JP6657422B2 - Plasma process equipment that can adjust the amount of charge - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ工程装置に関し、詳しくは、基板に到達するプラズマイオンなどの電荷量を基板の物性に応じて調整できるプラズマ工程装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus that can adjust the amount of charge such as plasma ions reaching a substrate in accordance with the physical properties of the substrate.

半導体工程では基板に不純物を注入したり、薄膜を蒸着したり、又は、表面をエッチングしたりするなどの様々な処理を行う。このような基板処理には、プラズマ装置が様々な方式で用いられている。   In the semiconductor process, various processes such as injecting impurities into a substrate, depositing a thin film, or etching the surface are performed. For such substrate processing, a plasma apparatus is used in various methods.

プラズマ装置で基板を処理する過程において、基板に向かう物質は一般的に電荷を帯びている。しかし、電荷を帯びた粒子が基板へ移動し続けると、基板には同じ電荷を帯びた粒子が蓄積され、その結果、基板に後で到達する物質は反発力によりそれ以上到達できなくなる状態となることがある。   In the process of processing a substrate with a plasma apparatus, a substance directed to the substrate is generally charged. However, as the charged particles continue to move to the substrate, the same charged particles accumulate on the substrate, so that any material that later arrives at the substrate cannot be reached anymore due to repulsion. Sometimes.

このような問題を解決するために、特許文献１は、「プラズマフラッドガンを用いたイオン中和システム」を開示している。内容を見ると、半導体ウエハ上に蓄積される陽電子を中和するプラズマフラッドガンを備えている。プラズマフラッドガンは、電子を発生させて半導体ウエハに隣接する領域でイオンビームを中和させている。特許文献２は、「ビーム空間電荷中和装置を備えたイオン注入装置」を開示している。内容を見ると、プラズマ用熱電子を生成して放出するプラズマシャワーを備えている。このように、従来技術においては、基板に向かうイオンビームの電荷を中和することにのみ焦点を置いている。   In order to solve such a problem, Patent Literature 1 discloses an “ion neutralization system using a plasma flood gun”. In detail, it has a plasma flood gun that neutralizes positrons accumulated on a semiconductor wafer. The plasma flood gun generates electrons to neutralize the ion beam in a region adjacent to the semiconductor wafer. Patent Literature 2 discloses “an ion implantation apparatus provided with a beam space charge neutralizing device”. Looking at the contents, a plasma shower that generates and emits thermoelectrons for plasma is provided. Thus, the prior art focuses solely on neutralizing the charge of the ion beam towards the substrate.

しかし、基板毎に物性が異なり、その結果、基板毎に洗浄、注入、蒸着などのための工程条件が異ならざるを得ない。つまり、ある基板は表面に電荷を帯びていないときに洗浄、注入、蒸着が容易に行われ、ある基板は所定量の正電荷が蓄積されて全体として弱い正電荷を帯びているときに洗浄、注入、蒸着が容易に行われる。   However, physical properties are different for each substrate, and as a result, process conditions for cleaning, implantation, vapor deposition, and the like must be different for each substrate. In other words, when a certain substrate has no charge on the surface, cleaning, injection, and vapor deposition are easily performed, and when a certain substrate has a weak positive charge as a whole, a predetermined amount of positive charge is accumulated, Injection and vapor deposition are easily performed.

よって、従来技術のように基板領域で工程物質の電荷を中和するだけでは、基板処理を最適化する上で足りない。   Therefore, only neutralizing the charge of the process material in the substrate region as in the related art is not enough to optimize the substrate processing.

韓国登録特許第１４４１１９１号公報Korean Patent No. 1441191 韓国登録特許第１１２６３２４号公報Korean Registered Patent No. 1126324

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためのものであり、
第一に、基板処理のための電荷量の条件を最適化することができ、
第二に、洗浄、注入、蒸着などの工程装置を備える複合（多用途）プラズマ工程装置においても、基板処理のための電荷量の条件を容易に最適化することができ、
第三に、基板処理のための電荷量の最適条件を確認することができ、テスト、教育などの用途にも活用することができる、電荷量を調整できるプラズマ工程装置を提供する。 The present invention is to solve such a problem of the prior art,
First, it is possible to optimize the condition of the amount of charge for substrate processing,
Secondly, even in a composite (multi-purpose) plasma processing apparatus including processing apparatuses such as cleaning, injection, and vapor deposition, the condition of the amount of charge for substrate processing can be easily optimized.
Third, there is provided a plasma process apparatus capable of adjusting a charge amount, which can confirm an optimum condition of a charge amount for substrate processing and can be used for applications such as testing and education.

このような技術的課題を解決するための本発明のプラズマ工程装置は、工程チャンバ、基板キャリア、イオンソース、電荷量測定器、制御部などを含む構成とする。   A plasma processing apparatus according to the present invention for solving such a technical problem includes a process chamber, a substrate carrier, an ion source, a charge measuring device, a control unit, and the like.

工程チャンバは、内部に密閉空間を形成する。   The process chamber forms a closed space inside.

基板キャリアは、工程チャンバ内に備えられて基板を支持する。   A substrate carrier is provided in the process chamber to support the substrate.

イオンソースは、工程チャンバ内で工程ガスからプラズマイオンを生成して基板に供給する。   The ion source generates plasma ions from a process gas in a process chamber and supplies the plasma ions to a substrate.

電荷量測定器は、基板の領域で電荷量を測定する。   The charge measuring device measures the charge in a region of the substrate.

制御部は、電荷量測定器から受ける測定電荷量が基板の最適電荷量に収束するように、イオンソースに供給される電源を制御することができる。   The control unit can control the power supplied to the ion source so that the measured charge amount received from the charge amount measuring device converges on the optimal charge amount of the substrate.

本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置は、中和器を含んでいてもよい。   The plasma processing apparatus capable of adjusting the charge amount according to the present invention may include a neutralizer.

中和器は、工程チャンバ内に電子などを供給することができる。中和器は、基板領域で電荷量を調整することができる。この場合、制御部は、電荷量測定器の測定電荷量が基板の最適電荷量に収束するように、イオンソース及び中和器に供給される電源の少なくとも一方を制御することができる。   The neutralizer can supply electrons or the like into the process chamber. The neutralizer can regulate the amount of charge in the substrate area. In this case, the control unit can control at least one of the power source supplied to the ion source and the neutralizer so that the measured charge amount of the charge amount measuring device converges on the optimal charge amount of the substrate.

本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置は、スパッタカソードを含んでもよい。   The plasma processing apparatus capable of adjusting the charge amount according to the present invention may include a sputter cathode.

スパッタカソードは、工程チャンバ内で蒸着物質を基板に供給することができる。この場合、制御部は、測定電荷量が最適電荷量に収束するように、イオンソース、中和器及びスパッタカソードに供給される電源の少なくとも１つを制御することができる。   The sputter cathode can supply the deposition material to the substrate in the process chamber. In this case, the control unit can control at least one of the power source supplied to the ion source, the neutralizer, and the sputter cathode such that the measured charge converges to the optimum charge.

本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置において、基板は、絶縁体であってもよい。制御部は、基板の表面エネルギーに基づいて算出されて保存された最適電荷量を用いるようにしてもよい。   In the plasma processing apparatus capable of adjusting the charge amount according to the present invention, the substrate may be an insulator. The control unit may use the optimal charge amount calculated and stored based on the surface energy of the substrate.

本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置において、イオンソースは、エンドホールイオンソースであってもよい。エンドホールイオンソースは、磁場部、電極などから構成してもよい。磁場部は、基板に向かう前方に複数の磁極を離隔配置して加速ループ用開放スリットを形成するようにしてもよい。磁場部は、側方及び後方を閉鎖し、工程ガスを注入するガス注入口を含まないようにしてもよい。電極は、磁場部の内部で開放スリットの下端に配置されてもよい。   In the plasma processing apparatus capable of adjusting the charge amount according to the present invention, the ion source may be an end hole ion source. The end hole ion source may be composed of a magnetic field unit, an electrode, and the like. The magnetic field unit may be configured such that a plurality of magnetic poles are spaced apart in front of the substrate toward the substrate to form an acceleration loop open slit. The magnetic field part may be closed at the side and rear, and may not include a gas inlet for injecting the process gas. The electrode may be arranged at the lower end of the open slit inside the magnetic field part.

エンドホールイオンソースは、側方及び後方から工程ガスの供給を受けるのではなく、工程チャンバ内の工程ガスからプラズマイオンを生成し、そのプラズマイオンを電極と基板との間の電位差により基板に移動させるようにしてもよい。   The end hole ion source generates plasma ions from the process gas in the process chamber instead of receiving the process gas from the side and the rear, and moves the plasma ions to the substrate due to a potential difference between the electrode and the substrate. You may make it do.

このような構成を有する本発明のプラズマ工程装置によれば、基板の物性、例えば基板の表面エネルギーに符合する電荷量の条件を基板領域において形成することができ、プラズマを用いた基板処理を最適化することができる。   According to the plasma processing apparatus of the present invention having such a configuration, the physical properties of the substrate, for example, the condition of the amount of charge corresponding to the surface energy of the substrate can be formed in the substrate region, and the substrate processing using plasma is optimized. Can be

本発明のプラズマ工程装置によれば、洗浄、注入、蒸着などの工程装置を備える複合（多用途）プラズマ工程装置においても、イオンソース、中和器、スパッタカソードなどの選択的制御により基板処理のための電荷量の条件を容易に最適化することができる。   According to the plasma processing apparatus of the present invention, even in a composite (multi-purpose) plasma processing apparatus including processing apparatuses such as cleaning, injection, and vapor deposition, the substrate processing is performed by selective control of an ion source, a neutralizer, and a sputter cathode. The condition of the amount of charge can be easily optimized.

また、本発明のプラズマ工程装置によれば、基板処理のための電荷量の最適条件を確認することもでき、テスト、教育などの用途にも活用することができる。   Further, according to the plasma process apparatus of the present invention, it is possible to confirm the optimal condition of the amount of charge for substrate processing, and it can be used for applications such as testing and education.

本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置の第１実施形態を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of a plasma processing apparatus capable of adjusting a charge amount according to the present invention. 本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置の第２実施形態を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a second embodiment of a plasma processing apparatus capable of adjusting a charge amount according to the present invention. 本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置の第３実施形態を示す構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a third embodiment of the plasma processing apparatus capable of adjusting the charge amount according to the present invention. 本発明によるプラズマ工程装置の第１実施形態における電荷量を制御する方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a method for controlling a charge amount in the first embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. 本発明によるプラズマ工程装置の第２実施形態における電荷量を制御する方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for controlling a charge amount in a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. 本発明によるプラズマ工程装置の第３実施形態における電荷量を制御する方法を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a method for controlling a charge amount in a third embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置の第１実施形態を示す構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a plasma processing apparatus capable of adjusting a charge amount according to the present invention.

図１に示すように、第１実施形態のプラズマ工程装置は、工程チャンバ１０、基板キャリア２０、イオンソース３０、電荷量測定器４０、電源部５０、制御部６０などを含む構成としてもよい。   As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus according to the first embodiment may be configured to include a processing chamber 10, a substrate carrier 20, an ion source 30, a charge measuring device 40, a power supply unit 50, a control unit 60, and the like.

工程チャンバ１０は、内部に密閉空間を形成する。工程チャンバ１０には工程によって非反応ガス又は反応ガスが注入される。非反応ガスにはアルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、ヘリウム（Ｈｅ）、キセノン（Ｘｅ）などがあり、反応ガスには窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、メタン（ＣＨ４）、フッ化炭素（ＣＦ４）などがある。場合によっては非反応ガスと反応ガスを混合して用いてもよい。工程チャンバ１０の一側には真空ポンプが結合されてもよいが、真空ポンプは内部空間が所定の工程圧力を維持するようにする。 The process chamber 10 forms a closed space inside. A non-reactive gas or a reactive gas is injected into the process chamber 10 depending on the process. Non-reactive gases include argon (Ar), neon (Ne), helium (He), xenon (Xe), and the like, and reactive gases include nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), methane (CH 4 ), Fluorocarbon (CF 4 ) and the like. In some cases, a mixture of a non-reactive gas and a reactive gas may be used. A vacuum pump may be connected to one side of the process chamber 10, and the vacuum pump maintains an internal space at a predetermined process pressure.

基板キャリア２０は、工程チャンバ１０内に備えられてもよい。基板キャリア２０は、基板Ｓを支持することができる。基板キャリア２０は、工程チャンバ１０内で固定されるか又は移動する形態で構成してもよい。   The substrate carrier 20 may be provided in the process chamber 10. The substrate carrier 20 can support the substrate S. The substrate carrier 20 may be configured to be fixed or movable in the process chamber 10.

イオンソース３０は、工程チャンバ１０内で工程ガスからプラズマイオンを生成して基板Ｓに供給することができる。イオンソース３０としては、エンドホールイオンソースを用いてもよい。エンドホールイオンソースは、磁場部、電極などから構成してもよい。   The ion source 30 can generate plasma ions from a process gas in the process chamber 10 and supply them to the substrate S. As the ion source 30, an end hole ion source may be used. The end hole ion source may be composed of a magnetic field unit, an electrode, and the like.

磁場部は、磁石、磁極、磁心などから構成され、内部に円形又は楕円形の加速ループ空間を形成するようにしてもよい。磁場部が形成する加速ループ空間は、磁極方向に開放され、磁心方向に閉鎖されるようにしてもよい。   The magnetic field unit may be configured of a magnet, a magnetic pole, a magnetic core, and the like, and may form a circular or elliptical acceleration loop space therein. The acceleration loop space formed by the magnetic field portion may be opened in the direction of the magnetic pole and closed in the direction of the magnetic core.

磁石は、磁極と磁心間に配置されてもよい。磁石は、永久磁石又は電磁石で構成してもよく、例えば、上端がＮ極、下端がＳ極になるように構成してもよい。１つの加速ループを形成する場合、両側磁極は磁石の下端で磁心に接続して構成できるので、磁石は中央磁
極の下部にのみ備えてもよい。 The magnet may be arranged between the magnetic pole and the magnetic core. The magnet may be constituted by a permanent magnet or an electromagnet. For example, the magnet may be constituted such that the upper end is an N pole and the lower end is an S pole. When one acceleration loop is formed, the magnets may be provided only below the central magnetic pole because both magnetic poles can be connected to the magnetic core at the lower end of the magnet.

磁極は、基板Ｓ方向に所定間隔離隔して配置されてもよい。磁極は、加速ループを介してＮ極とＳ極が交互に配置されてもよい。１つの加速ループを形成する場合、中央磁極はＮ極、両側磁極はＳ極で構成してもよい。この場合、中央磁極は磁石の上端であるＮ極に結合され、両側磁極は磁心を介して磁石の下端であるＳ極に磁気結合されるようにしてもよい。   The magnetic poles may be arranged at predetermined intervals in the direction of the substrate S. The magnetic poles may be arranged such that north poles and south poles are alternately arranged via an acceleration loop. When one accelerating loop is formed, the central magnetic pole may be composed of N poles, and both magnetic poles may be composed of S poles. In this case, the center magnetic pole may be coupled to the N pole, which is the upper end of the magnet, and both magnetic poles may be magnetically coupled to the S pole, which is the lower end of the magnet, through the magnetic core.

磁心は、磁石の下端と両側磁極を磁気結合するものであり、磁石の下端であるＳ極の磁力線を誘導することができる。磁心は、両側磁極に接続されて両側磁極をＳ極にし、また、磁石の下端であるＳ極の磁力線が磁石の上端であるＮ極の磁力線に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。   The magnetic core magnetically couples the lower end of the magnet and the magnetic poles on both sides, and can guide the magnetic field lines of the S pole, which is the lower end of the magnet. The magnetic core is connected to the magnetic poles on both sides so that the magnetic poles on both sides are S poles, and the influence of the magnetic field lines of the S pole, which is the lower end of the magnet, on the magnetic poles of the N pole, which is the upper end of the magnet, can be minimized.

電極は、磁場部の内部で磁極間の空間、すなわち加速ループ空間の下部に磁場部と電気的に離隔して配置されてもよい。   The electrode may be arranged in the space between the magnetic poles inside the magnetic field part, that is, below the acceleration loop space and electrically separated from the magnetic field part.

このような構成を有するエンドホールイオンソースにおいて、電極にプラス高電圧を印加して磁極を接地すると、電極と基板キャリア２０間に形成される電場により内部電子又はプラズマ電子が加速ループ空間の電極側に移動することができる。このとき、磁極間に発生する磁場及び電極と磁極間に発生する電場により内部電子又はプラズマ電子が力を受けて加速ループに沿って高速移動することができる。加速ループに沿って高速移動する電子は加速ループ内の工程ガスをイオン化し、イオン化されたプラズマイオンのうち正イオンは電極と基板キャリア２０間の電位差により基板キャリア２０側に移動して基板Ｓに対して洗浄、エッチング、表面改質などの作用をする。   In the end hole ion source having such a configuration, when a positive high voltage is applied to the electrode and the magnetic pole is grounded, internal electrons or plasma electrons are generated by the electric field formed between the electrode and the substrate carrier 20 on the electrode side of the acceleration loop space. Can be moved to. At this time, the internal electrons or plasma electrons receive a force due to the magnetic field generated between the magnetic poles and the electric field generated between the electrodes and the magnetic poles, and can move at high speed along the acceleration loop. The electrons moving at high speed along the acceleration loop ionize the process gas in the acceleration loop, and the positive ions of the ionized plasma ions move toward the substrate carrier 20 due to the potential difference between the electrode and the substrate carrier 20 and move to the substrate S. On the other hand, it acts for cleaning, etching, surface modification and the like.

エンドホールイオンソースは、磁場部の側方及び後方に工程ガスを注入するためのガス注入口を含まず、閉鎖されるようにしてもよい。この場合、エンドホールイオンソースは、側方及び後方から工程ガスが供給されるのではなく、工程チャンバ１０内の工程ガスからプラズマイオンを生成する。   The end hole ion source may be closed without including a gas injection port for injecting a process gas into the side and rear of the magnetic field unit. In this case, the end hole ion source generates plasma ions from the process gas in the process chamber 10 instead of supplying the process gas from the side and the rear.

電荷量測定器４０は、工程チャンバ１０内、とりわけ基板Ｓの領域で電荷量を測定するようにしてもよい。電荷量測定器４０は、ファラデーカップ（Faraday Cup）を用いるよ
うにしてもよい。ファラデーカップは、上方に開口を有し、側方及び後方を閉鎖したコップ状に構成してもよい。イオン又は電子がファラデーカップに注入されて蓄積されると電流が生成されるが、その電流値によりイオンビーム又は電子ビームの電荷量を測定するようにしてもよい。 The charge measuring device 40 may measure the charge in the process chamber 10, particularly in the region of the substrate S. The charge amount measuring device 40 may use a Faraday Cup. The Faraday cup may be configured in a cup shape having an opening at the top and closing the sides and rear. When ions or electrons are injected and accumulated in the Faraday cup, a current is generated. The charge amount of the ion beam or the electron beam may be measured based on the current value.

ファラデーカップは様々な形態で実現することができる。例えば、ファラデーカップは、カップ部、駆動部などから構成してもよい。電荷量を測定する必要がある場合、駆動部は、カップ部を基板Ｓ側に移動させることができる。カップ部は、基板Ｓに照射されているイオン又は電子を捕集することができる。   Faraday cups can be implemented in various forms. For example, the Faraday cup may include a cup unit, a driving unit, and the like. When the charge amount needs to be measured, the driving unit can move the cup unit to the substrate S side. The cup portion can collect ions or electrons irradiated on the substrate S.

ファラデーカップは、カップ部、ビームディフレクタなどから構成してもよい。この場合、カップ部は、中央にイオンビームを通過させる貫通部を備えるようにしてもよい。貫通部は、隔壁により内部空間から分離され、上部には曲がったイオンビームが入射する入口を備えるようにしてもよい。ビームディフレクタは、カップ部の上側に備えられ、電荷量を測定する必要がある場合、イオンビームをカップ部の入口方向に誘導することができる。   The Faraday cup may include a cup portion, a beam deflector, and the like. In this case, the cup portion may include a penetrating portion through which the ion beam passes at the center. The penetrating portion may be separated from the internal space by a partition wall, and may have an entrance into which a bent ion beam is incident. The beam deflector is provided on the upper side of the cup portion, and can guide the ion beam toward the entrance of the cup portion when the charge amount needs to be measured.

電源部５０は、イオンソース３０、電荷量測定器４０に電源を供給することができる。
電源部５０は、イオンソース３０の電極にプラスＤＣ高電圧を印加することができる。電源部５０は、電荷量測定器４０にプラス電圧とマイナス電圧を捕集イオンによって選択的に印加することができる。すなわち、電源部５０は、電荷量測定器４０が電子又はマイナスイオンを捕集する場合はプラスＤＣ電圧を印加し、電荷量測定器４０がプラスイオンを捕集する場合はマイナスＤＣ電圧を印加することができる。イオンソース３０を含む第１実施形態の場合、イオンソース３０から放出されるイオンビームがプラス極性を帯びるので、電荷量測定器４０にはマイナスＤＣ電圧を印加することができる。 The power supply unit 50 can supply power to the ion source 30 and the charge amount measuring device 40.
The power supply unit 50 can apply a positive DC high voltage to the electrode of the ion source 30. The power supply unit 50 can selectively apply a positive voltage and a negative voltage to the charge amount measuring device 40 by trapped ions. That is, the power supply unit 50 applies a positive DC voltage when the charge measuring device 40 collects electrons or negative ions, and applies a negative DC voltage when the charge measuring device 40 collects positive ions. be able to. In the case of the first embodiment including the ion source 30, the ion beam emitted from the ion source 30 has a positive polarity, so that a minus DC voltage can be applied to the charge measuring device 40.

制御部６０は、電荷量測定器４０から受ける測定電荷量が基板Ｓの最適電荷量に収束するように、イオンソース３０、例えばイオンソース３０の電極に印加される電圧を制御することができる。   The control unit 60 can control the voltage applied to the ion source 30, for example, the electrode of the ion source 30, such that the measured charge amount received from the charge amount measuring device 40 converges on the optimal charge amount of the substrate S.

基板Ｓの最適電荷量は、基板Ｓの物性、例えば表面エネルギーによって決定される。基板Ｓの最適電荷量は、実験などにより導き出すことができ、その最適電荷量を基板Ｓの種類にマッチしてデータベース化することができる。また、基板Ｓの最適電荷量は、工程環境によって異なり、この場合、工程を行う前に基板Ｓの最適電荷量を検出して活用することもできる。基板Ｓの最適電荷量は、基板Ｓが導体である場合より絶縁体である場合においてより重要であり得る。基板Ｓが絶縁体である場合は、ビームイオンが基板Ｓの表面に蓄積されて基板Ｓの表面に極性を持たせ、基板Ｓが導体である場合は、基板Ｓに到達した電荷が放電されて基板Ｓの表面に極性を持たせないからである。   The optimal charge amount of the substrate S is determined by physical properties of the substrate S, for example, surface energy. The optimal charge amount of the substrate S can be derived by an experiment or the like, and the optimal charge amount can be matched with the type of the substrate S and made into a database. Further, the optimal charge amount of the substrate S differs depending on the process environment. In this case, the optimal charge amount of the substrate S can be detected and used before performing the process. The optimal charge on the substrate S may be more important when the substrate S is an insulator than when it is a conductor. When the substrate S is an insulator, the beam ions are accumulated on the surface of the substrate S to give a polarity to the surface of the substrate S. When the substrate S is a conductor, the electric charge reaching the substrate S is discharged. This is because the polarity of the surface of the substrate S is not given.

導体基板の場合は、基板Ｓの最適電荷量を考慮する必要がないこともある。ただし、基板Ｓが導体である場合も、基板Ｓに移動するビームイオンの結集により導体基板Ｓの表面に極性が現れることがある。このような場合、導体基板であっても、測定電荷量が最適電荷量に近づくように制御することができる。   In the case of a conductive substrate, it may not be necessary to consider the optimal charge amount of the substrate S. However, even when the substrate S is a conductor, polarity may appear on the surface of the conductor substrate S due to the concentration of beam ions moving to the substrate S. In such a case, even in the case of a conductor substrate, control can be performed such that the measured charge amount approaches the optimum charge amount.

制御部６０は、電荷量測定器４０にマイナスＤＣ電圧を印加することができる。制御部６０は、電荷量測定器４０から測定電荷量を受けることができる。   The control unit 60 can apply a negative DC voltage to the charge amount measuring device 40. The control unit 60 can receive the measured charge amount from the charge amount measuring device 40.

制御部６０は、電荷量測定器４０から測定電荷量を受けながら、イオンソース３０の電極に印加するプラスＤＣ電圧を調整することができる。制御部６０は、受けた測定電荷量と保存された最適電荷量とを比較し、一致した時点のイオンソース３０の印加電圧を確認することができる。制御部６０は、確認したイオンソース３０の印加電圧を工程条件として設定し、基板Ｓに対して洗浄、エッチング、表面改質などの工程を行わせる。   The control unit 60 can adjust the positive DC voltage applied to the electrode of the ion source 30 while receiving the measured charge amount from the charge amount measuring device 40. The control unit 60 can compare the received measured charge amount with the stored optimal charge amount, and can confirm the applied voltage of the ion source 30 at the time of coincidence. The control unit 60 sets the confirmed applied voltage of the ion source 30 as a process condition, and causes the substrate S to perform processes such as cleaning, etching, and surface modification.

［発明を実施するための形態］
図２は、本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置の第２実施形態を示す構成図である。 [Mode for Carrying Out the Invention]
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the plasma processing apparatus capable of adjusting the charge amount according to the present invention.

図２に示すように、第２実施形態のプラズマ工程装置は、第１実施形態に加え、中和器７０をさらに含む構成としてもよい。   As shown in FIG. 2, the plasma processing apparatus according to the second embodiment may have a configuration further including a neutralizer 70 in addition to the first embodiment.

中和器７０は、工程チャンバ１０内、とりわけイオンソース３０と基板との間に電子を供給することができる。中和器７０は、イオンソース３０から放出されて基板Ｓに移動するプラズマイオンのプラス電荷量を減少させることができる。   The neutralizer 70 can supply electrons within the process chamber 10, especially between the ion source 30 and the substrate. The neutralizer 70 can reduce the positive charge amount of the plasma ions emitted from the ion source 30 and moved to the substrate S.

中和器７０は、フィラメントを電源に接続して構成してもよい。フィラメントとしては、タングステン、ニッケルなどを用いることができる。フィラメントには、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ケイ素、酸化カリウムなどを添加してもよいが、こうすることにより高温でフィラメントが変形することを防止することができる。フィラメントに電源が
供給されて加熱されると、熱電子が放出される。熱電子は、中和器７０から飛び出してイオンソース３０から放出される正イオンと結合し、その結果、正イオンは中性又は緩和された正イオンに変化して基板Ｓに移動する。 The neutralizer 70 may be configured by connecting the filament to a power source. As the filament, tungsten, nickel, or the like can be used. Aluminum oxide (alumina), silicon oxide, potassium oxide, or the like may be added to the filament, but this can prevent the filament from being deformed at a high temperature. When power is supplied to the filament and heated, thermions are emitted. The thermoelectrons jump out of the neutralizer 70 and combine with positive ions emitted from the ion source 30. As a result, the positive ions change to neutral or relaxed positive ions and move to the substrate S.

制御部６０は、電荷量測定器４０から受ける測定電荷量が基板Ｓの最適電荷量に収束するように、イオンソース３０と中和器７０に供給される電源の少なくとも一方を制御することができる。   The control unit 60 can control at least one of the power source supplied to the ion source 30 and the neutralizer 70 so that the measured charge amount received from the charge amount measuring device 40 converges on the optimal charge amount of the substrate S. .

制御部６０は、電荷量測定器４０から測定電荷量を受けながら、イオンソース３０に印加する電圧を調整するか、中和器７０に印加する電圧を調整することができる。制御部６０は、イオンソース３０の印加電圧と中和器７０の印加電圧とのいずれも調整することができるが、中和器７０の印加電圧のみを調整することが容易であり得る。   The control unit 60 can adjust the voltage applied to the ion source 30 or adjust the voltage applied to the neutralizer 70 while receiving the measured charge amount from the charge amount measuring device 40. The control unit 60 can adjust both the applied voltage of the ion source 30 and the applied voltage of the neutralizer 70, but it may be easy to adjust only the applied voltage of the neutralizer 70.

制御部６０は、受けた測定電荷量と保存された最適電荷量とを比較し、一致した時点でイオンソース３０の印加電圧と中和器７０の印加電圧とを確認することができる。制御部６０は、確認したイオンソース３０の印加電圧と中和器７０の印加電圧とを工程条件として設定することができる。   The control unit 60 compares the received measured charge amount with the stored optimal charge amount, and can confirm the applied voltage of the ion source 30 and the applied voltage of the neutralizer 70 at the time of coincidence. The control unit 60 can set the confirmed applied voltage of the ion source 30 and the applied voltage of the neutralizer 70 as process conditions.

第２実施形態の他の構成は第１実施形態の対応構成と同様であるので、他の構成についての説明は第１実施形態の関連説明で代替する。   The other configuration of the second embodiment is the same as the corresponding configuration of the first embodiment, and the description of the other configuration will be replaced with the related description of the first embodiment.

図３は、本発明による電荷量を調整できるプラズマ工程装置の第３実施形態を示す構成図である。   FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the plasma processing apparatus capable of adjusting the charge amount according to the present invention.

図３に示すように、第３実施形態のプラズマ工程装置は、第２実施形態に加え、スパッタカソード８０をさらに含む構成としてもよい。   As shown in FIG. 3, the plasma processing apparatus according to the third embodiment may have a configuration further including a sputter cathode 80 in addition to the second embodiment.

スパッタ８０は、工程チャンバ１０内に備えられて蒸着物質を基板Ｓに供給することができる。スパッタリング工程では、工程チャンバ１０内にアルゴン（Ａｒ）ガスを注入し、スパッタ８０のカソード（Cathode）側に材料物質である平板状又は円筒状ターゲット
を配置し、アノード（Anode）側である基板キャリア２０を接地するようにしてもよい。
カソードにマイナス高電圧を印加すると、アルゴンがイオン化されてプラズマ状態になり、イオン化されたアルゴン粒子（Ａｒ＋）は電圧差により加速されてカソード側のターゲットに衝突する。このとき、ターゲット物質が飛び出して基板キャリア２０側に移動して基板Ｓに蓄積され、その結果、基板Ｓに薄膜を形成することができる。基板Ｓに移動するターゲット物質は、個別粒子から見ると電荷を帯びないものもあるが、全体としては負電荷を帯びる。ターゲット物質は、拡散又は電位差によりスパッタ８０から基板Ｓに移動することができる。 The sputter 80 is provided in the process chamber 10 and can supply a deposition material to the substrate S. In the sputtering process, an argon (Ar) gas is injected into the process chamber 10, a flat or cylindrical target as a material is disposed on the cathode (Cathode) side of the sputtering 80, and the substrate carrier on the anode (Anode) side is disposed. 20 may be grounded.
When a negative high voltage is applied to the cathode, argon is ionized to be in a plasma state, and the ionized argon particles (Ar + ) are accelerated by a voltage difference and collide with a target on the cathode side. At this time, the target material jumps out, moves to the substrate carrier 20 side, and is accumulated on the substrate S. As a result, a thin film can be formed on the substrate S. Some target materials that move to the substrate S are not charged when viewed from the individual particles, but are generally negatively charged. The target material can move from the sputter 80 to the substrate S by diffusion or a potential difference.

制御部６０は、電荷量測定器４０から受ける測定電荷量が基板Ｓの最適電荷量に収束するように、イオンソース３０、中和器７０、スパッタ８０のカソードの印加電圧の少なくとも１つを制御することができる。   The control unit 60 controls at least one of the voltage applied to the ion source 30, the neutralizer 70, and the cathode of the sputter 80 so that the measured charge amount received from the charge amount measuring device 40 converges to the optimum charge amount of the substrate S. can do.

制御部６０は、電荷量測定器４０から測定電荷量を受けながら、イオンソース３０の電極、中和器７０、スパッタ８０のカソードに印加される電圧を調整することができる。制御部６０は、イオンソース３０、中和器７０、スパッタ８０のカソードに印加される電圧を全て調整することもできるが、中和器７０の印加電圧のみを調整することが容易であり得る。   The control unit 60 can adjust the voltage applied to the electrode of the ion source 30, the neutralizer 70, and the cathode of the sputter 80 while receiving the measured charge amount from the charge amount measuring device 40. The control unit 60 can adjust all the voltages applied to the ion source 30, the neutralizer 70, and the cathode of the sputter 80, but it can be easy to adjust only the applied voltage of the neutralizer 70.

制御部６０は、受けた測定電荷量と保存された最適電荷量とを比較し、一致した時点で
イオンソース３０、中和器７０、スパッタ８０のカソードに印加される電圧を確認することができる。制御部６０は、確認したイオンソース３０の印加電圧、中和器７０の印加電圧、スパッタ８０のカソードの印加電圧を工程条件として設定することができる。 The control unit 60 compares the received measured charge amount with the stored optimal charge amount, and can confirm a voltage applied to the ion source 30, the neutralizer 70, and the cathode of the sputter 80 at the time of coincidence. . The control unit 60 can set the confirmed applied voltage of the ion source 30, the applied voltage of the neutralizer 70, and the applied voltage of the cathode of the sputter 80 as process conditions.

第３実施形態の他の構成は第１及び第２実施形態の対応構成と同様であるので、他の構成についての説明は第１及び第２実施形態の関連説明で代替する。   The other configuration of the third embodiment is the same as the corresponding configuration of the first and second embodiments, and the description of the other configuration will be replaced with the related description of the first and second embodiments.

なお、プラズマ工程装置は、第１実施形態にスパッタカソードを追加した、すなわちイオンソース及びスパッタカソードを含む構成も可能である。   The plasma processing apparatus may have a configuration in which a sputter cathode is added to the first embodiment, that is, a configuration including an ion source and a sputter cathode.

図４は、本発明によるプラズマ工程装置の第１実施形態における電荷量を制御する方法を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for controlling the charge amount in the first embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

制御部６０は、基板Ｓ毎に固有の最適電荷量、すなわち基板Ｓの表面エネルギーなどの物性に符合する最適電荷量をデータベース化してメモリに保存することができる。制御部６０は、外部から基板Ｓの種類が入力されると、当該基板Ｓに対応する最適電荷量をメモリから抽出することができる（Ｓ１１）。   The control unit 60 can create a database of the optimal charge amount unique to each substrate S, that is, the optimal charge amount matching physical properties such as the surface energy of the substrate S, and store the database in a memory. When the type of the substrate S is input from the outside, the control unit 60 can extract the optimal charge amount corresponding to the substrate S from the memory (S11).

制御部６０は、電荷量測定器４０にマイナスＤＣ電圧を印加することができる。この場合、電荷量測定器４０は、イオンソース３０から放出されるプラス極性のプラズマイオンを容易に捕集することができる。制御部６０は、電荷量測定器４０が測定した電荷量を受けることができる（Ｓ１２）。   The control unit 60 can apply a negative DC voltage to the charge amount measuring device 40. In this case, the charge measuring device 40 can easily collect the positive polarity plasma ions emitted from the ion source 30. The control unit 60 can receive the charge amount measured by the charge amount measuring device 40 (S12).

制御部６０は、イオンソース３０の電極に印加するプラスＤＣ電圧を調整しながら電荷量測定器４０の測定電荷量をモニタすることができる。制御部６０は、測定電荷量が最適電荷量に一致した時点でイオンソース３０に印加する電圧の調整を中止することができる（Ｓ１３）。   The control unit 60 can monitor the measured charge amount of the charge amount measuring device 40 while adjusting the positive DC voltage applied to the electrode of the ion source 30. The control unit 60 can stop adjusting the voltage applied to the ion source 30 when the measured charge amount matches the optimum charge amount (S13).

制御部６０は、電圧の調整を中止した時点のイオンソース３０の印加電圧を工程条件として設定することができる（Ｓ１４）。   The control unit 60 can set the applied voltage of the ion source 30 at the time when the voltage adjustment is stopped as the process condition (S14).

その後、制御部６０は、基板Ｓに対する洗浄、エッチング、表面改質などの工程を行わせることができる（Ｓ１５）。   Thereafter, the control unit 60 can cause the substrate S to perform processes such as cleaning, etching, and surface modification (S15).

図５は、本発明によるプラズマ工程装置の第２実施形態における電荷量を制御する方法を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for controlling a charge amount in a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

図５の電荷量制御方法においては、図４の方法とは異なり、制御部６０は、電荷量測定器４０から受ける測定電荷量が基板Ｓの最適電荷量に収束するように、イオンソース３０の印加電圧を調整するか、中和器７０の印加電圧を調整するか、又は、イオンソース３０の印加電圧と中和器７０の印加電圧とのいずれも調整することができる。ただし、制御の容易のためには、中和器７０の印加電圧のみを調整する。   In the charge control method of FIG. 5, unlike the method of FIG. 4, the control unit 60 controls the ion source 30 so that the measured charge received from the charge measuring device 40 converges on the optimal charge of the substrate S. The applied voltage can be adjusted, the applied voltage of the neutralizer 70 can be adjusted, or both the applied voltage of the ion source 30 and the applied voltage of the neutralizer 70 can be adjusted. However, only the voltage applied to the neutralizer 70 is adjusted for easy control.

制御部６０が最適電荷量を保存して検索、抽出することは、図４のステップＳ１１と同一にしてもよい（Ｓ２１）。   The control unit 60 may store and search and extract the optimal charge amount in the same manner as in step S11 in FIG. 4 (S21).

制御部６０が電荷量測定器４０から測定電荷量を受けることは、図４のステップＳ１２と同一にしてもよい（Ｓ２２）。   The fact that the control unit 60 receives the measured charge amount from the charge amount measuring device 40 may be the same as step S12 in FIG. 4 (S22).

制御部６０は、イオンソース３０の電極に印加するプラスＤＣ電圧と中和器７０に印加
する電圧を調整しながら電荷量測定器４０の測定電荷量をモニタすることができる。制御部６０は、測定電荷量が最適電荷量に一致した時点でイオンソース３０及び／又は中和器７０の印加電圧の調整を中止することができる（Ｓ２３）。 The control unit 60 can monitor the measured charge amount of the charge amount measuring device 40 while adjusting the plus DC voltage applied to the electrode of the ion source 30 and the voltage applied to the neutralizer 70. The control unit 60 can stop adjusting the voltage applied to the ion source 30 and / or the neutralizer 70 when the measured charge amount matches the optimum charge amount (S23).

制御部６０は、電圧の調整を中止した時点のイオンソース３０の印加電圧と中和器７０の印加電圧とを工程条件として設定することができる（Ｓ２４）。   The control unit 60 can set the applied voltage of the ion source 30 and the applied voltage of the neutralizer 70 at the time of stopping the voltage adjustment as the process conditions (S24).

その後、制御部６０は、基板Ｓに対する洗浄、エッチング、表面改質などの工程を行わせることができる（Ｓ２５）。   Thereafter, the control unit 60 can cause the substrate S to perform processes such as cleaning, etching, and surface modification (S25).

図６は、本発明によるプラズマ工程装置の第３実施形態における電荷量を制御する方法を示すフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of controlling a charge amount in a third embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

図６の電荷量制御方法においては、図４、図５の方法とは異なり、制御部６０は、電荷量測定器４０から受ける測定電荷量が基板Ｓの最適電荷量に収束するように、イオンソース３０、中和器７０、スパッタ８０のカソードの印加電圧の少なくとも１つを調整することができる。   In the charge amount control method of FIG. 6, unlike the methods of FIGS. 4 and 5, the control unit 60 controls the ionization so that the measured charge amount received from the charge amount measuring device 40 converges on the optimal charge amount of the substrate S. At least one of the voltage applied to the source 30, the neutralizer 70, and the cathode of the sputter 80 can be adjusted.

制御部６０が最適電荷量を保存して検索、抽出することは、図４、図５のステップＳ１１、Ｓ２１と同一にしてもよい（Ｓ３１）。   The control unit 60 may store and retrieve and extract the optimal charge amount in the same manner as steps S11 and S21 in FIGS. 4 and 5 (S31).

制御部６０が電荷量測定器４０から測定電荷量を受けることは、図４、図５のステップＳ１２、Ｓ２２と同一にしてもよい（Ｓ３２）。   The control unit 60 receiving the measured charge amount from the charge amount measuring device 40 may be the same as Steps S12 and S22 in FIGS. 4 and 5 (S32).

制御部６０は、イオンソース３０、中和器７０、スパッタ８０のカソードに印加する電圧を調整しながら電荷量測定器４０の測定電荷量をモニタすることができる。制御部６０は、測定電荷量が最適電荷量に一致した時点でイオンソース３０、中和器７０、スパッタ８０のカソードの印加電圧の調整を中止することができる（Ｓ３３）。ただし、中和器７０の印加電圧のみを調整しながら測定電荷量が最適電荷量に一致するかをモニタする場合は、中和器７０の印加電圧の調整のみを中止する。   The control unit 60 can monitor the charge measured by the charge measuring device 40 while adjusting the voltage applied to the ion source 30, the neutralizer 70, and the cathode of the sputter 80. The controller 60 can stop adjusting the voltage applied to the cathode of the ion source 30, the neutralizer 70, and the sputter 80 when the measured charge amount matches the optimum charge amount (S33). However, when monitoring whether the measured charge amount matches the optimum charge amount while adjusting only the applied voltage of the neutralizer 70, only the adjustment of the applied voltage of the neutralizer 70 is stopped.

制御部６０は、電圧の調整を中止した時点のイオンソース３０、中和器７０、スパッタ８０のカソードの印加電圧を工程条件として設定することができる（Ｓ３４）。   The control unit 60 can set the applied voltage of the ion source 30, the neutralizer 70, and the cathode of the sputter 80 at the time of stopping the voltage adjustment as the process condition (S34).

その後、制御部６０は、基板Ｓに対する蒸着などの工程を行わせることができる（Ｓ３５）。   Thereafter, the control unit 60 can cause a process such as vapor deposition on the substrate S to be performed (S35).

以上、本発明を様々な実施形態に基づいて説明したが、これは本発明を例証するためのものである。通常の技術者であれば、上記実施形態に基づいて本発明の技術思想を様々に変形又は修正できるであろう。しかし、本出願の権利範囲は請求の範囲により定められるので、その変形や修正は本発明に含まれるものと解釈できる。   Although the present invention has been described based on various embodiments, it is intended to exemplify the present invention. An ordinary engineer can variously modify or modify the technical idea of the present invention based on the above embodiment. However, since the scope of rights of the present application is defined by the claims, variations and modifications thereof can be interpreted as being included in the present invention.

本発明のプラズマ工程装置は、半導体産業はもとより、基板処理のための電荷量の最適条件を確認するテスト、教育などにも活用することができる。   The plasma processing apparatus according to the present invention can be used not only in the semiconductor industry but also in tests and education for confirming the optimal condition of the amount of charge for substrate processing.

Claims (3)

プラズマ工程装置において、
内部に密閉空間を有する工程チャンバと、
前記工程チャンバ内で基板を支持する基板キャリアと、
前記工程チャンバ内に配置されて正イオンを生成して前記基板に供給するイオンソースと、
前記工程チャンバ内に配置されて負帯電物質を生成して前記基板に供給する中和器又はスパッタカソードと、
前記基板の領域で前記正イオン又は前記負帯電物質の電荷量を測定する電荷量測定器と、
前記電荷量測定器から受ける電荷量が前記基板の処理に要求される電荷量に収束するように、前記イオンソース、前記中和器、前記スパッタカソードに印加される電源の少なくとも１つを制御する制御部と、を含み、
前記基板の処理に要求される電荷量は、前記基板の表面エネルギーに基づいて算出される、電荷量を調整できるプラズマ工程装置。In plasma processing equipment,
A process chamber having a sealed space inside,
A substrate carrier for supporting a substrate in the process chamber;
An ion source disposed in the process chamber to generate positive ions and supply the positive ions to the substrate;
A neutralizer or a sputter cathode disposed in the process chamber to generate a negatively charged material and supply the substrate to the substrate;
A charge amount measuring device for measuring the charge amount of the positive ions or the negatively charged substance in the region of the substrate,
At least one of the ion source, the neutralizer, and the power supply applied to the sputter cathode is controlled so that the amount of charge received from the charge amount measuring device converges to the amount of charge required for processing the substrate. A control unit;
A plasma processing apparatus capable of adjusting a charge amount, wherein the charge amount required for processing the substrate is calculated based on a surface energy of the substrate. 前記基板は絶縁体である、請求項１に記載の電荷量を調整できるプラズマ工程装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate is an insulator. 前記イオンソースは、前記基板に向かう前方に複数の磁極を離隔配置して加速ループ用開放スリットを形成し、側方及び後方を閉鎖する磁場部と、前記磁場部の内部で前記開放スリットの下端に配置される電極と、を含む、エンドホールイオンソースであり、
前記エンドホールイオンソースは、前記側方及び前記後方から工程ガスの供給を受けるのではなく、前記工程チャンバ内の工程ガスからプラズマイオンを生成し、前記プラズマイオンを前記電極と前記基板との間の電位差により前記基板に移動させる、請求項１又は２に記載の電荷量を調整できるプラズマ工程装置。 The ion source has a plurality of magnetic poles spaced apart in front of the substrate to form an open slit for an acceleration loop, a magnetic field part closing side and rear, and a lower end of the open slit inside the magnetic field part. And an electrode disposed at the end hole ion source,
The end hole ion source does not receive the supply of the process gas from the side and the rear, but generates plasma ions from the process gas in the process chamber and transfers the plasma ions between the electrode and the substrate. The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the substrate is moved to the substrate by the potential difference of (3).
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