JP3547402B2

JP3547402B2 - プラズマ処理システムおよび方法

Info

Publication number: JP3547402B2
Application number: JP2000594970A
Authority: JP
Inventors: ブルック，テリー; ロジャーズ，ジェームズ，エイチ; ツィエ，ジュン
Original assignee: Intevac Inc
Current assignee: Intevac Inc
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2020-01-10
Also published as: KR100354413B1; DE10080124B3; WO2000043566A1; DE10080124T1; KR20010089116A; CN1293717A; CN1158404C; US6101972A; JP2002535490A

Description

【０００１】
本件は，１９９８年５月１３日提出の，二重イオン源と題する米国特許出願第０９／０７６９７１号の一部継続出願である。
【０００２】
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，基板の片面または両面を処理するシステムおよび方法である。
【０００３】
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。
【０００４】
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，ゼロのネット電流がある，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。
【０００５】
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，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。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。オーバーコーティングの付着に際に，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。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。
【０００６】
このような実際的な条件は，片面のコーティングに対して標準的となっている。たとえば，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，付着コーティングは，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は最小化されることが要求される。
【０００７】
発明の要約
本発明の第一の態様にしたがって，新規な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）に電位を印加し，またチェンバーの他の面を付勢するためのパワー源を含む。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。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。一つ以上の陽極が使用される場合，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。
【０００８】
要素をバイアスすることも，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，イオン源の要素をバイアスすることにより，基板での付着について，イオンのエネルギーを高く，チェンバー壁での付着については，イオンのエネルギーを低くすることができる。したがって，本発明により，表面での付着タイプを所定に制御することができ，付着膜の性質について選択することができる。
【０００９】
とくに，エチレンのような炭化水素ガスを含むプラズマからダイヤモンドのような炭素（ｄｉａｍｏｎｄｌｉｋｅｃａｒｂｏｎ：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。
【００１０】
したがって，DLCコーティングの薄い層が，磁気または他の媒体（例えば光学的なもの）の片面または両面に保護コーティングとして付着することができ，スパッタされた炭素膜に比べて優れた結果がもたらされる。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“すべり（glide）”または“検証（certification）”歩留まり試験により，製造中に跳ね除けられるディスク数を最小にする。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。
【００１１】
詳細な説明
図１は，本発明の動作原理を説明するために使用できる，発明の実施例を構成する，基板の片面に材料を付着するシステムを略示する。とくに，チェンバー１１１は陽極１１２およびフィラメント１１３を囲っている。フィラメント１１３および陽極の組み合わせは，一緒になって，符号１１５により一般的に示されたイオン源を構成する。チャンバー１１１内には，イオン源１１５に対面する基板も配置されている。チェンバー１１１はアースされている。陽極１１２は陽極スイッチ１１７を介して陽極パワー源１１８に接続されている。スイッチ１１７は図１において，アースされているように図示されている。フィラメントパワー源１２０はフィラメント１１３に接続されている。フィラメントバイアス源１２１がバイアススイッチ１２２，そしてフィラメントパワー源を介してフィラメント１１３に接続されている。図示の実施例において，バイアス源はフィラメントをアース電位にバイアスする。バイアススイッチ１２２は他方の位置にくると，フィラメント１１３はフィラメントバイアス源１２１からバイアスされる。基板ホルダー（図１には示されていないが，図２には示されている）に配置することができる基板１１６は図１では適切な位置に配置されている。基板１１６は，バイアススイッチ（フィラメント１１３と基板１１６のそれぞれ，または基板１１６が配置された基板ホルダーと閉回路になるようにグループ化されている）が他の位置に引かれると，基板バイアス供給源１２３からバイアスされる。
【００１２】
動作中，チェンバー壁は接地されている。このことは，図１に図示の装置が自然環境下で，安全であることを確かにする。設備の操作を望むとき，スイッチ117および122はフィラメント113をバイアス電位に接続し，陽極112をバイアス電位に接続するために，閉じられる。スイッチがこの他の位置に位置すると，電圧が陽極パワー源118から陽極112へ，フィラメントバイアス供給源121からフィラメントパワー源120を介してフィラメント113に印加される。バイアスされたときの陽極は，約50から250ボルトの間のプラス電圧に，好適には約80ボルトに上昇する。同時に，フィラメントに供給される電圧バイアスは，ゼロボルトから約マイナス150ボルトの間に，好適には約マイナス120ボルトの電圧となる。このことは，フィラメントとチェンバー壁との間の電圧差を約100ボルトにする。同時に，基板116電圧は，フィラメント上のバイアスと同じマイナスの電圧にされるが，フィラメント113とチェンバー壁111との間に，フィラメント上のバイアスに等しい電圧差を，そして基板と陽極の間に約200ボルトの電位差を，一般的に形成するように，付着材料，動作チェンバー内の条件を含むいろいろな因子に依存して，印加電圧はこれらの数字と異なってもよい。
【００１３】
チェンバーが，いろいろな動作要素にバイアスを印加することを含む動作モードにあるとき，プラズマを形成するガスが，バルブ127が開き，ガス源126からガスポート125を通ってチェンバー111に供給される。第二のガス源128，第二のバルブ130，第二のガスポート131が第二のガスをチェンバー111に供給するために使用することができる。
【００１４】
動作中，陰極またはフィラメント１１３はチェンバー１１１に対して負にバイアスされる。同時に，陽極はチェンバー１１１の壁に対して正にバイアスされる。また，同時に，基板１１６はチェンバー１１１に壁に対して負にバイアスされる。このアプローチは，基板１１６に到着し，チェンバー１１１に到着するイオンのエネルギーを制御することができる。このアプローチは，基板１１６に付着される膜の性質に独立して，チェンバー１１１の壁に付着される膜の性質を制御することができる。説明してきた実施例において，炭化水素を含むプラズマが，たとえばガス源１２６から供給されて使用されると，炭素がチェンバー１１１の壁の上，および基板１１６上に，異なる性質の膜として付着するであろう。パーティクルの制御に関し，ＤＬＣ付着の場合の最も重要な性質は，膜の応力である。低い応力のフィルムはチェンバーの壁上に必要であり，その結果剥落が生ぜず，清掃および／または新規な真空環境の形成の必要性なく，適切な期間チェンバーを操作することができる。このことは，壁への付着が低応力材によるときのみである。同時に，基板１１６に高応力の膜が付着し，このことは下層に対する保護コーティングとして機能する。この実施例において，基板を叩くイオンは，イオン源１１５の陽極と基板１１６上のバイアスとの間にある電圧差のために，より高いイオンエネルギーをもってなされる。同時に，低エネルギーのイオンは，陽極と基板との間の差と比較して，陽極と壁との間の低い電圧差により，チェンバー１１１の壁を叩く。
【００１５】
エッチング例に対して，この制御系により，チェンバーの壁へのイオンの加速を減じることによりチェンバー壁へのエッチングの減少または除去が可能になる一方で，基板１１６のエッチングを行うことができる。また，エッチングは，壁，または，チェンバー内に配置され，壁に隣接したシールドをクリーニングするために使用できる。このことは，チェンバー内の純粋なアルゴンプラズマを使用してなすことができる。他の応用例において，フッ化炭素または塩素を含むガスが使用できる。酸素または水素をプロセスガスとして使用して，エッチングすることも可能である。
【００１６】
付着のためのチェンバーは，サイクルの開始またはチェンバー内にガスを流す前に，約１０^−７トルに排気される。両ガスがシステムに流れ込む間，チェンバーの圧力はほぼ約４ミリトルに上昇する。システムは約１から約５ミリトルの間のチェンバー圧力で動作することが望ましいが，０．１から２０ミリトルの範囲の圧力を採用し得る。
【００１７】
図１に関連し，供給源１２８および１２６からのガスの流れについて記述するが，システムは，たとえば炭素の付着の場合，エチレンである活性ガスからのイオンのみを付着することにより機能することができる。この場合，たとえばアルゴンである他の供給源はその供給源にある制御バルブを使用して閉鎖される。
【００１８】
磁気媒体に対するＤＬＣ保護カバーコートに対するいくつかの条件がある。一つは，膜が媒体を有効に保護し，かつ非常に薄く（たとえば約５０オングストローム），十分に硬いことである。他の条件は，低空するヘッドがパーティクルと衝突して“クラッシュ”することがないように，パーティクルがほとんど基板上に残されていないことである。３ミリトルより高い圧力での動作で，基板上のパーティクルレベルが減少することがわかった。これは，大きな帯電パーティクルが電荷の交換を受け，中性化する確立が増大することによるようである。一方，エチレンの圧力が約２．３ミリトル以上であると，ＤＬＣ膜は柔らかくなる。これは，基板を叩くエネルギーをもったイオンのエネルギーの一部が，基板表面に緩やかに結合している中性エチレン分子に移ることによるようである。
【００１９】
硬い膜および低パーティクルレベルを得るために，アルゴンのような不活性ガスをチェンバー内のガスに加えることができることが分かった。パーティクルレベルの減少は全ガス圧により，明らかにガスの組成にかかわらない。しかし，膜の性質は，この場合，活性ガスであるエチレンの分圧にのみ依存し，この場合のアルゴンである不活性ガスの分圧に依存しない。したがって，約２ミリトルのエチレンの分圧で動作することにより，硬いＤＬＣ膜を得て，同時に４ミリトルの全圧に対し，２ミリトルのアルゴン分圧を維持することにより低パーティクルレベルを得た。
【００２０】
炭素が付着される付着モードで両ガスが流されると，エチレンガスは典型的に約１４ｓｃｃｍのレートで流れるとともに，アルゴンも同様のレートで流れるが，流量の半分を与える二つの供給源からチェンバーに供給される。ガスがチェンバーに供給されている間中，真空システムの動作は続行する。
【００２１】
図２には，本発明にしたがって，基板の両面が処理される本発明の実施例が示されている。このタイプの付着は，今日コンピュータの記憶用の磁気メモリーディクスを作るときに使用される。この図に示された付着処理はまた，基板の表面への不所望のパーティクルの付着を最小にするために，チェンバーの壁に付着する材料の質を制御する。図２において，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が示されている。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。アルミニウムディスクまたは他の伝導性材料がたとえば，磁気ハードディクスのために，製造に使用されるとき，処理の間，電気バイアスが基板１４に印加される。たとえば，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メモリーディスクを製造するために，ガラス，プラスチック，または他の軽量材のような他のディクス材も使用することができる。
【００２２】
図１において，正のバイアスが，接地されたチェンバーに対し陽極に印加される。本発明において，フィラメントバイアスがゼロ電圧に維持されている。プラズマは，電子中性ガス衝突により作られるが，この電子はカソードにより，この場合はフィラメントにおいて供給される。フィラメントからの放出電子のエネルギーはフィラメントと，正にバイアスされた陽極の間との電圧差により決定される。プラズマの電位は典型的に陽極の電位に近い。典型的な動作において，プラズマをつくるために，陰極と陽極との間に適切な電圧差を形成することが必要である。したがって，両者が同じ電圧であると，プラズマは発生しない。しかし，適切なガスが，システムを通過して流れると，またはシステムに流れると，そして陰極と陽極との間に適当な電圧差があると，プラズマがイオン源のところに発生する。約１００ボルトの電圧差が，確実なプラズマ発生のために必要とされる。チェンバーが接地され，陽極の電圧が上昇すると，炭素の場合，接地された表面上に高応力の膜が付着する。高い応力をもつ炭素がチェンバーの壁に付着すると，基板の表面上に，より多くのパーティクル付着が生じることが分かっている。したがって，壁に付着した材料の応力を低くするためには，陽極の電圧を低くして動作を行う。しかし，高いエネルギーをもつプラズマを維持し，基板上に高応力の膜の付着を達成すべく，十分な電圧差を形成するために，陰極がゼロ電位に対して負にバイアスされるように，電圧が陰極に印加される。このことは，チェンバーを，負の陰極と正の陽極との両極端の間にある電圧バイアスにすることである。正味の効果は，チェンバーの壁に低応力の材料を付着する間，基板が負にバイアスされるので，非常に高い応力をもつ高エネルギーのイオンが基板に，より付着することである。このような低応力付着では，高応力材が壁に付着される場合のように多くの，基板表面上へのパーティクルの付着を生じさせない。また電弧の発生の防止または減少のため，図２に示されているように，二つ以上の陽極システム内の陽極には，いずれの陽極にバイアスされない間がパルスの間となるパルスが交互に加えられる。陽極へのパルスの印加の間，陽極がゼロ電位（付勢されていない）であると，関連したフィラメントまたは陰極もまた接地され，電圧差により，プラズマは連続する。
【００２３】
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を含む。フィラメント３２とフィラメントパワー源３４とは接続されている。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はスイッチ１６および１７を介してパワー源５０に接続され，その結果イオン源２２および２０はそれぞれ，以下で説明するように付勢することができる。フィラメント３２および４２には，バイアス源１９とフィラメント２３との間のスイッチ２１，ならびにバイアス源１９とフィラメント３２との間のスイッチ２３を介して，バイアス源１９に接続されている。
【００２４】
ガス源５４がプロセス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。適切なプロセスガスの例としては，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。
【００２５】
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，図１に関連して説明したが，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。
【００２６】
動作中，イオン源２０および２２のそれぞれは，プロセスガスのイオンを形成するために，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，処理チェンバー内にプラズマが発生する。フィラメント３２および４２は，プロセス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へ加速される。図２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。
【００２７】
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。
【００２８】
上記したように，イオン源２０および２２が同時に付勢されると，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。
【００２９】
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。陽極３０および４０に印加される電圧は，時間的に重なり合うことはなく，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。
【００３０】
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。
【００３１】
陽極が正の電圧のパルスを受けるとき，フィラメントのバイアスもまた，負ではあるがパルス化され，またはバイアスされる。基板はまた，同時に負のバイアスを受ける。このようにして，フィラメントと陽極との間の電圧差は，高エネルギーのプラズマを形成するために十分であり，基板は，プラズマからの高エネルギーのイオンの基板への付着を生じさせるのに十分なほど負の電位となり，非常に硬い表面が形成され，付着されるフィルムが非常に薄いにもかかわらず，保護コーティングとなる。しかし，チャンバー１０の壁が，システムの他の要素がパルスを受ける間中，接地されていることにより，壁のエネルギーレベルが，低電圧差のために非常に低くなり，したがって低エネルギーイオンが表面に付着するために，材料の付着が軟化する。
【００３２】
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。
【００３３】
陽極電圧は重なり合うことはない，陽極電圧（したがって，陰極に対し負のバイアス）は好適に，それぞれ，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。
【００３４】
適切なパワー源５０が当業者には知られている。パワー源は本出願の親出願に議論されているが，これはここに参考文献として組み込まれる。システム内の全ての要素へパワーを供給するために使用されるパワー源が，陽極，陰極および基板を適切な時間多重化方式で，正確なバイアスを確実にかけるため，適切な制御とスイッチを必要とする。このような構成を組み立てる要素は当業者には明らかである。
【００３５】
図３は，本発明の効果を示すグラフである。図３Ａにおいて，多重化された陽極，接地されたフィラメントおよび壁，ならびにバイアスされた基板を使用して，炭素の付着の間，イオン源のパーティクルデータが示されている。基板またはディスクの両面が，表面パーティクル付着の典型を見つけるために測定された。とくに，データは約７時間にわたって収集された。各時間の間，２９０枚の基板が連続してコーティングされた。これらの試験は，磁気ハードディクスの市販のために使用されたときと同様の条件の下でなされた。すなわち，ＮｉＰメッキアルミニウム基板が約２００℃に前加熱され，約３００オングストロームのクロムおよび２５０オングストロームのコバルト合金の，薄い金属膜の層が付着され，その後表面は炭素膜でコーティングされた。各処理は，別個の処理チェンバーにおいてなされ，基板は，汚染を避けるために，約１０^−７トルの真空に維持された主チェンバーを通って，一方のチェンバーから他方にチェンバーに移された。基板表面上のパーティクルがＴｅｎｃｏｒＳｕｒｆｓｃａｎ３６４Ｄ（これは較正された大きさおよび強度をもつスポットレーザで照射されたパーティクルからの散乱光を分析する）により測定された。処理された１００枚の基板に対して，一枚の基板が両面のそれぞれの上にあるパーティクル（２μｍ以上の大きさのパーティクル）個数に対して測定され，平均パーティクル総量がプロットされている。さらに，バックグランドディクス（イオン源により付着された炭素でコーティングされていない）からのパーティクル個数もまた比較のために（黒い四角印）が示されている。基板の機械的取り扱いによるパーティクルおよび他の処理ステップにより生じたパーティクルがこのようなバックグランド数に寄与するかもしれない。これらの実験において使用されたイオン源の重要なセッティングは次の通りである。陽極電圧＝１２０Ｖ，基板バイアス＝−８０ボルト，フィラメント電圧＝接地，シールド電位＝接地，陰極またはフィラメント放出＝０．３５Ａ，ガスおよびガス流速：１４ｓｃｃｍ（×２）のＣ_２Ｈ_４およびＡｒ＝１４ｓｃｃｍ，全圧＝４ミリトル，処理期間＝８秒。アルミニウムアークスプレータイプのイオン源チェンバーライナー（シールド）がその場において，Ａｒプラズマで９０秒間，クリーニングされた。このデータは，基板上で観測されたパーティクルの個数は付着開始後１時間以内で急速に増加し，２時間以内でそのピークに達することを示す。パーティクルの数はつぎに，約１００個数／面の安定したレベルにゆっくりと近づいた。全実験に対するメディアン個数は面当たり１３１であった。基板表面上のこれらのパーティクル（バックグランドを越えた付加）は後で，操作電子顕微鏡を使用して，そして，イオン源による付着炭素膜の高い応力のため，イオンチェンバーライナーから剥落する炭素フレークであることを，エネルギー分散Ｘ線スペクトロスコピーにより識別された。さらに多くの実験が，より高い陽極電圧（１２０Ｖ以上），低い基板バイアスを除き同様の条件下で，行われた。印加される陽極電圧が高くなればなるほど，パーティクルの発生がチェンバーの壁またはシールド上の炭素の応力に直接関連することを示す，ベースラインのパーティクル個数がより高くなることがわかった。
【００３６】
図３Bは，プラズマシステムが本発明にしたがって稼働したとき，炭素付着の間の，パーティクルの発生の典型的なデータを示す。再び，システムは，1時間当たり約290枚のスループットでもって，約7時間稼働した。イオン源の重要なセッティングは，陽極が50から100V，基板バイアスが−150から100V，フィラメント電位が−150から100V，シールド電位が接地，フィラメント放出が0.50A，ガスおよびガス流速が14sccm(×2)のC₂H₄および7sccm(×2)のAr，全圧が4ミリトル，処理期間が8.0秒である。アルミニウムアークスプレータイプのチェンバー壁またはライナー（シールド）はその場において，3.0ミリトルのArプラズマで，60秒間クリーニングされた。100枚の基板ごとに，三枚の基板が，両面上の2μm以上の大きさのパーティクルの個数に対して測定され，面当たりメディアンパーティクル個数がプロットされた（ひし形印）。さらに，イオン源による付着した炭素でコーティングされていない二枚のバックグランドディスク（一枚は開始前，もう一枚は終了時）からのパーティクル個数が比較のために示された。これらはグラフでは黒い四角印である。このデータは，基板表面上で観測されたパーティクルの個数が，7時間のこの実験にわたって，バックグランドレベル（約50から70個数／面）に維持されたことを示す。全実験に対して，メディアン個数は面当たり52のみであり，これは，図３Aに示された結果を越えた著しい改良である。実際の製造環境下で，これらの図に示されたバックグランドのパーティクル個数は，よりよい基板の取り扱い，および準備により減少するであろう。生産欠陥および低い生産性をもたらすのが，現場での付着処理により生じたパーティクルである。したがって，バックグランドパーティクル個数の削減は，本発明の親出願の処理および方法によりなされた結果と比較して，本発明にしたがうことで達成された重要な改良を示す。
【００３７】
図４において，処理システムの要素への印加バイアスが時間に関して示されている。図示されているように，上方のグラフは，コーティングされる基板の一方側１における陽極に印加されるバイアスを示す。中間のグラフは，基板の第二または他方側における陽極に印加されるバイアスを示す。最後に，下方のグラフは，図２の基板のようなディクスまたは基板に印加され，また図２のフィラメント３２および４２にようなフィラメントに印加される電圧を示す。図示されているように，付勢されるときに正のバイアスが陽極に印加される。したがって，図示されているように，正の電圧が，コーティングされる基板またはディスクの両側に面する陽極に最初に印加される。同時に，ディスクおよびフィラメントは負にバイアスされる。これらの電圧，フィラメントバイアス，ディクスまたは基板上の負のバイアス，およびディスクの両側に面する陽極の正のバイアスは次に，すべてゼロ電位となる。その後，負の電圧が基板またはディスクの片側に面する陽極に印加され，負のバイアスがフィラメントに印加される。これらの印加されたバイアスの全てはまた，イオン源が付勢されないサイクル時間の間，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，各陽極を付勢するサイクル時間は，要素のすべてが接地されている時間間隔の残りの２０から３０パーセントをもつサイクル時間の約３５から４０パーセントからなる。
【００３８】
図４に示されたグラフを形成するための実験を議論するとき，シールドまたはライナーの使用について言及した。シールドまたはライナーは同業者には知られており，半導体の分野において使用されている。本発明のおいて，シールドまたはライナーはチェンバー壁への付着を防止し，チェンバーの清掃を容易にするために使用される。典型的に，ライナーが，約一週間程度またはそれより長い期間，使用することができる。チェンバーの清掃のため，これは，チェンバーから容易に除去することができる。このことは即座に行われ，壁の清掃を行っている間，チェンバーの使用ができないようにしない。したがって，ライナーまたはシールドは，即座に取り替えることができ，壁の製造による遅延をなくし，ただちにシステムを動作できるように，チェンバーを排気できるようにする。
【００３９】
純粋なアルゴンプラズマに，１時間チェンバーをさらして，チェンバーのプレコンディショニングを行うことが，ディスクをシステム内で処理するとき，基板の表面上への，パーティクルの付着を低下させることが分かった。このタイプのコンディショニングは，チェンバー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の内側を，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，浄化することができると考えられている。
【００４０】
一つまたは二つのイオン源をもつ処理システムが前で議論された。図２に関連して説明し，図４に示された，イオン源の時間多重動作は，二つ以上のイオン源をもつ処理システムに適用することができる。このような場合，イオン源は，一つのイオン源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，印加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。
【００４１】
陽極に印加される電圧は，作業ガスの重要なイオン化をなすために必要な最小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。
【００４２】
相対電圧の制御は，付着膜の硬さおよび応力の制御を可能にする。このことはとくに，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わかった。さらに，Ｖａ−Ｖｓ＞１２０ボルトで，非常に応力のある（約３−４Ｇｐａ）膜をもつ非常に硬い（＞Ｇｐａ）が作られる。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），その応力は低下する（＜０．５Ｇｐａ）。
【００４３】
これは図５に示されている（壁上および装置でコーティングされる基板またはディクスの上の付着が圧縮応力をもつことを示す）。この場合，図４の場合のように，動作パラメータは，Ｃ_２Ｈ_４の圧力が２．３ミリトルで，Ａｒの圧力が１．８ミリトルでフィラメントの放出が０．５Ａとなった。壁またはシールドは接地された。フィラメントはディスクと同じ電位にバイアスされ，両者は，両者が陽極電圧より小さい２００ボルトに維持さるように変化させられた。したがって，陽極電圧が１２０ボルトであるとき，ディスクおよびフィラメント電圧はマイナス８０ボルトである。黒色丸は，シールドまたはチェンバー壁上の付着のＧＰａまたは応力を表す。黒色四角は基板またはディスク上の付着の応力を表す。イオンの加速は，陽極電圧と，イオンが衝突する表面の電圧との差にほぼ等しい。陽極と基板との間の電圧差が一定に維持されると，イオンは，約２００ｅＶのエネルギーをもって基板に衝突する。陽極電圧が変化するとき，電圧差は一定に維持されるので，膜の応力はほぼ一定である。しかし，壁は接地電圧に維持され，したがって，壁へのイオンの加速は，６０ｅＶから１２０ｅＶに変化し，壁に付着した炭素の応力は著しく変化する。壁に付着した炭素の応力が低い（２Ｇｐａより低い）と，炭素は剥落しなくなり，基板上のパーティクルレベルがより低くなる。
【００４４】
本発明の機構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，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。
【００４５】
グリッドのあるイオンビーム源，すなわちオンオフができるソースにわたって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をもつ。
【００４６】
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片面付着システムの略示図である。
【図２】図２は，本発明にしたがった両面付着システムの略示図である。
【図３】図３は，異なる電圧調整をおこなって処理したディスクの面における測定パーティクルを示すグラフである。
【図４】図４は，図２に示された実施例における，時間の関数で適用バイアスを示すグラフである。
【図５】図５は，陽極電圧を変化させたときの，膜の応力変化を示すグラフである。
【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
１６スイッチ
１７スイッチ
１９バイアス源
２０イオン源
２１スイッチ
２２イオン源
２３フィラメント
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

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の一方の面を処理するためのイオンを発生させるために，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１のイオン源であって，第一の陽極および第一の電子源からなるところの第１のイオン源と，
前記基板ホルダーに配置された基板のもう一方の面を処理するためのイオンを発生させるために，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２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２のイオン源と，
前記陽極が正電圧レベルにバイアスされるとともに，前記電子源および前記基板ホルダー上の基板が負の電位にバイアスされるように，前記陽極，前記電子源および前記基板をバイアスするためのパワー源と，
から成り、
前記第１のイオン源及び前記第２のイオン源は前記基板を挟んで反対側に基板の表面に面するように配置され、
前記パワー源は，前記第一の陽極および前記第二の陽極のそれぞれに，時間多重化された電圧を印加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100kHzより小さ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，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，前記電子源は,前記陽極が正の電圧となるパルス印加されている間，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及び第二の陽極のそれぞれに，負の電圧を前記第一および第二の電子源のそれぞれに，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１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り，パルス化された出力が前記電子源に印加されたとき，前記電子源は付勢される，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，ところの基板処理システム。
請求項２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，
前記イオン源は，前記基板をエッチングするための，前記処理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１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，前記処理ガスのイオンを発生する，ところの基板処理システム。
基板処理方法であって，
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，
第一の陽極及び第一の電子源から成る第一のイオン源及び第二の陽極及び第二の電子源から成る第二のイオン源を，前記チェンバー内で基板の表面に面して前記基板の両側に配置する工程と、
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発生させる工程と，
前記第一の陽極及び前記第二の陽極に時間多重化された正のバイアスを印加するとともに，前記第一の電子源及び前記第二の電子源並びに前記基板に負のバイアスを印加する工程と，
を含む方法。
請求項１３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処理ガスとして，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１３に記載の方法であって，
前記バイアスを印加する工程は、パルス化された周期的な正の電圧を，前記第一および前記第二の陽極に，負の電圧を前記第一および前記第二の電子源に，約 1 から 5kHz の範囲の周波数で印加することにより，前記第一の陽極および前記第二の陽極を付勢することから成る，ところの方法。
請求項１５に記載の方法であって，
前記バイアスを印加する工程は，前記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１６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陽極ならびに関連した前記第一及び第二の電子源は，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。
基板の表面に面するよう反対側に配置された、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正のバイアス電位に付勢する工程と，
前記陽極と同時に，電子源及び基板を負のバイアス電位に同時付勢を行う工程と，
を含む方法。
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ガス源と，
前記処理チェンバー内に基板の表面に面するよう基板の両側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，負にバイアスされた基板を処理するためのイオンを発生するために，前記処理ガスをイオン化すべく前記チェンバーへの電子を発生するための，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付勢されるように，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，前記電子源および前記基板を負のバイアスで付勢するためのパワー源と，
を含む，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に位置した基板を容易にバイアスするために，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１３に記載の方法であって，
前記基板の片側に処理ガスを供給することを含む、ところの方法。
処理ステーションで，薄く電気的に伝導性のある基板の両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た基板ホルダーと，
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と、
パワー源と，
から成り、
前記第一及び第二のプラズマ発生器は，前記基板ホルダー上の基板の表面に面するよう基板の両側に設置され，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前記陽極の一方のみが常に付勢されるように，正の電圧を前記陽極に，負の電圧を前記電子源に印加することにより，および負の電圧を前記電子源および前記基板に印加するとともに，正の電圧を前記プラズマ発生器の陽極に印加することにより，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る，
ところの処理システム。
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た基板処理ホルダーと，
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，前記処理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，前記処理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，
前記プラズマ発生器の一方のみが常に付勢されるように，時間多重化法により付勢するためのパワー源と，
処理するための，前記ホルダー上に配置された基板を負にバイアスするために，前記基板ホルダーに接続された電源と，
を含み，
前記プラズマ発生器のそれぞれは，負にバイアスされた電子源を含み、前記基板ホルダー上の基板の表面に面して基板の両側に配置される，ところの基板処理システム。
請求項２４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１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処理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２４に記載の基板処理システムであって，
前記処理ガスはアルゴンからなる，ところの基板処理システム。