JP2003522297A - プラズマ処理システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
国特許出願第09/076971号の一部継続出願である,1999年1月22日提出の米国特許
出願第09/235943号の一部継続出願(両出願ともここに参考文献として組み込ま
れる)である。
浮上する基板の片面または両面を処理するシステムおよび方法に関し,特に基板
の表面を制御して処理するシステムおよび方法に関する。
気的薄膜処理のために,基板への付着および基板からのエッチングのために使用
されている。このようなプラズマ源により形成されたプラズマは,材料を付着ま
たは除去のために,基板と化学的にまたは物理的に相互作用する反応性の中性お
よびイオン種を形成する。
より,ユニークな性質をもつ,材料の付着がもたらされるか,または効果的では
ない環境下で表面のエッチングが可能となる。プラズマ下での基板の処理方法は
,基板が存在する真空チェンバー内に配置されたイオン源を含むことができる。
特定の化学的特性をもつガスが,イオン化のために,イオン源に供給される。形
成されたプラズマは,種々の反応性の中性およびイオン化した化学種,ならびに
活動的な電子の混合したものである。表面と相互作用をするイオン種のエネルギ
ーは,プラズマの電気的性質,基板の電位およびチャンバーの圧力に依存する。
従来技術では,基板を叩くイオンのエネルギーは基板に適用されるバイアスによ
り制御される。現在の研究において,基板が電気的に浮遊状態にあり正味の電荷
を要求し,これにより基板の電位を形成する場合が開示されている。イオンのエ
ネルギーは,プラズマの電位と,ゼロのネット電流がある,基板の表面での電位
との間の違いにより決定される。基板の浮上電位は,本発明にしたがって制御さ
れる。
メータが,イオンを遮断する基板の運動エネルギーである。イオンの運動エネル
ギーは,圧力,温度,特定のプラズマガス,イオン源パラメータなどのプラズマ
を特徴付けるいくつかの変数の確率関数である。基板の電位は,運動エネルギー
に主に寄与する変数である。伝導性基板の場合,電位は,従来技術において一般
的に実施されている,適切なパワー源への直接の接続により制御され得る。誘電
性基板という極端な場合には,このような手順では基板の表面にわたって一様な
電位を形成できない。ここで記述するように,本発明は,基板電位を制御するた
めに,パワー源への直接の連結では十分でない場合,このような基板への電気的
な連結が望ましくない場合に関連する。本発明は,完全な誘電性基板に限定され
ず,また本発明の実施例として記述した特定のプロセスに限定されない。
に,磁気メモリーシステムにおいて使用される磁気ハードディスクの製造におい
て,種々の材料の薄膜を付着するときである。この場合,イオン源はディスクの
両側に位置する。しかし,プラズマ電位を形成するために陽極を利用するイオン
源は,二つのイオン源が処理チェンバーにおいて同時に動作すると,プラズマの
不安定性および振動を呈する傾向にある。このような不安定な挙動は,予想でき
るイオンの形成およびプロセス安定性を不可能にする。前に出願した米国特許出
願第076,971号は,個々のイオン源による時間分割多重付着によりこの問題に取
り組み,これにより基板の各表面の対称的なコーティングが得られる。また,た
とえばコンピュータメモリーに利用されるハードディスク上に保護膜の条件を満
足する性質をもって薄膜をコーティングすることは難しいと分かっている。より
薄いコーティングにより,ヘッドがディスクに表面における磁気領域に接近する
ことができ,記録情報のエアリアル密度の増加が可能となる。磁気表面のオーバ
ーコーティングの付着に際に,コーティングは,十分な硬さ,密度および接着性
,ならびに仕上げられたディスクについての実際的な性質(表面上における高付
着率および個数の少ない微細なパーティクルを含む)をもたなければならない。
したがって,イオン源が処理チェンバー内に安定して動作でき,付着層の性質が
所望の目的のために改良できる,改良された処理システムおよび方法の需用があ
る。
ことにより生じる利点を示し,このことによりチェンバー壁の付着は低イオンエ
ネルギーにより低内部ストレスにより特徴付けられるが,基板に同時に付着した
薄膜は,基板に対してより高い運動エネルギーのイオンの付着から生じる,硬さ
,密度および接着について所望の特徴をもつ。
ば,保護コーティングが光学的基板に対して望ましいとき,ディスクの使用には
,付着コーティングが,極端に薄いものの高速で,所望の硬さ,密度および接着
性もって付着されること,いろいろなパーティクルの存在での変化が最小化され
ることが要求される。
板処理システムは,処理チェンバー,チェンバー内に配置された電気的に浮上し
た基板ホルダー,処理チェンバーにプロセスガスを供給するガス源,処理チェン
バー内に位置する少なくとも一つのイオン源,および一つまたは複数のイオン源
(この場合,一つ以上のイオン源が存在する)に種々の電位を適用し,またチェ
ンバーの他の面を付勢するためのパワー源,ならびに各イオン源の時間依存電子
源部分のデューティーサイクルを調整するコントローラを含む。各イオン源は,
プロセスガスをイオン化し,基板ホルダー上に配置された基板を処理するための
イオンを形成する。各イオン源は陰極および陽極をもつ。各イオン源は,陰極と
陽極を含む。各イオン源はまた,適切なエネルギー分布をもつ十分な電子束を生
成し,活性化したプラズマの下で,基板上に正味の負の電荷の蓄積を生じさせ,
さらに基板の電位を低下させる。パワー源は,一つ以上のイオン源の,一つ以上
の陰極,ならびに一つ以上の陽極を付勢する。一つ以上のイオン源が使用される
場合,パワー源は,陽極の一つのみが常に付勢されるように,時間多重式に,イ
オン源を付勢する。
流ならびに(各イオン源の)陽極および陰極電位のような電気的パラメータをモ
ニターする。これらパラメータを制御することにより,所望の基板電位が維持で
きる。
積を決定し,これにより基板の電位が制御される。陰極により放出される電子の
エネルギースペクトルは陽極と陰極との間の電圧差により制御される一方,陰極
により放出される電子の密度は放出電子(陰極から出ていく電子の割合)および
壁への電子の移送により決定される。基板電位の重要な範囲を得るために,電子
閉じ込めの形成が,(多重場のような)磁場か,または(壁の電位に等しいかま
たはより大きい陰極電位)電場の使用とともにに必要となる。本発明のいろいろ
な実施例が,プラズマを生成し,電子を加熱するために,RF場を使用できる。本
発明は浮上基板を使用し,陰極および陽極電位の値,ならびにイオン源の電子源
部分からの放出電子の一部が,基板上の負の電荷の蓄積により生じる基板の電位
が所望の負の電位となるのに十分な運動エネルギーを,確実にもつのに十分に低
いガス圧を利用する。
板電位はまた,本発明にしたがって使用することができ,特定の表面に到達し,
それと相互作用をする,イオン源からのイオンのエネルギーが選択的に制御され
る。たとえば,基板の電位を調節して,またはイオン源の要素をバイアスするこ
とにより,基板での付着のために,高いエネルギーのイオン,およびチェンバー
壁での付着のために,低いエネルギーのイオンを作ることができる。したがって
,本発明により,表面での付着の条件を所定に制御することができ,イオンのエ
ネルギーにしたがって付着した膜の性質について選択をすることができる。
な炭素(diamond like carbon: DLC)を形成するとき,低エネルギーイオン(<
100eV)で壁に付着する炭素は,より高いエネルギーのイオン(180-200eV)で基
板上に形成された炭素よりも非常に低い応力を示す。壁上に炭素が形成されると
き,応力が低いと,剥落しにくくなり,低レベルの小さなパーティクルしか,コ
ートされるべき基板表面上に存在しない。この例において,基板上に付着した層
は,壁に付着した炭素よりも高い応力を示すが,このことは,付着した層が,非
常に薄く,硬く付着した表面が下の層に対し最高に有効な保護コーティングとし
て機能することから,システムに対して問題はない。
使用した。Kimock等のDatatech 第二版,Spring 1999,第69-77頁(ICG Publish ing Ltd.(ロンドン,EC1N8SB,Grevill Street, 14)により発行)を参照。典
型的な従来技術の付着装置はイオンを加速するためにバイアスされたグリッド構
造を採用する。このようなグリッド構造は基本的に,プラズマからイオンが加速
される開口の列を画成する導体を形成する。このような装置は,寸法が数デバイ
長(電場がプラズマ内に伸びる長さの基準)に限定される。その結果,付着レー
トは低く,プロセスのスループットも対応して低い。高電位のプラズマは,磁場
のある空間の局所化により孤立化することは知られている。このような構成は,
移行領域に合わせるために,処理チェンバーの寸法を著しく増加させること,お
よび移行領域にわたってイオンの衝突を避けるために,バックグランドの中立圧
力を低くすることを要求する。
を制御すべく,電気的に浮上した基板(誘電材であろうとなかろうと)を帯電す
るための電子束を利用する。非接触でバイアスを行うための電子源は,付着(ま
たは他のプロセス)パルスの間,所望の基板電位を形成するために変調させられ
る。
個々の間隔に間,プラズマの励起および基板のバイアスの両方を行うことが望ま
しい。中空の陰極源の安定性および制御は,複数のプラズマ源が利用される陽極
パルスの,低い周波数変調に関し,中空陰極源の比較的高い周波数変調に対して
,陰極デューティーサイクルの調節で,もたらされる。この変調は,陰極からの
電流出力における,陰極デューティーサイクルの変化を形成するために,陽極パ
ルスに対して高周波数で適用される。この開発を通して,“陰極デューティーサ
イクル”の基準は,どの陽極も“オン”の間,電子が陰極から放出されるように
,陰極のバイアスが“オン”となる時間部分を意味することは分かるであろう。
とを認める。本発明の好適な実施例において,接地(チェンバー壁)に対して基
板の選択された負の電位ではあるが,このような接地された壁と,イオン源の陰
極の,より高い負の電位との中間を達成し,維持することが望ましい。このこと
は本発明において,電子束の最大の運動エネルギーを慎重な選択ととも得られる
。陰極(典型的な電子源)から放出された電子は,図2(陰極電子源により形成
される電子エネルギー分布の,高エネルギーをもつ尾の部分を示す)に略示され
ているように,比較的広いスペクトルを示す。閾値Vthresh = e (Vplasma ? Vf loating)よりも小さい運動エネルギーをもつ電子は基板表面により跳ね除けられ
る。量Vthreshは典型的に,プラズマの特徴およびガス圧の関数である。閾値よ
りも高い運動エネルギーをもつ電子は,運動エネルギーの一部を位置エネルギー
に移すが,これらの電子は基板に到着し,遮られるのに十分なエネルギーをもつ
。したがって,これらより高いエネルギーをもつ電子は,基板への正味の電流が
ゼロとなるように,プラズマから電子に衝突する正のイオンと平衡となる正味の
負の電位に,基板を帯電することに寄与する。分布の形および閾値の値は,基板
の平衡電子を決定する。付着レートの調整は,時間平均の放出電流を制御するこ
とにより基板に到着するイオンの,時間平均の数を制御することにより達成され
る。
子束が所望の方向において,空間的に一様で,陰極からの電子放出の主要な方向
が,4πステラジアンの放出ではなく,基板に向けられるものあり,電子エネル
ギー分布が高エネルギー電子の妥当な部分を与える,信頼のある既知の形により
特徴づけられるものである。中空陰極イオン源はこれらの条件を満たす。
うようにして,チェンバー壁にそって,複数の個別の磁石を配置することにより
強化される。隣接する磁石はしたがって,生じた多重極磁場により,より強くよ
り一様なプラズマ密度を形成するために,極が交互するように,チェンバーのま
わりで方位角上に配置される。これらの磁場はまたエネルギーをもつ電子の限定
を強化し,これによりエネルギーをもった電子の密度が増加し,プラズマと基板
の間の電位差が増加する。
は新規な方法で実行される。特に,DLCコーティングの薄膜が,磁気,誘電性ま
たは他の媒体(たとえば光学的な媒体)の片面または両面に,保護膜として付着
することができ,スパッタ炭素膜と比べ優れた結果が得られる。この例において
,硬い保護層としての付着物である,付着層はパーティクルの個数が非常に少な
く,製造者により,ディスクが満足のいくものか,市販可能かどうかを判定する
ために,典型的に使用される“グライド(glide)”または“証明(certificati on)”生産試験により,製造中に跳ね除けられるディスクを最小にする。このよ
うな試験をパスできない場合,製造者は,このようなディクスを廃棄せざるを得
ず,生産および利益が減少することになる。本発明はこれらの問題を見事に解消
する。
内容で説明される。本出願は前記出願において記載されている。出願は,ワーク
ピースの電位が,ワークピースとパワー源とを物理的に接触することなく,本発
明にしたがって達成される,他のプラズマ処理および形状の代表例である。
源22と,電子源バイアス供給源19aとが連結される。イオン源220は陽極40,陽極
40の近傍に位置する電子源42,電子源42に連結された電子源バイアス供給源19b
を含む。電子源の選択に依存して,電子源供給源(図示せず)が,熱フィラメン
ト電子源のフィラメントヒーターにより電子の生成を励起すること,またはそれ
ぞれのイオン源20および220内で,中空の電子源の冷陰極放電を急速に開始する
ことが要求される。電子源22および42はイオン源のための陰極として機能する。
中空陰極源は以下でさらに説明するように,本発明の実施に対して好適であるが
,他の実施例も,熱タングステンフィラメント,光電子または同様の光放出装置
を使用でき,または電子の加速のためにRF場を使用できる。陽極30および40は,
それぞれのイオン源220および20が以下で説明するように,付勢され得るように
,出力16および17を通して導通する陽極変調器(図示せず)を含むパワー源50a
および50bに接続されている。また,陰極変調器19aおよび19bは電子源22および4 2に接続されている。
特に,ガス源54は陽極30および40と,基板14との間の領域にある,イオン源20お
よび220のそれぞれに,ガスを供給できる。適切なプロセスガスの例は,限定は
しないが,ダイヤモンドのような炭素の付着のために,エチレン,メタン,およ
びアセチレン,窒化ケイ素の付着のために,シランとアンモニアとの混合,エッ
チングのためのアルゴン,酸素,または水素を含む。
される。ガス源54および真空ポンプ60は,磁気媒体のためにオーバーコートして
,DLCの付着のような特定のプロセスに関連して下述するように,チェンバー10
の圧力,ガス流量を制御することができる。
。プロセッサ62は,いくつかの変数の制御の集まりを示し,既知のマイクロプロ
セッサ装置で実行され,または変数のいくつかの制御は手動により,又は他の手
段により管理できることは分かるであろう。
び動作条件の範囲に関して確立される。誘電性または他の基板14上に蓄積した正
味の電荷は,制御され,測定された条件の下で観測された基板電位の研究により
確立する。この更正目的のために,伝導性基板が基板ホルダー12(順次,この目
的で,高インピーダンス電圧測定装置150と導通するように配置される)におい
て,置き換えられる。高インピーダンスプローブ(107オームのオーダ)を備え
たオシロスコープが,アースへと僅かな電流引きをもたらす測定装置の類似した
例である。この基板電位測定は,通信路152を通して,更正装置150に直に向けら
れる。同様に,パワー源50aおよび50bからの電子放出電流引きは,それぞれ信号
15aおよび15bを介してプロセッサ62に,検知され送られる。電子源22および42,
ならびに陽極30および40に適用されるバイアス電圧は同様に検知される。プロセ
ッサ62は,信号制御陰極変調器18a(および19b)に,高周波数パルス列を電子源
22(および42)に向けさせるようにし,その結果基板14に向かう時間平均した電
子束が制御される。観測された変数および選択された陰極デューティーサイクル
の範囲に対して,更正装置150から引き出された試験基板の測定電位は記録され
,したがって,表にした応答関数が基板電位に対して得られる。浮上のワークピ
ースとともに,続く動作において,達成されるべきプロセスは,これらのデータ
を使用し,所望の基板電位を指示する。この所望の基板電位,およびチェンバー
圧,電子源22(および42),陽極30(40)に適用された電圧およびそれぞれの放
出電流の測定変数値に関連して,プロセッサ62は所望の時間平均した電子束を維
持するために(または予め選択された方法で変化させるために)陰極ディーティ
ーサイクルを調節する。他の変数により表される,確立した動作条件に対して,
陰極デューティーサイクルは,プログラムされ,時間平均された電子束(一定の
時間平均したプラズマ生成)を維持することにより付着レートを決定する。
形成するために,プロセスガスをイオン化する。イオンは付着またはエッチング
のために,基板14に向けられる。イオン源20および22が付勢されると,プラズマ
が処理チェンバー10で形成される。電子源22および42はプロセスガス分子のイオ
ン化のための電子を,プラズマに供給する。イオンはつぎに,基板14に向けて,
基板表面のプラズマシースを横切って加速される。図1の処理システムは,基板
14の両面を,対称的にかつ実質的に同時に処理することを可能にする。
セスを実行することは可能である。たとえば,供給でき,システムのイオン電流
制御電極により,バイアスできるプラズマを生成すべく,電磁エネルギーが電子
を加速するために使用される領域を,適切なガスが通過してもよい。
は,高プラズマ密度の領域内で,電子エネルギーおよび平均電流の独立した制御
を可能にする。図3は,中空陰極電子源,および適切な電子源構造物を形成する
陽極を示す。このような中空陰極は周知である。
れたときに観測される。このような不安生成および振動の理由は,チェンバー10 内のプラズマが,電子源22および42により発生した電子のための低インピーダン
ス経路であると信じられている。したがって,両イオン源が付勢されると,確立
されるべき第一のプラズマはすべての電子に対して,低抵抗路を形成し,他のプ
ラズマ源からは離れるように電子を導く。両プラズマ源が動作可能であるとはい
え,プラズマインピーダンスは整合せず,結果として,不均衡な電子の分離や振
動が生じる。熱電子源を使用した電子源の通常の動作の間,陽極がバイアスされ
たとき,電子源からの全放出電流は一つのバイアスされた陽極により収集される
。
に付勢されるように,同期した,時間多重方法で付勢される。特に,時間多重電
圧が,イオン源20および220の陽極30および40に適用できる(陽極30おおよび40
に適用される電圧は時間的にオーバーラップしない)。交互になるイオン源のオ
ンおよびオフ時間はしたがって,プラズマの電子と,イオン源の間のイオンとの
相互作用を除去する。電子は,一方の陽極により収集され,つぎに他のもと交換
される。電子源22および42は不利な影響なく,同時に励起され,したがって,よ
り最大の値が,基板の帯電のための,時間平均した電子束に対し動的な範囲で達
し得る。同期化され,または時間多重化された陽極動作は,一方のプラズマを他
方のものから電気的に絶縁するために,複雑なシーリングまたはグリッドの必要
性をなくす。
の励起は,好適に,約100kHzよりも小さな周波数をもつ。好適な実施例において
,各陽極に対するデューティーサイクルは,50%以下で,どの陽極もアーキング
の発生を減少させるために,付勢されない時間間隔を短くすることができる。両
陽極がオフのとき,両陰極はオフであり,いずれかの陽極がオンのとき両陰極は
オンである。中空陰極が電子源のように使用されるとき,いずれかの陽極がオン
の間,陽極よりも非常に高い周波数の変調がなされる。一般に,陽極電圧の周波
数は,プラズマが均衡するのに必要な時間と比較して低くあるべきである。この
ことにより,各イオン源は確実に,陽極電圧のオンとオフの時間と比較して,急
速にオンとオフとに切り替わる。好適な実施例において,陽極電圧は,約1から5 kHzの範囲の周波数をもつ。陽極に適用される電圧波形は,好適に矩形波である
が,特別なプロセスでは他の形状でもよい。
け,バイアスされるが,図4に示され,以下説明されるように,負の方向にであ
る。このように,電子源と陽極との間の電圧差は,プラズマを生成するのに十分
なものである。本発明にしたがって,基板は,十分な負の電荷,および関連した
負の表面電位(制御された運動エネルギーでプラズマからの電子を加速する)を
得る。したがって,非常に硬い表面が形成され,付着膜は非常に薄いにもかかわ
らず,保護コーティングを与えることができる。システムの他の要素がパルスを
受けている間,接地されたチェンバー10の壁は,壁に遮断されるイオンの運動エ
ネルギーが,低電圧差により非常に低いことから軟質な材料の付着を生じさせる
。
クルは好適に50%より小さく,そして好適に等しい。等しくないデューティーサ
ークルは,利用できるが,基板14の両面の処理に不均衡が生じるであろう。陽極
電圧(したがって,陰極には負にバイアスされる)のそれぞれは,イオン源20お
よび220が陽極電圧の各サイクルの一部の間,オフとなるように,約30%の陽極
デューティーサークルをもつ。
明され,図示されており,この説明はここに参考に組み込まれる。システムのす
べての要素にパワー源を適用するために使用されるパワー源は,適当な時間多重
化にしたがって,陽極,陰極の正しいバイアス,および変調制御を確実にする,
適切な制御および切り替え能力を必要とする。このような基板を組み立てるため
の要素は従来から知られている。
が時間にわたって示されている。この図に示されているように,一番目のグラフ
(a)はコートされた基板の片側1の陽極に適用されるバイアスを示す。二番目のグ
ラフ(b)は基板の他方側に面する陽極に適用されるバイアスを示す。三番目(c)お
よび四番目(d)のグラフはそれぞれ,図1の電子源22および42のような電子源に
適用される電圧を,それぞれ示す。図示のように,正のバイアスは,付勢される
とき,陽極に適用される。したがって,図示のように,正のバイアスは,コート
される基板またはディスクの片側に面する陽極に,まず適用される。同時に,電
子源,たとえば,陰極には,電子源からの選択された平均電子束を強制する負の
パルス列のバイアスがかけられる。これらの電圧,電子源バイアス,ディスクに
面する陽極に適用される正のバイアスは,つぎに,イオン源の間の相互作用を防
止するために,ゼロ電位となる。その後,正の電圧が基板またはディスクの他方
側に面する陽極に適用され,負のバイアスが,陰極変調器18aおよび18bを介して
(好適には両方の)電子源に適用される。これら適用されたバイアスのすべては
また,イオン源が付勢されないサイクル時間の一部の間に,ゼロ電位となる。こ
のサイクルは,陽極が付勢される期間の間,続く。一般に,各陽極を付勢するた
めの陽極デューティーサイクルはサイクル時間の約30ないし40パーセントからな
り,残りの20ないし40パーセントの間,要素はすべてゼロ電位となる。陽極が起
動するとき,陰極のデューティーサイクルは,所望の平均放出電流を維持するた
めに変化する。陰極デューティーサイクルは,フィードバック回路により制御さ
れてもよく,あるいはデューティーサイクルは,図4の三番目(c)および四番目( d)のグラフに示されているように,陽極の励起の間,所定の方法で,動的に変化
してもよい。
をもつチェンバー体10aの内壁を示す。磁石の磁軸はチェンバーの軸104に関して
放射方向であり,隣接する磁石は,反対方向の磁力線を有し,その結果磁束線は
符号106に示されているようになる。磁力強度は,イオンの拘束ならびに電子の
拘束をなすのに十分なものである(壁において1kGより強い)。壁においてイオ
ンを拘束すると,プラズマのコアでのプラズマ密度がより均一になり,基板14上
の付着がより一様となる。エネルギーをもつ電子の拘束は,プラズマに対する基
板のバイアスの可能な範囲を広くする。チェンバー体10aのポート108は基板の挿
入および除去にために設けられる。
の場合,アルゴンガスが,拘束する先端をもつ磁場を形成する永久磁石と整列す
る,チェンバー内のタングステンフィラメント熱陰極を使用してイオン化される
。
。24個の磁石(それぞれはチェンバーの周りに15度間隔を置いて配置されている
)が二列で使用されている。磁石はNdFeB合金で作られ,その寸法は,約.25イン
チ×.75インチ×3インチ(磁気軸は厚さに平行である)で,真空/壁境界での強
さは,約1.1kGである。さらに,二つの(直径が1インチ)の磁石がチェンバーの
軸線において両端に,N極がチェンバー内に向くように配置された。これらの端
からの磁場は活動する電子の軸線方向の拘束を支援した。主要な真空チェンバー
の内径が約7.5インチ,長さが9インチである。
スされる。陰極のバイアスは,周波数が51.5kHzで,デューティーサイクルが38
%でパルス化された。ピークの放出電流は約8アンペアである。バイアスがパル
ス化されていないと,または低周波数でパルス化されると,基板のバイアス効果
が減少することが観測された。この時間依存性の理由は十分に理解されていない
が,二つのストリーム不安定性(活動的な電子の熱化レートを増加させる(N. A . Krall A. W. Trivelpiece著,Principles of Plasma Physics,p. 449-476,
San Francisco Press, Inc. (1986)を参照)のように,プラズマの不安定性の成
長による。図6aおよびbに示された観測では,高インピーダンスのオシロスコー
ププローブが,他の電気的接続をもたない(すなわち,基板に実質的にゼロの電
流が流れる)アルミニウム基板の電位を測定するために使用された。陽極電圧,
陰極バイアス電圧,および放出電流もまた,100MS/sデジタルオシロスコープで
測定された。プラズマの電位が陽極電圧にほぼ等しいことから,電子は,陽極電
圧から陰極バイアス電圧を引いたもの(図のx軸)にほぼ等しいエネルギーをも
って放出される。また,基板表面に衝突するイオンのエネルギーは,陽極電圧か
ら基板電位を引いたもの(図のy軸)にほぼ等しい。図6aは,1.3ミリトルのア
ルゴン中性圧力のもとで,基板バイアス対電子エネルギーの関係を示し,図6b
は,0.7ミリトルに等しいアルゴン中性圧力での関係を示す。圧力が高くなると
,おそらくは衝突割合が高くなるために,陽極および陰極バイアス電圧に対し,
基板の電位が変化することを示す。低圧では,ほとんど線形関係が,基板電位と
陽極陰極バイアス電圧との間で,達成される。
おいて,シールド,ライナーは,チェンバー壁上への付着の防止,チェンバーの
清掃の単純化のために,使用されている。典型的に,ライナーが約102時間の期
間,さらに長い時間使用することができる。それはチェンバーを清掃するために
チェンバーから容易に除去できる。これは迅速になされ,チェンバーの使用を停
止することなく,壁の清掃がなされる。したがって,ライナーやシールドは迅速
に交換され,チェンバーは,壁の清掃のための長い遅延なしに排気でき,システ
ムは直ちに作動させることができる。
復(リコンディショニング)することにより,ディスクがチェンバーで処理され
る際に,基板の表面に付着するパーティクルが減少することが分かった。このタ
イプのコンディショニングは,ディスクをコーティングするために,システムを
動作する前に,チェンバーまたはチェンバーに関連したライナー内の汚染を除去
することにより,チェンバーの内側またはチェンバー内に使用されるシールドも
しくはライナーを浄化すると考えられる。
して説明した二重イオン源の時間多重動作は,多数のイオン源にも適用すること
ができる。このような場合,イオン源は,唯一のイオン源が常にオンとなるよう
に,付勢される。たとえば,四つのイオン源をもつ処理システムは,25パーセン
ト以下のデューティーサイクルをもつ,重なり合うことのない陽極電圧で付勢す
ることができる。二つ以上のイオン源に適用される陽極電圧は,イオン源の数,
所望のデューティーサイクル,所望の動作周波数および処理される構成または表
面のタイプに依存する。このような場合,イオン源の間の相互作用がなくなり,
適用された他の電圧に依存して,付着の選択性および材質の選択性が予め選択さ
れ,予め決定され得る。
システムに単に関連する。このような構成において,陽極の変調は,(陽極の変
調のための特定のプロセス条件があってもよいが)ここで説明した理由で必要と
されない。
値より決定された低値(約50V),および接地された壁でのアーキングの開始に
より決定される最大値(陽極電圧と壁との電圧差200ボルトより,典型的に大き
い)から変えられる。基板の表面上の,パーティクルの個数は,陽極電圧および
陽極と壁との間のより大きい電圧差とともに増加する傾向にあり,最適な陽極電
圧は一般的に,必要な付着レート,膜の性質,および信頼のある放電開始が得ら
れる最低電圧である。
とくに,基板の両側に,同時にDLCの薄膜を付着するという場合であることが分
かった。さらに,陽極電位Va,基板電圧Vsに対して,Va‐Vs>120ボルトは,非
常に応力のある(約3-4Gpa)膜をもつ非常に硬い(>Gpa)を作ることが分かっ
た。これに対して,Va‐Vsが約40ボルトでは,膜の硬さは減少し(約9Gpa),そ
の応力も低下する(<0.5Gpa)。
および壁の付着における応力を制御する結果が前記出願に記載されている。
た壁に関して正にバイアスされ,基板がバイアスされた場合,イオンがプラズマ
とバイアスされた基板と間の境界にあるシースを横切って加速されると思われて
いる。たとえばイオンビームではなくプラズマを使用することで,そうでないも
のよりより高い付着レートが可能となる。このことに関連して,15オングストロ
ーム/秒に等しいか,またはそれ以上のレートで,本発明にしたがい,保護オー
バーコート層の付着ができた。
バイアスされたプラズマアプローチの利点というのが,加速グリッドにおける空
間電荷制限のため,低いイオンエネルギーをもって,高付着レートを得ることが
一般的に難しいということである。また,プラズマシースの現象により,確実に
,イオン加速が全表面領域にわたって基板の表面に垂直となるのに対して,イオ
ンビームは,基板の軸から離れるように,垂直入射からの発散するようになる。
成される本発明の範囲から逸脱することなく,種々の変形,修正を行えることは
当業者には明らかであろう。
ルス電圧波形を示す。
を示し,図6bは減圧した状態の図6aと同様の測定を示す。
び動作条件の範囲に関して確立される。誘電性または他の基板14上に蓄積した正
味の電荷は,制御され,測定された条件の下で観測された基板電位の研究により
確立する。この更正目的のために,伝導性基板が基板ホルダー12(順次,この目
的で,高インピーダンス電圧測定装置150と導通するように配置される)におい
て,置き換えられる。高インピーダンスプローブ(107オームのオーダ)を備え
たオシロスコープが,アースへと僅かな電流引きをもたらす測定装置の類似した
例である。この基板電位測定は,通信路152を通して,更正装置150に直に向けら
れる。同様に,パワー源50aおよび50bからの電子放出電流引きは,それぞれ信号
15aおよび15bを介してプロセッサ62に,検知され送られる。電子源22および42,
ならびに陽極30および40に適用されるバイアス電圧は同様に検知される。プロセ
ッサ62は,信号制御陰極変調器18a(および19b)に,高周波数パルス列を電子源
22(および42)に向けさせるようにし,その結果基板14に向かう時間平均した電
子束が制御される。観測された変数および選択された陰極デューティーサイクル
の範囲に対して,更正装置150から引き出された試験基板の測定電位は記録され
,したがって,表にした応答関数が基板電位に対して得られる。浮上のワークピ
ースとともに,続く動作において,達成されるべきプロセスは,これらのデータ
を使用し,所望の基板電位を指示する。この所望の基板電位,およびチェンバー
圧,電子源22(および42),陽極30(40)に適用された電圧およびそれぞれの放
出電流の測定変数値に関連して,プロセッサ62は所望の時間平均した電子束を維
持するために(または予め選択された方法で変化させるために)陰極ディーティ
ーサイクルを調節する。他の変数により表される,確立した動作条件に対して,
陰極デューティーサイクルは,プログラムされ,時間平均された電子束(一定の
時間平均したプラズマ生成)を維持することにより付着レートを決定する。
Claims (38)
- 【請求項1】基板処理システムであって, 接地された処理チェンバーと, 該処理チェンバー内に設置され,その中で電気的に浮上する基板ホルダーと, プロセスガスを前記処理チェンバーに供給するための,前記処理チェンバーに
連結されたガス源と, 該ガス源に面する前記基板ホルダーに配置された基板の表面を処理するための
イオンを発生させるために,前記プロセスガスをイオン化するための,前記チェ
ンバー内にあるイオン源であって,陽極および電子源からなるところのイオン源
と, 前記基板が接地に対して,選択された負の電位のバイアスを維持できるように
,陰極デューティーサイクルからなる,選択されたエネルギーおよび時間平均し
た電流で,前記基板ホルダーにより支持された基板に,電子束パルスの列を伝え
るべく配置された,基板を帯電する電子源と, 前記基板ホルダー上の前記基板を,前記電子源と前記処理チェンバーとの中間
の電位にバイアスするために,前記陰極デューティーサイクルで前記電子源が負
の電位にバイアスされ,前記陽極が正電圧にバイアスされるように,前記陽極,
前記第一の電子源および前記基板帯電電子源をバイアスするパワー源と, を含む基板処理システム。 - 【請求項2】請求項1に記載の基板処理システムであって, 前記基板帯電電子源および前記第一の電子源の構造が同じである,ところの基
板処理システム。 - 【請求項3】請求項1に記載の基板処理システムであって, 前記電子源が中空陰極からなる,ところの基板処理システム。
- 【請求項4】請求項2に記載の基板処理システムであって,さらに前記プロ
セス処理ガスの圧力に応答する圧力センサーを含み, 前記パワー源は,前記基板帯電電子源の放出電流に応答する電流検知センサー
を含む,ところの基板処理システム。 - 【請求項5】請求項4に記載の基板処理システムであって,圧力,前記電子
源電位および前記陽極源電位と,前記放出電流との主要な関係を確立するための
,前記圧力センサー,前記陽極電位および前記パワー源に導通したプロセッサを
含む,ところの基板処理システム。 - 【請求項6】請求項5に記載の基板処理システムであって, 前記プロセッサは,前記基板および予め選択された電位設定値により維持され
る測定電位となる,前記圧力,前記電子源電位,前記陽極電位および前記時間平
均した電子束の,更正された関係を保持するメモリーを含む,ところの基板処理
システム。 - 【請求項7】請求項6に記載の基板処理システムであって, 前記主要な関係の主要な値を,前記更正された関係と比較し,前記選択された
デューティーサイクルを表すデューティーサイクル信号を生成する論理手段を含
む,ところの基板処理システム。 - 【請求項8】請求項7に記載の基板処理システムであって, 前記陰極デューティーのサイクル信号に応答して前記パルス列を生成するため
に動作する変調器を含み, 前記変調器が,前記関係を参照して,前記基板に入射する時間平均した電子束
を制限することにより前記基板の電位を制限する,ところの基板処理システム。 - 【請求項9】請求項1に記載の基板処理システムであって, 第二の陽極および第二の電子源を含む第二のイオン源が前記基板ホルダー上の
基板の反対面に面して位置し,前記パワー源が,前記第一の陽極および前記第二
の陽極に,時間多重化された電圧を適用するように適応される,ところの基板処
理システム。 - 【請求項10】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記パワー源は,パルス化された周期的な電圧を,前記第一の陽極および前記
第二の陽極のそれぞれに約100kHzより小さい周波数で適用するための手段を含む
,ところの基板処理システム。 - 【請求項11】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記パワー源は,パルス化された周期的な電圧を,前記第一の陽極および前記
第二の陽極のそれぞれに,前記チェンバー内のプラズマの反応時間よりも短い周
波数で適用するための手段を含む,ところの基板処理システム。 - 【請求項12】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記パワー源は,パルス化された周期的な電圧を,前記第一の陽極および前記
第二の陽極のそれぞれに,約40%かそれよりも小さいデューティーサイクルで適
用するための手段を含み,前記電子源は,前記陽極に正の電圧のパルスが適用さ
れている間,負にバイアスされる,ところの基板処理システム。 - 【請求項13】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記パワー源は,パルス化された周期的な電圧を前記陽極のそれぞれに,負の
電圧を前記陽極のそれぞれに,約40%かそれよりも小さいデューティーサイクル
で適用するための手段を含み,前記第一のイオン源および前記第二のイオン源は
,パルス化された周期的な電圧の各サイクルの一部分の間,ともにオフとなる,
ところの基板処理システム。 - 【請求項14】請求項1に記載の基板処理システムであって, 前記ガス源は,C2H4を前記チェンバーに供給する,ところの基板処理システム
。 - 【請求項15】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記ガス源は,エチレンおよびアルゴンを前記チェンバーに供給する,ところ
の基板処理システム。 - 【請求項16】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記パワー源は,第一および第二の,パルス化された出力をもつパワー供給源
を有し,前記パルス化された出力のそれぞれは,前記第一および第二の陽極にそ
れぞれ結合され,前記第一および第二の出力は,前記第一および第二の陽極が異
なる時間で付勢されるように,シフトしたパルスからなり,前記電子源は,パル
ス化された出力が前記電子源に適用されたとき,前記陰極デューティーサイクル
で付勢される,ところの基板処理システム。 - 【請求項17】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記プロセスガスはエチレンであり,ガスがチェンバーに供給されている間の
チェンバーの圧力は約4ミリトルに維持される,ところの基板処理チェンバー。 - 【請求項18】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記第一および第二の電子源のそれぞれは,電子を発生するための中空陰極,
および前記陰極デューティーサイクルで,前記中空陰極に負のバイアスを適用す
る変調器を含む,ところの基板処理システム。 - 【請求項19】請求項10に記載の基板処理システムであって, 前記パワー源は,パルス化された,周期的な電圧を,第一の陽極および第二の
陽極のそれぞれに約1から5kHzの範囲の周波数で適用するための手段を含む,と
ころの基板処理システム。 - 【請求項20】請求項9に記載の基板処理システムであって, 前記イオン源は,前記基板をエッチングするための,前記プロセスガスのイオ
ンを発生する,ところの基板処理チェンバー。 - 【請求項21】請求項9に記載の基板処理システムであって, 複数の前記イオン源は,前記基板をエッチングするための,前記プロセスガス
のイオンを発生する,ところの基板処理チェンバー。 - 【請求項22】基板処理方法であって, 基板を処理チェンバーに配置して,前記基板を電気的に浮上し,維持する工程
と, 前記処理チェンバーを接地する工程と, プロセスガスを処理チェンバーに供給する工程と, 基板の表面を処理するために,前記プロセスガスのイオンを発生すべく,陽極
および電子源からなり,基板の表面に面して前記チェンバーに位置するイオン源
により,前記プロセスガスをイオン化させる工程と, 正のバイアスを前記陽極に適用するとともに,電子束が前記イオン源から抽出
されるように,負のバイアスを前記電子源に適用し,前記電子束を前記基板に向
ける工程と, 前記基板が,陰極デューティーサイクルを含む,選択されたエネルギーおよび
時間平均した電流を受け,これにより正味の電荷を得るように,前記抽出された
電子束を選択された間隔で遮る工程と, を含む方法。 - 【請求項23】請求項22に記載の方法であって, エチレンおよびアルゴンガスを前記プロセスガスとして,前記チェンバーに供
給することを含む,ところの方法。 - 【請求項24】請求項22に記載の方法であって, 前記基板の他の表面が,少なくと第二のイオン源にさらされ,その第二のイオ
ン源は,少なくとも第二の陽極および少なくとも第二の電子源からなり, 第一および第二の陽極デューティーサイクルを含む,パルス化された周期的な
正の電圧を,第一および少なくとも第二の陽極のそれぞれに適用して第一および
第二の陽極を付勢し,また時間平均した電子束が前記イオン源から前記基板へと
抽出されるように,負のバイアスを電子源に第一のデューティーサイクルで適用
し,さらに他の時間平均した電子束が前記第二のイオン源から抽出されるように
,負のバイアスを前記第二の電子源に第二の陰極デューティーサイクルで適用し
,前記他の時間平均した電子束を前記基板の前記他の表面に向ける工程を含み 前記第一の陰極デューティーサイクルおよび第二の陰極デューティーサイクル
がそれぞれ,前記第一の陽極デューティーサイクルおよび前記陽極デューティー
サイクルよりも小さい, ところの方法。 - 【請求項25】請求項24に記載の方法であって, 第一の陽極および前記第二の陽極ならびそれら前記電子源を付勢する工程は,
第一の陽極および前記第二の陽極を,位相の違う,第一および第二の周期的な電
圧で,それぞれ付勢することからなる,ところの方法。 - 【請求項26】請求項25に記載の方法であって, 前記第一および第二の周期的電圧は,約40%より低いデューティーサイクルを
もち,前記第一および第二のイオン源ならびに関連した電子源は,周期的電圧の
,各サイクルの一部分の間,ともにオフとなる,ところの方法。 - 【請求項27】請求項26に記載の方法であって, 前記陰極デューティーサイクルおよび前記第二の陰極デューティーサイクルは
同一で,位相も合っている,ところの方法。 - 【請求項28】それぞれが,陽極および電子源を有する二つ以上のイオン源
を,処理チェンバー内で動作させる方法であって, 前記二つ以上のイオン源の一つのみが常に付勢されるように,前記二つ以上の
イオン源の陽極を時間多重で付勢する工程と, 前記陽極が付勢される期間の間,選択されたエネルギーおよび時間平均した電
流の,負のバイアスパルス列で,前記電子源を付勢する工程と, を含む方法。 - 【請求項29】基板処理システムであって, 処理チェンバーと, 該処理チェンバー内に設置された,電気的に浮上する基板ホルダーと, プロセスガスを前記処理チェンバーに供給するガスと, 前記処理チェンバー内に設置された第一および第二の陽極と, 基板ホルダーに配置された基板を処理し,電気的に帯電させるためのイオンを
発生させるべく,前記プロセスガスをイオン化する,前記チェンバー内で選択さ
れたエネルギーおよび時間平均化した電流を生成するための,前記チェンバー内
で負にバイアスされた電子源と, 前記陽極の一つのみが常に励起されるように,時間多重化して,前記第一およ
び第二の陽極を,前記チェンバーに対して正のバイアスで,付勢し,前記電子源
に,前記陰極デューティーサイクルで負のバイアスを与えるパワー源と, を含む,基板処理システム。 - 【請求項30】請求項22に記載の方法であって,前記基板の両側にイオン
源を配置することを含む,ところの方法。 - 【請求項31】請求項30に記載の方法であって,前記基板の片側にプロセ
スガスを供給することを含む,ところの方法。 - 【請求項32】処理ステーションで,電気的に浮上する基板の二面にダイヤ
モンドのような炭素を付着するための処理システムであって, 処理チェンバーと, 該処理チェンバー内に設置され,電気的に浮上する基板ホルダーと, ガスを前記チェンバーに供給するために,前記処理チェンバーに連結されたエ
チレンガス源と, 第一および第二のプラズマ発生器ならびにパワー源と,を含み, 前記プラズマ発生器のそれぞれは,前記基板ホルダー上の基板の片側に設置さ
れ,そこでプラズマを発生する陽極および電子源からなり, 前記パワー源は,前記プラズマ発生器の一方のみが常に付勢されるように,正
の電圧を前記発生器の陽極に適用することにより,ならびに前記選択可能な期間
の間に,前記電子源に負の電圧を適用するとともに,正の電圧を前記プラズマ発
生器の陽極に適用することにより,前記プラズマ発生器を付勢するように調節さ
れた前記第一および第二のプラズマ発生器に接続され 前記パワー源が,選択可能な期間で前記電子源に選択された大きさの,時間に
依存する負のバイアス電圧を与えるように調節される, ところの処理システム。 - 【請求項33】基板処理システムであって, 処理チェンバーと, 前記処理チェンバー内に設置され,そこで電気的に浮上する基板処理ホルダー
と, プロセスガスを前記処理チェンバーに供給するために,前記処理チェンバーに
結合されたガス源と, 前記基板ホルダー上に配置された基板を処理するためのイオンを形成するため
に,前記プロセスガスをイオン化するための,パワー源に接続された,前記チェ
ンバー内にある第一のプラズマ発生器と, 前記基板ホルダー上に配置された基板を処理するためのイオンを形成するため
に,前記プロセスガスをイオン化するための,パワー源に接続された,前記チェ
ンバー内にある第二のプラズマ発生器と, 前記発生器の一方のみが常に付勢されるように,時間多重化により付勢するた
めのパワー源と, 前記基板上に負の電荷を,選択されたレートで,かつ選択可能な最大電子エネ
ルギーで,付着させるために配置された電源と, を含み, 前記プラズマ発生器のそれぞれは,前記基板ホルダー上の基板の表面の両側に
配置される,ところの基板処理システム。 - 【請求項34】請求項32に記載の基板処理システムであって, ライナーがチェンバー内に配置され,チェンバーの壁を付着から保護する,と
ころの基板処理システム。 - 【請求項35】請求項1から9のいずれかに記載の基板処理システムであっ
て, 前記イオン源は,前記チェンバー内のシールドの表面への付着物をエッチング
するための前記プロセスガスのイオンを発生する,ところの基板処理システム。 - 【請求項36】請求項35に記載の基板処理システムであって, 前記プロセスガスはアルゴンからなる,ところの基板処理システム。
- 【請求項37】請求項35に記載の基板処理システムであって, 前記電子源は,チャンバー軸線を画成し,複数の磁石が,前記チェンバー内に
所望の磁場を生成するために,前記軸線に関して配置され,前記磁場は,前記チ
ェンバーの軸線の近傍のイオン密度とを増加させる,ところの基板処理システム
。 - 【請求項38】請求項32に記載の基板処理システムであって, 前記炭化水素はエチレンである,ところの基板処理システム。
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