JP3547398B2 - 二重イオン源をもつ処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本発明は，形成されたイオンにより生成されたプラズマを使用して，基板を処理するシステムおよび方法に関し，とくに二つ以上のイオン源を使用するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
発明の背景
市販のプラズマ源は，広範囲な工業上の利用，とくに半導体，光学的，および磁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。このようなイオン源により形成されたプラズマは，材料の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。
【０００３】
多くのプロセスにおいて，プラズマ源からのエネルギーをもったイオンを使用することにより，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，ならびにエネルギーをもった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および圧力に依存する。典型的に，基板を叩くイオンのエネルギーは基板バイアスにより制御される。または，基板が電気的に浮遊状態にあると，イオンのエネルギーは，プラズマの電位と，ネット電流がゼロの，基板での電位との間の違いを決定する電子エネルギー分布により決定される。イオンエネルギーの制御は，付着またはエッチング処理特性および生じた材料の性質がしばしばこのパラメータに強く依存することから，望ましい。
【０００４】
ある応用例では，基板の両面を同時に処理することが望ましい。これは典型的に，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，種々の材料の薄い層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振る舞いは，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。また，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。このような場合のより薄いコーティングにより，ヘッドがディスクの磁性体に接近することができ，面積密度の増加が可能となる。この応用例において，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パーティクルといったことを含む）をもたなければならない。したがって，二つ以上のイオン源が処理チェンバー内で安定して動作でき，付着層の性質が意図した目的に対し改良される，改良された基板処理システムおよび方法の需要がある。
【０００５】
発明の要約
本発明の第一の態様にしたがって，基板処理システムが提供される。基板処理システムは，処理チェンバー，チェンバー内に配置された基板ホルダー，処理チェンバーに処理ガスを供給するガス源，処理チェンバー内に位置する第一および第二のイオン源，ならびに第一および第二のイオン源を付勢するためのパワー源を含む。各イオン源は処理ガスをイオン化し，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。第一および第二のイオン源は，第一および第二の陽極を，それぞれ含む。パワー源は，第一および第二のイオン源の一つのみが常に付勢されるように，時間多重化法で，イオン源を付勢する。
【０００６】
パワー源は好適に，約１００ｋＨｚより低い周波数で，第一および第二の陽極に，パルス化された周期的な電圧を印加する手段を含む。好適実施例において，周波数は約１から５ｋＨｚの範囲である。第一および第二の陽極に印加される，パルス化された，周期的な電圧は好適に，５０％に等しいかまたは小さいデューティーサイクルをもつ。
【０００７】
第一および第二のイオン源は概して，処理システムの基板の両側に配置される。しかし，あるシステムにおいて，イオン源は基板の同じ側に配置されてもよく，たとえば，多層の付着を達成するために，異なるガスを供給するために利用されてもよい。第一および第二のイオン源からの処理ガスのイオンは，基板に付着されてもよく，または基板をエッチするために使用されてもよい。
【０００８】
本発明の他の態様にしたがって，基板処理方法が提供される。方法は，基板を処理チェンバー内に配置する工程，処理ガスを処理チェンバーに供給する工程，および基板を処理するための処理ガスのイオンを形成するために，チェンバー内に位置する第一および第二のイオン源で，処理ガスをイオン化する工程を含む。第一および第二のイオン源は第一および第二の陽極を，それぞれ含む。方法はさらに，第一および第二のイオン源の一つのみが常に付勢されるように，第一の陽極および第二の陽極を付勢する工程を含む。
【０００９】
本発明の他の態様にしたがって，処理チェンバー内の二つ以上のイオン源を動作する方法が提供される。二つ以上のイオン源のそれぞれは陽極を含む。方法は，イオン源の一つのみが常に付勢されるように，時間多重化法で，イオン源の陽極を付勢する。
【００１０】
詳細な説明
本発明にしたがった基板処理システムの例の部分ブロック図が図１に示されている。システムは囲まれた処理チェンバー１０，スイッチ９を介して，バイアス電圧８への電気的接続１１を有する基板ホルダー１２を含む。基板ホルダー１２は処理チェンバー１０内で基板を支持する。イオン源２０および２２は基板１４の両側に配置されている。処理チェンバー１０は好適に，伝導性があり，アースされている。処理の間，必要に応じて，電気的バイアスが基板１４に印加される。基板を電気的に浮遊させること，または基板ホルダーを設置することもまた可能である。基板１４は，たとえば，磁気ハードディスクの製造のための基板であってもよく，アルミニウムディスク材料からなってもよい。ラップトップユニットのような小型コンパクトコンピュータにおいて使用されるハードディスクを製造するために，ガラス，プラスチックのような他のディスクベース材，または他の軽量なベース材を使用することもできる。
【００１１】
イオン源２０は陽極３０および電子源を含む。電子源は，陽極３０の近傍に位置するフィラメント３２およびフィラメント３２に接続されたフィラメントパワー源３４を含む。イオン源２２は，陽極４０，ならびに，陽極４０の近傍に位置するフィラメント４２およびフィラメント４２に接続されたフィラメントパワー源４４とから成る電子源を含む。フィラメントパワー源３４および４４は，各イオン源２０および２２内に電子を発生させるために，それぞれフィラメント３２および４２を電気的に加熱する。フィラメント３２および４２はそれぞれのイオン源に対する陰極として機能する。低温陰極電子源のような他の電子源が本発明において，使用することができる。陽極３０および４０は，以下で説明するように，それぞれのイオン源２０および２２を付勢するためのパワー源５０に接続されている。
【００１２】
ガス源５４が処理ガスを処理チェンバー１０に供給する。とくに，ガス源５４は陽極３０および４０と基板１４との間の領域のイオン源２０および２２のそれぞれに，ガスを供給する。適切な処理ガスの例としては，これに限定するわけではないが，ダイヤモンドのような炭素の付着には，エチレン，メタンおよびアセチレンがあり，窒化シリコンの付着には，シランおよびアンモニアの混合物，エッチングにはアルゴン，酸素または水素がある。
【００１３】
ガスが，チャンバーに連結された真空ポンプ６０によりチェンバー１０から排気される。ガス源５４および真空ポンプ６０は，当業者には知られているように，チェンバー１０内のガス流速および圧力の制御を可能にする。システムは，約１と約５ミリトルの間のチェンバー圧力で動作することが，好適であるが，０．１から２０ミリトルの範囲の圧力を使用することも可能である。
【００１４】
動作中，イオン源２０および２２のそれぞれは，処理ガスのイオンを形成するために，処理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，処理チェンバー内の陽極３０および４０の近傍にプラズマが発生する。フィラメント３２および４２は，処理ガス分子のイオン化のための電子が，プラズマ内に供給される。イオンは次に，基板表面のプラズマシースを横切り，基板１４の基板表面に加速される。図１の処理システムは，基板１４の両側の同時処理を可能にする。
【００１５】
他の設備および技術を使用してプラズマを発生することにより，この処理を実行することも可能である。たとえば，システムの陽極に供給され，バイアスされるプラズマを形成すべく，電子を加速するために，電磁エネルギーが使用される領域に適切なガスを通過させることである。
【００１６】
上記したように，イオン源２０および２２の両方が付勢されると，不安定性および振動が観測される。このような不安定性および振動の理由は，チェンバー１０内のプラズマがフィラメント３２および４２により発生した電子に対する低インピーダンス経路となるためと考えられている。したがって，両イオン源が付勢されると，形成されるべき第一のプラズマは，すべての電子に対する低抵抗の経路を形成し，電子を他のプラズマ源から離れるように導く。両プラズマ源が動作可能であるとしても，プラズマインピーダンスは整合せず，このことにより，不均衡な電子分割や信号が形成される。ホットフィラメント電子源を使用して電子源の通常の動作を行っている間，陽極がバイアスされると，電子源からの放出した全ての電子流は一方のバイアスされた陽極により収集される。
【００１７】
本発明の一つの態様にしたがって，イオン源２０および２２は，陽極の一方のみが常に付勢されるように同期した，時間多重化法により付勢される。とくに，多重化電圧はイオン源２０および２２の陽極３０および４０に印加される。最適な付勢電圧の例が図２に示され，ここで陽極３０および４０の電圧は時間の関数で示されている。図示のように，付勢電圧が時間Ｔ１，Ｔ３およびＴ５のとき，陽極３０に印加され，付勢電圧が時間Ｔ２およびＴ４のとき，陽極４０に印加される。陽極３０および４０に印加された電圧は，時間的に重なり合うことがなく，その結果イオン源の一方のみが常に付勢される。イオン源が交互にオンオフされ，したがってイオン源の間のイオンとプラズマ電子の相互作用が除去される。電子は一方の陽極により，つぎに他方の陽極に交互に集められる。同期された，または時間多重化された操作により，複雑なシールド，または一方のプラズマを他方のプラズマから電気的に絶縁するためのグリッドの必要性がなくなる。
【００１８】
陽極３０および４０に印加される交番電圧は好適に，約１００ｋＨｚより低い周波数をもつ。一般的に，陽極電圧の周波数は，イオン源２０および２２内のイオンの反応回数と比較して低くあるべきである。このことは，イオン源が，陽極電圧のオンオフ時と比較して急速にオンオフに切り替わることを確実にする。好適実施例において，陽極電圧は，約１から５ｋＨｚの範囲の周波数をもつ。
【００１９】
二つのイオン源をもつ処理チェンバーに対して，陽極のデューティーサイクルは好適に，５０％より小さく，好適には等しい。等しくないデューティーサイクルを使用することはできるが，基板１４の両面の処理が不均一になる。５０％より小さいデューティーサイクルが，図３に示されているように，使用されてもよく，ここで陽極３０および４０に印加される電圧は時間の関数で示されている。付勢電圧は時間Ｔ１０およびＴ１２およびＴ１４の間，陽極３０に印加され，付勢電圧は，時間Ｔ１１およびＴ１３の間，陽極４０に印加される。陽極電圧は重なり合うことがない。陽極電圧は，両イオン源２０および２２が陽極電圧の各サイクルの一部に間，オフとなるように，約４０％のデューティーサイクルをもつ。
【００２０】
時間多重化された陽極電圧を発生するための適切なパワー源５０（図１）の例が図４に示されている。制御パルス発生器のような，同期ユニット１００が第一のパワー供給源１０２に，そして第二のパワー供給源１０４に接続された同期出力を有する。パワー供給源１０２は電圧を陽極３０に供給し，パワー供給源１０４は電圧を陽極４０に供給する。パワー供給源１０２および１０４は図２または図３に示された電圧波形に対応するものでもよい。いくつかのパワー源（使用することのできるもの）が図２および／または図３に示されたタイプの時間多重化された電圧を出力する，内蔵式の能力をもつことが理解できるであろう。
【００２１】
適切なパワー源５０の他の例が図５に示されている。パワー源１２０が，二分の一位相がずれた両極矩形波電圧をライン１２２および１２４に出力する。ライン１２０および１２４の矩形波電圧は陽極３０および４０にそれぞれ印加される。ダイオード１２６がライン１２２とアースの間に接続され，ダイオード１２８はライン１２４とアースの間に接続されている。ダイオード１２６および１２８が矩形波電圧の，負の二分の一サイクルを止め，その結果正の電圧が陽極３０および４０に印加される。
【００２２】
図１に示されているように，基板は，基板にイオン電流を収集させるように，図示のために調節可能に示されたDC電圧供給源8によりバイアスされてもよく，または自己変調バイアスが印加されてもよい。このような場合，基板14が，供給源 8 で設定された， D.C. パワー供給源電圧より上になろうとすると，トランジスター9がオンになる。絶縁基板の場合（または基板が電圧源に接続されていないとき），イオンは，プラズマ電位と，基板での浮遊電位との間の差により決定されるエネルギーをもつように加速される。浮遊電位は，電子電流がイオン電流と等しくなる電位，すなわちネット電流＝0となる電位として決定される。プラズマ電位と浮遊電位との間の差，したがってイオンのエネルギーは，プラズマ密度に対し，エネルギーをもった電子源を調節することにより，調節することができる。一般的に，電子になる（陰極またはRF加熱からの放出電流を経て），より高いパワーをもつ低ガス圧がより高いイオンエネルギーとなろう。
【００２３】
相対的な意味の制御電圧が，付着された膜に対し膜の物理的性質を制御する。たとえば，硬さ，ストレス，およびエチレンから付着したダイヤモンドのような膜の組成物はイオンエネルギー（電圧）に強く依存する。
【００２４】
符号８または５０で示されたようなパワー源のいろいろな構成が，本発明の範囲内において利用できることは分かるであろう。種々のパワー供給源の構成が当業者には明らかである。一般に，パワー源５０は，イオン源２０または２２の一方のみが常に付勢されるように構成される。
【００２５】
二つのイオン源をもつ処理システムが議論されてきた。上述した，イオン源の時間多重化操作は二つまたはそれ以上のイオン源をもつ処理システムに応用することができる。どのような場合でも，イオン源は，一つのイオン源のみが常にオンの状態となるように付勢される。たとえば，四つのイオン源を有する処理システムが，２５％またはそれ以下のデューティーサイクルをもつ，重なることのない陽極電圧で付勢されてもよい。四つのイオン源を付勢するための適切な陽極電圧が図６に示されている。陽極１は，時間Ｔ２０の間付勢され，陽極２は，時間Ｔ２１の間付勢され，陽極３は，時間Ｔ２３の間付勢され，陽極４は，時間Ｔ２３の間付勢され，陽極１はふたたび，時間Ｔ２０の間付勢される。二つ以上のイオン源に印加される陽極電圧は，イオン源の数，所望のデューティーサイクル，所望の操作周波数および処理される構造または表面にタイプに依存する。どの場合も，イオン源の間の相互作用は除去される。
【００２６】
陽極に印加される電圧は，作動（ワーキング）（〜８０Ｖ）ガスの重要なイオン化をなすのに必要な最小値により決定される低値から，接地されて側壁でのアーキングの始まり（典型的に＞２００Ｖ）により決定される最高のものに変化することができる。基板の表面上のパーティクルの数は，陽極電圧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，必要とされる付着速度，膜の性質，および確かな放電開始が得られる最低の電圧である。
【００２７】
基板をバイアスすることは，基板表面に衝突する電子のもつエネルギーが制御される。たとえば，陽極電圧がＶａ＝１００Ｖで，基板電圧がＶｓ＝５０Ｖであるとき，イオンは，Ｖａ−Ｖｓ＝５０ｅＶのエネルギーをもつように加速される。この相対的な電圧を制御することにより，付着した膜の硬さおよびストレスを制御することができる。このことは，とくに，基板の両側に同時に，ダイヤモンドのような炭素（ＤＬＣ）の膜を付着するときであると分かった。さらに，Ｖａ−Ｖｓ＞１２０に対し，高いストレス（約４Ｇｐａ）をもつ非常に硬い（＞２５Ｇｐａ）膜が作られ，Ｖａ−Ｖｓが約４０Ｖの膜は，低いストレス（＜０．５Ｇｐａ）をもつそれほど硬くないものであることが分かった。
【００２８】
本発明のメカニズムは完全に理解されてはいないが，プラズマが形成され，接地された側壁に関し正にバイアスされ，基板がバイアスされる場合，イオンがプラズマとバイアスされた基板との間の境界面を横断するように加速されると信じられている。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により，より高い付着速度が可能となる。かくして，保護オーバーコート層が本発明にしたがって，毎秒１２オングストロームと等しいかまたはそれ以上の速度で付着された。
【００２９】
グリッドを使ったイオンビーム源，オン，オフが切り替えられる源を超えた，バイアスされたプラズマのアプローチの利点は，加速グリッドにおける空間電荷の制限のため，低いイオンエネルギーで高い付着速度を得ることことが一般的に難しいということである。また，プラズマ・シーズの現象により，イオン加速は確実に，全表面領域にわたって基板の表面に垂直となる（イオンビームは，基板の軸線から離れ，垂直な入射からの発散をもっている）。
【００３０】
本発明の好適実施例に関連して説明を行ってきたが，特許請求の範囲により画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。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明にしたがった処理システムのブロック図である。
【図２】図２は，本発明の第一の実施例にしたがった時間の関数とする陽極電圧のグラフである。処理システムのブロック図である。
【図３】図３は，本発明の第二の実施例にしたがった時間の関数とする陽極電圧のグラフである。処理システムのブロック図である。
【図４】図４は，図１のパワー源の例のブロック図である。
【図５】図５は，図１のパワー源の他の例のブロック図である。
【図６】図６は，四つのイオン源をもつ処理システムのための，時間を関数とする陽極電圧のグラフである。
【符号の説明】
８ バイアス電圧
９ スイッチ
１０ 処理チェンバー
１１ 電気的接続
１２ 基板ホルダー
１４ 基板
２０ イオン源
２２ イオン源
３０ 陽極
３２ フィラメント
３４ パワー源
４０ 陽極
４２ フィラメント
４４ パワー源
５０ パワー源
５４ ガス源
６０ 真空ポンプ
発明の分野
本発明は，形成されたイオンにより生成されたプラズマを使用して，基板を処理するシステムおよび方法に関し，とくに二つ以上のイオン源を使用するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
発明の背景
市販のプラズマ源は，広範囲な工業上の利用，とくに半導体，光学的，および磁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。このようなイオン源により形成されたプラズマは，材料の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。
【０００３】
多くのプロセスにおいて，プラズマ源からのエネルギーをもったイオンを使用することにより，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，ならびにエネルギーをもった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および圧力に依存する。典型的に，基板を叩くイオンのエネルギーは基板バイアスにより制御される。または，基板が電気的に浮遊状態にあると，イオンのエネルギーは，プラズマの電位と，ネット電流がゼロの，基板での電位との間の違いを決定する電子エネルギー分布により決定される。イオンエネルギーの制御は，付着またはエッチング処理特性および生じた材料の性質がしばしばこのパラメータに強く依存することから，望ましい。
【０００４】
ある応用例では，基板の両面を同時に処理することが望ましい。これは典型的に，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，種々の材料の薄い層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振る舞いは，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。また，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。このような場合のより薄いコーティングにより，ヘッドがディスクの磁性体に接近することができ，面積密度の増加が可能となる。この応用例において，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パーティクルといったことを含む）をもたなければならない。したがって，二つ以上のイオン源が処理チェンバー内で安定して動作でき，付着層の性質が意図した目的に対し改良される，改良された基板処理システムおよび方法の需要がある。
【０００５】
発明の要約
本発明の第一の態様にしたがって，基板処理システムが提供される。基板処理システムは，処理チェンバー，チェンバー内に配置された基板ホルダー，処理チェンバーに処理ガスを供給するガス源，処理チェンバー内に位置する第一および第二のイオン源，ならびに第一および第二のイオン源を付勢するためのパワー源を含む。各イオン源は処理ガスをイオン化し，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。第一および第二のイオン源は，第一および第二の陽極を，それぞれ含む。パワー源は，第一および第二のイオン源の一つのみが常に付勢されるように，時間多重化法で，イオン源を付勢する。
【０００６】
パワー源は好適に，約１００ｋＨｚより低い周波数で，第一および第二の陽極に，パルス化された周期的な電圧を印加する手段を含む。好適実施例において，周波数は約１から５ｋＨｚの範囲である。第一および第二の陽極に印加される，パルス化された，周期的な電圧は好適に，５０％に等しいかまたは小さいデューティーサイクルをもつ。
【０００７】
第一および第二のイオン源は概して，処理システムの基板の両側に配置される。しかし，あるシステムにおいて，イオン源は基板の同じ側に配置されてもよく，たとえば，多層の付着を達成するために，異なるガスを供給するために利用されてもよい。第一および第二のイオン源からの処理ガスのイオンは，基板に付着されてもよく，または基板をエッチするために使用されてもよい。
【０００８】
本発明の他の態様にしたがって，基板処理方法が提供される。方法は，基板を処理チェンバー内に配置する工程，処理ガスを処理チェンバーに供給する工程，および基板を処理するための処理ガスのイオンを形成するために，チェンバー内に位置する第一および第二のイオン源で，処理ガスをイオン化する工程を含む。第一および第二のイオン源は第一および第二の陽極を，それぞれ含む。方法はさらに，第一および第二のイオン源の一つのみが常に付勢されるように，第一の陽極および第二の陽極を付勢する工程を含む。
【０００９】
本発明の他の態様にしたがって，処理チェンバー内の二つ以上のイオン源を動作する方法が提供される。二つ以上のイオン源のそれぞれは陽極を含む。方法は，イオン源の一つのみが常に付勢されるように，時間多重化法で，イオン源の陽極を付勢する。
【００１０】
詳細な説明
本発明にしたがった基板処理システムの例の部分ブロック図が図１に示されている。システムは囲まれた処理チェンバー１０，スイッチ９を介して，バイアス電圧８への電気的接続１１を有する基板ホルダー１２を含む。基板ホルダー１２は処理チェンバー１０内で基板を支持する。イオン源２０および２２は基板１４の両側に配置されている。処理チェンバー１０は好適に，伝導性があり，アースされている。処理の間，必要に応じて，電気的バイアスが基板１４に印加される。基板を電気的に浮遊させること，または基板ホルダーを設置することもまた可能である。基板１４は，たとえば，磁気ハードディスクの製造のための基板であってもよく，アルミニウムディスク材料からなってもよい。ラップトップユニットのような小型コンパクトコンピュータにおいて使用されるハードディスクを製造するために，ガラス，プラスチックのような他のディスクベース材，または他の軽量なベース材を使用することもできる。
【００１１】
イオン源２０は陽極３０および電子源を含む。電子源は，陽極３０の近傍に位置するフィラメント３２およびフィラメント３２に接続されたフィラメントパワー源３４を含む。イオン源２２は，陽極４０，ならびに，陽極４０の近傍に位置するフィラメント４２およびフィラメント４２に接続されたフィラメントパワー源４４とから成る電子源を含む。フィラメントパワー源３４および４４は，各イオン源２０および２２内に電子を発生させるために，それぞれフィラメント３２および４２を電気的に加熱する。フィラメント３２および４２はそれぞれのイオン源に対する陰極として機能する。低温陰極電子源のような他の電子源が本発明において，使用することができる。陽極３０および４０は，以下で説明するように，それぞれのイオン源２０および２２を付勢するためのパワー源５０に接続されている。
【００１２】
ガス源５４が処理ガスを処理チェンバー１０に供給する。とくに，ガス源５４は陽極３０および４０と基板１４との間の領域のイオン源２０および２２のそれぞれに，ガスを供給する。適切な処理ガスの例としては，これに限定するわけではないが，ダイヤモンドのような炭素の付着には，エチレン，メタンおよびアセチレンがあり，窒化シリコンの付着には，シランおよびアンモニアの混合物，エッチングにはアルゴン，酸素または水素がある。
【００１３】
ガスが，チャンバーに連結された真空ポンプ６０によりチェンバー１０から排気される。ガス源５４および真空ポンプ６０は，当業者には知られているように，チェンバー１０内のガス流速および圧力の制御を可能にする。システムは，約１と約５ミリトルの間のチェンバー圧力で動作することが，好適であるが，０．１から２０ミリトルの範囲の圧力を使用することも可能である。
【００１４】
動作中，イオン源２０および２２のそれぞれは，処理ガスのイオンを形成するために，処理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，処理チェンバー内の陽極３０および４０の近傍にプラズマが発生する。フィラメント３２および４２は，処理ガス分子のイオン化のための電子が，プラズマ内に供給される。イオンは次に，基板表面のプラズマシースを横切り，基板１４の基板表面に加速される。図１の処理システムは，基板１４の両側の同時処理を可能にする。
【００１５】
他の設備および技術を使用してプラズマを発生することにより，この処理を実行することも可能である。たとえば，システムの陽極に供給され，バイアスされるプラズマを形成すべく，電子を加速するために，電磁エネルギーが使用される領域に適切なガスを通過させることである。
【００１６】
上記したように，イオン源２０および２２の両方が付勢されると，不安定性および振動が観測される。このような不安定性および振動の理由は，チェンバー１０内のプラズマがフィラメント３２および４２により発生した電子に対する低インピーダンス経路となるためと考えられている。したがって，両イオン源が付勢されると，形成されるべき第一のプラズマは，すべての電子に対する低抵抗の経路を形成し，電子を他のプラズマ源から離れるように導く。両プラズマ源が動作可能であるとしても，プラズマインピーダンスは整合せず，このことにより，不均衡な電子分割や信号が形成される。ホットフィラメント電子源を使用して電子源の通常の動作を行っている間，陽極がバイアスされると，電子源からの放出した全ての電子流は一方のバイアスされた陽極により収集される。
【００１７】
本発明の一つの態様にしたがって，イオン源２０および２２は，陽極の一方のみが常に付勢されるように同期した，時間多重化法により付勢される。とくに，多重化電圧はイオン源２０および２２の陽極３０および４０に印加される。最適な付勢電圧の例が図２に示され，ここで陽極３０および４０の電圧は時間の関数で示されている。図示のように，付勢電圧が時間Ｔ１，Ｔ３およびＴ５のとき，陽極３０に印加され，付勢電圧が時間Ｔ２およびＴ４のとき，陽極４０に印加される。陽極３０および４０に印加された電圧は，時間的に重なり合うことがなく，その結果イオン源の一方のみが常に付勢される。イオン源が交互にオンオフされ，したがってイオン源の間のイオンとプラズマ電子の相互作用が除去される。電子は一方の陽極により，つぎに他方の陽極に交互に集められる。同期された，または時間多重化された操作により，複雑なシールド，または一方のプラズマを他方のプラズマから電気的に絶縁するためのグリッドの必要性がなくなる。
【００１８】
陽極３０および４０に印加される交番電圧は好適に，約１００ｋＨｚより低い周波数をもつ。一般的に，陽極電圧の周波数は，イオン源２０および２２内のイオンの反応回数と比較して低くあるべきである。このことは，イオン源が，陽極電圧のオンオフ時と比較して急速にオンオフに切り替わることを確実にする。好適実施例において，陽極電圧は，約１から５ｋＨｚの範囲の周波数をもつ。
【００１９】
二つのイオン源をもつ処理チェンバーに対して，陽極のデューティーサイクルは好適に，５０％より小さく，好適には等しい。等しくないデューティーサイクルを使用することはできるが，基板１４の両面の処理が不均一になる。５０％より小さいデューティーサイクルが，図３に示されているように，使用されてもよく，ここで陽極３０および４０に印加される電圧は時間の関数で示されている。付勢電圧は時間Ｔ１０およびＴ１２およびＴ１４の間，陽極３０に印加され，付勢電圧は，時間Ｔ１１およびＴ１３の間，陽極４０に印加される。陽極電圧は重なり合うことがない。陽極電圧は，両イオン源２０および２２が陽極電圧の各サイクルの一部に間，オフとなるように，約４０％のデューティーサイクルをもつ。
【００２０】
時間多重化された陽極電圧を発生するための適切なパワー源５０（図１）の例が図４に示されている。制御パルス発生器のような，同期ユニット１００が第一のパワー供給源１０２に，そして第二のパワー供給源１０４に接続された同期出力を有する。パワー供給源１０２は電圧を陽極３０に供給し，パワー供給源１０４は電圧を陽極４０に供給する。パワー供給源１０２および１０４は図２または図３に示された電圧波形に対応するものでもよい。いくつかのパワー源（使用することのできるもの）が図２および／または図３に示されたタイプの時間多重化された電圧を出力する，内蔵式の能力をもつことが理解できるであろう。
【００２１】
適切なパワー源５０の他の例が図５に示されている。パワー源１２０が，二分の一位相がずれた両極矩形波電圧をライン１２２および１２４に出力する。ライン１２０および１２４の矩形波電圧は陽極３０および４０にそれぞれ印加される。ダイオード１２６がライン１２２とアースの間に接続され，ダイオード１２８はライン１２４とアースの間に接続されている。ダイオード１２６および１２８が矩形波電圧の，負の二分の一サイクルを止め，その結果正の電圧が陽極３０および４０に印加される。
【００２２】
図１に示されているように，基板は，基板にイオン電流を収集させるように，図示のために調節可能に示されたDC電圧供給源8によりバイアスされてもよく，または自己変調バイアスが印加されてもよい。このような場合，基板14が，供給源 8 で設定された， D.C. パワー供給源電圧より上になろうとすると，トランジスター9がオンになる。絶縁基板の場合（または基板が電圧源に接続されていないとき），イオンは，プラズマ電位と，基板での浮遊電位との間の差により決定されるエネルギーをもつように加速される。浮遊電位は，電子電流がイオン電流と等しくなる電位，すなわちネット電流＝0となる電位として決定される。プラズマ電位と浮遊電位との間の差，したがってイオンのエネルギーは，プラズマ密度に対し，エネルギーをもった電子源を調節することにより，調節することができる。一般的に，電子になる（陰極またはRF加熱からの放出電流を経て），より高いパワーをもつ低ガス圧がより高いイオンエネルギーとなろう。
【００２３】
相対的な意味の制御電圧が，付着された膜に対し膜の物理的性質を制御する。たとえば，硬さ，ストレス，およびエチレンから付着したダイヤモンドのような膜の組成物はイオンエネルギー（電圧）に強く依存する。
【００２４】
符号８または５０で示されたようなパワー源のいろいろな構成が，本発明の範囲内において利用できることは分かるであろう。種々のパワー供給源の構成が当業者には明らかである。一般に，パワー源５０は，イオン源２０または２２の一方のみが常に付勢されるように構成される。
【００２５】
二つのイオン源をもつ処理システムが議論されてきた。上述した，イオン源の時間多重化操作は二つまたはそれ以上のイオン源をもつ処理システムに応用することができる。どのような場合でも，イオン源は，一つのイオン源のみが常にオンの状態となるように付勢される。たとえば，四つのイオン源を有する処理システムが，２５％またはそれ以下のデューティーサイクルをもつ，重なることのない陽極電圧で付勢されてもよい。四つのイオン源を付勢するための適切な陽極電圧が図６に示されている。陽極１は，時間Ｔ２０の間付勢され，陽極２は，時間Ｔ２１の間付勢され，陽極３は，時間Ｔ２３の間付勢され，陽極４は，時間Ｔ２３の間付勢され，陽極１はふたたび，時間Ｔ２０の間付勢される。二つ以上のイオン源に印加される陽極電圧は，イオン源の数，所望のデューティーサイクル，所望の操作周波数および処理される構造または表面にタイプに依存する。どの場合も，イオン源の間の相互作用は除去される。
【００２６】
陽極に印加される電圧は，作動（ワーキング）（〜８０Ｖ）ガスの重要なイオン化をなすのに必要な最小値により決定される低値から，接地されて側壁でのアーキングの始まり（典型的に＞２００Ｖ）により決定される最高のものに変化することができる。基板の表面上のパーティクルの数は，陽極電圧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，必要とされる付着速度，膜の性質，および確かな放電開始が得られる最低の電圧である。
【００２７】
基板をバイアスすることは，基板表面に衝突する電子のもつエネルギーが制御される。たとえば，陽極電圧がＶａ＝１００Ｖで，基板電圧がＶｓ＝５０Ｖであるとき，イオンは，Ｖａ−Ｖｓ＝５０ｅＶのエネルギーをもつように加速される。この相対的な電圧を制御することにより，付着した膜の硬さおよびストレスを制御することができる。このことは，とくに，基板の両側に同時に，ダイヤモンドのような炭素（ＤＬＣ）の膜を付着するときであると分かった。さらに，Ｖａ−Ｖｓ＞１２０に対し，高いストレス（約４Ｇｐａ）をもつ非常に硬い（＞２５Ｇｐａ）膜が作られ，Ｖａ−Ｖｓが約４０Ｖの膜は，低いストレス（＜０．５Ｇｐａ）をもつそれほど硬くないものであることが分かった。
【００２８】
本発明のメカニズムは完全に理解されてはいないが，プラズマが形成され，接地された側壁に関し正にバイアスされ，基板がバイアスされる場合，イオンがプラズマとバイアスされた基板との間の境界面を横断するように加速されると信じられている。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により，より高い付着速度が可能となる。かくして，保護オーバーコート層が本発明にしたがって，毎秒１２オングストロームと等しいかまたはそれ以上の速度で付着された。
【００２９】
グリッドを使ったイオンビーム源，オン，オフが切り替えられる源を超えた，バイアスされたプラズマのアプローチの利点は，加速グリッドにおける空間電荷の制限のため，低いイオンエネルギーで高い付着速度を得ることことが一般的に難しいということである。また，プラズマ・シーズの現象により，イオン加速は確実に，全表面領域にわたって基板の表面に垂直となる（イオンビームは，基板の軸線から離れ，垂直な入射からの発散をもっている）。
【００３０】
本発明の好適実施例に関連して説明を行ってきたが，特許請求の範囲により画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。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明にしたがった処理システムのブロック図である。
【図２】図２は，本発明の第一の実施例にしたがった時間の関数とする陽極電圧のグラフである。処理システムのブロック図である。
【図３】図３は，本発明の第二の実施例にしたがった時間の関数とする陽極電圧のグラフである。処理システムのブロック図である。
【図４】図４は，図１のパワー源の例のブロック図である。
【図５】図５は，図１のパワー源の他の例のブロック図である。
【図６】図６は，四つのイオン源をもつ処理システムのための，時間を関数とする陽極電圧のグラフである。
【符号の説明】
８ バイアス電圧
９ スイッチ
１０ 処理チェンバー
１１ 電気的接続
１２ 基板ホルダー
１４ 基板
２０ イオン源
２２ イオン源
３０ 陽極
３２ フィラメント
３４ パワー源
４０ 陽極
４２ フィラメント
４４ パワー源
５０ パワー源
５４ ガス源
６０ 真空ポンプ
Claims (24)
- 基板処理システムであって，
処理チェンバーと，
磁気ハードディスクの製造において、両平坦面上に同時に付着が生じるよう平坦なディスク基板を保持するべく、該処理チェンバー内に設置された基板ホルダーと，
処理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，
前記基板ホルダー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，前記処理ガスをイオン化するための前記チェンバー内にある第一のイオン源であって，第一の陽極および第一の電子源を含むところの第一のイオン源と，
基板を処理するためのイオンを形成するために，前記処理ガスをイオン化するための，前記チェンバー内にある第二のイオン源であって，第二の陽極および第二の電子源からなるところの第二のイオン源と，
前記第一および第二のイオン源の一方のみが，常に付勢されるように，１ kHz から１００ kHz までの周波数範囲の時間多重化法で，前記第一の陽極および前記第二の陽極を付勢するパワー源と，
から成り、
前記第一及び前記第二のイオン源は前記基板ホルダー上のディスクに関して対称的に配置され、それぞれのイオン源は前記ディスクの平坦面に面している、
ところの基板処理システム。 - 請求項１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１から約5kHzの範囲の周波数で印加する手段を含む，ところの基板処理システム。 - 請求項１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回数よりも低い周波数で印加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１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，50％よりも小さいかまたは等しいデューティーサイクルで印加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１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，50％よりも小さいデューティーサイクルで印加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１に記載の基板処理システムであって，
前記パワー源は，両極の矩形波電圧を発生する手段，前記両極の矩形波電圧の第一の，半分のサイクルを，前記第一の陽極に印加する手段，および前記両極の矩形波電圧の，第二の，半分のサイクルを，前記第二の陽極に印加する手段を含む，ところの基板処理システム。 - 請求項１に記載の基板処理システムであって，
前記パワー源は，前記第一および第二の陽極をそれぞれ付勢するための，第一および第二のパワー供給源，ならびに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，前記第一および第二のパワー供給源を同期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１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，位相シフトしたパルスからなる，ところの基板処理システム。 - 請求項１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はそれぞれ，電子を発生するためのフィラメント，および該フィラメントを加熱する，前記フィラメントに結合されたフィラメントパワー供給源を含む，ところの基板処理チェンバー。 - 請求項１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イオン源は，基板上に前記処理ガスのイオンを付着する，ところの基板処理システム。 - 請求項１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イオン源は前記基板をエッチングするために，前記処理ガスのイオンを形成する，ところの基板処理チェンバー。 - 請求項１に記載の基板処理システムであって，
前記パワー源は，前記第一の陽極および前記第二の陽極を，位相がずれた，第一および第二の波形でそれぞれ付勢するための手段を含む，ところの基板処理チェンバー。 - 基板処理方法であって，
磁気ハードディスクの製造において、両平坦面上に同時に付着が生じるよう平坦なディスク基板を保持するべく、基板を処理チェンバーに配置する工程と，
前記処理チェンバーを接地する工程と，
処理ガスを処理チェンバーに供給する工程と，
第一の陽極および第一の電子源からなり，前記チェンバーに位置する第一のイオン源により，前記処理ガスをイオン化し，基板の表面を処理するための，前記処理ガスのイオンを形成する工程と，
第二の陽極および第二の電子源からなり，前記チェンバーに位置する第二のイオン源により，基板の表面を処理するための，前記処理ガスのイオンを形成するために，前記処理ガスをイオン化する工程と，
前記第一および第二のイオン源の一つのみが，常に付勢されるように，１ kHz から１００ kHz までの周波数範囲の時間多重化法で，前記第一の陽極および第二の陽極を付勢する工程と，
から成り、
前記第一及び前記第二のイオン源は前記基板ホルダー上のディスクに関して対称的に配置され、それぞれのイオン源は前記ディスクの平坦面に面している、
ところの方法。 - 請求項１３に記載の方法であって，
前記第一の陽極および第二の陽極を付勢する工程は，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１から約5kHzの範囲の周波数で印加する工程を含む，ところの方法。 - 請求項１３に記載の方法であって，
前記第一の陽極および前記第二の陽極を付勢する工程は，第一の陽極および前記第二の陽極を，位相がずれた，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１３に記載の方法であって，
前記第一および第二の周期的な電圧は，50％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，ところの方法。 - 請求項１に記載の基板処理システムであって，
前記基板ホルダーは，前記基板ホルダー上に位置した基板の容易なバイアスを可能にするために，パワー源に電気的に接続される，ところの基板処理システム。 - 請求項１に記載の基板処理システムであって，
前記基板ホルダーは，前記基板ホルダー上に位置した基板のバイアスを可能にするために，パワー源に電気的に接続される，ところの基板処理システム。 - 請求項１に記載の基板処理システムであって，
前記処理ガスは，前記基板ホルダー上の基板の両側に供給される，ところの基板処理システム。 - 請求項１９に記載の基板処理システムであって，
前記基板ホルダーは，前記基板ホルダー上の基板のバイアスを可能にするために，バイアス源に接続される，ところの基板処理システム。 - 請求項１３に記載の方法であって，
前記処理チェンバー内の前記基板を，その処理の間，バイアスする工程を含む，ところの方法 - 請求項２１に記載の方法であって，
前記イオン源を前記基板の異なる側に配置する工程を含む，ところの方法。 - 請求項２１に記載の方法であって，
処理ガスを前記基板の各側に供給する工程を含む，ところの方法。 - 請求項２１に記載の方法であって，
自己変調バイアスを前記基板に印加する工程を含む，ところの方法。
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