JPH07326490A

JPH07326490A - 放電検出機

Info

Publication number: JPH07326490A
Application number: JP6140756A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 敬佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマの発光又は高周波入力の反射波の検
知等の従来の手段とは異なる新規な手段を利用した信頼
性の高い放電検出機を提供することである。【構成】本放電検出機１０は、スパッタリング装置等
に放電用高周波電力を供給する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と、収集した高周波信
号から高調波を検出する高周波検出部１４と、抽出され
た高調波を整流する整流部１６と、整流部１６で整流さ
れて得た直流信号の電圧を測定する電圧計１８とを備え
ている。本放電検出機は、放電時の高周波電力の入力波
形が高調波により歪んでいることを利用して、その高調
波成分を抽出し、検出精度を向上させるために整流して
直流信号に変え、その直流信号の電圧を電圧計により計
測する。直流信号の電圧計測値が所定値より高い場合に
は放電が開始され、かつ持続していることを示し、所定
値より低い場合には放電が開始されていないことを示
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グロー放電現象の発生
を検出する放電検出機に関し、更に詳細には、外乱の影
響を受けることなくグロー放電現象を確実に検出できる
放電検出機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、放電現象、
特にグロー放電により誘起されるプラズマを利用して種
々多様な処理或いは加工を行う装置が多岐にわたり使用
されている。例えば、その例としてスパッタリング装
置、プラズマＣＶＤ装置、反応性イオンエッチング装置
（ＲＩＥ装置、プラズマエッチング装置）等を挙げるこ
とができる。これらの装置は連続処理ないし連続加工の
可能な自動化された装置として構成されているので、プ
ラズマがそれらプラズマ利用装置（プラズマを利用して
被処理物を処理したり、被加工物に加工を施したりする
装置、以下同様）内で安定して持続していることが重要
である。従って、これらの装置を効率良く運転するため
には、放電によりプラズマが発生し、かつプラズマが安
定して持続していることを確実に検出できることが必要
になる。

【０００３】プラズマとは、自由に運動する正、負の荷
電粒子が共存して電気的中性になっている物質の状態を
言い、半導体装置の製造で利用されるプラズマは、真空
吸引して一定の減圧状態にあるチャンバ内に不活性ガス
や反応性ガスを導入しつつグロー放電を発生させ、それ
によってチャンバ内に誘起された放電ガスプラズマであ
る。プラズマは、チャンバ内に設けた電極間に印加した
直流電圧や高周波電圧、あるいはマイクロ波などによる
電界によって加速された電子とガス分子との衝突電離を
利用して生成される。プラズマ中には、イオン、電子の
ほか励起状態の原子又は分子、或いは分子の解離によっ
て生じた中性活性種などが存在している。また、励起さ
れた原子や分子が基底状態に戻る過程（緩和）で、原子
固有の発光が生じる。

【０００４】ところで、従来のプラズマの検出には次の
二つの手段が使用されている。その一つの方法は、上述
したプラズマの発光現象により生じた光を検知すること
により、プラズマの発生を検出する方法である。他の方
法は、高周波電力を入力してグロー放電させ、それによ
りプラズマを発生させる形式の装置に適用されている方
法である。それは、不整合により発生した入力高周波の
反射波を検出して、プラズマの発生を検出する方法であ
る。半導体装置の製造工程では、数十ＭＨｚの高周波電
力を入力して電界を発生させ、その電界により電子を加
速させてプラズマを発生させる装置が多用されている
が、高周波電力を入力すると、不整合により反射波が発
生する。そこで、通常、整合器を設けて整合を取り、高
周波電力の入力に伴う反射波を小さくしている。そこ
で、高周波電力が通電されてプラズマが発生すると、反
射波が小さくなると言う現象を利用して、反射波の大き
さを検出し、それによりプラズマの発生を検出する装置
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の第１の
方法では原子の発光を感知するための感知装置が必要で
あるが、既知の感知装置は、非常に高価で、しかも小型
化できないと言う問題を有している。また、光線が透過
する窓をプラズマ利用装置に設けたり、プラズマ利用装
置の周りの外部光が感知装置に入射しないようにする遮
蔽手段を設けたりしなければならない等の制約もある。
更には、プラズマ利用装置の占有床面積、占有体積を低
減させて建屋の建設費を節減しようとしている今日の状
況下では、感知装置を小型化できないと言うことは建設
費節減の障害になると言う問題もある。

【０００６】一方、反射波を計測してプラズマの発生を
検出する第２の手段は、プラズマ利用装置に付属して設
けてある整合器を利用して反射波の大きさを計測してい
るので、プラズマ検出手段を簡単かつ経済的に構成で
き、しかも小型化できると言う利点もある。しかし、実
際には、種々の理由により、プラズマが発生していなく
ても反射波が十分に小さくなることがある。このこと
は、つまり、プラズマが現実には発生していなくても、
プラズマが発生していると誤認することがあることを意
味し、プラズマを利用した当該工程の終了後、又はその
後幾つかの工程を経た後の製品検査において、プラズマ
処理の不具合な製品が発見され、初めてプラズマの異常
状態を認識することになる。また、このような誤認を放
置して運転し続けると、グロー放電用高周波電源が発熱
したり、故障したりする。このように、信頼性の低い従
来の反射波検出式放電検出機を使用する場合には、プラ
ズマ利用装置での製品歩留りの向上が難しく、グロー放
電用高周波電源の故障も多かった。

【０００７】そこで、従来の放電検出機の問題に鑑み、
本発明の目的は、プラズマの発光又は高周波入力の反射
波の検出等の従来の手段とは異なる新規な検出手段を利
用した信頼性の高い放電検出機を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、研
究の過程で、次のことに着目した。それは、高周波電力
によりプラズマを発生させているプラズマ利用装置にお
いて、グロー放電現象が開始されていない時点では、高
周波電力は図３（ａ）に示すような綺麗な波形を描いて
いるが、グロー放電現象が開始され、高周波電力の入力
を持続している時には、高周波電力の高周波波形は図３
（ｂ）に示すような大きく歪んだ波形になっており、ま
たこのような波形の歪みは本来の高周波（基本波）にそ
の整数倍の周波数の信号、即ち高調波が重畳したことに
より発生すると言うことである。そして、本発明者は、
かかる知見に基づき、本発明を完成するに到った。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明に係る
放電検出機は、グロー放電を発生させる装置に放電用高
周波電力を供給する高周波電源ラインから高周波信号を
収集する収集部と、収集した高周波信号から高調波を検
出する第１検出部と、高調波を整流する整流部と、整流
して得た直流信号を検出する第２検出部とを備えたこと
を特徴としている。第１検出部は、高周波信号から高調
波を検出する回路、例えば高周波信号から高調波を抽出
するハイパスフィルタ回路等を言う。整流部は、例えば
ダイオードであって、高調波の検出精度を高めるために
設けてある。第２検出部は、直流信号を検出する回路で
あって、例えば電圧計又は電流計を言う。本発明に係る
放電検出機は、高周波電力を入力して放電現象を発生さ
せる装置に利用でき、特にグロー放電によりプラズマを
発生させるプラズマ利用装置に好適に利用できる。

【００１０】本発明の好適な実施態様では、収集部が前
記高周波電源ラインに沿って離隔して設けられたアンテ
ナであることを特徴としている。高周波信号の収集部
は、高周波電源ラインに直接接続することもできるが、
電圧が高く危険なため、アンテナを利用した誘導法の方
が好ましい。

【００１１】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る放電
検出機の一実施例の構成を示す模式図、図２は放電検出
機の高周波検出回路及び整流回路の回路図である。図４
は本発明に係る放電検出機を付設したスパッタリング装
置の構成を示す模式図である。スパッタリング装置は、
図４に示すように、プラズマを発生させるチャンバＡ
と、チャンバＡの上部空間に設けられた基板電極Ｂと、
チャンバＡの下部に配置されたターゲットＣとから構成
されている。チャンバＡは、真空排気ポンプ（図示せ
ず）に接続されていて、減圧状態に維持されている。基
板電極Ｂは陽極を構成して通常接地されており、基板電
極Ｂ上には基板Ｄが固定され、所望の膜が成膜される。
ターゲットＣは基板Ｄ上に成膜したい金属膜と同じ材料
で形成されていて陰極を構成し、グロー放電用高周波電
源Ｅに接続されている。また、負荷と電源との整合を取
るために高周波電源ラインに整合器Ｆが設けてある。

【００１２】図４に示すスパッタリング装置にＡｒガス
を封入し、ターゲットＣにグロー放電用高周波電力を入
力すると、プラズマＧが発生する。その結果、Ａｒガス
はＡｒ⁺イオンと電子と中性のＡｒ原子とに電離し、Ａ
ｒ⁺イオンが陰極を構成するターゲットＣに衝突し、タ
ーゲットＣからターゲット原子を放出させる。ターゲッ
ト原子は、基板電極Ｂに向かって飛翔して基板Ｄに衝突
し、そこに堆積して金属膜を形成する。従って、スパッ
タリング装置で良好な金属膜を成膜するためには、グロ
ー放電現象の確実な開始とその持続によりプラズマが安
定に維持されていることが必要条件である。そのため、
図１に示すように、スパッタリング装置には本発明に係
る放電検出機が付設され、グロー放電現象の開始とその
持続を検出している。

【００１３】本実施例の放電検出機１０は、図１に示す
ように、スパッタリング装置に放電用高周波電力を供給
する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と、アンテナ１２に後続して、収集した高周波信
号から高調波を検出する高周波検出部１４と、高周波検
出部１４に後続して、抽出された高調波を整流する整流
部１６と、整流部１６で整流されて得た直流信号の電圧
を測定する電圧計１８とを備えている。

【００１４】アンテナ１２は、高周波電源ラインに離隔
してほぼ平行に張られた銅線等の導線からなる高周波収
集部を構成し、これに誘導された高周波電力を高周波信
号として高周波検出部１４に入力する。高周波検出部１
４は、ハイパスフィルター回路からなる高調波検出回路
を備えて高周波の基本波と高調波とに分離し、高調波の
みを抽出して整流部１６に入力する。整流部１６は、整
流回路を備えて、入力された高調波を整流して直流信号
にする。

【００１５】本実施例では、高周波検出部１４の高周波
検出回路と整流部１６の整流回路は、図２に示すように
構成されている。回路は、入力端子Ｔ_I+と接地端子Ｔ_I-
とを入力側に、出力端子Ｔ_O+と接地端子Ｔ_O-とを出力側
にそれぞれ備え、接地端子Ｔ_I-とＴ_O-との間には接地ラ
インが接続されている。高周波信号は、入力端子Ｔ_I+と
接地端子Ｔ_I-との間に入力される。入力端子Ｔ_I+にはコ
ンデンサＣ₁、Ｃ₂及び順方向のダイオードＤ₁が順
次、直列に接続されている。コンデンサＣ₁とＣ₂との
接続部と接地ラインとの間にはコイルＬ₁及び可変抵抗
器Ｒ_Vが並列に接続され、またコンデンサＣ₂とダイオ
ードＤ₁のアノードの接続部と接地ラインとの間にはコ
イルＬ₂が接続されている。上述のように、コンデンサ
Ｃ₁、Ｃ₂、及びコイルＬ₁、Ｌ₂及び可変抵抗器Ｒ_V
よりなる回路は、ハイパスフィルタ回路を構成して高周
波信号から高調波成分を抽出し、可変抵抗器Ｒ_Vはゲイ
ンを調節する。

【００１６】ダイオードＤ₁は、抽出された高調波成分
を整流する。ダイオードＤ₁のカソードは、一端が接地
ラインに接続されたコンデンサＣ₃の他端と、一端が出
力端子Ｔ_O+に接続されたコイルＬ₃の他端とに接続され
ている。出力端子Ｔ_O+と接地ラインとの間にはコンデン
サＣ₄、コイルＬ₄とコンデンサＣ₅の直列回路、及び
逆方向のダイオードＤ₂が接続されている。このように
構成された回路は、高調波を整流して得た直流信号を平
滑化する平滑回路で、平滑化された直流信号は、出力端
子Ｔ_O+から出力される。

【００１７】以上の構成により、本実施例の放電検出機
１０は、グロー放電時の高周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、その高調波成分を抽
出し、検出精度を向上させるために整流して直流信号に
変え、その直流信号の電圧を電圧計１８により計測す
る。直流信号の電圧計測値が所定値より高い場合にはグ
ロー放電が開始され、かつ持続していることを示し、所
定値より低い場合にはグロー放電が開始されていないこ
とを示す。これにより、本実施例の放電検出機１０は、
確実にグロー放電現象の発生を検出することができ、し
かも放電検出機１０の各構成要素がコンパクトであるか
ら、小型化できる。また、高調波の大きさは整合の良否
を示す一つの指標となるので、高調波の大きさ、即ち整
流して得た直流信号の電圧を測定することにより、整合
状態を制御することもできる。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る放電検出機によれば、高周
波電源ラインから高周波信号を収集する収集部、収集し
た高周波信号から高調波を検出する第１検出部と、高調
波を整流する整流部と、整流して得た直流信号を検出す
る第２検出部とを備え、グロー放電の開始と同時に発生
する高調波を抽出、整流し、得た直流信号を検出するこ
とにより、グロー放電の開始及びその持続を確実に検出
することができる。また、放電検出機の各構成要素がコ
ンパクトであるから、小型化できる。本放電検出機をプ
ラズマ利用装置に使用すれば、次に挙げるような利益を
得ることができる。第１には、グロー放電現象の発生、
持続を検出することにより、プラズマの発生、持続を確
認できるので、プラズマ利用装置の機側でオペレータが
プラズマの発生及びその安定的な持続を都度確認する必
要がなくなる。よって、プラズマ利用装置の自動化が促
進される。第２には、プラズマの発生不良、消滅等を速
やかに検知することができるので、プラズマ利用装置を
即座に停止することにより、不良品の発生を抑制して製
品歩留りを向上させることができる。更には、プラズマ
利用装置内でプラズマが発生しないとか或いはプラズマ
が消滅したとかの異常発生時には、アラームを発信して
その旨をオペレータに警告することができる。これによ
って、速やかに対策を講じることができるので、一層、
製品歩留りが向上する。また、グロー放電用高周波電源
の発熱等を防止し、安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電検出機の一実施例の構成を示
す模式図である。

【図２】放電検出機の高調波検出回路及び整流回路の一
例の回路図である。

【図３】図３（ａ）は放電のないときの入力高周波の波
形を示す波形図、図３（ｂ）は放電している時の入力高
周波の波形を示す波形図である。

【図４】本発明に係る放電検出機を設置するスパッタリ
ング装置の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１０放電検出機１２アンテナ１４高周波検出部１６整流部１８電圧計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】グロー放電を発生させる装置に放電用高
周波電力を供給する高周波電源ラインから高周波信号を
収集する収集部と、収集した高周波信号から高調波を検
出する第１検出部と、高調波を整流する整流部と、整流
して得た直流信号を検出する第２検出部とを備えたこと
を特徴とする放電検出機。
【請求項２】前記収集部が前記高周波電源ラインに沿
って離隔して設けられたアンテナであることを特徴とす
る請求項１に記載の放電検出機。