JP2010016207A - プラズマ処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プロセス回数にかかわらず基板に対する処理の均一性、再現性を改善できるプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】 本発明によるプラズマ処理方法は、真空容器内にプラズマを生成するプラズマ発生手段と、真空容器内で処理される基板を載せる基板ホルダを介してバイアスを印加するバイアス用電源と、真空容器内に処理ガス、キャリアガスをそれぞれ供給するガス供給源とを備えたプラズマ処理装置に適用される。特に、前記基板に対する処理終了後プラズマ生成をオフにして基板搬出を行うまでの間に、処理ガスの供給無しでキャリアガスのみでプラズマ生成を維持する期間を設けることで、真空容器内壁に蓄積される可能性のある処理物質をクリーニングできるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はプラズマを用いて基板を処理するプラズマ処理方法及び処理装置に関する。

プラズマ処理の一例としてプラズマによるイオン打ち込み（プラズマドーピング）について簡単に説明する。

プラズマによるイオン打ち込み装置は、通常、真空容器、真空容器内にプラズマを生成するプラズマ発生装置、真空容器内で基板を搭載する基板ホルダ、基板ホルダを介してバイアス電位を印加するバイアス用電源(低周波数あるいはパルス)、真空排気系(真空ポンプ)、真空容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系を備えている。

真空容器は、真空排気系により真空状態にされる。その後、プラズマ発生装置により真空容器内でプラズマを生成するとともに、真空容器内に処理ガスを入れ、基板を搭載した基板ホルダにバイアス電源によりバイアス電圧を印加し、基板に対するイオン打ち込みを行う（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２００６／１０７０４４号パンフレット

ところで、プラズマに面している真空容器の内部がクリーンである場合、プラズマによってイオン化した物質は真空容器内壁に堆積することにより内壁からの物質の放出は無いものとして考える。しかし、プロセスを繰り返すにつれて、内壁には処理物質が蓄積してゆき、最終的には、スパッタリングや蒸発により真空容器内部に放出されるようになる。この放出された物質は、プラズマ中で再度プラズマ化されることにより、結果的に内壁近くのプラズマ密度が減少する。

図４にプラズマ計測の結果を示す。プロセスの回数が多くなるに従い、基板中心から離れた真空容器内壁付近のプラズマ密度が減少することが分かる。処理される基板に堆積・打ち込みされるイオンの分布はプラズマの分布に依存するので、プラズマ分布の不均一性は基板に対するドーピングの均一性・再現性の悪化を招く。

そこで本発明の課題は、プロセス回数にかかわらず基板に対する処理の均一性、再現性を改善できるプラズマ処理方法及び処理装置を提供することにある。

本発明は、真空容器内にプラズマを生成するプラズマ発生手段と、真空容器内で処理される基板を載せる基板ホルダを介してバイアスを印加するバイアス用電源と、真空容器内に処理ガス、キャリアガスをそれぞれ供給するガス供給源とを備えたプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法であり、前記基板に対する処理終了後プラズマ生成をオフにして基板搬出を行うまでの間に、処理ガスの供給無しでキャリアガスのみでプラズマ生成を維持する期間を設けたことを特徴とする。

前記基板に対する処理は、キャリアガスを導入すると共にプラズマ生成をオンとした後、処理ガスを導入すると共にバイアスを印加して始まり、前記基板に対する処理が終了したら、バイアスの印加オフ、処理ガスの導入オフとし、続いてキャリアガスの導入オフ、プラズマ生成オフとした後、前記基板搬出を行うことが望ましい。

なお、前記基板は静電チャックを介して前記基板ホルダに保持されることが望ましく、この場合、前記期間は、バイアスの印加オフ後に処理ガスの導入をオフとした後、前記静電チャックによる基板の保持を解除してからプラズマ生成オフまでの時間で規定される。

本発明によればまた、真空容器内にプラズマを生成するプラズマ発生手段と、真空容器内で処理される基板を載せる基板ホルダを介してバイアスを印加するバイアス用電源と、真空容器内に処理ガス、キャリアガスをそれぞれ供給するガス供給源と、これらを制御する制御手段とを備えたプラズマ処理装置において、前記制御手段は、前記基板に対する処理終了後プラズマ生成をオフにして基板搬出を行うまでの間に、処理ガスの供給無しでキャリアガスのみでプラズマ生成を維持する制御を実行することを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。

前記制御手段は、前記基板に対する処理を、キャリアガスを導入すると共にプラズマ生成をオンとした後、処理ガスを導入すると共にバイアスを印加して実行し、前記基板に対する処理が終了すると、バイアスの印加オフ、処理ガスの導入オフとし、続いてキャリアガスの導入オフ、プラズマ生成オフとした後、前記基板搬出を実行することが望ましい。

特に、前記制御手段は、前記キャリアガスのみでプラズマ生成を維持する制御を、バイアスの印加オフ後に処理ガスの導入をオフとした後、プラズマ生成オフまでの間実行することが望ましい。

本発明によれば、基板に対する処理終了後プラズマ生成をオフにして基板搬出を行うまでの間に、処理ガスの供給無しでキャリアガスのみでプラズマ生成を維持する期間を設けたことにより、プロセスを繰り返すことで真空容器内壁に蓄積される可能性のある処理物質をクリーニングする効果が得られる。その結果、真空容器内壁に蓄積される処理物質の放出によるプラズマ密度の低下を抑制することができるので、真空容器内でのプラズマ分布を均一に維持することができ、もって、基板に対する処理の均一性・再現性を改善することができる。

図１を参照して、本発明が適用されるプラズマ処理装置の一例として、プラズマを用いたイオン打ち込み装置（枚葉式のプラズマドーピング装置）について説明する。

真空容器１０には、該容器内を真空に排気するための真空ポンプ２０が真空バルブ２１を介して接続される。真空容器１０にはまた、該容器内にＨｅ、Ａｒ等のキャリアガスを導入するためのキャリアガス源３０、処理ガスを導入するための処理ガス源３２がそれぞれバルブ３１、３３を介して接続されている。真空容器１０外にはプラズマ生成のためのプラズマ発生用コイル４０が設置され、真空容器１０内には処理される基板５０、及び基板５０を載せるための基板ホルダ６０が内蔵されている。基板ホルダ６０には、バイアス電位を発生させるためのバイアス用電源７０が接続されている。プラズマ発生用コイル４０にはプラズマ発生電源４１が接続されている。真空容器１０はプラズマ発生電源４１とともに電気的にアースに接続されている。基板ホルダ６０には、基板温度管理のために静電チャック６１が搭載されている。静電チャック６１は静電チャック用電源６２に接続されている。なお、基板ホルダ６０は絶縁板６３を介して真空容器１０内に設けられ、真空容器１０とは電気的に絶縁されている。

本イオン打ち込み装置にはまた、図示していないが、上記各構成要素を制御する制御手段が備えられる。

イオン打ち込みに際しては、基板ホルダ６０にバイアス電圧を印加し、基板ホルダ６０にかかる電圧によりイオンを加速する。

次に、本発明によるプラズマ処理方法を従来例と比較しながら説明する。

図２、図３は、それぞれ真空容器１０内に基板を挿入してから処理済みの基板を搬出するまでの間のプラズマ及びバイアスに関するオン、オフの流れを、本発明、従来例について示す。

便宜上、図１を用いて、従来例について説明すると、図３において真空容器１０内の静電チャック６１に基板５０が搭載され、静電チャック用電源６２がオンにされる。真空ポンプ２０により真空容器１０内が排気される。続いてキャリアガスが導入され、真空バルブ２１により真空容器１０内の圧力が設定値に維持される。続いて、プラズマ発生電源４１がオンにされてプラズマ生成がはじまると真空容器１０内に処理ガスが導入され、バイアス用電源７０がオンとされる。これにより、基板５０に対する処理がはじまり、処理のための時間が経過して処理が終了するとバイアス用電源７０がオフにされ、プラズマ生成オフ、処理ガス導入オフ、キャリアガス導入オフ、静電チャック用電源６２オフとした後、基板が搬出される。

以上の工程の中で、図３に枠で囲んで示した工程、つまり処理ガス導入からプラズマ生成オフまでの工程中に処理ガスとプラズマの両方が存在し、この間に、真空容器１０の内壁に処理物質が堆積することとなる。

これに対し、本発明による処理方法は、以下の流れとなっている。以下の流れは、制御手段により実行される。

図２において、真空容器１０内の静電チャック６１に基板５０が搭載され、静電チャック用電源６２がオン（静電チャックＯＮ）にされる。真空ポンプ２０により真空容器１０内が排気される。続いて、キャリアガスが導入され（キャリアガスОＮ）、真空バルブ２１により真空容器１０内の圧力が設定値に維持される。続いて、プラズマ発生電源４１がオンにされてプラズマ生成がはじまると（プラズマОＮ）真空容器１０内に処理ガスが導入され（処理ガスＯＮ）、バイアス用電源７０がオン（バイアスＯＮ）とされる。これにより、基板５０に対する処理がはじまり、処理のための時間が経過して処理が終了するとバイアス用電源７０がオフにされ（バイアスＯＦＦ）、続いて処理ガス導入オフ（処理ガスＯＦＦ）、静電チャック用電源６２オフ（静電チャックＯＦＦ）と続き、キャリアガスオフ導入オフ（キャリアガスОＦＦ）、プラズマ生成オフ（プラズマＯＦＦ）とした後、基板が搬出される。

本処理方法においても、図２に枠で囲んで示した工程、つまり処理ガス導入からプラズマ生成オフまでの工程中に処理ガスとプラズマの両方が存在し、この間に、真空容器１０の内壁に処理物質が堆積する。しかし、制御手段により、処理ガス導入をオフにした後もプラズマの生成を維持し、処理ガスが存在しない間、Ｈｅ、Ａｒ等のキャリアガスでプラズマ持続を行うことにより、真空容器１０内壁に付着した処理物質をクリーニングするようにしている。ここで、処理ガスの供給無しでキャリアガスのみでプラズマ生成を維持する期間は、バイアスの印加オフ後に処理ガスの導入をオフとした後、プラズマ生成オフまでの時間で規定される。これにより、真空容器１０の内壁は常にクリーンな状態に維持される。その結果、真空容器１０の内壁に蓄積される処理物質の放出によるプラズマ密度の低下を抑制することができるので、プロセス回数の多寡にかかわらず真空容器１０内でのプラズマ分布を均一に維持することができ、もって、基板５０に対するイオン打ち込み処理の均一性・再現性を改善することができる。

勿論、本発明はイオンドーピングのみならず、基板に対する処理の均一性・再現性を要求されるプラズマ処理全般に適用可能である。

本発明が適用されるプラズマ処理装置の一例として、プラズマを用いたイオン打ち込み装置の概略構成を説明するための図である。 真空容器内に基板を挿入してから処理済みの基板を搬出するまでの間のプラズマ及びバイアスに関するオン、オフの流れを、本発明について示した図である。 真空容器内に基板を挿入してから処理済みの基板を搬出するまでの間のプラズマ及びバイアスに関するオン、オフの流れを、従来例について示した図である。 プラズマによるプロセス回数と、基板中心からのプラズマ密度の変化の関係を計測した結果の一例を示した図である。

符号の説明

１０ 真空容器
２０ 真空ポンプ
２１ 真空バルブ
３０ キャリアガス源
３２ 処理ガス源
３１、３３ バルブ
４０ プラズマ発生用コイル
４１ プラズマ発生電源
５０ 基板
６０ 基板ホルダ
６１ 静電チャック
６３ 絶縁板
７０ バイアス用電源

Claims (6)

1. 真空容器内にプラズマを生成するプラズマ発生手段と、真空容器内で処理される基板を載せる基板ホルダを介してバイアスを印加するバイアス用電源と、真空容器内に処理ガス、キャリアガスをそれぞれ供給するガス供給源とを備えたプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法において、
   前記基板に対する処理終了後プラズマ生成をオフにして基板搬出を行うまでの間に、処理ガスの供給無しでキャリアガスのみでプラズマ生成を維持する期間を設けたことを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 前記基板に対する処理は、キャリアガスを導入すると共にプラズマ生成をオンとした後、処理ガスを導入すると共にバイアスを印加して始まり、前記基板に対する処理が終了すると、バイアスの印加オフ、処理ガスの導入オフとし、続いてキャリアガスの導入オフ、プラズマ生成オフとした後、前記基板搬出を行うことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. 前記期間は、バイアスの印加オフ後に処理ガスの導入をオフとした後、プラズマ生成オフまでの時間で規定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
4. 真空容器内にプラズマを生成するプラズマ発生手段と、真空容器内で処理される基板を載せる基板ホルダを介してバイアスを印加するバイアス用電源と、真空容器内に処理ガス、キャリアガスをそれぞれ供給するガス供給源と、これらを制御する制御手段とを備えたプラズマ処理装置において、
   前記制御手段は、前記基板に対する処理終了後プラズマ生成をオフにして基板搬出を行うまでの間に、処理ガスの供給無しでキャリアガスのみでプラズマ生成を維持する制御を実行することを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 前記制御手段は、前記基板に対する処理を、キャリアガスを導入すると共にプラズマ生成をオンとした後、処理ガスを導入すると共にバイアスを印加して実行し、前記基板に対する処理が終了すると、バイアスの印加オフ、処理ガスの導入オフとし、続いてキャリアガスの導入オフ、プラズマ生成オフとした後、前記基板搬出を実行することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記制御手段は、前記キャリアガスのみでプラズマ生成を維持する制御を、バイアスの印加オフ後に処理ガスの導入をオフとした後、プラズマ生成オフまでの間実行することを特徴とする請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。

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