JP2001250811A

JP2001250811A - プラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2001250811A
Application number: JP2000060607A
Authority: JP
Inventors: Shiyuushin Amano; 修臣天野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】処理毎に膜厚やエッチングレートにばらつき
が生じないプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】高周波電源１５から電極５に高周波電力
を印加してプラズマ放電を発生させ、チャンバー１内に
配置された被処理物９をプラズマ処理する。インピーダ
ンス整合器３と電極５との間で高周波電力の電流Ｉ及び
電圧Ｖを検出する。電流Ｉ及び電圧Ｖに基づいて電極５
に印加される高周波電力Ｗの時間積算値ＩＷを計算す
る。高周波電力の時間積算値ＩＷが第１の所定値ＩＷ１
に達すると、高周波電源１５から電極５への高周波電力
の印加を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリング、
プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）及びド
ライエッチング等のプラズマ処理方法及びプラズマ処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理は、ドライエッチングによ
る微細加工、薄膜形成及び表面改質等の物質表面処理に
広く利用されており、特に、半導体の分野では、超高集
積回路を製造する上で必要不可欠な技術となっている。

【０００３】従来、この種のプラズマ処理では、容量結
合型のプラズマ発生装置を備えるプラズマ処理装置が広
く用いられていた。この容量結合型のプラズマ発生装置
は、チャンバー内に高周波電力が印加される電極（陰
極）と、対向する電極（陽極）とを備えており、比較的
低い真空度の圧力下で均一な低密度プラズマを発生する
ことができる。また、近年、半導体集積回路の微細化に
伴ない高真空度の圧力下で高密度プラズマを生成する必
要が生じたため、誘導結合型のプラズマ発生装置を備え
たプラズマ処理装置が注目を集めている。この誘導結合
型のプラズマ発生装置は、チャンバーの周囲を取り囲む
コイル状の電極に高周波電力を印加し、このコイル状の
電極を流れる高周波電流により形成される誘導磁界を減
圧下で作用させることにより、プラズマを発生させる。

【０００４】一般に、これらのプラズマ処理装置では、
高周波電力の供給効率を高めるために、高周波電源と電
極との間に、高周波電源側と電極側（プラズマ負荷側）
のインピーダンスを整合するインピーダンス整合器が設
けられている。また、これらのプラズマ処理装置では、
チャンバー内のガス流量や高周波電源の出力値等の処理
条件を予め設定してプラズマ処理を実行する。そして、
電極への高周波電力の印加開始からの時間（プラズマ処
理時間）が所定時間を経過した時点で高周波電力の印加
を停止し、プラズマ処理を終了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高周波電源から高周波
電力の出力を開始しても、放電開始直後はインピーダン
ス整合器によるインピーダンス整合中であるため、実際
に電極に印加される高周波電力は所定値に達しておら
ず、時間の経過と共に徐々に上昇する。そして、高周波
電力印加開始後ある程度の時間が経過すると、実際に電
極に印加される高周波電力が所定値で安定する。この実
際に電極に印加される高周波電力の安定に要する時間は
通常１〜３秒程度であるが、同一のプラスマ処理装置で
あっても個々の処理毎に異なる。従って、プラズマ処理
時間が予め設定された所定時間に達すると一律に高周波
電力の印加を停止してプラズマ処理を終了するのでは、
プラズマ処理開始から終了までの間に実際に電極に印加
される高周波電力が処理毎に変動する。

【０００６】また、いったん電極に印加される高周波電
力が安定した後であっても、電極側のインピーダンスが
変化して一時的に高周波電源側と電極側のインピーダン
ス整合状態がくずれ、その結果、実際に電極側に供給さ
れる高周波電力が変化する場合がある。この一時的な高
周波電力の変化も、上記プラズマ処理開始から終了まで
の間に実際に電極に印加される高周波電力が処理毎に変
動する原因となる。

【０００７】さらに、高周波電源とインピーダンス整合
器を接続している高周波ケーブルの長さや、インピーダ
ンス整合器と電極を接続している高周波印加用の銅板の
長さを変更すると、これらの高周波ケーブルや銅板で消
費される損失電力が変化する。この損失電力の変化も、
上記プラズマ処理開始から終了までの間に実際に電極に
印加される高周波電力が処理毎に変動する原因となる。

【０００８】近年、ドライエッチング装置では、加工の
微細化が進み、より厳密なプロセス制御が求められてお
り、高周波電力についてもより高精度の制御が求められ
ている。また、スパッタリング装置やプラズマＣＶＤ装
置では、極めて短時間で膜厚のばらつきの少ない良好な
成膜が求められている。

【０００９】しかし、上記のようにプラズマ処理開始か
ら終了までの間に電極に供給される高周波電力が処理毎
に変動すると、処理毎にばらつきのないプラズマ処理を
行うことが困難である。すなわち、ドライエッチングの
場合には処理毎にエッチングレートにばらつきが生じ、
スパッタリングやプラズマＣＶＤの場合には処理毎に膜
厚のばらつきが生じる。

【００１０】また、上記従来のプラズマ処理装置のよう
に、プラズマ処理時間が所定時間に達すると一律に高周
波電力の印加を停止してプラズマ処理を終了するので
は、インピーダンス整合器の動作不良やチャンバー内の
状態変化により安定した放電が行われていない場合で
も、異常発生を確実に検出することは困難である。

【００１１】そこで、本発明は、プラズマ処理開始から
終了までの間に高周波電源から電極対して実際に印加さ
れる高周波電力が処理毎に変動するのを防止し、処理毎
にばらつきのないプラズマ処理を行うことができるプラ
ズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することを課
題としている。また、本発明は、プラズマ処理中の異常
発生を確実に検出することを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に第１の発明は、高周波電源から電極に高周波電力を印
加してプラズマ放電を発生させ、チャンバー内に配置さ
れた被処理物をプラズマ処理すると共に、上記高周波電
源と上記電極の間に介設されたインピーダンス整合器に
より、電極側のインピーダンスを高周波電源側のインピ
ーダンスに整合させるプラズマ処理方法において、上記
インピーダンス整合器と上記電極との間で、上記電極に
印加される高周波電力の電流及び電圧を検出し、検出さ
れた電流及び電圧に基づいて電極に印加される高周波電
力の時間積算値を計算し、該高周波電力の時間積算値が
第１の所定値に達すると、上記高周波電源から電極への
高周波電力の印加を停止するプラズマ処理方法を提供す
るものである。

【００１３】第１の発明のプラズマ処理方法では、イン
ピーダンス整合器と電極との間で検出した電流及び電圧
に基づいて電極に供給される高周波電力の時間積算値を
計算するため、実際に電極に印加された高周波電力の時
間積算値を高精度で検出することができる。また、この
高周波電極の時間積算値はスパッタリングやプラズマＣ
ＶＤにおける成膜された薄膜の膜厚や、ドライエッチン
グにおけるエッチングレートと相関している。従って、
高周波電力の時間積算値が第１の所定値に達すると高周
波電源から電極への高周波電力の印加を停止することに
より、処理毎にばらつきのない高精度のプラズマ処理を
行うことができる。例えば、第１の発明の方法をスパッ
タリングやプラズマＣＶＤに適用すれは゛、処理毎に膜
厚のばらつきの少ない良好な成膜を行うことができる。
また、この方法をドライエッチングに適用すれば、処理
毎にエッチングレートのばらつきのない良好な加工を行
うことができる。

【００１４】第２の発明は、高周波電源から電極に高周
波電力を印加してプラズマ放電を発生させ、チャンバー
内に配置された被処理物をプラズマ処理すると共に、上
記高周波電源と上記電極の間に介設されたインピーダン
ス整合器により、電極側のインピーダンスを高周波電源
側のインピーダンスに整合させるプラズマ処理方法にお
いて、上記インピーダンス整合器と電極との間で、上記
電極に印加される高周波電力の電流及び電圧を検出し、
検出された電流及び電圧に基づいて電極に印加される高
周波電力の時間積算値を計算し、上記高周波電力の時間
積算値が所定時間内に第２の所定値に達しない場合に
は、異常発生と判断して上記高周波電源から電極への高
周波電力の印加を停止するプラズマ処理方法を提供する
ものである。

【００１５】第２の発明のプラズマ処理方法では、イン
ピーダンス整合器と電極との間で検出した電流及び電圧
に基づいて電極に印加される高周波電力の時間積算値を
計算するため、実際に電極に供給される高周波電力の時
間積算値を高精度で検出することができる。そして、こ
の高周波電力の時間積算値が所定時間に第２の所定値に
達していない場合には、異常発生と判断して高周波電力
の印加を停止するため、インピーダンス整合器の動作不
良やチャンバー内の状態変化により安定したプラズマ放
電が行われていない場合には、確実にプラズマ処理を停
止することができる。

【００１６】第３の発明は、その内部に被処理物が配置
されるチャンバーと、該チャンバー内にプラズマ放電を
発生させるための電極と、該電極に高周波電力を印加す
る高周波電源と、該高周波電源と上記電極の間に介設さ
れ、電極側のインピーダンスを高周波電源側のインピー
ダンスと整合させるインピーダンス整合器とを備えるプ
ラズマ処理装置において、上記インピーダンス整合器と
電極との間に介設され、上記電極に印加される高周波電
力の電流及び電圧を検出する電流・電圧検出装置と、該
電流・電圧検出装置の検出する電流及び電圧に基づいて
電極に印加される高周波電力の時間積算値を計算し、該
高周波電力の時間積算値が第１の所定値に達すると、上
記高周波電源から電極への高周波電力の印加を停止させ
る制御装置とを備えるプラズマ処理装置を提供するもの
である。

【００１７】第３の発明のプラズマ処理装置では、イン
ピーダンス整合器と電極との間に介設された電流・電圧
検出装置の検出する電流及び電圧に基づいて電極に供給
される高周波電力の時間積算値を計算するため、実際に
電極に印加される高周波電力の時間積算値を高精度で検
出することができる。そして、この高周波電極の時間積
算値はスパッタリングやプラズマＣＶＤにおける成膜さ
れた薄膜の膜厚や、ドライエッチングにおけるエッチン
グレートと相関している。従って、高周波電力の時間積
算値が第１の所定値に達すると高周波電源から電極への
高周波電力の印加を停止することにより、処理毎にばら
つきの少ない高精度のプラズマ処理を行うことができ
る。例えば、第３の発明のプラズマ処理装置がスパッタ
リング装置やプラズマＣＶＤ装置である場合には、処理
毎に膜厚のばらつきの少ない良好な成膜を行うことがで
きる。また、ドライエッチング装置である場合には、処
理毎にエッチングレートのばらつきのない良好な加工を
行うことができる。

【００１８】具体的には、上記制御装置は、上記電流・
電圧検出装置から入力される電流及び電圧に基づいて電
流と電圧の位相差を検出する位相差検出器と、上記電流
・電圧検出装置により検出される電流及び電圧と、上記
位相差検出器により検出される位相差とに基づいて、上
記高周波電源から電極に供給される高周波電力の時間積
算値を計算する演算装置と、上記演算装置の算出する高
周波電力の時間積算値を上記第１の所定値と比較し、該
時間積算値が第１の所定値に達すると高周波電源に停止
信号を出力し、高周波電源から電極への高周波電力の印
加を停止させる比較装置とを備えている。

【００１９】第４の発明は、その内部に被処理物が配置
されるチャンバーと、該チャンバー内にプラズマ放電を
発生させるための電極と、該電極に高周波電力を印加す
る高周波電源と、該高周波電源と上記電極の間に介設さ
れ、電極側のインピーダンスを高周波電源側のインピー
ダンスと整合させるインピーダンス整合器とを備えるプ
ラズマ処理装置において、上記インピーダンス整合器と
電極との間に介設され、上記電極に印加される高周波電
力の電流及び電圧を検出する電流・電圧検出装置と、該
電流・電圧検出装置の検出する電流及び電圧に基づい電
極に印加される高周波電力の時間積算値を計算し、該高
周波電力の時間積算値が所定時間内に第２の所定値に達
しない場合には、異常発生と判断して上記高周波電源か
ら電極への高周波電力の印加を停止させる制御装置とを
備えるプラズマ処理装置を提供するものである。

【００２０】第４の発明のプラズマ処理装置では、イン
ピーダンス整合器と電極との間に介設された電流・電圧
検出装置で検出した電流及び電圧に基づいて電極に印加
される高周波電力の時間積算値を計算するため、実際に
電極に供給される高周波電力の時間積算値を高精度で検
出することができる。そして、この高周波電力の時間積
算値が所定時間内に第２の所定値に達していない場合に
は、制御装置が異常発生と判断して高周波電力の印加を
停止させるため、インピーダンス整合器の動作不良やチ
ャンバー内の状態変化により安定したプラズマ放電が行
われていない場合には、確実にプラズマ処理を停止する
ことができる。

【００２１】具体的には、上記制御装置は、上記電流・
電圧検出装置から入力される電流及び電圧に基づいて電
流と電圧の位相差を検出する位相差検出器と、上記電流
・電圧検出装置により検出される電流及び電圧と、上記
位相差検出装置により検出される位相差とに基づいて、
上記高周波電源から電極に印加される高周波電力の時間
積算値を計算する演算装置と、上記所定時間における高
周波電力の時間積算値と上記第２の所定値とを比較し、
高周波電力の時間積算値が第２の所定値に達しない場合
に異常発生と判断して高周波電源に停止信号を出力し、
高周波電源から電極への高周波電力の印加を停止させる
異常検出装置とを備えている。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す本発明の実施形
態について詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明のプラズマ処理方法が適用
されるプラズマ処理装置（高周波マグネトロンスパッタ
リング装置）を示している。

【００２４】このプラズマ処理装置は、チャンバー１、
このチャンバー１上に設けられた中空円筒状のケース
２、このケース２上に設けられたインピーダンス整合器
３を備えている。

【００２５】上記チャンバー１内の上部には電極（陰
極）５が配設され、この電極５にターゲット６が固定さ
れている。また、電極５のターゲット６とは反対側（背
面側）にはマグネット７が配設されている。一方、チャ
ンバー１内の底部には、上記電極５及びターゲット６と
対向して被処理物ホルダー８が配設されている。この被
処理物ホルダー８には、スパッタリングにより薄膜が形
成される被処理物９が着脱可能に保持されている。この
被処理物９はスパッタリング処理時に陽極として機能す
る。また、チャンバー１には、排気機構１１及びガス供
給源１２が接続され、図示しない圧力制御機構によりチ
ャンバー１内は所定圧力に維持される。さらにまた、チ
ャンバー１は上記被処理物９を出入するための搬出入機
構（図示せず。）を備えている。

【００２６】高周波電源１５（本実施形態では出力１
３．５６Mhz）は、高周波ケーブル１６を介して上記イ
ンピーダンス整合器３に接続されている。また、インピ
ーダンス整合器３は、高周波印加用の細長い銅板１８を
介して電流・電圧検出装置１７に接続されている。ま
た、電流・電圧検出装置１７は高周波印加用の細長い銅
板１８を介して電極５に接続されている。すなわち、高
周波電源１５と電極５の間に電流・電圧検出装置１７が
介設されている。

【００２７】図２に示すように、上記インピーダンス整
合器３は、検出回路２１、整合回路２２及び制御回路２
３を備えている。検出回路２１は、高周波電源１５から
入力される高周波電力の電圧／電流比と、これらの電圧
及び電流の位相差を検出する。整合回路２２は、バリコ
ン２４ａ、２４ｂ及びリアクタ２５を備えている。制御
回路２３は、検出回路２１の検出値に応じて、電極５側
（プラズマ負荷側）のインピーダンスが高周波電源１５
側のインピーダンス（本実施例では５０Ω）と整合する
ように、バリコン２４ａ，２４ｂの駆動用モータ２６
ａ，２６ｂを制御する。なお、インピーダンス整合器３
は、電極５側のインピーダンスを高周波電源１５側のイ
ンピーダンスに整合させることができれば、図２に示す
ものに限定されない。

【００２８】図３に示すように、上記電流・電圧検出装
置１７は、コイル３１及び抵抗３２ａからなる電流検出
回路３３と、コンデンサ３４及び抵抗３２ｂからなる電
圧検出回路３５とを備えている。上記電流検出回路３３
は高周波電源１５からインピーダンス整合器３を介して
実際に電極５に印加される高周波電力の電流を検出し、
上記電圧検出回路３５はこの高周波電力の電圧を検出す
る。なお、電流・電圧検出装置１７は、実際に電極５に
印加される高周波電力の電流及び電圧を検出できるもの
であれば、図３に示すものに限定されない。

【００２９】図１に示すように、電流・電圧検出装置１
７には制御装置３６が接続されている。上記電流検出回
路３３及び電圧検出回路３５が検出した実際に電極５に
印加される高周波電力の電流及び電圧は、この制御装置
３６に入力される。制御装置３６は、位相差検出器３
８、演算装置３９、比較装置４１、異常検出装置４２及
び計時装置４３を備えている。また、制御装置３６には
制御パネル４５が接続されており、この制御パネル４５
により後述する目標値ＩＷ１、異常判別時ＴＭ及び閾値
ＩＷ２を作業者が入力できるようになっている。

【００３０】次に、上記プラズマ処理装置を使用したプ
ラズマ処理方法について説明する。

【００３１】図４は、図１に示すプラズマ処理装置を使
用し、チャンバー圧力が２Ｐａ、高周波電源１５の出力
値が５ｋＷの処理条件下で３秒間のプラズマ処理を１０
回実行した場合の、成膜レートとプラズマ処理開始から
終了までの高周波電力の時間積算値（高周波電力積算値
ＩＷ）との関係を示している。なお、この高周波電力時
間積算値ＩＷは、後述する方法で電流・電圧検出装置１
７、位相差検出器３８及び演算装置３９により算出して
いる。この図４に示すように、高周波電源１５の出力及
びプラズマ処理時間が同一であっても、プラズマ処理開
始から終了までの高周波電力積算値ＩＷおよび成膜レー
トにはばらつきがある。これは特にプラズマ処理開始か
ら終了までの時間が３秒と短いため、個々の処理毎にプ
ラズマ処理開始時における高周波電力の立ち上がりの速
さが異なることが影響したと考えられる。一方、この図
４において、直線Ｌで示すように、成膜レートはプラズ
マ処理開始から終了までの高周波電力積算値ＩＷとほぼ
比例して増加している。そこで、本実施形態のプラズマ
処理装置では、以下に説明するように、プラズマ処理時
間ではなく、高周波電力積算値ＩＷによりプラズマ処理
の終了時を制御している。

【００３２】まず、上記図示しない搬出入機構により被
処理物９をチャンバー１内に搬入し、被処理物ホルダー
８上に保持する。また、ガス供給源１２からチャンバー
１内にガスを導入すると共に、排気機構１１によりチャ
ンバー１内の気体を排出し、上記図示しない圧力制御機
構によりチャンバー１内を所定圧力に維持する。

【００３３】次に、制御パネル４５から制御装置３６に
開始命令が入力されると、高周波電源１５が高周波電力
の出力を開始する。この高周波電源１５の出力開始と同
時に計時装置４３が計時を開始する。

【００３４】高周波電源１５の出力する高周波電力は、
高周波ケーブル１６、インピーダンス整合器３、銅板１
８、電流・電圧検出装置１７及び銅板１８を介して電極
５に印加される。その結果、チャンバー１内でプラズマ
放電が生じ、ターゲット６から飛散したターゲット粒子
が被処理物９の表面に堆積して薄膜が形成される。上記
インピーダンス整合器３により電極５側のインピーダン
スは高周波電源１５側のインピーダンスに整合されるた
め、高周波電力の出力開始からある程度の時間が経過し
た後は、チャンバー１内で安定したプラズマ放電が維持
される。

【００３５】上記の高周波電源１５が高周波電力の出力
を開始すると、上記電流・電圧検出装置１７の検出する
電流及び電圧が、制御装置３６の位相差検出器３８に入
力される。位相差検出器３８は入力された電流Ｉ及び電
圧Ｖに基づいて、これらの電流及び電圧の位相差θを検
出する。

【００３６】演算装置３９は、１００msec以下の所定の
設定単位時間毎に上記電流・電圧検出装置１７が検出し
た電流Ｉ及び電圧Ｖと、位相差検出器３８の検出した位
相差θを取得する。演算装置３９は、下記の周知の式
（１）により、取得した電流Ｉ、電圧Ｖ及び位相差θか
ら高周波電力値Ｗを算出する。

【００３７】

【数１】Ｗ＝Ｖ・Ｉcosθ （１）

【００３８】また、演算装置３９は、上記設定単位時間
毎に高周波電力値Ｗを積算し、高周波電力値Ｗの時間積
算値（高周波電力積算値ＩＷ）を算出する。さらに、演
算装置３９は、算出した高周波電力積算値ＩＷを比較装
置４１に出力する。

【００３９】比較装置４１には、予め設定された高周波
電力値積算値ＩＷの目標値（第１の所定値）ＩＷ１が記
憶されている。この目標値ＩＷ１は、プラズマ処理の終
了条件を規定するものであり、目標とする膜厚、ターゲ
ット６として使用される材料、被処理物９の材質、高周
波電源１５の出力値、ガスの種類、チャンバー１内の真
空度等に応じて予め実験的に決定される。また、この目
標値ＩＷ１は、制御パネル４５により比較装置４１に入
力することができる。

【００４０】比較装置４１は、上記演算装置３９から入
力された高周波電力積算値ＩＷを、上記目標値ＩＷ１と
比較する。そして、高周波電力積算値ＩＷが目標値ＩＷ
１以上であれば、プラズマ処理終了であると判断して停
止信号を高周波電源１５に出力する。その結果、高周波
電源１５から電極５への高周波電力の印加が停止し、プ
ラズマ処理が終了する。

【００４１】その後、ガス供給源１２からチャンバー１
へのガス導入を停止すると共に、排気機構１１によりチ
ャンバー１内の残留気体を排出する。その後、搬入出機
構により被処理物９をチャンバー１の外部に取り出す。

【００４２】図５（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本実施形
態の方法でプラズマ処理を行った場合の高周波電力値Ｗ
とプラズマ処理時間の関係を示すグラフであり、グラフ
と横軸（プラズマ処理時間）で囲まれた部分の面積Ｓ
１，Ｓ２は、プラズマ処理開始から終了までの間の高周
波電力時間積算値ＩＷを示している。また、図５（Ａ）
はプラズマ放電開始後比較的速やかに電極５に印加され
る高周波電力値Ｗが所定値に達した場合（高周波電力値
Ｗの立ち上がりが早い場合）を示し、図５（Ｂ）は放電
開始後高周波電力値Ｗが所定値に達するまでにある程度
の時間がかかった場合（高周波電力値Ｗの立ち上がりが
遅い場合）を示している。

【００４３】これら図５（Ａ），（Ｂ）を比較すると、
図５（Ｂ）の場合には高周波電力値Ｗの立ち上がりが遅
い分、図５（Ａ）の場合よりもプラズマ処理開始から終
了までに要する時間は長い。しかし、図５（Ａ），
（Ｂ）を重ねて表示した図５（Ｃ）に示すように、両者
の面積Ｓ１，Ｓ２、すなわちプラズマ処理開始から終了
までに印加された高周波電力積算値ＩＷは同一である。

【００４４】このように本実施形態のプラズマ処理装置
では、インピーダンス整合器３と電極５との間に介設さ
れた電流・電圧検出装置の検出する電流及び電圧に基づ
いて高周波電力積算値ＩＷを計算しており、この高周波
電力積算値ＩＷは、実際に電極５に対して印加される高
周波電力の時間積算値である。そして、本実施形態のプ
ラズマ処理装置では、プラズマ処理時間が所定時間に達
すると一律に高周波電力の出力するのではなく、この高
周波電力積算値ＩＷが目標値ＩＷ１に達したときに高周
波電源１５からの電極５への高周波電力の出力を停止し
ている。従って、プラズマ放電開始時における高周波電
力Ｗの立ち上がりの速さが処理毎に相違しても、処理毎
に電極５に印加される高周波電力積算値ＩＷは変動しな
い。同様に、高周波電力Ｗがいったん安定した後に一時
的に高周波電源側と電極側のインピーダンス整合状態が
くずれた場合や、高周波ケーブル１６や銅板１８の長さ
を変更したためにこれらの消費電力が変化した場合で
も、処理毎に電極５に印加される高周波電力積算値ＩＷ
が変動しない。そして、上記したように成膜レートは高
周波電力積算値ＩＷにほぼ比例するため、処理毎に膜厚
のばらつきの少ない良好な成膜を行うことができる。

【００４５】次に、制御装置３６が行うプラズマ放電の
異常検知について説明する。制御装置３６の異常検出装
置４２には、プラズマ処理開始から異常発生有無の判別
実行までの時間である異常判別時間ＴＭと、異常判別の
ための閾値（第２の所定値）ＩＷ２とが記憶されてい
る。

【００４６】インピーダンス整合器３の動作不良やチャ
ンバー１内の状態変化により安定したプラズマ放電が行
われていない場合には、正常にプラズマ放電が行われて
いる場合よりも、プラズマ処理開始から高周波電力値Ｗ
が所定値に到達するまでに要する時間が長くなる。そこ
で、本実施形態では、プラズマ処理開始後異常判別が可
能となるまで時間を異常判別時間ＴＭとして設定し、か
つ、正常にプラズマ放電が行われている場合の異常判別
時間ＴＭにおける高周波電力積算値ＩＷを閾値ＩＷ２と
して設定している。これら異常判別時間ＴＭ及び閾値Ｉ
Ｗ２は、目標とする膜厚、ターゲット６として使用され
る材料、被処理物９の材質、高周波電源１５の出力値、
ガスの種類、チャンバー１内の真空度等に応じて実験的
に予め定められる。なお、上記したように異常判別時間
ＴＭ及び閾値ＩＷ２は、制御パネル４５により異常検出
装置４２に入力することができる。

【００４７】異常検出装置４２は、計時装置４３により
計時された時間が異常判別時間ＴＭに達すると、演算装
置３９から高周波電力積算値ＩＷを取得する。そして、
取得した高周波電力積算値ＩＷと上記閾値ＩＷ２とを比
較し、高周波電力積算値ＩＷが閾値ＩＷ２を下回ってい
る場合には、安定したプラズマ放電が行われておらず異
常が発生していると判断し、停止信号を高周波電源１５
に出力する。その結果、高周波電源１５から電極５への
高周波電力の印加が停止し、プラズマ処理が中止され
る。一方、上記演算装置３９から取得した高周波電力積
算値ＩＷが閾値ＩＷ２以上である場合には、異常検出装
置４１は正常なプラズマ放電が行われていると判断し、
上記停止信号を出力しない。

【００４８】高周波電力積算値ＩＷは、インピーダンス
整合器３と電極５の間に介設した電流・電圧検出装置１
７により検出された高周波電圧の電流Ｉ及び電圧Ｖに基
づいて算出され、実際に電極５に印加されている高周波
電力の時間積算値である。そして、上記異常検出装置４
１は、この高周波電力積算値ＩＷに基づいてプラズマ放
電の異常を判別している。従って、インピーダンス整合
器３の動作不良やチャンバー１内の状態変化により安定
したプラズマ放電が行われていない場合には、確実にプ
ラズマ処理を停止することができる。

【００４９】本発明は、上記高周波マグネトロンスパッ
タリング装置に限定されず、高周波電力を電極に印加す
ることによりプラズマ放電を発生させるプラズマ処理装
置であれば、容量結合型であるか誘導結合型あるかを問
わず、スパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置及びド
ライエッチング装置のいずれにも適用することができ
る。プラズマＣＶＤ装置に本発明を適用した場合には、
処理毎に膜厚のばらつきの少ない良好な成膜を行うこと
ができる。また、ドライエッチング装置に適用すれば、
処理毎にエッチングレートのばらつきのない良好な加工
を行うことができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明から明らかなように、第１の発
明のプラズマ処理方法及び装置では、インピーダンス整
合器と電極との間で検出した電流及び電圧に基づいて電
極に供給される高周波電力の時間積算値を計算するた
め、実際に電極に印加された高周波電力の時間積算値を
高精度で検出することができる。そして、この高周波電
力の時間積算値が第１の所定値に達すると高周波電源か
ら電極への高周波電力の印加を停止するため、処理毎に
ばらつきのない高精度のプラズマ処理を行うことができ
る。

【００５１】また、第２の発明のプラズマ処理方法及び
装置では、上記高周波電力の時間積算値が所定時間に第
２の所定値に達していない場合には、異常発生と判断し
て高周波電力の印加を停止するため、インピーダンス整
合器の動作不良やチャンバー内の状態変化により安定し
たプラズマ放電が行われていない場合には、確実にプラ
ズマ処理を停止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のプラズマ処理装置を示す
概略図である。

【図２】インピーダンス整合器を示す回路図である。

【図３】電流・電圧検出装置を示す回路図である。

【図４】高周波電力積算値と成膜レートの関係を示す
グラフである。

【図５】（Ａ）は高周波電力の立ち上がりが早い場合
の高周波電力とプラズマ処理時間の関係を示すグラフ、
（Ｂ）は高周波電力の立ち上がりが遅い場合の高周波電
力とプラズマ処理時間の関係を示すグラフ、（Ｃ）は
（Ａ）の場合と（Ｂ）の場合を比較するための高周波電
力とプラズマ処理時間の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１チャンバー２ケース３インピーダンス整合器５電極６ターゲット７マグネット８被処理物ホルダー９被処理物１１排気機構１２ガス供給源１５高周波電源１６高周波ケーブル１７電流・電圧検出装置１８銅板２１検出回路２２整合回路２３制御回路２４ａ，２４ｂバリコン２５リアクタ２６ａ，２６ｂ駆動用モータ３１コイル３２ａ，３２ｂ抵抗３３電流検出回路３４コンデンサ３５電圧検出回路３６制御装置３８位相差検出器３９演算装置４１比較装置４２異常検出装置４３計時装置４５制御パネルＩ電流Ｖ電圧 θ 位相差Ｗ高周波電力値ＩＷ高周波電力積算値ＩＷ１目標値ＩＷ２閾値ＴＭ異常判別時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 16/52 Ｃ２３Ｆ 4/00 Ａ５Ｆ０４５Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０５Ｈ 1/46 ＭＨ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 ＣＦターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA62 AA65 BC02 BC04 BC06 BD14 CA47 EB42 4K029 CA05 DC35 DC39 EA01 EA06 EA09 4K030 FA01 FA03 FA04 JA01 JA16 KA30 KA39 KA41 4K057 DA11 DA16 DD01 DM04 DM16 DM33 DN01 5F004 AA01 BA04 BA13 BA20 BB13 CA03 CB05 5F045 AA08 AA19 BB03 BB20 DP04 EH11 EH12 EH19 GB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電源から電極に高周波電力を印加
してプラズマ放電を発生させ、チャンバー内に配置され
た被処理物をプラズマ処理すると共に、上記高周波電源
と上記電極の間に介設されたインピーダンス整合器によ
り、電極側のインピーダンスを高周波電源側のインピー
ダンスに整合させるプラズマ処理方法において、上記インピーダンス整合器と上記電極との間で、上記電
極に印加される高周波電力の電流及び電圧を検出し、検出された電流及び電圧に基づいて電極に印加される高
周波電力の時間積算値を計算し、該高周波電力の時間積算値が第１の所定値に達すると、
上記高周波電源から電極への高周波電力の印加を停止す
るプラズマ処理方法。
【請求項２】高周波電源から電極に高周波電力を印加
してプラズマ放電を発生させ、チャンバー内に配置され
た被処理物をプラズマ処理すると共に、上記高周波電源
と上記電極の間に介設されたインピーダンス整合器によ
り、電極側のインピーダンスを高周波電源側のインピー
ダンスに整合させるプラズマ処理方法において、上記インピーダンス整合器と電極との間で、上記電極に
印加される高周波電力の電流及び電圧を検出し、検出された電流及び電圧に基づいて電極に印加される高
周波電力の時間積算値を計算し、上記高周波電力の時間積算値が所定時間内に第２の所定
値に達しない場合には、異常発生と判断して上記高周波
電源から電極への高周波電力の印加を停止するプラズマ
処理方法。
【請求項３】その内部に被処理物が配置されるチャン
バーと、該チャンバー内にプラズマ放電を発生させるた
めの電極と、該電極に高周波電力を印加する高周波電源
と、該高周波電源と上記電極の間に介設され、電極側の
インピーダンスを高周波電源側のインピーダンスと整合
させるインピーダンス整合器とを備えるプラズマ処理装
置において、上記インピーダンス整合器と電極との間に介設され、上
記電極に印加される高周波電力の電流及び電圧を検出す
る電流・電圧検出装置と、該電流・電圧検出装置の検出する電流及び電圧に基づい
て電極に印加される高周波電力の時間積算値を計算し、
該高周波電力の時間積算値が第１の所定値に達すると、
上記高周波電源から電極への高周波電力の印加を停止さ
せる制御装置とを備えるプラズマ処理装置。
【請求項４】上記制御装置は、上記電流・電圧検出装置から入力される電流及び電圧に
基づいて電流と電圧の位相差を検出する位相差検出器
と、上記電流・電圧検出装置により検出される電流及び電圧
と、上記位相差検出器により検出される位相差とに基づ
いて、上記高周波電源から電極に供給される高周波電力
の時間積算値を計算する演算装置と、上記演算装置の算出する高周波電力の時間積算値を上記
第１の所定値と比較し、該時間積算値が第１の所定値に
達すると高周波電源に停止信号を出力し、高周波電源か
ら電極への高周波電力の印加を停止させる比較装置とを
備える請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】その内部に被処理物が配置されるチャン
バーと、該チャンバー内にプラズマ放電を発生させるた
めの電極と、該電極に高周波電力を印加する高周波電源
と、該高周波電源と上記電極の間に介設され、電極側の
インピーダンスを高周波電源側のインピーダンスと整合
させるインピーダンス整合器とを備えるプラズマ処理装
置において、上記インピーダンス整合器と電極との間に介設され、上
記電極に印加される高周波電力の電流及び電圧を検出す
る電流・電圧検出装置と、該電流・電圧検出装置の検出する電流及び電圧に基づい
電極に印加される高周波電力の時間積算値を計算し、該
高周波電力の時間積算値が所定時間内に第２の所定値に
達しない場合には、異常発生と判断して上記高周波電源
から電極への高周波電力の印加を停止させる制御装置と
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項６】上記制御装置は、上記電流・電圧検出装置から入力される電流及び電圧に
基づいて電流と電圧の位相差を検出する位相検出器と、上記電流・電圧検出装置により検出される電流及び電圧
と、上記位相差検出器により検出される位相差とに基づ
いて、上記高周波電源から電極に印加される高周波電力
の時間積算値を計算する演算装置と、上記所定時間における高周波電力の時間積算値と上記第
２の所定値とを比較し、高周波電力の時間積算値が第２
の所定値に達しない場合に異常発生と判断して高周波電
源に停止信号を出力し、高周波電源から電極への高周波
電力の印加を停止させる異常検出装置とを備える請求項
５に記載のプラズマ処理装置。