(57)【要約】【課題】簡易な構成でプラズマ処理を行うことができるプラズマ発生装置及びプラズマ発生装置の制御方法を提供すること。【解決手段】プラズマ発生装置は、直流電源１、真空チャンバ２、上部電極３、下部電極４、流量調整器７、コントローラ８を有する。上部電極３及び下部電極４は真空チャンバ２内部に所定距離で離隔して配置される。直流電源１は上部電極３及び下部電極４に電圧を印加する。流量調整器７は真空チャンバ２の内部に供給するガスの流量及び排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整する。コントローラ８は、真空チャンバ２の内部の圧力が初期圧力Ｐ０となるように流量調整器７を制御し、上部電極３及び下部電極４に電圧Ｖ１を印加させ、上部電極３及び下部電極４間の放電が始まった後に真空チャンバ２の内部の圧力が処理設定圧力Ｐｓとなるように流量調整器７を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密性を有するチャンバと、
前記チャンバ内部に所定距離で離隔して配置される一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加する電源と、
前記チャンバ内部に供給されるガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整する流量調整手段と、
前記チャンバ内部の圧力が第１の圧力となるように前記流量調整手段を制御し、前記電源から前記一対の電極に第１の電圧を印加させ、前記一対の電極間の放電が始まった後に前記チャンバ内部の圧力が前記第１の圧力とは異なる第２の圧力となるように前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備える、
プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記電源から前記一対の電極に印加する電圧を前記第１の電圧に維持したまま、前記一対の電極間の放電が始まった後に、前記チャンバ内部の圧力が前記第２の圧力となるように前記流量調整手段を制御する、
請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記第１の圧力は、前記第２の圧力よりも高い、
請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
気密性を有するチャンバ内部を排気しながら、前記チャンバ内部の圧力が第１の圧力となるように前記チャンバ内部に供給されるガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整し、
前記チャンバ内部に所定距離で離隔して配置される一対の電極に第１の電圧を印加し、
前記一対の電極間の放電が始まった後に、前記チャンバ内部の圧力が前記第１の圧力とは異なる第２の圧力となるように、前記チャンバ内部に供給されるガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整する、
プラズマ発生装置の制御方法。
【請求項５】
前記一対の電極に印加する電圧を前記第１の電圧に維持したまま、前記一対の電極間の放電が始まった後に、前記チャンバ内部の圧力が前記第２の圧力となるように、前記チャンバ内部に供給されるガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整する、
請求項４に記載のプラズマ発生装置の制御方法。
【請求項６】
前記第１の圧力は、前記第２の圧力よりも高い、
請求項４又は５に記載のプラズマ発生装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ発生装置及びプラズマ発生装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、プラズマ処理は、ドライエッチングなどの微細加工や、薄膜の形成、表面改質などの表面処理に広く適用されている。一般に、プラズマ処理に供するプラズマ発生装置は、真空チャンバを有する。真空チャンバ内には、２枚の電極が設けられ、２枚の電極の間に被処理物が配置される。そして、２枚の電極中にガスを導入して電圧を印加することで、プラズマを発生させる。
【０００３】
このようなプラズマ発生装置の具体例が提案されている（特許文献１）。この例では、プラズマ処理中の電流、電圧、位相差、インピーダンス、電力の高調波成分を測定する。そして、測定結果と既知のプラズマ処理結果との相関に基づいて、高周波電力量、ガスの供給量及び真空チャンバ内の圧力の全て又はいずれかを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、発明者は、上記のようなプラズマ発生装置には、以下で説明する問題点があることを見出した。通常のプラズマ発生装置では、プラズマ放電を開始する際に、一時的にプラズマ処理に必要な電圧よりも高い電圧を印加する必要がある。そのため、高電圧の出力が可能な電源や電極構造が必要である。これにより、プラズマ発生装置の大型化や高コスト化を招いてしまう。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、簡易な構成でプラズマ処理を行うことができるプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様であるプラズマ発生装置は、気密性を有するチャンバと、前記チャンバ内部に所定距離で離隔して配置される一対の電極と、前記チャンバ内部に供給されるガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整する流量調整手段と、前記チャンバ内部の圧力が第１の圧力となるように前記流量調整手段を制御し、前記電源から前記一対の電極に第１の電圧を印加させ、前記一対の電極間の放電が始まった後に前記チャンバ内部の圧力が前記第１の圧力とは異なる第２の圧力となるように前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備えるものである。
【０００８】
上記のプラズマ発生装置において、前記制御手段は、前記電源から前記一対の電極に印加する電圧を前記第１の電圧に維持したまま、前記一対の電極間の放電が始まった後に、前記チャンバ内部の圧力が前記第２の圧力となるように前記流量調整手段を制御することが望ましい。
【０００９】
上記のプラズマ発生装置において、前記第１の圧力は、前記第２の圧力よりも高いことが望ましい。
【００１０】
本発明の一態様であるプラズマ発生装置の制御方法は、気密性を有するチャンバ内部を排気しながら、前記チャンバ内部の圧力が第１の圧力となるように前記チャンバ内部に供給されるガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整し、前記チャンバ内部に所定距離で離隔して配置される一対の電極に第１の電圧を印加し、前記一対の電極間の放電が始まった後に、前記チャンバ内部の圧力が前記第１の圧力とは異なる第２の圧力となるように、前記チャンバ内部に供給するガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整するものである。
【００１１】
上記のプラズマ発生装置の制御方法において、前記制御手段は、前記電源から前記一対の電極に印加する電圧を前記第１の電圧に維持したまま、前記一対の電極間の放電が始まった後に、前記チャンバ内部の圧力が前記第２の圧力となるように、前記チャンバ内部に供給されるガスの流量及び前記チャンバ内部から排気されるガスの流量の少なくとも一方を調整することが望ましい。
【００１２】
上記のプラズマ発生装置の制御方法において、前記第１の圧力は、前記第２の圧力よりも高いことが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な構成でプラズマ処理を行うことができるプラズマ発生装置及びプラズマ発生装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１にかかるプラズマ発生装置１００の構成を模式的に示す構成図である。
【図２】直流電源１の構成例を模式的に示す回路図である。
【図３】インバータ回路１１から出力される単相交流電力の波形の例を示す波形図である。
【図４】ＤＣマグネトロンスパッタリング装置１０１の構成を模式的に示す構成図である。
【図５】実施の形態１にかかるプラズマ発生装置１００の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１
実施の形態１にかかるプラズマ発生装置１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかるプラズマ発生装置１００の構成を模式的に示す構成図である。プラズマ発生装置１００は、直流電源１、真空チャンバ２、上部電極３、下部電極４、圧力計５、真空ポンプ６、流量調整器７、コントローラ８を有する。
【００１６】
直流電源１は、プラズマを発生させるための電力を生成する装置である。図２は、直流電源１の構成例を模式的に示す回路図である。直流電源１は、インバータ回路１１、昇圧トランス１２、ダイオード１３、チョークコイル１４及び平滑コンデンサ１５を有する。  
【００１７】
インバータ回路１１は、外部から入力される交流電力ＡＣ＿ＩＮを、所定のデューティを有するパルス状の単相交流電力に変換する。図３は、インバータ回路１１から出力される単相交流電力の波形の例を示す波形図である。図３に示すように、インバータ回路１１は、例えば±２８０Ｖの範囲で、パルス状の単相交流電力を出力することができる。また、インバータ回路１１は、パルスのデューティを制御することができる。図３では、パルスのデューティが１％と５０％の場合を例示している。
【００１８】
昇圧トランス１２は、インバータ回路１１で変換された単層交流電圧を昇圧する。ダイオード１３のアノードは出力端子Ｔ１と接続され、ダイオード１３のカソードは昇圧トランス１２と接続される。ダイオード１３は、昇圧トランス１２で昇圧後の単相交流電力を整流し、直流電力に変換する。チョークコイル１４は、ダイオード１３のカソードと出力端子Ｔ１との間に接続され、出力電力（直流電力）から不要な高周波成分を除去する。平滑コンデンサ１５は、出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に接続され、出力電力（直流電力）の電圧変動を抑制する。
【００１９】
図１に戻り、プラズマ発生装置１００の構成について引き続き説明する。真空チャンバ２は、内部を真空に保持することが可能な気密性を有する容器である。真空チャンバ２は、配管を介して真空ポンプ６と接続される。真空ポンプ６は、真空チャンバ２を排気することが可能である。
【００２０】
真空チャンバ２の内部には、上部電極３及び下部電極４が配置される。上部電極３及び下部電極４は平板電極であり、互いに上下に対向配置される。上部電極３は、直流電源１の出力端子Ｔ１に接続される。下部電極４は、直流電源１の出力端子Ｔ２に接続される。さらに、下部電極４はグランドと接続される。これにより、上部電極３と下部電極４との間に直流電圧を印加することができる。
【００２１】
真空チャンバ２は、配管を介して、流量調整器７と接続される。流量調整器７は外部のボンベ９からガスが供給される。これにより、流量調整器７は、所定の流量で、真空チャンバ２の内部にガスを供給することができる。流量調整器７のガス流量は、コントローラ８により制御される。なお、流量調整器は、真空チャンバ２と真空ポンプ６との間の配管に挿入されてもよい。この場合、流量調整器は、コントローラ８の制御に応じて、所定の流量で真空チャンバ２の内部のガスを排気できる。さらに、真空チャンバ２の内部に供給されるガスの流量と、真空チャンバ２の内部から排気されるガスの流量と、を併せて調整する構成としてもよい。
【００２２】
コントローラ８は、直流電源１から上部電極３及び下部電極４に出力される電流Ｉ１及び電圧Ｖ１を検出することができる。例えば、電圧Ｖ１は、直流電源１の出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に挿入される電圧計３１により測定することができる。そして、電圧計３１の測定値である電圧Ｖ１がコントローラ８に出力される。例えば、電流Ｉ１は、直流電源１の出力端子Ｔ１と上部電極３との間に挿入される電流計３２により測定することができる。そして、電流計３２の測定値である電圧Ｉ１がコントローラ８に出力される。また、コントローラ８は、圧力計５が検出した真空チャンバ２内部の圧力Ｐを取得することができる。コントローラ８は、電流Ｉ１、電圧Ｖ１、真空チャンバ２内部の圧力Ｐに基づいて、流量調整器７のガス流量を制御する。
【００２３】
以上で説明したプラズマ発生装置１００の構成は、プラズマ発生装置の基本構成である。上記の基本構成に基づき、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やスパッタリング装置などの具体的な装置を構成することが可能である。
【００２４】
図４は、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置１０１の構成を模式的に示す構成図である。ＤＣマグネトロンスパッタリング装置１０１は、プラズマ発生装置１００に、マグネット２１及びターゲット２２を追加した構成を有する。ＤＣマグネトロンスパッタリング装置１０１では、チャンバ２に導入されるガスとして、例えばＡｒ（アルゴン）などの希ガスが用いられる。
【００２５】
マグネット２１は、上部電極３の上部に配置される。マグネット２１により、上部電極３と下部電極４との間で生じるプラズマに磁場を加えることで、ターゲット２２の表面で高密度のプラズマが生成される。これにより、ターゲット２２のスパッタ効率を高めることができる。ターゲット２２は、例えば、アルミニウムのターゲットが用いられる。
【００２６】
下部電極４上には、スパッタリング処理の対象物となる被対象物１０が配置される。ターゲット２２をスパッタすることで放出されるターゲット原子（例えばアルミニウム原子）は、被対象物１０上に堆積する。これにより、被対象物１０に薄膜（例えば、アルミニウム膜）を製膜することができる。
【００２７】
続いて、プラズマ発生装置１００の動作について説明する。図５は、実施の形態１にかかるプラズマ発生装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ１
コントローラ８は、圧力計５により、真空チャンバ２内部の圧力が所定値Ｐｖａｃ以下であることを確認する。
【００２９】
ステップＳ２
コントローラ８は、流量調整器７に指令信号Ｓ１を出力し、真空チャンバ２に一定量のガスを供給する。
【００３０】
ステップＳ３
コントローラ８は、圧力計５により、真空チャンバ２内部の圧力Ｐが所定範囲内の初期圧力Ｐ０であることを確認する。例えば、２．０[Ｐａ]≦Ｐ０≦３．０［Ｐａ］である。
この際、真空チャンバ２内部の初期圧力Ｐ０は、容易にプラズマ放電が開始できる圧力に設定される。
【００３１】
ステップＳ４
コントローラ８は、直流電源１に指令信号Ｓ２を出力し、上部電極３と下部電極４との間への電圧印加の開始を指示する。これにより、上部電極３と下部電極４との間には、所定の電圧Ｖｓ（例えば５００［Ｖ］）の直流電圧が印加される。この際、真空チャンバ２の内部の圧力は、プラズマ放電が開始しやすい初期圧力Ｐ０（例えば、２．０[Ｐａ]≦Ｐｓ≦３．０［Ｐａ］）であるので、放電中の電圧と同じ電圧Ｖｓを印加するだけで、容易にプラズマ放電を開始することができる。
【００３２】
ステップＳ５
コントローラ８は、上部電極３及び下部電極４に流れる電流を検知し、所定範囲に収まっているかを判定する。
【００３３】
ステップＳ６
上部電極３及び下部電極４に流れる電流が所定範囲に収まっている場合には、コントローラ８は、プラズマ放電が正常に開始されたものと判定する。
【００３４】
ステップＳ７
コントローラ８は、真空チャンバ２の圧力を、初期圧力Ｐ０から処理設定圧力Ｐｓ（ただし、Ｐｓ＜Ｐ０、例えば、０．６[Ｐａ]≦Ｐｓ≦０．８［Ｐａ］）に変更する。具体的には、コントローラ８は、流量調整器７に指令を出し、ガス流量を低減させることで、真空チャンバ２内の圧力を調整する。つまり、プラズマ放電が開始してから、印加電圧一定でプラズマ放電を維持したまま、真空チャンバ２の圧力を処理設定圧力Ｐｓに変更することができる。
【００３５】
ステップＳ８
一方、上部電極３及び下部電極４に流れる電流が所定範囲に収まっていない場合には、コントローラ８は、警報を発する。そして、コントローラ８は、直流電源１に対して、電力の出力中止を指令する。
【００３６】
本構成によれば、上述のように、プラズマ放電を容易に開始可能なガス圧力にて放電を開始する。その後、プラズマ処理を行うガス圧力に変更することで、安定してプラズマ放電を維持することができる。これにより、プラズマ放電開始時に高電圧を印加する必要がなく、電源の出力電圧を抑制し、電源及びプラズマ発生装置の小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
【００３７】
また、直流電源により単純に直流電圧を印加するだけでは、真空チャンバ２では火花放電が発生し、プラズマ放電が正常に開始しない。これに対し、本構成では、直流電源を用いた場合でも、正常なプラズマ放電を開始できるので、火花放電などの異常放電を防止することが可能となる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図４では、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、プラズマ発生装置１００の構成を応用して、プラズマＣＶＤ装置やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置など、プラズマを用いる様々な装置を構成することができる。
【００３９】
上述では、図２で直流電源１の構成について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、直流電源１に代えて、いわゆるインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）ユニットや、ＲＦ（Radio Frequency）電源などの種々の電源をプラズマ発生装置の電源として適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  直流電源
２  真空チャンバ
３  上部電極
４  下部電極
５  圧力計
６  真空ポンプ
７  流量調整器
８  コントローラ
９  ボンベ
１１  インバータ回路
１２  昇圧トランス
１３  ダイオード
１４  チョークコイル
１５  平滑コンデンサ
１０  被対象物
２１  マグネット
２２  ターゲット
３１  電圧計
３２  電流計
１００  プラズマ発生装置
１０１  ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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