JP4711543B2

JP4711543B2 - 放電を利用した処理装置における放電検出の方法と装置

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Publication number: JP4711543B2
Application number: JP2001152894A
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Inventors: 徹小山内; 洋三木; 昇平田; 健二岡谷
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Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2011-06-29
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電を利用した処理装置における放電検出の方法と装置に関し、特に、グロー放電を利用して成膜処理や加工処理を行う装置で当該グロー放電現象の発生の検出について低電圧放電時でも高周波電源側のマッチング条件の適正を確実に検出することが可能な方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶ディスプレイ等の表示器、ハードディスクなどの製造工程では、放電現象、特にグロー放電により発生するプラズマを利用して様々な処理および加工を行う真空装置が用いられている。このような装置としては、例えばスパッタリング装置、プラズマＣＶＤ装置、反応性イオンエッチング装置がある。このように、真空室の中で成膜処理等を行う装置では、生産性を上げるため、あるいは高品質の膜を堆積させるため、搬送路に沿って配置された複数の真空チャンバに基板を順次に搬送して成膜処理を行ういわゆる連続処理や連続加工の可能な自動化された装置が使用されている。従って、これらのプラズマを利用して処理あるいは加工を行う真空装置においては、設定条件による放電によってプラズマが発生し、そのプラズマが安定して持続していることを検出できることが必要である。
【０００３】
上記の装置で利用されているプラズマは、真空排気されて減圧状態にあるチャンバ内に不活性ガスや反応性ガスあるいはその混合ガスを導入し、チャンバ内に設けた電極間に直流電圧や高周波電圧あるいはマイクロ波などを印加し、これにより加速される電子とガス分子の衝突電離現象を利用して生成される。プラズマ中ではイオン、電子、励起状態の原子または分子、分子の解離により生じた中性活性種などが存在し、励起された原子や分子が基底状態に戻る過程で発光し、いわゆる原子固有のプラズマ発光が観察される。
【０００４】
従来のプラズマの検出、すなわち放電の検出の方法として、従来から色々な方法が提案されている。これらの方法のうち、代表的かつ基本的な方法を添付した図を参照して説明する。
【０００５】
図５はプラズマの発光現象により生じた光（放電光）を検知する方法である。処理または加工が行われるチャンバ１０１に対して、ＲＦ電源１０２から出力されたＲＦ電力が自動整合器１０３を経由して与えられる。１０４は高周波電極である。高周波電極１０４には通常ターゲットが付設されている。その結果、チャンバ１０１内では放電１０５が発生し、プラズマが生成される。なお当然のことながら、チャンバ１０１内で放電が誘起されプラズマが生成されるためには、供給される電力条件だけではなく、圧力条件や原料ガス条件が満たされているものとする。プラズマ生成時の放電１０５では放電光１０６が発生する。他方、チャンバ１０１の壁部の適当な箇所に放電光１０６を検出するための受光素子（フォトトランジスタ等）１０７が設けられ、上記放電光１０６が検出されるようになっている。さらにＣＰＵから成る制御部１０８が設けられている。制御部１０８は、受光素子１０７から出力される放電光検出信号に基づいて、所望の放電光がチャンバ１０１内で発生するようにＲＦ電源１０２の出力を制御する機能を有している。すなわち制御部１０８は、ＲＦ電源１０２の動作状態をオンにしてＲＦ電力を出力させ、チャンバ１０１内で発生した放電光１０６の発光レベルが設定値よりも高いか否かを判定し、高いときには放電継続の制御を行い、低いときには放電停止の制御を行うようにしている。なお後者の場合、放電を開始させようとする初期時には、放電が生じない状態が確認されることを意味する。
【０００６】
図６はプラズマ中のイオンと電子の移動度の差に起因する自己バイアス電圧（Ｖdc）を検出する方法である。図６において、図５で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。チャンバ１０１の高周波電極１０４にＲＦ電源１０２から自動整合器１０３を介してＲＦ電力が供給される。チャンバ１０１に放電光検出のための受光素子は特別に付設されていない。この例では、自動整合器１０３の内部構成が明示されている。自動整合器１０３は、可変コンデンサ２０１，２０２とコイル２０３から成り、さらに抵抗２０４，２０５から成るＶdc検出部２０６が付設されている。Ｖdc検出部２０６で検出された自己バイアス電圧（直流電圧）は制御部１０８にフィードバックされる。制御部１０８は、Ｖdc（直流成分）が設定値よりも小さいか否かを判定し、小さいときには放電継続の制御を行い、大きいときには放電停止の制御を行う。
【０００７】
図７は高周波電圧を印加して放電させる装置では、負荷と電源の整合をとるために設けた自動整合器で得られた整合結果の値である反射波を検出する装置である。図７において、前述の例で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、前述の説明を援用し、説明を省略する。この装置では、ＲＦ電源１０２で取り出すことのできる反射波モニタ値を制御部１０８にフィードバックしている。制御部１０８は、反射波モニタ値が設定値よりも小さいか否かを判定し、小さいときには放電を継続し、大きいときには放電を停止する。その他の構成は前述した例と同じである。
【０００８】
前述のごとき放電を検出する構成に係る発明を開示する文献としては、例えば、特開昭５２−３１９８５号公報（「グロー放電発生の検出並びに整合状態の表示装置」）、特開昭５９−４１４７５号公報（「放電処理装置における放電状態監視装置」）、特開平７−３２６４９０号公報（「放電検出機」）、特開平１１−３２６２１４号公報（「グロー放電発光分光分析のマッチング条件設定方法、及びグロー放電発光分光分析装置」）を挙げることができる。
【０００９】
上記の文献のうち特に特開平７−３２６４９０号公報に開示される放電検出機は、整合器に高周波電源ラインから高周波信号を収集するアンテナ（１２）を付設し、このアンテナで収集した高周波信号から高調波を検出し、この高調波を整流し、整流された直流信号から電圧を測定する構成を有している。この検出方法は、放電時の高調波電力の入力波形が高調波により歪んでいることを利用している。最終的に測定される上記の電圧が所定値よりも高い場合には放電が開始され、かつ持続していることを示し、所定値よりも低い場合には放電が開始されていないことを意味している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した放電光を検出する方法によれば、受光素子１０７として光電素子が必要であり、さらに例えば１０Ｗ程度の低電力に基づく微弱な放電の場合には光強度不足により検知されないことがあるという問題がある。スパッタリング装置では複雑な膜構成にするために１つのチャンバ内に複数のターゲットを同時に放電させることがある。このような場合に、複数のターゲットの各々に由来する放電光を区別した検出を行うことができないという問題がある。
【００１１】
図６に示した自己バイアスを検出する方法によれば、Ｖdc検出回路が必要である。しかし、複数のターゲットを同時に放電させる場合に、ターゲットのそれぞれに個別にＶdc検出回路を設けるように構成されるので、複数のターゲットのそれぞれの放電を個別に検出することができる。この自己バイアス検出方法では、放電が生じていない場合にはイオンと電子が電離していないためＶdcが検出されず、放電が生じている場合に上記電離が生じるためＶdcが検出され、これにより各ターゲットに関して放電状態を検出することができる。しかし、この自己バイアス検出方法でも、光検出の場合と同様に、低電力の場合にはＶdcの検出が困難となる。さらに導電体ターゲットや低抵抗絶縁物ターゲットの場合にはＶdcを検出することはできるが、例えばＳｉＯ₂等のような高抵抗絶縁物の場合にはターゲットがブロックキングコンデンサとなり、直流的には浮遊状態になるためＶdcを検出することができない。
【００１２】
またＲＦ電源（高周波電源）１０２から給電されるＲＦ電力（高周波電力）で生成される放電の場合、例えば１３．５６ＭＨｚを利用した高周波プラズマ発生装置では、投入電力を最大限にするためには、負荷側（ターゲット）と電源側の間で負荷側インピーダンスと電源側インピーダンス（通常は５０Ω）との電気的な整合を行うことが必要である。
【００１３】
一般的な負荷側インピーダンスは、簡略化して表記すると、カソードを電極から絶縁するためのカソード容量（Ｃ）と、電力導入経路における電気的損失（損失抵抗：Ｒ）と、電力投入により発生するプラズマに基づくプラズマインピーダンス（Ｚ１）から成っている。従って、放電していないときと放電時の負荷側インピーダンスは、Ｚ１の分だけ変化する。すなわち、ＲＦ電源１０２から高周波電圧を印加すると、ターゲットが導電性の場合にはプラズマインピーダンスＺ１によって、ターゲットが絶縁性の場合にはプラズマインピーダンスＺ１とターゲットによるインピーダンス変化とによって、それぞれ不整合状態が生じ、その結果、チャンバ１０１に投入したＲＦ電力が負荷側の等価回路に流れずに反射波として戻ってくる。上記の自動整合器は、ＲＦ電力の入力に伴う反射波を小さくするように、内部の可変素子を自動的に調整して各容量を変化させる。これにより電源側と負荷側の各インピーダンスを整合させる。
【００１４】
そこで前述した通り、ＲＦ電源１０２とチャンバ１０１のターゲットとの間には自動的に整合を行うための自動整合器１０３を挿入することによって調整を行うようにしている。
【００１５】
また図７に示す方法では、プラズマを利用して処理あるいは加工する装置に元々設けられている自動整合器１０３を利用して構成され、ＲＦ電源１０２から投入されるＲＦ電力の進行波と反射波の大きさをモニタすることにより放電を検出している。この方法は、装置を大型化することなく簡単に放電を検出することができるが、整合がとれた状態、すなわち反射波が十分に小さい場合でも放電していない場合があり、ＲＦ電源１０２の発熱や故障を引き起こしたり、プラズマ処理の不具合による製品の歩留まりを悪化させるという問題があった。
【００１６】
上記の問題を解決するため、前述の特開平７−３２６４９０号公報に記載された発明が提案される。この発明に係る放電検出機によれば、前述の通り、放電時と放電していない時ではＲＦ電源から出力される高周波の波形が異なることから、これを利用して解決している。他方、当該公報で提案される放電検出機によれば、高周波の波形を検出するため高周波電源ラインに沿って離れた状態でアンテナを設けることが必要となる。さらにこの放電検出機でも、同一チャンバ内に設けた複数のターゲットを同時に放電を行わせる場合には、放電の干渉によりそれぞれのターゲットによる放電を個別に検出することは困難であった。
【００１７】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、放電を利用した処理装置における当該放電の検出で、放電を検出するための特別な回路や素子を付加する必要がなく、放電を確実に検出することができ、処理装置に供給される高周波電力が低電力の場合でも放電の検出を行うことができ、処理チャンバ内で複数の放電を同時に発生させるときにも各放電を個別に確実に検出することのできる放電検出の方法と装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る放電検出方法と放電検出装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００１９】
本発明に係る放電検出方法（請求項１に対応）は、高周波電力に基づく放電によってプラズマを生成しこのプラズマで成膜や加工処理を行う装置に適用される方法であり、高周波電源とカソード装置との間に設けられた整合回路に含まれる可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を求め、整合がとれ、かつ放電時のインピーダンス値と比較して当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値が所定範囲に含まれているときに放電が発生していると判定するようにした方法である。
上記の方法において、好ましくは、可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を変える駆動モータの動作量に基づいて当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を算出することを特徴とする（請求項２に対応）。
上記の方法において、好ましくは、可変インピーダンス回路要素は可変コンデンサであり、当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はキャパシタンス値であることを特徴とする（請求項３に対応）。
上記の方法において、好ましくは、可変インピーダンス回路要素は可変コイルであり、当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はインダクタンス値であることを特徴とする（請求項４に対応）。
【００２０】
本発明に係る放電検出装置（請求項５に対応）は、チャンバ内にて高周波電力に基づく放電によってプラズマを生成しこのプラズマで基板に対して成膜や加工処理を行う装置であり、高周波電源と前記チャンバのカソード装置との間に設けられる整合回路と、整合回路に含まれる可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を検出する検出手段と、整合がとれ、かつ放電時のインピーダンス値と比較して当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値が所定範囲に含まれているときに放電が発生していると判定する演算処理手段とを備えて成るものである。
上記の放電検出装置において、好ましくは、演算処理手段は、可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を変える駆動モータの動作量に基づいて当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を算出することを特徴とする（請求項６に対応）。
上記の放電検出装置において、好ましくは、可変インピーダンス回路要素は可変コンデンサであり、当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はキャパシタンス値であることを特徴とする（請求項７に対応）。
上記の放電検出装置において、好ましくは、可変インピーダンス回路要素は可変コイルであり、当該可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はインダクタンス値であることを特徴とする（請求項８に対応）。
【００２１】
【作用】
高周波電源から高周波電力を処理チャンバのカソード装置に給電すると、圧力条件とガス条件の下で、処理チャンバ内でグロー放電が誘起され、プラズマが生成される。通常、高周波電源とカソード装置の間には自動整合回路が設けられ、高周波電力が供給されると、整合回路に含まれるインピーダンス回路要素（可変コンデンサ等）のインピーダンス（キャパシタンス等）が反射波を０にする条件の下で自動的に調整され、整合がとられ、放電を誘起させる。ただし厳密には整合がとられたとしても、処理チャンバ内で放電が生じているとは限らない。処理チャンバでの処理条件に応じて整合範囲が決まるが、さらに当該整合範囲上にて放電を満たす所定範囲を限定して定め、この限定された整合・放電範囲に基づいて放電が生じているか否かを検出する。所定の範囲で、検出の元となる対象は、整合回路に含まれる可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値である。可変インピーダンス回路要素を動作させる駆動モータの動作量を取り出し、所定の関係に基づいて可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を求める。次に別にある特定のプロセスにおいて予め求めておいた実際に放電している時の（整合時の）インピーダンスと比較し、上記の整合かつ放電の条件を満たす範囲に含まれているか否かに基づいて放電の有無を検出する。整合条件と放電条件を満たす所定範囲を基準に、自動整合回路から得られる可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値に従って放電の有無を検出する。供給される高周波電力が低電力であっても、確実に放電の有無を検出することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２４】
図１は本発明に係る放電検出装置をスパッタリング装置に適用した例を示す。スパッタリング装置は一例であって、放電を利用する処理または加工を行う装置であれば、任意の装置に適用することができる。スパッタリング装置１０は、グロー放電を誘起してプラズマを発生させ、このプラズマで基板１１に対して成膜や加工の処理を行うチャンバ１２と、基板１１を両面に保持する基板ホルダ１３と、基板ホルダ１３の両側に配置された２つのカソード（陰極）装置１４を備えている。チャンバ１２は、少なくとも、内部が減圧され所要の真空状態を作るための排気機構や真空ポンプ（図示せず）と、プラズマを生成するためのプロセスガスを導入するためのガス供給機構（図示せず）を設けている。チャンバ１２は導電性部材で形成され、内部が高い真空状態であってもそれに耐え得る構造および強度を有している。基板ホルダ１３は、図示しない搬送機構で支持された状態で基板１１を保持しながら搬送する。基板ホルダ１３に取付けられる基板の数は２つに限定されない。基板ホルダ１３は基板１１の処理面がカソード装置１４の対向面に平行になるように基板を保持している。２つのカソード装置１４の各々は、電極（カソード）１５とターゲット１６を有する。ターゲット１６は基板１１の上に成膜したい膜と同じ材料で形成されている。電極１５の内面にターゲット１６を取付け、ターゲット１６の内面はチャンバ１２の内部空間に臨んでいる。ターゲット１６の内面は基板ホルダ１３で搬送されてくる基板１１の処理面に対して実質的に平行になっている。ターゲット１６に対しては、さらにその側辺に沿って周囲にはターゲットカバー１７が付設されている。
【００２５】
２つのカソード装置１４の各々は、個別に、対応するグロー放電用の高周波電源（ＲＦ電源）１８に接続されている。カソード装置１４の背面部の電極１５と高周波電源１８との間には、両者の電気的整合をとるために自動整合回路２０が設けられている。
【００２６】
自動整合回路２０は、主要な回路要素として、２つの可変コンデンサ２１，２２とコイル２３から構成されている。可変コンデンサ２１のキャパシタンスの値をＶＣ１、可変コンデンサ２２のキャパシタンスの値をＶＣ２、コイル２３のインダクタンスの値をＬとする。可変コンデンサ２１，２２とコイル２３の結線構造は従来より知られたものである。自動整合回路２０の回路構成は図示されたものに限定されるものではない。
【００２７】
自動整合回路２０で、さらに、可変コンデンサ２１，２２は、好ましくはステッピングモータ（パルスモータ）から成る駆動モータ２４でそのキャパシタンスの値を個々に変えることができるようになっている。また可変コンデンサ２１，２２のキャパシタンスの値は、各可変コンデンサをモニタする機能に基づいて読み取ることができる。可変コンデンサ２１，２２の各々のモニタ機能は、対応する駆動モータ２４ａ，２４ｂの回転の動作位置（動作量）を検出することにより実現される。駆動モータ２４ａ，２４ｂの回転動作量を検出する手段としてそれぞれエンコーダ２５ａ，２５ｂが設けられている。
【００２８】
さらに自動整合回路２０において、駆動モータ２４ａ，２４ｂの各々に対してモータ駆動部３３ａ，３３ｂが設けられている。モータ駆動部３３ａ，３３ｂは対応する駆動モータを動作させるための駆動信号を与えると共に、当該駆動モータの動作量を各エンコーダからの出力信号として受け取る。また自動整合回路２０には、上記２つのモータ駆動部３３ａ，３３ｂの各々に対して、上位の制御装置からの指令を取り次ぐ整合器制御部３５が設けられている。
【００２９】
上記構成を有する自動整合回路２０に対して制御装置３０が設けられる。制御装置３０は、演算処理を行うＣＰＵと各種制御用プログラムとデータを格納するメモリとから構成され、各種プログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能部が実現されている。制御装置３０のブロック中では、ＣＰＵとメモリの図示は省略され、機能部のみが示される。制御装置３０は、演算処理部３１と、２つの高周波電源１８の各々の出力を調整する２つの電源調整部３２、２つの自動整合回路２０内の各整合器制御部３５との間で指令信号と動作位置に係る信号とをやり取りする動作位置入出力部３４ａ，３４ｂが設けられている。制御装置３０の内部では、２つのカソード装置１４の各々に対応する自動整合回路２０ごとに対応回路部分が設けられている。上記演算処理部３１は、各自動整合回路２０から必要とする信号（データ）を入力し、後述するごとく放電検出、および放電検出に基づく高周波電源１８の動作制御を行う。また制御装置３０の演算処理部３１は、自動整合回路２０の自動整合の制御も行う。
【００３０】
上記の構成において、スパッタリング装置１０のチャンバ１２内における基板１１とカソード装置１４のターゲットとの間では、高周波電源１８から高周波電力を供給し、整合等の他の所定条件が満たされている条件の下で、グロー放電を発生させ、プラズマを発生する。グロー放電は、排気により所要の圧力条件を満たし、プロセスガス（アルゴンのような希ガスや酸素等の反応性ガスまたはその混合ガス）を導入し、高周波電源１８から必要な電力を供給することにより、誘起される。放電の確認は確認手段で行われる。当該放電を持続させるため、自動整合回路２０の可変コンデンサ２１，２２のキャパシタンスの値は、プロセス条件に応じて調整される。
【００３１】
次に、前述した図１の構成を基礎として図２と図３を参照して放電検出の原理（方法または基本構成）をさらに詳しく説明する。図２と図３において、図１で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。図２は上記チャンバ１２における１つのカソード装置１４に対する高周波電力の供給系と、高周波電源１８へ指令を出す制御装置３０と、自動整合回路２０から制御装置３０への状態フィードバック系を示し、図３はフィードバック内容に応じて制御装置３０の上記演算処理部３１が実行する高周波電源１８に対する制御内容を示すフローチャートを示している。
【００３２】
高周波電源１８と負荷であるカソード装置１４との間に設けられた両者の電気的整合を行うための自動整合回路２０において、チャンバ１２内でグロー放電が生じているか否かを判別するためには、整合の状態を検出するか、または整合回路内の構成素子のインピーダンスを検出することが必要である。本実施形態の構成では、構成素子のインピーダンスを検出することにより、チャンバ１２内の放電の有無を検出する。自動整合回路２０では、前述のごとく、２つの可変コンデンサ２１，２２とコイル２３が接続されている。可変コンデンサ２１，２２のキャパシタンス（容量）は、エンコーダ（２５ａ，２５ｂ）によって得られる駆動モータ（２４ａ，２４ｂ：ステッピングモータ）の動作位置に関するデータに基づいて求めるようにしている。すなわち駆動モータがステッピングモータである場合には、モータの回転動作量とキャパシタンス（容量）との間には比例関係あるいは他の対応関係があることが一般的に知られているので、駆動モータの動作位置に関するデータを得ることにより、可変コンデンサのキャパシタンスを相対的（間接的）に知ることができる。
【００３３】
図２では、可変コンデンサ２１，２２からキャパシタンス（容量）の値が、上記駆動モータ２４ａ，２４ｂの動作位置（エンコーダ２５ａ，２５ｂの出力値）として取り出され、制御装置３０に入力されている。駆動モータ２４ａ，２４ｂの動作位置に関する信号（データ）を入力した制御装置３０は、上記の比例関係あるいは他の対応関係に基づいて可変コンデンサ２１，２２のキャパシタンスの値を算出し、その値に基づいて高周波電源１８に対して動作に関する指令３６を出す。
【００３４】
制御装置３０における具体的な構成としては、図１で説明した演算処理部３１、高周波電源１８の出力を調整する電源調整部３２、エンコーダ２５ａ，２５ｂからその動作位置に係る信号を取り込む動作位置入出力部３４ａ，３４ｂが関係している。
【００３５】
ここで、自動整合回路２０で整合状態が成り立つときの整合条件について説明する。電源側インピーダンス（Ｚｉ）をＺｉ＝Ｒｉ＋ｊＸｉと表し、負荷側インピーダンス（Ｚｏ）をＺｏ＝Ｒｏ＋ｊＸｏと表すとき、整合条件はＲｉ＝ＲｏかつＸｉ＝−Ｘｏである。プラズマインピーダンスの計算では、このように複素数表示で行われ、かつ複雑であるので、解析にはしばしばスミスチャートが利用される。放電状態の変化を分かり易くするために、図４に示す。このスミスチャートを利用すれば、整合回路における構成要素の定数を変えたときに、整合状態から外れた程度を容易に知ることができる。上記の整合条件の式が満たされるとき、上記スミスチャートの上で、可変コンデンサ２１，２２の駆動モータ２４ａ，２４ｂの回転動作量の変化範囲、すなわち可変コンデンサ２１，２２のキャパシタンスの値（ＶＣ１，ＶＣ２）の変化範囲を表すことができる。すなわち図４に示すごとくスミスチャート４１において、駆動モータ２４ａの回転動作量を変えることにより可変コンデンサ２１のキャパシタンスＶＣ１は経線方向（実数部を表す線４２に交差する複数の円周線４３に交差する方向）の変化を生じ（状態変化軌跡４４）、駆動モータ２４ｂの回転動作量を変えることにより可変コンデンサ２２のキャパシタンスＶＣ２は緯度方向（円周線４３に沿う方向）に変化を生じる（状態変化軌跡４５）。
【００３６】
自動整合回路２０の可変コンデンサ２１，２２の各キャパシタンスの値を変化させると、スミスチャート４１上で特定変化範囲を表現することができる。すなわち自動整合回路２０において通常整合のとれた状態、換言すれば、高周波電源１８に関する反射波が０になるときには、上記のＶＣ１とＶＣ２の軌跡は図４の（Ｂ）に示す太い線で囲まれた範囲４６内で動くことになる。しかしながら、この範囲４６内であっても実際に放電が発生していない状態があり、実際に放電していて整合がとれている範囲は極狭い範囲である。整合条件を満たしかつ放電発生条件を満たす極狭い範囲の一例を図４の（Ｂ）において４７として示している。なお範囲４７の位置や広さはプロセス条件や処理チャンバに応じて変化する。このようにスミスチャート４１上に描くことにより視覚的に分かり易くなる。しかし、駆動モータ２４ａ，２４ｂの位置と可変コンデンサ２１，２２のキャパシタンスとは比例関係あるいは他の対応関係にあるため、駆動モータ２４ａ，２４ｂの動作位置が分かれば、上記コンデンサのキャパシタンスを知ることができる。
【００３７】
そこで本実施形態では、予め放電時のＶＣ１とＶＣ２の位置を決めておき、可変コンデンサ２１，２２の駆動モータ２４ａ，２４ｂの動作位置は前述のモニタ機能に基づいて検出可能であることから、この機能によって、放電時のＶＣ１とＶＣ２の変化状態を知ることができる。そして、上記整合がとれている範囲４６中のさらに確実に放電の発生を保証している範囲４７で特定されるＶＣ１とＶＣ２の範囲の条件、すなわちａ≦ＶＣ１≦ｂ、ｃ≦ＶＣ２≦ｄの条件を満たしているときに、確実にチャンバ内１２における放電の発生・非発生を検出することができる。ａ≦ＶＣ１≦ｂ、ｃ≦ＶＣ２≦ｄを満たすことが、放電が発生していることを確認する条件となる。なおａ，ｂ，ｃ，ｄは範囲４７との関係で決まる設定値であり、駆動モータの動作位置に関する設定値である。
【００３８】
制御装置３０で実施される図３に示された制御では、高周波電源１８からの高周波電力の供給がオン状態である場合において（ステップＳ１１）、判断ステップＳ１２で、可変コンデンサ２１，２２の各キャパシタンスを表す上記のＶＣ１とＶＣ２が、ａ≦ＶＣ１≦ｂかつｃ≦ＶＣ２≦ｄの条件を満たすか否かが判定される。判断ステップＳ１２でＹＥＳの場合には放電が継続され（ステップＳ１３）、ＮＯの場合には放電が停止される（ステップＳ１４）。
【００３９】
ここで図１に戻り、図１を参照して上記のチャンバ１２における放電検出を説明する。図２に示した可変コンデンサ２１，２２からのキャパシタンス（容量）の取得は、図１に示されるごとく、駆動モータ２４ａ，２４ｂの各々に付設されたエンコーダ２５ａ，２５ｂから駆動モータの動作位置（動作量）というデータを介して所定の計算式に基づいて算出される。
【００４０】
実際のプロセスでは、当該プロセスを行うため、所要の真空状態のチャンバ１２内にプロセスガスを導入し、高周波電源１８からチャンバ１２のカソード装置１４に高周波電力を供給する。このとき、前述のフィードバックルートで制御装置３０の演算処理部３１に与えら得る可変コンデンサ２１，２２のキャパシタンスの値ＶＣ１，ＶＣ２に関して、演算処理部３１は判断ステップＳ１２で説明したように前述の所定範囲４７内に含まれるか否かを判定する。ＶＣ１，ＶＣ２が所定範囲内であれば、チャンバ１２内で確実に放電が生じていると考えられるので、基板１１に対する処理を行うために必要な時間だけ放電を継続する（上記ステップＳ１３）。また仮に上記の所定範囲外であれば、高周波電源１８からの高周波電力の出力を直ちに停止する。
【００４１】
従って上記の実施形態の構成によれば、正確に放電の発生を検出することができるので、高周波電源１８の発熱や故障を引き起こしたり、正常なプラズマ処理を行うことができなかった場合に生じる例えば所望の膜厚よりも薄い基板成膜を防止でき、製品歩留まりの低下するのを防止することができる。
【００４２】
特に高周波電源１８からチャンバ１２に対して低電力が供給される場合でも、上記プラズマインピーダンスの変化量を確実に検出できる構成であるので、低電力放電に極めて有効である。
【００４３】
また上記の実施形態の構成では、チャンバ１２内に２以上のカソード装置１４が設けられている場合にも、各カソード装置１４に関して同様に個別に確実な放電検出を行うことができる。
【００４４】
さらに前述の実施形態では、基板ホルダ１３の両側にカソード装置１４を配置する構成を有していたが、基板ホルダに対して片面からのスパッタ法として単体のカソード装置を設けた場合にも適用することができる。また本発明に係る放電検出の方法および装置は、成膜以外の他の基板上の薄膜への加工を行う装置にも適用できるのは勿論である。さらに本実施形態では、基板とターゲット、すなわち電極が実質的に平行になっている場合の例を説明したが、両者の関係が平行でない場合、すなわち傾斜している場合にも同様にして本発明を適用することができる。
【００４５】
さらに前述の実施形態では、可変コンデンサのキャパシタンスをエンコーダの出力値で求めるようにしたが、エンコーダの代わりにポテンショメータを用いることもできる。整合回路は自動整合回路が望ましいが、これに限定されるものでない。
【００４６】
上記実施形態では可変コンデンサおよびそのキャパシタンス値を利用した例を説明したが、可変コンデンサの代わりに、可変コイルおよびそのインダクタンス値を利用することができ、さらに一般的に可変インピーダンス回路要素とそのインピーダンス値を利用することができるのは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、高周波電力に基づく放電を利用した処理装置においてもともと装備されている自動整合回路内の可変コンデンサ等のキャパシタンス値等の変化の範囲を整合がとれかつ放電している時のキャパシタンス値等と比較することによって放電の有無を検出するように構成したため、上記処理装置における放電の検出で、放電を検出するための特別な回路や素子を付加する必要がなく、放電を確実に検出することができ、処理装置に供給される高周波電力が低電力の場合でも放電の検出を行うことができ、チャンバ内で複数の放電を同時に発生させるときにも各放電を個別に確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放電検出装置を備えたスパッタりング装置の要部構成を簡略的に示した構成図である。
【図２】本発明に係る放電検出装置の放電検出の原理（基本的構成および方法）を説明するブロック構成図である。
【図３】本発明に係る放電検出装置に基づく放電検出・非検出に伴う制御を説明するフローチャートである。
【図４】本発明に係る放電検出方法の原理を説明するためのスミスチャートである。
【図５】従来の放電検出方法の第１例を説明するブロック構成図である。
【図６】従来の放電検出方法の第２例を説明するブロック構成図である。
【図７】従来の放電検出方法の第３例を説明するブロック構成図である。
【符号の説明】
１０スパッタリング装置
１１基板
１２チャンバ
１３基板ホルダ
１４カソード装置
１５電極
１６ターゲット
１８高周波電源
２０自動整合回路
２１，２２可変コンデンサ
２３コイル
２４ａ，２４ｂ駆動モータ
２５ａ，２５ｂエンコーダ

Claims

高周波電力に基づく放電によってプラズマを生成しこのプラズマで成膜や加工処理を行う装置に適用される前記放電の検出方法であり、
高周波電源とカソード装置との間に設けられた整合回路に含まれる可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を求め、整合がとれ、かつ放電時のインピーダンス値と比較して前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値が所定範囲に含まれているときに放電が発生していると判定するようにしたことを特徴とする放電検出方法。
前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を変える駆動モータの動作量に基づいて前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を算出することを特徴とする請求項１記載の放電検出方法。
前記可変インピーダンス回路要素は可変コンデンサであり、前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はキャパシタンス値であることを特徴とする請求項１または２記載の放電検出方法。
前記可変インピーダンス回路要素は可変コイルであり、前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はインダクタンス値であることを特徴とする請求項１または２記載の放電検出方法。
チャンバ内にて高周波電力に基づく放電によってプラズマを生成しこのプラズマで基板に対して成膜や加工処理を行う装置において、
高周波電源と前記チャンバのカソード装置との間に設けられる整合回路と、
前記整合回路に含まれる可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を検出する検出手段と、
整合がとれ、かつ放電時のインピーダンス値と比較して前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値が所定範囲に含まれているときに放電が発生していると判定する演算処理手段と、
から成ることを特徴とする放電検出装置。
前記演算処理手段は、前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を変える駆動モータの動作量に基づいて前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値を算出することを特徴とする請求項５記載の放電検出装置。
前記可変インピーダンス回路要素は可変コンデンサであり、前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はキャパシタンス値であることを特徴とする請求項５または６記載の放電検出装置。
前記可変インピーダンス回路要素は可変コイルであり、前記可変インピーダンス回路要素のインピーダンス値はインダクタンス値であることを特徴とする請求項５または６記載の放電検出装置。