JP2001043995A - プラズマ放電状態判定方法とプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板を成膜するに適したプラズマ開始状態が
得られるように自動制御する場合に、プラズマ放電状態
を正確に判定できる判定方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 トリガーバルブ８を開けてから、あらか
じめ設定してある高周波電源２の出力電力値の立ち上が
り始めの基準値１３に達するまでの時間と、前記立ち上
がり始めの基準値から、あらかじめ設定してある立ち上
がり終了の基準値１４までの時間の２種類の時間を計測
し求めた後、それらとそれらの許容値１５，１６にて、
実際のプラズマ放電開始時の実測時間とを比較し、その
値が許容値を超えた場合にプラズマ放電異常と判定して
警告信号１８を出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル製造あ
るいは半導体製造装置など、基板構造またはウエハに利
用されるスパッタリング等のプラズマ放電方法および監
視方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来のプラズマ処理装置を示す。
ガスを供給しつつ内部圧力を一定に調整した真空チャン
バー１内で、高周波電源２によりプラズマ放電を発生さ
せ、真空チャンバー１内の基板を成膜するこのプラズマ
処理装置は、真空チャンバー１内の圧力を測定する真空
計４の出力値１０と前記高周波電源２からの高周波電源
の出力電力のフィードバック値３とを入力として、前記
フィードバック値３を入力してあらかじめ設定してある
許容値と比較回路１１で比較し、入力値が許容値を超え
た場合に出力する警告信号１２を出力するように構成さ
れている。

【０００３】なお、５は前記真空チャンバー１に供給す
るガス流量をコントロールするマスフローコントロー
ラ、６，７は前記マスフローコントローラ５の前後につ
いたガス供給バルブ、８はプラズマ放電を起こすために
前記真空チャンバー１内の圧力を瞬間的に高くするトリ
ガーバルブ、９は前記真空チャンバー１内の圧力を調整
するコンダクタンスバルブ、２２は真空ポンプである。

【０００４】このプラズマ処理装置は次のように運転さ
れる。図４はトリガーバルブ８のオンのタイミングを説
明するグラフである。２０は前記真空計４の出力値１０
の前記トリガーバルブ８を開けたときの圧力変化値、２
１は前記高周波電源の出力電力のフィードバック値３の
トリガーバルブ８を開けたときの電力変化値、ｔ１は高
周波電源をオンする時点よりトリガーバルブ８をオンす
る時点の時間差、ｔ２はトリガーバルブの開けている時
間、ｔ３は高周波電源をオンしてから許容値内の電力に
到達するまでの時間である。

【０００５】まず、ｔ１，ｔ２をある値に設定する。そ
して、ガス供給バルブ７，６を空けて真空チャンバー１
内にガスを供給し、マスフローコントローラ５にてガス
流量を調整する。そして、コンダクタンスバルブ９にて
圧力を一定に調整した後、トリガーバルブ８をｔ２だけ
開け、トリガーバルブ８を開けてからｔ１の後に高周波
電源２をオンしプラズマ放電を発生させる。そして、そ
の時のｔ３の値を測定する。

【０００６】次に、ｔ１を数百ミリ秒単位ほど変更して
再度プラズマ放電を発生させ、ｔ３の値を測定する。こ
のようにトリガーバルブ８をオンする時点を高周波電源
２をオンする時点より前後に数点変化させたｔ１の値に
関して、ｔ３の最小値を求める。次に、ｔ１をｔ３が最
小値であったときの値に固定し、ｔ２を数百ミリ秒単位
で変更していく。そして、ｔ３に変化が現れない範囲に
おいて最小となるｔ２を求める。

【０００７】このように繰り返すことで、ｔ３が最小に
なるｔ１の最適値、およびｔ２の最小値を求める。そし
て、ｔ１，ｔ２，ｔ３を決定した後、実際に成膜処理を
行っていくが、このとき放電開始からある時間経過した
後、高周波電源２の出力電力のフィードバック値３を入
力し、あらかじめ設定してある許容値と比較回路１１に
て比較を行う。

【０００８】そして、入力値が許容値を超えた場合に警
告信号１２を出力する。ここで、放電開始からある時間
経過してから比較を行っているのは、出力電力値が設定
された値になるまで待つためである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
の構成では、成膜処理を経ていくにつれて、真空チャン
バー１内のインピーダンスが変化するなどして、最初に
求めたｔ１では、高周波電源の出力電力値の立ち上が
り、すなわちｔ３が長くなったり、また高周波電源がオ
ンした後すぐに出力電力値が立ち上がらなくなる場合が
生じる。

【００１０】具体的には、成膜時間に数分を要するプロ
セスであれば、ｔ３が長くなったり、高周波電源がオン
した後すぐに出力電力値が立ち上がらなくなっても、基
板間の膜厚均一性に大きな影響は及ぼさないため、放電
開始からある時間経過してからの高周波電力のフィード
バック値を監視するだけでもよいが、成膜時間が数秒か
ら十数秒といった短いプロセスの場合には、ｔ３が長く
なったり、高周波電源がオンした後すぐに出力電力値が
立ち上がらなくなるといった変化が、結果的に基板相互
間の膜厚均一性に大きく影響する。

【００１１】本発明は上記の異常状態をすぐに検知し、
基板間の膜厚均一性に影響を及ぼすことを最小限に止め
ることができるプラズマ処理装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の問
題点を解決するもので、プラズマ放電開始時において、
あらかじめ計測したトリガーバルブを開けてから高周波
電源をオンし出力電力値が上がり始めるまでの時間と、
出力電力値の立ち上がり始めから立ち上がり終わりまで
の時間を監視し、これらのいずれか一方でも、あらかじ
め設定されてある時間の許容値から外れた場合に、異常
を検出することを特徴とする。

【００１３】本発明のプラズマ放電状態判定方法は、ガ
スを供給しつつ内部圧力を一定に調整した真空チャンバ
ー内で、トリガーバルブを一定時間開けることにより前
記真空チャンバー内の圧力をある瞬間高くした後、高周
波電源によりプラズマ放電を発生させ、前記真空チャン
バー内の基板を成膜するに際し、実際のプラズマ放電開
始に先だって、前記トリガーバルブを開けてから高周波
電源をオンするまでの時間と、前記出力電力値の設定電
力値まで立ち上がる時間の関係を定量的に求め、それよ
り前記出力電力値の立ち上がり時間が最短となるような
前記トリガーバルブを開けてから高周波電源をオンする
までの時間の最小値を求め、その最小値を再現できる範
囲において前記トリガーバルブの開けている時間の最小
値を求め、この２つの求めた最小値において前記トリガ
ーバルブを開けてから、あらかじめ設定してある高周波
電源の出力電力値の立上がり始めの基準値に達するまで
の時間と、前記立ち上がり始めの基準値からあらかじめ
設定してある立ち上がり終了の基準値までの時間の２種
類の時間を計測し求め、これら２種類の時間とあらかじ
め設定してある前記トリガーバルブを開けてから高周波
電源の出力電力値の立ち上がり始めの基準値までの時間
の許容値と、高周波電源の立ち上がり始めの基準値から
立ち上がり終了の基準値に到達するまでの時間の許容値
とから、前記２種類の時間の最適放電時間幅を求め、実
際のプラズマ放電開始時に、前記トリガーバルブを開け
てから前記高周波電源の出力電力値の立上がり始めの基
準値に達するまでの実測時間と、前記立ち上がり始めの
基準値から前記立ち上がり終了の基準値までの実測時間
とを、前記２種類の時間の最適放電時間幅と比較してプ
ラズマ放電状態を判定することを特徴とする。

【００１４】本発明のプラズマ処理装置は、ガスを供給
しつつ内部圧力を一定に調整した真空チャンバー内で、
トリガーバルブを一定時間開けることにより前記真空チ
ャンバー内の圧力をある瞬間高くした後、高周波電源に
よりプラズマ放電を発生させ、前記真空チャンバー内の
基板を成膜するプラズマ処理装置であって、プラズマ放
電開始時に、前記トリガーバルブを開けてから前記高周
波電源の出力電力値の立上がり始めの基準値に達するま
での実測時間と、前記立ち上がり始めの基準値から前記
立ち上がり終了の基準値までの実測時間とを、最適放電
時間幅と比較してプラズマ放電状態を判定する制御部を
設けたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプラズマ放電状態
判定方法を図１と図２に示す具体例に基づいて説明す
る。なお、従来例を示す図３と同様の作用をなすものに
は同一の符号を付けて説明する。図１は本発明のプラズ
マ放電状態判定方法を実行するプラズマ処理装置を示
す。真空チャンバー１内の圧力を測定する真空計４の出
力値１０と前記高周波電源２からの高周波電源の出力電
力のフィードバック値３とを入力として、前記フィード
バック値３を入力してあらかじめ設定してある許容値と
比較回路１１とは別に、制御部１９が設けられている。

【００１６】制御部１９の入力には、高周波電源２の出
力電力のフィードバック値３と、高周波電源２の出力電
力値の立ち上がり始めの基準値１３と、高周波電源２の
出力電力値の立ち上がり終了の基準値１４と、トリガー
バルブを開けてから高周波電源２の出力電力値の立ち上
がり始めの基準値までの時間の許容値１５と、高周波電
源２の立ち上がり始めの基準値から立ち上がり終了の基
準値に到達するまでの時間の許容値１６とが供給されて
いる。

【００１７】この制御部１９では、これらの許容値１
５，１６と前記高周波電力のフィードバック値３の入力
をもとに、実際のプロセス処理において、トリガーバル
ブを開けてから高周波電源の出力電力値の立ち上がり始
めるまでの時間と、高周波電源をオンしてから出力電力
値が許容値内の電力に到達するまでの時間を計測し、許
容値と比較を行うよう構成されている。

【００１８】計測時間が許容値を超えた場合に制御部１
９からは警告信号１８が出力される。図２はこの実施の
形態のプラズマ処理装置にて、トリガーバルブ８のオン
のタイミングを説明するグラフである。２０は前記真空
計４の出力値９のトリガーバルブ８を開けたときの圧力
変化値、２１は前記高周波電力のフィードバック値３の
トリガーバルブ８を開けたときの電力変化値、ｔ１は高
周波電源をオンする時点よりトリガーバルブ８をオンす
る時点の時間差、ｔ２はトリガーバルブ８の開けている
時間、ｔ３は高周波電源２をオンしてから許容値内の電
力に到達するまでの時間、ｔ４はトリガーバルブ８を開
けてから高周波電源２の出力電力値の立ち上がり始める
までの時間、ｔ５は高周波電源２の出力電力値の立ち上
がり始めの基準値から立ち上がり終わりの基準値までの
時間、２７は高周波電源２の出力電力値の立ち上がり始
めの基準値、２８は高周波電源２の出力電力値の立ち上
がり終了の基準値である。

【００１９】運転は次のように実行される。まず、ｔ
１，ｔ２をある値に設定する。そして、ガス供給バルブ
７，６を開けガスを真空チャンバー１内に供給し、マス
フローコントローラ５にてガス流量を調整する。そし
て、コンダクタンスバルブ９にて圧力を一定に調整した
後、トリガーバルブ８をｔ２だけ開け、トリガーバルブ
８を開けてからｔ１の後に高周波電源２をオンし、プラ
ズマ放電を発生させる。そして、その時のｔ３の値を測
定する。

【００２０】次に、ｔ１を数百ミリ秒単位ほど変更し、
再度プラズマ放電を発生させ、ｔ３の値を測定する。こ
のようにトリガーバルブ８をオンする時点を高周波電源
２をオンする時点より前後に数点変化させたｔ１の値に
関して、ｔ３の最小値を求める。次に、ｔ１をｔ３が最
小値であったときの値に固定し、ｔ２を数百ミリ秒単位
で変更していく。そして、ｔ３に変化が現れない範囲に
おいて最小となるｔ２を求める。このように繰り返すこ
とで、ｔ３が最小になるｔ１の最適値、およびｔ２の最
小値を求める。

【００２１】そして、ｔ１，ｔ２，ｔ３を決定した後、
高周波電源２の立ち上がり始めの基準値と立ち上がり終
了の基準値を入力し、プラズマ放電を再度数回発生さ
せ、そのときのｔ４，ｔ５の実測値の平均値を求め記憶
する。このそれぞれの平均値に対し許容時間を設定す
る。そして、実際に成膜処理を行っていく時に、毎回の
プラズマ放電開始時にその時のｔ４，ｔ５と、制御部１
９に記憶されているｔ４とｔ５の実測値の平均値と比較
を行い、設定されている許容値を外れた場合には、異常
検出信号を出力する。

【００２２】このように構成することで、成膜時間が数
秒から十数秒といった短いプロセスの場合でも、ｔ５が
長くなったり、高周波電源２がオンした後すぐに出力電
力値が立ち上がらなくなってきた場合に、すぐにそれを
検知し、基板間の膜厚均一性に影響を及ぼすことを最小
限に止めることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によると、毎回のプ
ラズマ放電開始時にトリガーバルブを開けてから高周波
電源をオンした後、出力電力値の立ち上がり始めるまで
の時間と、立ち上がり始めの時間から立ち上がり終わり
までの時間の２種類の時間を計測し、あらかじめ監視機
構に記憶されてあるそれらの時間とその許容値とで比較
し、その許容値を外れた場合に、異常を検出すること
で、成膜時間が数秒から十数秒といった短いプロセスに
おいて、トリガーバルブを開けてから高周波電源をオン
した後、出力電力値の立ち上がり始めるまでの時間が長
くなったり、高周波電源がオンした後すぐに出力電力値
が立ち上がらなくなってきた場合に、すぐにそれを検知
し、基板間の膜厚均一性に影響を及ぼすことを最小限に
止めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ放電状態判定方法を実行する
プラズマ処理装置の構成図

【図２】同実施の形態の放電のタイミング図

【図３】従来のプラズマ処理装置の構成図

【図４】同従来例の放電のタイミング図

【符号の説明】

１ 真空チャンバー ２ 高周波電源 ３ 高周波電源の出力電力のフィードバック値 ４ 真空計 ５ マスフローコントローラ ６ ガス供給バルブ ７ ガス供給バルブ ８ トリガーバルブ ９ コンダクタンスバルブ １０ 真空計の出力値 １１ 比較回路 １２ 比較回路において、入力値が許容値を超えた場
合に出力する警告信号１ １３ 高周波電源の立ち上がり始めの基準値 １４ 高周波電源の立ち上がり終了の基準値 １５ トリガーバルブを開けてから高周波電源の出力
電力値の立ち上がり始めるまでの時間の許容値 １６ 高周波電源をオンしてから、許容値内の電力に
到達するまでの時間の許容値 １８ 計測時間が許容値を超えた場合に出力する警告
信号 １９ 制御部 ２０ トリガーバルブを開けたときの圧力変化値 ２１ トリガーバルブを開けたときの高周波電源の出
力電力変化値 ｔ１ トリガーバルブを開けてから高周波電源をオン
するまでの遅延時間 ｔ２ トリガーバルブの開けている時間 ｔ３ 高周波電源をオンしてから許容値内の電力に到
達するまでの時間 ｔ４ トリガーバルブを開けてから高周波電源の出力
電力値の立ち上がり始めるまでの時間 ｔ５ 高周波電源の出力電力値の立ち上がり始めの基
準値から立ち上がり終わりの基準値までの時間 ２７ 高周波電源の出力電力値の立ち上がり始めの基
準値 ２８ 高周波電源の出力電力値の立ち上がり終了の基
準値

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスを供給しつつ内部圧力を一定に調整し
   た真空チャンバー内で、トリガーバルブを一定時間開け
   ることにより前記真空チャンバー内の圧力をある瞬間高
   くした後、高周波電源によりプラズマ放電を発生させ、
   前記真空チャンバー内の基板を成膜するに際し、 実際のプラズマ放電開始に先だって、前記トリガーバル
   ブを開けてから高周波電源をオンするまでの時間と、前
   記出力電力値の設定電力値まで立ち上がる時間の関係を
   定量的に求め、それより前記出力電力値の立ち上がり時
   間が最短となるような前記トリガーバルブを開けてから
   高周波電源をオンするまでの時間の最小値を求め、その
   最小値を再現できる範囲において前記トリガーバルブの
   開けている時間の最小値を求め、 この２つの求めた最小値において前記トリガーバルブを
   開けてから、あらかじめ設定してある高周波電源の出力
   電力値の立上がり始めの基準値に達するまでの時間と、
   前記立ち上がり始めの基準値からあらかじめ設定してあ
   る立ち上がり終了の基準値までの時間の２種類の時間を
   計測し求め、これら２種類の時間とあらかじめ設定して
   ある前記トリガーバルブを開けてから高周波電源の出力
   電力値の立ち上がり始めの基準値までの時間の許容値
   と、高周波電源の立ち上がり始めの基準値から立ち上が
   り終了の基準値に到達するまでの時間の許容値とから、
   前記２種類の時間の最適放電時間幅を求め、 実際のプラズマ放電開始時に、前記トリガーバルブを開
   けてから前記高周波電源の出力電力値の立上がり始めの
   基準値に達するまでの実測時間と、前記立ち上がり始め
   の基準値から前記立ち上がり終了の基準値までの実測時
   間とを、前記２種類の時間の最適放電時間幅と比較して
   プラズマ放電状態を判定するプラズマ放電状態判定方
   法。
2. 【請求項２】ガスを供給しつつ内部圧力を一定に調整し
   た真空チャンバー内で、トリガーバルブを一定時間開け
   ることにより前記真空チャンバー内の圧力をある瞬間高
   くした後、高周波電源によりプラズマ放電を発生させ、
   前記真空チャンバー内の基板を成膜するプラズマ処理装
   置であって、 プラズマ放電開始時に、前記トリガーバルブを開けてか
   ら前記高周波電源の出力電力値の立上がり始めの基準値
   に達するまでの実測時間と、前記立ち上がり始めの基準
   値から前記立ち上がり終了の基準値までの実測時間と
   を、最適放電時間幅と比較してプラズマ放電状態を判定
   する制御部を設けたプラズマ処理装置。