JP2012089365A - Plasma potential and ion speed measurement method, plasma potential and ion speed measurement device and plasma processing apparatus and 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及びイオン速度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 an ion velocity, and further to a plasma processing apparatus, and further relates to a program used for carrying out 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
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 ×
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において上向き方向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
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、これら二つのちから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
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
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 showing a plasma processing apparatus PB that performs a target process under the
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に通して分析器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
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
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 ×
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.
プラズマ中のイオンエネルギーの計測には例えば静電エネルギーアナライザーが用いられる。その構造は、ここでは図示を省略するが、数枚のグリッドとイオンが流入するコレクターなどから構成され、グリッドやコレクターに電圧を印加するための電源などからシステムが構成されている。静電エネルギーアナライザーで計測されるのはイオンのエネルギーであるが、イオン種、つまりイオンの質量がわかればイオンのエネルギーをE、イオンの質量をmとすれば、E=1/2mv2 からイオンの速度vを算出することができる。 For example, an electrostatic energy analyzer is used to measure ion energy in plasma. Although not shown here, the structure is composed of several grids and a collector into which ions flow, and a system is composed of a power source for applying a voltage to the grid and collectors. While being measured by the electrostatic energy analyzer is an energy of ions, ionic species, that is, if knowing the mass of the ions E the energy of the ions, the ion mass m, the ions from E = 1/2 mv 2 The velocity v can be calculated.
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.
以上の説明から分かるように、イオン速度計測とプラズマ電位計測の両方を実施するには、質量分析器と静電エネルギーアナライザー及びプローブ計測器のすべてが必要である。しかし、それらすべてをチャンバ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大し、また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, in order to perform both ion velocity measurement and plasma potential measurement, a mass analyzer, an electrostatic energy analyzer, and a probe instrument are all necessary. However, if all 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、イオン速度の分析と併せて計測でき、プラズマ電位とイオン速度計測の双方を行え、かつ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 velocity by applying a mass analyzer without relying on the probe measuring device. It is a first object to provide a plasma potential measurement method that can perform both of them and is inexpensive.
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、イオン速度の分析と併せて計測でき、イオン速度とプラズマ電位計測の双方を行え、かつ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 velocity by applying a mass analyzer without relying on the probe measuring instrument. A second object is to provide an inexpensive plasma potential measuring apparatus that can perform both of them and is simplified.
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、イオン速度の分析と併せて計測でき、イオン速度分析とプラズマ電位計測の双方を行え、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, a mass analyzer can be applied to perform ion velocity analysis, and both ion velocity analysis and plasma potential measurement can be performed. Providing is a third problem.
また本発明は、第1の課題を解決できるプラズマ電位及びイオン速度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 program for implementing the plasma potential and ion velocity measurement method capable of solving the first problem and a recording medium recording the program.
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毎に、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
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 −(k+Vp)(kはmv0 2/2Zeであり、m、v0、Zはそれぞれイオンの質量、プラズマ中の初速度、価数であり、eは電気素量である。Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位である。)を回帰式として該回帰式に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k+Vpをそれぞれ算出することで、イオン種を同定するためのaを求めることと、
前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して、
該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法による解析から前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めること、
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. The mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer capable of detecting the same ion as in the case of the other voltages among the two different voltages is obtained, and the mass analysis corresponding to each voltage Vb and the voltage thus obtained is obtained. Formula Vb = aX 2 − (k + Vp) (k is mv 0 2 / 2Ze, and m, v 0 and Z are the mass of ions and the initial velocity in the plasma, respectively. , E is the elementary electric charge, Vp is the plasma potential of the plasma to be measured, and the regression equation is fitted to the regression equation using the least square method. In And k + Vp to be to calculated, and determining the a to identify the ion species,
When the mass analyzer is regarded as a single probe, between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer, a voltage from which the potential of the mass analyzer is lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma. Apply continuously or intermittently, measure the applied voltage and the current flowing through the bias power supply,
From the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated from analysis by a single probe method,
Obtaining an ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k;
There is provided a plasma potential measurement method 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るべき、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バイアス電源と、
プラズマ電位算出部とを含んでおり、
前記プラズマの電位を計測するにあたり、前記バイアス電源に、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毎に、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を求めることができ、
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、予め設定された式Vb=aX2 −(k+Vp)(kはmv0 2/2Zeであり、m、v0、Zはそれぞれイオンの質量、プラズマ中の初速度、価数であり、eは電気素量である。Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位である。)を回帰式として該回帰式に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k+Vpをそれぞれ算出することで、イオン種を同定するためのaを求めることと、
前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めることができるプラズマ電位及びイオン速度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 spectrometry of ions in the plasma to be arranged with respect to the potential measurement target plasma;
A bias power source for applying a voltage between the mass analyzer and the plasma;
A plasma potential calculator,
In measuring the plasma potential, at least two different voltages are applied to the bias power source between the mass analyzer and the plasma, respectively, and mass analysis of ions in the plasma is performed on the mass analyzer. Then, 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. It is possible,
The plasma potential calculation unit obtains a predetermined expression Vb = aX 2 − (k + Vp) (k is mV 0 2 ) in the data of each voltage Vb and the mass analysis condition X corresponding to the voltage thus obtained. / Ze, m, v 0, and Z are the mass of ions, initial velocity in plasma, and valence, respectively, e is the elementary charge, and Vp is the plasma potential of the potential measurement target plasma.) To obtain a for identifying the ion species by calculating a and k + Vp in the regression equation by fitting the regression equation to the regression equation using the least square method,
When the mass analyzer is regarded as a single probe, between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer, a voltage from which the potential of the mass analyzer is lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma. Continuously or intermittently applied, the applied voltage and the current flowing through the bias power source are measured. From the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, the plasma potential measurement target plasma is measured by a single probe method. Provided is a plasma potential and ion velocity measuring device capable of calculating a potential Vp and obtaining an ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from a relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k.
本発明に係るプラズマ電位及びイオン速度計測装置において、前記プラズマの電位及びイオン速度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、プラズマ電位及びイオン速度計測装置のユーザーが前記電圧印加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、さらにそのデータをユーザーがプラズマ電位及びイオン速度を算出するようにしてもよい。
また、前記質量分析器をシングルプローブとみたて、プラズマ電位及びイオン速度計測装置のユーザーが、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めてもよい。
In the plasma potential and ion velocity measuring apparatus according to the present invention, when measuring the plasma potential and ion velocity, at least two different voltages are applied to the voltage application unit between the mass analyzer and the plasma, respectively. Allowing the mass analyzer to perform mass analysis of ions in the plasma, and for each voltage Vb of the at least two different voltages, the same ion as in the other of the at least two different voltages In order to obtain the mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer, the user of the plasma potential and ion velocity measuring device operates the voltage application unit to set the voltage between the mass analyzer and the plasma. Apply mass analysis to obtain the mass analysis condition X, and the user calculates the plasma potential and ion velocity based on the data. It may be so.
Further, when the mass analyzer is regarded as a single probe, the user of the plasma potential and ion velocity measurement device can measure the plasma potential between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer. Applying continuously or intermittently from a voltage lower than the potential of the target plasma to a higher voltage, measuring the applied voltage and the current flowing through the bias power source, and the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer From the above, the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated by a single probe method,
The ion velocity in the plasma potential measurement target plasma may be obtained from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k.
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プラズマ電位及びイオン速度算出部を含むプラズマ電位及びイオン速度計測部を設け、プラズマ電位及びイオン速度を計測するにあたり、該データを集める部分が、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毎に、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、前記プラズマ電位及びイオン速度算出部が、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
−(k+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k+Vpをそれぞれ算出することで、イオン種を同定するためのaを求め、次に前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めるようにしてもよい。
However, the plasma potential and ion velocity measurement unit including the voltage Vb and the corresponding data of the mass analysis condition X and the plasma potential and ion velocity calculation unit are provided, and when measuring the plasma potential and ion velocity, A part for collecting data causes the voltage application unit to apply 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, For each voltage Vb of the at least two different voltages, a mass spectrometric 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 and ion velocity calculation unit adds the data Vb and the mass analysis condition X data corresponding to the voltage thus obtained. Formula Vb = aX 2
-(K + Vp) is fitted using the least square method to calculate a and k + Vp in the equation, thereby obtaining a for identifying the ion species, and then measuring the plasma potential Between the target plasma and the mass analyzer, the potential of the mass analyzer is applied continuously or intermittently from a voltage lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma to a higher voltage, and the applied voltage and the bias The current flowing through the power source is measured, and the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated by the single probe method from the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, and the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated. And the relationship between a and k, the ion velocity in the plasma potential measurement target plasma may be obtained.
いずれにしても、プラズマ電位及びイオン速度算出部或いはプラズマ電位及びイオン速度計測部としては、本発明に係るプラズマ電位及びイオン速度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。プラズマ電位及びイオン速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 plasma potential and ion velocity calculation unit or the plasma potential and ion velocity measurement unit may be provided exclusively for the plasma potential and ion velocity measurement device according to the present invention. It may be used. A computer dedicated to the plasma potential and ion velocity measuring device can also be used.
なお、本発明に係るプラズマ電位及びイオン速度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ほぼ相当する電圧であり、正確には、図4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プラズマ電位を加えた電圧である。
In the plasma potential and ion velocity measuring method and apparatus according to the present invention, the voltage applied between the mass analyzer and the plasma is applied by the
本発明に係るプラズマ電位及びイオン速度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、イオン種の同定とプラズマ電位及びイオン速度計測を安価な装置で行える・ According to the method and apparatus for measuring plasma potential and ion velocity according to the present invention, the identification of the ion species and the measurement of plasma potential and ion velocity can be performed with an inexpensive apparatus by applying a mass analyzer without relying on a probe measuring instrument.
本発明に係るプラズマ電位及びイオン速度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磁場偏向型質量分析器を挙げることができる。 As a mass analyzer in the plasma potential and ion velocity measuring method and apparatus according to the present invention, an E × B type mass analyzer of the type illustrated in FIG. 1 as a representative example or a magnetic field deflection type mass spectrometer of the type illustrated in FIG. Can be mentioned.
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、プラズマ電位及びイオン速度計測方法及びプラズマ電位及びイオン速度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、電気素量をeとすると、(m/Z)/2eであり、前記Vb=aX2
−(k+Vp)は、
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −(k+Vp)
である。
The case where the E × B type mass spectrometer is employed will be further described. In the plasma potential and ion velocity measuring method and the plasma potential and ion velocity measuring device,
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. (M / Z) / 2e, where Vb = aX 2 , where m is the mass of the same ion detected by (2), Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge.
− (K + Vp) is
Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 − (k + 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、電気素量をeとすると、(Z/m)×e/2であり、前記Vb=aX2
−(k+Vp)は、
Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −(k+Vp)
である。
When a magnetic field deflection type mass analyzer is employed, the mass analyzer is a magnetic field deflection type mass analyzer, and the mass analysis condition X is a 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 regression equation is (Z / m) 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. ) × e / 2, and Vb = aX 2
− (K + Vp) is
Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 − (k + 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及びイオン速度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及びイオン速度を、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、かつ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 and ion velocity measuring apparatus according to the present invention, the plasma potential and ion velocity, which are parameters indicating the state of the plasma, can be measured without depending on the probe measuring instrument. By applying an analyzer, measurement can be performed together with the analysis of ion species, both mass spectrometry and plasma potential measurement can be performed, and it can be provided at low cost without increasing the size.
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.
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及びイオン速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毎に、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 −(k+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aX2
−Vpをそれぞれ算出することで、イオン種を同定するためのaを求めるステップと該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法による解析から前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出するステップ、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めるステップ、
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。
In order to solve the fourth 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 and ion velocity measurement method according to the present invention. At least two different voltages are respectively applied to the plasma to perform mass analysis, and in performing the mass analysis, for each voltage Vb of the at least two different voltages, the other of the at least two different voltages is used. Reading the data of each voltage Vb obtained by obtaining the mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer and the mass analysis condition X corresponding to the voltage, which can detect the same ions as in the case of the voltage of wherein the read the data type Vb = aX 2 - by (k + Vp) of the fitting using the least squares method, a in formula and X 2
-Vp is calculated to calculate the potential of the plasma potential measurement target plasma from the step of obtaining a for identifying the ion species and the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, from the analysis by the single probe method. Calculating Vp;
Obtaining an ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k;
A program for causing a computer to execute the program is also provided.
また本発明は、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及びイオン速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毎に、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 −(k+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(k+Vp)をそれぞれ算出することで、イオン種を同定するためのaを求めるステップ、前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加するステップ、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測するステップ、
該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出するステップ、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めるステップ、
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。
In order to solve the fifth problem, the present invention also provides a computer-readable recording recording a program for causing a computer to execute at least a part of a procedure for performing the plasma potential and ion velocity measuring method according to the present invention. The medium is configured to perform mass analysis by applying at least two different voltages between the mass analyzer and the plasma, and for performing the mass analysis, for each voltage Vb of the at least two different voltages, 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 other voltage of the at least two different voltages and the voltage corresponding to the voltage mass said analysis condition X of data read in step and read the data type Vb = aX 2 - a (k + Vp) by using the least square method Calculating a and (k + Vp) in the equation, respectively, to obtain a for identifying the ion species, the mass analyzer is regarded as a single probe, and the plasma potential measurement object A step of continuously or intermittently applying between the plasma and the mass analyzer from a voltage at which the potential of the mass analyzer is lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma to a higher voltage; the applied voltage and the bias Measuring the current flowing through the power supply,
Calculating the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma by a single probe method from the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer;
Obtaining an ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k;
There is also provided a computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute is recorded.
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及びイオン速度を、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及びイオン速度計測の双方を行え、かつ安価に済むプラズマ電位及びイオン速度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 and the ion velocity, which are parameters indicating the plasma state, can be measured together with the analysis of ion species by applying a mass analyzer without depending on the probe measuring instrument. In addition, it is possible to provide a plasma potential and ion velocity measuring method that can perform both mass spectrometry and plasma potential and ion velocity measurement, and can be inexpensive.
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、イオン種の同定と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位及びイオン速度計測の双方を行え、かつ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。 Further, according to the present invention, the plasma potential, which is a parameter indicating the plasma state, can be measured together with the identification of the ion species by applying the mass analyzer without relying on the probe measuring instrument. It is possible to provide a simplified and inexpensive plasma potential measuring apparatus that can perform both ion velocity measurements.
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、イオン種の同定と併せて計測でき、質量分析とプラズマ電位及びイオン速度計測の双方を行え、かつ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 identification of the ion species by applying the mass analyzer without relying on the probe measuring instrument, and both the mass analysis and the plasma potential and ion velocity measurement can be performed. An inexpensive plasma processing apparatus can be provided.
また本発明によると、上記プラズマ電位及びイオン速度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、イオン種を同定し、プラズマ電位を求め、イオン速度を求めることを容易化するものを提供することができる。 According to the present invention, there is also provided a program for implementing the above-described plasma potential and ion velocity measurement method and a recording medium on which the program is recorded, wherein the ion species can be identified, the plasma potential can be obtained, and the ion velocity can be easily obtained. Can be provided.
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及びイオン速度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はプラズマ電位及びイオン速度計測装置Aを備えている。プラズマ電位及びイオン速度計測装置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及びイオン速度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 and ion velocity measuring apparatus according to the present invention.
The plasma processing apparatus PA shown in FIG. 1 includes a plasma potential and ion velocity measuring apparatus A. The plasma potential and ion velocity measuring apparatus A includes the same E × B
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〕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. Device].
For example, the
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のプラズマ電位及びイオン速度計測装置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毎に、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 −(k+Vp)(kはmv0 2/2Zeであり、m、v0、Zはそれぞれイオンの質量、初速度、価数、eは電気素量である。Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位である。)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(k+Vp)をそれぞれ算出することで、イオン種を同定するためのaを求めることができる。
次に、前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して、
該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により(段落0017記載の非特許文献1:p211〜p218参照)前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めることができる。
ここで、「前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し」とは、一般にプラズマ電位はプラズマ容器に対して10〜50V程度高く、従ってプラズマ電位より十分低い−100Vから十分高い100V程度まで連続的あるいは断続的に印加することを例示できる。
The
According to the plasma potential and ion velocity measuring apparatus A in FIG. 1, factors for identifying ion species in plasma can be obtained together with the potential of
That is, at least two different voltages are respectively applied between the
Formula Vb = aX 2 − (k + Vp) (k is mv 0 2 / 2Ze) previously derived from the data of each voltage Vb and the mass analysis condition X corresponding to the voltage thus obtained, m , V 0, and Z are the ion mass, initial velocity, valence, e is the elementary electric charge, Vp is the plasma potential of the plasma to be measured, and the regression equation is the least square method. Can be obtained by calculating a and (k + Vp) in the regression equation, respectively.
Next, assuming that the mass analyzer is a single probe, the potential of the mass analyzer is increased between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer from a voltage at which the potential of the mass analyzer is lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma. Continuously or intermittently applied to a voltage to measure the applied voltage and the current flowing through the bias power supply,
From the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated by a single probe method (see Non-Patent Document 1: p211 to p218 described in paragraph 0017),
The ion velocity in the plasma potential measurement target plasma can be obtained from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k.
Here, “applying continuously or intermittently from a voltage lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma to a higher voltage” generally means that the plasma potential is about 10 to 50 V higher than the plasma container, and therefore the plasma For example, the voltage may be applied continuously or intermittently from −100 V that is sufficiently lower than the potential to about 100 V that is sufficiently higher.
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 −(k+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は電気素量)。従ってVb=aX2
−(k+Vp)は、
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −(k+Vp)となる。
In this example in which the E × B
− (K + Vp) is
Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 − (k + Vp).
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −(k+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とし、例えば、膜形成を行う真空アーク蒸着法のように、蒸発面近傍でのプラズマ2中でプラズマ電位が高い場合、プラズマ2中のイオンは初速度を持つので、プラズマ2中のイオンの初速度をv0とすると次式(1)が成り立つ。
The reason why Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 − (k + Vp) will be described below.
The bias voltage applied from the
上記式(1) において、mはイオンの質量、vは質量分析器に入射するときのイオン速度、v0はプラズマ中のイオンの初速度、Zはイオンの価数、eは電気素量である。 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 mass of the ion, v is the ion velocity when entering the mass analyzer, v 0 is the initial velocity of the ion in the plasma, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge. is there. 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。
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。
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、図示省略の真空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,
The
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。
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 circles in FIG. 3 are (380, 4.42), (330, 4.12), and (280, 3.82).
プラズマ電位及びイオン速度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(k+Vp)をそれぞれ算出するプログラムである。ここで、kはmv0 2/2Zeである。
The computer PC1 serving as the plasma potential and ion velocity calculation unit reads the following 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 ( k + Vp). Here, k is mv 0 2 / 2Ze.
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、(k+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。
さらに、コンピュータPC1には、記録媒体M1から次のプログラムも読み込ませてある。
すなわち、前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して記録媒体M1に記録し、プラズマ電位及びイオン速度算出部にて、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度をそれぞれ算出するプログラムである。
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
Further, the computer PC1 is also loaded with the next program from the recording medium M1.
That is, when the mass analyzer is regarded as a single probe, the potential of the mass analyzer increases from a voltage lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer. Voltage is applied continuously or intermittently, the applied voltage and the current flowing through the bias power supply are measured and recorded on the recording medium M1, and the applied voltage and the mass analyzer are calculated by a plasma potential and ion velocity calculation unit. The plasma potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated from the relationship of the current flowing through the plasma by the single probe method. The relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a, k It is a program for calculating the ion velocity.
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, (m / Z) / (2e × B 2
) And Vp may be calculated.
(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 includes the calculated (m / Z) / (2e × B 2
) May further include a procedure for calculating m / Z.
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。
また、例えば、コンピュータPC1で各電源へ電圧印加のオン、オフ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(k+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 strength E is changed by fixing B out of the ratio (E / B), but conversely, the magnetic flux density B may be changed by fixing E, and both are changed. Also good.
Further, for example, the computer PC1 issues an instruction to turn on / off the voltage application to each power source and reads information detected by the
図4は本発明に係るプラズマ電位及びイオン速度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はプラズマ電位及びイオン速度計測装置Bを備えている。プラズマ電位及びイオン速度計測装置Bは、図6に示す質量分析器と同じ磁場偏向型質量分析器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速度、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及びイオン速度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 and ion velocity measuring apparatus according to the present invention.
The plasma processing apparatus PB shown in FIG. 4 includes a plasma potential and ion velocity measuring apparatus B. The plasma potential and ion velocity measuring device B includes the same magnetic field deflection
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〕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 under the plasma of the article to be processed S to which a bias voltage is applied from a bias power supply (not shown) (for example, a cleaning process by irradiation with ions such as argon ions). [Apparatus for applying].
Also in the apparatus PB, for example, the
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のプラズマ電位及びイオン速度計測装置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毎に、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 −(k+Vp)(kはmv0 2/2Zeであり、m、v0、Zはそれぞれイオンの質量、プラズマ中の初速度、価数、eは電気素量である。Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位である。)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(k+Vp)をそれぞれ算出することで、イオン種を同定するためのaを求めることができる。
次に前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して、
該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法による解析により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めることができる。
The
According to the plasma potential and ion velocity measuring apparatus B in FIG. 4, a factor for identifying the ion species in the plasma can be obtained together with the potential of the
That is, at least two different voltages are respectively applied between the
Formula Vb = aX 2 − (k + Vp) (k is mv 0 2 / 2Ze) previously derived from the data of each voltage Vb and the mass analysis condition X corresponding to the voltage thus obtained, m , V 0, and Z are the mass of ions, initial velocity in plasma, valence, e is the elementary electric charge, and Vp is the plasma potential of the plasma to be measured for potential). By fitting using the least square method and calculating a and (k + Vp) in the regression equation, a for identifying the ion species can be obtained.
Next, the mass analyzer is regarded as a single probe, and the potential of the mass analyzer is increased between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer from a voltage lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma. Apply continuously or intermittently up to a voltage, measure the applied voltage and the current flowing through the bias power supply,
From the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated by analysis using a single probe method,
The ion velocity in the plasma potential measurement target plasma can be obtained from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k.
質量分析器として磁場偏向型質量分析器19を採用している本例では、前記Vb=aX2 −(k+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 −(k+Vp)は、
Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −(k+Vp)となる。
In the present example in which the magnetic field deflection
(Z / m) × e / 2, and Vb = aX 2 − (k + Vp) is
Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 − (k + Vp).
Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −(k+Vp)が導かれる理由は次の通りである。
バイアス電源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 − (k + Vp) is derived is as follows.
Assuming that the bias voltage applied from the
上記式(5) において、mはイオン質量、vは分析器に入射するときの速度、Zはイオンの価数、eは電荷素量である。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 velocity when entering the analyzer, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge. 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.
磁場偏向型質量分析器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。
(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。
そこで、例えばイオンの軌道半径rを固定し、図1のプラズマ電位及びイオン速度計測の場合と同様に、質量分析器19とプラズマ2との間にバイアス電源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、(k+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。
次に、前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度をそれぞれ算出するプログラムである。
Therefore, for example, the ion orbit radius r is fixed, and at least two different bias voltages are respectively supplied from the
Next, assuming that the mass analyzer is a single probe, the potential of the mass analyzer is increased between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer from a voltage at which the potential of the mass analyzer is lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma. The plasma potential is measured by a single probe method based on the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer. Calculate the potential Vp of the target plasma,
This program calculates the ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k.
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(k+Vp)をそれぞれ算出するプログラムである。
さらに、コンピュータPC1には、記録媒体M1から次のプログラムも読み込ませてある。
すなわち、前記質量分析器をシングルプローブとみたて、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器の間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測して記録媒体M1に記録し、プラズマ電位及びイオン速度算出部にて、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法により前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出し、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度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. (8)
Is a program for calculating (Z / m) × e / 2 and (k + Vp) for identifying the ion species in the equation by fitting using the least square method.
Further, the computer PC1 is also loaded with the next program from the recording medium M1.
That is, when the mass analyzer is regarded as a single probe, the potential of the mass analyzer increases from a voltage lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer. Voltage is applied continuously or intermittently, the applied voltage and the current flowing through the bias power supply are measured and recorded on the recording medium M1, and the applied voltage and the mass analyzer are calculated by a plasma potential and ion velocity calculation unit. The potential Vp of the plasma potential measurement target plasma is calculated by the single probe method from the relationship of the current flowing through
This program calculates the ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k.
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、(k+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(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
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. (Z / m) × e × r 2
/ 2 and Vp may be calculated.
(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 includes the calculated (Z / m) × e × r 2
A procedure for further calculating m / Z from / 2 may be included.
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、例えば、コンピュータPC2から各電源へ電圧印加のオン、オフの指示を出すとともに、図示省略の出力可変の磁界発生手段に磁界発生を指示する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(k+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
Further, for example, the computer PC2 issues an instruction to turn on / off the voltage application to each power source, instructs the output variable magnetic field generating means (not shown) to generate a magnetic field, and detects information detected by the
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、プラズマ電位及びイオン速度を求めることに利用できる。 The present invention is capable of performing mass analysis of a plasma using a mass analyzer in processing such as film formation using plasma, ion implantation, etching, etc., and obtaining a plasma potential and ion velocity without using a probe measuring instrument. Available to:
PA、PB プラズマ処理装置
A、B プラズマ電位及びイオン速度計測装置
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、PC2 外部コンピュータ
M1、M2 記録媒体
19 磁場偏向型質量分析器、
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
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
PA, PB Plasma processing apparatus A, B Plasma potential and ion
5 positive ions,
6, 7 deflection plate,
8, 9
11 FC slit at the ion outlet,
12
16
18 Direction of force exerted on ions by electric field between deflecting
PC1, PC2 External computer M1, M2 Recording medium 19 Magnetic deflection type mass analyzer,
20 Mass spectrometer inlet slit,
21 positive ions,
22 Bias power supply,
23 FC slit at the ion exit,
24
28
Claims (11)
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 −(k+Vp)(kはmv0 2/2Zeであり、m、v0、Zはそれぞれイオンの質量、初速度、価数、eは電気素量である。)Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位である。)を回帰式として該回帰式に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(k+Vp)をそれぞれ算出するステップと、
算出されたaよりイオン種を同定するステップと、
前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器との間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測するステップと、
該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係からシングルプローブ法による解析から前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpを算出するステップと、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めるステップと、
を含むプラズマ電位及びイオン速度計測方法。 A mass analyzer capable of performing mass analysis of ions in the plasma is arranged for the plasma potential measurement target plasma, and at least two different voltages are respectively applied between the mass analyzer and the plasma by a bias power source. The mass analysis is performed, and in performing the mass analysis, for each voltage Vb of the at least two different voltages, the same ion can be detected as in the case of the other voltages of the at least two different voltages. The step of obtaining the mass analysis condition X corresponding to the analyzer and the data Vb obtained in this way and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage Vb = aX 2 − (k + Vp ) (k is mv 0 2 / 2Ze, m, v 0, Z mass of each ion, the initial velocity, valence, e is an elementary charge.) Vp is the plasma of the potential measuring object plasma It is a place. ) As a regression equation and fitting the regression equation using a least square method, respectively, calculating a and (k + Vp) in the regression equation;
Identifying an ion species from the calculated a;
Between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer, the potential of the mass analyzer is applied continuously or intermittently from a voltage lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma to a higher voltage, Measuring an applied voltage and a current flowing through the bias power supply;
Calculating the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma from analysis by a single probe method from the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer;
Obtaining an ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a, k;
A plasma potential and ion velocity measuring method including:
−(k+Vp)は、
Vb=〔(m/Z)/2e)〕×(E/B)2 −(mv0 2/2Ze+Vp)
である請求項1記載のプラズマ電位及びイオン速度計測方法。 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. (M / Z) (1 / 2e), where Vb = aX 2 , where m is the mass of the same ion detected by (2), Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge.
− (K + Vp) is
Vb = [(m / Z) / 2e)] × (E / B) 2 − (mv 0 2 / 2Ze + Vp)
The plasma potential and ion velocity measuring method according to claim 1.
−(k+Vp)は、
Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −(mv0 2/2Ze+Vp)
である請求項1記載のプラズマ電位及びイオン速度計測方法。 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. = AX 2
− (K + Vp) is
Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 − (mv 0 2 / 2Ze + Vp)
The plasma potential and ion velocity measuring method according to claim 1.
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バイアス電源と、
プラズマ電位及びイオン速度算出部とを含んでおり、
前記プラズマの電位を計測するにあたり、前記バイアス電源に、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毎に、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を求めることができ、
前記プラズマ電位及びイオン速度算出部は、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、予め設定された式Vb=aX2 −(k+Vp)(kはmv0 2/2Zeであり、m、v0、Zはそれぞれイオンの質量、初速度、荷数、eは電気素量である。)Vpは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位である)を回帰式として該回帰式に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(k+Vp)をそれぞれ算出するとともに、
さらに前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器との間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測し、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法による解析から前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度を求めるができることを特徴とするプラズマ電位及びイオン速度計測装置。 A mass analyzer capable of mass spectrometry of ions in the plasma to be arranged with respect to the potential measurement target plasma;
A bias power source for applying a voltage between the mass analyzer and the plasma;
A plasma potential and ion velocity calculator,
In measuring the plasma potential, at least two different voltages are applied to the bias power source between the mass analyzer and the plasma, respectively, and mass analysis of ions in the plasma is performed on the mass analyzer. Then, 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. It is possible,
The plasma potential and ion velocity calculation unit obtains a predetermined expression Vb = aX 2 − (k + Vp) (k is set to the data of each voltage Vb and the mass analysis condition X corresponding to the voltage thus obtained. mv 0 2 / 2Ze, where m, v 0 and Z are the mass of the ion, the initial velocity, the number of charges, and e is the elementary charge, respectively.) Vp is the plasma potential of the potential measurement target plasma) By fitting the regression equation as a formula using the least squares method, a and (k + Vp) in the regression formula are calculated respectively.
Further, between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer, continuously or intermittently applied from a voltage at which the potential of the mass analyzer is lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma to a higher voltage, The applied voltage and the current flowing through the bias power source are measured, and from the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma from analysis by a single probe method,
An apparatus for measuring plasma potential and ion velocity, wherein the ion velocity in the plasma potential measurement target plasma can be obtained from the relationship between the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the a and k.
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 −(k+Vp)に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(k+Vp)をそれぞれ算出することで、該(k+Vp)を求め、併せてイオン速度を算出するためのa及びkを求める請求項4記載のプラズマ電位及びイオン速度計測装置。 A portion for collecting data of the voltage Vb and the corresponding mass analysis condition X and a plasma potential and ion velocity measuring unit including the plasma potential and ion velocity calculating unit are provided, and the portion for collecting the data is the plasma In the measurement of the electric potential, at least two different voltages are applied to the bias power source between the mass analyzer and the plasma to cause the mass analyzer to perform mass analysis of ions in the plasma, 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 voltage Vb and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage thus obtained to the equation Vb = aX 2 − (k + Vp) using the least square method. 5. The plasma potential according to claim 4, wherein a and k for calculating the ion velocity are obtained by calculating a and (k + Vp) in the equation, respectively. And ion velocity measuring device.
−(k+Vp)は、
Vb=〔(m/Z)/2e〕×(E/B)2 −(k+Vp)
である請求項4又は5記載のプラズマ電位及びイオン速度計測装置。 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. (M / Z) / 2e, where Vb = aX 2 , where m is the mass of the same ion detected by m, Z is the valence of the ion, and e is the elementary charge of the ion.
− (K + Vp) is
Vb = [(m / Z) / 2e] × (E / B) 2 − (k + Vp)
The plasma potential and ion velocity measuring device according to claim 4 or 5.
−(k+Vp)は、
Vb=〔(Z/m)×e/2〕×(r×B)2 −(k+Vp)
である請求項4又は5記載のプラズマ電位及びイオン速度計測装置。 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
− (K + Vp) is
Vb = [(Z / m) × e / 2] × (r × B) 2 − (k + Vp)
The plasma potential and ion velocity measuring device according to claim 4 or 5.
読み込んだ該データに前記式Vb=aX2 −(k+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(k+Vp)をそれぞれ算出することで、さらに、前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器との間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測し、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法による解析から前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと、
前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度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 part of a procedure for performing the plasma potential and ion velocity measurement method according to claim 1, 2, or 3, wherein at least two different voltages are provided between the mass analyzer and the plasma. Is applied to each of them, and in performing the mass analysis, for each voltage Vb of the at least two different voltages, the same ions as those of the other voltages of the at least two different voltages are detected. The step of reading the data of each voltage Vb obtained by obtaining the mass analysis condition X corresponding to the mass analyzer that can be performed and the data of the mass analysis condition X corresponding to the voltage, and the formula Vb = aX 2 in the read data -By fitting (k + Vp) using the least squares method, a and (k + Vp) in the equation are calculated, respectively. Further, between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer, continuously or intermittently from a voltage at which the potential of the mass analyzer is lower than a potential of the plasma potential measurement target plasma to a higher voltage. Applying, measuring the applied voltage and the current flowing to the bias power source, from the relationship between the applied voltage and the current flowing to the mass analyzer, from the analysis by a single probe method, the potential Vp of the plasma potential measurement target plasma,
The program for making a computer perform the step which calculates | requires the ion velocity in the said plasma potential measurement object plasma from the relationship between the electric potential Vp of the said plasma potential measurement object plasma, and said a, k.
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毎に、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 −(k+Vp)に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(k+Vp)をそれぞれ算出するステップと、
前記プラズマ電位測定対象プラズマと前記質量分析器との間に、該質量分析器の電位が前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位より低くなる電圧から高くなる電圧まで連続的あるいは断続的に印加し、該印加電圧と前記バイアス電源に流れる電流を計測し、該印加電圧と前記質量分析器に流れる電流の関係から、シングルプローブ法による解析から前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと、前記プラズマ電位測定対象プラズマの電位Vpと前記a、kとの関係から前記プラズマ電位測定対象プラズマ中のイオン速度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 carrying out the plasma potential and ion velocity measuring method according to claim 1, 2, or 3.
Mass analysis is performed by applying at least two different voltages between the mass analyzer and the plasma, and at least two different voltages Vb of the at least two different voltages are used in performing the mass analysis. 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 a step of calculating a and (k + Vp) in the equation by fitting the read data to the equation Vb = aX 2 − (k + Vp) using a least square method, ,
Between the plasma potential measurement target plasma and the mass analyzer, the potential of the mass analyzer is applied continuously or intermittently from a voltage lower than the potential of the plasma potential measurement target plasma to a higher voltage, The applied voltage and the current flowing through the bias power source are measured. From the relationship between the applied voltage and the current flowing through the mass analyzer, the plasma potential measurement target plasma potential Vp and the plasma potential measurement target are analyzed from a single probe method. A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute a step of obtaining an ion velocity in the plasma potential measurement target plasma from the relationship between the plasma potential Vp and the a and k.
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