CN104008944B - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够正确地检测电弧放电的产生的等离子体处理装置。使用等离子体对基板(G)实施处理的等离子体处理装置(10)具备：腔室(11)，其被提供高频电力而在内部产生等离子体；第一微分电路(21)，其对高频电力的行波电压Vf进行时间微分；第二微分电路(23)，其对高频电力的反射波电压Vr进行时间微分；比较器(22)，其计算dVr/dt‑dVf/dt，在计算出的该dVr/dt‑dVf/dt超过电弧放电检测值的情况下，判断为在腔室(11)内产生了电弧放电而发送信号；以及二极管(25)，其在dVf/dt为负值的情况下，将dVf/dt设为0，使得dVr/dt‑dVf/dt变小。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及一种防止电弧放电的产生的等离子体处理装置。
背景技术
在使用提供高频电力所产生的等离子体对基板、例如用于制造FPD的玻璃基板、半导体晶圆实施规定处理的等离子体处理装置中，在产生等离子体的处理室内有时产生电弧放电。当电弧放电持续时有可能对处理室内的部件、玻璃基板、半导体晶圆造成损伤，因此，如果检测出电弧放电的产生则需要迅速停止用于生成等离子体的高频电力的提供。
当产生电弧放电时高频电力的反射波电压产生峰值，因此通常监视反射波电压，当检测出峰值的产生时切断高频电力的提供。
高频电力的提供方式与规定处理的内容相应地存在各种方式，以往，作为提供方式变化的方式，阶梯性地增加所提供的高频电力的方式为主流方式。
但是，在阶梯性地增加高频电力时，行波电压也增加，而在该情况下，在通过匹配电路取得行波电压与反射波电压的阻抗匹配之前有时反射波电压产生峰值。
因此，为了避免将由行波电压的增加引起的反射波电压的峰值的产生误认为是由电弧放电的产生引起的反射波电压的峰值的产生，通常，在以下式成立的情况下判断为产生了由电弧放电的产生引起的反射波电压的峰值(例如参照专利文献1)。
dVr/dt-dVf/dt>电弧放电检测值
在此，Vr为反射波电压，Vf为行波电压，电弧放电检测值为预先设定的规定的阈值。
在上述式中，在行波电压增加的情况下，dVr/dt-dVf/dt的值变小，因此即使产生由行波电压的增加引起的反射波电压的峰值，上述式也几乎不成立。
专利文献1：国际公开第03/037047号
发明内容
发明要解决的问题
另外，近年来，随着等离子体处理的复杂化，不仅是高频电力(行波电压)的增加，如图7所示，还要求伴随行波电压的降低的高频电力的提供方式。
在行波电压降低的情况下，也在通过匹配电路取得行波电压与反射波电压的阻抗匹配之前有时反射波电压产生峰值，而此时，上述式的dVf/dt成为负值，因此dVr/dt-dVf/dt的值变得过大而使得上述式成立，从而有可能错误地判断为产生了由电弧放电的产生引起的反射波电压的峰值。
如果增大电弧放电检测值，则上述错误判断的可能性会降低，但是在仅产生由不那么强的电弧放电的产生引起的反射波电压的峰值而dVr/dt不大的情况下，有可能无法检测电弧放电的产生。
本发明的目的在于提供一种能够正确地检测电弧放电的产生的等离子体处理装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明第一方面所述的等离子体处理装置具备被提供高频电力的处理室，使上述处理室内产生等离子体而使用该等离子体对被处理体实施处理，该等离子体处理装置的特征在于，还具备：第一时间微分部，其对施加给上述处理室的高频电力的行波电压进行时间微分；第二时间微分部，其对从上述处理室返回的高频电力的反射波电压进行时间微分；判断部，其计算与上述反射波电压的时间微分值和上述行波电压的时间微分值的差分对应的值，在计算出的该与差分对应的值超过规定的阈值的情况下，判断为在上述处理室内产生了电弧放电；以及微分值变更部，其在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，至少变更上述反射波电压的时间微分值和上述行波电压的时间微分值中的某一个，使得上述与差分对应的值变得小于规定的阈值。
本发明第二方面所述的等离子体处理装置的特征在于，在本发明第一方面所述的等离子体处理装置中，上述判断部具有被输入上述行波电压的时间微分值的第一输入部以及被输入上述反射波电压的时间微分值的第二输入部，上述微分值变更部至少与第一输入部和第二输入部中的某一个相连接。
本发明第三方面所述的等离子体处理装置的特征在于，在本发明第一方面或第二方面所述的等离子体处理装置中，上述与差分对应的值是从上述反射波电压的时间微分值减去上述行波电压的时间微分值所得的值。
本发明第四方面所述的等离子体处理装置的特征在于，在本发明第一～第三方面的任一项所述的等离子体处理装置中，在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，上述微分值变更部将上述行波电压的时间微分值设为0。
本发明第五方面所述的等离子体处理装置的特征在于，在本发明第四方面所述的等离子体处理装置中，上述微分值变更部包括二极管。
本发明第六方面所述的等离子体处理装置的特征在于，在本发明第一～第三方面的任一项所述的等离子体处理装置中，在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，上述微分值变更部减小上述行波电压的时间微分值的绝对值。
本发明第七方面所述的等离子体处理装置的特征在于，在本发明第一～第三方面的任一项所述的等离子体处理装置中，在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，上述微分值变更部减小上述反射波电压的时间微分值。
发明的效果
根据本发明，在行波电压的时间微分值为负值的情况下，至少变更反射波电压的时间微分值和行波电压的时间微分值中的某一个，使得与高频电力的反射波电压的时间微分值和行波电压的时间微分值的差分对应的值变小，因此，计算出的与差分对应的值不容易超过规定的阈值。由此，能够抑制虽然产生由行波电压的减小引起的反射波电压的峰值、但错误地判断为产生了由电弧放电的产生引起的反射波电压的峰值的情况，由此能够正确地检测电弧放电的产生。
附图说明
图1是概要地表示本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的结构的图。
图2是用于说明通过图1的等离子体处理装置执行的行波电压的时间微分值的变更处理的图。
图3是概要地表示图1的等离子体处理装置的第一变形例的结构的图。
图4是用于说明通过图3的等离子体处理装置执行的行波电压的时间微分值的变更处理的图。
图5是概要地表示图1的等离子体处理装置的第二变形例的结构的图。
图6是用于说明通过图5的等离子体处理装置执行的反射波电压的时间微分值的变更处理的图。
图7是表示伴随复杂化的等离子体处理的高频电力的提供方式的图。
附图标记说明
10、26、28：等离子体处理装置；11：腔室；12：高频电源；18：电力计；21：第一微分电路；22：比较器；22a：负输入侧；22b：正输入侧；23：第二微分电路；24：输出切断电路；25：二极管；29：微分值检测电路；27、30：微分值减小电路。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1是概要地表示本发明的实施方式所涉及的等离子体处理装置的结构的图。
在图1中，等离子体处理装置10具备内部被减压的长方体状的腔室11(处理室)和高频电源12，腔室11在内部具有配置在底部的台状的基座13和配置在顶部的喷头14，高频电源12与基座13相连接来对该基座13提供高频电力。基座13作为下部电极而发挥功能，喷头14作为上部电极而发挥功能。由此，能够向基座13与喷头14之间的处理空间S施加提供给基座13的高频电力。
在腔室11中，向基座13载置作为被处理体的玻璃基板(以下，简单称为“基板”。)G，喷头14向内部的处理空间S导入处理气体，并且基座13向处理空间S施加高频电力而在处理空间S中使处理气体产生等离子体。该等离子体中的离子、自由基到达基板G来对该基板G实施规定的等离子体处理、例如干蚀刻处理。
在腔室11与高频电源12之间，从腔室11侧起依次存在直流截止电容器15、匹配电路16、同轴线缆17以及电力计18，从而形成高频电流提供路径。在高频电流提供路径中，电力计18对从高频电源12向基座13提供的高频电力的行波电压Vf和反射波电压Vr进行测量，并输出各自的值。
电力计18的行波电压Vf的输出侧与第一放大器19相连接，第一放大器19将所输入的行波电压Vf放大或者衰减到适当大小的信号。另外，电力计18的反射波电压Vr的输出侧与第二放大器20相连接，第二放大器20将所输入的反射波电压Vr放大或者衰减到适当大小的信号。
通过第一微分电路21(第一时间微分部)对从第一放大器19输出的行波电压Vf进行时间微分，微分得到的该行波电压Vf(以下，称为“dVf/dt”。)(行波电压的时间微分值)被输入到比较器22(判断部)的负输入侧22a(第一输入部)。
通过第二微分电路23(第二时间微分部)对从第二放大器20输出的反射波电压Vr进行时间微分，微分得到的该反射波电压Vr(以下，称为“dVr/dt”。)(反射波电压的时间微分值)被输入到比较器22的正输入侧22b(第二输入部)。
虽然能够通过监视反射波电压Vr的时间微分值来判断在处理空间S中是否产生了电弧放电，但是为了排除由行波电压Vf引起的反射波电压Vr的变化量，使用从反射波电压Vr的时间微分值减去行波电压Vf的时间微分值得到的评价值，根据该评价值是否超过规定的阈值来判断在处理空间S中是否产生了电弧放电。具体地说，用比较器22来判断以下式(1)是否成立，在以下式(1)成立的情况下，从比较器22向输出切断电路24(判断部)发送信号。
dVr/dt-dVf/dt>电弧放电检测值(规定的阈值)···(1)
在处理空间S中产生的电弧放电影响反射波电压，另一方面，不影响行波电压或者即使影响行波电压、该影响也小，因此能够根据上述式(1)来判断在处理空间S中是否产生了电弧放电，上述式(1)成立的情况相当于虽然产生反射波电压Vr的峰值、但行波电压Vf未增加或者变化微小的情况，因此相当于在处理空间S中产生了电弧放电的情况。
上述式(1)成立而接收到从比较器22发送的信号的输出切断电路24判断为在处理空间S中产生了电弧放电，从而向高频电源12发送输出切断信号。接收到该输出切断信号的高频电源12在规定的期间内停止提供高频电力。由此，防止在处理空间S中持续产生电弧放电。
但是，在与等离子体处理的制程相应地行波电压Vf降低的情况下，dVf/dt成为负值，因此，即使在反射波电压Vr不变动时(dVr/dt为0)、在只不过产生了噪声级别的微小的峰值时、或者在通过匹配电路16取得行波电压Vf与反射波电压Vr的阻抗匹配之前反射波电压Vr只不过产生了微小的峰值(Vr的增加微小)时，上述式(1)也有可能成立，从而判断为在处理空间S中产生了电弧放电而停止提供高频电力。即，在行波电压Vf降低的情况下，有可能错误地判断为在处理空间S中产生了电弧放电。
在本实施方式中，应对上述情况，在行波电压Vf降低的情况下，将输入到比较器22的负输入侧22a的dVf/dt设为0以避免dVr/dt-dVf/dt过多增加。具体地说，在第一微分电路21与比较器22之间配置二极管25(微分值变更部)，该二极管25(微分值变更部)在从第一放大器19向比较器22的方向上对电流进行整流。二极管25在通过第一微分电路21得到的dVf/dt为正、即在二极管25的整流方向上产生电位差的情况下，或者在dVf/dt为0、即在二极管25中未产生电位差的情况下，直接输出dVf/dt，在dVf/dt为负值、即在与二极管25的整流方向相反的方向上产生电位差的情况下，切断电流而输出0。
图2是用于说明通过图1的等离子体处理装置执行的行波电压的时间微分值的变更处理的图。
在图2中，示出反射波电压Vr产生不是由电弧放电引起的微小的峰值、但是行波电压Vf减小的情况。图中的dVf/dt如虚线所示那样一部分向负的方向突出，但是在等离子体处理装置10中，通过第一微分电路21得到的dVf/dt通过二极管25被变更为0，使得dVf/dt的突出部变为平坦。由此，本来如图中的虚线所示那样变化而超过电弧放电检测值的dVr/dt-dVf/dt如实线所示那样偏移(参照图中的箭头)，从而不会超过电弧放电检测值。即，上述式(1)不成立。由此，能够防止错误地判断为在处理空间S中产生了电弧放电。
根据本实施方式所涉及的等离子体处理装置10，即使在行波电压Vf降低而dVf/dt为负值的情况下，由于将输入到比较器22的负输入侧22a的dVf/dt设为0以避免dVr/dt-dVf/dt过大，因此dVr/dt-dVf/dt也不容易超过电弧放电检测值。由此，在反射波电压Vr不变动时、在只不过产生了噪声级别的微小的峰值时、或者在通过匹配电路16取得行波电压Vf与反射波电压Vr的阻抗匹配之前反射波电压Vr只不过产生了微小的峰值时，即使执行使高频电力减小的等离子体处理的制程而行波电压Vf降低，也能够抑制错误地判断为产生了由电弧放电的产生引起的反射波电压Vr的峰值，由此，能够正确地检测电弧放电的产生。
另外，通过正确地检测电弧放电的产生，能够抑制不必要地停止高频电力的提供，由此能够在处理空间S中稳定地维持等离子体。
以上，用实施方式说明了本发明，但是本发明并不限定于上述实施方式。
在上述实施方式中，在比较器22中，将从反射波电压Vr的时间微分值减去行波电压Vf的时间微分值得到的差分直接用作评价值来判断是否产生了电弧放电，但是也可以使用利用上述差分计算出的其它评价值、例如变换为以阶梯函数的方式变化的值的评价值、仅提取上述差分的绝对值而得到的评价值来判断是否产生电弧放电。
在上述等离子体处理装置10中，作为将dVf/dt设为0的单元使用了二极管25，但是也可以代替二极管25，在第一微分电路21与比较器22的负输入侧22a之间配置以下电路：该电路在dVf/dt为正或者0的情况下输出该dVf/dt，在dVf/dt为负值的情况下输出0。
另外，在上述等离子体处理装置10中，在行波电压Vf降低而dVf/dt为负值的情况下，将dVf/dt设为0，但是不一定必须将dVf/dt设为0，例如也可以仅减小dVf/dt的绝对值。
图3是概要地表示图1的等离子体处理装置的第一变形例的结构的图。
在图3中，等离子体处理装置26具备微分值减小电路27以代替二极管25，该微分值减小电路27配置在第一微分电路21与比较器22的负输入侧22a之间。
微分值减小电路27在通过第一微分电路21得到的dVf/dt为正或0的情况下，直接输出dVf/dt，在dVf/dt为负值的情况下，减小dVf/dt的绝对值后输出。
图4是用于说明通过图3的等离子体处理装置执行的行波电压的时间微分值的变更处理的图。
在图4中，示出反射波电压Vr产生不是由电弧放电引起的微小的峰值、但是行波电压Vf降低的情况。图中的dVf/dt如虚线所示那样一部分突出，但是在等离子体处理装置26中，通过第一微分电路21得到的dVf/dt的绝对值通过微分值减小电路27而减小，使得dVf/dt的突出量减小。由此，本来如图中的虚线所示那样变化而超过电弧放电检测值的dVr/dt-dVf/dt如实线所示那样偏移(参照图中的箭头)，从而不会超过电弧放电检测值。由此，能够抑制错误地判断为在处理空间S中产生了电弧放电。
并且，在行波电压Vf降低而dVf/dt为负值的情况下，也可以不变更dVf/dt而变更dVr/dt。
图5是概要地表示图1的等离子体处理装置的第二变形例的结构的图。
在图5中，等离子体处理装置28具备微分值检测电路29和微分值减小电路30以代替二极管25，该微分值检测电路29配置在第一微分电路21与比较器22的负输入侧22a之间，该微分值减小电路30与该微分值检测电路29相连接，且配置在第二微分电路23与比较器22的正输入侧22b之间。
微分值检测电路29当检测出通过第一微分电路21得到的dVf/dt为负值时，向微分值减小电路30发送信号，接收到该信号的微分值减小电路30将通过第二微分电路23得到的dVr/dt减小后输出。
图6是用于说明通过图5的等离子体处理装置执行的反射波电压的时间微分值的变更处理的图。
在图6中，示出反射波电压Vr产生不是由电弧放电引起的微小的峰值、但是行波电压Vf降低的情况。图中的dVr/dt如虚线所示那样上下变动，但是在等离子体处理装置28中，通过第二微分电路23得到的dVr/dt通过微分值减小电路30而减小，使得dVr/dt的变动量减小。由此，本来如图中的虚线所示那样变化而超过电弧放电检测值的dVr/dt-dVf/dt如实线所示那样变动量减小，从而不会超过电弧放电检测值。由此，能够抑制错误地判断为在处理空间S中产生了电弧放电。
此外，如果是使用高频电力产生等离子体的等离子体处理装置，则能够应用本发明。例如，本发明不仅能够应用于图1示出的具备平行平板型(CCP型)的腔室11的等离子体处理装置10，还能够应用于具备ICP型的腔室的等离子体处理装置。

Claims (8)

1.一种等离子体处理装置，具备被提供高频电力的处理室，使上述处理室内产生等离子体而使用该等离子体对被处理体实施处理，该等离子体处理装置的特征在于，还具备：
第一时间微分部，其对施加给上述处理室的高频电力的行波电压进行时间微分；
第二时间微分部，其对从上述处理室返回的高频电力的反射波电压进行时间微分；
判断部，其计算与上述反射波电压的时间微分值和上述行波电压的时间微分值的差分对应的值，在计算出的该与差分对应的值超过规定的阈值的情况下，判断为在上述处理室内产生了电弧放电；以及
微分值变更部，其在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，至少变更上述反射波电压的时间微分值和上述行波电压的时间微分值中的某一个，使得上述与差分对应的值变得小于规定的阈值。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述判断部具有被输入上述行波电压的时间微分值的第一输入部以及被输入上述反射波电压的时间微分值的第二输入部，
上述微分值变更部至少与第一输入部和第二输入部中的某一个相连接。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述与差分对应的值是从上述反射波电压的时间微分值减去上述行波电压的时间微分值所得的值。
4.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述与差分对应的值是从上述反射波电压的时间微分值减去上述行波电压的时间微分值所得的值。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，上述微分值变更部将上述行波电压的时间微分值设为0。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，
上述微分值变更部包括二极管。
7.根据权利要求1～4中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，上述微分值变更部减小上述行波电压的时间微分值的绝对值。
8.根据权利要求1～4中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于，
在上述行波电压的时间微分值为负值的情况下，上述微分值变更部减小上述反射波电压的时间微分值。
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