JP4226385B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理方法にかかり、特に、複数の電極を用いて真空槽内にプラズマを形成するプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを利用した装置には、スパッタリング装置、アッシング装置、エッチング装置、表面改質装置等がある。
【０００３】
図３には、それらのプラズマ装置のうち、従来技術のスパッタリング装置１０１が示されている。このスパッタリング装置１０１は真空チャンバー１０８を有しており、該真空チャンバー１０８には、カソード電極１１１が設けられている。
【０００４】
このカソード１１１には、被スパッタリング物質で作られたターゲット１１５が取り付けられている。
【０００５】
真空チャンバー１０８の内部のターゲット１１５と対向する位置には、基板電極１１３が配置されている。ターゲット１１５と基板電極１１３の間の空間は、グリッド電極１１２によって取り囲まれている。
【０００６】
カソード電極１１１と、グリッド電極１１２と、基板電極１１３は、カソード電源１２１と、グリッド電源１２２と、バイアス電源１２３とにそれぞれ接続されている。
【０００７】
このようなスパッタリング装置１０１では、真空チャンバー１０８内は真空排気系１２７によって真空排気されており、所定圧力の真空雰囲気が形成されている。その状態で基板電極１１３上に基板１１６を配置し、ガス導入系１２８から真空チャンバー１０８内にスパッタリングガスを導入し、各電源１２１〜１２３を起動し、カソード電極１１１に負の直流高電圧を印加し、グリッド電源１１２に正の直流低電圧を印加し、基板電極１１３に高周波電圧を印加すると、ターゲット１１５の表面近傍にプラズマが形成され、ターゲット１１５がスパッタされる。
【０００８】
ターゲットから飛び出した正イオンのターゲット粒子は、グリッド電極１１２で集束され、基板１１６の表面に到達する。
【０００９】
上記のようなスパッタリング装置１０１では、ターゲット１１５の中に異物が混入していたり、ターゲット表面の一部に電界が集中する等の異常事態があると、局所的にアーク放電が発生してしまう場合がある。
【００１０】
一旦アーク放電が発生するとパーティクル発生の原因になるばかりでなく、アーク放電のエネルギーは大きいため、ターゲットを損傷する場合すらあった。
【００１１】
それを防止するため、各電源１２１〜１２３には、アーク遮断装置が設けられており、アーク発生を検出すると、出力を停止するように構成されている。
【００１２】
しかし、上記のように複数の電源１２１〜１２３が同時に動作しているため、いずれかの電源がアーク放電を検出して出力を遮断しても、他の電源はアーク放電を検出せず、出力が維持されるためアーク放電を消滅させることができない場合がある。
【００１３】
それとは逆に、起動時や、遮断からの復帰時等では、電源１２１〜１２３が相互に影響を与え合い、アーク放電が発生していないのに誤って出力が遮断される場合があり、問題となっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、誤動作を生じることなく確実にアーク放電を停止させることができる技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、互いに異なる電圧を印加できるように構成された第一、第二の電極と、前記第一、第二の電極にそれぞれ接続された第一、第二の電源とを有し、少なくとも前記第一の電源を動作させ、前記真空槽内にプラズマを形成し、前記第一、第二の電源から前記第一、第二の電極に第一、第二の電圧をそれぞれ出力し、前記プラズマを維持して前記真空槽内に配置された処理対象物を処理するプラズマ処理装置であって、前記第一の電圧として直流負電圧が出力され、前記第二の電圧として前記直流負電圧よりも接地電位に近い直流正電圧が出力され、前記第一の電源には、前記第一の電源の出力状態によって動作し、前記第一の電極に対する前記第一の電圧の印加を遮断する第一の遮断装置が接続され、前記第二の電源には、前記第二の電源の出力状態によって動作し、前記第二の電極に対する前記第二の電圧の印加を遮断する第二の遮断装置が接続され、前記第一、第二の遮断装置のうちの一方が動作する場合には、他方も動作するように構成されたプラズマ処理装置である。
請求項２記載の発明は、前記第一の電極はカソード電極であり、該カソード電極にはスパッタリングターゲットが配置され、前記第二の電極は、前記第一の電極と前記処理対象物との間の空間を取り囲むように配置されたグリッド電極である請求項１記載のプラズマ処理装置である。
請求項３記載の発明は、前記第一の電源の出力電圧の絶対値が所定値以下になると、前記第一の遮断装置が動作するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項４記載の発明は、前記第二の電源の出力電流の絶対値が所定値以上になると、前記第二の遮断装置が動作するように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項５記載の発明は、前記真空槽内には、前記第一、第二の電極とは異なる電圧を印加できるように構成された第三の電極が配置され、前記第三の電極には第三の電源が接続され、前記プラズマを維持する際には前記第三の電源から前記第三の電極に第三の電圧が出力されるプラズマ処理装置であって、前記第三の電源には、前記第三の電源の出力状態によって動作し、前記第三の電極に対する前記第三の電圧の印加を遮断する第三の遮断装置が接続され、前記第一の遮断装置が動作すると前記第三の遮断装置も動作するように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項６記載の発明は、前記第三の電極は基板電極であり、前記処理対象物が前記第三の電極上に配置される請求項５記載のプラズマ処理装置である。
請求項７記載の発明は、前記第三の電圧として交流電圧が出力される請求項６記載のプラズマ処理装置である。
【００１６】
本発明は上記のように構成されており、真空槽に二個以上の電極が配置されており、少なくとも一個の電極に印加された電圧によってプラズマが発生され、発生されたプラズマは、二個以上の電極に異なる電圧が印加されて維持されている。
【００１７】
各電極に接続された電源のうち、いずれか一個の電源の状態からアーク放電の発生が検出されると、その電極に接続された遮断装置が動作する他、他の電極に接続された遮断装置も動作し、各電極への電圧印加は停止される。
【００１８】
従って、アーク放電を維持する電力は供給されなくなるため、アーク放電は確実に消滅する。
【００１９】
また、本発明のプラズマ装置では、プラズマ形成に用いられる電極には高電圧が印加され、他の電極には、それよりも低電圧が印加される。低電圧が印加される電極は、高電圧が印加される電極の電圧変動の影響を受けやすく、アーク放電が発生しなくても接地電位となる場合があるので、低電圧が印加される電極については、出力電流の変化からアーク放電の発生を検出するようにするとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が用いられるプラズマ装置の一例であり、真空チャンバー８を有している。
【００２１】
真空チャンバー８内には、第一の電極(カソード電極)１１と、第二の電極(グリッド電極)１２と、第三の電極(基板電極)１３とが配置されている。第一の電極１１には、被スパッタリング物質で作られたターゲット１５が取り付けられている。
【００２２】
第三の電極１３は、真空チャンバー８の内部のターゲット１５と対向する位置に配置されている。第二の電極１２は概円筒形形状であり、ターゲット１５と第三の電極１３の間の空間を取り囲むように配置されている。
【００２３】
真空チャンバー８の外部には、第一の電源(カソード電源)２１と、第二の電源(グリッド電源)２２と、第三の電源(バイアス電源２３)と、第一〜第三の遮断装置３１〜３３とが配置されている。
【００２４】
第一〜第三の電源２１〜２３の出力端子は、第一〜第三の遮断装置３１〜３３を介して第一〜第三の電極１１〜１３に、それぞれ接続されている。真空チャンバ８は接地電位に直結されている。
真空チャンバ８には真空排気系２７とガス導入系２８が接続されている。
【００２５】
このプラズマ処理装置１を用い、処理対象物表面への薄膜形成プロセスを説明する。先ず、予め真空排気系２７を動作させておき、真空チャンバー８の内部を所定圧力まで真空排気し、真空チャンバー８の内部に真空雰囲気を形成しておく。
【００２６】
そして、真空雰囲気を維持しながら、基板等の処理対象物を真空チャンバー８内に搬入し、第三の電極１３上に配置する。図１の符号１６は、第三の電極１３上に載置された処理対象物を示している。
【００２７】
次いで、ガス導入系２８から真空チャンバー８内に処理ガス(ここではスパッタリングガス)を導入し、第一の電源２１を起動し、第一の電極１１に負の直流高電圧である起動電圧を印加すると、ターゲット１５表面近傍にプラズマが形成される。
【００２８】
プラズマの形成後、第一の電源２１の出力電圧を第一の電圧に設定すると共に、第二、第三の電源２１、２３を起動し、第二、第三の電極１２、１３に、それぞれ第二、第三の電圧を印加し、プラズマを安定に維持する。
【００２９】
第一の電源１１が出力する第一の電圧は、−５００〜４００Ｖ程度の負の直流高電圧であり、第二の電源１２が出力する第二の電圧は、＋１００Ｖ程度の正の直流定電圧である。また、第三の電源１３が出力する第三の電圧は、１３．５６ＭＨｚの交流電圧であり、その自己直流バイアス成分ＶDCは数十Ｖ程度の大きさである。
【００３０】
プラズマを形成する際、第一〜第三の電源２１〜２３を起動し、各電源２１〜２３からそれぞれ第一〜第三の電圧を出力し、第一〜第三の電極１１〜１３に印加してもよい。
【００３１】
プラズマが安定に維持されていると、そのプラズマによってターゲット１５がスパッタリングされ、ターゲットからターゲット粒子が飛び出す。
【００３２】
そのターゲット粒子は、正イオンであり、第二の電圧が印加された第二の電極２２で集束され、基板１６の表面に到達すると薄膜が成長する。このとき、第三の電極２３に印加される第三の電圧により、処理対象物１６の凹凸のある表面には連続した緻密な膜が形成される。
【００３３】
薄膜の成長中に安定なプラズマが維持されている場合、そのプラズマのインピーダンスは一定値であり、第一〜第三の電極１１〜１３間は、その一定値のインピーダンスによって相互に電気的に接続されている。
【００３４】
それに対し、アーク放電が生じ、アーク電流が流れると、プラズマのインピーダンスはほぼゼロとなり、第一〜第三の電極１１〜１３のうち、少なくとも一個の電極の電位は、接地電位と略等しい電位になる。
【００３５】
第一の電源２１の内部では、第一の電源２１の出力端子の電圧を検出しており、アーク放電の発生により、第一の電極１１の電位が略接地電位になったものとすると、第一の電極１１の電位が低下し、その結果、第一の電源２１の出力端子の電圧が所定値を超えて接地電位に近づく。
【００３６】
第一の電源２１の内部では、出力端子の電圧低下を検出し、第一の遮断装置３１の他、他の電源２２、２３に接続された他の遮断装置(第二、第三の遮断装置３２、３３)にも遮断信号を出力する。
【００３７】
第一〜第三の遮断装置３１〜３３は、スイッチＳＷ1〜ＳＷ3をそれぞれ有しており、各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3は遮断信号が入力されると閉成されるように構成されている。
【００３８】
各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3の一端は第一〜第三の電極１１〜１３と第一〜第三の電源２１〜２３とが接続された部分にそれぞれ接続されており、他端は、接地電位に接続されている。
【００３９】
従って、各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3に遮断信号が入力されると第一〜第三の電源２１〜２３の出力端子と、その出力端子にそれぞれ接続された第一〜第三の電極１１〜１３とは接地電位に接続される。
【００４０】
その結果、アーク電流を供給可能な全ての電極２１〜２３の出力端子の電位が接地電位となるため、アーク放電は確実に消滅する。
【００４１】
このように、本発明のプラズマ装置１では、第一の電源１１がアーク放電を検出するだけで、自分自身を含む各電源１１〜１３が出力する第一〜第三の電圧が、第一〜第三の電極１１〜１３に印加されなくなるため、アーク放電は確実に消滅する。
【００４２】
そして、遮断信号の出力から一定時間が経過すると、各電源１１〜１３は遮断信号の出力を終了し、その結果、各スイッチ素子ＳＷ1〜ＳＷ3は開成(open)状態になり、第一〜第三の電源２１〜２３から第一〜第三の電極１１〜１３に電圧が印加され、プラズマは再生成される。
【００４３】
上記例では、第一の電源２１がアーク放電の発生を検出したが、検出ミスや、検出遅れが発生する場合がある。
【００４４】
本発明では、第二の電源２２がアーク放電の発生を検出した場合にも、第二の電源２２から各遮断装置３１〜３３に遮断信号が出力され、各スイッチ素子ＳＷ1〜ＳＷ3が閉成(close)され、第一〜第三の電極１１〜１３に第一〜第三の電圧が印加されないようになり、アーク放電が確実に消滅するようになっている。
【００４５】
また、上記例では、第一の電源２１が電圧変化によってアーク放電の発生を検出したが、他の電源２２、２３もが電圧変化によってアーク放電の発生を検出するように設定すると、検出ミスや復帰ミスが生じる場合がある。
【００４６】
例えば、上記プラズマ処理装置１では、第一の電極１１には高電圧、第二の電極１２には低電圧が印加されており、第二の電極１２の電位は第一の電極１１の電位よりも接地電位に近くなっている。
【００４７】
第一の電極１１と第二の電極１２の間は、形成されたプラズマのインピーダンスによって電気的に結合されているため、アーク放電が生じなくても、第一の電極１１の電位が変化する。この場合、その変化の割合が小さくても、第二の電極１２の電位が、一瞬、所定の電圧を超えて接地電位に近づく場合がある。第二の電源２２の出力電圧が所定の電圧になったことを条件に遮断信号を出力するように構成されていると、アーク放電が生じていないのに各遮断装置３１〜３３に遮断信号が入力され、不都合である。
【００４８】
また、各遮断装置３１〜３３を復帰させ、プラズマを再生成する場合に、第一の電極１１が接地電位から負の高電圧に上昇すると、第二の電極２２の電位が一旦接地電圧に近づく。このとき、第二の電極１２の電位は所定の電圧を横切る場合があり、第二の電源２２が電圧変化によって遮断信号を出力する場合、再起動時に第二の電源２２から遮断信号が出力されてしまうことになる。
【００４９】
このように、特に、低電圧出力の電源が、電圧変動を検出して遮断信号を出力するように構成されていると、誤動作によって各遮断装置３１〜３３が動作し、不都合である。
【００５０】
本発明では、第一の電源２１よりも接地電位に近い電圧を出力する第二の電源２２は、出力電圧の変動ではなく、出力電流の変動によってアーク放電の発生を検出するように構成されている。図１の符号２９は、第二の電源２２の出力電流を検出する電流センサである。
【００５１】
即ち、第二の電源２２では、その出力電流の大きさは電流センサ２９によって検出されており、出力電流の大きさが所定の基準値を超えるとアーク放電が発生したとしている。従って、出力電流が基準値よりも小さければ、第二の電源２２の出力端子の電圧が接地電位を横切っても、アーク放電の発生と判断せず、第二の電源２２から遮断信号が出力されないようになっている。
【００５２】
他方、第一の電極１１の電圧変動が小さく、第一の電源２１がアーク放電を検出しない場合であっても、第二の電源２２が、その出力電流の大きからアーク放電の発生を検出した場合には、第二の電源２２から遮断信号が出力され、その結果、第一〜第三の遮断装置３１〜３３が動作し、各電極１１〜１３を接地電位に接続する。その結果、発生したアーク放電は確実に消滅する。
【００５３】
なお、第三の電源２３も電流センサを有しており、第三の電源２３の出力電流が所定値を超えると第一〜第三の遮断装置３１〜３３に遮断信号を出力するように構成されている。
【００５４】
以上は、各遮断装置３１〜３３に内蔵されたスイッチＳＷ1〜ＳＷ3が第一〜第三の電極１１〜１３を接地電位に接続することでアーク放電を消滅させたが、遮断装置に内蔵されたスイッチＳＷ1〜ＳＷ3を第一〜第三の電極１１〜１３の間と、第一〜第三の電源２１〜２３の間に挿入し、各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3が開成されたときに、第一〜第三の電極１１〜１３が第一〜第三の電源２１〜２３からそれぞれ切り離され、各電極２１〜２３に第一〜第三の電圧が印加されないようにすることができる。
【００５５】
図２の符号２は、そのような遮断装置４１〜４３を有するプラズマ装置の一例であり、遮断装置４１〜４３のほかの構成は図１に示したプラズマ装置１と同じである。
【００５６】
なお、上記プラズマ処理装置１、２では、グリッド電極となる第二の電極１２は円筒形であったが、角筒でもよい。また、第二の電極１２は、第一の電極１１と第三の電極１３の間の空間を取り囲んでいればよく、縦方向又は横要項に分割され、複数の電極で構成されていてもよい。
【００５７】
また、本発明のプラズマ装置は、グリッド電極を有さない場合も含まれる。その場合、プラズマ生成用であって、負の高電圧が印加される電極が第一の電極となり、基板に交流や直流のバイアスを印加する電極が第二の電極になる。
【００５８】
また、上記実施例は、本発明のプラズマ処理方法をスパッタリング成膜に適用した場合を説明したが、プラズマを用いて処理対象物を処理する方法に広く用いることができる。例えば、スパッタリング方法の他、プラズマを用いたアッシング方法、エッチング方法、表面改質方法等に適用することができる。
【００５９】
また、電極は三個に限定されるものではなく、二個の場合や四個以上の場合も含まれる。
【００６０】
上記は、第１、第２の電極１１、１２に直流電圧を印加し、第三の電極１３に交流電圧を印加したが、第１、第２の電極には交流電圧を印加する場合も含まれる。また、第三の電極１３に直流電圧を印加する場合も含まれる。また、交流電圧には、直流バイアスされた交流電圧も含まれる。
【００６１】
交流電圧を出力する電源では、出力電流の変化によってアーク放電を検出する場合の他、その電源の負荷のインピーダンスが所定値よりも小さくなったことでアーク放電を検出することができる。
【００６２】
【発明の効果】
一の電源がアーク放電を検出した場合でも、全部の電極の電圧印加が停止されるので、アーク放電を確実に消滅させることができる。
【００６３】
電圧変化によるアーク放電の検出と、電流変化によるアーク放電の検出とを併用すると、電源の起動や再起動に失敗することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いることができるプラズマ装置の第一例
【図２】本発明を用いることができるプラズマ装置の第二例
【図３】従来技術のスパッタリング装置
【符号の説明】
１、２……プラズマ処理装置
８……真空槽
１１……第一の電極
１２……第二の電極
１３……第三の電極
１５……ターゲット
１６……処理対象物
２１……第一の電源
２２……第二の電源
２３……第三の電源
３１……第一の遮断装置
３２……第二の遮断装置
３３……第三の遮断装置
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理方法にかかり、特に、複数の電極を用いて真空槽内にプラズマを形成するプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマを利用した装置には、スパッタリング装置、アッシング装置、エッチング装置、表面改質装置等がある。
【０００３】
図３には、それらのプラズマ装置のうち、従来技術のスパッタリング装置１０１が示されている。このスパッタリング装置１０１は真空チャンバー１０８を有しており、該真空チャンバー１０８には、カソード電極１１１が設けられている。
【０００４】
このカソード１１１には、被スパッタリング物質で作られたターゲット１１５が取り付けられている。
【０００５】
真空チャンバー１０８の内部のターゲット１１５と対向する位置には、基板電極１１３が配置されている。ターゲット１１５と基板電極１１３の間の空間は、グリッド電極１１２によって取り囲まれている。
【０００６】
カソード電極１１１と、グリッド電極１１２と、基板電極１１３は、カソード電源１２１と、グリッド電源１２２と、バイアス電源１２３とにそれぞれ接続されている。
【０００７】
このようなスパッタリング装置１０１では、真空チャンバー１０８内は真空排気系１２７によって真空排気されており、所定圧力の真空雰囲気が形成されている。その状態で基板電極１１３上に基板１１６を配置し、ガス導入系１２８から真空チャンバー１０８内にスパッタリングガスを導入し、各電源１２１〜１２３を起動し、カソード電極１１１に負の直流高電圧を印加し、グリッド電源１１２に正の直流低電圧を印加し、基板電極１１３に高周波電圧を印加すると、ターゲット１１５の表面近傍にプラズマが形成され、ターゲット１１５がスパッタされる。
【０００８】
ターゲットから飛び出した正イオンのターゲット粒子は、グリッド電極１１２で集束され、基板１１６の表面に到達する。
【０００９】
上記のようなスパッタリング装置１０１では、ターゲット１１５の中に異物が混入していたり、ターゲット表面の一部に電界が集中する等の異常事態があると、局所的にアーク放電が発生してしまう場合がある。
【００１０】
一旦アーク放電が発生するとパーティクル発生の原因になるばかりでなく、アーク放電のエネルギーは大きいため、ターゲットを損傷する場合すらあった。
【００１１】
それを防止するため、各電源１２１〜１２３には、アーク遮断装置が設けられており、アーク発生を検出すると、出力を停止するように構成されている。
【００１２】
しかし、上記のように複数の電源１２１〜１２３が同時に動作しているため、いずれかの電源がアーク放電を検出して出力を遮断しても、他の電源はアーク放電を検出せず、出力が維持されるためアーク放電を消滅させることができない場合がある。
【００１３】
それとは逆に、起動時や、遮断からの復帰時等では、電源１２１〜１２３が相互に影響を与え合い、アーク放電が発生していないのに誤って出力が遮断される場合があり、問題となっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、誤動作を生じることなく確実にアーク放電を停止させることができる技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、互いに異なる電圧を印加できるように構成された第一、第二の電極と、前記第一、第二の電極にそれぞれ接続された第一、第二の電源とを有し、少なくとも前記第一の電源を動作させ、前記真空槽内にプラズマを形成し、前記第一、第二の電源から前記第一、第二の電極に第一、第二の電圧をそれぞれ出力し、前記プラズマを維持して前記真空槽内に配置された処理対象物を処理するプラズマ処理装置であって、前記第一の電圧として直流負電圧が出力され、前記第二の電圧として前記直流負電圧よりも接地電位に近い直流正電圧が出力され、前記第一の電源には、前記第一の電源の出力状態によって動作し、前記第一の電極に対する前記第一の電圧の印加を遮断する第一の遮断装置が接続され、前記第二の電源には、前記第二の電源の出力状態によって動作し、前記第二の電極に対する前記第二の電圧の印加を遮断する第二の遮断装置が接続され、前記第一、第二の遮断装置のうちの一方が動作する場合には、他方も動作するように構成されたプラズマ処理装置である。
請求項２記載の発明は、前記第一の電極はカソード電極であり、該カソード電極にはスパッタリングターゲットが配置され、前記第二の電極は、前記第一の電極と前記処理対象物との間の空間を取り囲むように配置されたグリッド電極である請求項１記載のプラズマ処理装置である。
請求項３記載の発明は、前記第一の電源の出力電圧の絶対値が所定値以下になると、前記第一の遮断装置が動作するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項４記載の発明は、前記第二の電源の出力電流の絶対値が所定値以上になると、前記第二の遮断装置が動作するように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項５記載の発明は、前記真空槽内には、前記第一、第二の電極とは異なる電圧を印加できるように構成された第三の電極が配置され、前記第三の電極には第三の電源が接続され、前記プラズマを維持する際には前記第三の電源から前記第三の電極に第三の電圧が出力されるプラズマ処理装置であって、前記第三の電源には、前記第三の電源の出力状態によって動作し、前記第三の電極に対する前記第三の電圧の印加を遮断する第三の遮断装置が接続され、前記第一の遮断装置が動作すると前記第三の遮断装置も動作するように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のプラズマ処理装置である。
請求項６記載の発明は、前記第三の電極は基板電極であり、前記処理対象物が前記第三の電極上に配置される請求項５記載のプラズマ処理装置である。
請求項７記載の発明は、前記第三の電圧として交流電圧が出力される請求項６記載のプラズマ処理装置である。
【００１６】
本発明は上記のように構成されており、真空槽に二個以上の電極が配置されており、少なくとも一個の電極に印加された電圧によってプラズマが発生され、発生されたプラズマは、二個以上の電極に異なる電圧が印加されて維持されている。
【００１７】
各電極に接続された電源のうち、いずれか一個の電源の状態からアーク放電の発生が検出されると、その電極に接続された遮断装置が動作する他、他の電極に接続された遮断装置も動作し、各電極への電圧印加は停止される。
【００１８】
従って、アーク放電を維持する電力は供給されなくなるため、アーク放電は確実に消滅する。
【００１９】
また、本発明のプラズマ装置では、プラズマ形成に用いられる電極には高電圧が印加され、他の電極には、それよりも低電圧が印加される。低電圧が印加される電極は、高電圧が印加される電極の電圧変動の影響を受けやすく、アーク放電が発生しなくても接地電位となる場合があるので、低電圧が印加される電極については、出力電流の変化からアーク放電の発生を検出するようにするとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明が用いられるプラズマ装置の一例であり、真空チャンバー８を有している。
【００２１】
真空チャンバー８内には、第一の電極(カソード電極)１１と、第二の電極(グリッド電極)１２と、第三の電極(基板電極)１３とが配置されている。第一の電極１１には、被スパッタリング物質で作られたターゲット１５が取り付けられている。
【００２２】
第三の電極１３は、真空チャンバー８の内部のターゲット１５と対向する位置に配置されている。第二の電極１２は概円筒形形状であり、ターゲット１５と第三の電極１３の間の空間を取り囲むように配置されている。
【００２３】
真空チャンバー８の外部には、第一の電源(カソード電源)２１と、第二の電源(グリッド電源)２２と、第三の電源(バイアス電源２３)と、第一〜第三の遮断装置３１〜３３とが配置されている。
【００２４】
第一〜第三の電源２１〜２３の出力端子は、第一〜第三の遮断装置３１〜３３を介して第一〜第三の電極１１〜１３に、それぞれ接続されている。真空チャンバ８は接地電位に直結されている。
真空チャンバ８には真空排気系２７とガス導入系２８が接続されている。
【００２５】
このプラズマ処理装置１を用い、処理対象物表面への薄膜形成プロセスを説明する。先ず、予め真空排気系２７を動作させておき、真空チャンバー８の内部を所定圧力まで真空排気し、真空チャンバー８の内部に真空雰囲気を形成しておく。
【００２６】
そして、真空雰囲気を維持しながら、基板等の処理対象物を真空チャンバー８内に搬入し、第三の電極１３上に配置する。図１の符号１６は、第三の電極１３上に載置された処理対象物を示している。
【００２７】
次いで、ガス導入系２８から真空チャンバー８内に処理ガス(ここではスパッタリングガス)を導入し、第一の電源２１を起動し、第一の電極１１に負の直流高電圧である起動電圧を印加すると、ターゲット１５表面近傍にプラズマが形成される。
【００２８】
プラズマの形成後、第一の電源２１の出力電圧を第一の電圧に設定すると共に、第二、第三の電源２１、２３を起動し、第二、第三の電極１２、１３に、それぞれ第二、第三の電圧を印加し、プラズマを安定に維持する。
【００２９】
第一の電源１１が出力する第一の電圧は、−５００〜４００Ｖ程度の負の直流高電圧であり、第二の電源１２が出力する第二の電圧は、＋１００Ｖ程度の正の直流定電圧である。また、第三の電源１３が出力する第三の電圧は、１３．５６ＭＨｚの交流電圧であり、その自己直流バイアス成分ＶDCは数十Ｖ程度の大きさである。
【００３０】
プラズマを形成する際、第一〜第三の電源２１〜２３を起動し、各電源２１〜２３からそれぞれ第一〜第三の電圧を出力し、第一〜第三の電極１１〜１３に印加してもよい。
【００３１】
プラズマが安定に維持されていると、そのプラズマによってターゲット１５がスパッタリングされ、ターゲットからターゲット粒子が飛び出す。
【００３２】
そのターゲット粒子は、正イオンであり、第二の電圧が印加された第二の電極２２で集束され、基板１６の表面に到達すると薄膜が成長する。このとき、第三の電極２３に印加される第三の電圧により、処理対象物１６の凹凸のある表面には連続した緻密な膜が形成される。
【００３３】
薄膜の成長中に安定なプラズマが維持されている場合、そのプラズマのインピーダンスは一定値であり、第一〜第三の電極１１〜１３間は、その一定値のインピーダンスによって相互に電気的に接続されている。
【００３４】
それに対し、アーク放電が生じ、アーク電流が流れると、プラズマのインピーダンスはほぼゼロとなり、第一〜第三の電極１１〜１３のうち、少なくとも一個の電極の電位は、接地電位と略等しい電位になる。
【００３５】
第一の電源２１の内部では、第一の電源２１の出力端子の電圧を検出しており、アーク放電の発生により、第一の電極１１の電位が略接地電位になったものとすると、第一の電極１１の電位が低下し、その結果、第一の電源２１の出力端子の電圧が所定値を超えて接地電位に近づく。
【００３６】
第一の電源２１の内部では、出力端子の電圧低下を検出し、第一の遮断装置３１の他、他の電源２２、２３に接続された他の遮断装置(第二、第三の遮断装置３２、３３)にも遮断信号を出力する。
【００３７】
第一〜第三の遮断装置３１〜３３は、スイッチＳＷ1〜ＳＷ3をそれぞれ有しており、各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3は遮断信号が入力されると閉成されるように構成されている。
【００３８】
各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3の一端は第一〜第三の電極１１〜１３と第一〜第三の電源２１〜２３とが接続された部分にそれぞれ接続されており、他端は、接地電位に接続されている。
【００３９】
従って、各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3に遮断信号が入力されると第一〜第三の電源２１〜２３の出力端子と、その出力端子にそれぞれ接続された第一〜第三の電極１１〜１３とは接地電位に接続される。
【００４０】
その結果、アーク電流を供給可能な全ての電極２１〜２３の出力端子の電位が接地電位となるため、アーク放電は確実に消滅する。
【００４１】
このように、本発明のプラズマ装置１では、第一の電源１１がアーク放電を検出するだけで、自分自身を含む各電源１１〜１３が出力する第一〜第三の電圧が、第一〜第三の電極１１〜１３に印加されなくなるため、アーク放電は確実に消滅する。
【００４２】
そして、遮断信号の出力から一定時間が経過すると、各電源１１〜１３は遮断信号の出力を終了し、その結果、各スイッチ素子ＳＷ1〜ＳＷ3は開成(open)状態になり、第一〜第三の電源２１〜２３から第一〜第三の電極１１〜１３に電圧が印加され、プラズマは再生成される。
【００４３】
上記例では、第一の電源２１がアーク放電の発生を検出したが、検出ミスや、検出遅れが発生する場合がある。
【００４４】
本発明では、第二の電源２２がアーク放電の発生を検出した場合にも、第二の電源２２から各遮断装置３１〜３３に遮断信号が出力され、各スイッチ素子ＳＷ1〜ＳＷ3が閉成(close)され、第一〜第三の電極１１〜１３に第一〜第三の電圧が印加されないようになり、アーク放電が確実に消滅するようになっている。
【００４５】
また、上記例では、第一の電源２１が電圧変化によってアーク放電の発生を検出したが、他の電源２２、２３もが電圧変化によってアーク放電の発生を検出するように設定すると、検出ミスや復帰ミスが生じる場合がある。
【００４６】
例えば、上記プラズマ処理装置１では、第一の電極１１には高電圧、第二の電極１２には低電圧が印加されており、第二の電極１２の電位は第一の電極１１の電位よりも接地電位に近くなっている。
【００４７】
第一の電極１１と第二の電極１２の間は、形成されたプラズマのインピーダンスによって電気的に結合されているため、アーク放電が生じなくても、第一の電極１１の電位が変化する。この場合、その変化の割合が小さくても、第二の電極１２の電位が、一瞬、所定の電圧を超えて接地電位に近づく場合がある。第二の電源２２の出力電圧が所定の電圧になったことを条件に遮断信号を出力するように構成されていると、アーク放電が生じていないのに各遮断装置３１〜３３に遮断信号が入力され、不都合である。
【００４８】
また、各遮断装置３１〜３３を復帰させ、プラズマを再生成する場合に、第一の電極１１が接地電位から負の高電圧に上昇すると、第二の電極２２の電位が一旦接地電圧に近づく。このとき、第二の電極１２の電位は所定の電圧を横切る場合があり、第二の電源２２が電圧変化によって遮断信号を出力する場合、再起動時に第二の電源２２から遮断信号が出力されてしまうことになる。
【００４９】
このように、特に、低電圧出力の電源が、電圧変動を検出して遮断信号を出力するように構成されていると、誤動作によって各遮断装置３１〜３３が動作し、不都合である。
【００５０】
本発明では、第一の電源２１よりも接地電位に近い電圧を出力する第二の電源２２は、出力電圧の変動ではなく、出力電流の変動によってアーク放電の発生を検出するように構成されている。図１の符号２９は、第二の電源２２の出力電流を検出する電流センサである。
【００５１】
即ち、第二の電源２２では、その出力電流の大きさは電流センサ２９によって検出されており、出力電流の大きさが所定の基準値を超えるとアーク放電が発生したとしている。従って、出力電流が基準値よりも小さければ、第二の電源２２の出力端子の電圧が接地電位を横切っても、アーク放電の発生と判断せず、第二の電源２２から遮断信号が出力されないようになっている。
【００５２】
他方、第一の電極１１の電圧変動が小さく、第一の電源２１がアーク放電を検出しない場合であっても、第二の電源２２が、その出力電流の大きからアーク放電の発生を検出した場合には、第二の電源２２から遮断信号が出力され、その結果、第一〜第三の遮断装置３１〜３３が動作し、各電極１１〜１３を接地電位に接続する。その結果、発生したアーク放電は確実に消滅する。
【００５３】
なお、第三の電源２３も電流センサを有しており、第三の電源２３の出力電流が所定値を超えると第一〜第三の遮断装置３１〜３３に遮断信号を出力するように構成されている。
【００５４】
以上は、各遮断装置３１〜３３に内蔵されたスイッチＳＷ1〜ＳＷ3が第一〜第三の電極１１〜１３を接地電位に接続することでアーク放電を消滅させたが、遮断装置に内蔵されたスイッチＳＷ1〜ＳＷ3を第一〜第三の電極１１〜１３の間と、第一〜第三の電源２１〜２３の間に挿入し、各スイッチＳＷ1〜ＳＷ3が開成されたときに、第一〜第三の電極１１〜１３が第一〜第三の電源２１〜２３からそれぞれ切り離され、各電極２１〜２３に第一〜第三の電圧が印加されないようにすることができる。
【００５５】
図２の符号２は、そのような遮断装置４１〜４３を有するプラズマ装置の一例であり、遮断装置４１〜４３のほかの構成は図１に示したプラズマ装置１と同じである。
【００５６】
なお、上記プラズマ処理装置１、２では、グリッド電極となる第二の電極１２は円筒形であったが、角筒でもよい。また、第二の電極１２は、第一の電極１１と第三の電極１３の間の空間を取り囲んでいればよく、縦方向又は横要項に分割され、複数の電極で構成されていてもよい。
【００５７】
また、本発明のプラズマ装置は、グリッド電極を有さない場合も含まれる。その場合、プラズマ生成用であって、負の高電圧が印加される電極が第一の電極となり、基板に交流や直流のバイアスを印加する電極が第二の電極になる。
【００５８】
また、上記実施例は、本発明のプラズマ処理方法をスパッタリング成膜に適用した場合を説明したが、プラズマを用いて処理対象物を処理する方法に広く用いることができる。例えば、スパッタリング方法の他、プラズマを用いたアッシング方法、エッチング方法、表面改質方法等に適用することができる。
【００５９】
また、電極は三個に限定されるものではなく、二個の場合や四個以上の場合も含まれる。
【００６０】
上記は、第１、第２の電極１１、１２に直流電圧を印加し、第三の電極１３に交流電圧を印加したが、第１、第２の電極には交流電圧を印加する場合も含まれる。また、第三の電極１３に直流電圧を印加する場合も含まれる。また、交流電圧には、直流バイアスされた交流電圧も含まれる。
【００６１】
交流電圧を出力する電源では、出力電流の変化によってアーク放電を検出する場合の他、その電源の負荷のインピーダンスが所定値よりも小さくなったことでアーク放電を検出することができる。
【００６２】
【発明の効果】
一の電源がアーク放電を検出した場合でも、全部の電極の電圧印加が停止されるので、アーク放電を確実に消滅させることができる。
【００６３】
電圧変化によるアーク放電の検出と、電流変化によるアーク放電の検出とを併用すると、電源の起動や再起動に失敗することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いることができるプラズマ装置の第一例
【図２】本発明を用いることができるプラズマ装置の第二例
【図３】従来技術のスパッタリング装置
【符号の説明】
１、２……プラズマ処理装置
８……真空槽
１１……第一の電極
１２……第二の電極
１３……第三の電極
１５……ターゲット
１６……処理対象物
２１……第一の電源
２２……第二の電源
２３……第三の電源
３１……第一の遮断装置
３２……第二の遮断装置
３３……第三の遮断装置
Claims (7)
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置され、互いに異なる電圧を印加できるように構成された第一、第二の電極と、
前記第一、第二の電極にそれぞれ接続された第一、第二の電源とを有し、
少なくとも前記第一の電源を動作させ、前記真空槽内にプラズマを形成し、
前記第一、第二の電源から前記第一、第二の電極に第一、第二の電圧をそれぞれ出力し、前記プラズマを維持して前記真空槽内に配置された処理対象物を処理するプラズマ処理装置であって、
前記第一の電圧として直流負電圧が出力され、前記第二の電圧として前記直流負電圧よりも接地電位に近い直流正電圧が出力され、
前記第一の電源には、前記第一の電源の出力状態によって動作し、前記第一の電極に対する前記第一の電圧の印加を遮断する第一の遮断装置が接続され、
前記第二の電源には、前記第二の電源の出力状態によって動作し、前記第二の電極に対する前記第二の電圧の印加を遮断する第二の遮断装置が接続され、
前記第一、第二の遮断装置のうちの一方が動作する場合には、他方も動作するように構成されたプラズマ処理装置。 - 前記第一の電極はカソード電極であり、該カソード電極にはスパッタリングターゲットが配置され、
前記第二の電極は、前記第一の電極と前記処理対象物との間の空間を取り囲むように配置されたグリッド電極である請求項１記載のプラズマ処理装置。 - 前記第一の電源の出力電圧の絶対値が所定値以下になると、前記第一の遮断装置が動作するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
- 前記第二の電源の出力電流の絶対値が所定値以上になると、前記第二の遮断装置が動作するように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
- 前記真空槽内には、前記第一、第二の電極とは異なる電圧を印加できるように構成された第三の電極が配置され、
前記第三の電極には第三の電源が接続され、
前記プラズマを維持する際には前記第三の電源から前記第三の電極に第三の電圧が出力されるプラズマ処理装置であって、
前記第三の電源には、前記第三の電源の出力状態によって動作し、前記第三の電極に対する前記第三の電圧の印加を遮断する第三の遮断装置が接続され、
前記第一の遮断装置が動作すると前記第三の遮断装置も動作するように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。 - 前記第三の電極は基板電極であり、前記処理対象物が前記第三の電極上に配置される請求項５記載のプラズマ処理装置。
- 前記第三の電圧として交流電圧が出力される請求項６記載のプラズマ処理装置。
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