JP2002324783A - 異常放電検出方法 - Google Patents

異常放電検出方法

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JP2002324783A
JP2002324783A JP2001127798A JP2001127798A JP2002324783A JP 2002324783 A JP2002324783 A JP 2002324783A JP 2001127798 A JP2001127798 A JP 2001127798A JP 2001127798 A JP2001127798 A JP 2001127798A JP 2002324783 A JP2002324783 A JP 2002324783A
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current
amplitude modulation
voltage
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Takemoto Yamauchi
健資 山内
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、プラズマ処理中にアーク放電が発生
したときに生じる振幅変調から異常放電を認識すること
により、検出精度を高め、信頼性の向上を得られる異常
検出方法を提供する。 【解決手段】真空チャンバ1内に高周波電力を供給する
とともに、真空チャンバ1の近傍に配置したマグネトロ
ン5により磁場を印加し、真空チャンバ内にプラズマを
発生させて被処理体2に対するプラズマ処理を行う際の
異常放電検出方法において、高周波を印加する回路中
に、高周波の印加電圧と、電流の少なくともいずれか一
方を検出し、検出した電圧および/もしくは電流の振幅
変調から異常放電を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば半導体装
置などの表面を処理するプラズマ処理工程に用いられる
アーク放電等の異常放電検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置等の製造プロセスに用いられ
るエッチング装置として、たとえばマグネトロンを用い
たリアクティブオンエッチング(RIE)装置がある。
このマグネトロンRIE装置は、真空チャンバ近傍でマ
グネトロンを回転させるとともに、真空チャンバ内に高
周波(RF)電力を供給してプラズマを発生させ、半導
体ウエハなどの被処理体に対してエッチングを行う。
【0003】RIE装置では、金属膜をエッチングする
際に、RF電圧および自己バイアス電圧により、プラズ
マと被処理体との間にアーク放電等の異常放電が発生す
ることがある。その結果、半導体ウエハ等の被処理体上
のアルミニウム等の配線にダメージを与える。
【0004】従来、このような異常放電の発生を検出す
るには、プラズマ処理されたあとの半導体ウエハを検査
して、ウエハ上でのアーク痕を探すことしかなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような不具合を解
消するため、近年では、微小な異常放電が発生した場合
に、プラズマインピーダンスが変化し整合状態から外れ
るためにRF反射波が出ることを利用し、この反射波を
検出することで異常放電として認識する方法が提案され
ている。
【0006】しかしながら、RF反射波は、必ずしも異
常放電発生時に出るとは限らず、通常状態においても出
易いものである。したがって、この種の異常放電検出方
法では、アーク放電にともなって発生した反射波である
のか、あるいは、その他の要因により発生した反射波で
あるのかを判別することは困難であって、検出精度が劣
り、信頼性が低いものである。
【0007】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、その目的とするところは、プラズマ処理中に
異常放電が発生したときに生じる電流および/もしくは
電圧の振幅変調から異常放電を認識して、検出精度を高
め、信頼性の向上を得られる異常放電検出方法を提供し
ようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
本発明の異常放電検出方法は、請求項1として、真空チ
ャンバ内に高周波電力を供給するとともに、真空チャン
バ近傍に配置したマグネトロンにより磁場を印加し、真
空チャンバ内にプラズマを発生させて被処理体に対する
プラズマ処理を行う際の異常放電検出方法において、高
周波を印加する回路中に、高周波の印加電圧と、電流の
少なくともいずれか一方を検出し、ここで検出した電圧
および/もしくは電流の振幅変調から異常放電を認識す
ることを特徴とする。
【0009】請求項2として、請求項1記載の異常放電
検出方法において上記検出した電流の振幅変調が予め定
めた閾値を超えたことを検出し、かつ同じタイミングで
上記検出した電圧の振幅変調がそれ以前よりも小である
ことを検出したとき、異常放電と認識することを特徴と
する。
【0010】請求項3として、請求項1記載の異常放電
検出方法において所定時間の間に検出した電流の振幅変
調の平均と、それ以前の所定時間の間に検出した電流の
振幅変調の平均とを比較して、現在の平均値が以前の平
均値よりも大であるとき、異常放電と認識することを特
徴とする。
【0011】請求項4として、請求項1記載の異常放電
検出方法において所定時間の間に検出した電圧の振幅変
調の平均と、それ以前の所定時間の間に検出した電圧の
振幅変調の平均とを比較して、現在の平均値が以前の平
均値よりも小であるとき、異常放電と認識することを特
徴とする。
【0012】このような課題を解決する手段を採用する
ことにより、プラズマ処理中に異常放電が発生したとき
に生じる振幅変調を検出して異常放電を認識することに
より、検出精度を高め、信頼性の向上を得られる。
【0013】すなわち、プラズマ処理装置において、高
周波の電圧、電流は、その周波数で決まる正弦波で変動
する。アーク放電等の異常放電があった場合、上記電圧
と電流はインパルスが印加するために、電圧振幅が小さ
く、電流振幅が大きくなる振幅変調を受ける。
【0014】この振幅変調による電流値を検出し、閾値
を超えたとき、および、その電圧振幅が小さくなったと
きの、少なくともいずれか一方を検出したときに異常放
電と認識し、プラズマ内での異常を検出可能とする。
【0015】
【実施の形態】以下、本発明の一実施の形態について図
面を参照して説明する。図1は、誘導結合型プラズマ処
理装置を適用したマグネトロンRIE装置の構成図であ
る。
【0016】真空チャンバ1内には、半導体ウエハ等の
被処理体2を載置するためのステージを備え、高周波を
印加し、真空チャンバ1内にプラズマ放電3させるため
の下部電極4が設けられる。
【0017】また、真空チャンバ1の外部にはリング形
状のマグネトロン5が回転自在に配置され、かつ下部電
極4にはマッチングボックス6を介して高周波電源7が
接続されている。上記マッチングボックス6は、高周波
電源7側と真空チャンバ1側のインピーダンスを整合さ
せるためのものである。
【0018】上記高周波電源7とマッチングボックス6
との間には、電気量モニタとしてのプローブ8が接続さ
れている。このプローブ8は、高周波電源7からマッチ
ングボックス6を介して真空チャンバ1内の下部電極4
に供給される電圧および電源をモニタし、そのモニタ信
号を出力するものである。
【0019】なお、高周波電源7とマッチングボックス
6との間は、高周波電源7のインピーダンス(たとえば
50Ω)で一定になっている。これにより、真空チャン
バ1内のインピーダンス変化に応じて電圧が高くなれば
それに応じて電流が少なくなり、電圧が低くなればそれ
に応じて電流が多くなって電力を一定に保つような変化
が現れる。
【0020】上記プローブ8に接続されるコンピュータ
9は、プローブ8から出力されるモニタ信号をデジタル
化して取込む。そして、このモニタ信号に基づいて被処
理体2に対するエッチングの処理状況を検出する機能等
を有する。
【0021】上記真空チャンバ1内において、下部電極
4は排気分散板(バッフル板とも呼ばれる)に支持され
る。また、真空チャンバ1には排気口が設けられてい
て、真空排気系が接続される。この真空排気系には真空
ポンプが設けられていて、真空チャンバ1内を真空排気
するようになっている。(以上図示しない) つぎに、上記のごとく構成された装置における作用を説
明する。
【0022】真空チャンバ1内に反応ガスが供給される
とともに、下部電極4に高周波電源7からマッチングボ
ックス6を介して高周波電力が供給される。さらに、真
空チャンバ1の外周でマグネトロン5が所定の回転周波
数で回転する。
【0023】これにより、真空チャンバ1内には低圧力
でプラズマが発生し、このプラズマ中のイオンおよびラ
ジカルにより化学反応して、下部電極4上の被処理体2
はエッチングされる。
【0024】プラズマのエッチングは、エッチング時に
発生した反応生成物、もしくは反応に要するイオンやラ
ジカル等の量により変化する。これにともない高周波電
源7からマッチングボックス6を介して真空チャンバ1
に供給される電圧および電流が変動するので、プローブ
8により電圧および電流をモニタし、そのモニタ信号を
コンピュータ9に対して出力する。コンピュータ9は、
プローブ8から出力されるモニタ信号をデジタル化して
取込む。
【0025】図2は、強制的にアーク放電を発生させ、
かつその異常放電を検出し、異常放電として認識するた
めのシステムを示す。ここで、基本的な構成は先に図1
で説明したものと同一であるので、同一構成部品には同
番号を付して新たな説明は省略する。
【0026】真空チャンバ1上部に備えた電極に直流電
圧を印加できるように直流電極10と、直流電源11を
備えている。この直流電極10に直流電圧を印加する
と、排気分散板12上にアーク放電が発生する。
【0027】このようにプラズマ内でアーク放電があっ
た場合、プラズマ内に電流が流れ、電圧は一旦低下し、
アーク放電がなくなると、電圧は元に戻るといった、イ
ンパルス信号を高周波に印加することになる。
【0028】プローブ8は、上記と同様に、真空チャン
バ1に供給する高周波電力の電圧、電流をモニタし、そ
のモニタ信号を出力する。このモニタ信号は、コンピュ
ータ9Aに送られるようになっている。
【0029】このコンピュータ9Aは、プローブ8のモ
ニタ出力をデジタル化して取込み、このモニタ出力にお
いて測定した電圧と、電流の振幅を検出する検出手段1
3と、この検出手段13が検出した電圧と電流の振幅変
調から異常放電であるか否かを判断し、かつ認識する異
常放電認識手段14としての機能を有している。
【0030】具体的に、上記異常放電認識手段14は、
上記検出手段13が検出したRF電流の振幅変調が閾値
を超えて大になったことを判断し、測定したRF電圧の
振幅変調が小になったことを判断することを検出したと
きに、異常放電が発生したと認識する。
【0031】図3に示すように、アーク放電があるとき
インパルス信号により高周波の電圧、電流は振幅変調を
受け、電流振幅が増加し、電圧振幅が減少する。この検
出されたときの電流振幅が閾値を超えているか否か、お
よび検出されたときの電圧振幅が減少するか否かを、信
号処理により判断する。
【0032】その結果が、電流振幅が閾値を超え、およ
び電圧振幅が減少していることを確認したとき、異常放
電であるアーク放電が発生した、と認識することとな
る。そして、この検出方法により、通常他の要因で発生
するプラズマ変動と区別し、アーク放電を検出すること
が可能となる。
【0033】なお、上述の実施の形態では、測定結果
が、電流振幅が閾値を超え、電圧振幅が減少しているこ
との両方を確認したとき、アーク放電が発生したと認識
しているが、これに限定されるものではなく、電流振幅
と電圧振幅のいずれか一方の検出のみでも、アーク放電
として認識することが可能である。
【0034】また、他の異常放電検出方法において、検
出手段13が検出した電流の振幅変調が、異常放電認識
手段14に予め定めた閾値を超え、かつ同じタイミング
で検出手段13が検出したピーク・ピーク間の電圧の振
幅変調が、それ以前よりも小であることを異常放電認識
手段14が確認したとき、アーク放電として認識するこ
とが可能である。
【0035】また、検出手段13が検出した現在の所定
時間の間に電流の振幅変調と、それ以前の所定時間の間
に検出した電流の振幅変調から、異常放電認識手段14
はそれぞれの平均を出し、さらにこれら平均値を比較し
て、現在の平均値がそれ以前の平均値よりも大であるこ
とを異常放電認識手段14が確認したとき、アーク放電
として認識することが可能である。
【0036】また、検出手段13が検出した現在の所定
時間の間に電圧の振幅変調と、それ以前の所定時間の間
に検出した電圧の振幅変調から、異常放電認識手段14
はそれぞれの平均を出し、さらにこれら平均値を比較し
て、現在の平均値がそれ以前の平均値よりも小であるこ
とを確認したとき、アーク放電として認識することが可
能である。
【0037】このような異常検出方法を採用することに
より、プラズマ処理中にアーク放電が発生したときに生
じる振幅変調から異常放電を検出でき、検出精度が高ま
り、信頼性の向上を得られる。
【0038】すなわち、容量結合型プラズマ処理装置に
おいて、高周波の電圧、電流は、その周波数で決まる正
弦波で変動する。アーク放電等の異常があった場合、上
記電圧と電流はインパルスが印加するために、電圧振幅
が小さく、電流振幅が大きくなる振幅変調を受ける。
【0039】この振幅変調による電流値を測定し、閾値
を超えたとき、および、その電圧振幅が小さくなったと
きの少なくともいずれか一方を検出したときのみ、アー
ク放電と認識して、プラズマ内での異常を検出可能とす
る。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、プラ
ズマ処理中に異常放電が発生したときに生じる電流およ
び/もしくは電圧の振幅変調から異常放電を認識して、
検出精度を高め、信頼性の向上を得られる等の効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるマグネトロンR
IE装置の概略構成と、インピーダンスモニタを示す概
略図。
【図2】アーク放電を発生させる直流電極と直流電源を
搭載したRIE装置の概略構成を示す図。
【図3】アーク放電発生時の電圧と、電源波形図。
【符号の説明】
1…真空チャンバ、 2…ウエハ、 3…プラズマ、 4…下部電極、 5…マグネトロン、 6…マッチングボックス、 8…プローブ、 7…高周波電源、 9…コンピュータ、 10…直流電極、 11…直流電源。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空チャンバ内に高周波電力を供給すると
    ともに、前記真空チャンバ近傍に配置したマグネトロン
    により磁場を印加し、前記真空チャンバ内にプラズマを
    発生させて被処理体に対するプラズマ処理を行う際の異
    常放電検出方法において、 前記高周波を印加する回路中に、高周波の印加電圧と、
    電流の少なくともいずれか一方を検出し、 ここで検出した電圧および/もしくは電流の振幅変調か
    ら異常放電を認識することを特徴とする異常放電検出方
    法。
  2. 【請求項2】上記検出した電流の振幅変調が予め定めた
    閾値を超えたことを検出し、かつ同じタイミングで上記
    検出した電圧の振幅変調がそれ以前よりも小であること
    を検出したとき、異常放電と認識することを特徴とする
    請求項1記載の異常放電検出方法。
  3. 【請求項3】所定時間の間に検出した電流の振幅変調の
    平均と、それ以前の所定時間の間に検出した電流の振幅
    変調の平均とを比較して、現在の平均値が以前の平均値
    よりも大であるとき、異常放電と認識することを特徴と
    する請求項1記載の異常放電検出方法。
  4. 【請求項4】所定時間の間に検出した電圧の振幅変調の
    平均と、それ以前の所定時間の間に検出した電圧の振幅
    変調の平均とを比較して、現在の平均値が以前の平均値
    よりも小であるとき、異常放電と認識することを特徴と
    する請求項1記載の異常放電検出方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006332658A (ja) * 2005-05-20 2006-12-07 Asm Japan Kk プラズマ処理の異常動作を検知するための方法
JP2011527506A (ja) * 2008-07-07 2011-10-27 ラム リサーチ コーポレーション プラズマ処理チャンバ内のその場(in−situ)アーク放電事象を検出するための受動型容量結合静電(CCE)プローブ構成
JP2014503107A (ja) * 2011-01-05 2014-02-06 エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト,トリュープバッハ 被覆装置中における放電検出
JP2016181343A (ja) * 2015-03-23 2016-10-13 東京エレクトロン株式会社 電源システム、プラズマ処理装置及び電源制御方法

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