プラズマ電位計測方法、プラズマ電位計測装置及びプラズマ処理装置並びに記録媒体及びプログラム
【課題】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る割りには安価に済むプラズマ電位計測方法及び装置を提供する。
【解決手段】プラズマ２中のイオンの質量分析を行える質量分析器３（又は１９）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各電圧Ｖｂごとに、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、得られた各電圧Ｖｂと質量分析条件Ｘのデータに、式Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐ（Ｖｐはプラズマ電位）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、該式におけるａ及びＶｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めるプラズマ電位計測方法及び装置。該方法を実施するためのプログラム及びそれを記録した記録媒体Ｍ１（Ｍ２）。
【解決手段】プラズマ２中のイオンの質量分析を行える質量分析器３（又は１９）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各電圧Ｖｂごとに、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、得られた各電圧Ｖｂと質量分析条件Ｘのデータに、式Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐ（Ｖｐはプラズマ電位）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、該式におけるａ及びＶｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めるプラズマ電位計測方法及び装置。該方法を実施するためのプログラム及びそれを記録した記録媒体Ｍ１（Ｍ２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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におてい上向き方向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。
【０００６】
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、これら二つの力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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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を通して分析器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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平４−２１２３００号公報
【特許文献２】特開２０００−４６６８０号公報
【００１６】
【非特許文献１】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「最新プラズマ発生技術」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上の説明から分かるように、イオン種計測とプラズマ電位計測の両方を実施するには、質量分析器とプローブ計測器の両方が必要である。しかし、それら両方をチャンバー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えたり、プラズマ処理装置のコストアップを招く。
【００１８】
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る割りには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。
【００１９】
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る割りには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。
【００２０】
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る割りには、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。
【００２１】
また本発明は、第１の課題を解決できるプラズマ電位計測方法の実施の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の記録媒体及びプログラムを提供することを第４、第５の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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を求めること及び
プラズマ電位算出部において、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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させることにより、該回帰式におけるａ及びＶｐをそれぞれ算出させることで、該プラズマ電位Ｖｐを求めさせ、併せてイオン種を同定するためのａを求めさせること
を含むプラズマ電位計測方法を提供する。
【００２３】
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（イオン質量分析のための電圧）を印加するための電圧印加部と、
該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘを求める質量分析条件把握部と、
プラズマ電位算出部とを含んでおり、
前記プラズマ電位算出部は、プラズマ電位を計測するにあたり前記電圧印加部から前記質量分析器と前記プラズマとの間に印加される少なくとも二つの異なる電圧のデータ及び前記質量分析条件把握部により求められる該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Ｖｂごとの該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘのデータを入力することができ、
前記プラズマ電位算出部は、入力される各電圧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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができるプラズマ電位計測装置を提供する。
【００２４】
本発明に係る上記プラズマ電位計測方法において、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するあたっては、そのような電圧を印加できる電圧印加部を設けておくことができ、また、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、前記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も、そのような質量分析条件Ｘを求めることができる質量分析条件把握部を設けておくことができる。
そして、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質量分析を実施させ、該質量分析実施にあたっては、前記質量分析条件把握部に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を求めさせることができる。
本発明に係る上記プラズマ電位計測装置において、前記プラズマの電位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、電位計測装置のユーザーが前記電圧印加部及び前記質量分析条件把握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、そのデータをユーザーがデータ入力部からプラズマ電位算出部に入力するようにしてもよい。
【００２５】
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前記プラズマ電位算出部を含むプラズマ電位計測部を設け、該データを集める部分が、プラズマの電位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るとともに、前記質量分析条件把握部に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を求めさせ、
前記プラズマ電位算出部が、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めるようにしてもよい。
【００２６】
いずれにしても、プラズマ電位算出部或いはプラズマ電位計測部としては、本発明に係るプラズマ電位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。
【００２７】
なお、本発明に係るプラズマ電位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相当する電圧であり、図４に示す質量分析例で言えば、バイアス電源２２により印加される電圧に相当する電圧である。
【００２８】
本発明に係るプラズマ電位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、イオン種の分析と併せてプラズマ電位を計測できるので、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには安価に質量分析とプラズマ電位計測を行える。
【００２９】
本発明に係るプラズマ電位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偏向磁場型質量分析器を挙げることができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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、プラズマ電位計測方法においても、プラズマ電位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、該イオンの電荷素量をｅとすると、（ｍ／Ｚ）／２ｅであり、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐ
である。
【００３２】
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、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 −Ｖｐは、 Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐ
である。
【００３３】
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。
【００３４】
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る割りには、大型化することなく、安価に提供できる。
【００３５】
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。
【００３６】
また本発明は、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【００３７】
さらに本発明は、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【発明の効果】
【００３８】
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る割りには安価に済むプラズマ電位計測方法を提供することができる。
【００３９】
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る割りには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。
【００４０】
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る割りには、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。
【００４１】
また本発明によると、上記プラズマ電位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、プラズマ電位を求め、イオン種を同定することを容易化するものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るプラズマ電位計測装置の１例を備えたプラズマ処理装置例を示す図である。
【図２】図１に示すＢ×Ｅ型質量分析器による質量分析例における検出イオン電流と偏向電界（偏向電界強度）との関係を示す図である。
【図３】質量分析器とプラズマとの間に印加するバイアス電圧及び該電圧に対応する検出イオン電流ピークを示す偏向電界のデータを示す図である。
【図４】本発明に係るプラズマ電位計測装置の他の例を備えたプラズマ処理装置例を示す図である。
【図５】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従来例を示す図である。
【図６】所謂磁場偏向型質量分析器を用いて質量分析を実施している従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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はプラズマ電位計測装置Ａを備えている。プラズマ電位計測装置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。
【００４４】
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〕、
１は真空チャンバ、
２はプラズマ、
３はプラズマ２と接する位置に配置されたＥ×Ｂ型質量分析器、
４は質量分析器３の入口スリット、
５は正イオン、
６は出力可変の偏向電源８から正電圧を印加される偏向板、
７は出力可変の偏向電源９から負電圧を印加される偏向板、
１０は質量分析器３とプラズマ２との間に負電圧を印加する出力可変のバイアス電源、
１１はイオン出口のＦＣスリット、
１２、１４は２次電子を押し返すサプレッサー及びサプレッサー電源
１３はイオンを検出するファラデーカップ
１５は電流計（イオン電流計測器）である。
１６は磁界（磁力線が図１において手前から奥方向へ向かう磁界）
１７は磁界（磁束密度Ｂ）がイオン５に及ぼす力の方向（下向き方向）
１８は偏向板６、７間の電界（電界強度Ｅ）がイオン５に及ぼす力の方向（上向き方向）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。
【００４５】
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との間に出力可変のバイアス電源１０から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、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができる。
【００４６】
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 −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はイオンの電荷素量）。従ってＶｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐとなる。
【００４７】
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −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とすると次式(1) が成り立つ。
【００４８】
【数１】
【００４９】
上記式(1) において、ｍはイオン質量、ｖはイオン速度、Ｚはイオンの価数、ｅは電荷素量である。イオンの熱エネルギーは室温状態において０．０３ｅＶ程度と非常に小さいので無視した。 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。
【００５０】
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。
【数２】
【数３】
【００５１】
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。
【数４】
式(4) は、バイアス電圧Ｖｂが電界（偏向電界強度Ｅ）と磁界（磁束密度Ｂ）との比（Ｅ／Ｂ）の２次式であることを示している。
【００５２】
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、図示省略の熱陰極型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。
【００５３】
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。
電界強度Ｅは一般的に言えば電源８、９のうち少なくとも一方の電源の出力を調整することで調整可能である。しかし電界強度Ｅの調整にあたっては、電源８、９間で絶対値が同じ電圧を印加することが好ましい。
具体例を挙げると、上記のようにバイアス電圧Ｖｂとして３８０Ｖを印加する場合には、電源８、９間で＋１９０Ｖ、−１９０Ｖというような絶対値が同じ電圧を印加する場合を挙げることができる。
いずれにしても、出力可変の電源８及び／又は電源９は質量分析器の質量分析条件把握部（質量分析条件把握手段）の少なくとも一部の構成メンバーであると言える。
【００５４】
プラズマ電位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及びプラズマ電位Ｖｐをそれぞれ算出するプログラムである。
【００５５】
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、プラズマ電位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。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。
【００５６】
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。
。
【００５７】
（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。
【００５８】
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、逆に比（Ｅ／Ｂ）のうち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。磁束密度を変化させるときは、例えば電磁石タイプ等の通電制御可能の磁界発生部を採用し、この磁界発生部への通電を制御して磁束密度Ｂを調整することができる。
また、比（Ｅ／Ｂ）のうちＢを固定して電界強度Ｅを変化させる場合、例えば、コンピュータＰＣ１で、例えば図１に鎖線で示すようなインターフエースＩＦａを介して、或いは、電源の構成によってはかかるインターフエースＩＦａを介することなく、各電源へ電圧印加のオン、オフの指示や必要に応じて出力電圧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。
【００５９】
図４は本発明に係るプラズマ電位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はプラズマ電位計測装置Ｂを備えている。プラズマ電位計測装置Ｂは、図６に示す質量分析器と同じ偏向磁場型質量分析器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種同定のためのファクタを算出するプラズマ電位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。
【００６０】
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〕、
１は真空チャンバ、
２はプラズマ、
１９はプラズマ２と接する位置に配置された偏向磁場型質量分析器、
２０は質量分析器３の入口スリット、
２１は正イオン、
２２は質量分析器１９とプラズマ２との間に負電圧を印加する出力可変のバイアス電源、２３はイオン出口のＦＣスリット、
２４、２６は２次電子を押し返すサプレッサ及びサプレッサ電源
２５はイオンを検出するファラデーカップ
２７は電流計（イオン電流計測器）である。
２８は磁界（磁力線が図１において手前から奥方向へ向かう磁界）
２９は磁界（磁束密度Ｂ）がイオン２１に及ぼす力の方向
ｒはイオン２１の飛行円軌跡の半径である。
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。
【００６１】
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との間に出力可変バイアス電源２２から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、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができる。
【００６２】
質量分析器として偏向磁場型質量分析器１９を採用している本例では、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −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 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐとなる。
【００６３】
Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐが導かれる理由は次の通りである。
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。
【００６４】
【数５】
【００６５】
上記式(5) において、ｍはイオン質量、ｖはイオン速度、Ｚはイオンの価数、ｅは電荷素量である。イオンの熱エネルギーは室温状態において０．０３ｅＶ程度と非常に小さいので無視した。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。
【００６６】
偏向磁場型質量分析器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。
【数６】
【数７】
【００６７】
(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。
【数８】
式(8) は、バイアス電圧Ｖｂが磁界（磁束密度Ｂ）とイオンの軌道半径ｒとの積（ｒ×Ｂ）の２次式であることを示している。
【００６８】
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、プラズマ電位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。
磁束密度Ｂは、例えば図４に例示するように電磁石タイプ等の通電制御可能の磁界発生部２８０を採用し、この磁界発生部への通電を制御して磁束密度Ｂを調整することができる。すなわち、磁束密度Ｂを調整できる磁界発生部２８０は質量分析器の質量分析条件把握部（質量分析条件把握手段）の少なくとも一部の構成メンバーであるとも言える。
【００６９】
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及びプラズマ電位Ｖｐをそれぞれ算出するプログラムである。
【００７０】
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、プラズマ電位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。
【００７１】
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。
。
【００７２】
（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。
【００７３】
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、積（ｒ×Ｂ）のうちｒを固定して磁束密度Ｂを変化させる場合、例えば、コンピュータＰＣ２から、例えば図４に鎖線で示すようなインターフエースＩＦｂを介して、或いは、電源の構成によってはかかるインターフエースＩＦｂを介することなく、各電源へ電圧印加のオン、オフの指示や必要に応じて出力電圧の指示を出す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。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
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、プラズマ電位を求めることに利用できる。
【符号の説明】
【００７５】
ＰＡ、ＰＢ プラズマ処理装置
Ａ、Ｂ プラズマ電位計測装置
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 コンピュータ
Ｍ１ 記録媒体
ＩＦａ インターフェース
１９ 偏向磁場型質量分析器、
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
２８０ 磁界発生部
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
ＰＣ２ コンピュータ
Ｍ２ 記録媒体
ＩＦｂ インターフェース
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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におてい上向き方向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。
【０００６】
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、これら二つの力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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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を通して分析器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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平４−２１２３００号公報
【特許文献２】特開２０００−４６６８０号公報
【００１６】
【非特許文献１】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「最新プラズマ発生技術」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上の説明から分かるように、イオン種計測とプラズマ電位計測の両方を実施するには、質量分析器とプローブ計測器の両方が必要である。しかし、それら両方をチャンバー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えたり、プラズマ処理装置のコストアップを招く。
【００１８】
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る割りには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。
【００１９】
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る割りには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。
【００２０】
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る割りには、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。
【００２１】
また本発明は、第１の課題を解決できるプラズマ電位計測方法の実施の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の記録媒体及びプログラムを提供することを第４、第５の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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を求めること及び
プラズマ電位算出部において、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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させることにより、該回帰式におけるａ及びＶｐをそれぞれ算出させることで、該プラズマ電位Ｖｐを求めさせ、併せてイオン種を同定するためのａを求めさせること
を含むプラズマ電位計測方法を提供する。
【００２３】
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（イオン質量分析のための電圧）を印加するための電圧印加部と、
該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘを求める質量分析条件把握部と、
プラズマ電位算出部とを含んでおり、
前記プラズマ電位算出部は、プラズマ電位を計測するにあたり前記電圧印加部から前記質量分析器と前記プラズマとの間に印加される少なくとも二つの異なる電圧のデータ及び前記質量分析条件把握部により求められる該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Ｖｂごとの該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘのデータを入力することができ、
前記プラズマ電位算出部は、入力される各電圧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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができるプラズマ電位計測装置を提供する。
【００２４】
本発明に係る上記プラズマ電位計測方法において、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するあたっては、そのような電圧を印加できる電圧印加部を設けておくことができ、また、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、前記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も、そのような質量分析条件Ｘを求めることができる質量分析条件把握部を設けておくことができる。
そして、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質量分析を実施させ、該質量分析実施にあたっては、前記質量分析条件把握部に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を求めさせることができる。
本発明に係る上記プラズマ電位計測装置において、前記プラズマの電位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、電位計測装置のユーザーが前記電圧印加部及び前記質量分析条件把握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、そのデータをユーザーがデータ入力部からプラズマ電位算出部に入力するようにしてもよい。
【００２５】
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前記プラズマ電位算出部を含むプラズマ電位計測部を設け、該データを集める部分が、プラズマの電位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るとともに、前記質量分析条件把握部に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を求めさせ、
前記プラズマ電位算出部が、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めるようにしてもよい。
【００２６】
いずれにしても、プラズマ電位算出部或いはプラズマ電位計測部としては、本発明に係るプラズマ電位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。
【００２７】
なお、本発明に係るプラズマ電位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相当する電圧であり、図４に示す質量分析例で言えば、バイアス電源２２により印加される電圧に相当する電圧である。
【００２８】
本発明に係るプラズマ電位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、イオン種の分析と併せてプラズマ電位を計測できるので、質量分析とプラズマ電位計測の双方を行える割りには安価に質量分析とプラズマ電位計測を行える。
【００２９】
本発明に係るプラズマ電位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偏向磁場型質量分析器を挙げることができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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、プラズマ電位計測方法においても、プラズマ電位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、該イオンの電荷素量をｅとすると、（ｍ／Ｚ）／２ｅであり、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐ
である。
【００３２】
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、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 −Ｖｐは、 Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐ
である。
【００３３】
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。
【００３４】
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る割りには、大型化することなく、安価に提供できる。
【００３５】
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。
【００３６】
また本発明は、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【００３７】
さらに本発明は、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【発明の効果】
【００３８】
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る割りには安価に済むプラズマ電位計測方法を提供することができる。
【００３９】
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る割りには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。
【００４０】
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る割りには、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。
【００４１】
また本発明によると、上記プラズマ電位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、プラズマ電位を求め、イオン種を同定することを容易化するものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るプラズマ電位計測装置の１例を備えたプラズマ処理装置例を示す図である。
【図２】図１に示すＢ×Ｅ型質量分析器による質量分析例における検出イオン電流と偏向電界（偏向電界強度）との関係を示す図である。
【図３】質量分析器とプラズマとの間に印加するバイアス電圧及び該電圧に対応する検出イオン電流ピークを示す偏向電界のデータを示す図である。
【図４】本発明に係るプラズマ電位計測装置の他の例を備えたプラズマ処理装置例を示す図である。
【図５】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従来例を示す図である。
【図６】所謂磁場偏向型質量分析器を用いて質量分析を実施している従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
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はプラズマ電位計測装置Ａを備えている。プラズマ電位計測装置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。
【００４４】
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〕、
１は真空チャンバ、
２はプラズマ、
３はプラズマ２と接する位置に配置されたＥ×Ｂ型質量分析器、
４は質量分析器３の入口スリット、
５は正イオン、
６は出力可変の偏向電源８から正電圧を印加される偏向板、
７は出力可変の偏向電源９から負電圧を印加される偏向板、
１０は質量分析器３とプラズマ２との間に負電圧を印加する出力可変のバイアス電源、
１１はイオン出口のＦＣスリット、
１２、１４は２次電子を押し返すサプレッサー及びサプレッサー電源
１３はイオンを検出するファラデーカップ
１５は電流計（イオン電流計測器）である。
１６は磁界（磁力線が図１において手前から奥方向へ向かう磁界）
１７は磁界（磁束密度Ｂ）がイオン５に及ぼす力の方向（下向き方向）
１８は偏向板６、７間の電界（電界強度Ｅ）がイオン５に及ぼす力の方向（上向き方向）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。
【００４５】
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との間に出力可変のバイアス電源１０から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、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができる。
【００４６】
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 −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はイオンの電荷素量）。従ってＶｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐとなる。
【００４７】
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −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とすると次式(1) が成り立つ。
【００４８】
【数１】
【００４９】
上記式(1) において、ｍはイオン質量、ｖはイオン速度、Ｚはイオンの価数、ｅは電荷素量である。イオンの熱エネルギーは室温状態において０．０３ｅＶ程度と非常に小さいので無視した。 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。
【００５０】
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。
【数２】
【数３】
【００５１】
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。
【数４】
式(4) は、バイアス電圧Ｖｂが電界（偏向電界強度Ｅ）と磁界（磁束密度Ｂ）との比（Ｅ／Ｂ）の２次式であることを示している。
【００５２】
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、図示省略の熱陰極型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。
【００５３】
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。
電界強度Ｅは一般的に言えば電源８、９のうち少なくとも一方の電源の出力を調整することで調整可能である。しかし電界強度Ｅの調整にあたっては、電源８、９間で絶対値が同じ電圧を印加することが好ましい。
具体例を挙げると、上記のようにバイアス電圧Ｖｂとして３８０Ｖを印加する場合には、電源８、９間で＋１９０Ｖ、−１９０Ｖというような絶対値が同じ電圧を印加する場合を挙げることができる。
いずれにしても、出力可変の電源８及び／又は電源９は質量分析器の質量分析条件把握部（質量分析条件把握手段）の少なくとも一部の構成メンバーであると言える。
【００５４】
プラズマ電位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及びプラズマ電位Ｖｐをそれぞれ算出するプログラムである。
【００５５】
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、プラズマ電位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。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。
【００５６】
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。
。
【００５７】
（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。
【００５８】
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、逆に比（Ｅ／Ｂ）のうち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。磁束密度を変化させるときは、例えば電磁石タイプ等の通電制御可能の磁界発生部を採用し、この磁界発生部への通電を制御して磁束密度Ｂを調整することができる。
また、比（Ｅ／Ｂ）のうちＢを固定して電界強度Ｅを変化させる場合、例えば、コンピュータＰＣ１で、例えば図１に鎖線で示すようなインターフエースＩＦａを介して、或いは、電源の構成によってはかかるインターフエースＩＦａを介することなく、各電源へ電圧印加のオン、オフの指示や必要に応じて出力電圧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。
【００５９】
図４は本発明に係るプラズマ電位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はプラズマ電位計測装置Ｂを備えている。プラズマ電位計測装置Ｂは、図６に示す質量分析器と同じ偏向磁場型質量分析器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種同定のためのファクタを算出するプラズマ電位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。
【００６０】
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〕、
１は真空チャンバ、
２はプラズマ、
１９はプラズマ２と接する位置に配置された偏向磁場型質量分析器、
２０は質量分析器３の入口スリット、
２１は正イオン、
２２は質量分析器１９とプラズマ２との間に負電圧を印加する出力可変のバイアス電源、２３はイオン出口のＦＣスリット、
２４、２６は２次電子を押し返すサプレッサ及びサプレッサ電源
２５はイオンを検出するファラデーカップ
２７は電流計（イオン電流計測器）である。
２８は磁界（磁力線が図１において手前から奥方向へ向かう磁界）
２９は磁界（磁束密度Ｂ）がイオン２１に及ぼす力の方向
ｒはイオン２１の飛行円軌跡の半径である。
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。
【００６１】
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との間に出力可変バイアス電源２２から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、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができる。
【００６２】
質量分析器として偏向磁場型質量分析器１９を採用している本例では、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −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 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐとなる。
【００６３】
Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐが導かれる理由は次の通りである。
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。
【００６４】
【数５】
【００６５】
上記式(5) において、ｍはイオン質量、ｖはイオン速度、Ｚはイオンの価数、ｅは電荷素量である。イオンの熱エネルギーは室温状態において０．０３ｅＶ程度と非常に小さいので無視した。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。
【００６６】
偏向磁場型質量分析器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。
【数６】
【数７】
【００６７】
(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。
【数８】
式(8) は、バイアス電圧Ｖｂが磁界（磁束密度Ｂ）とイオンの軌道半径ｒとの積（ｒ×Ｂ）の２次式であることを示している。
【００６８】
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、プラズマ電位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。
磁束密度Ｂは、例えば図４に例示するように電磁石タイプ等の通電制御可能の磁界発生部２８０を採用し、この磁界発生部への通電を制御して磁束密度Ｂを調整することができる。すなわち、磁束密度Ｂを調整できる磁界発生部２８０は質量分析器の質量分析条件把握部（質量分析条件把握手段）の少なくとも一部の構成メンバーであるとも言える。
【００６９】
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及びプラズマ電位Ｖｐをそれぞれ算出するプログラムである。
【００７０】
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、プラズマ電位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。
【００７１】
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。
。
【００７２】
（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。
【００７３】
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、積（ｒ×Ｂ）のうちｒを固定して磁束密度Ｂを変化させる場合、例えば、コンピュータＰＣ２から、例えば図４に鎖線で示すようなインターフエースＩＦｂを介して、或いは、電源の構成によってはかかるインターフエースＩＦｂを介することなく、各電源へ電圧印加のオン、オフの指示や必要に応じて出力電圧の指示を出す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。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
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、プラズマ電位を求めることに利用できる。
【符号の説明】
【００７５】
ＰＡ、ＰＢ プラズマ処理装置
Ａ、Ｂ プラズマ電位計測装置
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 コンピュータ
Ｍ１ 記録媒体
ＩＦａ インターフェース
１９ 偏向磁場型質量分析器、
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
２８０ 磁界発生部
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
ＰＣ２ コンピュータ
Ｍ２ 記録媒体
ＩＦｂ インターフェース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を求めること及び
プラズマ電位算出部において、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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させることにより、該回帰式におけるａ及びＶｐをそれぞれ算出させることで、該プラズマ電位Ｖｐを求めさせ、併せてイオン種を同定するためのａを求めさせること
を含むことを特徴とするプラズマ電位計測方法。
【請求項２】
前記質量分析器に対して該質量分析器と該プラズマとの間にイオン質量分析のための電圧を印加する電圧印加部及び該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘを求めるための質量分析条件把握部を設け、該電圧印加部に前記質量分析器と前記プラズマとの間に前記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質量分析を実施させ、該質量分析実施にあたっては、前記質量分析条件把握部に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を求めさせる請求項１記載のプラズマ電位計測方法。
【請求項３】
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、該イオンの電荷素量をｅとすると、（ｍ／Ｚ）／２ｅであり、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項１又は２記載のプラズマ電位計測方法。
【請求項４】
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、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 −Ｖｐは、 Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項１又は２記載のプラズマ電位計測方法。
【請求項５】
電位測定対象プラズマに対して配置されべき、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電圧印加部と、
該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘを求める質量分析条件把握部と、
プラズマ電位算出部とを含んでおり、
前記プラズマ電位算出部は、プラズマ電位を計測するにあたり前記電圧印加部から前記質量分析器と前記プラズマとの間に印加される少なくとも二つの異なる電圧のデータ及び前記質量分析条件把握部により求められる該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Ｖｂごとの該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘのデータを入力することができ、
前記プラズマ電位算出部は、入力される各電圧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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができることを特徴とするプラズマ電位計測装置。
【請求項６】
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前記プラズマ電位算出部を含むプラズマ電位計測部が設けられており、該データを集める部分は、前記プラズマの電位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るとともに前記質量分析条件把握部に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を求めさせ、
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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求める請求項５記載のプラズマ電位計測装置。
【請求項７】
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、該イオンの電荷素量をｅとすると、（ｍ／Ｚ）／２ｅであり、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項５又は６記載のプラズマ電位計測装置。
【請求項８】
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、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 −Ｖｐは、 Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項５又は６記載のプラズマ電位計測装置。
【請求項９】
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、請求項５から８のいずれかに記載のプラズマ電位計測装置を含んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
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装置である請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１、２、３又は４記載のプラズマ電位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り、
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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【請求項１２】
請求項１、２、３又は４記載のプラズマ電位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り、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【請求項１】
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を求めること及び
プラズマ電位算出部において、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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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させることにより、該回帰式におけるａ及びＶｐをそれぞれ算出させることで、該プラズマ電位Ｖｐを求めさせ、併せてイオン種を同定するためのａを求めさせること
を含むことを特徴とするプラズマ電位計測方法。
【請求項２】
前記質量分析器に対して該質量分析器と該プラズマとの間にイオン質量分析のための電圧を印加する電圧印加部及び該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘを求めるための質量分析条件把握部を設け、該電圧印加部に前記質量分析器と前記プラズマとの間に前記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質量分析を実施させ、該質量分析実施にあたっては、前記質量分析条件把握部に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を求めさせる請求項１記載のプラズマ電位計測方法。
【請求項３】
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、該イオンの電荷素量をｅとすると、（ｍ／Ｚ）／２ｅであり、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項１又は２記載のプラズマ電位計測方法。
【請求項４】
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、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 −Ｖｐは、 Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項１又は２記載のプラズマ電位計測方法。
【請求項５】
電位測定対象プラズマに対して配置されべき、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電圧印加部と、
該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘを求める質量分析条件把握部と、
プラズマ電位算出部とを含んでおり、
前記プラズマ電位算出部は、プラズマ電位を計測するにあたり前記電圧印加部から前記質量分析器と前記プラズマとの間に印加される少なくとも二つの異なる電圧のデータ及び前記質量分析条件把握部により求められる該少なくとも二つの異なる電圧の各電圧Ｖｂごとの該質量分析器に応じた質量分析条件Ｘのデータを入力することができ、
前記プラズマ電位算出部は、入力される各電圧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 −Ｖｐ（Ｖｐは前記電位測定対象プラズマのプラズマ電位）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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求めることができることを特徴とするプラズマ電位計測装置。
【請求項６】
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前記プラズマ電位算出部を含むプラズマ電位計測部が設けられており、該データを集める部分は、前記プラズマの電位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るとともに前記質量分析条件把握部に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を求めさせ、
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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａを求める請求項５記載のプラズマ電位計測装置。
【請求項７】
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、該イオンの電荷素量をｅとすると、（ｍ／Ｚ）／２ｅであり、前記Ｖｂ＝ａＸ2 −Ｖｐは、
Ｖｂ＝〔（ｍ／Ｚ）／２ｅ〕×（Ｅ／Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項５又は６記載のプラズマ電位計測装置。
【請求項８】
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、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 −Ｖｐは、 Ｖｂ＝〔（Ｚ／ｍ）×ｅ／２〕×（ｒ×Ｂ）2 −Ｖｐ
である請求項５又は６記載のプラズマ電位計測装置。
【請求項９】
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、請求項５から８のいずれかに記載のプラズマ電位計測装置を含んでいることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
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装置である請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１、２、３又は４記載のプラズマ電位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り、
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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【請求項１２】
請求項１、２、３又は４記載のプラズマ電位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り、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 −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Ｖｐをそれぞれ算出することで、該プラズマ電位Ｖｐを求め、併せてイオン種を同定するためのａ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１０７１４（Ｐ２０１１−２１０７１４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９８６７（Ｐ２０１１−４９８６７）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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