(57)【要約】【課題】アーク放電を確実に消滅させることができる技術を提供する。【解決手段】プラズマの維持に寄与する電源２１〜２３のうち、いずれか１個がアーク放電の発生を検出すると、その電源の他、他の電源の出力も停止させるのでアーク放電が確実に消滅する。また、高電圧が出力される電源２１は電圧変動によってアーク放電の発生を検出し、低電圧が出力される電源２２では、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すると、電源２１、２２の電圧が干渉しても、誤動作が生じない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極と、
前記第一の電極に接続された第一の電源と、
前記第一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二の電極と、
前記第二の電極に接続された第二の電源とを有するプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマを形成する場合は、前記第一の電源を動作させ、前記第一の電極に電圧を印加し、真空雰囲気中にプラズマを形成し、
前記プラズマを維持する場合は、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印加し、前記真空雰囲気中に配置された処理対象物を前記プラズマで処理し、
前記第一の電源の出力状態からアーク放電の発生を検出した場合は、前記第一、第二の電極に、前記第一、第二の電圧が印加されないようにして前記アーク放電を消滅させるプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記第一の電源の出力状態は、前記第一の電極に出力する出力電圧であり、前記出力電圧の絶対値が所定値よりも低下したことを、前記アーク放電の発生とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記第二の電源の状態から前記アーク放電の発生を検出し、前記第一、第二の電極に、前記第一、第二の電圧が印加されないようにして前記アーク放電を消滅させる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記第二の電源の状態は、前記第二の電源の出力電流であり、前記出力電流の絶対値が所定値よりも大きくなったときに、前記アーク放電が生じたとする請求項３記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記第二の電圧の絶対値は、前記第一の電圧の絶対値よりも接地電位に近くする請求項４記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理装置には、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場合には、前記第三の電源から前記第三の電極に第三の電圧を印加する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のプラズマ処理方法であって、
前記第一の電源の状態から、前記アーク放電の発生を検出すると、前記第三の電極に、前記第三の電圧が印加されないようにするプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記第二の電源の状態から、前記アーク放電の発生を検出すると、前記第三の電極に、前記第三の電圧が印加されないようにする請求項６記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記第一の電極にターゲットを配置し、前記プラズマによって前記ターゲットをスパッタリングし、前記処理対象物表面に薄膜を形成する請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【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、第一の電極と、前記第一の電極に接続された第一の電源と、前記第一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二の電極と、前記第二の電極に接続された第二の電源とを有するプラズマ処理装置を用いるプラズマ処理方法であって、前記プラズマを形成する場合は、前記第一の電源を動作させ、前記第一の電極に電圧を印加し、真空雰囲気中にプラズマを形成し、前記プラズマを維持する場合は、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印加し、前記真空雰囲気中に配置された処理対象物を前記プラズマで処理し、前記第一の電源の出力状態からアーク放電の発生を検出した場合は、前記第一、第二の電極に、前記第一、第二の電圧が印加されないようにして前記アーク放電を消滅させるプラズマ処理方法である。
請求項２記載の発明は、前記第一の電源の出力状態は、前記第一の電極に出力する出力電圧であり、前記出力電圧の絶対値が所定値よりも低下したことを、前記アーク放電の発生とする請求項１記載のプラズマ処理方法である。
請求項３記載の発明は、前記第二の電源の状態から前記アーク放電の発生を検出し、前記第一、第二の電極に、前記第一、第二の電圧が印加されないようにして前記アーク放電を消滅させる請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のプラズマ処理方法である。
請求項４記載の発明は、前記第二の電源の状態は、前記第二の電源の出力電流であり、前記出力電流の絶対値が所定値よりも大きくなったときに、前記アーク放電が生じたとする請求項３記載のプラズマ処理方法である。
請求項５記載の発明は、前記第二の電圧の絶対値は、前記第一の電圧の絶対値よりも接地電位に近くする請求項４記載のプラズマ処理方法である。
請求項６記載の発明は、前記プラズマ処理装置には、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場合には、前記第三の電源から前記第三の電極に第三の電圧を印加する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のプラズマ処理方法であって、前記第一の電源の状態から、前記アーク放電の発生を検出すると、前記第三の電極に、前記第三の電圧が印加されないようにするプラズマ処理方法である。
請求項７記載の発明は、前記第二の電源の状態から、前記アーク放電の発生を検出すると、前記第三の電極に、前記第三の電圧が印加されないようにする請求項６記載のプラズマ処理方法である。
請求項８記載の発明は、前記第一の電極にターゲットを配置し、前記プラズマによって前記ターゲットをスパッタリングし、前記処理対象物表面に薄膜を形成する請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のプラズマ処理方法である。
【００１６】
本発明は上記のように構成されており、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】
そして、各電極にそれぞれ接続された電源のうち、いずれか一個の電源の状態に基いてアーク放電の発生が検出されると、その電源に接続された電極には、プラズマの維持に必要な電圧が印加されないようになる。本発明では、それに伴い、他の電源に接続された電極にも、プラズマの維持に必要な電圧が印加されないようになる。
【００１８】
例えば、一の電源の状態によってアーク放電が検出されると、その電源の出力が停止されるばかりでなく、アーク放電が検出されなかった他の電源の出力も停止される。従って、アーク放電を検出しなかった電源が電極を供給することにより、アーク放電が維持されるようなことがない。
【００１９】
電源の出力停止に代え、電極を接地電位に接続したり、電源と電極の間の接続を遮断してもよい。要するに、電極への電圧印加が停止されればよい。
【００２０】
また、プラズマ形成に用いられる電極には高電圧を印加するのに対し、他の電極には、それよりも低電圧を印加すれば足りる。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いため、高電圧が印加される電極の電圧変動の影響により、低電圧が印加される電極は、アーク放電が発生しなくても電圧が低下し、所定のアーク検知電圧よりも接地電位に近づく場合がある。従って、低電圧が印加される電極に接続される電源については、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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を説明する。
図１は本発明が用いられるプラズマ装置の例であり、真空チャンバー８を有している。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）とが配置されている。第一〜第三の電極１１〜１３は、それぞれ、第一〜第三の電源２１〜２３に接続され、真空チャンバ８は接地電位に接続されている。
【００２５】
各電源２１〜２３は、各電源２１〜２３が内蔵する制御回路の制御に従って定電圧や定電流を出力したり、動作を停止し、電圧や電流が出力されないように構成されている。
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。
【００２６】
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と、予め真空排気系２７を動作させ、真空チャンバー８の内部を所定圧力まで真空排気し、真空雰囲気を形成しておく。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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ＶＤＣ（ＶＤＣ：自己バイアス直流成分）は数十Ｖ程度の大きさである。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
そのターゲット粒子の一部は、正イオンとなり、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の凹凸にある表面には連続した緻密な膜が形成される。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
スパッタリングを行うプラズマ処理装置では、ターゲットに負の直流高電圧を印加する第一の電極１１の電位が略接地電位になる。
【００３７】
アーク放電が生じ、その結果、第一の電極１１の電位が所定値を超えて接地電位に近づくか、又は第一の電極１１の電位が接地電位になると、第一の電源２１内の制御回路は、第一の電極１１の電位が所定値を超えて接地電位に近づいたことを検出することで、アーク放電の発生を検出し、第一の電源１１の出力を停止させると共に、他の電源（第二、第三の電源１２、１３等）に対し、停止信号を出力する。
【００３８】
停止信号は、各電源２２、２３に内蔵された制御回路に入力されており、停止信号が入力されると、それらの電源２２、２３は出力を停止する。
【００３９】
その結果、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の出力が停止され、それによってアーク放電は速やかに消滅する。
【００４０】
各電源１１〜１３は出力停止を一定時間維持した後、再起動し、第一〜第三の電圧を出力する状態に復帰するとプラズマは再生される。
【００４１】
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。
【００４２】
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と、他の電源２１、２３の出力電圧が停止され、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。
【００４３】
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、各電源２１〜２３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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の電位が変化すると、その割合が小さくても、第二の電極１２の電位が、一瞬設定した第二の電圧より低下する場合がある。第二の電源２２が、出力電圧が設定値を超えて接地電位に近づいたことを条件に各電源２１〜２３の出力を停止させ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電極１１〜１３に印加される第一〜第三の電圧が停止し、不都合である。
【００４６】
また、各電源２１〜２３を再起動すると、第一の電極１１の電位は接地電位から負の高電圧に大きく変化するため、第二の電極２２の電位が一旦接地電位に近づき、その結果、第二の電極１２の電位が所定の電圧を横切ってしまう。第二の電源２２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構成されていると、再起動時に第二の電源２２がアーク放電の発生を検出し、第二の電源２２が停止すると共に停止信号が他の電源２１、２３に出力され、各電源２１〜２３の出力が停止される場合がある。
【００４７】
このように、低電圧が印加される電極に接続された電源も、電圧変動によって停止するように構成すると、誤動作によって各電源２１〜２３が停止し、不都合である。
【００４８】
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している。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。
【００４９】
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所定の電圧を横切っても、アーク放電の発生と判断せず、第二の電源２２の出力停止や停止信号の出力は行われないようになっている。
【００５０】
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さからアーク放電の発生を検出すると、第二の電源２２の出力電圧を停止すると共に、停止信号を他の電源（第一、第三の電源２１、２３）に出力し、その結果、各電源２１〜２３の出力が停止されるようになっている。
【００５１】
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自身の出力電流が所定値を超えると出力を停止すると共に、他の電源２１、２２に停止信号を出力し、その結果、各電源２１〜２３の出力が停止されるようになっている。
【００５２】
以上は、各電源２１〜２３の出力を停止させることで、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したが、各電源２１〜２３の出力端子にスイッチを設け、各電源２１〜２３が第一〜第三の電圧を出力しながら、そのスイッチを操作することで、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してもよい。
【００５３】
例えば、図２（ａ）は、第一〜第三のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を、第一〜第三の電源２１〜２３に対して並列に接続した場合の例であり、アーク放電を検出した電源２１〜２３は出力を停止せず、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に停止信号を出力するように構成されている。
【００５４】
そして、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は停止信号が入力されると閉成状態になり、第一〜第三の電極１１〜１３を接地電位に接続する。その結果、第一〜第三の電極１１〜１３には、第一〜第三の電圧が印加されないようになる。
【００５５】
また、図２（ｂ）は、第一〜第三のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を、第一〜第三の電源２１〜２３に対して直列接続した場合であり、アーク放電を検出した電源から各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に停止信号が入力されると、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は開成状態になり、第一〜第三の電極１１〜１３を第一〜第三の電源２１〜２３から切り離す。それにより、第一〜第三の電極１１〜１３には、第一〜第三の電圧が印加されなくなる。
【００５６】
なお、上記プラズマ処理装置１では、グリッド電極である第二の電極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、プラズマ処理装置のうち、スパッタリング装置について説明したが、本発明のプラズマ装置は、プラズマを用いて処理対象物を処理する装置が含まれる。例えば、スパッタリング装置の他、プラズマを用いたアッシング装置、エッチング装置、表面改質装置等である。
【００５９】
また、本発明のプラズマ装置は電極を三個有するものに限定されるものではなく、二個有する装置や四個以上有する装置も含まれる。
【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。
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例
【図２】（ａ）、（ｂ）：スイッチを用いて電圧印加を停止させる例を説明するための図
【図３】従来技術のスパッタリング装置
【符号の説明】
１……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
【図１】
2004323902.tif 000003
【図２】
2004323902.tif 000004
【図３】
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