JP2006328510A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理装置よる連続生産とメンテナンスとを繰返す装置の稼動において、異常放電発生の推移と不良基板発生の相関を一度把握し、その後の繰返し装置稼動において異常放電発生推移を監視し、不良基板の発生を抑制する品質管理を一括で行えるようにしたプラズマ処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ処理方法は、電源装置に設けた異常放電検出手段を用いてプラズマに伴う２μｓ以上の持続時間の異常放電を検出し、検出した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を計数し、計数した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を予め設定した値と比較し、比較結果に基きプロセス条件を制御することを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に液晶分野で用いられる大面積基板を含む基板に対し成膜、エッチングあるいは表面改質を行うプラズマ処理工程において、処理の品質管理を自動的に行うようにしたプラズマ処理方法及び装置に関するものである。

今日、大画面で高品質な液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルの需要が増大「し、それらの生産に用いられるマザーガラスの基板サイズに対する最終製品基板のサイズの比率が大きいものの割合が生産工程上増加している。

それに伴い、マザーガラス基板を対象としたプラズマを用いた成膜、エッチング、表面改質等の処理工程における歩留まり向上を目的とした品質管理が、最終製品の低価格化の目標と相まって欠かせない課題となってきている。プラズマを用いた処理工程では、従来より、処理中に発生した異常放電を原因とする基板上被膜の欠損やパーティクル付着による不良基板の発生が問題とされている。基板上へ成膜する、或いはエッチング、表面改質するプロセスは、処理室内の経時変化を誘引する要素を基本的に持っており、連続生産を前提として用いられるプラズマ処理装置を使用するにあたり、製品不良が発生しない範囲で処理室内の状態をリフレッシュする（洗浄を含むメンテナンスを行う）ことが必須とされる。

処理対象基板の大型化に伴うプラズマ発生に必要な電力の増大化は、プラズマ処理中に異常放電を発生する頻度を増大させている一方、処理対象基板の大型化に対応するプラズマ処理装置も大型化しているため、メンテナンス頻度及び１日あたりのメンテナンス時間も増加しているため、管理された適切なタイミングでのメンテナンスの実施を行うことが重視されつつある。

従来から、プラズマを発生させる電力を供給する電源と電極との間あるいは電極に異常放電検知回路を接続したりして異常放電発生を検知し、電源を遮断したり、或いはフィードバック回路を設けて電力を一時的に低下させて異常放電を抑制するなどの手段をプラズマ処理装置に設けて、生産中の異常放電を監視し、不良基板発生を判定、生産を中断して不良基板発生を抑制することは行われてきている。（特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載のものでは、ＤＣスパッタリングにおけるスパッタの不良を検出するため、ターゲット上で生じたアークを検出するアーク検出手段と、アーク検出手段からのアーク検出信号を受けるセンサーコントローラーと、アーク検出信号に基きセンサーコントローラーからＮＧの情報を受け取り、基板をＮＧ基板とみなすシーケンサーとを設け、目視による製品検査を行わずにアーク発生の検出によって製品の不良判定を行うようにしている。

特許文献２に記載の直流電源を備えた反応性スパッタリング装置においては、における直流電源に、異常放電検出器及び異常放電の回数を計数するカウンタを接続し、異常放電の回数が所定回数を超えた時に直流電源の動作を停止する電源制御器を設け、異常放電の初期の段階で放電を停止させ、不安定な組成膜の形成を未然に防ぐように構成されている。

また、プラズマ発生のために供給される積算電力を検知し、その積算電力からプラズマの状態変化から基板が受けたダメージを判別・監視するプラズマプロセス監視の技術も提案されている（特許文献３参照）。

なお、従来のＤＣ電源が電力数１０ｍｓｅｃ以下の寿命の異常放電に対し、寿命によらず所定の時間長さの異常放電発生信号を出力する回路を有するのみで、信号発生時間も長いために、信号出力中に新たに発生した異常放電に対して検知信号を出力しない構成とされていることに関連している。
特開平１１−７１６６９号公報 特開平２−２０５６７５号公報 特許第３０７０００４号公報

発明者らはＤＣマグネトロンスパッタリング法によるＡｌの連続成膜試験における異常放電発生と基板不良との相関において寿命が２〜１００μｓの範囲にある、マイクロアークと呼ばれる領域に属する異常放電も含め監視することで基板不良発生タイミングを予測することができることを見出した。

しかしながら、プラズマ処理装置よる連続生産とメンテナンスとを繰返す装置の稼動において、不良基板を発生することなく連続生産を実施できる品質管理を一括で行える技術が望まれてきている。

そこで、本発明は、プラズマ処理装置よる連続生産とメンテナンスとを繰返す装置の稼動において、異常放電発生の推移と不良基板発生の相関を一度把握し、その後の繰返し装置稼動において異常放電発生推移を監視し、不良基板の発生を抑制する品質管理を一括で行えるようにすることを課題としている。

本発明の第１の発明によれば、真空槽内に、電極と前記電極に対向して基板を載置する基板ホルダーを設け、真空槽内にガスを導入し、電極に電源装置から電力を供給してプラズマを発生させ、真空槽内に連続して供給される基板上に連続して処理を行うプラズマ処理方法において、
電源装置に設けた異常放電検出手段を用いてプラズマに伴う２μｓ以上の持続時間の異常放電を検出し、
検出した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を計数し、
計数した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を予め設定した値と比較し、
比較結果に基きプロセス条件を制御すること
を特徴としている。

本発明の第１の発明による方法においては、プロセス条件の制御は、真空槽内へのガスの導入流量及び電源装置から電極への投入電力を制御することを含み得る。

異常放電の単位時間あたりの発生回数或いは累積発生回数が予め設定された値を超えるまで基板に対して連続してプラズマ処理が実施され、そして異常放電の単位時間あたりの発生回数或いは累積発生回数が予め設定された値を超えた時、真空槽内のクリーニング及び（又は）電極上のターゲットの研磨が実施され得る。

また、本発明の第２の発明によれば、真空槽内に、電極と前記電極に対向して基板を載置する基板ホルダーを設け、前記真空槽内にガスを導入し、前記電極に電源装置から電力を供給してプラズマを発生させ、前記真空槽内に連続して供給される前記基板上に連続して処理を行うプラズマ処理装置において、
電源装置に設けられ、プラズマに伴う２μｓ以上の持続時間の異常放電を検出する異常放電検出手段と、
電源装置に設けられ、異常放電検出手段で検出した異常放電をパルス信号に変換する出力手段と、
出力手段からのパルス信号を計数して異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を算出するカウンタ手段と、
カウンタ手段で計数した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を予め設定した値と比較し、その比較結果に基きプロセス条件を制御する制御装置と、
を有することを特徴としている。

制御装置はプログラム可能な論理制御手段を備え得る。

制御装置は、電源装置に投入電力を制御する投入電力制御信号を供給するように構成され得る。また、制御装置は、真空構内に供給されるプロセスガスの流量を制御するプロセスガス流量制御信号を供給するように構成され得る。さらに、制御装置は、異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数に基いてプラズマ処理装置の動作制御装置において設定されるプロセス条件を最適化するように構成され得る。

本明細書において、用語“大面積基板１「は、縦横の長さ１ｍ×１ｍ以上、長辺又は長径の長さが１ｍ以上のサイズをもつ任意の形状の基板を意味するものとする。

本発明の第１の発明による方法においては、上述のように構成したことにより、基板に対し成膜、エッチングあるいは表面改質を行うプラズマ処理工程において、異常放電に起因する不良基板を発生することなく連続生産を行い、メンテナンスへ移行する品質管理を向上した装置稼動を自動的に行えるようになる。

本発明の第２の発明による装置においては、プラズマに伴う２μｓ以上の持続時間の異常放電を検出する異常放電検出手段と、異常放電検出手段で検出した異常放電をパルス信号に変換する出力手段とを電源装置に組み込んだことにより、装置を簡略化でき、装置のコストを低減することができると共に、基板に対し成膜、エッチングあるいは表面改質を行うプラズマ処理を、高い品質管理で連続して行うことができ、それにより装置の稼動効率を向上でき、また製品の不良発生を防止できるようになる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係わるＡｌをガラス基板上に成膜するスパッタ処理装置を示す。

図１において、１は真空槽であり、この真空槽１の内部には、カソードとして機能する電極２及びアノードとして機能する基板ホルダー３が互いに対向して載置されている。基板ホルダー３は内部にヒーター４を備え、そしてカソード電極２に対向する面にガラス基板５が載置される。真空槽１の内部には図示していないガス導入管よりＡｒガスが導入され、また真空槽１の内部は図示していない真空ポンプによって排気されて所定のガス圧力に維持される。

カソード電極２は真空槽１の側壁１ａに絶縁体６を介して取付けられている。この実施形態では、大型の基板に対応するため、カソード電極２は、１つの銅製のパッキングプレート７に複数の分割されたターゲット８をメタルボンディングして構成され、カソード電極２の周側部にはアークシールド９が設けられている。またカソード電極２の背面側には複数の磁気回路１０が設けられている。カソード電極２にはＤＣ電源１１が接続されている。

装置の成膜動作においては、図示していないガス導入管を介して真空槽１内に所要のガスを導入し、真空ポンプにより真空槽内を所定のガス圧力に維持し、電力をＤＣ電源１１から供給して真空槽１内にプラズマを発生させることによって、ターゲット８はイオンによりスパッタされてガラス基板５上に被膜が形成される。

ＤＣ電源１１は、ＤＣ電力供給回路１２と、ＤＣ電力供給回路１２の出力端子に接続され、負荷であるプラズマの放電電圧の変動をモニタし、異常放電発生と見なす電圧変位を検知する異常放電検出回路１３と、異常放電検出回路１３で検知した異常放電をパルス信号に変換して出力するパルス信号出力回路１４とを備えている。異常放電検出回路１３は２μｓから１ｓの範囲に寿命がある異常放電の発生を検知するよう構成されている。

ＤＣ電源１１はスパッタ処理装置を制御する制御装置１５に接続され、この制御装置１５は図示したように、ＤＣ電源１１におけるパルス信号出力回路１４からのパルス信号を計数するカウンタ１６と、カウンタ１６からの出力信号を受け、スパッタ処理装置の動作を制御するプログラム可能な論理制御回路１７と、記録媒体１８と、モニタ表示装置１９とを備えている。

カウンタ１６は、５００ｋＨｚ以下のパルス信号（持続時間が２μｓ以上）を計数できる市販のカウンタから成り、このカウンタ１６で計数された異常放電発生に関連した計数値はプログラム可能な論理制御回路１７に入力される。プログラム可能な論理制御回路１７においては、予め設定されたプログラムにより、カウンタ１６からの異常放電発生に関連した計数値に基き、異常放電の単位時間あたりの発生回数或いは累積発生回数が予め設定された閾値未満である範囲にある時には、スパッタ処理を実施可能と判断してスパッタ処理装置によるスパッタ処理を続行させるように動作制御する。一方、スパッタ処理が実施可能であるかどうかの判断に用いられる異常放電の単位時間あたりの異常放電発生回数ならびに累積発生回数のデータは、プログラム可能な論理制御回路１７に接続された記録媒体１８に記録されると共に、プログラム可能な論理制御回路１７に接続されて制御装置１５の一部を成すモニタ表示装置１９に表示される。モニタ表示装置１９における表示の形態は、単位時間あたりの異常放電の発生回数、累積発生回数を逐次表示する、あるいは横軸を経過時間としたトレンドグラフ表示をするなどを選択的に表示できるようにしている。

図１に示す実施形態によるスパッタ処理装置を用いて、基板の搬入、Ａｌの成膜、基板の排出を連続して行い、不良基板を発生させない処理方法を検証した実施例について説明する。

条件として、スパッタ処理室すなわち真空槽１をいわゆる枚葉式スパッタ装置の１処理室とし、基板５として１．１ｍ×１．３ｍのガラスを使用し、ターゲットとしてＡｌを使用し、導入するガスにＡｒを用い、スパッタ圧力を０．５Ｐａとし、ＤＣ電源１１の投入電力を２００ｋＷとし、ガラス基板１枚あたりにＡｌを被膜する厚みを１０μｍと設定して、基板の処理を連続して実施した。

最初に処理を行う条件における、異常放電の発生と基板不良の相関を確認するために、スパッタ処理装置がリフレッシュされた状態を初期状態として、異常放電の検知の有無にかかわらずスパッタ処理を６日間継続し、その期間の基板不良発生履歴と異常放電発生履歴の照合を行った。あわせて、基板不良の判定に用いられる被膜におけるピンホールの発生密度を処理した全ての基板について測定した。ピンホールの大きさは５μｍ以上のものを計測対象とした。図２はその結果をグラフとして表すものである。

グラフＡで示すように処理開始後３日間は、単位時間あたりの異常放電発生回数がほぼ一定であり、異常放電モニタによる別の検証ではそのほとんどが寿命が短いいわゆるマイクロアークと呼ばれる微小な異常放電であり、本実施例においては寿命が２μｓから５０μｓであった。この間異常放電発生頻度はほぼ一定であった。３日経過後５０μｓを越える寿命の異常放電発生も認められ始め、異常放電発生頻度も上昇した。グラフＢで示すように５日経過時よりピンホールが被膜に認められるようになった。

処理開始後５日経過後は、単位時間あたりの異常放電発生回数の増加率は処理終了まで遂次上昇したが、ピンホールの発生密度はこの傾向に追随するように逐次上昇した。

異常放電発生頻度とピンホール発生密度の相関履歴関係を基に、不良基板の判定基準を異常放電発生頻度（累積回数）の閾値で判断する基準に置き換え、異常放電発生回数が予定の閾値に達した段階でプログラム可能な論理制御回路１７により、スパッタ連続処理を中断し、スパッタ処理室のメンテナンスあるいは待機する状態へ自動的に移行するプログラムを設定した。

次に、再度スパッタ処理室をリフレッシュして、上記と同一の条件にて基板の処理を連続実施し、平行して、処理済の基板についてピンホール評価を行い、不良基板の判定を行ったが、連続処理された最終基板まで不良基板の発生はなかった。

ところで、実施例では、Ａｌの成膜について例示してきたが、本発明では当然例示したＡｌ以外の成膜材料のスパッタ処理にも適用できる。また本発明は、他の基板サイズ、他のガスを用いるスパッタ処理にも適用できる。

本発明を大型基板に薄膜を形成するスパッタ処理装置について例示してきたが、エッチング装置にも適用することができる。

本発明の実施形態によるスパッタ処理装置を示す概略線図。 連続処理時における異常放電発生累積回数及びピンホール発生密度の履歴を示すグラフ。

符号の説明

１：真空槽
２：カソード電極２
３：アノードとして機能する基板ホルダー
４：ヒーター
５：ガラス基板
６：絶縁体
７：パッキングプレート
８：ターゲット
９：アークシールド
１０：磁気回路
１１：ＤＣ電源
１２：ＤＣ電力供給回路
１３：異常放電検出回路
１４：パルス信号出力回路
１５：制御装置
１６：カウンタ
１７：プログラム可能な論理制御回路
１８：記録媒体
１９：モニタ表示装置

Claims (11)

1. 真空槽内に、電極と前記電極に対向して基板を載置する基板ホルダーを設け、前記真空槽内にガスを導入し、前記電極に電源装置から電力を供給してプラズマを発生させ、前記真空槽内に連続して供給される前記基板上に連続して処理を行うプラズマ処理方法において、
   前記電源装置に設けた異常放電検出手段を用いて前記プラズマに伴う異常放電を検出し、
   検出した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を計数し、
   計数した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を予め設定した値と比較し、
   比較結果に基きプロセス条件を制御すること
   を特徴とするプラズマ処理方法。
2. 異常放電の検出が２μｓ以上の持続時間の異常放電に対して行われることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
3. プロセス条件の制御が電源装置から電極への投入電力を制御することを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
4. 前記異常放電の単位時間あたりの発生回数或いは累積発生回数が予め設定された値を超えるまで基板に対して連続してプラズマ処理を実施することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
5. 前記異常放電の単位時間あたりの発生回数或いは累積発生回数が予め設定された値を超えた時、真空槽内をクリーニングすることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
6. 前記異常放電の単位時間あたりの発生回数或いは累積発生回数が予め設定された値を超えた時、電極上のターゲットを研磨することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
7. 真空槽内に、電極と前記電極に対向して基板を載置する基板ホルダーを設け、前記真空槽内にガスを導入し、前記電極に電源装置から電力を供給してプラズマを発生させ、前記真空槽内に連続して供給される前記基板上に連続して処理を行うプラズマ処理装置において、
   前記電源装置に設けられ、前記プラズマに伴う異常放電を検出する異常放電検出手段と、
   前記電源装置に設けられ、前記異常放電検出手段で検出した異常放電をパルス信号に変換する出力手段と、
   出力手段からのパルス信号を計数して異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を算出するカウンタ手段と、
   前記カウンタ手段で計数した異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数を予め設定した値と比較し、その比較結果に基きプロセス条件を制御する制御装置と、
   を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 異常放電検出手段が、プラズマに伴う２μｓ以上の持続時間の異常放電を検出するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 制御装置がプログラム可能な論理制御手段から成っていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
10. 制御装置が電源装置に投入電力を制御する投入電力制御信号を供給するように構成されていることを特徴とする請求項７又は９に記載のプラズマ処理装置。
11. 制御装置が、異常放電の単位時間当たりの発生回数或いは累積発生回数に基いてプラズマ処理装置の動作制御装置において設定されるプロセス条件を最適化するように構成されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
    
    

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