JPH11250854A - エッチングプラズマにおける基板入射イオンの分析法及び装置 - Google Patents
エッチングプラズマにおける基板入射イオンの分析法及び装置Info
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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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Abstract
(57)【要約】
【課題】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。 【解決手段】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さ
れ、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
構成される。
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。 【解決手段】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さ
れ、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
構成される。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【０００８】
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
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
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１９】
【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。
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。
【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。
説明図。
【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。
す概略図。
【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。
示す概略図。
【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。
型イオンエネルギー分析器の構成を示す概略図。
【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。
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。
【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。
の分析装置の構成を示す概略図。
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
Claims (4)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4972898A JPH11250854A (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | エッチングプラズマにおける基板入射イオンの分析法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4972898A JPH11250854A (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | エッチングプラズマにおける基板入射イオンの分析法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11250854A true JPH11250854A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=12839258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4972898A Pending JPH11250854A (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | エッチングプラズマにおける基板入射イオンの分析法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11250854A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210270A (ja) * | 2000-01-25 | 2001-08-03 | Ulvac Japan Ltd | 高周波電力印加電極に入射する高速中性粒子のエネルギーの分析方法及び分析装置 |
| JP2005100971A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-04-14 | Hitachi Ltd | クラスターイオン照射装置及びそれを用いた磁気ヘッドの製造方法 |
| KR100594673B1 (ko) * | 2000-08-25 | 2006-06-30 | 하루오 신도 | 플라즈마 영역내의 전자 에너지 분포 측정 방법 및 그측정 장치 |
| US7405394B2 (en) | 2004-08-24 | 2008-07-29 | Hitachi, Ltd. | Gas cluster-ion irradiation apparatus |
| JP2010519687A (ja) * | 2007-02-19 | 2010-06-03 | バイエル・テクノロジー・サービシーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 質量分析計 |
-
1998
- 1998-03-02 JP JP4972898A patent/JPH11250854A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001210270A (ja) * | 2000-01-25 | 2001-08-03 | Ulvac Japan Ltd | 高周波電力印加電極に入射する高速中性粒子のエネルギーの分析方法及び分析装置 |
| KR100594673B1 (ko) * | 2000-08-25 | 2006-06-30 | 하루오 신도 | 플라즈마 영역내의 전자 에너지 분포 측정 방법 및 그측정 장치 |
| JP2005100971A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-04-14 | Hitachi Ltd | クラスターイオン照射装置及びそれを用いた磁気ヘッドの製造方法 |
| US7405394B2 (en) | 2004-08-24 | 2008-07-29 | Hitachi, Ltd. | Gas cluster-ion irradiation apparatus |
| JP2010519687A (ja) * | 2007-02-19 | 2010-06-03 | バイエル・テクノロジー・サービシーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 質量分析計 |
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|
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|
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|
| A521 | Written amendment |
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|
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