JP2003035700A - Charged particle analysis apparatus and manufacturing method thereof, and charged particle analysis method using the charged particle analysis apparatus - Google Patents

Charged particle analysis apparatus and manufacturing method thereof, and charged particle analysis method using the charged particle analysis apparatus

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JP2003035700A
JP2003035700A JP2001223544A JP2001223544A JP2003035700A JP 2003035700 A JP2003035700 A JP 2003035700A JP 2001223544 A JP2001223544 A JP 2001223544A JP 2001223544 A JP2001223544 A JP 2001223544A JP 2003035700 A JP2003035700 A JP 2003035700A
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plate
potential
electrode
charged particle
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Inventor
Takashi Kinoshita
隆 木下
Yoshito Fukumoto
吉人 福本
Motoharu Yamashita
元治 山下
Kenichi Inoue
憲一 井上
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle analysis apparatus that measures the energy of charged particles that enter a substrate within a plasma treatment apparatus, is accurate and durable, has a withstand voltage of 1 kV or larger between electrodes, and has a strength for withstanding irradiation with plasma for a long time, a manufacturing method that can accurately align each electrode without using any semiconductor processes, and can manufacture the charged particle analysis apparatus easily at low costs, and an analysis method of charged particles using the charged particle analysis apparatus. SOLUTION: After an electrode plate 11, an insulating board 12, an electrode board 21, and an insulating board 22 are overlapped and bonded, a hole section 41 is formed for bonding the electrode board 31 and the insulating board 32. The electrode board is as thick as 1 μm or more, and the insulating board is as thick as 10 μm or more. The electrode board 11 is set to be at the same potential as a silicon wafer 51, the electrode board 21 is set to be at negative potential and the electrode board 31 is set to be at positive potential to the electrode board 11, and a charged particle current is measured by the electrode board 31.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及び電
子部品等を製造するためのプラズマ処理装置、即ち、プ
ラズマを利用して材料を加工するプラズマエッチング装
置又はプラズマを利用して基板上に膜を堆積するプラズ
マCVD装置若しくはプラズマPVD装置等において、
プラズマの状態を評価する荷電粒子分析装置、その製造
方法及び荷電粒子分析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for manufacturing a semiconductor device, an electronic component or the like, that is, a plasma etching apparatus for processing a material by using plasma or a film on a substrate by using plasma. In a plasma CVD apparatus or a plasma PVD apparatus for depositing
The present invention relates to a charged particle analyzer for evaluating the state of plasma, a manufacturing method thereof, and a charged particle analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のプラズマ処理装置において、従
来より、プラズマによる材料加工性能を評価する方法が
開発されてきた。プラズマ特性の評価方法の代表例とし
て、ラングミュアープローブ等の探針を使用する評価方
法がある。この方法により、電子密度及び電子温度等の
プラズマ特性を評価することができる。
2. Description of the Related Art In this type of plasma processing apparatus, a method of evaluating material processing performance by plasma has been conventionally developed. As a typical example of the plasma characteristic evaluation method, there is an evaluation method using a probe such as a Langmuir probe. By this method, plasma characteristics such as electron density and electron temperature can be evaluated.

【0003】しかしながら、プラズマ処理装置における
材料加工性能は、プラズマからシース領域を介して被加
工材料に入射する荷電粒子の質量、密度及びエネルギに
依存するため、被加工材料から離れたプラズマ内部の特
性を評価するだけでは、プラズマの材料加工性能を評価
することは不可能である。プラズマ処理装置における材
料加工性能を評価するためには、前述の荷電粒子の特性
を評価する必要がある。
However, the material processing performance of the plasma processing apparatus depends on the mass, density and energy of the charged particles that enter the material to be processed through the sheath region from the plasma, and therefore the characteristics inside the plasma away from the material to be processed. It is impossible to evaluate the material processing performance of plasma only by evaluating In order to evaluate the material processing performance in the plasma processing apparatus, it is necessary to evaluate the characteristics of the charged particles described above.

【0004】特開2000−12530号公報には、プ
ラズマ処理装置内に被加工材料基板とほぼ同じ状態を保
つ独立した測定電極を配置し、この電極の自己バイアス
電位を測定する簡便な方法が開示されている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-12530 discloses a simple method of arranging an independent measuring electrode in the plasma processing apparatus which keeps almost the same state as the material substrate, and measuring the self-bias potential of this electrode. Has been done.

【0005】しかしながら、自己バイアス電位は、プラ
ズマからシース領域を介して被加工材料に入射する荷電
粒子のエネルギに間接的に寄与するパラメーターの1つ
に過ぎず、自己バイアス電位が同一であってもプラズマ
密度が異なれば入射する荷電粒子のエネルギは異なる。
そのため、自己バイアス電位を測定することによりプラ
ズマの材料加工性能を評価するためには、例えば各プラ
ズマ密度における自己バイアス電位と材料加工性能との
相関データを大量に取得する必要がある。また、被加工
材料基板とほぼ同じ状態の測定電極といえども、被加工
材料基板とはプラズマとの接触面積及び高周波回路とし
ての特性が異なる。従って、自己バイアス電圧を測定す
ることによりプラズマの材料加工特性を評価する方法
は、荷電粒子エネルギを直接測定する方法と比較して、
正確性が劣り実用性が乏しい。
However, the self-bias potential is only one of the parameters that indirectly contributes to the energy of the charged particles incident on the material to be processed from the plasma through the sheath region, and even if the self-bias potential is the same. If the plasma density is different, the energy of incident charged particles is different.
Therefore, in order to evaluate the material processing performance of plasma by measuring the self-bias potential, it is necessary to acquire a large amount of correlation data between the self-bias potential and the material processing performance at each plasma density, for example. Further, even if the measurement electrode is in almost the same state as the work material substrate, the contact area with plasma and the characteristics as a high frequency circuit are different from the work material substrate. Therefore, the method of evaluating the material processing characteristics of the plasma by measuring the self-bias voltage, compared to the method of directly measuring the charged particle energy,
Poor accuracy and poor practicality.

【0006】また、特開平9−265937号公報に
は、被加工材料基板に入射する荷電粒子エネルギ(荷電
粒子エネルギ)を直接測定するために、被加工材料基板
にプラズマが進入しない微細な貫通孔を設け、この貫通
孔の後方に荷電粒子のエネルギ分析装置を設け、このエ
ネルギ分析装置を被加工材料基板と同一の高周波電場に
保ち測定を行う方法が記載されている。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-265937, in order to directly measure the charged particle energy (charged particle energy) incident on the material substrate to be processed, fine through holes through which plasma does not enter the material substrate to be processed. Is provided, an energy analyzer for charged particles is provided behind the through hole, and the energy analyzer is maintained at the same high-frequency electric field as that of the material substrate to be processed.

【0007】しかしながら、この方法においては、測定
機器そのものがプラズマ処理装置と同程度の大きさを持
ち、また、その機器全体を浮遊電位状態にして被処理基
板と同電位にするためには周辺回路の構成に多大なコス
トがかかるため、実用的ではないという問題点がある。
However, in this method, the measuring device itself has a size comparable to that of the plasma processing apparatus, and in order to bring the entire device into a floating potential state and bring it to the same potential as the substrate to be processed, a peripheral circuit is required. However, there is a problem in that it is not practical because the configuration requires a large cost.

【0008】これに対し、特開平9−266199号公
報及び特開平8−213374号公報には、少なくとも
2種類の微小な分析素子からなる小型の測定装置を、プ
ラズマ処理装置内におけるプラズマエッチング又はプラ
ズマによる膜堆積が施される被加工材料基板、この被加
工材料基板と同じ形状を有する分析用基板又は前記被加
工材料基板と同じ状態のプラズマに曝される独立基板上
に配置し、前記被加工材料基板に印加されている高周波
電場と同一の電場が印加されている状態で前記被加工材
料基板に到達する荷電粒子のエネルギを測定する方法が
開示されている。これらの測定装置は少なくとも、プラ
ズマに暴露され前記被加工材料基板表面と同じ電位を保
つ電極と、一定の負電位が印加され負電荷を持つ粒子を
除去するための電極と、正電荷を持つ粒子を捕捉するた
めの電極を具備し、場合によっては更に、可変な正電位
が印加され正電荷を持つ粒子の一部を排斥するための電
極を具備する構造を有している。また、前記捕捉用電極
以外は、荷電粒子の一部を透過しつつ荷電粒子に電位を
与えるために、一般にメッシュ状の電極で構成されてい
る。
On the other hand, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-266199 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-213374, a small measuring device including at least two kinds of minute analytical elements is used for plasma etching or plasma treatment in a plasma processing apparatus. The material to be processed on which the film is deposited, the analysis substrate having the same shape as the material to be processed, or the independent substrate exposed to the plasma in the same state as the material to be processed, A method of measuring the energy of charged particles reaching the material substrate to be processed in the state where the same electric field as the high frequency electric field applied to the material substrate is applied is disclosed. These measuring devices include at least an electrode that is exposed to plasma and maintains the same potential as the surface of the material substrate to be processed, an electrode that removes particles having a negative charge when a constant negative potential is applied, and particles having a positive charge. The structure has an electrode for trapping particles, and in some cases, an electrode for rejecting a part of particles having a positive charge to which a variable positive potential is applied. The electrodes other than the trapping electrode are generally composed of mesh-shaped electrodes in order to apply a potential to the charged particles while transmitting a part of the charged particles.

【0009】しかしながら、これらの小型の測定装置は
複雑な構成を有しているために、各電極におけるメッシ
ュ同士の位置合わせが困難であり、個々の分析素子にお
いて荷電粒子の透過面積にばらつきが生じるという問題
点がある。また、部品点数が多く、作製にコストがかか
るという問題点もある。
However, since these small measuring devices have a complicated structure, it is difficult to align the meshes of the electrodes, and the transmission area of the charged particles varies among the individual analysis elements. There is a problem. Further, there is a problem that the number of parts is large and the manufacturing cost is high.

【0010】更に、特開平9−237697号公報にお
いては、被加工材料基板と同様の形状の微細孔構造を有
する分析用基板を使用し、荷電粒子のエネルギを測定す
る方法が考案されている。この技術においては、基板上
に4層の導電体層からなる電極層を夫々絶縁層を介して
積層し、前記電極層のうち表面に近い3層を貫通し最下
層の電極層の表面に達する例えば直径0.6μmの微細
孔を複数形成することにより測定素子を形成している。
そして、最表層の電極層を基板と同電位とし、表面から
2層目の電極層に一定の負電位を印加し負電荷を持つ粒
子を排斥する電極とし、3層目の電極層に可変な正電位
を印加し正電荷を持つ粒子の一部を排斥する電極とし、
更に、最下層の電極層を前記微細孔を通過した正電荷を
持つ粒子を捕捉する電極としている。この技術において
は、前記測定素子はLSI等を製造する半導体プロセス
により作製されるため、電極間の位置ずれが少ない測定
素子を作製することができると記載されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-237697 proposes a method of measuring the energy of charged particles by using an analysis substrate having a micropore structure having a shape similar to that of the material substrate to be processed. In this technique, four electrode layers each made of a conductor layer are laminated on a substrate through an insulating layer, and three electrode layers near the surface of the electrode layers are penetrated to reach the surface of the lowermost electrode layer. For example, the measuring element is formed by forming a plurality of fine holes having a diameter of 0.6 μm.
The outermost electrode layer is set to the same potential as the substrate, a constant negative potential is applied from the surface to the second electrode layer to exclude particles having a negative charge, and the third electrode layer is made variable. As an electrode that applies a positive potential and repels some of the particles with a positive charge,
Further, the lowermost electrode layer is used as an electrode for capturing particles having a positive charge that have passed through the fine pores. According to this technique, since the measuring element is manufactured by a semiconductor process for manufacturing an LSI or the like, it is possible to manufacture a measuring element with a small displacement between electrodes.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−237697号公報にて開示された技術において
は、測定素子を半導体プロセスにより形成しているた
め、測定素子の各導体部分の膜厚は約0.2μmと極め
て薄く耐プラズマエッチング性が劣り、数分間のプラズ
マ処理により測定装置としての機能をなさなくなるとい
う問題点がある。また、絶縁層の厚さ即ち電極間の距離
が近いために、エッチング装置等における低圧力下にお
いて電極間に200V以上の電圧を印加すると電極間放
電が発生し、荷電粒子の測定ができなくなるという問題
点がある。一般に、酸化膜をエッチングするためには、
約1kVの加速電圧で加速された荷電粒子を使用する必
要があるが、この測定素子においては、この1kVの電
圧で加速された荷電粒子については測定が不可能であ
る。このような問題点のために、この測定素子は実用性
が劣り、実際の量産工場における工程管理を目的として
定期的に使用される段階には至っていない。
However, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-237697, since the measuring element is formed by the semiconductor process, the film thickness of each conductor portion of the measuring element is about. There is a problem that the thickness is as thin as 0.2 μm and the plasma etching resistance is inferior, and the plasma treatment for several minutes does not serve as a measuring device. Moreover, since the thickness of the insulating layer, that is, the distance between the electrodes is small, when a voltage of 200 V or more is applied between the electrodes under a low pressure in an etching apparatus or the like, an inter-electrode discharge occurs and it becomes impossible to measure charged particles. There is a problem. Generally, to etch an oxide film,
Although it is necessary to use charged particles accelerated with an acceleration voltage of about 1 kV, this measurement device cannot measure charged particles accelerated with this voltage of 1 kV. Due to such a problem, this measuring element is inferior in practicability, and has not reached the stage of being regularly used for the purpose of process control in an actual mass production factory.

【0012】また、特開平9−237697号公報にて
開示された技術の応用例として、この測定素子と同じ構
造で各部のサイズの大きくした測定素子を作製し、測定
素子の寿命及び電極間耐圧を向上させる方法が考えられ
る。
As an application example of the technique disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-237697, a measuring element having the same structure as this measuring element with a large size of each part is manufactured, and the life of the measuring element and the withstand voltage between electrodes are measured. There are possible ways to improve.

【0013】しかしながら、測定素子のサイズを大きく
すると、この測定素子を半導体プロセスにより作製する
ことはできなくなる。一般に、半導体プロセスを使用し
ない機械加工技術では、微細孔の最小加工寸法は直径1
30μmが限界である。従って、例えば前記3層目の電
極で正電荷を持つ粒子を排斥するための正電位を印加す
る場合、微細孔内において電位の低下が起こり、所望の
エネルギを持つ荷電粒子の分析が困難になる。
However, if the size of the measuring element is increased, the measuring element cannot be manufactured by a semiconductor process. Generally, in the machining technology that does not use the semiconductor process, the minimum processing dimension of the micro hole is 1 diameter.
The limit is 30 μm. Therefore, for example, when a positive potential for excluding particles having a positive charge is applied to the electrode of the third layer, the potential drops in the fine holes, and it becomes difficult to analyze charged particles having a desired energy. .

【0014】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、プラズマ処理装置内において基板に入射す
る荷電粒子のエネルギを測定する荷電粒子分析装置であ
って、小型でプラズマ処理装置内の任意の場所に設置で
き、高精度で耐久性が良好であり、1kV以上の電極間
耐圧を持ち、長時間のプラズマ照射に耐えうる強度を持
つ荷電粒子分析装置と、この荷電粒子分析装置を簡便に
低コストで製造することができ、半導体プロセスを使用
せずに各電極の位置合わせを高精度に行うことができる
荷電粒子分析装置の製造方法と、この荷電粒子分析装置
を使用する荷電粒子の分析方法とを提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is a charged particle analyzer for measuring the energy of charged particles incident on a substrate in a plasma processing apparatus, which is small in size in the plasma processing apparatus. A charged particle analyzer that can be installed in any location, has high accuracy and good durability, has a withstand voltage between electrodes of 1 kV or more, and is strong enough to withstand plasma irradiation for a long time, and a simple charged particle analyzer. A method for manufacturing a charged particle analyzer that can be manufactured at low cost and that can perform highly accurate alignment of each electrode without using a semiconductor process, and a charged particle analyzer that uses this charged particle analyzer. It is intended to provide an analytical method and method.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る荷電粒子分
析装置は、プラズマ発生装置に使用され、前記プラズマ
が照射される基板上に配置されてプラズマの状態を評価
する荷電粒子分析装置において、第1の電極板、第1の
絶縁板、第2の電極板、第2の絶縁板、第3の電極板及
び第3の絶縁板を前記プラズマ側からこの順に積層して
構成され、前記第3の電極板及び第3の絶縁板を除く前
記第1及び第2の電極板並びに前記第1及び第2の絶縁
板を同時に加工することにより形成された貫通孔を有す
る積層体と、前記第1の電極板と前記基板とを同一電位
に保持する手段と、前記第2の電極板の電位を前記第1
の電極板に対して一定の負電位に保持する第1の回路
と、前記第3の電極板の電位を前記第1の電極板よりも
高い電位範囲において変化させ前記第3の電極板の各電
位において前記第3の電極板に流入する電流を測定する
第2の回路と、を有することを特徴とする。
A charged particle analyzer according to the present invention is used in a plasma generator and is arranged on a substrate irradiated with the plasma to evaluate the state of the plasma. The first electrode plate, the first insulating plate, the second electrode plate, the second insulating plate, the third electrode plate and the third insulating plate are laminated in this order from the plasma side, A third electrode plate and the first and second electrode plates excluding a third insulating plate, and a laminated body having a through hole formed by processing the first and second insulating plates at the same time; Means for holding the first electrode plate and the substrate at the same potential, and the potential of the second electrode plate for the first electrode plate.
A first circuit for holding a constant negative potential with respect to the electrode plate, and changing the potential of the third electrode plate in a potential range higher than that of the first electrode plate. A second circuit for measuring a current flowing into the third electrode plate at a potential.

【0016】本発明においては、前記第1の電極板が前
記基板と同一電位に保持された状態で前記プラズマに対
して露出されることにより、前記第1の電極板が前記基
板と同一条件でプラズマによる荷電粒子の照射を受ける
ことができる。これにより、前記基板に照射される荷電
粒子のエネルギを精度良く分析することができる。ま
た、前記第1の回路により前記第2の電極板の電位を前
記第1の電極板に対して一定の負電位に保持することに
より、前記貫通孔から負電荷を持つ荷電粒子を排斥する
ことができる。これにより、プラズマにより照射される
正電荷を持つ荷電粒子を精度良く分析することができ
る。更に、前記第2の回路により前記第3の電極板に前
記第1の電極板よりも高い電位を付与することにより、
前記貫通孔から正電荷を持つ荷電粒子の一部を排斥する
ことができ、このとき排斥されない正電荷を持つ荷電粒
子を前記第3の電極板により捕捉し、この捕捉した荷電
粒子により発生する電流の大きさを前記第2の回路によ
り測定することにより、一定値以上のエネルギを有する
荷電粒子の入射量を測定することができる。更にまた、
前記第2の回路により前記第3の電極板の電位を変化さ
せることにより、入射する荷電粒子のエネルギ分布を測
定することができる。更にまた、貫通孔を有しない前記
第3の電極板に正電荷を持つ荷電粒子の一部を排斥する
ための電位を付与することにより、貫通孔内における電
位低下を防止し、荷電粒子の分析を高精度に行うことが
できる。更にまた、本発明の荷電粒子分析装置は構成が
単純であるため小型化することができ、このためプラズ
マ処理装置内の任意の場所に設置することができる。
In the present invention, the first electrode plate is exposed to the plasma while being held at the same potential as the substrate, so that the first electrode plate is exposed under the same conditions as the substrate. Irradiation of charged particles by plasma is possible. Thereby, the energy of the charged particles with which the substrate is irradiated can be accurately analyzed. Further, the first circuit holds the electric potential of the second electrode plate at a constant negative electric potential with respect to the first electrode plate, thereby excluding charged particles having a negative charge from the through hole. You can As a result, it is possible to analyze the charged particles having a positive charge irradiated by the plasma with high accuracy. Furthermore, by applying a higher potential than the first electrode plate to the third electrode plate by the second circuit,
A part of the charged particles having a positive charge can be rejected from the through hole. At this time, the charged particles having a positive charge which are not rejected are trapped by the third electrode plate, and a current generated by the trapped charged particles is captured. Is measured by the second circuit, it is possible to measure the incident amount of charged particles having an energy of a certain value or more. Furthermore,
The energy distribution of the incident charged particles can be measured by changing the potential of the third electrode plate by the second circuit. Furthermore, by applying a potential for repelling a part of the charged particles having a positive charge to the third electrode plate having no through hole, the potential drop in the through hole is prevented and the charged particle is analyzed. Can be performed with high precision. Furthermore, since the charged particle analyzer of the present invention has a simple structure, it can be miniaturized, and therefore can be installed at any place in the plasma processing apparatus.

【0017】また、前記第1乃至第3の絶縁板の厚さが
10μm以上であり、前記第1乃至第3の電極板は厚さ
1μm以上の金属板からなることが好ましい。
It is preferable that the first to third insulating plates have a thickness of 10 μm or more, and the first to third electrode plates are metal plates having a thickness of 1 μm or more.

【0018】これにより、長時間のプラズマエッチング
に耐える耐久性を実現できると共に、1kV以上の電極
間耐圧を実現することができる。
As a result, it is possible to realize the durability to withstand the plasma etching for a long time and to realize the withstand voltage between the electrodes of 1 kV or more.

【0019】本発明に係る荷電粒子分析装置の製造方法
は、プラズマ発生装置に使用され、前記プラズマが照射
される基板上に配置されてプラズマの状態を評価する荷
電粒子分析装置の製造方法において、第1の電極板、第
1の絶縁板、第2の電極板及び第2の絶縁板をこの順に
重ね合わせて第1の積層体を形成する第1の積層工程
と、前記第1の積層体にこの第1の積層体を貫通する複
数の孔を形成する工程と、前記第1の積層体における第
2の絶縁板側の面に第3の電極板及び第3の絶縁板を順
に重ね合わせて第2の積層体を形成する第2の積層工程
と、前記第2の積層体を基板上に搭載する工程と、前記
第2の電極板の電位を前記第1の電極板に対して一定の
負電位に保持する第1の回路を前記第2の電極板に接続
する工程と、前記第3の電極板の電位を前記第1の電極
板よりも高い電位範囲において変化させ前記第3の電極
板の各電位において前記第3の電極板に流入する電流を
測定する第2の回路を前記第3の電極板に接続する工程
と、を有することを特徴とする。
The method of manufacturing a charged particle analyzer according to the present invention is used in a plasma generator and is arranged on a substrate irradiated with the plasma to evaluate the state of the plasma. A first stacking step of stacking a first electrode plate, a first insulating plate, a second electrode plate and a second insulating plate in this order to form a first stacked body; and the first stacked body A step of forming a plurality of holes penetrating the first laminated body, and superimposing a third electrode plate and a third insulating plate on the surface of the first laminated body on the second insulating plate side in this order. A second stacking step of forming a second stack of layers, a step of mounting the second stack on a substrate, and a constant potential of the second electrode plate with respect to the first electrode plate. Connecting the first circuit for holding the negative potential of the second electrode plate to the second electrode plate; The second circuit for measuring the current flowing into the third electrode plate at each potential of the third electrode plate by changing the potential of the electrode plate in a higher potential range than that of the first electrode plate. And the step of connecting to the electrode plate of No. 3.

【0020】本発明においては、前記第1の積層工程の
後に前記第1の積層体を貫通する複数の孔を形成する工
程を設けることにより、前記第1の電極板、前記第1の
絶縁板、前記第2の電極板及び前記第2の絶縁板に、同
時に且つ自己整合的に孔を形成することができる。この
ため、前記第1及び第2の電極板並びに前記第1及び第
2の絶縁板間において孔の位置がずれることなく、前記
荷電粒子分析装置を簡便且つ高精度に製造することがで
きる。
In the present invention, by providing a step of forming a plurality of holes penetrating the first laminated body after the first laminating step, the first electrode plate and the first insulating plate are provided. The holes can be formed in the second electrode plate and the second insulating plate simultaneously and in a self-aligned manner. Therefore, the charged particle analyzer can be simply and highly accurately manufactured without the positions of the holes being displaced between the first and second electrode plates and the first and second insulating plates.

【0021】また、前記複数の貫通孔を形成する工程に
おいて、前記貫通孔はドリル又はレーザ照射により形成
されることができる。これにより、前記貫通孔の形成を
効率良く高精度に行うことができる。
In the step of forming the plurality of through holes, the through holes can be formed by drilling or laser irradiation. As a result, the through holes can be formed efficiently and highly accurately.

【0022】本発明に係る荷電粒子分析方法は、プラズ
マ発生装置に使用され、前記プラズマが照射される基板
上に配置されてプラズマの状態を評価する荷電粒子分析
方法において、第1の電極板、第1の絶縁板、第2の電
極板、第2の絶縁板、第3の電極板及び第3の絶縁板を
前記プラズマ側からこの順に積層して構成され、前記第
3の電極板及び第3の絶縁板を除く前記第1及び第2の
電極板並びに前記第1及び第2の絶縁板を同時に加工す
ることにより形成された貫通孔を有する積層体と、前記
第1の電極板と前記基板とを同一電位に保持する手段
と、前記第2の電極板の電位を前記第1の電極板に対し
て一定の負電位に保持する第1の回路と、前記第3の電
極板の電位を前記第1の電極板よりも高い電位範囲にお
いて変化させ前記第3の電極板の各電位において前記第
3の電極板に流入する電流を測定する第2の回路と、を
有する荷電粒子分析装置を使用し、前記第1の電極板の
電位を基板の電位と同一にする工程と、前記第1の回路
を駆動させて前記第2の電極板の電位を前記第1の電極
板の電位に対して負電位とし前記貫通孔内から負電荷を
持つ荷電粒子を排斥する工程と、前記第2の回路を駆動
させて前記第3の電極板の電位を前記第1の電極板の電
位よりも高い電位範囲において変化させ前記貫通孔内か
ら正電荷を持つ荷電粒子の一部を排斥し残りを捕捉する
工程と、前記第2の回路により前記第3の電極に流入す
る電流の電流値を測定する工程と、前記第3の電極へ印
加する電圧の変化に対する前記電流値の1次微分値を計
測する工程と、を有することを特徴とする。
The charged particle analysis method according to the present invention is used in a plasma generator and is arranged on a substrate irradiated with the plasma to evaluate the state of the plasma. A first insulating plate, a second electrode plate, a second insulating plate, a third electrode plate, and a third insulating plate are laminated in this order from the plasma side, and the third electrode plate and the third insulating plate No. 3, the first and second electrode plates except the insulating plate, and a laminated body having a through hole formed by simultaneously processing the first and second insulating plates; the first electrode plate; A means for holding the substrate at the same potential, a first circuit for holding the potential of the second electrode plate at a constant negative potential with respect to the first electrode plate, and a potential of the third electrode plate In a potential range higher than that of the first electrode plate, And a second circuit for measuring a current flowing into the third electrode plate at each potential of the electrode plate, the potential of the first electrode plate is the same as the potential of the substrate. And driving the first circuit to set the potential of the second electrode plate to a negative potential with respect to the potential of the first electrode plate to eliminate charged particles having a negative charge from the through hole. And a step of driving the second circuit to change the potential of the third electrode plate in a potential range higher than the potential of the first electrode plate, and Rejecting a part and trapping the rest, measuring a current value of a current flowing into the third electrode by the second circuit, and the current with respect to a change in voltage applied to the third electrode And a step of measuring a first-order differential value of the value. That.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付の図
面を参照して具体的に説明する。本実施例はあくまで本
発明の実現手段の1形態であり、本発明の内容が、本実
施例に示される材料、形状及び加工方法等に制限される
ものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. This embodiment is merely one form of the means for realizing the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the materials, shapes, processing methods, and the like shown in this embodiment.

【0024】先ず、本実施例における荷電粒子分析装置
の製造方法について説明する。図1(a)乃至(c)及
び図2(a)乃至(c)は、本実施例における荷電粒子
分析装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
First, a method of manufacturing the charged particle analyzer according to this embodiment will be described. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views showing a method of manufacturing the charged particle analyzer according to this embodiment in the order of steps.

【0025】先ず、図1(a)に示すように、第1の銅
板11cを第1のポリイミド板12cに厚さ10μmの
熱可塑性樹脂からなる薄膜(図示せず、以下、熱可塑性
樹脂薄膜という)を介して重ね合わせ、第1の銅板11
c及び第1のポリイミド板12cからなる基本積層構造
体14を作製する。同様に、第2の銅板21cを第2の
ポリイミド板22cに熱可塑性樹脂薄膜(図示せず)を
介して重ね合わせ、第2の銅板21c及び第2のポリイ
ミド板22cからなる基本積層構造体24を作製する。
このとき、銅板11c及び21cの厚さは夫々約50μ
mであり、ポリイミド板12c及び22cの厚さは夫々
約125μmである。また、銅板11c及びポリイミド
板12cの形状は、縦が約50mm、横が約45mmの
長方形に加工され、銅板21c及びポリイミド板22c
の形状は、縦が約50mm、横が約50mmの正方形に
加工されている。
First, as shown in FIG. 1 (a), a first copper plate 11c is formed on a first polyimide plate 12c as a thin film (not shown, hereinafter referred to as a thermoplastic resin thin film) made of a thermoplastic resin having a thickness of 10 μm. ) Via the first copper plate 11
A basic laminated structure 14 including c and the first polyimide plate 12c is produced. Similarly, the second copper plate 21c is overlaid on the second polyimide plate 22c via a thermoplastic resin thin film (not shown), and the basic laminated structure 24 including the second copper plate 21c and the second polyimide plate 22c is formed. To make.
At this time, the thickness of each of the copper plates 11c and 21c is about 50 μm.
m, and the thickness of each of the polyimide plates 12c and 22c is about 125 μm. Further, the copper plate 11c and the polyimide plate 12c are processed into a rectangle having a length of about 50 mm and a width of about 45 mm.
Is processed into a square having a length of about 50 mm and a width of about 50 mm.

【0026】次に、基本積層構造体14の3辺を基本積
層構造体24の3辺に一致させるように、基本積層構造
体14を熱可塑性樹脂薄膜(図示せず)を介して基本積
層構造体24に重ね合わせる。このとき、最表層に配置
される銅板11cの表面は全て露出していてもよいが、
本実施例においては、電極面積を規定し不必要な金属露
出部を低減するために、銅板11c上に開口部10aを
有するポリイミド層10を形成し、銅板11cの一部の
みが露出されるようにする。
Next, the basic laminated structure 14 is provided with a thermoplastic resin thin film (not shown) so that the three sides of the basic laminated structure 14 coincide with the three sides of the basic laminated structure 24. Stack on body 24. At this time, the entire surface of the copper plate 11c arranged in the outermost layer may be exposed,
In this embodiment, in order to define the electrode area and reduce unnecessary metal exposed portions, the polyimide layer 10 having the openings 10a is formed on the copper plate 11c so that only a part of the copper plate 11c is exposed. To

【0027】また、銅板11c及び21cが外部に対し
て独立に電気的な接触(コンタクト)が図れるように、
基本積層構造体14を基本積層構造体24に重ね合わせ
た際に生じた銅板21cの露出部21aにコンタクト2
3を形成する。更に、ポリイミド層10の一部を除去す
ることにより開口部10a以外に銅板11cの一部を露
出させ、この銅板11cの露出部にコンタクト13を形
成する。これらのコンタクトは、ポリイミド層10に銅
板11cに至る開口部を形成し、また、ポリイミド層1
0、銅板11c及びポリイミド板12cに銅板21cに
至る開口部を形成することによっても形成可能である。
更に、銅板11c及び銅板21cにおける端部がプラズ
マに触れることを防止するために、銅板11c及び21
cの外周部をポリイミド層15により覆い、銅板11c
及び21cをシールする。この後、この積層構造を加熱
しながら圧着することで各銅板及び各ポリイミド板の接
着を行い、基本積層構造体14、基本積層構造体24並
びにポリイミド層10及び15から構成される積層体4
0を形成する。
Further, the copper plates 11c and 21c can be electrically contacted with the outside independently.
The contact 2 is applied to the exposed portion 21a of the copper plate 21c generated when the basic laminated structure 14 is superposed on the basic laminated structure 24.
3 is formed. Further, a part of the polyimide layer 10 is removed to expose a part of the copper plate 11c other than the opening 10a, and the contact 13 is formed on the exposed part of the copper plate 11c. These contacts form openings in the polyimide layer 10 that reach the copper plate 11c.
0, the copper plate 11c, and the polyimide plate 12c can be formed by forming an opening reaching the copper plate 21c.
Furthermore, in order to prevent the edges of the copper plates 11c and 21c from coming into contact with plasma, the copper plates 11c and 21c
The outer peripheral portion of c is covered with a polyimide layer 15 to form a copper plate 11c.
And 21c are sealed. Thereafter, each copper plate and each polyimide plate are adhered to each other by pressing the laminated structure while heating, and the laminated body 4 including the basic laminated structure 14, the basic laminated structure 24 and the polyimide layers 10 and 15 is formed.
Form 0.

【0028】次に、図1(b)に示すように、積層体4
0に対し、加工径150μmのドリルにより400個の
微細な孔41を形成する。この加工は積層体40の各層
について同時に行われるセルフアライン加工であるた
め、各層での孔41の加工径及び加工位置のばらつきは
生じない。ドリルの替わりにレーザ照射により孔41を
形成してもよい。なお、セルフアライン加工とは、この
場合、ある層の孔の位置を決めると、他の層の孔の位置
が自己整合的に決まる加工をいう。本実施例において
は、各層を積層した後に孔の加工を行うため、この孔の
加工はセルフアライン加工となる。
Next, as shown in FIG. 1B, the laminated body 4
For 0, 400 fine holes 41 are formed by a drill having a processing diameter of 150 μm. Since this processing is self-alignment processing that is performed simultaneously for each layer of the laminated body 40, variations in the processing diameter and processing position of the hole 41 in each layer do not occur. The holes 41 may be formed by laser irradiation instead of the drill. Note that, in this case, the self-alignment processing is processing in which, when the positions of the holes in a certain layer are determined, the positions of the holes in the other layer are determined in a self-aligned manner. In this embodiment, since the holes are processed after the layers are laminated, the holes are self-aligned.

【0029】このとき、孔41が形成された銅板11c
を第1の電極板11とする。同様に、孔41が形成され
た銅板21c、ポリイミド板12c及び22cを夫々、
第2の電極板21、第1の絶縁板12及び第2の絶縁板
22とする。
At this time, the copper plate 11c having the holes 41 formed therein
Is the first electrode plate 11. Similarly, the copper plate 21c in which the hole 41 is formed, the polyimide plates 12c and 22c,
The second electrode plate 21, the first insulating plate 12, and the second insulating plate 22 are used.

【0030】次に、図1(c)に示すように、第3の銅
板31を第3のポリイミド板32に熱可塑性樹脂薄膜
(図示せず)を介して重ね合わせ、第3の銅板31及び
第3のポリイミド板32からなる基本積層構造体34を
作製する。このとき、第3の銅板31の厚さは約50μ
mであり、第3のポリイミド板32の厚さは125μm
である。また、第3の銅板31及び第3のポリイミド板
31の形状は、縦が約50mm、横が約55mmの長方
形に加工されている。
Next, as shown in FIG. 1C, the third copper plate 31 is superposed on the third polyimide plate 32 via a thermoplastic resin thin film (not shown), and the third copper plate 31 and A basic laminated structure 34 made of the third polyimide plate 32 is produced. At this time, the thickness of the third copper plate 31 is about 50 μm.
m, and the thickness of the third polyimide plate 32 is 125 μm.
Is. Further, the shapes of the third copper plate 31 and the third polyimide plate 31 are processed into a rectangle having a length of about 50 mm and a width of about 55 mm.

【0031】次に、この基本積層構造体34の3辺を基
本積層構造体14及び24の3辺に一致させるように、
基本積層構造体34を熱可塑性樹脂薄膜(図示せず)を
介して微細孔41が形成された積層体40に重ね合わ
せ、熱圧着により接着する。次いで、この重ね合わせに
際して生じた第3の銅板31の露出部31aにコンタク
ト33を設ける。また、第3の銅板31及び第3のポリ
イミド板32の外周部をポリイミド層15により覆う。
これにより、孔41が形成された基本積層構造体14、
24及び基本積層構造体34並びにポリイミド層10及
び15並びにコンタクト13、23及び33から構成さ
れる3層の金属電極を有する積層体42を形成する。な
お、このとき、第3の銅板31を第3の電極板31と
し、第3のポリイミド板32を第3の絶縁板32とす
る。
Next, the three sides of the basic laminated structure 34 are made to coincide with the three sides of the basic laminated structures 14 and 24.
The basic laminated structure 34 is superposed on the laminated body 40 in which the fine holes 41 are formed via a thermoplastic resin thin film (not shown), and is bonded by thermocompression bonding. Next, the contact 33 is provided on the exposed portion 31a of the third copper plate 31 generated during this superposition. Further, the outer peripheral portions of the third copper plate 31 and the third polyimide plate 32 are covered with the polyimide layer 15.
As a result, the basic laminated structure 14 in which the holes 41 are formed,
24 and the basic laminated structure 34, the polyimide layers 10 and 15 and the laminated body 42 having three layers of metal electrodes composed of the contacts 13, 23 and 33 are formed. At this time, the third copper plate 31 is used as the third electrode plate 31, and the third polyimide plate 32 is used as the third insulating plate 32.

【0032】次に、図2(a)に示すように、プラズマ
処理装置(図示せず)のチャンバ内に配置され、プラズ
マにより加工される被加工材料基板であるシリコンウェ
ハ51上に積層体42を搭載し熱圧着する。
Next, as shown in FIG. 2A, a laminate 42 is placed on a silicon wafer 51, which is a material substrate to be processed, which is placed in a chamber of a plasma processing apparatus (not shown) and processed by plasma. Is mounted and thermocompression bonded.

【0033】次に、図2(b)に示すように、積層体4
2のコンタクト13、23及び33に夫々引出配線1
6、26及び36を接続し、これらの配線をプラズマ処
理装置(図示せず)のチャンバ外部において測定回路と
して配線する。具体的には、配線16は電極板11の電
位がシリコンウェハ51と同電位になるように配線し、
配線26は電極板21の電位を電極板11の電位に対し
て負電位とするための第1の回路(図5(a)参照)に
接続し、配線36は電極板31の電位を電極板11の電
位よりも高い電位範囲において変化させると共に電極板
31に流入する荷電粒子電流を測定するための第2の回
路(図5(a)参照)に接続する。
Next, as shown in FIG. 2B, the laminated body 4
Lead wires 1 to the contacts 13, 23 and 33 of 2 respectively
6, 26 and 36 are connected, and these wirings are wired as a measurement circuit outside the chamber of the plasma processing apparatus (not shown). Specifically, the wiring 16 is wired so that the potential of the electrode plate 11 is the same as that of the silicon wafer 51,
The wiring 26 is connected to a first circuit (see FIG. 5A) for making the potential of the electrode plate 21 negative with respect to the potential of the electrode plate 11, and the wiring 36 connects the potential of the electrode plate 31 to the electrode plate. It is connected to the second circuit (see FIG. 5A) for measuring the charged particle current flowing into the electrode plate 31 while changing the potential range higher than the potential of 11.

【0034】次に、図2(c)に示すように、コンタク
ト13、23及び33並びにコンタクト13と引出配線
16との接続部分、コンタクト23と引出配線26との
接続部分及びコンタクト33と引出配線36との接続部
分を覆うように、レジスト又はポリイミドを塗布し、成
膜されたレジスト膜又はポリイミド膜をパターニングす
ることにより、保護絶縁膜61を形成する。これによ
り、プラズマ処理装置のチャンバ内に配置された基板、
即ちシリコンウェハ51上に、小型の荷電粒子分析装置
43が形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, the contacts 13, 23 and 33, the connecting portion between the contact 13 and the lead wiring 16, the connecting portion between the contact 23 and the lead wiring 26, and the contact 33 and the lead wiring. A protective insulating film 61 is formed by applying resist or polyimide so as to cover the connection portion with 36 and patterning the formed resist film or polyimide film. As a result, the substrate placed in the chamber of the plasma processing apparatus,
That is, the small charged particle analyzer 43 is formed on the silicon wafer 51.

【0035】次に、前述の製造方法により製造された本
実施例における荷電粒子分析装置の構成について説明す
る。図3は本実施例における荷電粒子分析装置の構成を
示す断面図であり、図4はこの荷電粒子分析装置の構成
を示す平面図であり、図5(a)はこの荷電粒子分析装
置の構成を示すブロック図である。
Next, the structure of the charged particle analyzer according to this embodiment manufactured by the above-described manufacturing method will be described. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the charged particle analyzer according to the present embodiment, FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the charged particle analyzer, and FIG. 5A is a configuration of the charged particle analyzer. It is a block diagram showing.

【0036】図3に示すように、プラズマ処理装置のチ
ャンバ(図示せず)内に配置され、プラズマにより加工
される被加工材料基板であるシリコンウェハ51上に、
荷電粒子分析装置43が搭載されている。
As shown in FIG. 3, a silicon wafer 51, which is a material substrate to be processed, is placed in a chamber (not shown) of the plasma processing apparatus and is processed by plasma.
A charged particle analyzer 43 is installed.

【0037】荷電粒子分析装置43においては、絶縁板
32が設けられ、厚さ10μmの熱可塑性樹脂からなる
薄膜(図示せず、以下、熱可塑性樹脂薄膜という)によ
りシリコンウェハ51に接着されている。絶縁板32上
には電極板31が設けられ熱可塑性樹脂薄膜(図示せ
ず)により絶縁板32に接着されている。絶縁板32は
電極板31をシリコンウェハ51から絶縁するためのも
のであり、電極板31はシリコンウェハ51に対して正
電位に保持され、正電荷を有する荷電粒子の一部を排斥
するとともに、残りの正電荷を有する荷電粒子を捕捉す
るためのものである。
In the charged particle analyzer 43, an insulating plate 32 is provided and adhered to a silicon wafer 51 by a thin film (not shown, hereinafter referred to as a thermoplastic resin thin film) made of a thermoplastic resin having a thickness of 10 μm. . An electrode plate 31 is provided on the insulating plate 32 and adhered to the insulating plate 32 with a thermoplastic resin thin film (not shown). The insulating plate 32 is for insulating the electrode plate 31 from the silicon wafer 51. The electrode plate 31 is held at a positive potential with respect to the silicon wafer 51, and while rejecting some of the charged particles having a positive charge, It is for capturing the remaining charged particles having a positive charge.

【0038】電極板31上には孔22bを有する絶縁板
22が設けられ熱可塑性樹脂薄膜(図示せず)により電
極板31に接着され、絶縁板22上には絶縁板22の孔
22bに整合する位置に孔21bを有する電極板21が
設けられ熱可塑性樹脂薄膜(図示せず)により絶縁板2
2に接着されている。絶縁板22は電極板21を絶縁板
31から絶縁するためのものであり、電極板21はシリ
コンウェハ51に対して負電位に保持され負電荷を有す
る荷電粒子を排斥するためのものである。
An insulating plate 22 having a hole 22b is provided on the electrode plate 31 and is adhered to the electrode plate 31 by a thermoplastic resin thin film (not shown). The insulating plate 22 is aligned with the hole 22b of the insulating plate 22 on the insulating plate 22. An electrode plate 21 having a hole 21b is provided at a position where the insulating plate 2 is formed by a thermoplastic resin thin film (not shown).
It is glued to 2. The insulating plate 22 is for insulating the electrode plate 21 from the insulating plate 31, and the electrode plate 21 is for excluding charged particles having a negative charge and held at a negative potential with respect to the silicon wafer 51.

【0039】電極板21上には、電極板21の孔21b
に整合する位置に孔12bを有する絶縁板12が設けら
れ熱可塑性樹脂薄膜(図示せず)により電極板21に接
着されている。また、絶縁板12上には孔12bに整合
する位置に孔11bを有する電極板11が設けられ熱可
塑性樹脂薄膜(図示せず)により絶縁板12に接着され
ている。絶縁板12は電極板11を絶縁板31から絶縁
するためのものである。また、電極板11は、シリコン
ウェハ51と同電位に保持されている。なお、本実施例
においては、電極板11,21及び31の厚さは夫々約
50μmであり、絶縁板12、22及び32の厚さは夫
々約125μmである。
On the electrode plate 21, a hole 21b of the electrode plate 21 is formed.
An insulating plate 12 having a hole 12b is provided at a position aligned with and is adhered to the electrode plate 21 by a thermoplastic resin thin film (not shown). Further, an electrode plate 11 having a hole 11b at a position aligned with the hole 12b is provided on the insulating plate 12, and is adhered to the insulating plate 12 by a thermoplastic resin thin film (not shown). The insulating plate 12 is for insulating the electrode plate 11 from the insulating plate 31. The electrode plate 11 is held at the same potential as the silicon wafer 51. In this embodiment, the thickness of the electrode plates 11, 21 and 31 is about 50 μm, and the thickness of the insulating plates 12, 22 and 32 is about 125 μm.

【0040】更に、電極板11上にはポリイミド層10
が設けられ、ポリイミド層10には、電極板11におけ
る孔41を含む一定の領域がプラズマに対して露出する
ように、開口部10aが設けられている。また、荷電粒
子分析装置43の側面部には、電極板11、21及び3
1を覆うようにポリイミド層15が設けられている。
Further, the polyimide layer 10 is formed on the electrode plate 11.
The polyimide layer 10 is provided with an opening 10a so that a certain region of the electrode plate 11 including the hole 41 is exposed to plasma. Further, on the side surface of the charged particle analyzer 43, the electrode plates 11, 21 and 3 are provided.
A polyimide layer 15 is provided so as to cover 1.

【0041】孔22b、21b、12b及び11bは、
いずれも直径150μmであり夫々400個設けられて
いる。各孔の位置は平面視で互いに重なり、各孔22
b、21b、12b及び11bが一体となり1つの孔4
1を構成している。
The holes 22b, 21b, 12b and 11b are
Each of them has a diameter of 150 μm and is provided with 400 pieces each. The positions of the holes overlap with each other in plan view, and
b, 21b, 12b and 11b are integrated into one hole 4
Make up one.

【0042】図3に示すように、孔41は荷電粒子分析
装置43内において垂直に設けられており、その上部は
荷電粒子を取り込むために外部に対して開口している。
また、孔41の底部は荷電粒子を捕捉するための電極板
31により構成されている。
As shown in FIG. 3, the hole 41 is vertically provided in the charged particle analyzer 43, and the upper portion thereof is open to the outside for taking in charged particles.
The bottom of the hole 41 is composed of an electrode plate 31 for trapping charged particles.

【0043】また、図4に示すように、孔41は荷電粒
子分析装置43に400個形成され、平面視で格子状に
配列されている。なお、図3及び図4においては、図を
見やすくするため、孔41の数は実際より少なく描かれ
ている。
Further, as shown in FIG. 4, 400 holes 41 are formed in the charged particle analyzer 43 and arranged in a grid pattern in a plan view. In FIGS. 3 and 4, the number of holes 41 is drawn smaller than the actual number in order to make the drawings easy to see.

【0044】更に、図3及び図4に示すように、電極板
11、21及び31の端部には、夫々コンタクト13、
23及び33が設けられ、コンタクト13、23及び3
3は、夫々配線16、26及び36に接続されている。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, contacts 13, 21 are respectively provided at the end portions of the electrode plates 11, 21 and 31, respectively.
23 and 33 are provided and contacts 13, 23 and 3
3 is connected to wirings 16, 26 and 36, respectively.

【0045】更にまた、図5(a)に示すように、配線
16は、電極板11の電位がシリコンウェハ51と同電
位になるように配線され、配線26は、電極板21の電
位を電極板11の電位に対して負電位とするためにチャ
ンバ外に設けられた第1の回路62に接続されている。
第1の回路62は定電圧電源により構成されている。ま
た、配線36は、電極板31の電位を電極板11の電位
よりも高い電位範囲において変化させると共に電極板3
1に流入する荷電粒子電流を測定するためにチャンバ外
に設けられた第2の回路63に接続されている。第2の
回路63は可変電圧電源と電流計とが直列に接続されて
構成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 5A, the wiring 16 is wired so that the potential of the electrode plate 11 is the same as that of the silicon wafer 51, and the wiring 26 is the same as the potential of the electrode plate 21. It is connected to a first circuit 62 provided outside the chamber to make the potential of the plate 11 negative.
The first circuit 62 is composed of a constant voltage power supply. The wiring 36 changes the potential of the electrode plate 31 in a potential range higher than the potential of the electrode plate 11, and the electrode plate 3
1 is connected to a second circuit 63 provided outside the chamber for measuring the charged particle current flowing into the device 1. The second circuit 63 is configured by connecting a variable voltage power source and an ammeter in series.

【0046】また、コンタクト13、23及び33並び
にコンタクト13と引出配線16との接続部分、コンタ
クト23と引出配線26との接続部分及びコンタクト3
3と引出配線36との接続部分を覆うように、保護絶縁
膜61が設けられている。
The contacts 13, 23 and 33, the connecting portion between the contact 13 and the lead wiring 16, the connecting portion between the contact 23 and the lead wiring 26, and the contact 3
A protective insulating film 61 is provided so as to cover the connecting portion between the wiring 3 and the lead wiring 36.

【0047】次に、本実施例に係る荷電粒子分析装置4
3を使用する荷電粒子の分析方法について説明する。先
ず、図3及び図5(a)に示すように、荷電粒子分析装
置43を実際のプラズマエッチング装置(図示せず)に
設置し、配線16をシリコンウェハ51に接続し、配線
26を第1の回路62を介してシリコンウェハ51に接
続し、配線36を第2の回路63を介してシリコンウェ
ハ51に接続する。この後、荷電粒子分析装置43の電
極板11にシリコンウェハ51と同じ電位を印加し、電
極板11における荷電粒子の照射条件をシリコンウェハ
51における荷電粒子の照射条件と同一にし、また、プ
ラズマが孔41内へ進入することを防止する。更に、第
1の回路62により電極板21に電極板11に対して負
電位となる電位を付与し、電子等の負電荷を有する荷電
粒子を孔41から排斥する。更にまた、第2の回路63
により電極板31に電極板11に対して正電位となる電
位を付与することにより、孔41に入射する正電荷を有
する荷電粒子のうち、電極板31の電位によって決定さ
れるしきい値未満のエネルギを有する荷電粒子を孔41
から排斥すると共に、前記しきい値以上のエネルギを有
する荷電粒子を電極板31により捕捉し、この捕捉され
た荷電粒子に起因する電流の大きさを前記第2の回路に
より測定できるようにする。
Next, the charged particle analyzer 4 according to the present embodiment.
A method for analyzing charged particles using 3 will be described. First, as shown in FIG. 3 and FIG. 5A, the charged particle analyzer 43 is installed in an actual plasma etching device (not shown), the wiring 16 is connected to the silicon wafer 51, and the wiring 26 is first. The circuit 36 is connected to the silicon wafer 51, and the wiring 36 is connected to the silicon wafer 51 via the second circuit 63. Then, the same potential as that of the silicon wafer 51 is applied to the electrode plate 11 of the charged particle analyzer 43 to make the irradiation conditions of the charged particles on the electrode plate 11 the same as the irradiation conditions of the charged particles on the silicon wafer 51, and the plasma is Preventing entry into the hole 41. Further, the first circuit 62 gives the electrode plate 21 a potential that is a negative potential with respect to the electrode plate 11, and the charged particles having a negative charge such as electrons are repelled from the holes 41. Furthermore, the second circuit 63
By applying a potential that is a positive potential with respect to the electrode plate 11 to the electrode plate 31, the charged particles having a positive charge entering the hole 41 are less than the threshold value determined by the potential of the electrode plate 31. Holes 41 for charged particles having energy
The charged particles having energy higher than the threshold value are captured by the electrode plate 31, and the magnitude of the current caused by the captured charged particles can be measured by the second circuit.

【0048】このような状態において、プラズマ処理装
置内に高周波電場を発生させプラズマを発生させること
により、このプラズマから孔41内に入射し電極板31
に捕捉される荷電粒子のエネルギ分布を分析することが
できる。また、このとき、この荷電粒子による電流値の
電極板31に付与する電位に対する1次微分値を求める
ことにより、入射粒子のエネルギ分布を測定することが
できる。更に、このようにして得られたエネルギ分布の
測定結果を、電極板31に印加する正イオンを排斥する
ための電圧を0としたときの電流値により正規化するこ
とにより、各エネルギを持つイオン密度の絶対値を測定
することができる。なお、電極板31に印加する電圧が
0であるときも、電極板21には負イオン(電子)を排
斥するための電圧が印加されているため、電子電流は電
流の測定値に寄与しない。更にまた、予めイオンの種類
を特定することができれば、イオンの質量を決定するこ
とができる。これにより、複数の種類のイオンが共存す
る場合においても、シミュレーションによるフィッティ
ングを行うことにより、エネルギピークを解析すること
ができる。イオンの種類は例えば発光分析法により特定
することができる。
In such a state, by generating a high frequency electric field in the plasma processing apparatus to generate plasma, the plasma is made incident on the inside of the hole 41 and the electrode plate 31.
It is possible to analyze the energy distribution of charged particles trapped in the. At this time, the energy distribution of the incident particles can be measured by obtaining the first-order differential value of the current value of the charged particles with respect to the potential applied to the electrode plate 31. Further, the measurement result of the energy distribution thus obtained is normalized by the current value when the voltage for repulsing the positive ions applied to the electrode plate 31 is set to 0, so that the ions having each energy are The absolute value of the density can be measured. Even when the voltage applied to the electrode plate 31 is 0, the voltage for repelling negative ions (electrons) is applied to the electrode plate 21, so the electron current does not contribute to the measured value of the current. Furthermore, if the type of ion can be specified in advance, the mass of the ion can be determined. Accordingly, even when a plurality of types of ions coexist, the energy peak can be analyzed by performing fitting by simulation. The type of ion can be specified by, for example, an emission analysis method.

【0049】本実施例の荷電粒子分析装置43において
は、電極板31に正電位を印加することにより、孔41
内から正電荷を持つ荷電粒子の一部を排斥している。電
極板31は孔41の底部を構成しているため、孔41内
における電位の低下が発生しない。このため、荷電粒子
のエネルギ分布を高精度に分析することができる。ま
た、荷電粒子分析装置43は、小型であるためプラズマ
処理装置内の任意の場所に設置できプラズマによる材料
加工性能を評価することができる。また、電極板及び絶
縁板として、夫々市販品の厚さが10μmを超える銅板
及びポリイミド板を使用しているため、LSI等の半導
体プロセスにより作製される厚さ1μm以下の薄膜を使
用する場合と比較して、プラズマ照射に対する十分な寿
命を実現することができ、また、1kV以上の電極間耐
圧を実現することができる。
In the charged particle analyzer 43 of this embodiment, the holes 41 are formed by applying a positive potential to the electrode plate 31.
Some of the charged particles with a positive charge are excluded from the inside. Since the electrode plate 31 forms the bottom of the hole 41, the potential drop in the hole 41 does not occur. Therefore, the energy distribution of the charged particles can be analyzed with high accuracy. Further, since the charged particle analyzer 43 is small, it can be installed at any place in the plasma processing apparatus, and the material processing performance by plasma can be evaluated. In addition, since copper plates and polyimide plates each having a thickness of more than 10 μm, which are commercially available products, are used as the electrode plate and the insulating plate, respectively, a thin film having a thickness of 1 μm or less produced by a semiconductor process such as LSI is used. In comparison, it is possible to realize a sufficient life for plasma irradiation, and it is possible to realize a withstand voltage between electrodes of 1 kV or more.

【0050】本実施例の荷電粒子分析装置43の製造方
法によれば、電極板11及び21並びに絶縁板12及び
22を接着する工程の後に孔41を機械加工手段により
形成しているため、予め孔を形成したメッシュ膜を積層
する方法と比較して自己整合的に位置合わせが行うこと
ができ、孔41間において直径及び加工位置がずれた場
合においても、各孔41において各層間で直径及び加工
位置がずれることはなく、簡便に精度が高い加工を施す
ことが可能である。また、荷電粒子を捕捉するための電
極板31は孔を有しないため、接着において位置合わせ
を行う必要がなく、接着するだけで容易に荷電粒子分析
装置43を製造することができる。
According to the method of manufacturing the charged particle analyzer 43 of this embodiment, the hole 41 is formed by the machining means after the step of adhering the electrode plates 11 and 21 and the insulating plates 12 and 22. Positioning can be performed in a self-aligning manner as compared with a method of laminating mesh films in which holes are formed, and even when the diameters and the processing positions are deviated between the holes 41, the diameters between the layers in each hole 41 The processing position does not shift, and it is possible to easily perform highly accurate processing. In addition, since the electrode plate 31 for capturing the charged particles does not have a hole, it is not necessary to perform alignment in bonding, and the charged particle analyzer 43 can be easily manufactured only by bonding.

【0051】更に、電極板及び絶縁板として市販品を使
用し、孔41の形成にドリル又はレーザ照射等の機械加
工が使用できるため、荷電粒子分析装置を半導体プロセ
スにより製造する場合と比較して、極めて簡便且つ低コ
ストで荷電粒子分析装置を製造することができる。
Furthermore, since commercially available products are used as the electrode plate and the insulating plate, and machining such as drilling or laser irradiation can be used to form the holes 41, compared with the case where the charged particle analyzer is manufactured by a semiconductor process. A charged particle analyzer can be manufactured very simply and at low cost.

【0052】本実施例の荷電粒子分析装置43を使用す
る荷電粒子分析方法によれば、正電荷を有する荷電粒子
の一部を排斥するための電極板と残りの荷電粒子を捕捉
するための電極板とを同一の電極板31とし、電極板3
1により孔41の底部を構成しているため、孔41内に
おいて電位低下が発生することなく、高い分析精度を実
現することができる。
According to the charged particle analysis method using the charged particle analyzer 43 of this embodiment, an electrode plate for rejecting a part of the charged particles having a positive charge and an electrode for trapping the remaining charged particles. The plate is the same electrode plate 31, and the electrode plate 3
Since 1 forms the bottom of the hole 41, a high analysis accuracy can be realized without a potential drop occurring in the hole 41.

【0053】なお、本実施例においては、電極板11を
銅板11cにより構成する例を示したが、電極板11は
ポリイミド板12c上に金属薄膜を真空蒸着法又はめっ
き法により被覆することにより形成してもよい。
In this embodiment, the electrode plate 11 is composed of the copper plate 11c, but the electrode plate 11 is formed by coating the polyimide plate 12c with a metal thin film by vacuum deposition or plating. You may.

【0054】また、本実施例においては、荷電粒子分析
装置43を被加工材料基板であるシリコンウェハ51上
に搭載する例を示したが、本発明においては、荷電粒子
分析装置43は、被加工材料基板と同じ形状を有する分
析用基板上又は被加工材料基板と同一の状態でプラズマ
に曝される独立の電極上に搭載してもよい。
Further, in the present embodiment, the example in which the charged particle analyzer 43 is mounted on the silicon wafer 51 which is the material substrate to be processed has been shown, but in the present invention, the charged particle analyzer 43 is to be processed. It may be mounted on an analysis substrate having the same shape as the material substrate or on an independent electrode exposed to plasma in the same state as the material substrate to be processed.

【0055】[0055]

【実施例】以下、本発明の実施例の効果について、その
特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説
明する。本発明の実施例装置には、前述の本実施例に係
る荷電粒子分析装置43(図5(a)参照)を使用し
た。この本発明の実施例装置においては、電極板11を
シリコンウェハ51と同電位とし、電極板21を−40
Vの負電位とし、電極板31を可変正電位及び荷電粒子
の捕捉電極とした。また、孔41の直径は150μmと
した。
EXAMPLES The effects of the examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples that depart from the scope of the claims. The charged particle analyzer 43 according to the present embodiment described above (see FIG. 5A) was used as the apparatus according to the present invention. In the apparatus of this embodiment of the present invention, the electrode plate 11 is set to the same potential as the silicon wafer 51, and the electrode plate 21 is set to −40.
A negative potential of V was used, and the electrode plate 31 was used as a variable positive potential and an electrode for trapping charged particles. The diameter of the holes 41 was 150 μm.

【0056】また、比較例装置には、特開平9−237
697号公報に示されるような4電極を具備する従来の
荷電粒子分析装置を使用した。図6(a)は、この比較
例装置の構成を示すブロック図である。基板79上に第
4の絶縁板78が設けられ、第4の絶縁板78上に第4
の電極板77が設けられ、第4の電極板77上に第3の
絶縁板76が設けられ、第3の絶縁板76上に第3の電
極板75が設けられ、第3の電極板75上に第2の絶縁
板74が設けられ、第2の絶縁板74上に第2の電極板
73が設けられ、第2の電極板73上に第1の絶縁板7
2が設けられ、第1の絶縁板72上に第1の電極板71
が設けられている。また、第1の電極板71、第1の絶
縁板72、第2の電極板73、第2の絶縁板74、第3
の電極板75及び第3の絶縁板76には、これらを貫通
する複数の孔80が設けられている。更に、第1の電極
板71は基板79に配線81により接続され、第2の電
極板73は定電圧電源82を介して基板79に接続さ
れ、第3の電極板75は可変電圧電源83を介して基板
79に接続され、第4の電極板77は電流計84を介し
て基板79に接続されている。
Further, the comparative device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-237.
A conventional charged particle analyzer having four electrodes as shown in Japanese Patent No. 697 was used. FIG. 6A is a block diagram showing the configuration of this comparative example device. A fourth insulating plate 78 is provided on the substrate 79, and a fourth insulating plate 78 is provided on the fourth insulating plate 78.
Electrode plate 77 is provided, a third insulating plate 76 is provided on the fourth electrode plate 77, a third electrode plate 75 is provided on the third insulating plate 76, and a third electrode plate 75 is provided. The second insulating plate 74 is provided on the second insulating plate 74, the second electrode plate 73 is provided on the second insulating plate 74, and the first insulating plate 7 is provided on the second electrode plate 73.
2 is provided, and the first electrode plate 71 is provided on the first insulating plate 72.
Is provided. In addition, the first electrode plate 71, the first insulating plate 72, the second electrode plate 73, the second insulating plate 74, the third
The electrode plate 75 and the third insulating plate 76 are provided with a plurality of holes 80 penetrating them. Further, the first electrode plate 71 is connected to the substrate 79 by the wiring 81, the second electrode plate 73 is connected to the substrate 79 via the constant voltage power source 82, and the third electrode plate 75 is connected to the variable voltage power source 83. The fourth electrode plate 77 is connected to the substrate 79 via the ammeter 84.

【0057】図6(a)に示すような荷電粒子測定装置
において、配線81により第1の電極板71の電位を基
板79と同電位とし、孔80内の電子を排斥するために
定電圧電源82により第2の電極板73の電位を第1の
電極板71に対して−40Vの負電位とし、孔80内の
正荷電粒子の一部を排斥するために可変電圧電源83に
より第3の電極板75の電位を電極板71に対して正電
位とした。また、孔80の直径は150μmとした。こ
のような状態において、可変電圧電源83により第3の
電極板75の電位を変化させ、第3の電極板75の各電
位において、孔80を通過した荷電粒子を第4の電極板
77により捕捉し、この荷電粒子による電流値を電流計
84により測定した。
In the charged particle measuring apparatus as shown in FIG. 6A, the potential of the first electrode plate 71 is set to the same potential as that of the substrate 79 by the wiring 81, and a constant voltage power source is used to eliminate electrons in the holes 80. The potential of the second electrode plate 73 is set to a negative potential of −40 V with respect to the first electrode plate 71 by 82, and the third voltage is changed by the variable voltage power source 83 in order to exclude some of the positively charged particles in the hole 80. The potential of the electrode plate 75 was set to a positive potential with respect to the electrode plate 71. The diameter of the holes 80 was 150 μm. In such a state, the potential of the third electrode plate 75 is changed by the variable voltage power source 83, and at each potential of the third electrode plate 75, the charged particles that have passed through the holes 80 are captured by the fourth electrode plate 77. Then, the current value due to the charged particles was measured by the ammeter 84.

【0058】前述の実施例装置及び比較例装置を使用し
て、荷電粒子エネルギ分布測定のシミュレーションを行
った。図7は横軸にイオンエネルギをとり、縦軸にイオ
ンの分布確率をとって、本シミュレーションにおける入
射粒子のエネルギ分布を示すグラフ図である。本シミュ
レーションにおいては、入射する荷電粒子のエネルギ分
布を図7に示すエネルギ分布とし、正イオンを排斥する
電極板(31、75)の電位を変化させながら、孔(4
1、80)を透過し電極板(31、77)に流入する荷
電粒子による電流を計算し、その計算結果を前述の入射
荷電粒子のエネルギ分布と比較することにより、測定素
子の精度を評価した。
A simulation of charged particle energy distribution measurement was carried out using the above-mentioned apparatus of the embodiment and the apparatus of the comparative example. FIG. 7 is a graph showing the energy distribution of incident particles in this simulation, where the horizontal axis represents the ion energy and the vertical axis represents the ion distribution probability. In this simulation, the energy distribution of the incident charged particles is set to the energy distribution shown in FIG. 7, and the potential of the electrode plates (31, 75) for repulsing positive ions is changed while the holes (4
The accuracy of the measuring element was evaluated by calculating the current due to the charged particles flowing through the electrode plate (31, 77) after passing through 1, 80) and comparing the calculation result with the energy distribution of the incident charged particles described above. .

【0059】シミュレーションは以下に示す方法により
行った。図7に示すようなエネルギ分布を持つイオン群
からランダムにイオンを抽出し、このイオンを荷電粒子
分析装置43の孔41の上方20μmの位置から射出し
た。イオンのサンプル数は10万個とした。また、孔4
1内の電位はイオンの入射によって変化しないものとし
た。このようにして射出されたイオンの1つ1つについ
て、孔41内の電位分布がイオンの運動に与える影響を
逐次計算し、このイオンが孔41内のいずれかの表面に
衝突するまでこのイオンの軌道を計算した。そして、最
終的に最下層の電極(電極31)に衝突したイオンの数
を数え、電流値に変換した。
The simulation was performed by the method described below. Ions were randomly extracted from a group of ions having an energy distribution as shown in FIG. 7, and the ions were ejected from a position 20 μm above the hole 41 of the charged particle analyzer 43. The number of ion samples was 100,000. Also, the hole 4
The potential inside 1 was assumed not to change with the incidence of ions. For each of the ions thus ejected, the effect of the potential distribution in the hole 41 on the motion of the ion is sequentially calculated, and the ion is collided with any surface in the hole 41 until it collides with the surface. Calculated the orbit of. Then, finally, the number of ions colliding with the lowermost electrode (electrode 31) was counted and converted into a current value.

【0060】次に、シミュレーション結果について説明
する。図5(b)は、図5(a)に示す本発明の実施例
装置(荷電粒子分析装置43)による荷電粒子エネルギ
分布の測定結果をシミュレーションで予測した結果を示
すグラフ図である。なお、図5(b)においては、縦軸
の単位をエネルギの1次微分値とする。これに対して、
図7においては、縦軸の単位をイオンのエネルギの1次
微分値をイオンの分布確率に変換したものとしている。
Next, the simulation result will be described. FIG. 5 (b) is a graph showing the result of simulation prediction of the measurement result of the charged particle energy distribution by the apparatus of the present invention (charged particle analyzer 43) shown in FIG. 5 (a). In FIG. 5B, the unit of the vertical axis is the primary differential value of energy. On the contrary,
In FIG. 7, the unit of the vertical axis is the one obtained by converting the first-order differential value of ion energy into the ion distribution probability.

【0061】図5(b)に示すように、本発明の実施例
装置においては、前記シミュレーションにより、入射荷
電粒子のエネルギ分布(図7参照)と同様なダブルピー
ク構造を有するエネルギ分布を得ることができた。従っ
て、本実施例に係る荷電粒子分析装置43は、高精度な
分析が可能であることが示された。
As shown in FIG. 5B, in the apparatus of the embodiment of the present invention, an energy distribution having a double peak structure similar to the energy distribution of incident charged particles (see FIG. 7) can be obtained by the simulation. I was able to. Therefore, it was shown that the charged particle analyzer 43 according to the present embodiment is capable of highly accurate analysis.

【0062】一方、図6(b)は、横軸にイオンエネル
ギをとり、縦軸にイオンの分布確率を示す値としてイオ
ンエネルギの1次微分値をとって、図6(a)に示す比
較例装置による荷電粒子エネルギ分布の測定結果をシミ
ュレーションで予測した結果を示すグラフ図である。比
較例装置が理想的に動作していれば、前記第4の電極板
77に流入する荷電粒子の電流値の第3の電極板75の
電位に対する1次微分値をとることにより、図7に示す
入射荷電粒子のエネルギ分布と同じものが得られるはず
である。しかしながら、図6(b)に示すシミュレーシ
ョン結果には、図7に示す入射荷電粒子のエネルギ分布
には存在しないピークが多数観察された。従って、図6
(a)に示した分析装置では入射荷電粒子のエネルギ分
布を正確に測定できないことが示された。これは、孔8
0の直径が150μmと大きいため、第3の電極板75
の電位に対して孔80内の電位が数百V程度低下するた
め、孔80内において荷電粒子の一部を排斥するための
電位が設定電位から大幅にずれてしまい、荷電粒子の排
斥効果が十分に作用していないことに起因している。図
6(a)に示すような装置構造でこれを是正するために
は、孔80の直径を1μm以下に縮小することが必要で
あるが、このような加工は半導体プロセスによって行う
しかなく、装置寿命の短期化及び製造コストの大幅な増
加を招く。
On the other hand, in FIG. 6B, the horizontal axis represents the ion energy, and the vertical axis represents the ion distribution, which is the first derivative of the ion energy. The comparison shown in FIG. It is a graph which shows the result of having predicted the measurement result of the charged particle energy distribution by an example apparatus by simulation. If the device of the comparative example is operating ideally, the first derivative of the current value of the charged particles flowing into the fourth electrode plate 77 with respect to the potential of the third electrode plate 75 is obtained to obtain the result shown in FIG. The same energy distribution as shown for the incident charged particles should be obtained. However, in the simulation result shown in FIG. 6B, many peaks not present in the energy distribution of the incident charged particles shown in FIG. 7 were observed. Therefore, FIG.
It was shown that the energy distribution of incident charged particles cannot be accurately measured with the analyzer shown in (a). This is hole 8
Since the diameter of 0 is as large as 150 μm, the third electrode plate 75
Since the electric potential in the hole 80 is reduced by about several hundreds V with respect to the electric potential of, the electric potential for repulsing a part of the charged particles in the hole 80 largely deviates from the set potential, and the repulsion effect of the charged particles is reduced. This is because it is not working sufficiently. In order to correct this in the device structure as shown in FIG. 6A, it is necessary to reduce the diameter of the hole 80 to 1 μm or less, but such processing can only be performed by a semiconductor process. This leads to a shortened life and a large increase in manufacturing costs.

【0063】また、本発明の実施例装置(荷電粒子分析
装置43)の各電極間の絶縁特性を把握するため、大気
圧で各コンタクト間の耐圧を測定したところ、2kV以
上の耐圧が認められた。この荷電粒子分析装置43を図
5(a)に示すような配線によりプラズマエッチング装
置内に設置し、約5mTorrの真空中で1kVの電圧
を各電極間に印加した場合も、放電等が起きないことが
確認できた。更に、約1kVの加速電圧で加速された荷
電粒子の衝撃を延べ1時間以上受けても、測定データの
劣化は観測されなかった。
Further, in order to grasp the insulation characteristics between the electrodes of the apparatus of the present invention (charged particle analyzer 43), the breakdown voltage between the contacts was measured at atmospheric pressure, and a breakdown voltage of 2 kV or higher was recognized. It was Even when the charged particle analyzer 43 is installed in the plasma etching apparatus by the wiring as shown in FIG. 5A and a voltage of 1 kV is applied between the electrodes in a vacuum of about 5 mTorr, no discharge occurs. I was able to confirm that. Further, no deterioration of the measurement data was observed even after the impact of the charged particles accelerated by the acceleration voltage of about 1 kV for a total of 1 hour or more.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
孔内から正電荷を有する荷電粒子の一部を排斥するため
の電極板と残りの荷電粒子を捕捉するための電極板とを
同一の電極板とし、この電極板により前記孔の底部を構
成することにより、孔内において電位低下が発生するこ
となく、高い分析精度を実現することができ、また、小
型であるためプラズマ処理装置内に簡便に設置でき、電
極板及び絶縁板が十分な厚さを有するため十分な寿命及
び電極間耐圧を有する荷電粒子分析装置を提供すること
ができる。また、電極板及び絶縁板を接着した後で機械
加工手段により孔を形成することにより、この荷電粒子
分析装置を、低コスト且つ高精度に製造することができ
る。
As described in detail above, according to the present invention,
The electrode plate for repelling a part of the charged particles having a positive charge from the inside of the hole and the electrode plate for trapping the remaining charged particles are the same electrode plate, and the electrode plate forms the bottom of the hole. As a result, a high analysis accuracy can be achieved without a potential drop in the hole, and because it is small, it can be easily installed in the plasma processing apparatus, and the electrode plate and insulating plate have a sufficient thickness. Therefore, it is possible to provide a charged particle analyzer having a sufficient lifetime and a withstand voltage between electrodes. In addition, the charged particle analyzer can be manufactured at low cost and with high accuracy by forming holes by machining means after adhering the electrode plate and the insulating plate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)乃至(c)は、本発明の実施例における
荷電粒子分析装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。
1A to 1C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a charged particle analyzer according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】(a)乃至(c)は、この実施例の荷電粒子分
析装置の製造方法における図1の次の工程を工程順に示
す断面図である。
2 (a) to 2 (c) are cross-sectional views showing the next step of FIG. 1 in the order of steps in the method of manufacturing the charged particle analyzer according to this embodiment.

【図3】この実施例における荷電粒子分析装置の構成を
示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a charged particle analyzer according to this embodiment.

【図4】この実施例における荷電粒子分析装置の構成を
示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a charged particle analyzer according to this embodiment.

【図5】本発明の実施例における荷電粒子分析装置の構
成及び動作を示す図であり、(a)は本実施例に係る荷
電粒子分析装置の構成を示すブロック図であり、(b)
は横軸にイオンエネルギをとり、縦軸にイオンの分布確
率をとって、この荷電粒子分析装置の動作のシミュレー
ション結果を示すグラフ図である。
5A and 5B are diagrams showing the configuration and operation of the charged particle analyzer according to the embodiment of the present invention, FIG. 5A is a block diagram showing the configuration of the charged particle analyzer according to the present embodiment, and FIG.
FIG. 5 is a graph showing the simulation result of the operation of this charged particle analyzer, in which the horizontal axis represents the ion energy and the vertical axis represents the ion distribution probability.

【図6】従来の荷電粒子分析装置の構成及び動作を示す
図であり、(a)はこの荷電粒子分析装置の構成を示す
ブロック図であり、(b)は横軸にイオンエネルギをと
り、縦軸にイオンの分布確率をとって、この荷電粒子分
析装置の動作のシミュレーション結果を示すグラフ図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration and operation of a conventional charged particle analyzer, (a) is a block diagram showing the configuration of this charged particle analyzer, and (b) shows ion energy on the horizontal axis, It is a graph which shows the simulation result of operation | movement of this charged particle analyzer which takes the distribution probability of ion on a vertical axis | shaft.

【図7】横軸にイオンエネルギをとり、縦軸にイオンの
分布確率をとって、シミュレーションにおける入射粒子
のエネルギ分布を示すグラフ図である。
FIG. 7 is a graph showing the energy distribution of incident particles in a simulation, where the horizontal axis represents ion energy and the vertical axis represents ion distribution probability.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10;ポリイミド層 10a;ポリイミド層10の開口部 11、21、31;電極板 11a、21a、31a;電極板の露出部 11b、21b;孔 11c、21c、31c;銅板 12、22、32;絶縁板 12b、22b;孔 12c、22c、32c;ポリイミド板 13、23、33;コンタクト 14、24、34;基本積層構造体 15;ポリイミド層 16、26、36;引出配線 40;積層体 41;孔 42;積層体 43;荷電粒子分析装置 51;シリコンウェハ 61;保護絶縁膜 62;第1の回路 63;第2の回路 71、73、75、77;電極板 72、74、76、78;絶縁板 79;基板 80;孔 81;配線 82;定電圧電源 83;可変電圧電源 84;電流計 10: Polyimide layer 10a: Opening of polyimide layer 10 11, 21, 31; electrode plate 11a, 21a, 31a; exposed portion of the electrode plate 11b, 21b; holes 11c, 21c, 31c; copper plate 12, 22, 32; insulating plate 12b, 22b; holes 12c, 22c, 32c; polyimide plate 13, 23, 33; contacts 14, 24, 34; basic laminated structure 15; Polyimide layer 16, 26, 36; Lead wiring 40; laminated body 41; hole 42; laminated body 43; Charged particle analyzer 51; Silicon wafer 61; Protective insulating film 62; First circuit 63; Second circuit 71, 73, 75, 77; electrode plate 72, 74, 76, 78; insulating plate 79; substrate 80; hole 81; Wiring 82; Constant voltage power supply 83; Variable voltage power supply 84; Ammeter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C23C 16/50 H01L 21/302 B (72)発明者 山下 元治 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 井上 憲一 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Fターム(参考) 4K030 FA01 KA39 5C038 KK15 5F004 BC08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // C23C 16/50 H01L 21/302 B (72) Inventor Motoharu Yamashita 1-chome, Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo No. 5-5 Kobe Steel Co., Ltd., Kobe Research Institute (72) Inventor Kenichi Inoue 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Kobe Steel Co., Ltd. Kobe Research Center F-term (reference) 4K030 FA01 KA39 5C038 KK15 5F004 BC08

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ発生装置に使用され、前記プラ
ズマが照射される基板上に配置されてプラズマの状態を
評価する荷電粒子分析装置において、第1の電極板、第
1の絶縁板、第2の電極板、第2の絶縁板、第3の電極
板及び第3の絶縁板を前記プラズマ側からこの順に積層
して構成され、前記第3の電極板及び第3の絶縁板を除
く前記第1及び第2の電極板並びに前記第1及び第2の
絶縁板を同時に加工することにより形成された貫通孔を
有する積層体と、前記第1の電極板と前記基板とを同一
電位に保持する手段と、前記第2の電極板の電位を前記
第1の電極板に対して一定の負電位に保持する第1の回
路と、前記第3の電極板の電位を前記第1の電極板より
も高い電位範囲において変化させ前記第3の電極板の各
電位において前記第3の電極板に流入する電流を測定す
る第2の回路と、を有することを特徴とする荷電粒子分
析装置。
1. A charged particle analyzer for use in a plasma generator, which is arranged on a substrate irradiated with the plasma to evaluate the state of the plasma, comprising: a first electrode plate, a first insulating plate, and a second insulating plate. Of the electrode plate, the second insulating plate, the third electrode plate and the third insulating plate are laminated in this order from the plasma side, and the third electrode plate and the third insulating plate are excluded. A first and second electrode plates and a laminated body having a through hole formed by simultaneously processing the first and second insulating plates, and the first electrode plate and the substrate are held at the same potential. Means, a first circuit for holding the potential of the second electrode plate at a constant negative potential with respect to the first electrode plate, and a potential of the third electrode plate from the first electrode plate Also in the high potential range, the first electrode is changed at each potential of the third electrode plate. A second circuit for measuring a current flowing into the electrode plate of No. 3, and a charged particle analyzer.
【請求項2】 前記第1乃至第3の絶縁板の厚さが10
μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の荷電
粒子分析装置。
2. The thickness of the first to third insulating plates is 10
The charged particle analyzer according to claim 1, wherein the charged particle analyzer has a thickness of at least μm.
【請求項3】 前記第1乃至第3の電極板は厚さ1μm
以上の金属板からなることを特徴とする請求項1又は2
に記載の荷電粒子分析装置。
3. The first to third electrode plates have a thickness of 1 μm
It consists of said metal plate, The claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
The charged particle analyzer according to item 1.
【請求項4】 前記第1の電極板が前記第1の絶縁板
に、前記第1の絶縁板が前記第2の電極板に、前記第2
の電極板が前記第2の絶縁板に、前記第2の絶縁板が前
記第3の電極板に、夫々熱可塑性樹脂を介して接着され
ていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項
に記載の荷電粒子分析装置。
4. The first electrode plate is the first insulation plate, the first insulation plate is the second electrode plate, and the second insulation plate is the second insulation plate.
4. The electrode plate according to claim 1 is adhered to the second insulating plate, and the second insulating plate is adhered to the third electrode plate via a thermoplastic resin, respectively. The charged particle analyzer according to item 1.
【請求項5】 前記第1の電極板を前記基板に接続する
ための第1の接点と、前記第2の電極板を前記第1の回
路に接続するための第2の接点と、前記第3の電極板を
前記第2の回路に接続するための第3の接点と、を有す
ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記
載の荷電粒子分析装置。
5. A first contact for connecting the first electrode plate to the substrate, a second contact for connecting the second electrode plate to the first circuit, and the first contact. 5. A charged particle analyzer according to claim 1, further comprising a third contact for connecting the third electrode plate to the second circuit.
【請求項6】 プラズマ発生装置に使用され、前記プラ
ズマが照射される基板上に配置されてプラズマの状態を
評価する荷電粒子分析装置の製造方法において、第1の
電極板、第1の絶縁板、第2の電極板及び第2の絶縁板
をこの順に重ね合わせて第1の積層体を形成する第1の
積層工程と、前記第1の積層体にこの第1の積層体を貫
通する複数の孔を形成する工程と、前記第1の積層体に
おける第2の絶縁板側の面に第3の電極板及び第3の絶
縁板を順に重ね合わせて第2の積層体を形成する第2の
積層工程と、前記第2の積層体を基板上に搭載する工程
と、前記第2の電極板の電位を前記第1の電極板に対し
て一定の負電位に保持する第1の回路を前記第2の電極
板に接続する工程と、前記第3の電極板の電位を前記第
1の電極板よりも高い電位範囲において変化させ前記第
3の電極板の各電位において前記第3の電極板に流入す
る電流を測定する第2の回路を前記第3の電極板に接続
する工程と、を有することを特徴とする荷電粒子分析装
置の製造方法。
6. A method of manufacturing a charged particle analyzer, which is used in a plasma generator and is arranged on a substrate irradiated with the plasma to evaluate the state of the plasma, comprising: a first electrode plate and a first insulating plate. A first laminating step of forming a first laminated body by laminating a second electrode plate and a second insulating plate in this order, and a plurality of penetrating the first laminated body through the first laminated body. Second step of forming a second laminated body by sequentially stacking a third electrode plate and a third insulating plate on the surface of the first laminated body on the second insulating plate side. And a step of mounting the second laminated body on a substrate, and a first circuit for holding the potential of the second electrode plate at a constant negative potential with respect to the first electrode plate. The step of connecting to the second electrode plate, and setting the potential of the third electrode plate higher than that of the first electrode plate. Connecting a second circuit to the third electrode plate, the second circuit measuring the current flowing into the third electrode plate at each potential of the third electrode plate, which is varied in a large potential range. A method of manufacturing a characteristic charged particle analyzer.
【請求項7】 前記第1乃至第3の絶縁板として、厚さ
が10μm以上の絶縁板を使用することを特徴とする請
求項6に記載の荷電粒子分析装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a charged particle analyzer according to claim 6, wherein an insulating plate having a thickness of 10 μm or more is used as each of the first to third insulating plates.
【請求項8】 前記第1乃至第3の電極板として、厚さ
が1μm以上の金属板を使用することを特徴とする請求
項6又は7に記載の荷電粒子分析装置の製造方法。
8. The method for manufacturing a charged particle analyzer according to claim 6, wherein a metal plate having a thickness of 1 μm or more is used as each of the first to third electrode plates.
【請求項9】 前記第1の電極板は前記第1の絶縁板の
上に真空蒸着法又はめっき法により金属薄膜を被覆する
ことにより積層することを特徴とする請求項6又は7に
記載の荷電粒子分析装置の製造方法。
9. The method according to claim 6, wherein the first electrode plate is laminated on the first insulating plate by coating a metal thin film by a vacuum deposition method or a plating method. Method for manufacturing charged particle analyzer.
【請求項10】 前記金属薄膜の厚さが1μm以上であ
り、前記第2及び第3の電極板として、厚さが1μm以
上の金属板を使用することを特徴とする請求項9に記載
の荷電粒子分析装置の製造方法。
10. The metal thin film having a thickness of 1 μm or more, and the metal plates having a thickness of 1 μm or more are used as the second and third electrode plates. Method for manufacturing charged particle analyzer.
【請求項11】 前記第1及び第2の積層工程におい
て、各板間の接着は熱化塑性樹脂を介して熱圧着により
行われることを特徴とする請求項6乃至10のいずれか
1項に記載の荷電粒子分析装置の製造方法。
11. The method according to claim 6, wherein in the first and second laminating steps, the bonding between the plates is performed by thermocompression bonding through a thermoplastic resin. A method for manufacturing the charged particle analyzer described.
【請求項12】 前記複数の孔を形成する工程におい
て、前記孔はドリルにより形成されることを特徴とする
請求項6乃至11のいずれか1項に記載の荷電粒子分析
装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a charged particle analyzer according to claim 6, wherein in the step of forming the plurality of holes, the holes are formed by a drill.
【請求項13】 前記複数の孔を形成する工程におい
て、前記孔はレーザ照射により形成されることを特徴と
する請求項6乃至11のいずれか1項に記載の荷電粒子
分析装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a charged particle analyzer according to claim 6, wherein in the step of forming the plurality of holes, the holes are formed by laser irradiation.
【請求項14】 プラズマ発生装置に使用され、前記プ
ラズマが照射される基板上に配置されてプラズマの状態
を評価する荷電粒子分析方法において、第1の電極板、
第1の絶縁板、第2の電極板、第2の絶縁板、第3の電
極板及び第3の絶縁板を前記プラズマ側からこの順に積
層して構成され、前記第3の電極板及び第3の絶縁板を
除く前記第1及び第2の電極板並びに前記第1及び第2
の絶縁板を同時に加工することにより形成された貫通孔
を有する積層体と、前記第1の電極板と前記基板とを同
一電位に保持する手段と、前記第2の電極板の電位を前
記第1の電極板に対して一定の負電位に保持する第1の
回路と、前記第3の電極板の電位を前記第1の電極板よ
りも高い電位範囲において変化させ前記第3の電極板の
各電位において前記第3の電極板に流入する電流を測定
する第2の回路と、を有する荷電粒子分析装置を使用
し、前記第1の電極板の電位を基板の電位と同一にする
工程と、前記第1の回路を駆動させて前記第2の電極板
の電位を前記第1の電極板の電位に対して負電位とし前
記貫通孔内から負電荷を持つ荷電粒子を排斥する工程
と、前記第2の回路を駆動させて前記第3の電極板の電
位を前記第1の電極板の電位よりも高い電位範囲におい
て変化させ前記貫通孔内から正電荷を持つ荷電粒子の一
部を排斥し残りを捕捉する工程と、前記第2の回路によ
り前記第3の電極に流入する電流の電流値を測定する工
程と、前記第3の電極へ印加する電圧の変化に対する前
記電流値の1次微分値を計測する工程と、を有すること
を特徴とする荷電粒子分析方法。
14. A charged particle analysis method for use in a plasma generator, wherein the first electrode plate is arranged on a substrate irradiated with the plasma to evaluate the state of the plasma.
A first insulating plate, a second electrode plate, a second insulating plate, a third electrode plate, and a third insulating plate are laminated in this order from the plasma side, and the third electrode plate and the third insulating plate And the first and second electrode plates except the third insulating plate
Laminate having a through hole formed by simultaneously processing the insulating plate, means for holding the first electrode plate and the substrate at the same potential, and a potential of the second electrode plate for the second electrode plate. A first circuit for holding a constant negative potential with respect to the first electrode plate, and changing the potential of the third electrode plate in a potential range higher than that of the first electrode plate. A second circuit for measuring a current flowing into the third electrode plate at each potential, and making the potential of the first electrode plate the same as the potential of the substrate. Driving the first circuit to set the potential of the second electrode plate to a negative potential with respect to the potential of the first electrode plate to eliminate charged particles having a negative charge from the through hole, The second circuit is driven to set the potential of the third electrode plate to the first electrode plate. Changing a potential range higher than the potential to reject a part of the charged particles having a positive charge from the inside of the through hole and trap the remaining part, and a current of a current flowing into the third electrode by the second circuit. A charged particle analysis method comprising: a step of measuring a value; and a step of measuring a first-order differential value of the current value with respect to a change in a voltage applied to the third electrode.
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