特に好ましい。このため、当該レンズが、プラズマチャンバのハウジング内で移動可能に固定される。電極に対して高さ調整可能に固定されているホルダを有するプラズマチャンバが選択される。レンズが、高周波電極に対して固定されてもよく、当該電極自体が移動可能である。高周波電極と層との間の領域並びにこの層及びプラズマ自体が可変に分光分析され得ることが、当該両構造体によって有益に促される。当該高さ調整可能性は、長い孔内のボルトによって保証され得る。

【0056】

これによって、当該機構が、本発明の方法の実施中に異なるレンズ−電極間距離に合わせられ得る。さらに、成長する層とプラズマとの双方の分析が可能になる。しかし、明らかに、当該方法に対しては、集光レンズが、電極自体に対して固定されてもよい。

【0057】

特に、リアルタイムのラマン分光分析法が、集光レンズを用いて格子を収集することによって実施される。この場合、当該レンズが、基板に向けられた光を分析すべき層上に集束させ、層から反射した又は散乱した又は層の表面から放出した放射線をプラズマチャンバからコリメートさせて伝える。

【0058】

本発明によれば、基板自体も、用語の層を意味する。

【0059】

以下に、本発明を限定することなしに本発明を実施の形態と図面とに基づいて詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0060】

【図1】本発明の高周波電極及びプラズマチャンバの断面を示す（概略図）。

【図2】本発明のガスシャワー電極を示す（図面）。

【図3】本発明のプラズマチャンバを示す（概略図）。

【図4】本発明のプラズマチャンバを示す（図面）。

【図5】プラズマチャンバ内の、光学貫通接続部を有する高周波電極と装置とから構成された本発明の構造によって実施された、ラマン分光法の基準値としてのシフトの大きさに対するストークスシフトの強度のリアルタイム測定を示す。

【図6】プラズマチャンバ内の、光学貫通接続部を有する高周波電極と装置とから構成された本発明の構造によって実施された、このプラズマチャンバ内のＳｉＨ_４濃度の測定用の基準値としての強度に対する波長のリアルタイム測定を示す。

【発明を実施するための形態】

【0061】

図１は、光学貫通接続部による本発明の課題の解決手段の原理を示す。基板６が、電極１、対電極に配置されている。本発明の高周波電極２が、光学貫通接続部を有する。この光学貫通接続部は、基板又はプラズマをリアルタイムで分析又は処理できる大きさである。このため、放射線路が、当該基板に対して０°の入射角でこの基板上に向けられ、レンズによって集束される。光学貫通接続部の領域が、符号５で示されている。当該基板に向けられた、より小さい開口部を有する円錐形のこの貫通接続部５は、図３中にあるような簡単な貫通接続部の場合に、当該基板からの多重逆反射がレンズによってコリメートされ得ることを有益に促す。破線によって示された金属製の遮蔽格子４が、この貫通接続部５の、当該基板に面しなかった側に配置されている。このため、当該遮蔽格子が、この光学貫通接続部の溝内に半田付けされ得る。符号３が、プラズマチャンバのホルダ内で高さ調整可能な集光レンズを示す。

【0062】

図２は、３つのガス分散板を有する本発明のガスシャワー電極の配置を断面図で示す。これらのガス分散板は、ＶＡ対応鋼から成るホルダ３９内に適合されている。第１ガス分散板３２が、この断面図中に示されている。この第１ガス分散板３２が、（この図中に示されないものの、電極３１の上に配置することを想定できる）基板に対して整列されていることが推測できる。この第１ガス分散板３２が、２つのボルト３７によって当該ホルダに固定されている。第２ガス分散板３３と第３ガス分散板３４とがスペーサリング３８によって互いに分離されている。これらのガス分散板の直径が、ガス分散板３４からガス分散板３２まで連続して増大する。ガス分散板３２内の孔が、１０ｍｍの内径を有し、ガス分散板３３内の孔が、１６ｍｍの内径を有し、ガス分散板３４の孔が、１９ｍｍの内径を有する。

【0063】

段差付の漏斗状貫通孔が、物理的に存在する構成要素として符号３５によって示されている。当該漏斗状貫通部３５が、その辺縁部に外側に向けられた複数の段差を有する。複数のガス分散板３２，３３及び３４が、これらの段差上に当接されている。留め具縁部が、漏斗状貫通部３５の下端部に配置されている。この留め具縁部が、その周縁内に２つ以上の孔を有する。これらの孔は、ボルト３６用に設けられている。これらの両ボルト３６のうちの左側のボルトだけが付記されている。これらのガス分散板とホルダ３９とから成る完全な電極３１が、図４中に示されたようなセラミックホルダ５２を用いてプラズマチャンバ内で固定される。

【0064】

ガス分散板３２〜３４が、プラズマ空間内（当該図中の上方）の均質なガス分散を可能にする。図中の下から上に向かうガス分散板ごとにガス分散孔の数を増やしていくことによって、必要な圧力差が得られる。これによって、ガスが、一番上のガス分散板３２からプラズマ室内に上方に向かって均質に流れる。このため、最初は、当該ガスが、ガス分散板３４の下方に配置された領域内に流入される。光学貫通接続部の漏斗状貫通部が、この光学貫通接続部を通じた当該ガスの流出を阻止し、この光学貫通接続部を気密に保つ。

【0065】

当該複数のガス分散板の空孔格子に起因した円錐形の角度及び貫通接続部３５の大きさが、これらの３つのガス分散板自体によって定められている。これらのガス分散板は、貫通接続部３５によって可能な限りほとんど変更されてはならない。当該漏斗状貫通部内の貫通部分の上の開口部の直径は、１ｃｍであり、その下の開口部の直径は、２．２ｃｍである。

【0066】

当該円錐形の貫通部分は、上の電極内の１つの小さい開口部に電磁放射線を集束させるために可能な限り大きい受光角を実現するように選択された。この場合、ガスシャワー電極が、１３．７ｃｍの直径を有する。しかし、工業的には、今日の基板の大きさは、５．７ｍ^２まで被覆される。また、基板は、電極３２の上方に配置されてはならない。当該シャワーヘッド電極は、基板の上方にあってもよい。このことは、図２中の配置の「当該ヘッド上にある」基板に当てはまる。また、電極と対電極とが、垂直にあってもよい。このことは、９０°だけの傾斜に相当する。

【0067】

図３は、本発明の真空チャンバ４１内の配置を概略的に示す。この例におけるターボポンプ４７の配置に起因して、放射線を直線状に誘導することは不可能である。したがって、ミラー４６による４５°の偏向が必要である。本発明の高周波電極４４からの距離、すなわち基板４３に対するレンズ４５の距離が、高さ調整可能であり、約５ｍｍから約２５ｍｍまで可変に調整可能である。このことは、プラズマＣＶＤ法の実施中にシリコンを蒸着する産業で使用される距離に相当する。符号４２は、対電極を示す。基板４３が、この対電極４２に配置されている。図示されなかった励起レーザーが、放射線４８を発生させる。この放射線４８が、チャンバ壁内の窓５０を通過し、集光レンズ４５を通じて基板上に、つまりこの基板に蒸着される層上に集束される。符号４９は、当該レンズによってコリメートされた（ラマン散乱）放射線を示す。当該放射線が、このレンズ４５によってミラー４６上に誘導される。当該放射線４９が、さらなる分析のためにミラー４６から分光計（図示せず）に供給される。その入射角は、０°である。

【0068】

図４は、図３に対する実際の構成を断面図で示す。平凸集光レンズ５６が、励起放射線を試料上に集束させ、ラマン散乱放射線（図示せず）をコリメートするために役立つ。基板表面が、焦点（ここでは、３８ｍｍ）内にあるように、レンズ５６の焦点距離が選択される。このレンズ５６が、ボルト５５によってホルダ内で挟持されている。

【0069】

試料層（図示せず）の蒸着中のレンズの被覆を阻止するため、ガラス板６０が、レンズ５６の上に取り付けられた。このガラス板６０が、当該レンズの簡単な洗浄を有益に可能にする。この図では、光学貫通接続部が図示されていない。放射線の出射及び入射のため、ミラー６１が、ホルダに対して４５°を成して配置されている。

【0070】

ミラー６１が、レンズ５６と一緒にホルダ内に配置されている。電極と試料層との間の異なる距離を可変に分光でき、当該試料層自体を可変に分光できるようにするため、このホルダ５３が、高さ調整可能に電極に固定されている。当該高さ調整は、縦長の孔内のボルトによって保証される（この図では目視できない）。

【0071】

図５は、プラズマチャンバ内の、光学貫通接続部を有する高周波電極と装置とから構成された本発明の構造によって実施された、ラマン分光法の基準値としてのシフトの大きさに対するストークスシフトの強度のリアルタイム測定を示す。試料層の蒸着の様々な段階での測定が示される。約１２ｎｍのシリコン層が蒸着された後には、ガラス基板に起因されうる信号を確認することができる。約２４０ｎｍのシリコン層が蒸着された後には、その測定信号が、微結晶シリコンに特有な特徴を示す。微結晶シリコンのストークスシフトが、２つの成分に分解され得る。第１成分は、微結晶層から生成され、５２０ｃｍ^−１までにその強度の最大値を有する。第２成分は、アモルファス層から生成される。その強度の最大値は、４８０ｃｍ^−１までに存在する。当該蒸着が、約２００℃で起こるので、微結晶層の強度の最大値は、約５０５相対波数のストークスシフトで存在する。アモルファス層の強度の最大値は、４６０ｃｍ^−１までに存在する。蒸着されたシリコン層の厚さが約７２０ｎｍの場合は、その信号が、さらに明確に発現されている。何故なら、ガラス基板の寄与度が、完全に抑制されるからである。

【0072】

図６ａは、プラズマチャンバ内の、光学貫通接続部を有する高周波電極と装置とから構成された本発明の構造によって実施された、５０５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲内の波長に対するプラズマの光学放射の強度のリアルタイム測定を示す。図６ｂ中に示されたように、より広いスペクトル範囲内では、例えば２つの発光スペクトル線の比が、プラズマ中のガス濃度を測定するために利用され得る。

【符号の説明】

【0073】

１ 電極
２ 高周波電極
３ 集光レンズ
４ 遮蔽格子
５ 貫通接続部
６ 基板
３１ 完全な電極
３２ 第１ガス分散板、電極
３３ 第２ガス分散板
３４ 第３ガス分散板
３５ 漏斗状貫通孔、（光学）貫通接続部
３６ ボルト
３７ ボルト
３８ スペーサリング
３９ ホルダ
４１ 真空チャンバ
４２ 対電極
４３ 基板
４４ 高周波電極
４５ レンズ
４６ ミラー
４７ ターボポンプ
４８ 放射線
４９ 放射線
５０ 窓
５２ セラミックホルダ
５３ ホルダ
５５ ボルト
５６ レンズ
６０ ガラス板
６１ ミラー
Ｘ 焦点距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】