(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波や高周波放電によってプラズマを形成するとともに真空チャンバー内に高周波基板電極を設け、前記高周波基板電極上に基板を載置して前記基板上の物質に加工を施すプロセス装置において、
前記高周波基板電極に設けたオリフィスを通して入射する粒子から荷電粒子を偏向板により除去し、
荷電粒子を除去した粒子をイオン化室へ通して電子衝撃により高速中性粒子のみをイオン化し、
イオン化した高速中性粒子のエネルギーを、制御可能な電源に接続したエネルギー分析部で分析し、
前記エネルギー分析部で分析したイオンのうち分析電位より大きなエネルギーをもつ、イオンのみを、制御可能な別の電源に接続した第１電極と二次電子増倍管から成るイオン検出部に導き、前記エネルギー分析部の阻止電位型エネルギー分析用電極と前記イオン検出部の前記第１電極における電位差が常に一定になるように、前記エネルギー分析部に接続した前記制御可能な電源及び前記イオン検出部に接続した前記制御可能な別の電源を、外部の分析制御手段により制御することを特徴とする高速中性粒子のエネルギーの分析方法。
【請求項２】
前記イオン検出部で検出された検出信号を光ファイバーを介して前記外部の分析制御手段へ伝送し、エネルギー分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の高速中性粒子のエネルギーの分析方法。
【請求項３】
前記イオン検出部で検出された検出信号を赤外線伝送手段を介して前記外部の分析制御手段へ伝送し、エネルギー分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の高速中性粒子のエネルギーの分析方法。
【請求項４】
マイクロ波や高周波放電によってプラズマを形成するとともに真空チャンバー内に高周波基板電極を設け、前記高周波基板電極上に基板を載置して前記基板上の物質に加工を施すプロセス装置において、
前記高周波基板電極に設けたオリフィスを通して入射する粒子から荷電粒子を除去する偏向手段と、
高速中性粒子のみをイオン化するイオン化手段と、
制御可能な電源に接続され、イオン化した高速中性粒子のエネルギーを分析する阻止電位型エネルギー分析部と、
制御可能な別の電源に接続した第１電極と二次電子増倍管から成り、分析したイオンを検出するイオン検出部と、
前記エネルギー分析部で分析したイオンのうち分析電位より大きなエネルギーをもつ、イオンのみを、前記制御可能な別の電源に接続した前記第１電極と二次電子増倍管から成る前記イオン検出部に導き、前記阻止電位型エネルギー分析部の阻止電位型エネルギー分析用電極と前記イオン検出部の前記第１電極における電位差が常に一定になるように、前記阻止電位型エネルギー分析部に接続した前記制御可能な電源及び前記イオン検出部に接続した前記制御可能な別の電源を制御する制御信号を発生する外部の分析制御手段と
を有すること特徴とする高速中性粒子のエネルギーの分析装置。
【請求項５】
前記外部の分析制御手段が光ファイバーから成る伝送手段又は赤外線伝送手段及び周波数−電圧変換器を介して前記イオン検出部から検出信号を受けるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の高速中性粒子のエネルギーの分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、エッチングプロセス装置等の高周波印加電極に入射する高速中性粒子のエネルギー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】
従来、マイクロ波や高周波放電によってプラズマを形成するとともに真空チャンバー内に高周波印加電極を設け、高周波印加電極上に基板を載置し、基板上の物質に加工を施すエッチングプロセス装置において、プラズマから基板に入射する負イオンのエネルギー及び質量を分析する方法及び装置については本出願人は先に提案してきた（特開平10−199473号公報参照）。すなわち、高周波印加電極に入射する負の荷電粒子を、高周波印加電極に設けた開口を通して引出し、引出した負の荷電粒子の流入方向に対して垂直方向に閉じた磁気回路を用いて垂直磁場を掛けることにより負の荷電粒子のうちの電子を除去し、負イオンのみを取出して分析するように構成されている。
【０００３】
また、この種のエッチングプロセス装置において、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ついても本出願人は先に提案してきた（特開平11−250854号公報参照）。すなわち、高周波印加電極に入射するイオンを、高周波印加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へ通し、又中性粒子の場合には高周波印加電極に入射する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通して分析するように構成されている。
【０００４】
中性粒子の測定に関しては、特開平11−250854号公報に開示している先に提案の方法により、質量分析器で中性粒子種を特定、分離できるが、高速（数100eV）の中性粒子についてはそれのイオン化効率が相当に低く、そのため質量分析器に通すと、信号がかなり小さくなり、検出できなくなる恐れがあった。すなわち、高速中性粒子のフラックス量は圧力に依存するが、通常のエッチング条件（圧力20mTorr、プラズマ密度1×1011cm-3）におけるイオン電流密度とほぼ同程度の、〜1016cm2s-1程度である。0.05cmのオリフィス径を通過するフラックス量は更に三桁低くなり、電子によるイオン化効率が低いので、最終的に検出される電流値はnA（10-9A）の領域になるため、接地電位を基準とする通常の測定では高周波ノイズの中に埋もれて検出できない。
【０００５】
また、従来のエネルギー分析器では検出部の基準電位が、粒子のエネルギーに依存せず、固定されている。検出部の量子効率は、エネルギーに依存する。従って、検出部の量子効率を常に一定にして測定しないと、エネルギーによって感度が異なる結果になる。
【０００６】
さらに、特開平11−250854号公報に開示しているように偏向型エネルギー分析器及び質量分析器を用いる場合にはそれらの入口までイオン化された中性粒子を導くためにレンズ系の制御等が必要であり、構造上の観点から複雑となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来のものの持つ問題点を解決するもので、高周波ノイズがなく、エネルギー依存性のない基板入射高速中性粒子分析方法及び分析装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第1の発明によれば、マイクロ波や高周波放電によってプラズマを形成するとともに真空チャンバー内に高周波基板電極を設け、前記高周波基板電極上に基板を載置して前記基板上の物質に加工を施すプロセス装置において、
前記高周波基板電極に設けたオリフィスを通して入射する粒子から荷電粒子を偏向板により除去し、
荷電粒子を除去した粒子をイオン化室へ通して電子衝撃により高速中性粒子のみをイオン化し、
イオン化した高速中性粒子のエネルギーを、制御可能な電源に接続したエネルギー分析部で分析し、
前記エネルギー分析部で分析したイオンのうち分析電位より大きなエネルギーをもつ、イオンのみを、制御可能な別の電源に接続した第１電極と二次電子増倍管から成るイオン検出部に導き、前記エネルギー分析部の阻止電位型エネルギー分析用電極と前記イオン検出部の前記第１電極における電位差が常に一定になるように、前記エネルギー分析部に接続した前記制御可能な電源及び前記イオン検出部に接続した前記制御可能な別の電源を、外部の分析制御手段により制御することを特徴としている。
【０００９】
好ましくは検出部で検出された検出信号は光ファイバー又は赤外線伝送手段を介して外部の分析制御手段へ伝送され、エネルギー分布が算出され得る。
また、本発明の方法においては検出部には二次電子増倍管が用いられる。
【００１０】
また、本発明の第２の発明によれば、マイクロ波や高周波放電によってプラズマを形成するとともに真空チャンバー内に高周波基板電極を設け、前記高周波基板電極上に基板を載置して前記基板上の物質に加工を施すプロセス装置において、
前記高周波基板電極に設けたオリフィスを通して入射する粒子から荷電粒子を除去する偏向手段と、
高速中性粒子のみをイオン化するイオン化手段と、
制御可能な電源に接続され、イオン化した高速中性粒子のエネルギーを分析する阻止電位型エネルギー分析部と、
制御可能な別の電源に接続した第１電極と二次電子増倍管から成り、分析したイオンを検出するイオン検出部と、
前記エネルギー分析部で分析したイオンのうち分析電位より大きなエネルギーをもつ、イオンのみを、前記制御可能な別の電源に接続した前記第１電極と二次電子増倍管から成る前記イオン検出部に導き、前記阻止電位型エネルギー分析部の阻止電位型エネルギー分析用電極と前記イオン検出部の前記第１電極における電位差が常に一定になるように、前記阻止電位型エネルギー分析部に接続した前記制御可能な電源及び前記イオン検出部に接続した前記制御可能な別の電源を制御する制御信号を発生する外部の分析制御手段と
を有すること特徴としている。
【００１１】
さらに、外部の分析制御手段は光ファイバーから成る伝送手段又は赤外線伝送手段及び周波数−電圧変換器を介してイオン検出部から検出信号を受けるように構成され得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明の実施の形態による高速中性粒子エネルギー分析装置を概略的に示している。図面において1は図示していないプラズマ室に配置され、高周波電力が印加されている基板電極で、プラズマ中で発生した粒子を通すオリフィス１ａを備えている。このオリフィス１ａと同軸に二枚の偏向電極２が配置され、二枚の偏向電極２のうちオリフィス１ａに隣接した方の偏向電極２ａは図示実施の形態では500Ｖと−500Ｖの電源３、４に接続されている。偏向電極２は基板電極１におけるオリフィス１ａを通過して入ってきた荷電粒子を取り除く働きをする。
【００１３】
二枚の偏向電極２の後段には、高速中性粒子のみを電子衝撃でイオン化するイオン化室５が配置され、イオン化室５は図示実施の形態では８Ｖの電源６に接続されている。またこのイオン化室５はフィラメント７を備え、フィラメント７は電源８に接続されている。
【００１４】
イオン化室５の後段には、イオン化された高速中性粒子のエネルギーを分析する阻止電位型エネルギー分析用電極９が設けられ、この阻止電位型エネルギー分析用電極９は後で説明するように制御可能な電源１０に接続されている。阻止電位型エネルギー分析用電極９に隣接してイオン検出部１１の第１電極１２が配置され、この第１電極１２は制御可能な電源１３に接続されている。イオン検出部１１の第１電極１２の制御可能な電源１３は、阻止電位型エネルギー分析用電極９とイオン検出部１１の第１電極１２との間の電位差を制御するために設けられている。またイオン検出部１１は二次電子増倍管１４を備え、この二次電子増倍管１４はカバー１５で覆われ、そして電流検出手段１６に接続されている。
【００１５】
電流検出手段１６で得られた検出信号は周波数−電圧変換器１７及び光ファイバー１８を介して例えば適当なコンピューターシステムから成り得る外部の分析制御手段１９に伝送され、検出された電流値をエネルギーで微分することによりエネルギー分布が得られる。また、外部の分析制御手段１９は、阻止電位型エネルギー分析用電極９の制御可能な電源１０及びイオン検出部１１の第１電極１２の制御可能な電源１３に対する制御信号を発生し、この制御信号は、二次電子増倍管１４に入射するイオンのエネルギーを一定にするため、阻止電位型エネルギー分析用電極９とイオン検出部１１の第１電極１２における電位差が常に一定となるように両電源を制御する。
なお、本実施の形態においては、光ファイバー１８に代えて、適当な赤外線伝送手段を使用することも可能である。
【００１６】
図２には、分析時に各電極に印加される電位を示している。プラズマシース中で荷電交換により発生した高速中性粒子は、数百eVのエネルギーを持ち、イオンや電子と共に基板電極１のオリフィス１ａを通過して分析装置内に入射する。高速中性粒子と共に入射してきたイオンと電子は偏向電極２において除かれ、高速中性粒子のみがイオン化室５に入射し、電子衝撃によりイオン化される。この時、イオン化された高速中性粒子のエネルギーは、初期エネルギー＋イオン化室５の電位（図示実施の形態では８Ｖ）となって、阻止電位型エネルギー分析用電極９に入射する。阻止電位型エネルギー分析用電極９では、分析電位よりも大きなエネルギーを持つイオンのみが通過できる。通過したイオンは二次電子増倍管１４で増幅され、そして電流検出手段１６で検出される。こうして検出された電流値は、周波数−電圧変換器１７及び光ファイバー１８を介して外部の分析制御手段１９に伝送され、この電流値をエネルギーで微分することによりエネルギー分布を得るように処理される。
【００１７】
二次電子増倍管１４に入射するイオンのエネルギーが変わると、二次電子増倍管１４の量子効率が変わるので、一定のエネルギーで入射させることが必要になる。そのため、上記で説明したように、外部の分析制御手段１９からの制御信号により、阻止電位型エネルギー分析用電極９とイオン検出部１１の第１電極１２における電位差が常に一定となるようにこれらの電源を制御している。
【００１８】
図３及び図４には、図1に示す分析装置を用いて測定した高速中性子のエネルギー分布を示し、エッチング条件はＡｒ２５sccm、Ｏ23.5sccmの混合ガス、圧力２８mTorr、約１×１０10cm-3のプラズマ密度である。
図３の測定例は高周波バイアス電力が１４０Ｗである場合であり、また図４の測定例は高周波バイアス電力が３１０Ｗの場合である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の分析方法によれば、高周波基板電極に設けたオリフィスを通して入射する粒子から荷電粒子を偏向板により除去し、高速中性粒子のみをイオン化して、イオン化した高速中性粒子のエネルギーをエネルギー分析部で分析し、分析したイオンのエネルギーを常に一定にして検出部に入射するようにエネルギー分析部の電位と検出部の電位を制御するように構成しているので、検出部のエネルギー依存性がなく、高速中性粒子エネルギー分析が可能になる。
また、本発明の分析方法において、検出部で検出された検出信号を光ファイバー又は赤外線伝送手段を介して外部の分析制御手段へ伝送し、エネルギー分布を算出するように構成することにより、高周波ノイズの影響をなくすることができ、それにより高速中性粒子のエネルギー分析を正確かつ容易に実施することができるようになる。
【００２０】
本発明の分析装置によれば、高周波基板電極に設けたオリフィスを通して入射する粒子から荷電粒子を除去する偏向手段と、高速中性粒子のみをイオン化するイオン化手段と、イオン化した高速中性粒子のエネルギーを分析する阻止電位型エネルギー分析部と、分析したイオンの検出部と、阻止電位型エネルギー分析部とイオンの検出部との電位差を制御して阻止電位型エネルギー分析部で分析したイオンのエネルギーを常に一定にして検出部に入射させる電位差制御手段とを備えて構成しているので、検出部のエネルギー依存性がなく、高速中性粒子エネルギー分析が可能になるだけでなく、従来の装置構成に比べて、レンズ系やその制御系が不要であり、分析装置を比較的簡単に構成することができるようになる。
また、測定器を高周波電力が印加されている基板電極の下部に配置するため、接地電位基準の場合、測定器との間に高周波電場が存在し、ノイズ源になるが、光ファイバーから成る伝送手段又は赤外線伝送手段を介して接続される外部の分析制御手段を設け、この分析制御手段が光ファイバーから成る伝送手段又は赤外線伝送手段及び周波数−電圧変換器を介してイオン検出部から検出信号を受けるように構成した場合には、エネルギー分析器の電源及び信号ラインを高周波電源に重畳し、外部との信号の授受は、光ファイバー又は赤外線伝送手段を通して行うことにより、電極電位を基準電位とすることができ、電極とエネルギー分析器との間に高周波電場が発生せず、ノイズ源をつくらずに測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一つの実施の形態を示す概略線図。
【図２】  図１に示す分析装置の各部の電位を示す図。
【図３】  図１の分析装置を用いて測定した高速中性粒子のエネルギー分布を示すグラフ。
【図４】  図１の分析装置を用いて図３の場合と異なる高周波バイアス電力を印加した時の高速中性粒子のエネルギー分布を示すグラフ。
【符号の説明】
１  ：基板電極
１ａ：オリフィス
２  ：偏向電極
５  ：イオン化室
７  ：フィラメント
９  ：阻止電位型エネルギー分析用電極
１０：制御可能な電源
１１：イオン検出部
１２：イオン検出部１１の第１電極
１３：第１電極１２の制御可能な電源
１４：二次電子増倍管
１６：電流検出手段
１７：周波数−電圧変換器
１８：光ファイバー
１９：外部の分析制御手段
【図１】
0004774140.tif 000002
【図２】
0004774140.tif 000003
【図３】
0004774140.tif 000004
【図４】
0004774140.tif 000005