JP2000054125A - 表面処理方法および装置 - Google Patents
表面処理方法および装置Info
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- JP2000054125A JP2000054125A JP23950498A JP23950498A JP2000054125A JP 2000054125 A JP2000054125 A JP 2000054125A JP 23950498 A JP23950498 A JP 23950498A JP 23950498 A JP23950498 A JP 23950498A JP 2000054125 A JP2000054125 A JP 2000054125A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被処理物に対するイオン照射量を簡単に増大
させることができる表面処理方法および装置を提供す
る。 【解決手段】 高周波電源３０に直列に挿入したスイッ
チ３４を周期的にオンオフすることによって、高周波電
極兼用の支持体８と高周波電極２８との間に高周波電力
ＲＦを断続して供給して、両者間にプラズマ２０を断続
して生成する。かつ、タイミング制御回路３６によっ
て、スイッチ３４のオンオフに同期して、かつスイッチ
３４よりも５μｓｅｃ〜３ｍｓｅｃ遅れてスイッチ２６
をオンさせることによって、プラズマ２０生成開始時点
から５μｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内に、負のパル
スバイアス電圧ＶB を被処理物６に印加する。
させることができる表面処理方法および装置を提供す
る。 【解決手段】 高周波電源３０に直列に挿入したスイッ
チ３４を周期的にオンオフすることによって、高周波電
極兼用の支持体８と高周波電極２８との間に高周波電力
ＲＦを断続して供給して、両者間にプラズマ２０を断続
して生成する。かつ、タイミング制御回路３６によっ
て、スイッチ３４のオンオフに同期して、かつスイッチ
３４よりも５μｓｅｃ〜３ｍｓｅｃ遅れてスイッチ２６
をオンさせることによって、プラズマ２０生成開始時点
から５μｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内に、負のパル
スバイアス電圧ＶB を被処理物６に印加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、被処理物の近傍
にプラズマを生成し、かつ被処理物に負のパルスバイア
ス電圧を印加することによって、プラズマ中のイオン
（正イオン。以下同じ）を被処理物に照射して、被処理
物にイオン注入、表面改質、エッチング等の処理を施す
表面処理方法および装置に関し、より具体的には、被処
理物に対するイオン照射量を簡単に増大させる手段に関
する。
にプラズマを生成し、かつ被処理物に負のパルスバイア
ス電圧を印加することによって、プラズマ中のイオン
（正イオン。以下同じ）を被処理物に照射して、被処理
物にイオン注入、表面改質、エッチング等の処理を施す
表面処理方法および装置に関し、より具体的には、被処
理物に対するイオン照射量を簡単に増大させる手段に関
する。
【０００２】
【従来の技術】上記のようにして被処理物にイオンを照
射して被処理物を処理する技術は、プラズマイマージョ
ン（Plasma Immersion Ion Implantation:PIII）法また
はプラズマソースイオン注入（Plasma Source Ion Impl
antation:PSII ）法と呼ばれ、例えば米国特許第４，７
６４，３９４号または特公平７−６６７７６号公報に開
示されている。後者に開示されている装置の一例を図４
に示す。
射して被処理物を処理する技術は、プラズマイマージョ
ン（Plasma Immersion Ion Implantation:PIII）法また
はプラズマソースイオン注入（Plasma Source Ion Impl
antation:PSII ）法と呼ばれ、例えば米国特許第４，７
６４，３９４号または特公平７−６６７７６号公報に開
示されている。後者に開示されている装置の一例を図４
に示す。
【０００３】この図４の表面処理装置は、真空排気装置
４によって真空に排気される真空容器２と、この真空容
器２内に設けられていて被処理物６を支持する導電性の
支持体８と、真空容器２内にプラズマ生成用のガス１２
を供給するガス供給部１０と、このガス１２を真空容器
２内で電離させて支持体８上の被処理物６の近傍にプラ
ズマ２０を生成するプラズマ生成手段と、支持体８上の
被処理物６に負のパルスバイアス電圧ＶB を印加するパ
ルスバイアス電源２２とを備えている。真空容器２は接
地されている。
４によって真空に排気される真空容器２と、この真空容
器２内に設けられていて被処理物６を支持する導電性の
支持体８と、真空容器２内にプラズマ生成用のガス１２
を供給するガス供給部１０と、このガス１２を真空容器
２内で電離させて支持体８上の被処理物６の近傍にプラ
ズマ２０を生成するプラズマ生成手段と、支持体８上の
被処理物６に負のパルスバイアス電圧ＶB を印加するパ
ルスバイアス電源２２とを備えている。真空容器２は接
地されている。
【０００４】プラズマ生成手段は、この例では、真空容
器２内に設けたフィラメント１４をフィラメント電源１
６によって加熱して電子（熱電子）を放出させ、この電
子を放電バイアス電源１８から出力される直流電圧によ
って真空容器２に向けて加速してガス１２を電離させる
ことによって、上記プラズマ２０を定常的に（連続的
に）生成する構成をしている。
器２内に設けたフィラメント１４をフィラメント電源１
６によって加熱して電子（熱電子）を放出させ、この電
子を放電バイアス電源１８から出力される直流電圧によ
って真空容器２に向けて加速してガス１２を電離させる
ことによって、上記プラズマ２０を定常的に（連続的
に）生成する構成をしている。
【０００５】プラズマ２０を生成した状態で、パルスバ
イアス電源２２から被処理物６に負のパルスバイアス電
圧ＶB を印加すると、プラズマ２０中のイオンが被処理
物６に向けて加速されて被処理物６に照射される。これ
によって、被処理物６の表面（表層部を含む。以下同
じ）に、イオン注入、表面改質等の処理を施すことがで
きる。
イアス電源２２から被処理物６に負のパルスバイアス電
圧ＶB を印加すると、プラズマ２０中のイオンが被処理
物６に向けて加速されて被処理物６に照射される。これ
によって、被処理物６の表面（表層部を含む。以下同
じ）に、イオン注入、表面改質等の処理を施すことがで
きる。
【０００６】上記表面処理方法または装置は、被処理物
６に多方向からイオンを入射させることができるので、
複雑な３次元形状をした被処理物６に対しても、比較的
均一にイオンを照射して比較的均一に処理を施すことが
できるという優れた特徴を有している。
６に多方向からイオンを入射させることができるので、
複雑な３次元形状をした被処理物６に対しても、比較的
均一にイオンを照射して比較的均一に処理を施すことが
できるという優れた特徴を有している。
【０００７】また、プラズマ２０中のイオンを、イオン
源等を用いずにそのまま被処理物６に入射させるため、
単位時間当たりのイオン照射量が比較的高いという特徴
をも有している。
源等を用いずにそのまま被処理物６に入射させるため、
単位時間当たりのイオン照射量が比較的高いという特徴
をも有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記表面処理方法また
は装置は、上記のように単位時間当たりのイオン照射量
が比較的高いという特徴を有しているけれども、この単
位時間当たりのイオン照射量をより高めて、被処理物処
理のスループット（単位時間当たりの処理能力）をより
高めたいという要望がある。
は装置は、上記のように単位時間当たりのイオン照射量
が比較的高いという特徴を有しているけれども、この単
位時間当たりのイオン照射量をより高めて、被処理物処
理のスループット（単位時間当たりの処理能力）をより
高めたいという要望がある。
【０００９】これを実現するためには、上記従来の技術
では、真空容器２内で定常的に生成するプラズマ２０の
密度を更に高める必要があるけれども、それには通常採
り得る方法では限界がある。例えば、プラズマ２０の密
度を更に高めるためには、フィラメント１４をより高
温に加熱して熱電子放出量を増大させる、フィラメン
ト１４に印加する直流電圧をより高くして熱電子の加速
エネルギーを増大させる、という方法が採り得るけれど
も、上記の方法ではフィラメント１４の寿命が非常に
短くなる。上記の方法でも、プラズマ２０中のイオン
がフィラメント１４をスパッタする率が非常に高くな
り、やはりフィラメント１４の寿命が非常に短くなる。
従ってこのような方法で、プラズマ２０の密度を高める
ことには自ずと限界がある。
では、真空容器２内で定常的に生成するプラズマ２０の
密度を更に高める必要があるけれども、それには通常採
り得る方法では限界がある。例えば、プラズマ２０の密
度を更に高めるためには、フィラメント１４をより高
温に加熱して熱電子放出量を増大させる、フィラメン
ト１４に印加する直流電圧をより高くして熱電子の加速
エネルギーを増大させる、という方法が採り得るけれど
も、上記の方法ではフィラメント１４の寿命が非常に
短くなる。上記の方法でも、プラズマ２０中のイオン
がフィラメント１４をスパッタする率が非常に高くな
り、やはりフィラメント１４の寿命が非常に短くなる。
従ってこのような方法で、プラズマ２０の密度を高める
ことには自ずと限界がある。
【００１０】また、上記のようなフィラメント１４を用
いる以外の方法で、例えば高周波放電でプラズマ２０を
生成するにしても、プラズマ２０の密度を更に高めるた
めには投入高周波電力をより増大させなければならず、
そのようにするには高周波電源が非常に大容量になる等
の理由から、やはり自ずと限界がある。
いる以外の方法で、例えば高周波放電でプラズマ２０を
生成するにしても、プラズマ２０の密度を更に高めるた
めには投入高周波電力をより増大させなければならず、
そのようにするには高周波電源が非常に大容量になる等
の理由から、やはり自ずと限界がある。
【００１１】そこでこの発明は、被処理物に対するイオ
ン照射量を簡単に増大させることができる表面処理方法
および装置を提供することを主たる目的とする。
ン照射量を簡単に増大させることができる表面処理方法
および装置を提供することを主たる目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明の表面処理方法
は、前記プラズマを断続して生成し、かつこのプラズマ
生成に同期して、しかもプラズマ生成開始時点から５μ
ｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内に、前記パルスバイア
ス電圧を前記被処理物に印加することを特徴としてい
る。
は、前記プラズマを断続して生成し、かつこのプラズマ
生成に同期して、しかもプラズマ生成開始時点から５μ
ｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内に、前記パルスバイア
ス電圧を前記被処理物に印加することを特徴としてい
る。
【００１３】また、この発明の表面処理装置は、前記プ
ラズマ生成手段によるプラズマ生成を断続させる断続手
段と、この断続手段によるプラズマ生成の断続に同期し
て、しかもプラズマ生成開始時点から５μｓｅｃ後〜３
ｍｓｅｃ後の期間内に、前記パルスバイアス電源から前
記パルスバイアス電圧を出力させるタイミング制御手段
とを備えることを特徴としている。
ラズマ生成手段によるプラズマ生成を断続させる断続手
段と、この断続手段によるプラズマ生成の断続に同期し
て、しかもプラズマ生成開始時点から５μｓｅｃ後〜３
ｍｓｅｃ後の期間内に、前記パルスバイアス電源から前
記パルスバイアス電圧を出力させるタイミング制御手段
とを備えることを特徴としている。
【００１４】本願の発明者達の研究によれば、上記のよ
うにプラズマを断続して生成すると、プラズマ生成期間
中において、初めにプラズマ密度が急激に上昇する遷移
状態を経た後に、プラズマ密度がほぼ一定の状態に落ち
着く定常状態に移行し、遷移状態のプラズマ密度は定常
状態のそれよりも高く、定常状態のプラズマ密度はプラ
ズマ生成を断続しない定常プラズマのものとほぼ同等で
あることが分かった。より具体的には、プラズマ生成開
始時点から５μｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内のプラ
ズマ密度は、その後の定常状態のプラズマ密度よりも高
くなる。
うにプラズマを断続して生成すると、プラズマ生成期間
中において、初めにプラズマ密度が急激に上昇する遷移
状態を経た後に、プラズマ密度がほぼ一定の状態に落ち
着く定常状態に移行し、遷移状態のプラズマ密度は定常
状態のそれよりも高く、定常状態のプラズマ密度はプラ
ズマ生成を断続しない定常プラズマのものとほぼ同等で
あることが分かった。より具体的には、プラズマ生成開
始時点から５μｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内のプラ
ズマ密度は、その後の定常状態のプラズマ密度よりも高
くなる。
【００１５】従ってこの期間内に負のパルスバイアス電
圧を被処理物に印加することによって、定常状態に移行
する前の密度の高い状態のプラズマからイオンを引き出
してそれを被処理物に入射させることができるので、従
来の定常的にプラズマを生成する場合に比べて、被処理
物に対するイオン照射量を簡単に増大させることができ
る。
圧を被処理物に印加することによって、定常状態に移行
する前の密度の高い状態のプラズマからイオンを引き出
してそれを被処理物に入射させることができるので、従
来の定常的にプラズマを生成する場合に比べて、被処理
物に対するイオン照射量を簡単に増大させることができ
る。
【００１６】プラズマ密度は、プラズマ生成開始時点か
ら１０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期間内が特に高
いので、この間に前記パルスバイアス電圧を被処理物に
印加するのがより好ましく、そのようにすれば、被処理
物に対するイオン照射量をより増大させることができ
る。
ら１０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期間内が特に高
いので、この間に前記パルスバイアス電圧を被処理物に
印加するのがより好ましく、そのようにすれば、被処理
物に対するイオン照射量をより増大させることができ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る表面処理
装置の一例を示す図である。図４の従来例と同一または
相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該
従来例との相違点を主に説明する。
装置の一例を示す図である。図４の従来例と同一または
相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該
従来例との相違点を主に説明する。
【００１８】この実施例の表面処理装置は、真空容器２
内に設けた二つの平行平板型の電極８、２８と、両者間
に高周波電力ＲＦを供給する高周波電源３０等によっ
て、真空容器２内においてガス１２を電離させて被処理
物６の近傍にプラズマ２０を生成するプラズマ生成手段
を構成している。詳述すると、前述した導電性の支持体
８が一方の高周波電極を兼ねており、この支持体８にほ
ぼ平行に対向するように真空容器２内にもう一つの高周
波電極２８を設け、この支持体８と高周波電極２８との
間に、高周波電源３０から、この例では整合回路３２お
よびパルスバイアス電源２２を経由して、高周波電力Ｒ
Ｆを供給して、支持体８と高周波電極２８との間でガス
１２を電離させてプラズマ２０を生成するように構成し
ている。高周波電源３０からは、例えば１３．５６ＭＨ
ｚの周波数の高周波電力ＲＦが出力される。
内に設けた二つの平行平板型の電極８、２８と、両者間
に高周波電力ＲＦを供給する高周波電源３０等によっ
て、真空容器２内においてガス１２を電離させて被処理
物６の近傍にプラズマ２０を生成するプラズマ生成手段
を構成している。詳述すると、前述した導電性の支持体
８が一方の高周波電極を兼ねており、この支持体８にほ
ぼ平行に対向するように真空容器２内にもう一つの高周
波電極２８を設け、この支持体８と高周波電極２８との
間に、高周波電源３０から、この例では整合回路３２お
よびパルスバイアス電源２２を経由して、高周波電力Ｒ
Ｆを供給して、支持体８と高周波電極２８との間でガス
１２を電離させてプラズマ２０を生成するように構成し
ている。高周波電源３０からは、例えば１３．５６ＭＨ
ｚの周波数の高周波電力ＲＦが出力される。
【００１９】前述したパルスバイアス電源２２は、この
例では、負の直流電圧を出力する直流電源２４と、この
直流電源２４から出力される直流電圧を断続して前述し
た負のパルスバイアス電圧ＶB を出力するスイッチ２６
とを備えている。
例では、負の直流電圧を出力する直流電源２４と、この
直流電源２４から出力される直流電圧を断続して前述し
た負のパルスバイアス電圧ＶB を出力するスイッチ２６
とを備えている。
【００２０】上記プラズマ生成手段によるプラズマ２０
の生成を断続（オンオフ）させる断続手段として、この
例では、高周波電源３０に直列にスイッチ３４を挿入し
ており、このスイッチ３４によって、支持体８と高周波
電極２８との間に供給する高周波電力ＲＦを断続（オン
オフ）するようにしている。
の生成を断続（オンオフ）させる断続手段として、この
例では、高周波電源３０に直列にスイッチ３４を挿入し
ており、このスイッチ３４によって、支持体８と高周波
電極２８との間に供給する高周波電力ＲＦを断続（オン
オフ）するようにしている。
【００２１】更に、上記二つのスイッチ２６および３４
を、互いに同期させて、しかもスイッチ３４のオン時点
から５μｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内にスイッチ２
６がオンするというタイミング（時間差）で、周期的に
オンオフさせるタイミング制御回路３６を設けている。
を、互いに同期させて、しかもスイッチ３４のオン時点
から５μｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内にスイッチ２
６がオンするというタイミング（時間差）で、周期的に
オンオフさせるタイミング制御回路３６を設けている。
【００２２】真空容器２内の支持体８に所望の被処理物
６を支持させ、真空排気装置４によって真空容器２内を
所定の真空度に排気し、ガス供給部１０から真空容器２
内に所望のガス１２を導入した状態で、高周波電源３０
から高周波電力ＲＦを出力すると共にスイッチ３４を上
記のように周期的にオンオフすると、支持体８と高周波
電極２８との間に供給される高周波電力ＲＦがオンオフ
されるので、それに同期して支持体８と高周波電極２８
との間にプラズマ２０が周期的に断続して生成される。
６を支持させ、真空排気装置４によって真空容器２内を
所定の真空度に排気し、ガス供給部１０から真空容器２
内に所望のガス１２を導入した状態で、高周波電源３０
から高周波電力ＲＦを出力すると共にスイッチ３４を上
記のように周期的にオンオフすると、支持体８と高周波
電極２８との間に供給される高周波電力ＲＦがオンオフ
されるので、それに同期して支持体８と高周波電極２８
との間にプラズマ２０が周期的に断続して生成される。
【００２３】これを図２を参照して詳述すると、支持体
８と高周波電極２８との間に供給する高周波電力ＲＦを
（Ａ）に示すように断続すると、プラズマ２０からは
（Ｂ）に示すような強度ＩP の発光が得られる。即ち、
高周波電力ＲＦがオンに切り換わった直後に急激に多量
の発光が観測され、その後急激に減衰し、高周波電力Ｒ
Ｆのオン時点から時間ｔ3 経過後に定常的な発光とな
る。この時間ｔ3 は、通常は約２〜２．５ｍｓｅｃ、最
大で約３ｍｓｅｃである。時間ｔ3 経過後の定常状態で
の発光強度ＩP は、プラズマ生成を断続しない定常プラ
ズマから得られる発光強度とほぼ同等である。
８と高周波電極２８との間に供給する高周波電力ＲＦを
（Ａ）に示すように断続すると、プラズマ２０からは
（Ｂ）に示すような強度ＩP の発光が得られる。即ち、
高周波電力ＲＦがオンに切り換わった直後に急激に多量
の発光が観測され、その後急激に減衰し、高周波電力Ｒ
Ｆのオン時点から時間ｔ3 経過後に定常的な発光とな
る。この時間ｔ3 は、通常は約２〜２．５ｍｓｅｃ、最
大で約３ｍｓｅｃである。時間ｔ3 経過後の定常状態で
の発光強度ＩP は、プラズマ生成を断続しない定常プラ
ズマから得られる発光強度とほぼ同等である。
【００２４】高周波電力ＲＦがオンになった直後から時
間ｔ3 までの期間内で定常状態よりも強い発光が観測さ
れるのは、主にプラズマ２０中の電子温度と電子密度と
が高いことによる。即ち、高周波電力ＲＦのオン直後は
殆どは自由電子が電界によって加速されている状態であ
り、電子温度は定常プラズマのものと比較して極端に高
い。このため、ガス１２の電離効率は非常に高く、電子
が次々に衝突して電子とイオンとを生成するいわゆる累
積電離を起こし、これに伴って急激に多量の発光が観測
される。
間ｔ3 までの期間内で定常状態よりも強い発光が観測さ
れるのは、主にプラズマ２０中の電子温度と電子密度と
が高いことによる。即ち、高周波電力ＲＦのオン直後は
殆どは自由電子が電界によって加速されている状態であ
り、電子温度は定常プラズマのものと比較して極端に高
い。このため、ガス１２の電離効率は非常に高く、電子
が次々に衝突して電子とイオンとを生成するいわゆる累
積電離を起こし、これに伴って急激に多量の発光が観測
される。
【００２５】この累積電離に伴って電子およびイオンの
密度は、即ちプラズマ密度ＮP は（Ｃ）に示すように急
激に上昇し、時間ｔ2 経過時点で最大値に達し、やがて
支持体８、高周波電極２８および真空容器２等での消滅
と平衡して、一定の密度に落ち着く。これが上記時間ｔ
3 経過後の状態である。この定常状態のプラズマ密度Ｎ
P は、プラズマ生成を断続しない定常プラズマのものと
ほぼ同等である。上記時間ｔ2 は、約１００〜２００μ
ｓｅｃである。但し、高周波電力ＲＦのオン時点からプ
ラズマ密度ＮP が定常状態の値以上に上昇するのは、極
めて短時間ではあるけれども一定の時間ｔ1 を必要とす
る。この時間ｔ1 は、最小で５μｓｅｃ程度である。
密度は、即ちプラズマ密度ＮP は（Ｃ）に示すように急
激に上昇し、時間ｔ2 経過時点で最大値に達し、やがて
支持体８、高周波電極２８および真空容器２等での消滅
と平衡して、一定の密度に落ち着く。これが上記時間ｔ
3 経過後の状態である。この定常状態のプラズマ密度Ｎ
P は、プラズマ生成を断続しない定常プラズマのものと
ほぼ同等である。上記時間ｔ2 は、約１００〜２００μ
ｓｅｃである。但し、高周波電力ＲＦのオン時点からプ
ラズマ密度ＮP が定常状態の値以上に上昇するのは、極
めて短時間ではあるけれども一定の時間ｔ1 を必要とす
る。この時間ｔ1 は、最小で５μｓｅｃ程度である。
【００２６】従って、高周波電力ＲＦをオンした時点か
ら時間ｔ1 以後かつ時間ｔ3 以前の期間内の遷移状態で
は、定常状態よりも高いプラズマ密度ＮP が得られる。
この高いプラズマ密度ＮP が得られる期間内に、（Ｄ）
に示すように、パルスバイアス電源２２のスイッチ２６
をオンにして被処理物６に負のパルスバイアス電圧ＶB
を印加する。即ち、スイッチ３４のオン時点からスイッ
チ２６のオン時点までの時間をｔ4 とすると、ｔ1 ≦ｔ
4 ≦ｔ3 とする。具体的には、前述したようにｔ1 は最
小で５μｓｅｃ、ｔ3 は最大で３ｍｓｅｃであるから、
ｔ4 は前述したように５μｓｅｃ〜３ｍｓｅｃの期間内
とする。
ら時間ｔ1 以後かつ時間ｔ3 以前の期間内の遷移状態で
は、定常状態よりも高いプラズマ密度ＮP が得られる。
この高いプラズマ密度ＮP が得られる期間内に、（Ｄ）
に示すように、パルスバイアス電源２２のスイッチ２６
をオンにして被処理物６に負のパルスバイアス電圧ＶB
を印加する。即ち、スイッチ３４のオン時点からスイッ
チ２６のオン時点までの時間をｔ4 とすると、ｔ1 ≦ｔ
4 ≦ｔ3 とする。具体的には、前述したようにｔ1 は最
小で５μｓｅｃ、ｔ3 は最大で３ｍｓｅｃであるから、
ｔ4 は前述したように５μｓｅｃ〜３ｍｓｅｃの期間内
とする。
【００２７】上記プラズマ２０と被処理物６等の間に
は、図１に示すように、プラズマ２０中の電子の移動度
とイオンの移動度との差（前者の方が遙かに大）でシー
ス（イオンシース）２１が形成されており、上記パルス
バイアス電圧ＶB はこのシース２１の部分に電位差を形
成し、この電位差によって、プラズマ２０中からイオン
が引き出されかつ加速されて被処理物６に入射する。こ
れによって、被処理物６にイオン注入等の処理を施すこ
とができる。
は、図１に示すように、プラズマ２０中の電子の移動度
とイオンの移動度との差（前者の方が遙かに大）でシー
ス（イオンシース）２１が形成されており、上記パルス
バイアス電圧ＶB はこのシース２１の部分に電位差を形
成し、この電位差によって、プラズマ２０中からイオン
が引き出されかつ加速されて被処理物６に入射する。こ
れによって、被処理物６にイオン注入等の処理を施すこ
とができる。
【００２８】しかも、パルスバイアス電圧ＶB を上記の
ようなタイミングｔ4 で印加すると、定常状態に移行す
る前の密度の高い状態のプラズマ２０からイオンを引き
出してそれを被処理物６に入射させることができるの
で、従来の定常的ないし連続的にプラズマ２０を生成す
る場合に比べて、同じパルスバイアス電圧ＶB の絶対値
およびパルス幅で、被処理物６に対するイオン照射量
（例えばイオン注入量）を簡単に増大させることができ
る。即ち、高周波電源３０の大容量化等を要することな
く簡単に、被処理物６に対するイオン照射量を増大させ
ることができる。
ようなタイミングｔ4 で印加すると、定常状態に移行す
る前の密度の高い状態のプラズマ２０からイオンを引き
出してそれを被処理物６に入射させることができるの
で、従来の定常的ないし連続的にプラズマ２０を生成す
る場合に比べて、同じパルスバイアス電圧ＶB の絶対値
およびパルス幅で、被処理物６に対するイオン照射量
（例えばイオン注入量）を簡単に増大させることができ
る。即ち、高周波電源３０の大容量化等を要することな
く簡単に、被処理物６に対するイオン照射量を増大させ
ることができる。
【００２９】また、上記プラズマ生成開始時点から５μ
ｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内は、前述したように電
子温度も高いので、定常状態と比較してイオンの電離状
態が高く、即ち分子イオンよりも原子イオンが多く生成
され、高電離イオンの照射・注入を行うことができる。
高電離イオンの照射・注入を行えば、パルスバイアス電
圧ＶB の絶対値が同じでも、イオンを構成する原子１個
当たりに与える加速エネルギーが大きくなるので、被処
理物６に対してより深い位置までイオンを注入すること
が可能になる。換言すれば、注入深さを同じにするなら
ば、パルスバイアス電圧ＶB の絶対値が小さくて済むの
で、パルスバイアス電源２２の小容量化を図ることが可
能になる。
ｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の期間内は、前述したように電
子温度も高いので、定常状態と比較してイオンの電離状
態が高く、即ち分子イオンよりも原子イオンが多く生成
され、高電離イオンの照射・注入を行うことができる。
高電離イオンの照射・注入を行えば、パルスバイアス電
圧ＶB の絶対値が同じでも、イオンを構成する原子１個
当たりに与える加速エネルギーが大きくなるので、被処
理物６に対してより深い位置までイオンを注入すること
が可能になる。換言すれば、注入深さを同じにするなら
ば、パルスバイアス電圧ＶB の絶対値が小さくて済むの
で、パルスバイアス電源２２の小容量化を図ることが可
能になる。
【００３０】上記パルスバイアス電圧ＶB を印加するタ
イミングｔ4 は、上記期間内の内でも、プラズマ生成開
始時点から５μｓｅｃ後〜１ｍｓｅｃ後の期間内にする
のが好ましく、１０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期
間内にするのがより好ましく、１００μｓｅｃ後〜２０
０μｓｅｃ後の期間内にするのが最も好ましい。後者に
なるほど、プラズマ密度ＮP のより高い時点で被処理物
６にパルスバイアス電圧ＶB を印加してより密度の高い
状態のプラズマ２０からイオンを引き出してそれを被処
理物６に照射することができるので、被処理物６に対す
るイオン照射量をより増大させることができる。
イミングｔ4 は、上記期間内の内でも、プラズマ生成開
始時点から５μｓｅｃ後〜１ｍｓｅｃ後の期間内にする
のが好ましく、１０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期
間内にするのがより好ましく、１００μｓｅｃ後〜２０
０μｓｅｃ後の期間内にするのが最も好ましい。後者に
なるほど、プラズマ密度ＮP のより高い時点で被処理物
６にパルスバイアス電圧ＶB を印加してより密度の高い
状態のプラズマ２０からイオンを引き出してそれを被処
理物６に照射することができるので、被処理物６に対す
るイオン照射量をより増大させることができる。
【００３１】なお、高周波電力ＲＦをオンオフしてプラ
ズマ生成を断続させる周波数、即ちスイッチ３４をオン
オフする周波数およびパルスバイアス電圧ＶB をオンオ
フする周波数（共に図２では１／Ｔ）は、あまり高いと
オフ期間中にプラズマ２０が消滅しきれず、図２で説明
したプラズマ生成に伴う発光強度ＩP の急上昇およびプ
ラズマ密度ＮP の上昇が得られず、実験結果から、１０
０ｋＨｚが上限である。また、上記周波数があまり低い
と生産性が極端に低下するので、１０Ｈｚ以上が適当で
ある。即ち、上記周波数は、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの
範囲内が好ましく、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲内がよ
り好ましい。
ズマ生成を断続させる周波数、即ちスイッチ３４をオン
オフする周波数およびパルスバイアス電圧ＶB をオンオ
フする周波数（共に図２では１／Ｔ）は、あまり高いと
オフ期間中にプラズマ２０が消滅しきれず、図２で説明
したプラズマ生成に伴う発光強度ＩP の急上昇およびプ
ラズマ密度ＮP の上昇が得られず、実験結果から、１０
０ｋＨｚが上限である。また、上記周波数があまり低い
と生産性が極端に低下するので、１０Ｈｚ以上が適当で
ある。即ち、上記周波数は、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの
範囲内が好ましく、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲内がよ
り好ましい。
【００３２】上記パルスバイアス電圧ＶB の絶対値は、
被処理物６に対する処理の目的に応じて選定すれば良
い。例えば、エッチングや表面処理、または浅い部分に
イオン注入する場合は、イオンの加速エネルギーは小さ
くて良いので、パルスバイアス電圧ＶB の絶対値は１０
０Ｖ〜５ｋＶ程度の範囲内にすれば良い。深い部分にイ
オン注入する場合は、イオンの加速エネルギーを大きく
する必要があり、パルスバイアス電圧ＶB の絶対値は５
ｋＶ〜３００ｋＶ程度の範囲内にすれば良い。
被処理物６に対する処理の目的に応じて選定すれば良
い。例えば、エッチングや表面処理、または浅い部分に
イオン注入する場合は、イオンの加速エネルギーは小さ
くて良いので、パルスバイアス電圧ＶB の絶対値は１０
０Ｖ〜５ｋＶ程度の範囲内にすれば良い。深い部分にイ
オン注入する場合は、イオンの加速エネルギーを大きく
する必要があり、パルスバイアス電圧ＶB の絶対値は５
ｋＶ〜３００ｋＶ程度の範囲内にすれば良い。
【００３３】上記パルスバイアス電圧ＶB のパルス幅Ｗ
（図２参照）は、あまり短いと被処理物６にイオンを照
射する期間が短くなってイオン照射量の確保が難しくな
ってスループットが低下し、あまり長いとシース２１が
ブレークダウンして異常放電を起こしてシース部に電位
差を生じさせられなくなるので、５μｓｅｃ〜１００μ
ｓｅｃの範囲内が好ましく、１０μｓｅｃ〜５０μｓｅ
ｃ程度がより好ましい。
（図２参照）は、あまり短いと被処理物６にイオンを照
射する期間が短くなってイオン照射量の確保が難しくな
ってスループットが低下し、あまり長いとシース２１が
ブレークダウンして異常放電を起こしてシース部に電位
差を生じさせられなくなるので、５μｓｅｃ〜１００μ
ｓｅｃの範囲内が好ましく、１０μｓｅｃ〜５０μｓｅ
ｃ程度がより好ましい。
【００３４】上記ガス供給部１０は、例えば、１以上の
ガス源および１以上の流量調節器を含んでおり、ガス１
２として、単一ガスまたは混合ガスを真空容器２内に供
給することができる。
ガス源および１以上の流量調節器を含んでおり、ガス１
２として、単一ガスまたは混合ガスを真空容器２内に供
給することができる。
【００３５】プラズマ生成直後から定常状態までの遷移
期間に、プラズマ密度が一時的に高い状態が形成される
ことは、プラズマ生成手段の種類には依存しないので、
プラズマ生成手段には、上記例の平行平板型（容量結合
型）以外のものを用いても良い。例えば、被処理物６と
して立体構造のものを用いる等の場合は、高周波誘導コ
イルを用いてプラズマを生成する誘導結合型のプラズマ
生成手段、マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイ
クロ波放電型のプラズマ生成手段等を用いても良い。そ
の他、従来例のようなフィラメントを用いてプラズマを
生成する直流放電型のプラズマ生成手段を用いても良
い。
期間に、プラズマ密度が一時的に高い状態が形成される
ことは、プラズマ生成手段の種類には依存しないので、
プラズマ生成手段には、上記例の平行平板型（容量結合
型）以外のものを用いても良い。例えば、被処理物６と
して立体構造のものを用いる等の場合は、高周波誘導コ
イルを用いてプラズマを生成する誘導結合型のプラズマ
生成手段、マイクロ波を用いてプラズマを生成するマイ
クロ波放電型のプラズマ生成手段等を用いても良い。そ
の他、従来例のようなフィラメントを用いてプラズマを
生成する直流放電型のプラズマ生成手段を用いても良
い。
【００３６】
【実施例】図１に示した表面処理装置を用いて、次の条
件で被処理物６に窒素イオンを注入した。
件で被処理物６に窒素イオンを注入した。
【００３７】支持体８の寸法：直径２００ｍｍ 高周波電極２８の寸法：直径２００ｍｍ 上記両者間の間隔：４０ｍｍ 導入ガス１２：窒素ガス 被処理物６：ステンレス鋼製立方形状物 被処理物６の寸法：長さ１５ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ５
ｍｍ 高周波電力ＲＦの大きさ：１００Ｗ 高周波電力ＲＦの周波数：１３．５６ＭＨｚ 高周波電力ＲＦ印加の周期：２００Ｈｚ 高周波電力ＲＦ印加のデューティ：７０％ パルスバイアス電圧ＶB ：−５ｋＶ パルスバイアス電圧ＶB 印加の周期：２００Ｈｚ パルスバイアス電圧ＶB 印加のデューティ：１％ パルスバイアス電圧ＶB 印加のタイミングｔ4 ：１００
μｓｅｃ 処理真空度：１０ｍＴｏｒｒ 処理時間：１０分
ｍｍ 高周波電力ＲＦの大きさ：１００Ｗ 高周波電力ＲＦの周波数：１３．５６ＭＨｚ 高周波電力ＲＦ印加の周期：２００Ｈｚ 高周波電力ＲＦ印加のデューティ：７０％ パルスバイアス電圧ＶB ：−５ｋＶ パルスバイアス電圧ＶB 印加の周期：２００Ｈｚ パルスバイアス電圧ＶB 印加のデューティ：１％ パルスバイアス電圧ＶB 印加のタイミングｔ4 ：１００
μｓｅｃ 処理真空度：１０ｍＴｏｒｒ 処理時間：１０分
【００３８】この結果、被処理物６の支持体８と接する
面以外の全面にほぼ均一に窒素イオンを注入することが
できた。この被処理物６の表層部における窒素の深さ方
向の分布をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）で分析した結
果を図３中に実施例として示す。比較のために、定常プ
ラズマを利用する従来のプラズマイマージョン法によっ
て上記と同様の条件で処理した結果を従来例として示
す。縦軸の窒素濃度は、Ｎ／（Ｎ＋Ｆe ＋Ｃr ＋Ｎi ）
の組成比を原子％で表したものである。
面以外の全面にほぼ均一に窒素イオンを注入することが
できた。この被処理物６の表層部における窒素の深さ方
向の分布をオージェ電子分光法（ＡＥＳ）で分析した結
果を図３中に実施例として示す。比較のために、定常プ
ラズマを利用する従来のプラズマイマージョン法によっ
て上記と同様の条件で処理した結果を従来例として示
す。縦軸の窒素濃度は、Ｎ／（Ｎ＋Ｆe ＋Ｃr ＋Ｎi ）
の組成比を原子％で表したものである。
【００３９】この図３から分かるように、実施例では従
来例に比べて約２５％程度高い注入量が得られ、かつよ
り深い位置に高い濃度で注入されている。注入量が増大
したのは、前述したように、密度の高い状態のプラズマ
からイオンを引き出してそれを被処理物に注入すること
ができたからである。より深い位置に注入できたのは、
前述したように、電子温度が高くて窒素分子イオン（Ｎ
2 + ）よりも窒素原子イオン（Ｎ+ ）が多くて高電離状
態のプラズマからイオンを引き出してそれを被処理物に
注入することができたからである。
来例に比べて約２５％程度高い注入量が得られ、かつよ
り深い位置に高い濃度で注入されている。注入量が増大
したのは、前述したように、密度の高い状態のプラズマ
からイオンを引き出してそれを被処理物に注入すること
ができたからである。より深い位置に注入できたのは、
前述したように、電子温度が高くて窒素分子イオン（Ｎ
2 + ）よりも窒素原子イオン（Ｎ+ ）が多くて高電離状
態のプラズマからイオンを引き出してそれを被処理物に
注入することができたからである。
【００４０】
【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
るので、次のような効果を奏する。
【００４１】請求項１および３に記載の発明によれば、
定常状態に移行する前の密度の高い状態のプラズマから
イオンを引き出してそれを被処理物に入射させることが
できるので、従来の定常的にプラズマを生成する場合に
比べて、被処理物に対するイオン照射量を簡単に増大さ
せることができる。
定常状態に移行する前の密度の高い状態のプラズマから
イオンを引き出してそれを被処理物に入射させることが
できるので、従来の定常的にプラズマを生成する場合に
比べて、被処理物に対するイオン照射量を簡単に増大さ
せることができる。
【００４２】しかも、定常的にプラズマを生成する場合
に比べて、イオンの電離状態が高い高電離イオンの照射
を行うことができる。従って、深い位置へのイオン注入
が容易になる。
に比べて、イオンの電離状態が高い高電離イオンの照射
を行うことができる。従って、深い位置へのイオン注入
が容易になる。
【００４３】請求項２および４に記載の発明によれば、
より密度の高い状態のプラズマからイオンを引き出して
被処理物に入射させることができるので、被処理物に対
するイオン照射量をより増大させることができる。
より密度の高い状態のプラズマからイオンを引き出して
被処理物に入射させることができるので、被処理物に対
するイオン照射量をより増大させることができる。
【図１】この発明に係る表面処理装置の一例を示す図で
ある。
ある。
【図２】図１の装置における高周波電力、プラズマ発光
強度、プラズマ密度およびパルスバイアス電圧の時間変
化の一例を示す図である。
強度、プラズマ密度およびパルスバイアス電圧の時間変
化の一例を示す図である。
【図３】被処理物の表層部における窒素の深さ方向の分
布を測定した結果の一例を示す図である。
布を測定した結果の一例を示す図である。
【図４】従来のプラズマイマージョン法による表面処理
装置の一例を示す図である。
装置の一例を示す図である。
２ 真空容器 ６ 被処理物 ８ 支持体 １０ ガス供給部（ガス供給手段） ２０ プラズマ ２２ パルスバイアス電源 ２８ 高周波電極 ３０ 高周波電源 ３４ スイッチ（断続手段） ３６ タイミング制御回路（タイミング制御手段）
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 CA13 DA02 DA04 DE00 EA06 5C034 CC07 CD07 CD10 5F004 BA04 BB12 BB13 BD06 CA03 CA06 CA08
Claims (4)
- 【請求項１】 真空容器内において被処理物の近傍にプ
ラズマを生成し、かつ被処理物に負のパルスバイアス電
圧を印加して、前記プラズマ中のイオンを被処理物に入
射させる表面処理方法において、前記プラズマを断続し
て生成し、かつこのプラズマ生成に同期して、しかもプ
ラズマ生成開始時点から５μｓｅｃ後〜３ｍｓｅｃ後の
期間内に、前記パルスバイアス電圧を前記被処理物に印
加することを特徴とする表面処理方法。 - 【請求項２】 前記パルスバイアス電圧を、プラズマ生
成開始時点から１０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期
間内に印加する請求項１記載の表面処理方法。 - 【請求項３】 真空容器と、この真空容器内に設けられ
ていて被処理物を支持する支持体と、前記真空容器内に
ガスを供給するガス供給手段と、このガスを電離させて
前記支持体に支持された被処理物の近傍にプラズマを生
成するプラズマ生成手段と、前記支持体に支持された被
処理物に負のパルスバイアス電圧を印加するパルスバイ
アス電源とを備える表面処理装置において、前記プラズ
マ生成手段によるプラズマ生成を断続させる断続手段
と、この断続手段によるプラズマ生成の断続に同期し
て、しかもプラズマ生成開始時点から５μｓｅｃ後〜３
ｍｓｅｃ後の期間内に、前記パルスバイアス電源から前
記パルスバイアス電圧を出力させるタイミング制御手段
とを備えることを特徴とする表面処理装置。 - 【請求項４】 前記タイミング制御手段は、プラズマ生
成開始時点から１０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期
間内に前記パルスバイアス電源から前記パルスバイアス
電圧を出力させるものである請求項３記載の表面処理装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23950498A JP2000054125A (ja) | 1998-08-10 | 1998-08-10 | 表面処理方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23950498A JP2000054125A (ja) | 1998-08-10 | 1998-08-10 | 表面処理方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000054125A true JP2000054125A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=17045781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23950498A Pending JP2000054125A (ja) | 1998-08-10 | 1998-08-10 | 表面処理方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000054125A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100457844B1 (ko) * | 2002-08-27 | 2004-11-18 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 식각 방법 |
| JP2005130198A (ja) * | 2003-10-23 | 2005-05-19 | Ulvac Japan Ltd | 高周波装置 |
| WO2006090776A1 (ja) * | 2005-02-24 | 2006-08-31 | Riken | 生体接触部分を改質したカテーテル |
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| US7297637B2 (en) | 2000-08-28 | 2007-11-20 | Micron Technology, Inc. | Use of pulsed grounding source in a plasma reactor |
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-
1998
- 1998-08-10 JP JP23950498A patent/JP2000054125A/ja active Pending
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