JPH11250854A - Analyzing method and device for incident ion on substrate in etching plasma - Google Patents

Analyzing method and device for incident ion on substrate in etching plasma

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JPH11250854A
JPH11250854A JP4972898A JP4972898A JPH11250854A JP H11250854 A JPH11250854 A JP H11250854A JP 4972898 A JP4972898 A JP 4972898A JP 4972898 A JP4972898 A JP 4972898A JP H11250854 A JPH11250854 A JP H11250854A
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JP
Japan
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substrate
analyzer
plasma
ions
substrate electrode
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JP4972898A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Mizutani
直樹 水谷
Toshio Hayashi
俊雄 林
Yasushi Nagata
寧 永田
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Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable measurement and mass spectrometry of energy distribution of positive and negative ions and neutral particles incident on a substrate in plasma etching. SOLUTION: Ions outgoing from an orifice of a substrate electrode 24 are introduced to a deflection ion energy analyzer 33 to be analyzed by the deflection energy analyzer 33 to eliminate dependency of sensitivity on energy, and energy distribution of incident ions on the substrate is measured and mass spectro-analyzed by the deflection ion energy analyzer 33 taking a potential of the substrate electrode 24 for reference potential and a mass spectrograph 34. For neutral particles, the neutral particles are ionized, and energy distribution of the neutral particles incident on the substrate is measured and mass spectro-analyzed by the deflection ion energy analyzer 33 taking the potential of the substrate electrode 24 for the reference potential and the mass spectrograph 34.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
て、半導体上或いは電子部品、その他の基板上の物質を
エッチングするエッチング装置において、プラズマから
基板に入射する正負イオン、中性粒子のエネルギー及び
質量を分析する方法及び装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching apparatus for etching a substance on a semiconductor, an electronic component, or another substrate by utilizing plasma, wherein energy of positive and negative ions and neutral particles incident on the substrate from the plasma is obtained. And a method and apparatus for analyzing mass.

【0002】[0002]

【従来の技術】高周波電力が印加されている基板電極に
載せた基板に入射するイオンのエネルギーを知るため
に、基板電極に設けたオリフィスから出たイオンの運動
エネルギーを基板電極の後方に設置したイオンエネルギ
ー分析器により測定することは公知である。このときイ
オンエネルギー分析器の基準電位を通常の直流電位とす
ると、電位が高周波で時間変化する基板電極との間に時
間変化する電場が発生するためにイオンの運動エネルギ
ーが変化を受け、本来のエネルギーを正しく測定できな
い。そこでA.D.Kuypers and H.J.Hopman (J.Appl.Phy
s.,63,1894 (1988))は、イオンエネルギー分析器の基準
電位を基板電極の電位とする測定法を提案し実施した。
これにより基板電極とイオンエネルギー分析器との間で
の振動する電場がなくなり、エネルギーを正しく測定で
きるようにはなったが、質量分析はできないままであっ
た。
2. Description of the Related Art In order to know the energy of ions incident on a substrate placed on a substrate electrode to which high-frequency power is applied, the kinetic energy of ions exiting from an orifice provided on the substrate electrode is placed behind the substrate electrode. It is known to measure with an ion energy analyzer. At this time, if the reference potential of the ion energy analyzer is a normal DC potential, a kinetic energy of the ions is changed because a time-varying electric field is generated between the substrate electrode and the potential at a high frequency. Energy cannot be measured correctly. So ADKuypers and HJHopman (J.Appl.Phy
s., 63, 1894 (1988)) proposed and implemented a measurement method in which the reference potential of an ion energy analyzer was used as the potential of a substrate electrode.
As a result, the oscillating electric field between the substrate electrode and the ion energy analyzer disappeared, and the energy could be measured correctly, but mass analysis remained impossible.

【0003】そこで、本発明者らは先に特願平8-77159
号において質量分析器の基準電位も基板電極の電位に合
わせる方法を提案し実施した。その分析装置の構造を添
付図面の図6に示す。図6において1はプラズマ発生室
で、このプラズマ発生室1内にはプラズマ発生用電極2
が配置され、このプラズマ発生用電極2はマッチングボ
ックス3を介して高周波電源4に接続されている。プラ
ズマ発生室1内のプラズマ発生用電極2に対向して基板
電極5が絶縁碍子6を介してプラズマ発生室1に取り付
けられている。基板電極5は、プラズマ発生室1内に発
生するプラズマに接する位置にイオン引き込み用の開口
5aを備えており、そしてコンデンサ7及びマッチングボ
ックス8を介してバイアス用高周波電源9に接続されて
いる。基板電極5内にはエネルギー分析器10が配置さ
れ、このエネルギー分析器10は検出しようとするイオン
エネルギーレベルより低いエネルギーのイオンをカット
するメッシュ電極10aと外筒電極10bと内筒電極10cとを
備えており、これらの各電極はイオンエネルギー制御電
源11に接続されている。また12は四重極型の質量分析器
で、各電極は質量分析用制御電源13に接続されている。
14はイオン検出器であり、質量分析器12と共に、真空容
器15内に挿置されている。真空容器15は基板電極5の開
放端に絶縁碍子16を介して結合されている。なお図6に
おいて17はフォトカプラー、18は光ファイバー、19は測
定用回路、20は掃引電源であり、図示したように接続さ
れている。
Accordingly, the present inventors have previously described Japanese Patent Application No. 8-77159.
We proposed and implemented a method to adjust the reference potential of the mass spectrometer to the potential of the substrate electrode. The structure of the analyzer is shown in FIG. 6 of the accompanying drawings. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a plasma generation chamber, and a plasma generation electrode 2 is provided in the plasma generation chamber 1.
The electrode 2 for plasma generation is connected to a high-frequency power supply 4 via a matching box 3. A substrate electrode 5 is attached to the plasma generation chamber 1 via an insulator 6 so as to face the plasma generation electrode 2 in the plasma generation chamber 1. The substrate electrode 5 has an opening for ion attraction at a position in contact with plasma generated in the plasma generation chamber 1.
5a, and is connected to a high frequency power source 9 for bias via a capacitor 7 and a matching box 8. An energy analyzer 10 is disposed in the substrate electrode 5. The energy analyzer 10 includes a mesh electrode 10a for cutting ions having an energy lower than an ion energy level to be detected, an outer cylinder electrode 10b, and an inner cylinder electrode 10c. Each of these electrodes is connected to an ion energy control power supply 11. Reference numeral 12 denotes a quadrupole mass spectrometer, and each electrode is connected to a control power source 13 for mass spectrometry.
Reference numeral 14 denotes an ion detector, which is inserted into the vacuum vessel 15 together with the mass analyzer 12. The vacuum vessel 15 is connected to the open end of the substrate electrode 5 via an insulator 16. In FIG. 6, reference numeral 17 denotes a photocoupler, reference numeral 18 denotes an optical fiber, reference numeral 19 denotes a measurement circuit, and reference numeral 20 denotes a sweep power supply, which are connected as shown.

【0004】この構造においてはイオンエネルギー分析
器10、イオンエネルギー制御電源11、質量分析器12、質
量分析用制御電源13等の分析器及び制御電源を全て基板
電極5に接続し、接地電位に対し浮遊電位としている。
従って、基板電極5の小孔を通ってエネルギー分析器10
に入り込むイオンは、基板電極5とエネルギー分析器10
が同電位になっているため、何の摂動を受けることもな
くエネルギー分析され、また、エネルギー分析器10と質
量分析器12の基準電位の高周波成分を基板電極電位の高
周波成分に等しくしており、これによって、高周波電力
が印加されている基板電極5に入射するイオンのエネル
ギーと質量を正しく分析できるようになった。
In this structure, all analyzers and control power supplies, such as an ion energy analyzer 10, an ion energy control power supply 11, a mass analyzer 12, and a control power supply 13 for mass analysis, are connected to the substrate electrode 5, and are connected to the ground electrode. Floating potential.
Therefore, the energy analyzer 10 passes through the small hole of the substrate electrode 5.
The ions entering the substrate electrode 5 and the energy analyzer 10
Since they have the same potential, energy analysis is performed without receiving any perturbation, and the high-frequency component of the reference potential of the energy analyzer 10 and the mass analyzer 12 is made equal to the high-frequency component of the substrate electrode potential. Thus, the energy and mass of ions incident on the substrate electrode 5 to which the high-frequency power is applied can be correctly analyzed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】先に提案した図6に示
す分析装置において用いたイオンエネルギー分析器は同
軸型であるために、感度がエネルギーに依存し、エネル
ギー分布を正しく得ることができない。イオンの速度の
オリフィスでの角度はある分布をもって広がっている
が、同軸型ではその一部しか拾っておらず、さらに、エ
ネルギー分析部を通過し得るイオンのオリフィスでの速
度の角度範囲とエネルギー範囲がエネルギーの値に依存
して変化するために、イオン電流に対する感度がエネル
ギーに依存し変化する。従って、エネルギー値は正しく
得られるが、各エネルギー値でのイオン電流の相対値は
正しくないので、正しいエネルギー分布は得られない。
計測されるイオン電流値はオリフィスでの角度分布を通
過し得る角度範囲で積分したものに比例するが、プラズ
マの状態に起因する角度分布と分析器に固有の角度範囲
がそれぞれ独立にエネルギーに依存して変化するので、
イオン電流に対する感度にエネルギー依存が生じる。
Since the ion energy analyzer used in the analyzer shown in FIG. 6 proposed above is of the coaxial type, the sensitivity depends on the energy and the energy distribution cannot be obtained correctly. Although the angle of the ion velocity at the orifice spreads with a certain distribution, the coaxial type picks up only a part of it, and furthermore, the angular range and energy range of the velocity of the ion at the orifice that can pass through the energy analyzer. Changes depending on the value of the energy, the sensitivity to the ion current changes depending on the energy. Therefore, the energy value can be obtained correctly, but the relative value of the ion current at each energy value is not correct, so that a correct energy distribution cannot be obtained.
The measured ion current value is proportional to the value integrated over the range of angles that can pass through the angle distribution at the orifice, but the angle distribution due to the plasma state and the angle range specific to the analyzer depend on energy independently of each other. And change,
Energy dependence occurs in sensitivity to ion current.

【0006】イオンエネルギー分析器と質量分析器の基
準電位を基板電極の電位とする測定法において、感度が
エネルギーに依存しないイオンエネルギー分析器を用い
なければ正しいエネルギー分布は得られない。そこで本
発明は、エッチングプラズマにおける基板に入射する正
負イオン、中性粒子のエネルギー分布の計測、質量分析
を可能にする方法及び装置を提供することを目的として
いる。
In a measuring method in which the reference potential of the ion energy analyzer and the mass analyzer is used as the potential of the substrate electrode, a correct energy distribution cannot be obtained unless an ion energy analyzer whose sensitivity does not depend on energy is used. Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus that enable measurement of energy distribution of positive and negative ions and neutral particles incident on a substrate in etching plasma and mass spectrometry.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、レンズ系を構成する複数の電極
に与える電位を制御することにより基板電極のオリフィ
スから出たイオンをイオンエネルギー分析器入口に導
き、そして偏向型イオンエネルギー分析器により分析す
ることにより感度のエネルギー依存性をなくし、レンズ
系、偏向型イオンエネルギー分析器及び質量分析器の基
準電位を基板電極の電位とすることにより、基板に入射
する正及び負のイオンのエネルギー分布の計測、質量分
析を可能にする。中性粒子に関しては、中性粒子をイオ
ン化し、その後は上述の方法により基板に入射する中性
粒子のエネルギー分布の計測、質量分析が可能となる。
負イオンについては、上述の正イオンの場合に電極に与
える電位を正負反転することで、基板に入射する負イオ
ンのエネルギー分布の計測、質量分析が可能となる。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for controlling the potential applied to a plurality of electrodes constituting a lens system to analyze ions emitted from an orifice of a substrate electrode by ion energy analysis. Eliminating the energy dependence of sensitivity by leading to the instrument inlet and analyzing with a deflected ion energy analyzer, by setting the reference potential of the lens system, deflected ion energy analyzer and mass analyzer to the potential of the substrate electrode It enables measurement of the energy distribution of positive and negative ions incident on the substrate and mass spectrometry. As for neutral particles, the neutral particles are ionized, and thereafter, measurement of the energy distribution of the neutral particles incident on the substrate and mass analysis can be performed by the above-described method.
With respect to negative ions, the potential distribution applied to the electrode in the case of the above-described positive ions is inverted, so that the energy distribution of the negative ions incident on the substrate can be measured and mass analysis can be performed.

【0008】 [0008]

【0009】 [0009]

【0010】同軸型のエネルギー分析器の場合に、感度
のエネルギー依存性を予め較正しておき測定結果を後で
補正する方法も考えられるが、これは以下の理由で極め
て困難である。すなわち同軸型のエネルギー分析部を通
過し計測されるイオン電流値がオリフィスでのイオンの
速度の角度分布に依存するので、較正では実際の測定で
の角度分布を再現しなければならない。イオン速度の角
度分布は本来のプラズマ中での速度分布に起因するのも
の以外に、オリフィス近傍での電場の歪みによってもそ
の角度分布は影響を受ける、即ち、電場の歪みによって
イオンの軌道が曲げられる。この軌道が曲げられる角度
は、電場の歪みの大きさとオリフィス近傍を通過する際
のイオンの運動エネルギーの大きさに依存し、その電場
の歪みの大きさはシース電圧、シース長及びオリフィス
径に依存する。直流電力のみが印加された基板電極の場
合には、オリフィス近傍を通過する際のイオンの運動エ
ネルギー値と「シース電圧、シース長」との間に一対一
の対応があるので、イオン軌道の曲がりを較正の際に再
現することが可能であるが、高周波電力が印加されてい
る基板電極の場合には、シース電圧、シース長が時間変
化するために、上記のような一対一の対応はなく、また
さらに、運動エネルギー値と「シース電圧、シース長」
との間の関係は個々のプラズマの条件によって異なるの
で、様々なプラズマの条件でなされる実際の計測時のオ
リフィスでのイオン速度の角度分布を較正の際に全て正
確に再現することは現実的には不可能である。従って同
軸型のエネルギー分析器を較正し、正しいエネルギー分
布を得ることは不可能である。
In the case of a coaxial type energy analyzer, a method of calibrating the energy dependence of sensitivity in advance and correcting the measurement result later can be considered, but this is extremely difficult for the following reasons. That is, since the ion current value measured by passing through the coaxial energy analyzer depends on the angular distribution of the ion velocity at the orifice, the calibration must reproduce the angular distribution in the actual measurement. The angular distribution of ion velocities is not only due to the velocity distribution in the original plasma, but also affected by the electric field distortion near the orifice, i.e., the ion field bends due to the electric field distortion. Can be The angle at which this trajectory is bent depends on the magnitude of the electric field distortion and the kinetic energy of the ions as they pass near the orifice, and the magnitude of the electric field distortion depends on the sheath voltage, sheath length, and orifice diameter. I do. In the case of a substrate electrode to which only DC power is applied, since there is a one-to-one correspondence between the kinetic energy value of ions passing through the vicinity of the orifice and the "sheath voltage, sheath length", the ion trajectory bends Can be reproduced at the time of calibration, but in the case of a substrate electrode to which high-frequency power is applied, since the sheath voltage and the sheath length change over time, there is no one-to-one correspondence as described above. , And furthermore, kinetic energy value and "sheath voltage, sheath length"
It is realistic to accurately reproduce all the angular distributions of ion velocities at the orifice during actual measurements made under various plasma conditions during calibration, since the relationship between Is impossible. Therefore, it is impossible to calibrate a coaxial energy analyzer and obtain a correct energy distribution.

【0011】本発明の方法によれば、イオンエネルギー
分析器の感度がエネルギーに依存しないので、正負イオ
ンと中性粒子のエネルギー分布の計測が可能になる。
According to the method of the present invention, since the sensitivity of the ion energy analyzer does not depend on energy, the energy distribution of positive and negative ions and neutral particles can be measured.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下添付図面の図2〜図5を参照
して本発明の実施の形態について説明する。まずエネル
ギー分布測定の原理について説明する。図2には本発明
によるイオンに関する分析装置の構成を示す。プラズマ
室21内にはプラズマ発生電極22が配置され、このプラズ
マ発生電極22は高周波電源23に接続されている。プラズ
マ発生電極22に対向してプラズマ室21内には基板電極24
が絶縁碍子25を介して取り付けられている。基板電極24
はオリフィス24aを備え、そしてコンデンサ26を介して
高周波電源27に接続されている。基板電極24内にはレン
ズ系28が配置され、このレンズ系28は複数の電極で構成
されている。基板電極24は絶縁碍子29を介して真空容器
30が密封結合され、真空容器30は絶縁碍子31を介して差
動排気系32に結合されている。真空容器30内において、
レンズ系28の出口側には二つの向かい合う球面状の電極
から成る偏向型イオンエネルギー分析器33、四重極質量
分析器34及びイオン検出器35が順次配置されている。真
空容器30の先端は符号36で示すように閉じられている。
レンズ系28のそれぞれの電極及び偏向型イオンエネルギ
ー分析器33の二つの電極はエネルギー分析制御器37に接
続され、また四重極質量分析器34の各電極は質量分析器
38に接続されている。また、図2において39はイオン検
出器35に接続されたイオン電流検出器、40はコンピュー
タ、41は周波数・電圧変換器、42は光ファイバー、43は
周波数・電圧変換器、44は掃引電圧源であり、図示され
たように接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, the principle of the energy distribution measurement will be described. FIG. 2 shows the configuration of an analyzer relating to ions according to the present invention. A plasma generation electrode 22 is arranged in the plasma chamber 21, and the plasma generation electrode 22 is connected to a high frequency power supply 23. A substrate electrode 24 is provided in the plasma chamber 21 so as to face the plasma generation electrode 22.
Is attached via an insulator 25. Board electrode 24
Has an orifice 24a and is connected to a high frequency power supply 27 via a capacitor 26. A lens system 28 is arranged in the substrate electrode 24, and the lens system 28 is composed of a plurality of electrodes. The substrate electrode 24 is a vacuum container via an insulator 29
The vacuum container 30 is hermetically coupled to the differential evacuation system 32 via an insulator 31. In the vacuum vessel 30,
On the exit side of the lens system 28, a deflection type ion energy analyzer 33, a quadrupole mass analyzer 34, and an ion detector 35, which are composed of two opposed spherical electrodes, are sequentially arranged. The distal end of the vacuum vessel 30 is closed as indicated by reference numeral 36.
Each electrode of the lens system 28 and two electrodes of the deflection ion energy analyzer 33 are connected to an energy analysis controller 37, and each electrode of the quadrupole mass analyzer 34 is connected to a mass analyzer.
Connected to 38. In FIG. 2, reference numeral 39 denotes an ion current detector connected to the ion detector 35, 40 denotes a computer, 41 denotes a frequency / voltage converter, 42 denotes an optical fiber, 43 denotes a frequency / voltage converter, and 44 denotes a sweep voltage source. Yes, and connected as shown.

【0013】基板電極24に設けたオリフィス24aから出
たイオンは、エネルギー分析制御器37を介して掃引電圧
源44から適当な電位の与えられた複数の電極から成るレ
ンズ系28により、偏向型イオンエネルギー分析器33の入
口に導かれる。偏向型イオンエネルギー分析器33は二つ
の向かい合う球面状の電極にはエネルギー分析制御器37
を介して掃引電圧源44により異なる電位が印加され、そ
れにより偏向型イオンエネルギー分析器33において電極
間に発生した電場の働きでイオンの軌道が曲げられ、電
極間の電位差の値に応じて通過し得るイオンの運動エネ
ルギーが決まる。この電極間電位差を一定に保ったま
ま、偏向型イオンエネルギー分析器33の電位を基板電極
24の電位を基準に掃引することによって、オリフィス24
a での運動エネルギーが分析される。これにより、通過
し得るイオンのオリフィス24a での
Ions emitted from the orifice 24a provided on the substrate electrode 24 are deflected by a lens system 28 comprising a plurality of electrodes to which an appropriate potential is applied from a sweep voltage source 44 via an energy analysis controller 37. It is led to the entrance of the energy analyzer 33. The deflection ion energy analyzer 33 has an energy analysis controller 37 for the two opposing spherical electrodes.
Different electric potentials are applied by the sweep voltage source 44 via the ion source, whereby the trajectory of the ions is bent by the action of the electric field generated between the electrodes in the deflection type ion energy analyzer 33, and passes according to the value of the potential difference between the electrodes. The kinetic energy of the ions that can be determined is determined. With the potential difference between the electrodes kept constant, the potential of the deflection ion energy analyzer 33 was changed to the substrate electrode.
The orifice 24
The kinetic energy at a is analyzed. This allows the passage of ions through the orifice 24a.

【0014】その後、四重極質量分析器34により質量分
離し、そしてイオン検出器35においてイオン電流検出器
39によりイオン電流が検出される。このとき、レンズ系
28、エネルギー分析器33、質量分析器34の基準電位は、
基板電極24の電位と掃引電圧の和である。掃引電圧、レ
ンズ系28、エネルギー分析器33及び質量分析器34は、接
地電位のコンピュータ40により周波数・電圧変換器41、
光ファイバー42、電圧変換器43、エネルギー分析制御器
37及び質量分析器38を通して制御される。負イオンのエ
ネルギー分布の測定は、正イオン分析の場合での各電極
電位を正負反転することにより可能となる。
Thereafter, mass separation is performed by a quadrupole mass analyzer 34, and an ion current detector is used in an ion detector 35.
By 39, an ion current is detected. At this time, the lens system
28, the reference potential of the energy analyzer 33 and the mass analyzer 34 is
This is the sum of the potential of the substrate electrode 24 and the sweep voltage. The sweep voltage, the lens system 28, the energy analyzer 33 and the mass analyzer 34 are connected to a frequency-voltage converter 41,
Optical fiber 42, voltage converter 43, energy analysis controller
Controlled through 37 and mass analyzer 38. The energy distribution of the negative ions can be measured by inverting the potential of each electrode in the positive ion analysis.

【0015】図3には本発明の別の実施例によるに中性
粒子のエネルギー分布の測定装置の構成を示す。図3に
おいて図2における構成要素と対応した部分は同じ符号
で示す。図3に示す実施例において、レンズ系28の入口
に隣接して、中性粒子をイオン化するため電子衝突によ
るイオン化室45が設けられ、このイオン化室45はフィラ
メント46を備え、フィラメント46はフィラメント電流源
47に接続されている。48は電子エネルギー用電圧源であ
る。イオン化室45で中性粒子をイオン化し、そしてレン
ズ系28により偏向型エネルギー分析器33、質量分析器34
に導き、エネルギー分布と質量が分析される。またイオ
ン化室45と基板電極24のオリフィス24aとの間には荷電
粒子除去用電極板49が設けられ、一方の電極板49はイオ
ン除去用電圧源50に接続され、他方の電極板49は基板電
極24に接続され、電位差が付けられている。これにより
電極板49は荷電粒子を偏向させてそれらを予め除去する
ことができる。この場合、偏向させる電極板49の代わり
に、メッシュまたは中央に穴の開いたリング状の電極を
置き、高い電位を与えて正イオンにとってのボテンシャ
ル障壁を作ることで正イオンを除去するように構成して
もよい。或いは、イオン化室45、レンズ系28、分析器の
間の電位の関係を保ったまま、正イオンがイオン化室に
到達できないだけの高い電位をイオン化室45以降に与え
ることでも可能である。
FIG. 3 shows the configuration of an apparatus for measuring the energy distribution of neutral particles according to another embodiment of the present invention. 3, parts corresponding to the components in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In the embodiment shown in FIG. 3, an ionization chamber 45 is provided adjacent to the entrance of the lens system 28 for ionizing neutral particles by electron impact. The ionization chamber 45 has a filament 46, and the filament 46 has a filament current. source
Connected to 47. Reference numeral 48 denotes a voltage source for electron energy. Neutral particles are ionized in an ionization chamber 45, and a deflection energy analyzer 33 and a mass analyzer 34 are provided by a lens system 28.
And the energy distribution and mass are analyzed. A charged particle removing electrode plate 49 is provided between the ionization chamber 45 and the orifice 24a of the substrate electrode 24. One electrode plate 49 is connected to an ion removing voltage source 50, and the other electrode plate 49 is connected to the substrate. It is connected to the electrode 24 and has a potential difference. Thereby, the electrode plate 49 can deflect the charged particles and remove them in advance. In this case, instead of the electrode plate 49 to be deflected, a mesh or a ring-shaped electrode with a hole in the center is placed, and a positive potential is applied to create a potential barrier for the positive ions to remove the positive ions. May be. Alternatively, it is also possible to apply a high potential to the ionization chamber 45 and thereafter, such that positive ions cannot reach the ionization chamber, while maintaining the potential relation between the ionization chamber 45, the lens system 28, and the analyzer.

【0016】 [0016]

【0017】このように中性粒子の分析では、イオン化
するまで電場を感じないので、イオン化された以降のイ
オン化室45、レンズ系28、分析器33の間の電位の関係だ
けが問題である。従って、イオン化室45、レンズ系28、
分析器33の電位を基板電極24の電位に合わせて高周波で
振る必要はなく、それらの基準電位を直流電位として構
わない。しかし、本発明によれば、基準電位を基板電極
電位とすることで、イオンのエネルギー分布測定と中性
粒子のエネルギー分布測定の切り替えが、荷電粒子除去
用電圧源50とイオン化用フィラメント電流源47のオン、
オフのみで可能になり、大きな利便性が得られる。
As described above, in the analysis of neutral particles, since the electric field is not sensed until ionization, only the relationship of the potential between the ionization chamber 45, the lens system 28, and the analyzer 33 after ionization is a problem. Therefore, the ionization chamber 45, the lens system 28,
It is not necessary to swing the potential of the analyzer 33 at a high frequency in accordance with the potential of the substrate electrode 24, and those reference potentials may be used as DC potentials. However, according to the present invention, by setting the reference potential to the substrate electrode potential, switching between ion energy distribution measurement and neutral particle energy distribution measurement can be performed by the charged particle removal voltage source 50 and the ionization filament current source 47. On,
It becomes possible only by turning off, and great convenience is obtained.

【0018】次に、図4を参照して正イオンのエネルギ
ー分布測定の実施例について説明する。図4にはレンズ
系及び偏向型エネルギー分析器の構成を示す。レンズ系
28は五つの電極a、b、c、d、eから成り、また偏向
型エネルギー分析器33は90度偏向型で、二つの向かい合
う球面状の電極f、g及び電極hから成っている。レン
ズ系28の電極a、bの電位は基板電極24の電位に等しく
され、レンズ系28の電極e及び偏向型エネルギー分析器
33の電極hの電位は基板電極24の電位と掃引電圧の和に
等しくされる。偏向型エネルギー分析器33の一方の球面
状の電極fの電位は基板電極24の電位と掃引電圧との和
より2V高くされ、偏向型エネルギー分析器33の他方の
球面状の電極gの電位は基板電極24の電位と掃引電圧と
の和より2V低くくされる。レンズ系28の電極c、dの
電位は、各掃引電圧値においてイオンビームがエネルギ
ー分析器33を通過した後に収束するように最適値に設定
される。エネルギー分析器33の二つの球面状の電極f、
gには基板電極24の電位と掃引電圧との和を基準に正負
の一定の電位が与えられ、エネルギー分析器33を通過す
る時のイオンの運動エネルギーが設定される。基板電極
24のオリフィス24a でのイオンの運動エネルギーは、掃
引電圧とエネルギ一分析器33を通過する時の運動エネル
ギーとの和で与えられ、掃引電圧の掃引により基板電極
24のオリフィス24a におけるイオンの運動エネルギーを
分析する。この図示構成例での局所的な感度の計算結果
を従来の同軸型の場合と比較して図5に示す。
Next, an embodiment of the positive ion energy distribution measurement will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the configuration of the lens system and the deflection type energy analyzer. Lens system
28 comprises five electrodes a, b, c, d and e, and the deflection energy analyzer 33 is of a 90 degree deflection type and comprises two opposed spherical electrodes f, g and h. The potentials of the electrodes a and b of the lens system 28 are made equal to the potential of the substrate electrode 24, and the electrode e of the lens system 28 and the deflection type energy analyzer are used.
The potential of the electrode h of 33 is made equal to the sum of the potential of the substrate electrode 24 and the sweep voltage. The potential of one spherical electrode f of the deflection energy analyzer 33 is set to 2 V higher than the sum of the potential of the substrate electrode 24 and the sweep voltage, and the potential of the other spherical electrode g of the deflection energy analyzer 33 is The voltage is made 2 V lower than the sum of the potential of the substrate electrode 24 and the sweep voltage. The potentials of the electrodes c and d of the lens system 28 are set to optimal values so that the ion beam converges after passing through the energy analyzer 33 at each sweep voltage value. Two spherical electrodes f of the energy analyzer 33,
A constant positive or negative potential is given to g based on the sum of the potential of the substrate electrode 24 and the sweep voltage, and the kinetic energy of the ions when passing through the energy analyzer 33 is set. Substrate electrode
The kinetic energy of the ions at the orifice 24a is given by the sum of the sweep voltage and the kinetic energy when passing through the energy analyzer 33, and the sweep voltage sweeps the substrate electrode.
The kinetic energy of the ions at the 24 orifices 24a is analyzed. FIG. 5 shows a calculation result of the local sensitivity in the illustrated configuration example in comparison with the conventional coaxial type.

【0019】 [0019]

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、基板電極のオリフィスから出たイオンをイオンエネ
ルギー分析器へ導き、偏向型イオンエネルギー分析器に
より分析することで感度のエネルギー依存性をなくし、
基板電極の電位を基準電位とする偏向型イオンエネルギ
ー分析器及び質量分析器により、基板入射イオンのエネ
ルギー分布を計測、質量分析するように構成し、また中
性粒子に関しては、中性粒子をイオン化した後、基板電
極の電位を基準電位とする偏向型イオンエネルギー分析
器及び質量分析器により、基板に入射する中性粒子のエ
ネルギー分布の計測、質量分析をするように構成してい
るので、高周波電力印加基板へ入射する正負イオン、中
性粒子種の分析、及び正確なエネルギー分布の計測がで
きるようになり、エッチングプロセスにおける正負イオ
ン、中性粒子種及びそのエネルギーの関わりについての
情報を得ることができるようになる。従って、本発明は
特に半導体や電子部品加工に用いられている反応性イオ
ンエッチングプロセスをより深く理解することができ、
プロセス開発に大きな貢献をする分析法及び分析装置を
提供することができる。
As described above, according to the present invention, ions coming out of the orifice of the substrate electrode are guided to the ion energy analyzer, and analyzed by the deflection type ion energy analyzer, whereby the energy dependence of the sensitivity is obtained. To eliminate
Deflection type ion energy analyzer and mass analyzer that use the potential of the substrate electrode as the reference potential are used to measure and mass analyze the energy distribution of the ions incident on the substrate. After that, the deflection ion energy analyzer and the mass analyzer that use the potential of the substrate electrode as the reference potential are used to measure the energy distribution of the neutral particles incident on the substrate and perform mass analysis. Analysis of positive and negative ions and neutral particles incident on the substrate to which power is applied, and accurate measurement of energy distribution can be performed, and information on positive and negative ions, neutral particles, and their relation to energy in the etching process can be obtained. Will be able to Therefore, the present invention can provide a deeper understanding of the reactive ion etching process particularly used for processing semiconductors and electronic components.
An analysis method and an analysis device that greatly contribute to process development can be provided.

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

【図1】 本発明の分析法における座標系と分布関数の
説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a coordinate system and a distribution function in the analysis method of the present invention.

【図2】 本発明の一実施例を示す分析装置の構成を示
す概略図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an analyzer according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の別の実施例を示す分析装置の構成を
示す概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of an analyzer according to another embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の分析装置におけるレンズ系及び偏向
型イオンエネルギー分析器の構成を示す概略図。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a lens system and a deflection ion energy analyzer in the analyzer of the present invention.

【図5】 図4に示す偏向型イオンエネルギー分析器の
局所的な感度の計算例を同軸型イオンエネルギー分析器
の局所的な感度の計算例と比較して示すグラフ。
5 is a graph showing a calculation example of local sensitivity of the deflection ion energy analyzer shown in FIG. 4 in comparison with a calculation example of local sensitivity of the coaxial ion energy analyzer.

【図6】 同軸型イオンエネルギー分析器を用いた従来
の分析装置の構成を示す概略図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional analyzer using a coaxial ion energy analyzer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21:プラズマ室 22:プラズマ発生用高周波コイル 24:基板電極 24a:オリフィス 27:高周波電源 28:レンズ系 33:偏向型イオンエネルギー分析器 34:質量分析器 37:エネルギー分析制御器 38:質量分析制御器 44:掃引電圧源 21: Plasma chamber 22: High frequency coil for plasma generation 24: Substrate electrode 24a: Orifice 27: High frequency power supply 28: Lens system 33: Deflection type ion energy analyzer 34: Mass analyzer 37: Energy analysis controller 38: Mass analysis control Unit 44: Swept voltage source

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応性ガスを主体とする気体を真空中に
導入し、低圧で交番電力、高周波電力、マイクロ波電力
等によりプラズマを形成して導入気体をプラズマ分解
し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを利用し
て、プラズマに接する基板電極に基板を載置して基板を
エッチングするエッチング装置のエッチングプラズマに
おける基板入射イオンの分析法において、基板電極に高
周波電力を印加し、基板電極に入射したイオンを偏向型
イオンエネルギー分析器及び質量分析器へ導き、偏向型
イオンエネルギー分析器及び質量分析器の基準電位を基
板電極の電位として基板電極に入射したイオンのエネル
ギー分布を測定することを特徴とするエッチングプラズ
マにおける基板入射イオンの分析法。
1. A gas mainly comprising a reactive gas is introduced into a vacuum, and a plasma is formed at a low pressure by using alternating power, high frequency power, microwave power, or the like, and the introduced gas is decomposed into plasma to generate atoms and molecules. In a method for analyzing a substrate incident ion in an etching plasma of an etching apparatus in which a substrate is placed on a substrate electrode in contact with plasma using radicals and ions, and a substrate is etched, high-frequency power is applied to the substrate electrode, The ions incident on the substrate to the deflection ion energy analyzer and the mass analyzer, and measure the energy distribution of the ions incident on the substrate electrode using the reference potential of the deflection ion energy analyzer and the mass analyzer as the potential of the substrate electrode. A method for analyzing ions incident on a substrate in an etching plasma, characterized in that:
【請求項2】 反応性ガスを主体とする気体を真空中に
導入し、低圧で交番電力、高周波電力、マイクロ波電力
等によりプラズマを形成して導入気体をプラズマ分解
し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを利用し
て、プラズマに接する基板電極に基板を載置して基板を
エッチングするエッチング装置のエッチングプラズマに
おける基板入射イオンの分析法において、基板電極に高
周波電力を印加し、基板電極に入射した中性粒子をイオ
ン化した後偏向型イオンエネルギー分析器及び質量分析
器へ導き、偏向型イオンエネルギー分析器及び質量分析
器の基準電位を基板電極の電位として基板電極に入射し
た中性粒子のエネルギー分布を測定することを特徴とす
るエッチングプラズマにおける基板入射イオンの分析
法。
2. A gas mainly composed of a reactive gas is introduced into a vacuum, and a plasma is formed at a low pressure by using alternating power, high frequency power, microwave power or the like, and the introduced gas is decomposed into plasma to generate atoms and molecules. In a method for analyzing a substrate incident ion in an etching plasma of an etching apparatus in which a substrate is placed on a substrate electrode in contact with plasma using radicals and ions, and a substrate is etched, high-frequency power is applied to the substrate electrode, Neutral particles incident on the substrate electrode are ionized after neutralizing the neutral particles incident on the substrate electrode, and then guided to the deflection ion energy analyzer and the mass analyzer, and the reference potential of the deflection ion energy analyzer and the mass analyzer is used as the substrate electrode potential. A method for analyzing ions incident on a substrate in an etching plasma, comprising measuring an energy distribution of the substrate.
【請求項3】 反応性ガスを主体とする気体を導入し、
低圧で交番電力、高周波電力、マイクロ波電力等により
エッチングプラズマを発生させるプラズマ発生室を有
し、プラズマ発生室中で導入気体をプラズマ分解し、発
生した原子、分子、ラジカル、イオンを利用して、プラ
ズマに接する位置に配置した基板電極上の基板をエッチ
ングするエッチング装置のエッチングプラズマにおける
基板入射イオンの分析装置において、高周波電力が印加
されている基板電極に入射するイオンを分析する分析器
が、基板電極電位を基準電位とする偏向型イオンエネル
ギー分析器及び質量分析器から成り、基板電極に入射し
たイオンのエネルギー分布を測定するように構成したこ
とを特徴とするエッチングプラズマにおける基板入射イ
オンの分析装置。
3. A gas mainly containing a reactive gas is introduced,
It has a plasma generation chamber that generates etching plasma at low pressure with alternating power, high frequency power, microwave power, etc., and uses the generated atoms, molecules, radicals, and ions to perform plasma decomposition of the introduced gas in the plasma generation chamber. In an analyzer for etching substrate incident ions in an etching plasma of an etching device for etching a substrate on a substrate electrode arranged at a position in contact with the plasma, an analyzer for analyzing ions incident on the substrate electrode to which high-frequency power is applied, Analysis of substrate incident ions in an etching plasma, comprising a deflection type ion energy analyzer and a mass analyzer having a substrate electrode potential as a reference potential and configured to measure an energy distribution of ions incident on the substrate electrode. apparatus.
【請求項4】 反応性ガスを主体とする気体を導入し、
低圧で交番電力、高周波電力、マイクロ波電力等により
エッチングプラズマを発生させるプラズマ発生室を有
し、プラズマ発生室中で導入気体をプラズマ分解し、発
生した原子、分子、ラジカル、イオンを利用して、プラ
ズマに接する位置に配置した基板電極上の基板をエッチ
ングするエッチング装置のエッチングプラズマにおける
基板入射イオンの分析装置において、高周波電力が印加
されている基板電極とに基板電極に入射するイオンを分
析する分析器との間に、基板電極に入射する中性粒子を
イオン化するイオン化室を設け、上記分析器を、イオン
化室と共に基板電極電位を基準電位とする偏向型イオン
エネルギー分析器及び質量分析器で構成し、基板電極に
入射した中性粒子のエネルギー分布を測定するように構
成したことを特徴とするエッチングプラズマにおける基
板入射イオンの分析装置。
4. A gas mainly comprising a reactive gas is introduced,
It has a plasma generation chamber that generates etching plasma at low pressure with alternating power, high frequency power, microwave power, etc., and uses the generated atoms, molecules, radicals, and ions to perform plasma decomposition of the introduced gas in the plasma generation chamber. In an analyzer for etching substrate incident ions in an etching plasma of an etching apparatus for etching a substrate on a substrate electrode arranged at a position in contact with plasma, the ions incident on the substrate electrode are analyzed with the substrate electrode to which high-frequency power is applied. An ionization chamber for ionizing neutral particles incident on the substrate electrode is provided between the analyzer and the analyzer, and the analyzer is operated together with the ionization chamber by a deflection type ion energy analyzer and a mass analyzer using the substrate electrode potential as a reference potential. Characterized in that it is configured to measure the energy distribution of neutral particles incident on the substrate electrode. Analyzer of substrate incident ions in the etching plasma that.
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