JP2015015282A - 半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常放電を高い精度で検出するプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法、および異常放電を高い精度で検出するプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置ＰＬＳＭ１は、真空容器ＣＭＢと、真空容器ＣＭＢ内で対向して設けられた第１電極ＥＬＥＣ１と、第２電極ＥＬＥＣ２と、第１電極ＥＬＥＣ１に第１高周波電力を入力する第１電源系ＰＳ１と、第２電極ＥＬＥＣ２に第２高周波電力を入力する第２電源系ＰＳ２と、検出部ＤＴＣ１と、判定部ＪＤＧ２とを備える。検出部ＤＴＣ１は、第１および第２高周波電力の入反射波の状態を示す信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の変動をそれぞれ検出する。検出部ＤＴＣ１が第１および第２高周波電力に、同時に変動を検出した場合に、判定部ＪＤＧ２は真空容器ＣＭＢ内で異常が生じたと判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置に関し、例えば異常放電を検出する処理装置を用いた半導体装置の製造方法、および異常放電を検出するプラズマ処理装置に適用可能な技術である。

半導体装置の製造工程のひとつに、プラズマ処理がある。基板にプラズマ処理を施すために用いられるプラズマ処理装置では、真空処理室内にふたつの電極が対向して設けられ、基板がこれらふたつの電極の間に配置される。ふたつの電極にそれぞれ高周波電力が入力されることによって、真空処理室内にプラズマが発生し、基板がプラズマ処理される。

このようなプラズマ処理装置では、処理中に突発的な異常放電が発生し、基板に異常が発生するという問題があった。その場合には、処理していた基板は不良品となってしまう。

特許文献１には、上部電極に生成される直流バイアス電位の変化や、下部電極に生成される電圧の振幅の変化から、真空処理室内の異常放電を検出する技術が記載されている。

特許文献２には、整合回路部の被制御値の変動や基板の固定に利用される静電吸着の電圧変化を検出することで真空処理室内の異常放電を検出する技術が記載されている。

特開２００３−２３４３３２号公報 特開２００３−２８２５４５号公報

本発明者が検討したところ、特許文献１および特許文献２に記載された方法では、突発的な異常放電を検出するために、検出の基とする電圧や信号を高速にサンプリングしたとしても、スパイク状のノイズが生じた場合に異常放電であると誤検出する可能性があることが分かった。よってプラズマ処理における異常放電を、高い精度で検出することが必要である。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、プラズマ処理装置は、真空容器と、真空容器内で対向して設けられた第１電極と、第２電極と、第１電極に第１高周波電力を入力する第１電源系と、第２電極に第２高周波電力を入力する第２電源系と、検出部と、判定部とを備える。検出部は、第１高周波電力の入射波の状態を示す第１入射波信号の変動、第１高周波電力の反射波の状態を示す第１反射波信号の変動、第２高周波電力の入射波の状態を示す第２入射波信号の変動、および第２高周波電力の反射波の状態を示す第２反射波信号の変動をそれぞれ検出する。検出部が第１入射波信号および第１反射波信号のいずれか一方と、第２入射波信号および第２反射波信号のいずれか一方とに、同時に変動を検出したときに、判定部は真空容器内で異常が生じたと判定する。

前記一実施の形態によれば、プラズマ処理における異常放電を、高い精度で検出できる。

第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る検出部、判定部、および制御部の構成例を示す図である。 入反射波信号の時間波形の例を示す図である。 第１の実施形態に係る検出部の構成のうち、第１入射波信号の変動を検出する部分の例を示す図である。 第１の実施形態に係る判定部の構成の例を示す図である。 第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る検出部、判定部、および制御部の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る検出部の構成のうち、第１入射波信号の変動を検出する部分の例を示す図である。 高周波電源がＯＦＦ状態からＯＮ状態へ変化するタイミングにおける、入反射波信号の時間波形の例を示す図である。 第２の実施形態に係る判定部の構成の例を示す図である。 第２の実施形態に係る第１変化判定部の構成例を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

なお、以下に示す説明において、検出部ＤＴＣ１，ＤＴＣ３，判定部ＪＤＧ２，ＪＤＧ４，および制御部ＣＯＮＴは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。検出部ＤＴＣ１，ＤＴＣ３，判定部ＪＤＧ２，ＪＤＧ４，および制御部ＣＯＮＴは、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＬＳＭ１の構成例を示す図である。本実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＬＳＭ１は、真空処理容器ＣＭＢ、第１電極ＥＬＥＣ１、第２電極ＥＬＥＣ２、第１電源系ＰＳ１、第２電源系ＰＳ２、検出部ＤＴＣ１、および判定部ＪＤＧ２を備えている。第１電極ＥＬＥＣ１と第２電極ＥＬＥＣ２とは、真空処理容器ＣＭＢ内で対向して設けられている。第１電源系ＰＳ１は第１電極ＥＬＥＣ１に第１高周波電力を入力する。第２電源系ＰＳ２は、第２電極ＥＬＥＣ２に第２高周波電力を入力する。検出部ＤＴＣ１は、第１高周波電力の入射波の状態を示す第１入射波信号ＩＷ１の変動、第１高周波電力の反射波の状態を示す第１反射波信号ＲＷ１の変動、第２高周波電力の入射波の状態を示す第２入射波信号ＩＷ２の変動、および第２高周波電力の反射波の状態を示す第２反射波信号ＲＷ２の変動をそれぞれ検出する。判定部ＪＤＧ２は、検出部ＤＴＣ１が第１入射波信号ＩＷ１および第１反射波信号ＲＷ１のいずれか一方と、第２入射波信号ＩＷ２および第２反射波信号ＲＷ２のいずれか一方とに、同時に変動を検出したときに、真空処理容器ＣＭＢ内で異常が生じたと判定する。
以下、詳細に説明する。

真空処理容器ＣＭＢ内は排気系ＶＡＣによって排気され、真空に保たれている。真空処理容器ＣＭＢ内には第１電極ＥＬＥＣ１と第２電極ＥＬＥＣ２が対向して設けられている。第１電極ＥＬＥＣ１は処理ガスを供給するためのガス供給孔ＧＳＬが設けられた導電性プレートＰＬＴを兼ねている。第２電極ＥＬＥＣ２の第１電極ＥＬＥＣ１の側の面上には、静電吸着電極ＥＳＣＥが備えられ、その上に処理対象である基板ＳＵＢが保持されている。静電吸着電極ＥＳＣＥは絶縁膜を含んでおり、静電吸着電源ＥＳＣＰから直流電圧を印加されて、基板ＳＵＢを吸着させる。ただし、真空吸着など、他の方法で基板ＳＵＢが第２電極ＥＬＥＣ２に吸着されても良い。

第１電源系ＰＳ１は第１高周波電源ＲＦ１と第１整合回路ＭＴＣ１とを備えており、第１高周波電源ＲＦ１は第１整合回路ＭＴＣ１を介して、第１電極ＥＬＥＣ１に接続されている。第２電源系ＰＳ２は第２高周波電源ＲＦ２と第２整合回路ＭＴＣ２とを備えており、第２高周波電源ＲＦ２は第２整合回路ＭＴＣ２を介して、第２電極ＥＬＥＣ２に接続されている。第１電源系ＰＳ１は第１高周波電力を第１電極ＥＬＥＣ１に入力する。第２電源系ＰＳ２は第２高周波電力を第２電極ＥＬＥＣ２に入力する。第１高周波電力および第２高周波電力によって、真空処理容器ＣＭＢ内にはプラズマが発生する。第１整合回路ＭＴＣ１は第１高周波電力の第１電極ＥＬＥＣ１からの反射波を低減させ、第２整合回路ＭＴＣ２は第２高周波電力の第２電極ＥＬＥＣ２からの反射波を低減させる。第１電源系ＰＳ１および第２電源系ＰＳ２は、たとえば高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２と整合回路ＭＴＣ１，ＭＴＣ２との間で信号を入出力するための回路、外部信号の入出力回路、およびＡＤ／ＤＡ変換回路などを備えることもできる。

図２は第１の実施形態に係る検出部ＤＴＣ１、判定部ＪＤＧ２、および制御部ＣＯＮＴの構成例を示す図である。検出部ＤＴＣ１は第１電源系ＰＳ１から取り出される第１入射波信号ＩＷ１および第１反射波信号ＲＷ１、並びに第２電源系ＰＳ２から取り出される第２入射波信号ＩＷ２および第２反射波信号ＲＷ２をモニターし、各信号の変動を検出する。判定部ＪＤＧ２は、検出部ＤＴＣ１の検出に基づき、真空処理容器ＣＭＢ内に異常放電が生じたか否かを判定する。制御部ＣＯＮＴは、判定部ＪＤＧ２の判定に基づき、第１電源系ＰＳ１および第２電源系ＰＳ２を制御する。検出部ＤＴＣ１、判定部ＪＤＧ２、制御部ＣＯＮＴが行う処理を含めて、以下で詳細に説明する。

高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２あるいは整合回路ＭＴＣ１，ＭＴＣ２には、電極ＥＬＥＣ１，ＥＬＥＣ２へ高周波電力を入力する際の、入射波および反射波を測定するセンサーが備えられている。第１入射波信号ＩＷ１は第１電源系ＰＳ１から取り出され、第１高周波電力における入射波の状態を示す。第１反射波信号ＲＷ１は第１電源系ＰＳ１から取り出され、第１高周波電力における反射波の状態を示す。第２入射波信号ＩＷ２は第２電源系ＰＳ２から取り出され、第２高周波電力における入射波の状態を示す。第２反射波信号ＲＷ２は第２電源系ＰＳ２から取り出され、第２高周波電力における反射波の状態を示す。以下では入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２は、入射波，反射波の振幅の大きさを示すアナログ電圧であるとして説明するが、それだけに限定されるものではない。

入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２は、電源から取り出すこともできるし、整合回路から取り出すこともできる。また、高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２と整合回路ＭＴＣ１，ＭＴＣ２との間で信号を入出力するための回路、外部信号の入出力回路、およびＡＤ／ＤＡ変換回路などを介して取り出すこともできる。

処理中のプラズマは基板ＳＵＢの表面状態の変化や、基板ＳＵＢの面内の処理速度の違いにより変化して、プラズマが不安定になる場合がある。このような場合、プラズマの明滅、ゆらぎ、異常放電などが発生する。

図３は、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の時間波形の例を示す図である。真空処理容器ＣＭＢ内で突発的に異常放電が生じた場合、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２には、スパイク状の変動が生じる。このとき、整合回路ＭＴＣ１，ＭＴＣ２が即座に動作して、プラズマが安定するよう制御するため、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の変動が生じるのは数〜数十ｍｓｅｃ程度の間である。このような瞬間的な異常放電によってでさえ、真空処理容器ＣＭＢや導電性プレートＰＬＴに付着していた反応生成物が剥離して基板ＳＵＢに落下するなどして、不良を引き起こす。本実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＬＳＭ１では、数〜数十ｍｓｅｃ程度の瞬間的な異常放電も検出する。

図４は、本実施形態に係る検出部ＤＴＣ１の構成のうち、第１入射波信号ＩＷ１の変動を検出する部分の例を示す図である。検出部ＤＴＣ１には第１反射波信号ＲＷ１，第２入射波信号ＩＷ２，第２反射波信号ＲＷ２についての同一の構成部分を有する。

検出部ＤＴＣ１は、第１入射波信号ＩＷ１の変動を検出する構成部分として、計測部ＭＳＲ１，記憶部ＭＭＲ１，差分算出部ＤＦＦ１および変動判定部ＳＰＫＪ１を備えている。また、検出部ＤＴＣ１は、同様な構成部分として、第１反射波信号ＲＷ１の変動を検出する構成部分、第２入射波信号ＩＷ２の変動を検出する構成部分、第２反射波信号ＲＷ２の変動を検出する構成部分を備える。

計測部ＭＳＲ１では、一定時間のサンプリング間隔で第１入射波信号ＩＷ１の値が計測され、計測された値は記憶部ＭＭＲ１に記憶される。差分算出部ＤＦＦ１では、記憶された計測値のうち、一サンプリング時点での値と、その直前のサンプリング時点での値との差が算出される。差分算出部ＤＦＦ１で算出された差が、基準範囲Ａ１内にある場合、変動判定部ＳＰＫＪ１において、第１入射波信号ＩＷ１は安定していると判定され、検出結果を示す信号として、安定を示す信号が出力される。差分算出部ＤＦＦ１で算出された差が、基準範囲Ａ１を超えた場合、変動判定部ＳＰＫＪ１において、第１入射波信号ＩＷ１が変動したと判定され、検出結果を示す信号として変動を示す信号が出力される。第１反射波信号ＲＷ１、第２入射波信号ＩＷ２、および第２反射波信号ＲＷ２についてもそれぞれ同じ方法で変動が検出される。検出部ＤＴＣ１は入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２のそれぞれについて、安定あるいは変動を示す信号を出力する。

検出部ＤＴＣ１では、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２を高速にサンプリングすることで、たとえば数十ｍｓｅｃの短い時間に発生する異常放電についても検出できる。サンプリング間隔は１０ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。

判定部ＪＤＧ２は、検出部ＤＴＣ１から入力された、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２それぞれの検出結果を示す信号に基づいて、真空処理容器ＣＭＢ内で異常放電が生じたか否かの判定を行う。

放電のない状態では、第１電極ＥＬＥＣ１と第２電極ＥＬＥＣ２は電気的に独立しているため、第１電源系ＰＳ１や第２電源系ＰＳ２でノイズが生じたとしても、それぞれのノイズ発生のタイミングに相関はない。よって、たとえば図３のＳＰＫ１のように、第１電源系ＰＳ１または第２電源系ＰＳ２のどちらかでのみ変動が生じたとしても、ノイズであって異常放電に起因するものではないと判定する。放電が生じた場合には、第１電極ＥＬＥＣ１と第２電極ＥＬＥＣ２とが電気的に繋がり、たとえば図３のＳＰＫ２のように第１電源系ＰＳ１および第２電源系ＰＳ２の両方の信号が同時に変動する。

図５は、本実施形態に係る判定部ＪＤＧ２の構成の例を示す図である。判定部ＪＤＧ２は第１電力判定部ＰＳＪ２１，第２電力判定部ＰＳＪ２２，および同時判定部ＳＹＮＪ２を備えている。第１電力判定部ＰＳＪ２１は検出部ＤＴＣ１から入力された、第１入射波信号ＩＷ１の検出結果を示す信号と、第１反射波信号ＲＷ１の検出結果を示す信号とのいずれか一方が変動の検出を示すとき、第１高周波電力の変動を示す信号を同時判定部ＳＹＮＪ２へ出力する。第２電力判定部ＰＳＪ２２は検出部ＤＴＣ１から入力された、第２入射波信号ＩＷ２の検出結果を示す信号と、第２反射波信号ＲＷ２の検出結果を示す信号とのいずれか一方が変動の検出を示すとき、第２高周波電力の変動を示す信号を同時判定部ＳＹＮＪ２へ出力する。同時判定部ＳＹＮＪ２は、第１高周波電力の変動を示す信号と、第２高周波電力の変動を示す信号とが同時に入力されたとき、真空処理容器ＣＭＢ内で異常放電が生じたと判定し、異常の判定結果を示す信号を出力する。

ここで、第１入射波信号ＩＷ１，第１反射波信号ＲＷ１，第２入射波信号ＩＷ２，および第２反射波信号ＲＷ２のサンプリングのタイミングは信号毎に設けられた計測部ＭＳＲ１の間で互いに同期している。そして、第１高周波電力の変動を示す信号と、第２高周波電力の変動を示す信号とが同時に入力されることは、計測部ＭＳＲ１における同じサンプリングの時点において、各入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の変動が検出されたことを意味する。

制御部ＣＯＮＴには判定部ＪＤＧ２から出力された、判定結果を示す信号が入力される。判定部ＪＤＧ２において、異常放電が生じたと判定されたとき、制御部ＣＯＮＴは電源系ＰＳ１，ＰＳ２を停止させる。または、電源系ＰＳ１，ＰＳ２を停止させる代わりに、異常放電の発生を知らせるアラームを鳴らしたり、表示させたりもできる。

次に、上記した処理装置を用いて半導体装置を製造する方法について説明する。ここでは、プラズマ処理装置は、プラズマエッチング装置であるとして説明するが、これに限定するものではない。半導体装置の製造工程において、基板ＳＵＢは、上述したプラズマ処理装置ＰＬＳＭ１の真空処理容器ＣＭＢ内に搬入され、静電吸着電源ＥＳＣＰから印加される直流電圧により静電吸着電極ＥＳＣＥに、吸着される。排気系ＶＡＣで減圧した真空処理容器ＣＭＢ内にはガス供給孔ＧＳＬよりプロセスガスが導入される。所定の圧力に達した後、第１高周波電源ＲＦ１から第１高周波電力が第１電極ＥＬＥＣ１に入力され、真空処理容器ＣＭＢ内にプラズマが発生される。また、必要に応じて第２電極ＥＬＥＣ２には第２高周波電源ＲＦ２により第２高周波電力が入力され、基板ＳＵＢにバイアス電圧を発生させ、プラズマエッチング処理を行う。このとき、第１整合回路ＭＴＣ１および第２整合回路ＭＴＣ２は、反射波を抑えるよう制御を行う。

そして、プラズマエッチング処理が行われている間、検出部ＤＴＣ１は電源系ＰＳ１，ＰＳ２から取り出された入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２をモニターし、変動が生じた場合に検出する。判定部ＪＤＧ２は検出部ＤＴＣ１の検出結果に基づいて異常放電が生じたか否かを判定し、制御部ＣＯＮＴは判定部ＪＤＧ２が異常放電が生じたと判定した場合に電源系ＰＳ１，ＰＳ２を停止させる。

異常放電を検出して停止した場合、処理中の基板ＳＵＢは不良品として製造ラインから取り除く。半導体装置の製造工程において、このような異常放電の検出による停止が発生せず、プラズマ処理が正常に終了した場合、処理を行った基板ＳＵＢは真空処理容器ＣＭＢから搬出され、正常品として次なる工程へ移される。

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。特許文献１および２に記載の方法では、異常の判断が複雑であり、高速なサンプリングを阻害していた。そのため、瞬間的な異常放電を検出することができなかった。また、基板ＳＵＢの表面状態や真空処理容器ＣＭＢ内の状態に応じて異常判定の為の基準範囲を設定する必要があった。そのために予め実施した実験データに基づき、膨大なデータベースを作成せねばならず、実用的ではなかった。超音波やプラズマ発光などによって、異常放電を検出するセンサーを追加する方法もあるが、処理装置の大掛かりな改造が必要であった。

本実施形態に係る検出部ＤＴＣ１は、信号が安定している間の信号値を基準値として、その基準値からの許容振れ幅のみを設定し、サンプリングされた点のうち１点でもその振れ幅以上に変動した場合に変動を検出する。よって、検出方法が単純で高速化が容易であるほか、事前の実験データから、条件毎の基準範囲のデータベースを作成する必要もない。

高速サンプリングをする場合、異常放電ではないノイズとしてのスパイク波形を多数検出することがある。このような場合でも、判定部ＪＤＧ２は、第１電源系ＰＳ１と第２電源系ＰＳ２が同時に変動した場合にのみ異常放電が生じたと判定するため、ノイズを異常放電とする誤検出の発生を防止できる。

本実施形態では、異常放電が生じた場合に、制御部ＣＯＮＴが即座に電源系ＰＳ１，ＰＳ２を停止させることで、異常な処理が継続して行われることを防止できる。

本実施形態に係るプラズマ処理装置の構造は、２つの高周波電源を使用するあらゆる平行平板型のプラズマ処理装置に適用可能である。また、２つの高周波電源を使用するあらゆる平行平板型のプラズマ処理装置を用いる、半導体装置の製造方法に適用可能である。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＬＳＭ２の構成例を示す図である。
本実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＬＳＭ２は、以下の点を除いて、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＬＳＭ１と同様の構成である。

図７は第２の実施形態に係る検出部ＤＴＣ３、判定部ＪＤＧ４、および制御部ＣＯＮＴの構成例を示す図である。検出部ＤＴＣ３は第１電源系ＰＳ１から取り出される第１入射波信号ＩＷ１および第１反射波信号ＲＷ１、並びに第２電源系ＰＳ２から取り出される第２入射波信号ＩＷ２および第２反射波信号ＲＷ２をモニターし、各信号の変動を検出する。判定部ＪＤＧ４は、検出部ＤＴＣ３の検出に基づき、真空処理容器ＣＭＢ内に異常放電が生じたか否かを判定する。ただし、判定部ＪＤＧ４は、検出部ＤＴＣ３が変動を検出した時点を第１時点とし、第１時点から予め定められた緩衝時間だけ経過した第２時点で異常が生じたか否かを判定する。判定部ＪＤＧ４は第１入射波信号ＩＷ１および第１反射波信号ＲＷ１の示す値に基づいて、第１高周波電力が変化したか否かを判定し、かつ、第２入射波信号ＩＷ２および第２反射波信号ＲＷ２の示す値に基づいて、第２高周波電力が変化したか否かを判定する。そして、判定部ＪＤＧ４は緩衝時間の間に第１高周波電力および第２高周波電力のいずれか一方が電力変化した場合には、異常放電は生じていないと判定する。制御部ＣＯＮＴは、判定部ＪＤＧ４の判定に基づき、第１電源系ＰＳ１および第２電源系ＰＳ２を制御する。検出部ＤＴＣ３、判定部ＪＤＧ４、制御部ＣＯＮＴが行う処理を含めて、以下で詳細に説明する。

図８は、本実施形態に係る検出部ＤＴＣ３の構成のうち、第１入射波信号ＩＷ１の変動を検出する部分の例を示す図である。平均値算出部ＡＶ３を備える点を除いて、第１の実施形態に係る検出部ＤＴＣ１と同様の構成である。検出部ＤＴＣ３には第１反射波信号ＲＷ１，第２入射波信号ＩＷ２，第２反射波信号ＲＷ２についての同一の構成部分を有する。検出部ＤＴＣ３では、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２のそれぞれに対し、信号が一定時間間隔で測定され、一測定時点での値と、直前の複数の測定時点での値の平均値との差が、基準範囲Ａ２を超えた場合、その信号の変動が検出される。以下では入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２は、入射波，反射波の振幅の大きさを示すアナログ電圧であるとして説明するが、それだけに限定されるものではない。

検出部ＤＴＣ３は、第１入射波信号ＩＷ１の変動を検出する構成部分として、計測部ＭＳＲ３，記憶部ＭＭＲ３，平均値算出部ＡＶ３，差分算出部ＤＦＦ３および変動判定部ＳＰＫＪ３を備えている。また、検出部ＤＴＣ３は、同様な構成部分として、第１反射波信号ＲＷ１の変動を検出する構成部分、第２入射波信号ＩＷ２の変動を検出する構成部分、第２反射波信号ＲＷ２の変動を検出する構成部分を備える。

計測部ＭＳＲ３では、一定時間のサンプリング間隔で第１入射波信号ＩＷ１の値が計測され、計測された値は記憶部ＭＭＲ３に記憶される。平均値算出部ＡＶ３では、記憶部ＭＭＲ３から取り出された、直前の過去の、予め定められた数（例えば１０点）の測定点の平均値ａを算出する。差分算出部ＤＦＦ３では、記憶された計測値のうち、最新のサンプリング時点での値と、平均値算出部ＡＶ３で算出された平均値ａとの差が算出される。差分算出部ＤＦＦ３で算出された差が、基準範囲Ａ２内にある場合、変動判定部ＳＰＫＪ３において、第１入射波信号ＩＷ１は安定していると判定され、検出結果を示す信号として、安定を示す信号が出力される。差分算出部ＤＦＦ３で算出された差が、基準範囲Ａ２を超えた場合、変動判定部ＳＰＫＪ３において、第１入射波信号ＩＷ１が変動したと判定され、検出結果を示す信号として変動を示す信号が出力される。第１反射波信号ＲＷ１、第２入射波信号ＩＷ２、および第２反射波信号ＲＷ２についてもそれぞれ同じ方法で変動が検出される。検出部ＤＴＣ３は入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２のそれぞれについて、安定あるいは変動を示す信号を出力する。

平均値算出部ＡＶ３で平均値ａを算出する際、直前の過去の１０点の平均値を算出する代わりに、たとえば当該１０点のうちの最小値と最大値を示す測定点を省いた８点の平均値を算出してもよい。これにより、変動の検出精度が向上する。また、平均値ａを算出するために用いる測定点の個数は１０点に限らない。

図９は、高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２がＯＦＦ状態からＯＮ状態へ変化するタイミングにおける、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の時間波形の例を示す図である。高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２の状態がＯＮからＯＦＦへ、またはＯＦＦからＯＮへ切り替わるときや、高周波電力の設定を変更するときに、図９のような信号の継続的な変動が生じる。たとえば、図３におけるＯＮ１，ＯＮ２，ＯＦＦ１，ＯＦＦ２の時点において、このような変動が生じる。

このような、高周波電力の変化に伴う信号の揺らぎを異常放電であるとする誤検出の発生を防止するため、判定部ＪＤＧ４では、変動が検出されてから予め定められた緩衝時間が経過した後に判定が行われる。たとえば検出部ＤＴＣ３では図９のＴＰ１の時点で信号の変動が検出されるが、判定部ＪＤＧ４ではＴＰ１から緩衝時間が経過したＴＰ２の時点まで判定を遅らせ、ＴＰ１からＴＰ２の間に信号の示す値に変化があるか否かの検出がされる。信号が示す値に変化があるとき、高周波電力の設定の変更やＯＮ／ＯＦＦによる変動であると判定され、制御部ＣＯＮＴへは異常の判定結果を示す信号は出力されない。信号が示す値に変化が無いとき、異常な変動であると判定され、制御部ＣＯＮＴへ異常の判定結果を示す信号が出力される。緩衝時間はたとえば５００ｍｓｅｃである。

図１０は、本実施形態に係る判定部ＪＤＧ４の構成の例を示す図である。判定部ＪＤＧ４は第１電力判定部ＰＳＪ４１，第２電力判定部ＰＳＪ４２，同時判定部ＳＹＮＪ４，第１変化判定部ＳＷＪ４１，第２変化判定部ＳＷＪ４２，および異常判定部ＡＮＭ４を備えている。

第１電力判定部ＰＳＪ４１は検出部ＤＴＣ３から入力された、第１入射波信号ＩＷ１の検出結果を示す信号と、第１反射波信号ＲＷ１の検出結果を示す信号とのいずれか一方が変動の検出を示すとき、第１高周波電力の変動を示す信号を同時判定部ＳＹＮＪ４へ出力する。第２電力判定部ＰＳＪ４２は検出部ＤＴＣ３から入力された、第２入射波信号ＩＷ２の検出結果を示す信号と、第２反射波信号ＲＷ２の検出結果を示す信号とのいずれか一方が変動の検出を示すとき、第２高周波電力の変動を示す信号を同時判定部ＳＹＮＪ４へ出力する。同時判定部ＳＹＮＪ４は、第１高周波電力の変動を示す信号と、第２高周波電力の変動を示す信号とが同時に入力されたとき、第１および第２の高周波電力が同時に変動したことを示す信号を出力する。

電源系ＰＳ１，ＰＳ２において電極ＥＬＥＣ１，ＥＬＥＣ２に入力する高周波電力の設定を変更した場合に、図９のように入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２に継続的な変動が生じる。しかし、変化判定部ＳＷＪ４１，ＳＷＪ４２において、設定が変更されたか否かの判定が行われることで、高周波電力の設定変更時に、異常放電が生じたと誤検出することを避けられる。以下の説明では、電源系ＰＳ１，ＰＳ２のＯＮ／ＯＦＦや設定の変更に伴う変化を、高周波電力の「変化」と呼ぶ。これに対し、異常放電およびノイズなどに起因するものも含めた、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の動きを「変動」と呼んでいる。そして、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の変動によって検出される高周波電力の動きを、高周波電力の変動と呼んでいる。

第１変化判定部ＳＷＪ４１には第１入射波信号ＩＷ１および第１反射波信号ＲＷ１が入力される。第１変化判定部ＳＷＪ４１では第１入射波信号ＩＷ１および第１反射波信号ＲＷ１が示す値に基づいて、第１高周波電力に変化（ＯＮ／ＯＦＦや設定変更）が生じたか否かが判定され、判定結果を示す信号が異常判定部ＡＮＭ４へ出力される。第２変化判定部ＳＷＪ４２には第２入射波信号ＩＷ２および第２反射波信号ＲＷ２が入力される。第２変化判定部ＳＷＪ４２では第２入射波信号ＩＷ２および第２反射波信号ＲＷ２が示す値に基づいて、第２高周波電力に変化（ＯＮ／ＯＦＦや設定変更）が生じたか否かが判定され、判定結果を示す信号が異常判定部ＡＮＭ４へ出力される。

図１１は、本実施形態に係る第１変化判定部ＳＷＪ４１の構成例を示す図である。第１変化判定部ＳＷＪ４１は第１入射波信号ＩＷ１を処理する計測部ＭＳＲ４１１，記憶部ＭＭＲ４１１，平均値ｂ算出部ＡＶＢ４１１，平均値ｃ算出部ＡＶＣ４１１，および比較部ＣＭＰ４１１を備える。また、第１変化判定部ＳＷＪ４１は、第１反射波信号ＲＷ１を処理する計測部ＭＳＲ４１２，記憶部ＭＭＲ４１２，平均値ｂ算出部ＡＶＢ４１２，平均値ｃ算出部ＡＶＣ４１２，および比較部ＣＭＰ４１２を備え、さらに出力部ＯＵＴ４１を備える。

計測部ＭＳＲ４１１では、一定時間のサンプリング間隔で第１入射波信号ＩＷ１の値が計測され、計測された値は記憶部ＭＭＲ４１１に記憶される。ここではサンプリング間隔が１０ｍｓｅｃの場合の例を示すが、これに限定されるものではない。

平均値ｂ算出部ＡＶＢ４１１では、たとえば、記憶部ＭＭＲ４１１から取り出された、直前の過去１０点、つまり１０ｍｓｅｃ前から１００ｍｓｅｃ前までの間の平均値ｂ_１，さらに遡った過去１０点、つまり１１０ｍｓｅｃ前から２００ｍｓｅｃ前までの間の平均値ｂ_２，およびさらに遡った過去１０点、つまり２１０ｍｓｅｃ前から３００ｍｓｅｃ前までの間の平均値ｂ_３が算出される。算出された平均値ｂ_１，ｂ_２，およびｂ_３は平均値ｃ算出部ＡＶＣ４１１および比較部ＣＭＰ４１１へ出力される。

平均値ｃ算出部ＡＶＣ４１１では平均値ｂ_１，ｂ_２，およびｂ_３の平均値ｃが算出され、比較部ＣＭＰ４１１へ出力される。

比較部ＣＭＰ４１１では、平均値ｂ_１，ｂ_２，およびｂ_３と平均値ｃとの差をそれぞれ算出する。平均値ｂ_１と平均値ｃとの差、平均値ｂ_２と平均値ｃとの差、および平均値ｂ_３と平均値ｃとの差が、すべて基準範囲Ｂ内にあるとき、第１の高周波電力が変化していないことを示す信号が比較部ＣＭＰ４１１から出力部ＯＵＴ４１へ出力され、１つでも基準範囲Ｂ内にないとき、第１の高周波電力が変化したことを示す信号が比較部ＣＭＰ４１１から出力部ＯＵＴ４１へ出力される。

第１反射波信号ＲＷ１は第１入射波信号ＩＷ１が処理されたのと同じ方法で、計測部ＭＳＲ４１２，記憶部ＭＭＲ４１２，平均値ｂ算出部ＡＶＢ４１２，平均値ｃ算出部ＡＶＣ４１２，および比較部ＣＭＰ４１２で処理される。出力部ＯＵＴ４１では、比較部ＣＭＰ４１１および比較部ＣＭＰ４１２のいずれか一方から、第１の高周波電力が変化したことを示す信号が入力されたとき、第１高周波電力が変化したことを示す信号が出力される。

第２変化判定部ＳＷＪ４２は第１変化判定部ＳＷＪ４１と同一の構成を有し、第２入射波信号ＩＷ２および第２反射波信号ＲＷ２が示す値に基づいて、第２高周波電力に変化が生じたか否かが判定され、判定結果を示す信号が出力される。

異常判定部ＡＮＭ４には、同時判定部ＳＹＮＪ４から、第１および第２の高周波電力が同時に変動したか否かを示す信号が入力され、第１変化判定部ＳＷＪ４１および第２変化判定部ＳＷＪ４２から、第１および第２高周波電力に変化が生じたか否かを示す信号が入力される。同時判定部ＳＹＮＪ４から、第１および第２の高周波電力が同時に変動したことを示す信号が入力された場合でも、同時に変動した時点から、緩衝時間経過するまでの間は、異常放電を示す信号は、異常判定部ＡＮＭ４から制御部ＣＯＮＴに出力されない。そしてこの間に第１変化判定部ＳＷＪ４１および第２変化判定部ＳＷＪ４２のいずれか一方から、高周波電力に変化が生じたことを示す信号が入力された場合、異常放電を示す信号の出力が取りやめられる。緩衝時間の間に高周波電力に変化が生じたことを示す信号が入力されなかった場合、緩衝時間が経過した時点で異常放電を示す信号が制御部ＣＯＮＴに出力される。

制御部ＣＯＮＴには、判定部ＪＤＧ４から出力された判定結果を示す信号が入力される。判定部ＪＤＧ４において、異常放電が生じたと判定されたとき、制御部ＣＯＮＴは電源系ＰＳ１，ＰＳ２を停止させる。または、電源系ＰＳ１，ＰＳ２を停止させる代わりに、異常放電の発生を知らせるアラームを鳴らしたり、表示させたりもできる。

本実施形態に係るプラズマ処理装置ＰＬＳＭ２では、高周波電力が変化していると判定される状態が継続している限り、判定部ＪＤＧ４からの異常放電を示す出力は行われない。しかし、数ｓｅｃの単位でこのような状態が継続している場合は、プラズマの明滅や着火不良などの明らかなる異常であり、電源系ＰＳ１，ＰＳ２に内蔵される検出機構などによって十分に検出できる。よって、検出部ＤＴＣ３および判定部ＪＤＧ４による検出の対象とはしていない。

本実施形態では、平均値ｂ算出部ＡＶＢ４１１，ＡＶＢ４１２および平均値ｃ算出部ＡＶＣ４１１，ＡＶＣ４１２のおこなう信号処理の例を示したが、平均値ａ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）の算出に用いる測定点の数および平均値ｃの算出に用いる平均値ａ_ｎの数はこの例に限定されるものではない。また、平均値ａ_ｎを算出する際、用いる測定点のうち最小値と最大値を示す測定点を省いた残りの点で平均値を算出することができる。このことで、変動の検出精度が向上する。

第１および第２高周波電力の変化量に十分な大きさがあると見込む場合には、第１変化判定部ＳＷＪ４１および第２変化判定部ＳＷＪ４２は、緩衝時間だけ遡った過去の複数の測定点の平均値と、最新の複数の測定点の平均値との差を算出し、その差が基準範囲Ｂ内にないとき、高周波電力に変化が生じたことを示す信号を出力してもよい。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、次に説明する点以外、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同じである。本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、プラズマ処理装置ＰＬＳＭ１の代わりにプラズマ処理装置ＰＬＳＭ２を用いる。そして、処理が行われている間に限らず、電源系ＰＳ１，ＰＳ２のＯＮ／ＯＦＦ時も含めて常時、検出部ＤＴＣ３および判定部ＪＤＧ４は電源系ＰＳ１，ＰＳ２から取り出された入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２をモニターする。そして、判定部ＪＤＧ４は異常放電が生じたか否かを判定し、制御部ＣＯＮＴは判定部ＪＤＧ４が異常放電が生じたと判定した場合に電源系ＰＳ１，ＰＳ２を停止させる。

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。加えて、以下の作用および効果が得られる。

本実施形態に係る検出部ＤＴＣ３は、信号が安定している間の信号値を基準値として、その基準値からの許容振れ幅を設定し、サンプリングされた点のうち１点でもその振れ幅以上に変動した場合に変動を検出する。このとき複数の測定点の平均値を基準値とすることによって、信号の変動の検出精度を向上させることができる。

本実施形態に係る判定部ＪＤＧ４は、検出部ＤＴＣ３から入力される、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２が変動したか否かの検出結果を示す信号に加えて、入反射波信号ＩＷ１，ＲＷ１，ＩＷ２，ＲＷ２の示す値に基づいて、変動が高周波電力の変化によるものか否かを判定する。よって、電源系ＰＳ１，ＰＳ２のＯＮ／ＯＦＦ時や高周波電力の設定の変更時に、異常放電を検出する為の動作を継続させたままにしていても、誤検出により電源系ＰＳ１，ＰＳ２が停止したりすることがなく、作業効率よくプラズマ処理ができる。

なお、上記実施の形態によれば、以下の発明も開示されている。
（付記１）
処理装置が有する真空容器内に基板を搬入する工程と、
前記真空容器内で前記基板をプラズマで処理する工程と、
前記真空容器から前記基板を搬出する工程と、
を備え、
前記処理装置は、前記真空容器内に設けられた第１電極と、前記真空容器内で前記第１電極に対向して設けられた第２電極と、
前記第１電極に第１高周波電力を入力する第１電源系と、
前記第２電極に第２高周波電力を入力する第２電源系と、
前記第１高周波電力の入射波の状態を示す第１入射波信号の変動、前記第１高周波電力の反射波の状態を示す第１反射波信号の変動、前記第２高周波電力の入射波の状態を示す第２入射波信号の変動、および前記第２高周波電力の反射波の状態を示す第２反射波信号の変動をそれぞれ検出する検出部と、
前記検出部が前記第１入射波信号および前記第１反射波信号のいずれか一方と、前記第２入射波信号および前記第２反射波信号のいずれか一方とに、同時に前記変動を検出したときに、前記真空容器内で異常が生じたと判定する判定部とを備える
半導体装置の製造方法。
（付記２）
付記１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記判定部が異常が生じたと判定したときに前記第１電源系および前記第２電源系を停止させる制御部を備える
半導体装置の製造方法。
（付記３）
付記１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１電源系は第１高周波電源および第１整合回路を備え、
前記第２電源系は第２高周波電源および第２整合回路を備え、
前記第１入射波信号および前記第１反射波信号は前記第１高周波電源から取り出され、
前記第２入射波信号および前記第２反射波信号は前記第２高周波電源から取り出される
半導体装置の製造方法。
（付記４）
付記１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１電源系は第１高周波電源および第１整合回路を備え、
前記第２電源系は第２高周波電源および第２整合回路を備え、
前記第１入射波信号および前記第１反射波信号は前記第１整合回路から取り出され、
前記第２入射波信号および前記第２反射波信号は前記第２整合回路から取り出される
半導体装置の製造方法。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

ＰＬＳＭ１, ＰＬＳＭ２ プラズマ処理装置
ＳＵＢ 基板
ＣＭＢ 真空処理容器
ＥＬＥＣ１ 第１電極
ＥＬＥＣ２ 第２電極
ＰＳ１ 第１電源系
ＰＳ２ 第２電源系
ＤＴＣ１，ＤＴＣ３ 検出部
ＪＤＧ２，ＪＤＧ４ 判定部
ＣＯＮＴ 制御部
ＲＦ１ 第１高周波電源
ＲＦ２ 第２高周波電源
ＭＴＣ１ 第１整合回路
ＭＴＣ２ 第２整合回路

Claims (5)

1. 処理装置が有する真空容器内に基板を搬入する工程と、
   前記真空容器内で前記基板をプラズマで処理する工程と、
   前記真空容器から前記基板を搬出する工程と、
   を備え、
   前記処理装置は、前記真空容器内に設けられた第１電極と、前記真空容器内で前記第１電極に対向して設けられた第２電極と、
   前記第１電極に第１高周波電力を入力する第１電源系と、
   前記第２電極に第２高周波電力を入力する第２電源系と、
   前記第１高周波電力の入射波の状態を示す第１入射波信号の変動、前記第１高周波電力の反射波の状態を示す第１反射波信号の変動、前記第２高周波電力の入射波の状態を示す第２入射波信号の変動、および前記第２高周波電力の反射波の状態を示す第２反射波信号の変動をそれぞれ検出する検出部と、
   前記検出部が、前記第１入射波信号および前記第１反射波信号のいずれか一方と、前記第２入射波信号および前記第２反射波信号のいずれか一方とに、同時に前記変動を検出したときに、前記真空容器内で異常が生じたと判定する判定部とを備える
   半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１入射波信号は前記第１電源系における入射波の振幅の大きさを示し、前記第１反射波信号は前記第１電源系における反射波の振幅の大きさを示し、前記第２入射波信号は前記第２電源系における入射波の振幅の大きさを示し、前記第２反射波信号は前記第２電源系における反射波の振幅の大きさを示し、
   前記検出部は前記第１入射波信号、前記第１反射波信号、前記第２入射波信号および前記第２反射波信号のそれぞれについて、
   当該信号を、一定時間間隔で測定し、一測定時点での値と当該測定時点の直前の測定時点での値との差が、基準範囲を超えた場合、当該信号の前記変動を検出する
   半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１入射波信号は前記第１電源系における入射波の振幅の大きさを示し、前記第１反射波信号は前記第１電源系における反射波の振幅の大きさを示し、前記第２入射波信号は前記第２電源系における入射波の振幅の大きさを示し、前記第２反射波信号は前記第２電源系における反射波の振幅の大きさを示し、
   前記検出部は前記第１入射波信号、前記第１反射波信号、前記第２入射波信号および前記第２反射波信号のそれぞれについて、
   当該信号を、一定時間間隔で測定し、一測定時点での値と、当該測定時点の直前の複数の測定時点での値の平均値との差が、基準範囲を超えた場合、当該信号の前記変動を検出する
   半導体装置の製造方法。
4. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記検出部が前記変動を検出した時点を第１時点とし、前記判定部が異常が生じたか否かを判定する第２時点は前記第１時点から緩衝時間が経過した時点であるとしたとき、
   前記判定部は、前記第１時点から前記第２時点までの間に、前記第１高周波電力および前記第２高周波電力のいずれか一方が電力変化した場合には、異常は生じていないと判定し、
   前記判定部は、前記第１入射波信号、前記第１反射波信号の示す値に基づいて、前記第１高周波電力が前記電力変化したか否かを判定し、前記第２入射波信号および前記第２反射波信号の示す値に基づいて、前記第２高周波電力が前記電力変化したか否かを判定する
   半導体装置の製造方法。
5. 真空容器と、第１電極と、前記第１電極に対向している第２電極と、
   前記第１電極に第１高周波電力を入力する第１電源系と、
   前記第２電極に第２高周波電力を入力する第２電源系と、
   前記第１高周波電力の入射波の状態を示す第１入射波信号の変動、前記第１高周波電力の反射波の状態を示す第１反射波信号の変動、前記第２高周波電力の入射波の状態を示す第２入射波信号の変動、および前記第２高周波電力の反射波の状態を示す第２反射波信号の変動をそれぞれ検出する検出部と、
   前記検出部が前記第１入射波信号および前記第１反射波信号のいずれか一方と、前記第２入射波信号および前記第２反射波信号のいずれか一方とに、同時に前記変動を検出したときに、前記真空容器内で異常が生じたと判定する判定部とを備える
   プラズマ処理装置。
   

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