(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の所望領域内における荷電粒子と中性粒子との衝突頻度をモニタするモニタ装置において、前記所望領域内のガス圧力を測定するガス圧力測定手段と、前記所望領域内の電位分布を測定する電位分布測定手段と、予め前記荷電粒子と中性粒子との衝突断面積の既知データを格納した格納手段と、前記ガス圧力測定手段の測定結果、電位分布測定手段の測定結果及び格納手段に格納された衝突断面積の既知データに基づいて前記衝突頻度を算出する衝突頻度算出手段とを備えたことを特徴とするモニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は真空容器の所望領域内における荷電粒子と中性粒子との衝突頻度をモニタするモニタ装置に関し、特に荷電粒子と中性粒子との多重散乱確率をモニタ可能なモニタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば真空容器内でイオン（荷電粒子）を基板に衝突させることによって基板上にイオンによる成膜を行うイオンを用いた各種成膜方法においては、真空容器の所望領域内で荷電粒子が中性粒子に衝突する頻度をモニタすることが成膜条件や品質等を決定する上で重要である。
【０００３】
ところで、均一な電位空間内を荷電粒子が中性粒子と衝突を繰り返しながら飛行するとき、荷電粒子の質量が中性粒子の質量に比べて充分に大きく、衝突後も衝突前と同じ方向に飛行すると仮定できる場合には、長さＤの区間でＮ回衝突する確率は、次の数式１のポアッソン分布で与えられることが知られている。
【０００４】
【数１】
0003594997.tif 000002
【０００５】
ここで、荷電粒子の平均自由行程Ｌは、中性粒子の密度ｎと、荷電粒子と中性粒子との衝突断面積σから、次の数式２で表わされる。
【０００６】
【数２】
0003594997.tif 000003
【０００７】
この中性粒子の密度ｎは、所望領域内の中性粒子のガス圧力Ｐを測定することによって求められ、衝突断面積σは、衝突後も変化しないとして定数として扱われる。
【０００８】
そこで、従来のモニタ装置においては、ガス圧力Ｐと衝突断面積σから数式１を用いて衝突確率を算出することによって、真空容器の所望領域内における荷電粒子と中性粒子との衝突頻度（衝突確率）をモニタするようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のモニタ装置にあっては、荷電粒子が均一な電位空間内を飛行することを前提として、衝突断面積σを定数として扱っているので、荷電粒子が不均一電位空間を飛行するとき、すなわち衝突断面積σが変化したときには、数式１が成り立たなくなるため、衝突確率を正確に算出することができないという課題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、所望領域内のガス圧力を測定するガス圧力測定手段と、前記所望領域内の電位分布を測定する電位分布測定手段と、予め前記荷電粒子と中性粒子との衝突断面積の既知データを格納した格納手段と、前記ガス圧力測定手段の測定結果、電位分布測定手段の測定結果及び格納手段に格納された衝突断面積の既知データに基づいて前記所望領域内の衝突頻度を算出する衝突頻度算出手段とを備えた。
【００１１】
【作用】
衝突断面積が場所ｘに依存する際において、ガス圧力測定手段で所望領域内のガス圧力Ｐを測定し、電位分布測定手段で所望領域内の電位分布Ｖ（ｘ）を測定し、衝突頻度算出手段によって、これらの各測定結果と格納手段に格納された加速エネルギーｅＶでの衝突断面積σ（ｅＶ）の既知データとに基づいて、所望領域内の荷電粒子と中性粒子との衝突頻度を算出する。
【００１２】
すなわち、衝突断面積が場所ｘで変化する際、一般的には、衝突係数κ（ｘ）が場所ｘで変化すると考えると、距離Ｄの区間でＮ回衝突する確率ＰＮは、次の数式３で与えられる。
【００１３】
【数３】
0003594997.tif 000004
【００１４】
この数式３を場所ｘに依存する衝突断面積σ（ｘ）を用いて書き直すと、数式４となる。
【００１５】
【数４】
0003594997.tif 000005
【００１６】
すなわち、距離Ｄの区間でＮ回衝突する確率ＰＮは、数式４から、場所ｘ０での平均自由行程Ｌ、場所ｘ０での衝突断面積σ０、場所ｘでの衝突断面積σ（ｘ）によって求めることができる。
ここで、荷電粒子として一価イオンを例にすると、場所ｘでの加速エネルギーが電位分布Ｖ（ｘ）からｅＶ（ｘ）と表わされるので、加速エネルギーｅＶでの衝突断面積σ（ｅＶ）と電位分布Ｖ（ｘ）を与えると、衝突断面積σ（ｘ）がσ（ｅＶ（ｘ））として場所ｘの関数で表わされる。
また、場所ｘ０での平均自由行程Ｌは、中性粒子の密度ｎと場所ｘ０での衝突断面積σ０から、数式５で表わされる。なお、中性粒子の密度ｎは、前記のように所望領域内の中性粒子のガス圧力Ｐを測定することから求められる。
【００１７】
【数５】
0003594997.tif 000006
【００１８】
したがって、ガス圧力測定手段で所望領域内のガス圧力Ｐを測定し、電位分布測定手段で所望領域内の電位分布Ｖ（ｘ）を測定することによって、これらの各測定結果と格納手段に格納された加速エネルギーｅＶでの衝突断面積σ（ｅＶ）の既知データとに基づいて所望領域内の荷電粒子と中性粒子との衝突頻度を算出することができる。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るモニタ装置で真空容器内の荷電粒子と中性粒子との衝突頻度をモニタする場合の模式的構成図である。
【００２０】
真空容器１内には試料台２を配置して試料３を設置し、イオンビーム発生装置４から試料３に対して正イオン（荷電粒子）５を射出する場合に、真空容器１の所望領域内での正イオン５と中性粒子６との衝突頻度をモニタするために、真空容器１の所望領域内のガス圧力Ｐを測定するガス圧力測定手段としてのガス圧力計７と、真空容器１の所望領域内の電位分布Ｖ（ｘ）を測定する電位分布測定手段としてイオンビーム発生装置４のイオンビームの電位を測定する電位計８、及び電源９から試料台２に印加する電位を測定する電位計１０と、加速エネルギーｅＶでの衝突断面積σ（ｅＶ）の既知データを格納した格納手段であるメモリ１１と、これらのガス圧力計７の測定結果、電位計８，１０の測定結果及びメモリ１１に格納した加速エネルギーｅＶでの衝突断面積σ（ｅＶ）の既知データとに基づいて、前記数式４を用いて衝突頻度を算出する衝突頻度算出手段である演算器１２とを備えると共に、演算器１２の演算結果を表示する表示装置１３を設けている。
【００２１】
ここで、イオンビーム発生装置４で発生した正イオン５が試料３まで飛行する区間の距離をＤとして、この距離Ｄは予め演算器１２に与えている。また、イオンビーム発生装置４のイオンビームの電位を測定する電位計８の測定結果と、試料台２に印加する電位を測定する電位計１０の測定結果との差、すなわち電位差は区間の距離Ｄに比例して発生している。
【００２２】
以上のように構成したモニタ装置を用いて真空容器１の所望領域内での荷電粒子である正イオン５と中性粒子６との衝突頻度をモニタした。このときのモニタ条件は、数式４の積分部分式である数式６の算出値Ｓが、０．５で、Ｄ／Ｌが１の場合であった。
【００２３】
【数６】
0003594997.tif 000007
【００２４】
この結果、１回散乱確率Ｐ１、２回散乱確率Ｐ２、３回散乱確率Ｐ３についての表示装置１３の表示値は、Ｐ１＝０．３０３、Ｐ２＝０．０７６、Ｐ３＝０．０１３であった。
【００２５】
これに対して、従来の数式１によって算出した散乱確率は、Ｐ１＝０．３６８、Ｐ２＝０．１８４、Ｐ３＝０．０６１となり、上記モニタ装置によるモニタ結果と大幅に異なり、この傾向は、衝突断面積の加速エネルギー依存性が大きくなるに従って顕著になる。
【００２６】
このように、このモニタ装置によれば、不均一電位空間内を飛行する荷電粒子が中性粒子に衝突して多重散乱される際の衝突頻度、多重散乱確率を正確にモニタすることができ、特に衝突断面積の加速エネルギー依存性が大きくなるほどその効果は大きくなる。
【００２７】
なお、上記実施例では、一価イオンを例にして説明したが、多価イオンではその加速エネルギーに応じた衝突断面積のデータを用いることによって、多重散乱確率をモニタすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、真空容器の所望領域のガス圧力及び電位分布の測定結果と衝突断面積の既知データに基づいて荷電粒子と中性粒子との衝突頻度をモニタするので、荷電粒子が不均一電位空間内で中性粒子と何回衝突したかをモニタすることができ、荷電粒子による成膜等の品質を向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモニタ装置で真空容器内の荷電粒子と中性粒子との衝突頻度をモニタする場合の模式的構成図
【符号の説明】
１…真空容器、２…試料台、３…試料、４…イオンビーム発生装置、５…正オン、６…中性粒子、７…ガス圧力計、８，１０…電位計、１１…メモリ（格納手段）、１２…演算器（衝突頻度算出手段）、１３…表示装置。
【図１】
0003594997.tif 000008