JP2011210714A - Plasma potential measuring method, plasma potential measuring device, plasma treating device, recording medium, and program - Google Patents

Plasma potential measuring method, plasma potential measuring device, plasma treating device, recording medium, and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma potential measuring method and device for measuring plasma potential along with an analysis of ion species applying a mass spectrometer without depending on a probe measuring instrument at a low cost considering that both mass spectrometry and plasma potential measurement can be performed.SOLUTION: The plasma potential measuring method and device include applying at least two different voltages between a mass spectrometer 3 (or 19) capable of making mass spectrometry of ions in plasma 2, and the plasma, obtaining mass spectrometry conditions X corresponding to the mass spectrometer that can detect the same ion as the case of the other voltage for every voltage Vb, and fitting an equation Vb=aX-Vp (Vp is plasma potential) as a regression equation to obtained data of each voltage Vb and mass spectrometry conditions X using a method of least squares to compute (a) and Vp in the equation respectively, thereby obtaining the plasma potential Vp and also obtaining (a) for identifying ion species. A program for carrying out the method, and a recording medium M1 (M2) recording the program are also provided.

Description

本発明はプラズマを用いて被処理物品に膜形成、イオン注入、エッチング、表面清浄化処理等の処理を施すにあたり、所望の目的とする処理を施すために、プラズマの状態を示すパラメータの一つであるプラズマ電位を計測する方法及び装置、さらにプラズマ処理装置に関し、さらに、該方法の実施に用いるプログラム及びそれを記録した記録媒体に関する。   The present invention is one of parameters that indicate the state of plasma in order to perform a desired target process when performing processing such as film formation, ion implantation, etching, and surface cleaning processing on an article to be processed using plasma. The present invention relates to a method and apparatus for measuring a plasma potential, and further to a plasma processing apparatus, and further relates to a program used to implement the method and a recording medium on which the program is recorded.

プラズマを応用した膜形成(成膜)、イオン注入、エッチング、表面清浄化処理等の処理においては、所望の目的とする処理を施すために、プラズマ中のイオン種やラジカル種、プラズマ電位などの制御が重要であり、そのためにはこれらのモニタリングが不可欠である。例えばイオン種計測には、一般的には、質量分析器を用いた質量分析が実施される。   In processing such as film formation (film formation), ion implantation, etching, and surface cleaning processing using plasma, ion species, radical species, plasma potential, etc. in plasma are used to perform desired processing. Control is important, and monitoring is essential for that. For example, for ion species measurement, mass analysis using a mass analyzer is generally performed.

図5は、真空チャンバ1内に設置した被処理物品Sにプラズマ2のもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置PAにおいてプラズマに所謂E×B型質量分析器を用いて質量分析を実施している例を示している。図5に示すように、真空チャンバ1内にプラズマ2が形成される場合、このプラズマに接するようにE×B型質量分析器3が設置されている。   FIG. 5 shows that a plasma analysis apparatus PA that performs a target process under the plasma 2 on an object to be processed S installed in the vacuum chamber 1 performs mass analysis on the plasma using a so-called E × B type mass analyzer. An example is shown. As shown in FIG. 5, when the plasma 2 is formed in the vacuum chamber 1, the E × B type mass analyzer 3 is installed so as to be in contact with the plasma.

E×B型質量分析器3にはバイアス電源10によって通常は負電圧を印加し、プラズマ2から正イオン5を入口スリット4を通して分析器3内に引き込む。E×B型質量分析器3の内部には図示省略の磁界発生手段により磁界16が形成されており、引き込まれたイオン5は磁界の影響で図5において下向き方向17へ力を受ける。   A negative voltage is normally applied to the E × B mass analyzer 3 by a bias power source 10, and positive ions 5 are drawn from the plasma 2 through the entrance slit 4 into the analyzer 3. A magnetic field 16 is formed inside the E × B type mass analyzer 3 by a magnetic field generating means (not shown), and the drawn ions 5 receive a force in a downward direction 17 in FIG.

一方、互いに平行な、対向する偏向板6及び偏向板7が磁界16の磁力線方向に平坦面を揃えて配置されている。偏向板6に偏向電源8から正電位が印加されるとともに偏向板7に偏向電源9から負電位が印加され、これにより、磁界の磁力線方向を横切る方向に(図5におてい上向き方向18に)電界が形成される。イオン5はこの電界により上向き方向18にも力を受ける。   On the other hand, opposing deflection plates 6 and 7 that are parallel to each other are arranged with their flat surfaces aligned in the direction of the lines of magnetic force of the magnetic field 16. A positive potential is applied to the deflecting plate 6 from the deflecting power source 8 and a negative potential is applied to the deflecting plate 7 from the deflecting power source 9, whereby a direction crossing the direction of the magnetic field lines of the magnetic field (in the upward direction 18 in FIG. 5). ) An electric field is formed. The ions 5 are also subjected to a force in the upward direction 18 by this electric field.

このようにしてイオン5には下向き方向17の力と上向き方向18の力とが加わり、これら二つの力が釣り合っているときのみイオン5は直進し、FCスリット11を通過してファラデーカップ13に入り、電流計15により検出される。   In this way, a force in the downward direction 17 and a force in the upward direction 18 are applied to the ion 5, and the ion 5 travels straight only when these two forces are balanced, passes through the FC slit 11, and enters the Faraday cup 13. On and detected by the ammeter 15.

この時、ファラデーカップ13から2次電子が放出され、正確なイオン電流が計測されない場合があるので、その影響を抑制するために、FCスリット11とファラデーカップ13との間にサプレッサ12を設置し、これにサプレッサ電源14から負電圧を印加し、放出される2次電子を再度ファラデーカップ13へ押し返すようにしている。   At this time, secondary electrons are emitted from the Faraday cup 13 and an accurate ion current may not be measured. Therefore, in order to suppress the influence, a suppressor 12 is installed between the FC slit 11 and the Faraday cup 13. In this case, a negative voltage is applied from the suppressor power supply 14 so that the emitted secondary electrons are pushed back to the Faraday cup 13 again.

図6は、真空チャンバ1内に設置した被処理物品Sにプラズマ2のもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置PBにおいてプラズマにプラズマに磁場偏向型質量分析器19を用いて質量分析を実施している例を示している。図6に示すように、真空チャンバ1内にプラズマ2が形成される場合、このプラズマに接するように磁場偏向型質量分析器19が設置される。   FIG. 6 is a diagram illustrating a plasma processing apparatus PB for performing a target process on a processing object S installed in a vacuum chamber 1 under a plasma 2. An example of implementation is shown. As shown in FIG. 6, when the plasma 2 is formed in the vacuum chamber 1, a magnetic field deflection type mass analyzer 19 is installed so as to be in contact with the plasma.

磁場偏向型質量分析器19にはバイアス電源22から通常は負電圧を印加し、プラズマ2から正イオン21を入口スリット20を通して分析器19内へ引き込む。磁場偏向型質量分析器19の内部には磁界28が形成されており、引き込まれたイオン21はこの磁界の影響で方向29へ力を受け、円軌道を描いて飛行する。   A negative voltage is normally applied from the bias power source 22 to the magnetic field deflection type mass analyzer 19, and positive ions 21 are drawn from the plasma 2 through the entrance slit 20 into the analyzer 19. A magnetic field 28 is formed inside the magnetic field deflection type mass analyzer 19, and the drawn ions 21 receive a force in a direction 29 due to the influence of the magnetic field and fly in a circular orbit.

イオン21の軌道半径rは磁界28の強さによって決まるので、一定の軌道半径上にFCスリット23、ファラデーカップ25を設置しておき、最終的に電流計27によってイオンを検出する。   Since the orbit radius r of the ions 21 is determined by the strength of the magnetic field 28, the FC slit 23 and the Faraday cup 25 are installed on the constant orbit radius, and the ions are finally detected by the ammeter 27.

この時、E×B型質量分析器3の場合と同様に、ファラデーカップ25から2次電子が放出され、正確なイオン電流が計測されない場合があるので、その影響を抑制するために、FCスリット23とファラデーカップ25の間にサプレッサ24を設置し、これにサプレッサ電源26から負電圧を印加し、放出される2次電子を再度ファラデーカップ25へ押し返すようにしてある。   At this time, as in the case of the E × B mass analyzer 3, secondary electrons are emitted from the Faraday cup 25, and an accurate ion current may not be measured. The suppressor 24 is installed between the Faraday cup 25 and a negative voltage is applied to the suppressor power supply 26 so that the emitted secondary electrons are pushed back to the Faraday cup 25 again.

以上説明したE×B型質量分析器は例えば特開平4−212300号公報に記載されており、磁場偏向型質量分析器は、例えば特開2000−46680号公報に記載されている。   The E × B type mass analyzer described above is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-212300, and the magnetic field deflection type mass analyzer is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-46680.

プラズマ電位の計測には一般的にはプローブ法が用いられる。それ自体既によく知られているのでここでは図示を省略するが、プローブ法には、シングルプローブ法、浮遊電位系にも対応できるダブルプローブ法、さらに瞬時計測が可能なトリプルプローブ法などがある。これら三つの方法の中でプラズマ電位を計測できるのはシングルプローブ法である。   The probe method is generally used for measuring the plasma potential. The probe method is not shown here because it is already well known per se, but examples of the probe method include a single probe method, a double probe method compatible with a floating potential system, and a triple probe method capable of instantaneous measurement. Of these three methods, the plasma potential can be measured by the single probe method.

これらプローブ法については、例えば、平成3年8月5日株式会社アイピーシー発行、河合良信編著の「最新プラズマ発生技術」に記載されている。   These probe methods are described in, for example, “Latest Plasma Generation Technology” published by August 5, 1991, published by IPC Corporation and edited by Yoshinobu Kawai.

特開平4−212300号公報JP-A-4-212300 特開2000−46680号公報JP 2000-46680 A

平成3年8月5日株式会社アイピーシー発行、河合良信編著「最新プラズマ発生技術」August 5, 1991 published by IPC, edited by Yoshinobu Kawai, "Latest Plasma Generation Technology"

以上の説明から分かるように、イオン種計測とプラズマ電位計測の両方を実施するには、質量分析器とプローブ計測器の両方が必要である。しかし、それら両方をチャンバー内に設置するとすれば、チャンバ内にそのための設置スペースが必要となり、チャンバサイズが大型化してプラズマ処理装置の設置面積が増えたり、プラズマ処理装置のコストアップを招く。   As can be seen from the above description, both a mass analyzer and a probe measuring instrument are required to perform both ion species measurement and plasma potential measurement. However, if both of them are installed in the chamber, an installation space is required in the chamber, the chamber size increases, the installation area of the plasma processing apparatus increases, and the cost of the plasma processing apparatus increases.

そこで本発明は、プラズマの状態を示すパラメータであるプラズマ電位を、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには安価に済むプラズマ電位計測方法を提供することを第1の課題とする。   Therefore, the present invention can measure the plasma potential, which is a parameter indicating the state of the plasma, together with the analysis of the ion species by applying the mass analyzer without relying on the probe measuring instrument. A first problem is to provide a plasma potential measurement method that can be performed at a low cost for both.

また本発明は、プラズマの状態を示すパラメータであるプラズマ電位を、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには簡素化された安価なプラズマ電位計測装置を提供することを第2の課題とする。   In addition, the present invention can measure the plasma potential, which is a parameter indicating the state of the plasma, together with the analysis of the ion species by applying the mass analyzer without depending on the probe measuring instrument. A second object is to provide an inexpensive plasma potential measuring apparatus that is simplified while being able to do both.

さらに本発明は、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマのもとで被処理物品に目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、プラズマの状態を示すパラメータであるプラズマ電位を、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには、大型化することなく、安価に済むプラズマ処理装置を提供することを第3の課題とする。   Furthermore, the present invention is a plasma processing apparatus for generating a plasma in a vacuum chamber and performing an intended process on an object to be processed under the plasma, and a plasma potential which is a parameter indicating a plasma state is probed. Without relying on measuring instruments, mass processing can be applied in combination with analysis of ion species, so that both mass analysis and plasma potential measurement can be performed. It is a third problem to provide an apparatus.

また本発明は、第1の課題を解決できるプラズマ電位計測方法の実施のためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能の記録媒体及びプログラムを提供することを第4、第5の課題とする。   It is a fourth and fifth object of the present invention to provide a computer-readable recording medium and a program recording a program for implementing the plasma potential measuring method that can solve the first problem.

本発明は前記第1の課題を解決するため、
プラズマ電位測定対象プラズマに対して該プラズマ中のイオンの質量分析を行える質量分析器を配置すること、
該質量分析器と該プラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたっては、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めること及び
プラズマ電位算出部において、かくして得た各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、予め導いておいた式Vb=aX2 −Vp(Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位)を回帰式として該回帰式を最小二乗法を用いてフィッティングさせることにより、該回帰式におけるa及びVpをそれぞれ算出させることで、該プラズマ電位Vpを求めさせ、併せてイオン種を同定するためのaを求めさせること
を含むプラズマ電位計測方法を提供する。
In order to solve the first problem, the present invention provides:
Disposing a mass analyzer capable of performing mass analysis of ions in the plasma with respect to a plasma potential measurement target plasma;
At least two different voltages are respectively applied between the mass analyzer and the plasma to perform mass analysis. In performing the mass analysis, at least two voltages Vb of the at least two different voltages are used. It is possible to detect the same ion as in the case of the other voltage among the two different voltages, and to obtain a mass analysis condition X according to the mass analyzer, and in the plasma potential calculation unit, each voltage Vb thus obtained and the voltage The equation Vb = aX 2 −Vp (Vp is the plasma potential of the potential measurement target plasma) derived in advance is fitted to the corresponding data of the mass spectrometry condition X, and the regression equation is fitted using the least square method. To calculate the plasma potential Vp by calculating a and Vp in the regression equation, respectively, and to identify the ion species at the same time A method for measuring a plasma potential, comprising:

本発明は前記第2の課題を解決するため、
電位測定対象プラズマに対して配置されべき、該プラズマ中のイオンの質量分析を行える質量分析器と、
該質量分析器と該プラズマとの間に電圧(イオン質量分析のための電圧)を印加するための電圧印加部と、
該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求める質量分析条件把握部と、
プラズマ電位算出部とを含んでおり、
前記プラズマ電位算出部は、プラズマ電位を計測するにあたり前記電圧印加部から前記質量分析器と前記プラズマとの間に印加される少なくとも二つの異なる電圧のデータ及び前記質量分析条件把握部により求められる該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとの該質量分析器に応じた質量分析条件Xのデータを入力することができ、
前記プラズマ電位算出部は、入力される各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、予め設定された式Vb=aX2 −Vp(Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位)を回帰式として該回帰式を最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該回帰式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めることができるプラズマ電位計測装置を提供する。
In order to solve the second problem, the present invention
A mass analyzer capable of mass analysis of ions in the plasma to be arranged with respect to the potential measurement target plasma;
A voltage application unit for applying a voltage (voltage for ion mass spectrometry) between the mass analyzer and the plasma;
A mass spectrometry condition grasping unit for obtaining mass spectrometry conditions X corresponding to the mass analyzer;
A plasma potential calculator,
The plasma potential calculation unit obtains data of at least two different voltages applied between the mass analyzer and the plasma from the voltage application unit and the mass analysis condition grasping unit when measuring the plasma potential. Data of mass analysis conditions X corresponding to the mass analyzer for each voltage Vb of at least two different voltages can be input,
The plasma potential calculation unit uses a preset formula Vb = aX 2 −Vp (Vp is a plasma potential of the potential measurement target plasma) for each input voltage Vb and data of the mass spectrometry condition X corresponding to the voltage Vb. ) Is used as a regression equation, and the regression equation is fitted using the least square method to calculate a and Vp in the regression equation, thereby obtaining the plasma potential Vp and also identifying the ion species Provided is a plasma potential measuring apparatus capable of obtaining a.

本発明に係る上記プラズマ電位計測方法において、前記質量分析器と前記プラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加するあたっては、そのような電圧を印加できる電圧印加部を設けておくことができ、また、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、前記質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めるにあたっても、そのような質量分析条件Xを求めることができる質量分析条件把握部を設けておくことができる。
そして、前記電圧印加部に前記質量分析器と前記プラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加させて該質量分析器に質量分析を実施させ、該質量分析実施にあたっては、前記質量分析条件把握部に該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めさせることができる。
本発明に係る上記プラズマ電位計測装置において、前記プラズマの電位を計測するにあたり、前記電圧印加部に、前記質量分析器と前記プラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加させて該質量分析器に該プラズマ中のイオンの質量分析を実施させ、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めるにあたっては、電位計測装置のユーザーが前記電圧印加部及び前記質量分析条件把握部を操作して前記電圧を質量分析器とプラズマとの間に印加させて質量分析を実施し、質量分析条件Xを求め、そのデータをユーザーがデータ入力部からプラズマ電位算出部に入力するようにしてもよい。
In the plasma potential measurement method according to the present invention, when applying at least two different voltages between the mass analyzer and the plasma, a voltage application unit capable of applying such a voltage is provided. And, for each voltage Vb of the at least two different voltages, the same ion as in the case of the other voltages of the at least two different voltages can be detected. In obtaining X, a mass analysis condition grasping unit capable of obtaining such mass analysis condition X can be provided.
Then, at least two different voltages are respectively applied to the voltage application unit between the mass analyzer and the plasma to cause the mass analyzer to perform mass analysis. For each voltage Vb of the at least two different voltages in the grasping unit, a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer that can detect the same ions as in the other voltages of the at least two different voltages is provided. Can be asked.
In the plasma potential measurement apparatus according to the present invention, when measuring the plasma potential, the voltage application unit is configured to apply at least two different voltages between the mass analyzer and the plasma, respectively. Allowing the instrument to perform mass analysis of ions in the plasma and for each voltage Vb of the at least two different voltages to detect the same ions as at other voltages of the at least two different voltages; In obtaining the mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer, the user of the potential measuring device operates the voltage application unit and the mass analysis condition grasping unit to apply the voltage between the mass analyzer and the plasma. Mass analysis conditions X may be obtained, and the user may input the data from the data input unit to the plasma potential calculation unit.

しかし、前記電圧Vbとそれに対応する前記質量分析条件Xのデータを集める部分及び前記プラズマ電位算出部を含むプラズマ電位計測部を設け、該データを集める部分が、プラズマの電位を計測するにあたり、前記電圧印加部に、前記質量分析器と前記プラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加させて該質量分析器に該プラズマ中のイオンの質量分析を実施させるとともに、前記質量分析条件把握部に該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めさせ、
前記プラズマ電位算出部が、かくして得られる、各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、前記式Vb=aX2 −Vpを最小二乗法を用いてフィッティングさせることにより、該式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めるようにしてもよい。
However, a portion for collecting the data of the voltage Vb and the corresponding mass analysis condition X and a plasma potential measurement unit including the plasma potential calculation unit are provided, and when the portion for collecting the data measures the potential of the plasma, A voltage application unit applies at least two different voltages between the mass analyzer and the plasma to cause the mass analyzer to perform mass analysis of ions in the plasma, and the mass analysis condition grasping unit For each voltage Vb of the at least two different voltages, a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer capable of detecting the same ions as in the other voltages of the at least two different voltages is obtained. ,
The plasma potential calculation unit fits the equation Vb = aX 2 −Vp using the least square method to each voltage Vb and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage thus obtained, The plasma potential Vp may be obtained by calculating a and Vp in the equation, and a for identifying the ion species may be obtained together.

いずれにしても、プラズマ電位算出部或いはプラズマ電位計測部としては、本発明に係るプラズマ電位計測装置専用のものとして設けられてもよいし、例えば外部のコンピュータを利用するものであってもよい。プラズマ電位計測装置専用のものの場合もコンピュータを利用したものとすることができる。   In any case, the plasma potential calculation unit or the plasma potential measurement unit may be provided exclusively for the plasma potential measurement device according to the present invention, or may use an external computer, for example. A computer dedicated to the plasma potential measuring device can also be used.

なお、本発明に係るプラズマ電位計測方法及び装置において、質量分析器とプラズマとの間に印加する電圧とは、図1に示す質量分析例で言えば、バイアス電源10により印加される電圧に相当する電圧であり、図4に示す質量分析例で言えば、バイアス電源22により印加される電圧に相当する電圧である。   In the plasma potential measurement method and apparatus according to the present invention, the voltage applied between the mass analyzer and the plasma corresponds to the voltage applied by the bias power supply 10 in the mass analysis example shown in FIG. In the example of mass spectrometry shown in FIG. 4, the voltage corresponds to the voltage applied by the bias power source 22.

本発明に係るプラズマ電位計測方法及び装置によると、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せてプラズマ電位を計測できるので、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには安価に質量分析とプラズマ電位計測を行える。   According to the method and apparatus for measuring plasma potential according to the present invention, since the plasma potential can be measured together with the analysis of the ion species by applying the mass analyzer without relying on the probe measuring instrument, mass spectrometry and plasma potential measurement can be performed. Mass spectrometry and plasma potential measurement can be performed at a low price while both can be performed.

本発明に係るプラズマ電位計測方法及び装置における質量分析器としては、代表例として図1に例示するタイプのE×B型質量分析器や図4に例示するタイプの偏向磁場型質量分析器を挙げることができる。   As a mass analyzer in the plasma potential measuring method and apparatus according to the present invention, an E × B type mass analyzer of the type illustrated in FIG. 1 and a deflection magnetic field type mass analyzer of the type illustrated in FIG. be able to.

E×B型質量分析器を採用する場合には、質量分析器で同一イオンが検出された電界強度Eと磁界の磁束密度Bの比E/Bとの関係から、また、磁場偏向型質量分析器を採用する場合には、質量分析器で同一イオンが検出された磁界の磁束密度Bとイオンの軌道半径rの積rBの関係から、プラズマ電位を算出する。   When the E × B type mass analyzer is employed, the relationship between the electric field intensity E in which the same ion is detected by the mass analyzer and the ratio E / B of the magnetic flux density B of the magnetic field is determined. In the case of using a detector, the plasma potential is calculated from the relationship between the product rB of the magnetic flux density B of the magnetic field in which the same ion is detected by the mass analyzer and the orbit radius r of the ion.

E×B型質量分析器を採用する場合についてさらに説明すると、プラズマ電位計測方法においても、プラズマ電位計測装置においても、
前記質量分析器はE×B型質量分析器であり、前記質量分析条件Xは電界強度Eと磁束密度Bとの比(E/B)であり、前記回帰式におけるaは、該質量分析器により検出される同一イオンの質量をm、該イオンの価数をZ、該イオンの電荷素量をeとすると、(m/Z)/2eであり、前記Vb=aX2 −Vpは、
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −Vp
である。
The case where the E × B type mass spectrometer is employed will be further described. In the plasma potential measuring method and the plasma potential measuring apparatus,
The mass analyzer is an E × B type mass analyzer, the mass analysis condition X is a ratio (E / B) of the electric field intensity E and the magnetic flux density B, and a in the regression equation is the mass analyzer. If the mass of the same ion detected by m is m, the valence of the ion is Z, and the elementary charge of the ion is e, then (m / Z) / 2e, and Vb = aX 2 −Vp is
Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 −Vp
It is.

磁場偏向型質量分析器を採用する場合には、
前記質量分析器は磁場偏向型質量分析器であり、前記質量分析条件Xは磁束密度Bと該質量分析器によるイオンの飛行軌道半径rの積(r×B)であり、前記回帰式におけるaは、該質量分析器により検出される同一イオンの質量をm、該イオンの価数をZ、該イオンの電荷素量をeとすると、(Z/m)×e/2であり、前記Vb=aX2 −Vpは、 Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −Vp
である。
When adopting a magnetic deflection type mass spectrometer,
The mass analyzer is a magnetic field deflection type mass analyzer, and the mass analysis condition X is a product (r × B) of a magnetic flux density B and a flight orbit radius r of ions by the mass analyzer, and a in the regression equation Is (Z / m) × e / 2, where m is the mass of the same ion detected by the mass analyzer, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge of the ion, and Vb = AX 2 −Vp Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 −Vp
It is.

本発明は前記第3の課題を解決するため、
真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマのもとで被処理物品に目的とする処理を施すことができるプラズマ処理装置であり、本発明に係るプラズマ電位計測装置を含んでいるプラズマ処理装置を提供する。
In order to solve the third problem, the present invention
A plasma processing apparatus capable of generating plasma in a vacuum chamber and performing an intended process on an article to be processed under the plasma, comprising a plasma potential measuring apparatus according to the present invention. provide.

本発明に係るプラズマ処理装置は、本発明に係るプラズマ電位計測装置を含んでいるので、プラズマの状態を示すパラメータであるプラズマ電位を、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには、大型化することなく、安価に提供できる。   Since the plasma processing apparatus according to the present invention includes the plasma potential measuring apparatus according to the present invention, the plasma potential, which is a parameter indicating the state of the plasma, is applied to the mass spectrometer without depending on the probe measuring instrument. It can be measured together with the analysis of the ion species, and can be provided at a low cost without being increased in size while being able to perform both mass spectrometry and plasma potential measurement.

本発明に係るプラズマ処理装置として、例えば、膜形成、イオン注入、エッチング及び物品表面清浄化処理のうちから選ばれた1又は2以上の処理を行えるプラズマ処理装置を例示できる。   Examples of the plasma processing apparatus according to the present invention include a plasma processing apparatus that can perform one or more processes selected from film formation, ion implantation, etching, and article surface cleaning.

また本発明は、前記第4の課題を解決するため、
本発明に係るプラズマ電位計測方法を実施する手順の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、 前記質量分析器とプラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたって、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めることで得られる該各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータを読み込むステップ及び
読み込んだ該データに前記式Vb=aX2 −Vpを最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も提供する。
Moreover, this invention solves the said 4th subject,
A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for performing a plasma potential measurement method according to the present invention, wherein at least two of the mass analyzer and the plasma are between Mass analysis is performed by applying different voltages, and in performing the mass analysis, for each voltage Vb of the at least two different voltages, the same ion as in the case of the other voltages of the at least two different voltages A step of reading each voltage Vb obtained by obtaining a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer and data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage, and the read data to the equation Vb = aX by fitting using a least squares method 2 -Vp, respectively a and Vp in the formula By leaving obtains the plasma potential Vp, also provides a computer-readable recording medium recording a program for executing the steps on a computer seeking a for identifying ionic species together.

さらに本発明は、前記第5の課題を解決するため、 本発明に係るプラズマ電位計測方法を実施する手順の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記質量分析器とプラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたって、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めることで得られる該各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータを読み込むステップ及び
読み込んだ該データに前記式Vb=aX2 −Vpを最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムも提供する。
Furthermore, in order to solve the fifth problem, the present invention is a program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for performing the plasma potential measurement method according to the present invention. Mass analysis is performed by applying at least two different voltages between each of the two, and in performing the mass analysis, for each voltage Vb of the at least two different voltages, another voltage of the at least two different voltages is used. A step of reading each voltage Vb obtained by obtaining a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer capable of detecting the same ion as in the case of the above and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage; by fitting using the method of least squares the formula Vb = aX 2 -Vp to the data, it a and Vp in the formula By calculating calculates the plasma potential Vp, together also provides a program for executing the steps of obtaining an a for identifying ionic species to the computer.

以上説明したように本発明によると、プラズマの状態を示すパラメータであるプラズマ電位を、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには安価に済むプラズマ電位計測方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the plasma potential, which is a parameter indicating the plasma state, can be measured together with the analysis of ion species by applying a mass analyzer without relying on a probe measuring instrument. It is possible to provide a plasma potential measurement method that can be performed at a low cost while performing both of the plasma potential measurement and the plasma potential measurement.

また本発明によると、プラズマの状態を示すパラメータであるプラズマ電位を、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには簡素化された安価なプラズマ電位計測装置を提供することができる。   In addition, according to the present invention, the plasma potential, which is a parameter indicating the state of the plasma, can be measured together with the analysis of the ion species by applying a mass analyzer without depending on the probe measuring instrument. Therefore, it is possible to provide a simplified and inexpensive plasma potential measuring device for both of the above.

さらに本発明によると、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマのもとで被処理物品に目的とする処理を施すことができるプラズマ処理装置であって、プラズマの状態を示すパラメータであるプラズマ電位を、プローブ計測器に頼ることなく、質量分析器を応用して、イオン種の分析と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには、大型化することなく、安価に済むプラズマ処理装置を提供することができる。   Furthermore, according to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus capable of generating a plasma in a vacuum chamber and performing an intended process on an object to be processed under the plasma, wherein the plasma is a parameter indicating a plasma state. The potential can be measured together with the analysis of ion species by applying a mass analyzer without relying on a probe measuring instrument, and both mass analysis and plasma potential measurement can be performed. It is possible to provide a plasma processing apparatus that can be completed.

また本発明によると、上記プラズマ電位計測方法の実施のためのプログラム及び該プログラムを記録した記録媒体であって、プラズマ電位を求め、イオン種を同定することを容易化するものを提供することができる。   Further, according to the present invention, there is provided a program for carrying out the plasma potential measurement method and a recording medium on which the program is recorded, which facilitates obtaining a plasma potential and identifying an ion species. it can.

本発明に係るプラズマ電位計測装置の1例を備えたプラズマ処理装置例を示す図である。It is a figure which shows the example of a plasma processing apparatus provided with one example of the plasma potential measuring apparatus which concerns on this invention. 図1に示すB×E型質量分析器による質量分析例における検出イオン電流と偏向電界(偏向電界強度)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the detection ion current and the deflection | deviation electric field (deflection electric field strength) in the example of mass spectrometry by the BxE type | mold mass analyzer shown in FIG. 質量分析器とプラズマとの間に印加するバイアス電圧及び該電圧に対応する検出イオン電流ピークを示す偏向電界のデータを示す図である。It is a figure which shows the data of the deflection electric field which shows the bias voltage applied between a mass spectrometer and plasma, and the detection ion current peak corresponding to this voltage. 本発明に係るプラズマ電位計測装置の他の例を備えたプラズマ処理装置例を示す図である。It is a figure which shows the example of a plasma processing apparatus provided with the other example of the plasma potential measuring device which concerns on this invention. 所謂E×B型質量分析器を用いて質量分析を実施している従来例を示す図である。It is a figure which shows the prior art example which is implementing mass spectrometry using what is called an E * B type | mold mass spectrometer. 所謂磁場偏向型質量分析器を用いて質量分析を実施している従来例を示す図である。It is a figure which shows the prior art example which is implementing mass spectrometry using what is called a magnetic field deflection type mass analyzer.

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図1は本発明に係るプラズマ電位計測装置例を備えたプラズマ処理装置の1例を示している。
図1に示すプラズマ処理装置PAはプラズマ電位計測装置Aを備えている。プラズマ電位計測装置Aは図5に示す質量分析器と同じE×B型質量分析器3を含んでいるとともに、本発明に係るプログラムの1例を記録した記録媒体M1から該プログラムを読み込み、プラズマ電位及びイオン種同定のためのファクタを算出するプラズマ電位算出部例としてのパーソナルコンピュータPC1を含んでいる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an example of a plasma processing apparatus provided with an example of a plasma potential measuring apparatus according to the present invention.
The plasma processing apparatus PA shown in FIG. 1 includes a plasma potential measuring apparatus A. The plasma potential measuring apparatus A includes the same E × B type mass analyzer 3 as the mass analyzer shown in FIG. 5 and reads the program from the recording medium M1 on which one example of the program according to the present invention is recorded. A personal computer PC1 is included as an example of a plasma potential calculation unit that calculates factors for potential and ion species identification.

図1に示す各部等であって、図5に示す各部等と実質上同じものについては、図5で使用されている参照符号と同じ参照符号を付してある。すなわち、
PAはプラズマ処理装置〔本例では図示省略のバイアス電源からバイアス電圧が印加さ れる被処理物品Sにプラズマのもとで目的とする処理(例えばアルゴンイオン等 のイオン照射による清浄化処理)を施す装置〕、
1は真空チャンバ、
2はプラズマ、
3はプラズマ2と接する位置に配置されたE×B型質量分析器、
4は質量分析器3の入口スリット、
5は正イオン、
6は出力可変の偏向電源8から正電圧を印加される偏向板、
7は出力可変の偏向電源9から負電圧を印加される偏向板、
10は質量分析器3とプラズマ2との間に負電圧を印加する出力可変のバイアス電源、
11はイオン出口のFCスリット、
12、14は2次電子を押し返すサプレッサー及びサプレッサー電源
13はイオンを検出するファラデーカップ
15は電流計(イオン電流計測器)である。
16は磁界(磁力線が図1において手前から奥方向へ向かう磁界)
17は磁界(磁束密度B)がイオン5に及ぼす力の方向(下向き方向)
18は偏向板6、7間の電界(電界強度E)がイオン5に及ぼす力の方向(上向き方向)である。
プラズマ2は、例えば、チャンバ1内を図示省略の排気装置で排気減圧してガスプラズマ生成圧に維持しつつ、チャンバ1内に図示省略のガス供給装置からガス(例えばアルゴンガス)を供給し、図示省略の熱陰極型アーク放電によって生成することができる。
1 that are substantially the same as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. That is,
PA is a plasma processing apparatus (in this example, an object to be processed S to which a bias voltage is applied from a bias power supply (not shown) is subjected to a target process (for example, a cleaning process by irradiation with ions such as argon ions) under plasma. apparatus〕,
1 is a vacuum chamber,
2 is plasma,
3 is an E × B mass spectrometer disposed at a position in contact with the plasma 2,
4 is an entrance slit of the mass analyzer 3,
5 is a positive ion,
6 is a deflection plate to which a positive voltage is applied from an output variable deflection power source 8;
7 is a deflection plate to which a negative voltage is applied from an output variable deflection power source 9;
10 is an output variable bias power source for applying a negative voltage between the mass analyzer 3 and the plasma 2;
11 is the FC slit at the ion outlet,
12 and 14 are suppressors that push back secondary electrons, and the suppressor power supply 13 is an Faraday cup 15 that detects ions, and an ammeter (ion current measuring instrument).
Reference numeral 16 denotes a magnetic field (a magnetic field whose magnetic field lines are directed from the front to the back in FIG. 1).
17 is the direction of force (downward direction) exerted on the ions 5 by the magnetic field (magnetic flux density B).
Reference numeral 18 denotes the direction of force (upward direction) exerted on the ions 5 by the electric field (electric field intensity E) between the deflecting plates 6 and 7.
For example, the plasma 2 supplies a gas (for example, argon gas) from a gas supply device (not shown) into the chamber 1 while maintaining the gas plasma generation pressure by evacuating the chamber 1 with an exhaust device (not shown). It can be generated by hot cathode arc discharge (not shown).

質量分析器3は図5の質量分析器と同様に質量分析を行える。
図1のプラズマ電位計測装置Aによると、プラズマ2の電位とともにプラズマにおけるイオン種の同定のためのファクタも求めることができる。
すなわち、質量分析器3とプラズマ2との間に出力可変のバイアス電源10から少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたっては、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、質量分析器2に応じた質量分析条件Xを求め、
かくして得た、各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、予め導いておいた式Vb=aX2 −Vp(Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位)を回帰式として該回帰式を最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該回帰式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めることができる。
The mass analyzer 3 can perform mass analysis in the same manner as the mass analyzer of FIG.
According to the plasma potential measuring apparatus A of FIG. 1, factors for identifying ion species in plasma can be obtained together with the potential of plasma 2.
That is, at least two different voltages are respectively applied between the mass analyzer 3 and the plasma 2 from the bias power source 10 with variable output, and the mass analysis is performed. For each voltage Vb, a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer 2 that can detect the same ions as those of the other of the at least two different voltages is obtained.
The equation Vb = aX 2 −Vp (Vp is the plasma potential of the potential measurement target plasma) derived in advance for each voltage Vb and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage obtained as a regression equation. By fitting the regression equation using the least square method, a and Vp in the regression equation are calculated to obtain the plasma potential Vp, and to obtain a for identifying the ion species. it can.

質量分析器としてE×B型質量分析器3を採用している本例では、前記Vb=aX2 −Vpにおける質量分析条件Xは電界強度Eと磁束密度Bとの比(E/B)であり、aは(m/Z)/2eである(mは質量分析器により検出される同一イオンの質量、Zはイオンの価数、eはイオンの電荷素量)。従ってVb=aX2 −Vpは、
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −Vpとなる。
In this example employing the E × B type mass analyzer 3 as the mass analyzer, the mass analysis condition X at Vb = aX 2 −Vp is the ratio (E / B) of the electric field strength E to the magnetic flux density B. Yes, a is (m / Z) / 2e (m is the mass of the same ion detected by the mass analyzer, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge of the ion). Therefore, Vb = aX 2 −Vp is
Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 −Vp.

Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −Vpを採用する理由を以下に説明する。 電源10から質量分析器3に印加されるバイアス電圧をVb、プラズマ2のプラズマ電位をVpとすると次式(1) が成り立つ。 The reason why Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 −Vp will be described below. When the bias voltage applied from the power source 10 to the mass analyzer 3 is Vb and the plasma potential of the plasma 2 is Vp, the following equation (1) is established.

Figure 2011210714
Figure 2011210714

上記式(1) において、mはイオン質量、vはイオン速度、Zはイオンの価数、eは電荷素量である。イオンの熱エネルギーは室温状態において0.03eV程度と非常に小さいので無視した。 なお、本例の場合、バイアス電圧は負電圧、プラズマ電位は正電位であるが、いずれも絶対値で記載している。   In the above formula (1), m is the ion mass, v is the ion velocity, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge. Ion thermal energy was neglected because it was very small at about 0.03 eV at room temperature. In this example, the bias voltage is a negative voltage and the plasma potential is a positive potential, but both are described as absolute values.

E×B型質量分析器3において、イオンの検出条件は、磁界(磁束密度B)と電界(電界強度)から受ける力が釣り合う場合であるから、次の式(2) から導かれる式(3) のようになる。

Figure 2011210714
Figure 2011210714
In the E × B type mass analyzer 3, the ion detection condition is that the force received from the magnetic field (magnetic flux density B) and the electric field (electric field strength) is balanced, so the equation (3) derived from the following equation (2) ) become that way.
Figure 2011210714
Figure 2011210714

式(3) を前記式(1) に代入して整理すると、次式(4) が得られる。

Figure 2011210714
式(4) は、バイアス電圧Vbが電界(偏向電界強度E)と磁界(磁束密度B)との比(E/B)の2次式であることを示している。 Substituting equation (3) into equation (1) and rearranging results in the following equation (4).
Figure 2011210714
Expression (4) indicates that the bias voltage Vb is a quadratic expression of the ratio (E / B) between the electric field (deflection electric field strength E) and the magnetic field (magnetic flux density B).

図2は次のことを示している。すなわち、
チャンバ1内を図示省略の排気装置で排気減圧してアルゴンガスプラズマ生成圧に維持しつつ、チャンバ1内に図示省略のガス供給装置からアルゴンガスを供給し、図示省略の熱陰極型アーク放電によってプラズマを生成し、これを質量分析器3で分析した場合の例を示している。図2において縦軸は電流計15で検出されるイオン電流、横軸はイオンを検出したピーク偏向電界強度Eを示している。
FIG. 2 shows the following. That is,
While the chamber 1 is evacuated and reduced to an argon gas plasma generation pressure by an exhaust device (not shown), argon gas is supplied into the chamber 1 from a gas supply device (not shown), and hot cathode arc discharge (not shown) is performed. An example in which plasma is generated and analyzed by the mass analyzer 3 is shown. In FIG. 2, the vertical axis indicates the ion current detected by the ammeter 15, and the horizontal axis indicates the peak deflection electric field intensity E at which ions are detected.

この場合のバイアス電圧Vbは380Vとし、磁束密度Bは0.102Tで固定したところ、イオンを検出したピーク偏向電界強度Eは4.42kV/mであった。
バイアス電圧Vbを変化させ、同様に計測を実施し、バイアス電圧Vbとピーク偏向電界強度Eの関係を調べた結果を図3に黒丸で示す。
図3の黒丸で示す座標(Vb,E)は、(380, 4.42)、(330,4.12)、(280,3.82 ) である。
電界強度Eは一般的に言えば電源8、9のうち少なくとも一方の電源の出力を調整することで調整可能である。しかし電界強度Eの調整にあたっては、電源8、9間で絶対値が同じ電圧を印加することが好ましい。
具体例を挙げると、上記のようにバイアス電圧Vbとして380Vを印加する場合には、電源8、9間で+190V、−190Vというような絶対値が同じ電圧を印加する場合を挙げることができる。
いずれにしても、出力可変の電源8及び/又は電源9は質量分析器の質量分析条件把握部(質量分析条件把握手段)の少なくとも一部の構成メンバーであると言える。
In this case, when the bias voltage Vb was 380 V and the magnetic flux density B was fixed at 0.102 T, the peak deflection electric field intensity E in which ions were detected was 4.42 kV / m.
The measurement was performed in the same manner while changing the bias voltage Vb, and the result of examining the relationship between the bias voltage Vb and the peak deflection electric field strength E is shown by a black circle in FIG.
The coordinates (Vb, E) indicated by black dots in FIG. 3 are (380, 4.42), (330, 4.12), and (280, 3.82).
Generally speaking, the electric field intensity E can be adjusted by adjusting the output of at least one of the power supplies 8 and 9. However, in adjusting the electric field strength E, it is preferable to apply a voltage having the same absolute value between the power supplies 8 and 9.
As a specific example, when 380 V is applied as the bias voltage Vb as described above, a voltage having the same absolute value such as +190 V and −190 V between the power supplies 8 and 9 can be applied.
In any case, it can be said that the power supply 8 and / or the power supply 9 with variable output are at least a part of constituent members of the mass analysis condition grasping unit (mass analysis condition grasping means) of the mass analyzer.

プラズマ電位算出部としてのコンピュータPC1には、記録媒体M1から次のプログラムを読み込ませてある。すなわち、
バイアス電圧Vbとそれに対応するピーク偏向電界強度Eと磁束密度Bの比(E/B)のデータ、図2で言えば、少なくとも二つの黒丸に相当するVbとE/Bの組み合わせデータのキーボードからの入力に応じて該データを読み込み、読み込んだ該データに前記式(4) を最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該式におけるイオン種同定のための(m/Z)/2e及びプラズマ電位Vpをそれぞれ算出するプログラムである。
The computer PC1 serving as the plasma potential calculation unit reads the next program from the recording medium M1. That is,
From the keyboard of the bias voltage Vb and the corresponding peak deflection field strength E to magnetic flux density B ratio (E / B) data, in FIG. 2, the combination data of Vb and E / B corresponding to at least two black circles. The data is read in response to the input, and the equation (4) is fitted to the read data using the method of least squares, so that (m / Z) / 2e and plasma for identifying the ion species in the equation are obtained. This is a program for calculating each potential Vp.

従って、質量分析器3によりプラズマを質量分析することで、少なくとも二つのバイアス電圧Vbをそれぞれ印加するとともに各電圧Vbに対応する(E/B)を得て(なお、本例ではBは既知の0.102T)、これらデータをコンピュータPC1に入力して、プラズマ電位Vp及びイオン種同定のための(m/Z)/2eを求めることができる。このようにしてVp等を算出したところ、プラズマ電位Vpは11.8〔V〕であった。(m/Z)/2eを(m/Z)/(2e×B2 )として算出したところ、20.1であった。いずれにしても、イオン種同定については、eも既知であるから、m/Zを求めることができ、それにより、イオン種を同定できる。プログラムには、算出した(m/Z)/2eからさらにm/Zを算出する手順が含まれていてもよい。 Therefore, mass analysis of the plasma by the mass analyzer 3 applies at least two bias voltages Vb and obtains (E / B) corresponding to each voltage Vb (B is known in this example) 0.102T), these data can be input to the computer PC1 to obtain the plasma potential Vp and (m / Z) / 2e for ion species identification. When Vp and the like were calculated in this way, the plasma potential Vp was 11.8 [V]. When (m / Z) / 2e was calculated as (m / Z) / (2e × B 2 ), it was 20.1. In any case, since e is also known for ionic species identification, m / Z can be obtained, whereby the ionic species can be identified. The program may include a procedure for further calculating m / Z from the calculated (m / Z) / 2e.

また、本例では、Bを固定しているため、実際には比(E/B)についてはEを入力することで足りるようにしておき、VbとEの図3に示される組み合わせのうちから少なくとも二つを入力することで、(m/Z)/(2e×B2 )とVpを算出することができるようにしておいてもよい。
In this example, since B is fixed, it is sufficient to actually input E for the ratio (E / B). From the combinations of Vb and E shown in FIG. By inputting at least two, it may be possible to calculate (m / Z) / (2e × B 2 ) and Vp.
.

(m/Z)/(2e×B2 )のうち、e及びBは既知であるから、(m/Z)を算出することができ、これからイオン種を同定することができる。プログラムには、算出した(m/Z)/(2e×B2 )からさらにm/Zを算出する手順が含まれていてもよい。 Among (m / Z) / (2e × B 2 ), since e and B are known, (m / Z) can be calculated, and the ion species can be identified from this. The program may include a procedure for further calculating m / Z from the calculated (m / Z) / (2e × B 2 ).

以上説明した例では、比(E/B)のうちBを固定して電界強度Eを変化させたが、逆に比(E/B)のうちEを固定して磁束密度Bを変化させてもよく、両者を変化させてもよい。磁束密度を変化させるときは、例えば電磁石タイプ等の通電制御可能の磁界発生部を採用し、この磁界発生部への通電を制御して磁束密度Bを調整することができる。
また、比(E/B)のうちBを固定して電界強度Eを変化させる場合、例えば、コンピュータPC1で、例えば図1に鎖線で示すようなインターフエースIFaを介して、或いは、電源の構成によってはかかるインターフエースIFaを介することなく、各電源へ電圧印加のオン、オフの指示や必要に応じて出力電圧の指示を出すようにするとともに電流計15で検出される情報を読み込むようにし、コンピュータPC1において各バイアス電圧Vbとそれに対応するピークイオン電流を検出したときの偏向電界強度Eのデータを収集し、そのデータに基づいてVp及びイオン種同定のためのm/Zを算出できるようにしてもよい。
In the example described above, the electric field intensity E is changed by fixing B in the ratio (E / B). Conversely, the magnetic flux density B is changed by fixing E in the ratio (E / B). Or both may be changed. When changing the magnetic flux density, for example, an electromagnetic control type magnetic field generating unit such as an electromagnet type can be used, and the magnetic flux density B can be adjusted by controlling the energization to the magnetic field generating unit.
Further, when the electric field intensity E is changed by fixing B out of the ratio (E / B), for example, the computer PC1, for example, through the interface IFa as shown by a chain line in FIG. Depending on the interface IFa, the voltage application on / off instruction and the output voltage instruction may be output to each power source as necessary, and the information detected by the ammeter 15 may be read. Data of the deflection electric field intensity E when each bias voltage Vb and the corresponding peak ion current are detected in the computer PC1 is collected, and Vp and m / Z for ion species identification can be calculated based on the data. May be.

図4は本発明に係るプラズマ電位計測装置の他の例を備えたプラズマ処理装置の例を示している。
図4に示すプラズマ処理装置PBはプラズマ電位計測装置Bを備えている。プラズマ電位計測装置Bは、図6に示す質量分析器と同じ偏向磁場型質量分析器19を含んでいるとともに、本発明に係るプログラムの他の例を記録した記録媒体M2から該プログラムを読み込み、プラズマ電位及びイオン種同定のためのファクタを算出するプラズマ電位算出部例としてのパーソナルコンピュータPC2を含んでいる。
FIG. 4 shows an example of a plasma processing apparatus provided with another example of the plasma potential measuring apparatus according to the present invention.
The plasma processing apparatus PB shown in FIG. 4 includes a plasma potential measuring apparatus B. The plasma potential measuring apparatus B includes the same deflection magnetic field type mass analyzer 19 as the mass analyzer shown in FIG. 6, and reads the program from the recording medium M2 on which another example of the program according to the present invention is recorded. A personal computer PC2 is included as an example of a plasma potential calculation unit that calculates factors for plasma potential and ion species identification.

図4に示す各部等であって、図6に示す各部等と実質上同じものについては、図6で使用されている参照符号と同じ参照符号を付してある。すなわち、
PBはプラズマ処理装置〔本例では図示省略のバイアス電源からバイアス電圧が印加さ れる被処理物品Sにプラズマのもとで目的とする処理(例えばアルゴンイオン等 のイオン照射による清浄化処理)を施す装置〕、
1は真空チャンバ、
2はプラズマ、
19はプラズマ2と接する位置に配置された偏向磁場型質量分析器、
20は質量分析器3の入口スリット、
21は正イオン、
22は質量分析器19とプラズマ2との間に負電圧を印加する出力可変のバイアス電源、23はイオン出口のFCスリット、
24、26は2次電子を押し返すサプレッサ及びサプレッサ電源
25はイオンを検出するファラデーカップ
27は電流計(イオン電流計測器)である。
28は磁界(磁力線が図1において手前から奥方向へ向かう磁界)
29は磁界(磁束密度B)がイオン21に及ぼす力の方向
rはイオン21の飛行円軌跡の半径である。
装置PBにおいても、プラズマ2は、例えば、チャンバ1内を図示省略の排気装置で排気減圧してガスプラズマ生成圧に維持しつつ、チャンバ1内に図示省略のガス供給装置からガス(例えばアルゴンガス)を供給し、図示省略の熱陰極型アーク放電によって生成することができる。
4 that are substantially the same as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. That is,
PB is a plasma processing apparatus (in this example, a target process S to which a bias voltage is applied from a bias power supply (not shown) is subjected to a target process (for example, a cleaning process by irradiation with ions such as argon ions) under plasma. apparatus〕,
1 is a vacuum chamber,
2 is plasma,
19 is a deflection magnetic field type mass analyzer disposed at a position in contact with the plasma 2;
20 is an entrance slit of the mass analyzer 3,
21 is a positive ion,
22 is an output variable bias power source for applying a negative voltage between the mass analyzer 19 and the plasma 2, 23 is an FC slit at the ion exit,
Reference numerals 24 and 26 denote suppressors that push back secondary electrons, and the suppressor power supply 25 detects ions. Faraday cup 27 is an ammeter (ion current measuring instrument).
Reference numeral 28 denotes a magnetic field (magnetic field whose magnetic field lines are directed from the front to the back in FIG. 1).
29, the direction r of the force exerted by the magnetic field (magnetic flux density B) on the ion 21 is the radius of the flight locus of the ion 21.
Also in the apparatus PB, for example, the plasma 2 is gas (for example, argon gas) from a gas supply device (not shown) in the chamber 1 while maintaining the gas plasma generation pressure by evacuating the inside of the chamber 1 with an exhaust device (not shown). ), And can be generated by hot cathode arc discharge (not shown).

質量分析器19は図6の質量分析器と同様に質量分析を行える。
図4のプラズマ電位計測装置Bによると、プラズマ2の電位とともにプラズマにおけるイオン種の同定のためのファクタも求めることができる。
すなわち、質量分析器19とプラズマ2との間に出力可変バイアス電源22から少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたっては、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、質量分析器19に応じた質量分析条件Xを求め、
かくして得た、各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、予め導いておいた式Vb=aX2 −Vp(Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位)を回帰式として該回帰式を最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該回帰式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めることができる。
The mass analyzer 19 can perform mass analysis similarly to the mass analyzer of FIG.
According to the plasma potential measuring apparatus B of FIG. 4, the factor for identifying the ion species in the plasma can be obtained together with the potential of the plasma 2.
That is, at least two different voltages are respectively applied from the output variable bias power source 22 between the mass analyzer 19 and the plasma 2 to perform mass analysis. In performing the mass analysis, each of the at least two different voltages is applied. For each voltage Vb, a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer 19 that can detect the same ion as in the case of the other voltage of the at least two different voltages is obtained.
The equation Vb = aX 2 −Vp (Vp is the plasma potential of the potential measurement target plasma) derived in advance for each voltage Vb and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage obtained as a regression equation. By fitting the regression equation using the least square method, a and Vp in the regression equation are calculated to obtain the plasma potential Vp, and to obtain a for identifying the ion species. it can.

質量分析器として偏向磁場型質量分析器19を採用している本例では、前記Vb=aX2 −Vpにおける質量分析条件Xは磁束密度Bと該質量分析器によるイオンの飛行軌道半径rの積(r×B)であり、前記式におけるaは、該質量分析器により検出される同一イオンの質量をm、該イオンの価数をZ、該イオンの電荷素量をeとすると、
(Z/m)×e/2であり、前記Vb=aX2 −Vpは、
Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −Vpとなる。
In this example in which a deflection magnetic field type mass analyzer 19 is employed as the mass analyzer, the mass analysis condition X at Vb = aX 2 −Vp is the product of the magnetic flux density B and the flight trajectory radius r of ions by the mass analyzer. (R × B) where a in the above equation is m, the valence of the same ion detected by the mass analyzer is Z, the valence of the ion is e, and the elementary charge of the ion is e.
(Z / m) × e / 2, and Vb = aX 2 −Vp is
Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 −Vp.

Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −Vpが導かれる理由は次の通りである。
電源22から質量分析器19に印加されるバイアス電圧をVb、プラズマ2のプラズマ電位をVpとすると、E×B型質量分析器の場合と同様に次式(5) が成り立つ。
The reason why Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 −Vp is derived is as follows.
Assuming that the bias voltage applied from the power source 22 to the mass analyzer 19 is Vb and the plasma potential of the plasma 2 is Vp, the following equation (5) is established as in the case of the E × B type mass analyzer.

Figure 2011210714
Figure 2011210714

上記式(5) において、mはイオン質量、vはイオン速度、Zはイオンの価数、eは電荷素量である。イオンの熱エネルギーは室温状態において0.03eV程度と非常に小さいので無視した。なお、本例の場合も、バイアス電圧は負電圧、プラズマ電位は正電位であるが、いずれも絶対値で記載している。   In the above formula (5), m is the ion mass, v is the ion velocity, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge. Ion thermal energy was neglected because it was very small at about 0.03 eV at room temperature. In this example as well, the bias voltage is a negative voltage and the plasma potential is a positive potential, but both are described as absolute values.

偏向磁場型質量分析器19において、イオンの検出条件は、磁界(磁束密度B)によりイオンが受ける力が遠心力と釣り合う場合であるから、次の式(6) から導かれる式(7) のようになる。

Figure 2011210714
Figure 2011210714
In the deflection magnetic field type mass analyzer 19, the ion detection condition is a case where the force received by the ion due to the magnetic field (magnetic flux density B) is balanced with the centrifugal force. Therefore, the following equation (6) is derived. It becomes like this.
Figure 2011210714
Figure 2011210714

(7) 式を前記(5) 式に代入して整理すると、次式(8) が得られる。

Figure 2011210714
式(8) は、バイアス電圧Vbが磁界(磁束密度B)とイオンの軌道半径rとの積(r×B)の2次式であることを示している。 Substituting equation (7) into equation (5) and rearranging it yields the following equation (8).
Figure 2011210714
Expression (8) indicates that the bias voltage Vb is a quadratic expression of the product (r × B) of the magnetic field (magnetic flux density B) and the orbital radius r of ions.

そこで、例えばイオンの軌道半径rを固定し、図1のプラズマ電位計測の場合と同様に、質量分析器19とプラズマ2との間に電源22から少なくとも二つの異なるバイアス電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、各バイアス電圧Vbとそのバアイス電圧のときにイオンを検出した磁束密度Bとイオンの軌道半径の積(r×B)の組み合わせデータを少なくとも二組求め、それらデータをプラズマ電位算出部としてのコンピュータPC2に入力して、プラズマ電位Vp及びイオン種を同定するためのファクタを算出させることができる。
磁束密度Bは、例えば図4に例示するように電磁石タイプ等の通電制御可能の磁界発生部280を採用し、この磁界発生部への通電を制御して磁束密度Bを調整することができる。すなわち、磁束密度Bを調整できる磁界発生部280は質量分析器の質量分析条件把握部(質量分析条件把握手段)の少なくとも一部の構成メンバーであるとも言える。
Therefore, for example, the ion orbit radius r is fixed, and at least two different bias voltages are respectively applied from the power source 22 between the mass analyzer 19 and the plasma 2 as in the case of the plasma potential measurement of FIG. Analysis is performed, and at least two sets of combination data of the product (r × B) of the magnetic flux density B and the orbital radius of the ions detected at each bias voltage Vb and its baice voltage are obtained, and the plasma potential is calculated. A factor for identifying the plasma potential Vp and the ion species can be calculated by inputting to the computer PC2 as a unit.
As the magnetic flux density B, for example, as illustrated in FIG. 4, a magnetic field generation unit 280 such as an electromagnet type that can be controlled to be energized is adopted, and the magnetic flux density B can be adjusted by controlling the power supply to the magnetic field generation unit. That is, it can be said that the magnetic field generation unit 280 capable of adjusting the magnetic flux density B is at least a part of the constituent members of the mass analysis condition grasping unit (mass analysis condition grasping means) of the mass analyzer.

コンピュータPC2には、記録媒体M2から次のプログラムを読み込ませてある。すなわち、
少なくとも二つの異なるバイアス電圧Vbと、各バイアス電圧に対応する磁束密度Bとイオン軌道半径rの積(r×B)の組み合わせデータのキーボードからの入力に応じて該データを読み込み、読み込んだ該データに前記式(8) を最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該式におけるイオン種同定のための(Z/m)×e/2及びプラズマ電位Vpをそれぞれ算出するプログラムである。
The computer PC2 reads the next program from the recording medium M2. That is,
The data is read according to the input from the keyboard of the combination data of at least two different bias voltages Vb and the product (r × B) of the magnetic flux density B and ion orbit radius r corresponding to each bias voltage. Is a program for calculating (Z / m) × e / 2 and the plasma potential Vp for identifying ion species in the equation by fitting the equation (8) using the least square method.

従って、質量分析器19によりプラズマを質量分析することで、少なくとも二つのバイアス電圧Vbと、各電圧Vbに対応する(r×B)を得て、これらデータをコンピュータPC2に入力して、プラズマ電位Vp及びイオン種同定のための(Z/m)×e/2を求めることができる。イオン種同定については、eが既知であるから、(Z/m)を求めることができ、そによりイオン種を同定できる。プログラムには、算出した(Z/m)×e/2からさらにZ/mを算出する手順が含まれていてもよい。   Therefore, mass analysis of the plasma by the mass analyzer 19 obtains at least two bias voltages Vb and (r × B) corresponding to each voltage Vb, and these data are input to the computer PC2 to obtain the plasma potential. Vp and (Z / m) × e / 2 for ion species identification can be obtained. As for ion species identification, since e is known, (Z / m) can be obtained, whereby the ion species can be identified. The program may include a procedure for further calculating Z / m from the calculated (Z / m) × e / 2.

また、本例では、rを固定しているため、実際には積(r×B)についてはBを入力することで足りるようにしておき、VbとBの組み合わせのうちから少なくとも二つを入力することで、(Z/m)×e×r2 /2とVpを算出することができるようにしておいてもよい。
In this example, since r is fixed, in practice, it is sufficient to input B for the product (r × B), and at least two of the combinations of Vb and B are input. by, it may be prepared to be calculated (Z / m) × e × r 2/2 and Vp.
.

(Z/m)×e×r2 /2のうち、e及びrは既知であるから、m/Zを算出することができ、これからイオン種を同定することができる。プログラムには、算出した(Z/m)×e×r2 /2からさらにm/Zを算出する手順が含まれていてもよい。 (Z / m) of × e × r 2/2, since e and r are known, it is possible to calculate the m / Z, can now be identified ion species. The program instructions may include calculating a further m / Z from the calculated (Z / m) × e × r 2/2.

以上説明した例では、積(r×B)のうちrを固定して磁束密度Bを変化させたが、逆にBを固定してイオン軌道半径rを変化させてもよく、両者を変化させてもよい。イオンの軌道半径rはファラデーカップ25、サプレッサ24及びFCスリット23を移動させることで変化させることができる。
また、積(r×B)のうちrを固定して磁束密度Bを変化させる場合、例えば、コンピュータPC2から、例えば図4に鎖線で示すようなインターフエースIFbを介して、或いは、電源の構成によってはかかるインターフエースIFbを介することなく、各電源へ電圧印加のオン、オフの指示や必要に応じて出力電圧の指示を出すようにするとともに、電流計27で検出される情報を読み込むようにし、コンピュータPC2において各バイアス電圧Vbとそれに対応する磁束密度Bのデータを収集し、そのデータに基づいてVp及びイオン種同定のためのm/Zを算出できるようにしてもよい。
In the example described above, r of the product (r × B) is fixed and the magnetic flux density B is changed, but conversely, B may be fixed and the ion orbit radius r may be changed. May be. The ion orbit radius r can be changed by moving the Faraday cup 25, suppressor 24 and FC slit 23.
When r is fixed in the product (r × B) and the magnetic flux density B is changed, for example, from the computer PC2, for example, via an interface IFb as shown by a chain line in FIG. Depending on the interface IFb, the power supply may be instructed to turn on / off the voltage, and the output voltage may be instructed as necessary, and the information detected by the ammeter 27 may be read. The computer PC2 may collect data on each bias voltage Vb and the magnetic flux density B corresponding to the bias voltage Vb, and calculate Vp and m / Z for ion species identification based on the data.

本発明はプラズマを用いる膜形成、イオン注入、エッチング等の処理において、質量分析器を利用して、プラズマの質量分析を行えるとともに、プローブ計測器を用いないで、プラズマ電位を求めることに利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used to perform plasma mass analysis using a mass analyzer in film formation using plasma, ion implantation, etching, and the like, and can be used to obtain a plasma potential without using a probe measuring instrument. .

PA、PB プラズマ処理装置
A、B プラズマ電位計測装置
1 真空チャンバ
2 プラズマ
3 B×E型質量分析器
4 質量分析器入口スリット、
5 正イオン、
6、7 偏向板、
8、9 偏向電源
10 バイアス電源、
11 イオン出口のFCスリット、
12 サプレッサ
14 サプレッサ電源
13 ファラデーカップ
15 電流計(イオン電流計測器)
16 磁界
17 磁界がイオンに及ぼす力の方向(下向き方向)
18 偏向板6、7間の電界がイオンに及ぼす力の方向(上向き方向)
PC1 コンピュータ
M1 記録媒体
IFa インターフェース
19 偏向磁場型質量分析器、
20 質量分析器入口スリット、
21 正イオン、
22 バイアス電源、
23 イオン出口のFCスリット、
24 サプレッサ
25 ファラデーカップ
26 サプレッサ電源
27 電流計(イオン電流計測器)
28 磁界
280 磁界発生部
29 磁界がイオンに及ぼす力の方向
r イオンの飛行円軌跡の半径
PC2 コンピュータ
M2 記録媒体
IFb インターフェース
PA, PB Plasma processing apparatus A, B Plasma potential measuring apparatus 1 Vacuum chamber 2 Plasma 3 B × E type mass analyzer 4 Mass analyzer inlet slit,
5 positive ions,
6, 7 deflection plate,
8, 9 Bias power supply 10 Bias power supply
11 FC slit at the ion outlet,
12 Suppressor 14 Suppressor Power Supply 13 Faraday Cup 15 Ammeter (Ion Current Meter)
16 Magnetic field 17 Direction of force exerted on ion by magnetic field (downward direction)
18 Direction of force exerted on ions by electric field between deflecting plates 6 and 7 (upward direction)
PC1 computer M1 recording medium IFa interface 19 deflection magnetic field type mass analyzer,
20 Mass spectrometer inlet slit,
21 positive ions,
22 Bias power supply,
23 FC slit at the ion exit,
24 suppressor 25 Faraday cup 26 suppressor power supply 27 ammeter (ion current measuring instrument)
28 Magnetic field 280 Magnetic field generator 29 Direction of force exerted by magnetic field on ion r Radius of flight circle locus of ion PC2 Computer M2 Recording medium IFb interface

Claims (12)

プラズマ電位測定対象プラズマに対して該プラズマ中のイオンの質量分析を行える質量分析器を配置すること、
該質量分析器と該プラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたっては、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めること及び
プラズマ電位算出部において、かくして得た各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、予め導いておいた式Vb=aX2 −Vp(Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位)を回帰式として該回帰式を最小二乗法を用いてフィッティングさせることにより、該回帰式におけるa及びVpをそれぞれ算出させることで、該プラズマ電位Vpを求めさせ、併せてイオン種を同定するためのaを求めさせること
を含むことを特徴とするプラズマ電位計測方法。
Disposing a mass analyzer capable of performing mass analysis of ions in the plasma with respect to a plasma potential measurement target plasma;
At least two different voltages are respectively applied between the mass analyzer and the plasma to perform mass analysis. In performing the mass analysis, at least two voltages Vb of the at least two different voltages are used. It is possible to detect the same ion as in the case of the other voltage among the two different voltages, and to obtain a mass analysis condition X according to the mass analyzer, and in the plasma potential calculation unit, each voltage Vb thus obtained and the voltage The equation Vb = aX 2 −Vp (Vp is the plasma potential of the potential measurement target plasma) derived in advance is fitted to the corresponding data of the mass spectrometry condition X, and the regression equation is fitted using the least square method. To calculate the plasma potential Vp by calculating a and Vp in the regression equation, respectively, and to identify the ion species at the same time A method for measuring a plasma potential, comprising: obtaining a.
前記質量分析器に対して該質量分析器と該プラズマとの間にイオン質量分析のための電圧を印加する電圧印加部及び該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めるための質量分析条件把握部を設け、該電圧印加部に前記質量分析器と前記プラズマとの間に前記少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加させて該質量分析器に質量分析を実施させ、該質量分析実施にあたっては、前記質量分析条件把握部に該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めさせる請求項1記載のプラズマ電位計測方法。   A voltage application unit for applying a voltage for ion mass spectrometry between the mass analyzer and the plasma with respect to the mass analyzer, and a mass analysis condition for obtaining a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer A grasping unit is provided, and the voltage application unit is configured to perform the mass analysis by applying the at least two different voltages between the mass analyzer and the plasma, respectively. Mass corresponding to the mass analyzer capable of detecting the same ions as the other voltages of the at least two different voltages for each voltage Vb of the at least two different voltages in the mass analysis condition grasping unit. The plasma potential measurement method according to claim 1, wherein the analysis condition X is obtained. 前記質量分析器はE×B型質量分析器であり、前記質量分析条件Xは電界強度Eと磁束密度Bとの比(E/B)であり、前記回帰式におけるaは、該質量分析器により検出される同一イオンの質量をm、該イオンの価数をZ、該イオンの電荷素量をeとすると、(m/Z)/2eであり、前記Vb=aX2 −Vpは、
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −Vp
である請求項1又は2記載のプラズマ電位計測方法。
The mass analyzer is an E × B type mass analyzer, the mass analysis condition X is a ratio (E / B) of the electric field intensity E and the magnetic flux density B, and a in the regression equation is the mass analyzer. If the mass of the same ion detected by m is m, the valence of the ion is Z, and the elementary charge of the ion is e, then (m / Z) / 2e, and Vb = aX 2 −Vp is
Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 −Vp
The plasma potential measuring method according to claim 1 or 2.
前記質量分析器は磁場偏向型質量分析器であり、前記質量分析条件Xは磁束密度Bと該質量分析器によるイオンの飛行軌道半径rの積(r×B)であり、前記回帰式におけるaは、該質量分析器により検出される同一イオンの質量をm、該イオンの価数をZ、該イオンの電荷素量をeとすると、(Z/m)×e/2であり、前記Vb=aX2 −Vpは、 Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −Vp
である請求項1又は2記載のプラズマ電位計測方法。
The mass analyzer is a magnetic field deflection type mass analyzer, and the mass analysis condition X is a product (r × B) of a magnetic flux density B and a flight orbit radius r of ions by the mass analyzer, and a in the regression equation Is (Z / m) × e / 2, where m is the mass of the same ion detected by the mass analyzer, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge of the ion, and Vb = AX 2 −Vp Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 −Vp
The plasma potential measuring method according to claim 1 or 2.
電位測定対象プラズマに対して配置されべき、該プラズマ中のイオンの質量分析を行える質量分析器と、
該質量分析器と該プラズマとの間に電圧を印加するための電圧印加部と、
該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求める質量分析条件把握部と、
プラズマ電位算出部とを含んでおり、
前記プラズマ電位算出部は、プラズマ電位を計測するにあたり前記電圧印加部から前記質量分析器と前記プラズマとの間に印加される少なくとも二つの異なる電圧のデータ及び前記質量分析条件把握部により求められる該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとの該質量分析器に応じた質量分析条件Xのデータを入力することができ、
前記プラズマ電位算出部は、入力される各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、予め設定された式Vb=aX2 −Vp(Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位)を回帰式として該回帰式を最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該回帰式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めることができることを特徴とするプラズマ電位計測装置。
A mass analyzer capable of mass analysis of ions in the plasma to be arranged with respect to the potential measurement target plasma;
A voltage application unit for applying a voltage between the mass analyzer and the plasma;
A mass spectrometry condition grasping unit for obtaining mass spectrometry conditions X corresponding to the mass analyzer;
A plasma potential calculator,
The plasma potential calculation unit obtains data of at least two different voltages applied between the mass analyzer and the plasma from the voltage application unit and the mass analysis condition grasping unit when measuring the plasma potential. Data of mass analysis conditions X corresponding to the mass analyzer for each voltage Vb of at least two different voltages can be input,
The plasma potential calculation unit uses a preset formula Vb = aX 2 −Vp (Vp is a plasma potential of the potential measurement target plasma) for each input voltage Vb and data of the mass spectrometry condition X corresponding to the voltage Vb. ) Is used as a regression equation, and the regression equation is fitted using the least square method to calculate a and Vp in the regression equation, thereby obtaining the plasma potential Vp and also identifying the ion species A plasma potential measuring device characterized in that a can be obtained.
前記電圧Vbとそれに対応する前記質量分析条件Xのデータを集める部分及び前記プラズマ電位算出部を含むプラズマ電位計測部が設けられており、該データを集める部分は、前記プラズマの電位を計測するにあたり、前記電圧印加部に、前記質量分析器と前記プラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加させて該質量分析器に該プラズマ中のイオンの質量分析を実施させるとともに前記質量分析条件把握部に該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めさせ、
前記プラズマ電位算出部は、かくして得られる、各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータに、前記式Vb=aX2 −Vpを最小二乗法を用いてフィッティングさせることにより、該式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求める請求項5記載のプラズマ電位計測装置。
A part for collecting the data of the voltage Vb and the corresponding mass analysis condition X and a plasma potential measuring part including the plasma potential calculating part are provided, and the part for collecting the data is used for measuring the potential of the plasma. The voltage application unit applies at least two different voltages between the mass analyzer and the plasma to cause the mass analyzer to perform mass analysis of ions in the plasma and grasp the mass analysis conditions For each voltage Vb of the at least two different voltages, a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer that can detect the same ion as the other voltage of the at least two different voltages is obtained. Let
The plasma potential calculation unit fits the equation Vb = aX 2 −Vp to each voltage Vb and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage using the least square method, thereby obtaining the voltage Vb. 6. The plasma potential measuring apparatus according to claim 5, wherein a plasma potential Vp is obtained by calculating a and Vp in the equation, and a for identifying the ion species is also obtained.
前記質量分析器はE×B型質量分析器であり、前記質量分析条件Xは電界強度Eと磁束密度Bとの比(E/B)であり、前記回帰式におけるaは、該質量分析器により検出される同一イオンの質量をm、該イオンの価数をZ、該イオンの電荷素量をeとすると、(m/Z)/2eであり、前記Vb=aX2 −Vpは、
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −Vp
である請求項5又は6記載のプラズマ電位計測装置。
The mass analyzer is an E × B type mass analyzer, the mass analysis condition X is a ratio (E / B) of the electric field intensity E and the magnetic flux density B, and a in the regression equation is the mass analyzer. If the mass of the same ion detected by m is m, the valence of the ion is Z, and the elementary charge of the ion is e, then (m / Z) / 2e, and Vb = aX 2 −Vp is
Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 −Vp
The plasma potential measuring device according to claim 5 or 6.
前記質量分析器は磁場偏向型質量分析器であり、前記質量分析条件Xは磁束密度Bと該質量分析器によるイオンの飛行軌道半径rの積(r×B)であり、前記回帰式におけるaは、該質量分析器により検出される同一イオンの質量をm、該イオンの価数をZ、該イオンの電荷素量をeとすると、(Z/m)×e/2であり、前記Vb=aX2 −Vpは、 Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −Vp
である請求項5又は6記載のプラズマ電位計測装置。
The mass analyzer is a magnetic field deflection type mass analyzer, and the mass analysis condition X is a product (r × B) of a magnetic flux density B and a flight orbit radius r of ions by the mass analyzer, and a in the regression equation Is (Z / m) × e / 2, where m is the mass of the same ion detected by the mass analyzer, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge of the ion, and Vb = AX 2 −Vp Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 −Vp
The plasma potential measuring device according to claim 5 or 6.
真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該プラズマのもとで被処理物品に目的とする処理を施すことができるプラズマ処理装置であり、請求項5から8のいずれかに記載のプラズマ電位計測装置を含んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。   9. A plasma processing apparatus capable of generating plasma in a vacuum chamber and performing a target process on an object to be processed under the plasma, wherein the plasma potential measuring apparatus according to claim 5 is used. A plasma processing apparatus comprising the plasma processing apparatus. 膜形成、イオン注入、エッチング及び物品表面清浄化処理のうちから選ばれた1又は2以上の処理を行える装置である請求項9記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the apparatus is capable of performing one or more processes selected from film formation, ion implantation, etching, and article surface cleaning. 請求項1、2、3又は4記載のプラズマ電位計測方法を実施する手順の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、
前記質量分析器とプラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたって、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めることで得られる該各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータを読み込むステップ及び
読み込んだ該データに前記式Vb=aX2 −Vpを最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
A computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for performing the plasma potential measurement method according to claim 1, 2, 3, or 4.
At least two different voltages are respectively applied between the mass analyzer and the plasma to perform mass analysis, and in performing the mass analysis, at least two different voltages for each voltage Vb of the at least two different voltages. Among the voltages, the same ions as in the case of other voltages can be detected. Each of the voltages Vb obtained by obtaining the mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer and the mass analysis condition X corresponding to the voltage can be detected. A step of reading data, and fitting the equation Vb = aX 2 −Vp to the read data using a least square method to calculate a and Vp in the equation, respectively, thereby obtaining the plasma potential Vp, At the same time, a computer reading recording a program for causing a computer to execute the step of obtaining a for identifying the ion species Recordable media.
請求項1、2、3又は4記載のプラズマ電位計測方法を実施する手順の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムであり、前記質量分析器とプラズマとの間に少なくとも二つの異なる電圧をそれぞれ印加して質量分析を実施し、該質量分析実施にあたって、該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Vbごとに、該少なくとも二つの異なる電圧のうちの他の電圧の場合と同一のイオンを検出できる、該質量分析器に応じた質量分析条件Xを求めることで得られる該各電圧Vbと該電圧に対応する前記質量分析条件Xのデータを読み込むステップ及び
読み込んだ該データに前記式Vb=aX2 −Vpを最小二乗法を用いてフィッティングすることにより、該式におけるa及びVpをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Vpを求め、併せてイオン種を同定するためのaを求めるステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
A program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for carrying out the plasma potential measurement method according to claim 1, wherein at least two different voltages are applied between the mass analyzer and the plasma. Each is applied to perform mass analysis, and in performing the mass analysis, for each voltage Vb of the at least two different voltages, it is possible to detect the same ions as in the other voltages of the at least two different voltages. , A step of reading each voltage Vb obtained by obtaining a mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer and data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage, and the read data to the equation Vb = aX 2 By fitting -Vp using the least squares method and calculating a and Vp in the equation, respectively, the plasma potential V The program for making a computer perform the step which calculates | requires p for calculating | requiring p and identifying ion species together.
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