JP2011210715A - Ion current density measuring method, ion current density measuring device, plasma treating device, recording medium, and program - Google Patents
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Abstract
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実施するにあたり、所望の目的とする処理を施すために、被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を計測する方法及び装置、さらには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も関係している。 In the present invention, when performing processing such as film formation, ion implantation, etching, and surface cleaning processing on an article to be processed using plasma, the ion irradiation dose to the article to be processed The present invention relates to a method and apparatus for measuring ion current density, 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、プラズマの密度及び電子温度等のプラズマパラメータや被処理物品へのイオンの照射量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。 Plasma processing such as film formation (film formation), ion implantation, etching, surface cleaning processing, etc., in order to perform desired processing, plasma parameters such as plasma density and electron temperature, and processing target It is important to control the irradiation amount of ions on the article, and in order to do so, monitoring of these is indispensable.
プラズマ密度や電子温度の計測方法には一般的に光学的方法と静電プローブ法があるが、全イオン密度を計測する場合は後者の方が簡易的であると考えられる。
図3はプラズマ処理装置A1において、プラズマパラメータを静電プローブ法の一つであるシングルプローブ法を用いて計測している例を示している。
In general, there are an optical method and an electrostatic probe method for measuring plasma density and electron temperature, but the latter method is considered simpler when measuring the total ion density.
FIG. 3 shows an example in which the plasma parameter is measured using the single probe method which is one of electrostatic probe methods in the plasma processing apparatus A1.
真空チャンバ1内に設置したフィラメント3にはフィラメント電源4が接続されており、電源(本例では出力可変電源)4にてフィラメント3に電流を流すことによってフィラメント3を高温に加熱すると、フィラメント3の表面から熱電子が放出し、フィラメント3の片端とチャンバ1の間に、フィラメント3の片端が負電位になるように、放電電源5によって電圧を印加することでフィラメント3から放出した熱電子が加速される。
A
このとき、チャンバ1内を図示省略の排気装置にてプラズマ生成圧に排気減圧しつつチャンバ1内へ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導入すると、加速された熱電子が該ガスに衝突し、電子衝撃型のイオン化によりプラズマ2が形成される。 フィラメント3、フィラメント電源4及び放電電源5等はプラズマ生成装置Pを構成している。
At this time, when a gas, for example, argon gas, is introduced from the gas supply device (not shown) into the
チャンバ1内の被処理物品ホルダ6に、予め配置しておいた被処理物品、例えばアルゴンガスイオンで表面を清浄化したい基材Sにバイアス電源10から負電圧を印加すると、プラズマ2中のアルゴンイオンが基材Sに向かって加速照射され、基材S表面の清浄化が行われる。
When a negative voltage is applied from a
この時、表面の清浄化が行われる程度については、アルゴンイオン照射量に比例し、またアルゴンイオンのエネルギにも依存すると考えられる。アルゴンイオンのエネルギについてはバイアス電源10の電圧で制御、モニタリングできるが、アルゴンイオン照射量については、別途モニタリングする必要がある。
At this time, the degree to which the surface is cleaned is proportional to the amount of argon ion irradiation, and also depends on the energy of argon ions. The argon ion energy can be controlled and monitored by the voltage of the
図3に示す例では、チャンバ1にシングルプローブ計測器8が設置されており、これによりプラズマパラメータであるプラズマ2のプラズマ密度及び電子温度を計測することができる。
In the example shown in FIG. 3, a single
シングルプローブ計測器8は、先端(プローブ部分)81が金属などの導電性材料で形成されており、先端プローブ81に出力可変電源82から電圧を印加できるものであり、それ自体広く知られているものである。
The single
シングルプローブ計測器8によるプラズマパラメータの計測にあたっては電源82から先端プローブ81に電圧を印加し、このときプローブ81に流れる電流を電流計83で計測する。
In measuring the plasma parameters by the single
それ自体既に知られていることであるから詳細説明は省略するが、このとき得られた電圧一電流特性からプラズマ密度と電子温度、プラズマ電位などを求めることができる。
プローブ計測器によるプラズマパララメータの計測については、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「最新プラズマ発生技術」の「付録1.プローブ計測法」に記載されている。
Since it is already known per se, detailed description is omitted, but the plasma density, electron temperature, plasma potential, etc. can be obtained from the voltage-current characteristics obtained at this time.
The measurement of plasma parameters using a probe measuring instrument is described in, for example, “
基材Sに照射されるイオン量のモニタリングは、基材Sに流れる電流、すなわちバイアス電源10に流れる電流を計測すればよいように思われるが、実際には、基材表面からの2次電子放出や、基材表面処理の進展にともなう基材表面状態の変化による2次電子放出係数の変化などにより、電源10に流れる電流の正確な計測はできない。
The monitoring of the amount of ions irradiated on the substrate S seems to be achieved by measuring the current flowing through the substrate S, that is, the current flowing through the
したがって、基材Sに照射されるイオン量のモニタリングには、別途2次電子放出を抑制する構造を持った電流計測器が必要になってくる。このような電流計測器の一般的なものとして、イオン計測電極の前面にサプレッサ電極を配置し、これに負電圧を印加することによって、該イオン計測電極から放出される2次電子を再度イオン計測電極に押し返すことによって、正確なイオン電流を計測することができるものを挙げることができる。 Therefore, for monitoring the amount of ions irradiated on the substrate S, a current measuring instrument having a structure for suppressing secondary electron emission is required. As a typical current measuring instrument, a suppressor electrode is arranged in front of an ion measuring electrode, and a negative voltage is applied to the ion measuring electrode, whereby secondary electrons emitted from the ion measuring electrode are ion measured again. The thing which can measure an exact ion current by pushing back to an electrode can be mentioned.
このように、プラズマパラメータであるプラズマ密度及び電子温度の計測のほか、被処理物品への正確なイオン照射量の計測も実施するには、プローブ計測器とイオン電流計測器の両方が必要である。 In this way, in addition to the measurement of plasma density and electron temperature, which are plasma parameters, both the probe instrument and the ion current instrument are necessary to accurately measure the ion dose to the article to be processed. .
しかし、それら両方をチャンバ1内に設置するにはそのための設置スペースが必要となり、それだけ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、プラズマ処理装置が高価になる。
However, in order to install both of them in the
そこで本発明は、プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理において該被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度の計測も行える割りには安価に済むイオン電流密度計測方法を提供することを第1の課題とする。 Accordingly, the present invention provides a plasma processing apparatus for generating plasma in a vacuum chamber and performing an intended processing on the article to be processed disposed in the vacuum chamber under the plasma. The ion current density that indicates the amount of ion irradiation can be measured together with the plasma density and electron temperature using a probe measuring instrument without relying on the ion current measuring instrument. A first problem is to provide an ion current density measurement method that can be measured at a low cost while the ion current density can be measured.
また本発明は、プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理において該被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度の計測も行える割りには簡素化された安価なイオン電流密度計測装置を提供することを第2の課題とする。 The present invention also provides an article to be processed in plasma processing in which a plasma is generated in a vacuum chamber using a plasma generating apparatus, and an object to be processed disposed in the vacuum chamber is subjected to a target process under the plasma. The ion current density that indicates the amount of ion irradiation can be measured together with the plasma density and electron temperature using a probe measuring instrument without relying on the ion current measuring instrument. A second object is to provide an inexpensive ion current density measuring apparatus that is simplified and capable of measuring ion current density.
さらに本発明は、プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、プラズマ処理における被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度を計測できる割りには大型化することなく、それだけ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 using a plasma generating apparatus, and subjecting an object to be processed disposed in the vacuum chamber to a target process under the plasma, The ion current density, which indicates the amount of ion irradiation to the article to be processed in plasma processing, can be measured together with the plasma density and electron temperature using a probe measuring instrument without relying on the ion current measuring instrument. A third problem is to provide a plasma processing apparatus that can be measured at a low cost without increasing its size while measuring the ion current density together with the temperature measurement.
さらに本発明は、本発明に係るイオン電流密度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の記録媒体及びプログラムを提供することを第4及び第5の課題とする。 Furthermore, the present invention provides a computer-readable recording medium and a program for recording a program for causing a computer to execute at least a part of the procedure for carrying out the ion current density measuring method according to the present invention. Let it be 5 issues.
本発明は前記第1の課題を解決するため、
プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理において該被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を計測する方法であり、
プローブ計測器を用いて静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマ密度n及び電子温度Teを求めること、
イオン電流密度算出部に、前記得られたプラズマ密度n及び電子温度Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出させること
を含むイオン電流密度計測方法を提供する。
In order to solve the first problem, the present invention provides:
The amount of ion irradiation to the article to be processed in the plasma processing in which plasma is generated in the vacuum chamber using the plasma generation apparatus, and the object to be processed disposed in the vacuum chamber is subjected to a target treatment under the plasma. Is a method of measuring the ion current density indicating
Obtaining a plasma density n and an electron temperature Te in the vacuum chamber by an electrostatic probe method using a probe measuring instrument;
Based on the obtained plasma density n and electron temperature Te, the ion current density J indicating the ion irradiation amount to the article to be processed
And calculation using the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). An ion current density measurement method is provided.
本発明は前記第2の課題を解決するため、
プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理において該被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を計測する装置であり、
静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマ密度n及び電子温度Teを求めるためのプローブ計測器と、
前記プローブ計測器を用いて求められる前記プラズマ密度n及び電子温度Teを入力することができ、入力される該プラズマ密度n及び電子温度Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出するイオン電流密度算出部と を含むイオン電流密度計測装置を提供する。
In order to solve the second problem, the present invention
The amount of ion irradiation to the article to be processed in the plasma processing in which plasma is generated in the vacuum chamber using the plasma generation apparatus, and the object to be processed disposed in the vacuum chamber is subjected to a target treatment under the plasma. Is a device for measuring the ion current density indicating
A probe measuring instrument for determining the plasma density n and the electron temperature Te in the vacuum chamber by an electrostatic probe method;
The plasma density n and electron temperature Te obtained using the probe measuring instrument can be inputted, and the ion irradiation amount to the article to be processed is shown based on the inputted plasma density n and electron temperature Te. Ion current density J
Ion current density calculated using the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). An ion current density measuring device including a calculation unit is provided.
前記イオン電流密度算出部は前記プローブ計測器を用いて求められる前記プラズマ密度n及び電子温度Teを入力するデータ入力部を備えることができる。
いずれにしても、本発明に係るイオン電流計測方法及び装置において、前記静電プローブ法は、シングルプローブ法、ダブルプローブ法及びトリプルプローブ法から選ばれた静電ブローブ法とすることができる。
The ion current density calculator may include a data input unit for inputting the plasma density n and the electron temperature Te obtained using the probe measuring instrument.
In any case, in the ion current measuring method and apparatus according to the present invention, the electrostatic probe method can be an electrostatic probe method selected from a single probe method, a double probe method, and a triple probe method.
本発明に係るイオン電流密度計測装置において、プローブ計測器を用いて得られる真空チャンバ内プラズマ密度n及び電子温度Teを求めるにあたっては、ユーザーがこれをコンピュータ等を適宜利用して行い、得られたプラズマ密度n及び電子温度Teをイオン電流密度算出部に入力してイオン電流密度を算出させてもよい。 In the ion current density measuring apparatus according to the present invention, when obtaining the plasma density n and the electron temperature Te in the vacuum chamber obtained using the probe measuring instrument, the user performed this appropriately using a computer or the like. The ion current density may be calculated by inputting the plasma density n and the electron temperature Te into the ion current density calculation unit.
しかし、プラズマ密度n及び電子温度Teの計測部を設けておき、該計測部で、イオン電流密度計測にあたり、前記プローブ計測器を用いて前記真空チャンバ内プラズマ密度n及び電子温度Teを求めてもよい。
そして、前記イオン電流密度算出部が、そのようにして得られたプラズマ密度n及び電子温度Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、前記式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)を用いて算出させるようにしてもよい。
However, a measurement unit for the plasma density n and the electron temperature Te is provided, and the measurement unit can determine the plasma density n and the electron temperature Te in the vacuum chamber using the probe measuring instrument when measuring the ion current density. Good.
Then, the ion current density calculation unit calculates the ion current density J indicating the ion irradiation amount to the article to be processed based on the plasma density n and the electron temperature Te thus obtained, from the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−½) may be used for calculation.
いずれにしても、イオン電流密度算出部或いはプラズマ密度n及び電子温度Teの計測部としては、本発明に係るイオン電流密度計測装置専用のものとして設けられていてもよいし、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。イオン電流密度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 ion current density calculation unit or the plasma density n and electron temperature Te measurement unit may be provided exclusively for the ion current density measurement device according to the present invention. For example, an external computer may be used. It may be used. A computer dedicated to the ion current density measuring device can also be used.
本発明に係るイオン電流密度計測方法及び装置によると、被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度の計測も行える割りには安価にそれらを計測することができる。 According to the ion current density measuring method and apparatus according to the present invention, the ion current density indicating the ion irradiation amount to the article to be processed can be measured by using a probe measuring instrument without relying on the ion current measuring instrument. They can be measured together with the temperature, and the ion current density can be measured together with the measurement of the plasma density and the electron temperature.
本発明は前記第3の課題を解決するため、
プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、本発明に係るイオン電流密度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 that generates a plasma in a vacuum chamber using a plasma generation apparatus and performs an intended process on the article to be processed disposed in the vacuum chamber under the plasma. A plasma processing apparatus including a current density measuring apparatus is provided.
本発明に係るプラズマ処理装置では、プラズマ処理における被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度を計測できる割りには大型化することなく、それだけ安価に提供できる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the ion current density indicating the ion irradiation amount to the article to be processed in the plasma processing can be obtained by using the probe measuring instrument without relying on the ion current measuring instrument. It can be measured at the same time, and it can be provided at a lower cost without increasing the size of the ion current density while measuring the plasma density and the electron temperature.
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記イオン電流密度算出部で算出されるイオン電流密度が、前記被処理物品へ目的とする処理を施すためのイオン照射量を示すイオン電流密度へ向かうようにプラズマ密度nを調整すべく前記プラズマ生成装置を制御する制御部を含んでいてもよい。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the plasma is such that the ion current density calculated by the ion current density calculating unit is directed to an ion current density indicating an ion irradiation amount for performing a target process on the article to be processed. A control unit for controlling the plasma generating apparatus to adjust the density n may be included.
いずれにしても、本発明に係るプラズマ処理装置において前記被処理物品にプラズマのもとで施す処理としては、該被処理物品への膜形成、該被処理物品のエッチング、該被処理物品へのイオン注入、該被処理物品表面の清浄化処理から選ばれた1又は2以上の処理を例示できる。 In any case, in the plasma processing apparatus according to the present invention, the treatment to be performed on the article to be treated under plasma includes film formation on the article to be treated, etching of the article to be treated, One or more treatments selected from ion implantation and cleaning treatment of the surface of the article to be treated can be exemplified.
また本発明は前記第4の課題を解決するため、
本発明に係るイオン電流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記録媒体であって、
プローブ計測器を用いて静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマの密度n及び電子温度Te求めるステップ及び
得られた前記プラズマ密度n及びプラズマ電位Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出す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を提供する。
Moreover, this invention solves the said 4th subject,
A recording medium recording a program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for performing an ion current measuring method according to the present invention,
The step of obtaining the density n and electron temperature Te of the plasma in the vacuum chamber by an electrostatic probe method using a probe measuring instrument, and the ion irradiation amount to the article to be processed based on the obtained plasma density n and plasma potential Te Ion current density J indicating
A step of calculating using the equation J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). Provided is a computer-readable recording medium on which a program to be executed is recorded.
本発明はまた前記第5の課題を解決するため、本発明に係るイオン電流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、
プローブ計測器を用いて静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマの密度n及び電子温度Te求めるステップ及び
得られた前記プラズマ密度n及びプラズマ電位Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出す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。
In order to solve the fifth problem, the present invention is also a program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for performing the ion current measurement method according to the present invention,
The step of obtaining the density n and electron temperature Te of the plasma in the vacuum chamber by an electrostatic probe method using a probe measuring instrument, and the ion irradiation amount to the article to be processed based on the obtained plasma density n and plasma potential Te Ion current density J indicating
A step of calculating using the equation J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). We also provide a program to make it run.
本発明に係るプログラムや本発明に係る記録媒体に記録されたプログラムには、さらに、前記式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)で算出されるイオン電流密度が、前記被処理物品へ目的とする処理を施すためのイオン照射量を示すイオン電流密度へ向かうようにプラズマ密度を調整すべく前記プラズマ生成装置を制御す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含んでいてもよい。 The program according to the present invention or the program recorded on the recording medium according to the present invention further includes an ion calculated by the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2). For causing a computer to execute a step of controlling the plasma generation device so as to adjust the plasma density so that the current density is directed toward an ion current density indicating an ion irradiation amount for performing a target process on the article to be processed. May contain a program.
以上説明したように本発明によると、プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理において該被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度の計測も行える割りには安価に済むイオン電流密度計測方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, plasma processing is performed in which a plasma is generated in a vacuum chamber using a plasma generation apparatus, and an object to be processed placed in the vacuum chamber is subjected to a target processing under the plasma. In this case, the ion current density indicating the ion irradiation amount to the article to be processed can be measured together with the plasma density and the electron temperature using a probe measuring instrument without relying on the ion current measuring instrument. It is possible to provide an ion current density measuring method that can be measured at a low cost while the ion current density can be measured together with the above measurement.
また本発明によると、プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理において該被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度の計測も行える割りには簡素化された安価なイオン電流密度計測装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, in the plasma processing for generating plasma in the vacuum chamber using the plasma generating apparatus and performing the target processing under the plasma on the processing target disposed in the vacuum chamber, the processing target Ion current density, which indicates the amount of ion irradiation to an article, can be measured together with plasma density and electron temperature using a probe measuring instrument without relying on an ion current measuring instrument. Therefore, it is possible to provide a simplified and inexpensive ion current density measuring apparatus that can measure ion current density.
さらに本発明によると、プラズマ生成装置を用いて真空チャンバ内にプラズマを発生させ、該真空チャンバ内に配置した被処理物品に該プラズマのもとで目的とする処理を施すプラズマ処理装置であって、プラズマ処理における被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を、イオン電流計測器に頼ることなく、プローブ計測器を利用して、プラズマ密度や電子温度と併せて計測でき、プラズマ密度や電子温度の計測と併せてイオン電流密度を計測できる割りには大型化することなく、それだけ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 for generating a plasma in a vacuum chamber using a plasma generating apparatus, and subjecting an object to be processed disposed in the vacuum chamber to a target process under the plasma. The ion current density indicating the ion irradiation amount to the article to be processed in the plasma processing can be measured together with the plasma density and the electron temperature using the probe measuring instrument without relying on the ion current measuring instrument. It is possible to provide a plasma processing apparatus that can be manufactured at a lower cost without being increased in size while the ion current density can be measured together with the measurement of the electron temperature.
また本発明によると、本発明に係るイオン電流密度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及び該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を提供することもできる。 In addition, according to the present invention, it is also possible to provide a program for causing a computer to execute at least a part of the procedure for carrying out the ion current density measuring method according to the present invention, and a computer-readable recording medium on which the program is recorded.
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は本発明に係るイオン電流密度計測装置の1例Bを備えたプラズマ処理装置の1例Aを示している。
図1に示すプラズマ処理装置Aは、図3に示すプラズマ処理装置A1におけるプラズマ発生装置Pやプローブ計測器8と同じプラズマ発生装置P及びシングルプローブ計測器8を備えている。真空チャンバ1、被処理物品Sのホルダ6及びそれへバイアス電圧を印加する電源10も装置A1のものと同じであり、図示を省略したチャンバ1へのガス供給装置やチャンバ1からの排気装置も備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an example A of a plasma processing apparatus provided with an example B of an ion current density measuring apparatus according to the present invention.
The plasma processing apparatus A shown in FIG. 1 includes the same plasma generating apparatus P and single
プラズマ発生装置Pはフィラメント3、出力可変のフィラメント電源4及び放電電源5を備えており、電源4からフィラメント3に電流を流してフィラメント3を加熱し、その表面から熱電子を放出させる一方、放電電源5から電圧を印加することで熱電子を加速してチャンバ1内の減圧状態のガス(例えばアルゴンガス)に衝突させ、電子衝撃型のイオン化によりプラズマ2を形成することができる。
The plasma generator P includes a
ホルダ6上の被処理物品、例えばアルゴンガスイオンで表面を清浄化したい基材Sにバイアス電源10から負電圧を印加することで、プラズマ2中のアルゴンイオンを基材Sに向かって加速照射して、基材S表面の清浄化を行うことができる。
By applying a negative voltage from the
既述のとおり、表面の清浄化が行われる程度については、アルゴンイオン照射量に比例する。そこで、このプラズマ処理装置Aでは、プローブ計測器8を利用して、イオン照射量を示すイオン電流密度を計測する。
As described above, the degree to which the surface is cleaned is proportional to the argon ion irradiation amount. Therefore, in the plasma processing apparatus A, the
図1に示す例では、チャンバ1にシングルプローブ計測器8が設置されており、これによりプラズマパラメータであるプラズマ2のプラズマ密度及び電子温度を計測することができる。プローブ計測器8はインターフェース7を介してコンピュータPCから指示されて動作する。
In the example shown in FIG. 1, a single
プローブ計測器8、インターフエース7及びパーソナルコンピュータPC等はイオン電流密度計測装置Bを構成している。
The
コンピュータPCには、記録媒体Mからつぎのプログラムを予め読み込ませてある。
プローブ計測器を用いて静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマ密度n及び電子温度Teを求めるステップ及び
得られた前記プラズマ密度n及びプラズマ電位Teに基づいて、被処理物品Sへのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出するステップを
コンピュータに実行させるためのプログラムである。
The computer PC is loaded with the following program from the recording medium M in advance.
The step of obtaining the plasma density n and electron temperature Te in the vacuum chamber by an electrostatic probe method using a probe measuring instrument, and the ion irradiation amount to the article S to be processed based on the obtained plasma density n and plasma potential Te Ion current density J indicating
A step of calculating using the equation J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ion charge amount, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). It is a program for making it run.
コンピュータPCには、さらに記録媒体Mからつぎのプログラムも予め読み込ませてある。すなわち、
前記式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)で算出されるイオン電流密度が、被処理物品Sへ目的とする処理を施すためのイオン照射量を示す予め定めてコンピュータPCに記憶させてあるイオン電流密度へ向かうようにプラズマ密度を調整すべくプラズマ生成装置Pにおけるプィラメント電源4の出力を制御す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である。
The computer PC further reads the next program from the recording medium M in advance. That is,
The ion current density calculated by the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) indicates the ion irradiation amount for applying the target treatment to the article to be treated S. This is a program for causing a computer to execute the step of controlling the output of the
シングルプローブ計測器8は、パーソナルコンピュータPCからインターフェース7を介して電圧出力指示がなされると、出力可変電源82から先端プローブ81に電圧を印加し、このときプローブ81に流れる電流を電流計83で検出する。このときの電流−電圧特性はコンピュータPCに入力され、コンピュータPCは該電圧−電流特性からそれ自体すでに知られている、そして予めコンピュータPCに記録媒体Mから格納してある計算手順でプラズマ密度と電子温度、プラズマ電位などを求めることができる。
When the single
また、コンピュータPCは、このようにして得られたプラズマ密度nと電子温度Teに基づいて、イオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)を用いて算出する。
Further, the computer PC calculates the ion current density J based on the plasma density n and the electron temperature Te thus obtained,
Calculation is performed using the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2).
かくして得られるイオン電流密度Jは、コンピュータPCに予め記憶させてある、所望の目的とする処理を実施するための参照イオン電流密度と比較され、プローブ計測器8を用いて求められるプラズマ密度n及び電子温度Teに基づいて算出されるイオン電流密度Jが参照イオン電流密度に向かうように、フィラメント電源4の出力がコンピュータPCの指示のもとに調整される。算出されるイオン電流密度が大きすぎるときは、電源4の出力を小さくしてプラズマ密度を低下させ、算出されるイオン電流密度が小さすぎるときは、電源4の出力を大きくしてプラズマ密度nを大きくする。
The ion current density J thus obtained is compared with the reference ion current density stored in advance in the computer PC for performing the desired target processing, and the plasma density n obtained using the
次にイオン電流密度が式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)を用いて算出できることについて説明する。 Next, the fact that the ion current density can be calculated using the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) will be described.
本例では、プラズマ2中に臨む位置に配置されている基材Sに電源10から負電圧が印加されるが、この負電圧印加によりプラズマ2と基材Sとの間に、図2に示すようにシースshが形成される。このイオンシース領域における空間電荷制限電流密度J1 は次のようなChild-Langmuirの式(1) で与えられる。
In this example, a negative voltage is applied from the
なお、この例では説明を簡単にするためイオン種は1種類としている。イオン種が複数種類のときについては後述する。
In this example, only one ion species is used to simplify the explanation. The case where there are a plurality of ion species will be described later.
一方、シース端でのイオン飽和電流密度はJ2 は、Bohmの条件より次式(2) で与えられる。 On the other hand, the ion saturation current density at the sheath end J 2 is given by the following equation (2) from the Bohm condition.
J1 =J2 =Jとおくと、式(1) 及び式(2) より次式(3) が得られる。
定常状態或いは定常状態とみなせるときは、式(3) において、dr/dt=0とおくと次式(4) が得られる。
またイオン電流密度Jは式(2) より次式(5) のようになる。
基材S表面の清浄化を行う場合、汚染物や酸化膜の薄層のみをイオン照射によって除去することは困難なので、通常はこれらを含めて基材S表面を一定の厚さでエッチングすることになる。イオンの基材へのスパッタ率を例えば5とする。ここでスパッタ率とは、イオン1個がスパッタする基材構成原子数と定義し、説明を簡略化するために、基材Sは1種類の元素のみから構成されているものとする。 When cleaning the surface of the base material S, it is difficult to remove only contaminants and thin layers of oxide films by ion irradiation. Therefore, the surface of the base material S including these is usually etched to a certain thickness. become. A sputtering rate of ions to the base material is set to 5, for example. Here, the sputtering rate is defined as the number of atoms constituting the base material on which one ion is sputtered. In order to simplify the description, the base material S is assumed to be composed of only one kind of element.
基材の密度をρs 、基材構成原子の質量をm、エッチングレートをRとすると、前記式(5) を用いて次式(6) が成立する。
式(6) より、エッチングレートRはプラズマ密度nと電子温度Teの0.5乗の積に比例することがわかる。したがって、例えば図1に示したようなシングルプローブ計測器8を用いて常時プラズマ密度と電子温度を計測しておけば、計測時におけるエッチングレートが算出でき、エッチング量を見積もることができる。よって、所定量の厚さをエッチングする場合、仮にエッチングレートが変化したような場合でも、そのときのエッチングレートを算出し、正確な厚さのエッチングが可能となるのである。
From the equation (6), it can be seen that the etching rate R is proportional to the product of the plasma density n and the electron temperature Te to the power of 0.5. Therefore, for example, if the plasma density and the electron temperature are always measured using the single
何らかの原因でプラズマ密度が高くなり、イオン照射量の増加とともに基材Sの温度が上昇しすぎて不具合をおこす場合があるが、この場合でも、常時プラズマ密度を計測しているので、プラズマ密度を所定の密度に下げるように制御すればこのような問題は防止することができる。 For some reason, the plasma density becomes high, and the temperature of the substrate S may rise too much as the amount of ion irradiation increases. Even in this case, since the plasma density is constantly measured, Such a problem can be prevented by controlling to lower the density.
なお、プラズマ密度と電子温度のモニタリングはシングルプローブ法のみならず、ダブルプローブ法やトリプルプローブ法でも可能である。プラズマ電位が変動するようなプラズマの場合、シングルプローブ法では計測値に誤差がでる場合があり、例えば基材Sをエッチングするときには、エッチング量の誤差が大きくなる可能性がある。その場合はダブルプローブ法を用いればこのような問題は解消される。 The plasma density and the electron temperature can be monitored not only by the single probe method but also by the double probe method or the triple probe method. In the case of plasma in which the plasma potential fluctuates, there may be an error in the measured value in the single probe method. For example, when the substrate S is etched, the error in the etching amount may increase. In such a case, such a problem can be solved by using the double probe method.
プラズマの時間的揺らぎが大きく、プラズマ密度や電子温度が時間的に変動するような場合は、トリプルプローブ法を用いて極短時間での瞬時測定を常時実施すれば問題は解消できる。 If the time fluctuation of the plasma is large and the plasma density and electron temperature fluctuate with time, the problem can be solved by always performing instantaneous measurement in a very short time using the triple probe method.
基材構成元素が2種類以上の場合でも、基材構成原子の質量mを基材構成原子の平均質量で換算すれば式(6) と同じ関係式が成り立つと考えられ、上述したようにエッチング量のモニタリングが可能となる。 Even when there are two or more types of substrate constituent elements, it is considered that the same relational expression as equation (6) holds if the mass m of the substrate constituent atoms is converted into the average mass of the constituent atoms of the substrate. The quantity can be monitored.
イオン種が2種類以上の場合は式(6) の代わりに次式(7) が成り立つ。
式(7) において、添字i はイオン種を表している。プローブ法で計測されるプラズマ密度nは次式(8) で表すことができる。
したがって式(8) から個々のni は決定できないが、事前に質量分析などの方法によって計測しておくことは可能である。そこで、次式のような関係式(9) が得られたものとする。
ここで、式(8) 及び式(9) より、次の関係式(10)が満足される。
式(9) におけるαi は、プラズマ密度nの関数とも考えられるが、プラズマ密度が大きく変わらない範囲内では一定とみなすことができる。すると、式(9) を式(7) に代入することにより、次式(11)が得られる。
したがって、式(11)より、プローブ法においてプラズマ密度と電子温度を計測すれば、エッチング量のモニタリングをすることができるのである。 Therefore, from the equation (11), if the plasma density and the electron temperature are measured in the probe method, the etching amount can be monitored.
基材表面にイオン注入を実施する場合も、その注入レートは式(5) で与えられるイオン電流密度に比例するものと考えられるので、プローブ法においてプラズマ密度と電子温度を計測すれば、イオン注入量のモニタリングをすることができる。 Even when ion implantation is performed on the substrate surface, the implantation rate is considered to be proportional to the ion current density given by Equation (5), so if the plasma density and electron temperature are measured in the probe method, the ion implantation is performed. The amount can be monitored.
例えば、イオン種は一種類で、1原子分子イオンとし、全てイオン注入されるものとすると、単位時間、単位面積あたりに注入されるイオンの個数をドーズレートRdoseとすれば、前記式(5) を用いて次式(12)が成り立つ。
また、基材表面に膜形成する場合は、イオンのみが膜形成に寄与する場合は上述した場合と同様に、プローブ法においてプラズマ密度と電子温度を計測すれば、成膜時の膜厚をモニタリングすることができる。 When forming a film on the substrate surface, if only ions contribute to the film formation, as in the case described above, if the plasma density and electron temperature are measured by the probe method, the film thickness during film formation can be monitored. can do.
膜形成にイオンだけでなく、ラジカルのような中性粒子が関与する場合は、その割合が問題となるが、この場合も事前に何らかの計測方法を用いてその割合を計測しておくことは可能である。プラズマ密度が変化した場合、その割合も変化する可能性はあるが、プラズマ密度が大きく変化しない範囲内であれば、おおよその割合は一定であるものとみなすことができ、したがって、この場合も上述した場合と同様に、プローブ法においてプラズマ密度と電子温度を計測すれば、成膜のときの膜厚のモニタリングをすることが可能である。 If not only ions but also neutral particles such as radicals are involved in the film formation, the ratio becomes a problem. In this case as well, it is possible to measure the ratio using some measurement method in advance. It is. When the plasma density changes, the ratio may also change, but if the plasma density does not change significantly, the approximate ratio can be considered to be constant. As in the case of the above, if the plasma density and the electron temperature are measured in the probe method, it is possible to monitor the film thickness at the time of film formation.
例えば、イオン種は一種類で、1原子分子イオンとし、全て膜になるものとし、またイオン以外は膜形成に寄与しないとすると、膜密度をρf (単位体積あたりの質量)、単位時間、単位面積あたりに形成される膜の厚さを成膜レートRdepoとすれば、前記式(5) をを用いて次式(13)が成り立つ。 For example, assuming that there is only one kind of ion species, that is, one atomic molecular ion, all of which become a film, and that other than ions do not contribute to film formation, the film density is ρ f (mass per unit volume), unit time, If the thickness of the film formed per unit area is defined as the film formation rate R depo , the following equation (13) is established using the above equation (5).
前記コンピュータPCには、式(11)、式(12)、式(13)のうち少なくとも一つを用いてエッチング量R、ドーズレートRdose、成膜レートRdepoのうち少なくとも一つを算出するプログラムを記録媒体M等から予め格納しておいてもよい。
なお、コンピュータPCで得られる所望ファクタはコンピュータPCのディスプレイに表示させることができるし、図示省略のプリンタにプリント出力させることもできる。
The computer PC has a program for calculating at least one of the etching amount R, the dose rate R dose , and the film forming rate R depo using at least one of the equations (11), (12), and (13). May be stored in advance from the recording medium M or the like.
The desired factor obtained by the computer PC can be displayed on the display of the computer PC, or can be printed out by a printer (not shown).
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、プローブ計測器を利用して、被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度を計測することに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used to measure an ion current density indicating an ion irradiation amount to an object to be processed using a probe measuring instrument in processes such as film formation using plasma, ion implantation, and etching.
A、A1 プラズマ処理装置
2 プラズマ
P プラズマ発生装置
3 フィラメント
4 プィラメント電源
5 放電電源
6 ホルダ
S 被処理物品(図示例では被処理基材)
B イオン電流密度計測装置
7 インターフエース
8 プローブ計測器
81 先端プローブ
82 プローブ電源
83 電流計
PC パーソナルコンピュータ
M 記録媒体
10 バイアス電源
sh シース
r シース幅
A, A1
B Ion current
Claims (12)
プローブ計測器を用いて静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマ密度n及び電子温度Teを求めること、
イオン電流密度算出部に、前記得られたプラズマ密度n及び電子温度Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出させること
を含むことを特徴とするイオン電流密度計測方法。 The amount of ion irradiation to the article to be processed in the plasma processing in which plasma is generated in the vacuum chamber using the plasma generation apparatus, and the object to be processed disposed in the vacuum chamber is subjected to a target treatment under the plasma. Is a method of measuring the ion current density indicating
Obtaining a plasma density n and an electron temperature Te in the vacuum chamber by an electrostatic probe method using a probe measuring instrument;
Based on the obtained plasma density n and electron temperature Te, the ion current density J indicating the ion irradiation amount to the article to be processed
And calculation using the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). An ion current density measuring method characterized by the above.
静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマ密度n及び電子温度Teを求めるためのプローブ計測器と、
前記プローブ計測器を用いて求められる前記プラズマ密度n及び電子温度Teを入力することができ、入力される該プラズマ密度n及び電子温度Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出するイオン電流密度算出部と を含むことを特徴とするイオン電流密度計測装置。 The amount of ion irradiation to the article to be processed in the plasma processing in which plasma is generated in the vacuum chamber using the plasma generation apparatus, and the object to be processed disposed in the vacuum chamber is subjected to a target treatment under the plasma. Is a device for measuring the ion current density indicating
A probe measuring instrument for determining the plasma density n and the electron temperature Te in the vacuum chamber by an electrostatic probe method;
The plasma density n and electron temperature Te obtained using the probe measuring instrument can be inputted, and the ion irradiation amount to the article to be processed is shown based on the inputted plasma density n and electron temperature Te. Ion current density J
Ion current density calculated using the formula J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). An ionic current density measurement apparatus comprising: a calculation unit.
前記イオン電流密度算出部は、該プラズマの密度n及び電子温度Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、前記式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)を用いて算出させる請求項3又は4記載のイオン電流密度計測装置。 A plasma density and electron temperature measurement unit is included, and the plasma density and electron temperature measurement unit calculates the plasma density n and the electron temperature Te in the vacuum chamber using the probe measuring instrument when measuring the ion current density. ,
The ion current density calculation unit calculates the ion current density J indicating the ion irradiation amount to the article to be processed based on the plasma density n and the electron temperature Te, using the formula J = nq [√ (k · Te / M)]. The ion current density measuring apparatus according to claim 3 or 4 calculated using exp (-1/2).
プローブ計測器を用いて静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマの密度n及び電子温度Te求めるステップ及び
得られた前記プラズマ密度n及びプラズマ電位Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出す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 storing a program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for performing the ion current measuring method according to claim 1 or 2.
The step of obtaining the density n and electron temperature Te of the plasma in the vacuum chamber by an electrostatic probe method using a probe measuring instrument, and the ion irradiation amount to the article to be processed based on the obtained plasma density n and plasma potential Te Ion current density J indicating
A step of calculating using the equation J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). A computer-readable recording medium on which a program to be executed is recorded.
プローブ計測器を用いて静電プローブ法により該真空チャンバ内プラズマの密度n及び電子温度Te求めるステップ及び
得られた前記プラズマ密度n及びプラズマ電位Teに基づいて、前記被処理物品へのイオン照射量を示すイオン電流密度Jを、
式J=nq〔√(k・Te/M)〕・exp(−1/2)(該式においてqはイオン電荷量、kはボルツマン定数、Mはイオン質量)を用いて算出す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 performing the ion current measurement method according to claim 1,
The step of obtaining the density n and electron temperature Te of the plasma in the vacuum chamber by an electrostatic probe method using a probe measuring instrument, and the ion irradiation amount to the article to be processed based on the obtained plasma density n and plasma potential Te Ion current density J indicating
A step of calculating using the equation J = nq [√ (k · Te / M)] · exp (−1/2) (where q is the ionic charge, k is the Boltzmann constant, and M is the ion mass). A program to make it run.
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