JP3653667B2 - 異常放電検出装置、異常放電検出方法、及び、プラズマ処理装置 - Google Patents
異常放電検出装置、異常放電検出方法、及び、プラズマ処理装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は異常放電検出装置、異常放電検出方法、及び、プラズマ処理装置に関するものであり、特に、高電圧または高周波電源からの高周波電圧を印加する際に不所望に発生するプラズマ異常放電を簡単に、迅速に、且つ、精度良く検出するための構成に特徴のある異常放電検出装置、異常放電検出方法、及び、プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術分野において、ＣＶＤ（化学気相堆積）、アッシング、エッチング、スパッタリング、或いは、表面処理等のために、プラズマ放電を用いて被処理基体を処理するプラズマ処理方法が広く用いられている。
【０００３】
この様なプラズマ処理工程において、プラズマ処理装置内で発生するプラズマの異常放電は、ダスト発生、被処理基体表面の損傷、基体の汚染、基体に設けた電子素子の絶縁破壊等を引き起こすという問題があり、この様な問題に対処するために異常放電発生の的確な検出が求められている。
【０００４】
現在、この様な要請に応えるために様々な研究がなされており、プラズマの発光強度の変化、電源の電圧・電流の変化、プラズマ・インピーダンスの変化、或いは、高調波の変化を検出することにより異常放電を検出することが試みられている。
【０００５】
しかし、プラズマの発光強度変化を監視する方法では、多くのプラズマ処理装置のプラズマ発生部がシールドで覆われているため、異常放電によるプラズマ発光変化の検出には光ファイバを取り付けるのにかなりの改造が必要であり、また、取付けたとしても、プラズマ特性が変化してしまうという問題がある。
【０００６】
また、プロセスチャンバーに覗き窓が開いている装置の場合にも、プラズマ発光全体を覗くことはできず、位置の特定において、異常放電の確実な検出は困難である。
【０００７】
また、ＲＦ電源の電圧或いは電流の変化或いはプラズマインピーダンスの変化をモニターする異常放電の検出方法の場合には、異常放電の発生を完全には検出できず、加えて、異常放電が電極以外の場所でも発生するために、異常放電を完全に検出できたとしても、その位置特定は不可能である。
【０００８】
さらに、高調波の発生状況の変化を検出する方法では、異常放電の発生は検出できるものの、異常放電の位置特定は不可能である。
【０００９】
そこで、本発明者は、プラズマの異常放電が発生すると、放電によって超音波（ＡＥ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が発生し、発生したＡＥがプラズマ処理装置の外壁を伝播することを利用して、プラズマ処理装置の外壁にＡＥセンサを取り付けて異常放電によって発生したＡＥを検出することにより放電発生位置を特定することを提案している（必要ならば、特願２０００−８９８４０号参照）。
【００１０】
この検出方法では、ＡＥセンサをプラズマ処理装置の外壁に取り付けるだけであるので、プラズマ処理装置の大幅な改造を必要とせず、また、複数個のＡＥセンサを取り付けることによって、各ＡＥセンサにおけるＡＥ検出の時間差から異常放電の位置を特定することが可能になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマ処理装置に取り付けたＡＥセンサは、プラズマ放電中のロードロック室でのウェハ搬送等の機械的な可動部からのＡＥ波も検出してしまうため、このままでは、異常放電によるＡＥ波と機械振動によるＡＥ波とを区別することができないという問題がある。
【００１２】
そこで、再び、本発明者は、異常放電によるＡＥ波と機械振動によるＡＥ波との相違を鋭意追求したところ、周波数分布に違いがあることを見出したので、この事情を図９乃至図１２を参照して説明する。
【００１３】
図９（ａ）乃至図１０（ｃ）参照
図９（ａ）は、意図的に発生させたプラズマ異常放電によるＡＥ波形であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡＥ波をスペクトル解析したフーリエスペクトルであり、また、図１０（ａ）乃至（ｃ）も、図９の場合と同様に意図的に発生させたプラズマ異常放電によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
なお、図１０（ａ）にフーリエスペクトルにおいても、相対強度は小さいものの、実際には５ｋＨｚ近傍及び２００ｋＨｚ近傍にもスペクトルが存在している。
【００１４】
図１１（ａ）乃至図１２（ｃ）参照
図１１（ａ）は、意図的に発生させた機械振動によるＡＥ波形であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡＥ波のフーリエスペクトルであり、また、図１２（ａ）乃至（ｃ）も、図１１の場合と同様に意図的に発生させた機械振動によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
【００１５】
以上の各フーリエスペクトルを比較すると、機械振動によるＡＥ波には相対的に低周波成分が多く、プラズマ異常放電におけるＡＥ波には相対的に高周波成分が多いことが理解される。
【００１６】
そこで鋭意検討の結果、これらのフーリエスペクトルにおける５ｋＨｚ近傍のスペクトル成分と、２００ｋＨｚ近傍のスペクトル成分とに注目したところ、２００ｋＨｚ近傍のスペクトル成分の振幅に対する５ｋＨｚ近傍のスペクトル成分の振幅の比率を求めることで異常放電の判定が可能なことを見出した。
【００１７】
しかし、この様なスペクトル解析には多少の時間がかかり、異常放電の判定が遅れるという問題があり、この様な異常放電の判定は可能な限り高速でリアルタイムに行うことが要請されている。
【００１８】
したがって、本発明は、プラズマ処理装置におけるプラズマの異常放電をより簡便に、高速に、且つ、精度良く検出することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明するが、図において符号２，５〜７，９は、夫々バッファ増幅器、増幅器、及び、コンピュータ処理部である。
図１参照
（１）本発明は、プラズマを発生させるプラズマ処理装置に取り付けた超音波センサ１と、超音波センサ１の超音波検出出力を処理して異常放電を検知する処理手段とを少なくとも備えたプラズマ処理装置の異常放電検出装置において、処理手段が、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３と、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４との少なくとも２つのフィルタを備えているとともに、第１のフィルタ３を介した検出出力と第２のフィルタ４を介した検出出力との比率を求める手段を備えていることを特徴とする。
【００２０】
この様に、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３と、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４を用いることによって、時間のかかるスペクトル解析が不要になるとともに、装置構成が簡素化される。
なお、フィルタは３つ以上設けても良いものであり、プラズマ処理装置の構成或いはプラズマ処理条件に応じて最適の２つを選択しても良いものである。
【００２１】
（２）また、本発明は、上記（１）において、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３が相対的に低周波数の透過帯域のバンドパスフィルタであり、且つ、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４が相対的に高周波数の透過帯域のバンドパスフィルタであることを特徴とする。
【００２２】
この場合の第１のフィルタ３としては、低周波透過帯域のローパスフィルタでも良いが、特定の周波数を選択するためには相対的に低周波数の透過帯域のバンドパスフィルタが望ましく、また、第２のフィルタ４としても、高周波透過帯域のハイパスフィルタでも良いが、特定の周波数を選択するためには相対的に高周波数の透過帯域のバンドパスフィルタが望ましい。
【００２３】
（３）また、本発明は、プラズマを発生させるプラズマ処理装置に取り付けた超音波センサ１の超音波検出出力を処理して異常放電を検知するプラズマ処理装置の異常放電検出方法において、超音波検出出力の一部を相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３を介して検出するとともに、超音波検出出力の一部を相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４を介して検出し、両者の検出出力を比較して、その比率から異常放電による超音波の発生を判定することを特徴とする。
【００２４】
（４）また、本発明は、上記（３）において、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３が透過帯域が４〜６ｋＨｚのバンドパスフィルタであり、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４が透過帯域が１８０〜２２０ｋＨｚのバンドパスフィルタであることを特徴とする。
【００２５】
この様に、低周波側の検出出力としては４〜６ｋＨｚの周波数帯域を用い、且つ、高周波側の検出出力としては１８０〜２２０ｋＨｚの周波数帯域を用いることによって、機械振動による超音波とプラズマ異常放電による超音波とを明瞭に区別することができる。
【００２６】
（５）また、本発明は、上記（３）または（４）において、第１のフィルタ３及び第２のフィルタ４からの検出出力を増幅する際に、増幅された各検出出力の振幅の最大値が後段に設けたアナログ−デジタル変換器８の最大入力レンジになるように各増幅率を設定することを特徴とする。
【００２７】
この様に、各検出出力をアナログ−デジタル変換器８の最大入力レンジになるように増幅することによって、相対強度の異なる各検出出力を安定にＡ／Ｄ変換することができ、それによって精度の高い判定が可能になる。
【００２８】
（６）また、本発明は、上記（３）乃至（５）のいずれかにおいて、超音波センサ１の超音波検出出力の一部をフィルタを介することなく検出し、この検出出力が予め定めた基準値以上の場合のみに、上記の異常放電による超音波の発生の判定を行うことを特徴とする。
【００２９】
この様に、フィルタを介さない信号出力を用いることによって、無駄な検出動作をなくすことができ、実際に超音波が発生した場合に、迅速に判別を行うことが可能になる。
【００３０】
（７）また、本発明は、上記（３）乃至（６）のいずれかにおいて、超音波センサ１として、相対的に低周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１と、相対的に高周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１とを用いて、相対的に低周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１からの出力を第１のフィルタ３を介して検出するとともに、相対的に高周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１からの出力を第２のフィルタ４を介して検出することを特徴とする。
【００３１】
この様に、検出対象となる少なくとも２つの周波数に対して夫々感度の高い異なった超音波センサ１を用いることによって、より精度の高い異常放電の判別が可能になる。
【００３２】
（８）また、本発明は、上記（３）乃至（６）のいずれかにおいて、超音波センサ１を上記プラズマ処理装置に複数個取り付けるとともに、複数の超音波センサ１の内の少なくとも１個の超音波センサ１の超音波検出出力を用いて異常放電による超音波の発生の判定を行うことを特徴とする。
【００３３】
この様に、超音波センサ１を複数個取り付けることによって、従来と同様に超音波の発生源の位置特定が可能になるとともに、その内の少なくとも１個の超音波センサ１の検出出力を用いれば良いが、一個の超音波センサ１のみを用いる場合には、最大検出出力を出力する超音波センサ１の出力を用いることが望ましく、それによって、より精度の高い判定が可能になる。
或いは、複数の超音波センサ１の検出出力を用いて別個に異常放電を判定し、その判定結果をさらに総合的に判定することによって、さらに精度の高い判定が可能になる。
【００３４】
（９）また、本発明は、プラズマ処理装置において、上記（１）または（２）に記載の異常放電検出装置を備えたことを特徴とする。
【００３５】
この様に、プラズマ処理装置に予め異常放電検出装置を備えつけることによって、各プラズマ処理装置に特有の異常放電の形態に対応した特性を有する超音波センサ１或いはフィルタを製品段階で選択して設置することができるので、初期調整等の作業負担を軽減することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。
図２参照
図２は、本発明が適用される異常放電検出装置を備えたプラズマ処理装置の概念的構成図であり、ガス導入口１２及び排気口１３を備えたチャンバー１１内に、試料ステージを兼ねる下部電極１４とそれと対向する上部電極１５とからなる平行平板型の電極を収容し、下部電極１４上に処理対象となるウェハ１６を載置する。
【００３７】
この下部電極１４はブロッキングコンデンサ１７を介してＲＦ電源１８に接続され、一方、上部電極１５は接地され、これらによってプラズマ処理装置の基本構造が構成されるものであり、本発明は、この様なプラズマ処理装置のチャンバー１１の外壁にＡＥセンサ１９を取り付けたものである。
【００３８】
図３参照
図３は、本発明の異常放電検出装置の概念的構成図であり、上述のプラズマ処理装置のチャンバー１１の外壁に取り付けたＡＥセンサ１９、ＡＥセンサ１９からの出力を適正な値まで増幅するバッファアンプ２１、バッファアンプ２１の出力のうち５ｋＨｚ近傍の周波数成分のみを取り出す透過中心周波数が５ｋＨｚの５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２、同じく、２００ｋＨｚ近傍の周波数成分のみを取り出す透過中心周波数が２００ｋＨｚの２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３、バッファアンプ２１の出力、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２の出力、及び、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３の出力を夫々次段のＡ／Ｄ変換部２７の最大入力レンジになるように増幅するアンプ２４〜２６、及び、Ａ／Ｄ変換部２７の出力を信号処理するコンピュータ部２８によって構成される。
【００３９】
この場合、ＡＥセンサ１９としては、異常放電によって発生するＡＥ波の主要な周波数帯域である２ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚにおいてある程度の感度が得られる２００ｋＨｚ共振型ＡＥセンサを使用しているので、ここで、図４を参照して２００ｋＨｚ共振型ＡＥセンサの感度周波数特性を説明する。
【００４０】
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、１００ｋＨｚ以上の高周波領域における縦波波形での感度周波数特性であり、基準値（０ｄＢ）を１Ｖ／ｍ／ｓ（振動粒子速度当たりの電圧が１Ｖ）として表した図であり、２００ｋＨｚにおいて相対的に大きな感度を有している。
【００４１】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、６０ｋＨｚ以下の低周波領域における感度周波数特性であり、基準値（０ｄＢ）を３８．５ｍＶ／ｍ／ｓ2 （加速度当たりの電圧が３８．５ｍＶ）として表した図であり、ＡＥセンサの出力を２６ｄＢ（２０倍）増幅して示している。
【００４２】
この低周波領域においてはＡＥセンサを構成する圧電振動子の内部を伝播する弾性波の位相差が小さくＡＥセンサとしての出力電圧が小さくなり、加速度センサとして動作した場合の出力電圧が大きくなるので、加速度センサとして動作させた場合の特性となる。
【００４３】
図５（ａ）及び（ｂ）参照
図５（ａ）は、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２の周波数特性図であり、５ｋＨｚに透過ピークを有している。
また、図５（ｂ）は、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３の周波数特性図であり、２００ｋＨｚに鋭い透過ピークを有している。
【００４４】
この様な構成の異常放電検出装置において、ＡＥセンサ１９で検出したＡＥ信号はバッファアンプ２１を通したのち、１つは何もフィルタを通さずにアンプ２４で増幅し、Ａ／Ｄ変換部２７でデジタル信号に変換してコンピュータ部２８に取り込み、それ以外は、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介した出力をアンプ２５，２６で増幅したのち、Ａ／Ｄ変換部２７でデジタル信号に変換してコンピュータ部２８に取り込む。
【００４５】
この場合、各アンプ２４〜２６の増幅率は、アンプの出力の最大値がＡ／Ｄ変換部２７の最大入力レンジになるように、例えば、アンプ２４の増幅率を１倍、アンプ２５の増幅率を８倍、アンプ２６の増幅率を４倍に設定している。
【００４６】
また、コンピュータ部２８においては、夫々の処理信号に対して、ＡＥが発生していない時のバックグランドノイズによる最大振幅を予め計測しておき、この予め計測した最大振幅と検出信号の振幅との差が、予め検出したい異常放電の大きさに対応して設定したしきい値より大きくなった時に５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介した信号の検出を開始する。
例えば、フルスケールを２Ｖとした場合、０．１Ｖをしきい値に設定する。
【００４７】
次いで、その後、予め設定した時間の範囲内で振幅がしきい値よりも小さくなった場合に、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介した信号の検出を終了する。
この予め設定した時間としては、最低でも一周期分（５ｋＨｚで２００μｓ）必要になるが、ＡＥ波の周期性が良好でない場合もあるので、例えば、５周期分（＝１ｍｓ）に設定する。
【００４８】
次に、図２及び図３に示した構成によりＡＥ波を検出した結果を、２００ｋＨｚの振幅に対する５ｋＨｚの振幅の比として図６に示す。
図６参照
この図は、上記の図９乃至図１２に示したＡＥ波を５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介して検出した出力であり、図９乃至図１２は、バンドパスフィルタを介さない出力を別途スペクトル解析したものである。
【００４９】
また、図６においては、他の周波数帯における特徴を併せて検討するために、２０ｋＨｚバンドパスフィルタ及び８０ｋＨｚバンドパスフィルタを介した出力も２００ｋＨｚの振幅に対する比として併せて示している。
なお、この場合のバンドパスフィルタを介した出力のアンプによる増幅率は、２０ｋＨｚバンドパスフィルタの場合は４倍で、８０ｋＨｚバンドパスフィルタの場合は２倍である。
【００５０】
図６参照
図６から明らかなように、プラズマ異常放電によるＡＥ波は、機械振動によるＡＥ波と比較して、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２を介した出力の振幅比が小さくなっていることが理解される。
【００５１】
したがって、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を通したＡＥ波の信号の最大振幅に対する５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２を通したＡＥ波の信号の最大振幅の比を求めることによって、プラズマの異常放電の判定が可能になる。
なお、判定するためのしきい値は絶対的ではないものの、図６の場合には、振幅比が最も大きな異常放電における値が０．６９６（≒０．７）であり、機械振動の最も低い値が２．０４１（≒２）であるので、０．７〜２の範囲、例えば、１をしきい値とすれば良い。
【００５２】
また、図１０（ａ）に相当する異常放電２は、上記の判定により異常放電であることは判別できるが、フィルタなしの場合と８０ｋＨｚバンドパスフィルタを通した場合の最大振幅比では、他の異常放電と明らかに異なっていることが理解され、これは、異常放電の形態自体が異なっていることを反映しているものと考えられる。
【００５３】
即ち、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を通した信号の最大振幅に対するフィルタなしの信号の最大振幅、或いは、８０ｋＨｚバンドパスフィルタを通した最大振幅の比率を求めれば、異常放電の形態の違いの判定を行うことが可能になる。
【００５４】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明するが、図７は第２の実施の形態のＡＥセンサを取り付けたプラズマ処理装置の概念的構成図であり、プラズマ処理装置のチャンバー１１の外側壁に５ｋＨｚ近傍の感度の高い低周波ＡＥセンサ３１と２００ｋＨｚ近傍の感度の高い高周波ＡＥセンサ３２を取り付けたものである。
【００５５】
この第２の実施の形態においては、必要とする周波数帯において高い感度を有する別個のセンサを用いているので、より高精度の異常放電判定が可能になる。
【００５６】
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明するが、図８は本発明の第３の実施の形態のＡＥセンサの取付け構造を説明する概念的構成図であり、プラズマ処理装置の外側壁に３個、頂面に１個のＡＥセンサ３３〜３６取り付けたものである。
【００５７】
この第３の実施の形態においては、既に提案しているようにこの４個のＡＥセンサ３３〜３６の検出出力の時間差から放電位置を特定するとともに（必要ならば、上述の特願２０００−８９８４０号参照）、４個のＡＥセンサ３３〜３６の出力の内、最大の出力を出力するＡＥセンサの出力を用いて上述の異常放電の判定を行うものである。
【００５８】
この第３の実施の形態においては、異常放電の発生のみならず、発生位置を特定することができ、且つ、各ＡＥセンサ３３〜３６の出力の内で最大の出力、即ち、異常放電の発生位置に最も近いＡＥセンサにより減衰の少ないＡＥ信号を利用することができるので、判定精度をより高めることが可能になる。
【００５９】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、プラズマ処理装置として平行平板電極型のプラズマ処理装置を例として説明しているが、プラズマ処理装置の構成はこの様な平行平板電極型のプラズマ処理装置に限られるものではなく、異常放電の発生が予想される各種の構造のプラズマ処理装置に適用されるものである。
【００６０】
また、上記の各実施の形態においては、５ｋＨｚ近傍の検出出力と２００ｋＨｚ近傍の検出出力を比較しているが、この様な周波数は絶対的ではなく、将来において、プラズマ処理装置の構成等が大きく変化した場合には、この様な特異周波数も変化する可能性があり、その場合には、その変化に応じた周波数の組合せを選択すれば良い。
【００６１】
また、上記の各実施の形態においては、所定周波数の出力を取り出すためにバンドパスフィルタを用いているが、必ずしもバンドパスフィルタである必要はなく、例えば、低周波数側の出力を検出するためにローパスフィルタを用い、高周波数側の出力を検出するためにハイパスフィルタを用いても良いものである。
【００６２】
また、上記の第２の実施の形態においては、周波数感度特性の異なる２つのＡＥセンサを用いている、周波数感度特性の異なる２つのＡＥセンサエレメントを一体にマウントして複合化した１個の複合ＡＥセンサを用いても良いものである。
【００６３】
また、上記の第３の実施の形態においては、４個のＡＥセンサを用いているが３個のＡＥセンサでも良く、或いは、チャンバーの下底面を含めて５個のＡＥセンサを取り付けても良いものであり、いずれにしても、放電位置の特定が可能になる。
【００６４】
さらに、上記の第３の実施の形態においても、複数個のＡＥセンサの個々のＡＥセンサとして、周波数感度特性の異なる２つのＡＥセンサエレメントを一体にマウントして複合化した複合ＡＥセンサを用いても良いものである。
【００６５】
また、上記の第３の実施の形態においては、４個のＡＥセンサの出力の内、最大の出力を出力するＡＥセンサの出力を用いて異常放電の判定を行っているが、他のＡＥセンサの出力を用いて異常放電の判定を行っても良いものである。
【００６６】
さらに、４個のＡＥセンサの出力の内、複数個、例えば、２個のＡＥセンサの出力を用いて異常放電の判定を行っても良く、個々の判定結果を総合的に判断することによって、さらに、精度の高い異常放電の判定が可能になる。
【００６７】
また、上記の第１の実施の形態においては、異常放電検出装置を構成するフィルタを２個としているが、図６に関連して説明したように、８０ｋＨｚバンドパスフィルタ等の他の周波数感度特性を有するフィルタを併せて用いても良いものであり、それによって、異常放電の形態の違いも検出することが可能になる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のフィルタを用いて検出対象となる周波数のＡＥ信号をスペクトル解析することなく取得しているので、プラズマ異常放電を簡単に、迅速に、且つ、精度良く判定することが可能になり、その結果を製造条件或いはプラズマ処理装置の設計にフィードバックすることによって、プラズマ処理工程のスループットの向上や、プラズマ処理装置の信頼性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明が適用される異常放電検出装置を備えたプラズマ処理装置の概念的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に用いる異常放電検出装置の概念的構成図である。
【図４】２００ｋＨｚ共振型ＡＥセンサの感度周波数特性の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に用いるバンドパスフィルタの周波数特性図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における測定結果の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の概念的構成図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の概念的構成図である。
【図９】意図的に発生させたプラズマ異常放電によるＡＥ波の説明図である。
【図１０】意図的に発生させた他のプラズマ異常放電によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
【図１１】意図的に発生させた機械振動によるＡＥ波の説明図である。
【図１２】意図的に発生させた他の機械振動によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
【符号の説明】
１ 超音波センサ
２ バッファ増幅器
３ 第１のフィルタ
４ 第２のフィルタ
５ 増幅器
６ 増幅器
７ 増幅器
８ アナログ−デジタル変換器
９ コンピュータ処理部
１１ チャンバー
１２ ガス導入口
１３ 排気口
１４ 下部電極
１５ 上部電極
１６ ウェハ
１７ ブロッキングコンデンサ
１８ ＲＦ電源
１９ ＡＥセンサ
２１ バッファアンプ
２２ ５ｋＨｚバンドパスフィルタ
２３ ２００ｋＨｚバンドパスフィルタ
２４ アンプ
２５ アンプ
２６ アンプ
２７ Ａ／Ｄ変換部
２８ コンピュータ部
３１ 低周波ＡＥセンサ
３２ 高周波ＡＥセンサ
３３ ＡＥセンサ
３４ ＡＥセンサ
３５ ＡＥセンサ
３６ ＡＥセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は異常放電検出装置、異常放電検出方法、及び、プラズマ処理装置に関するものであり、特に、高電圧または高周波電源からの高周波電圧を印加する際に不所望に発生するプラズマ異常放電を簡単に、迅速に、且つ、精度良く検出するための構成に特徴のある異常放電検出装置、異常放電検出方法、及び、プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術分野において、ＣＶＤ（化学気相堆積）、アッシング、エッチング、スパッタリング、或いは、表面処理等のために、プラズマ放電を用いて被処理基体を処理するプラズマ処理方法が広く用いられている。
【０００３】
この様なプラズマ処理工程において、プラズマ処理装置内で発生するプラズマの異常放電は、ダスト発生、被処理基体表面の損傷、基体の汚染、基体に設けた電子素子の絶縁破壊等を引き起こすという問題があり、この様な問題に対処するために異常放電発生の的確な検出が求められている。
【０００４】
現在、この様な要請に応えるために様々な研究がなされており、プラズマの発光強度の変化、電源の電圧・電流の変化、プラズマ・インピーダンスの変化、或いは、高調波の変化を検出することにより異常放電を検出することが試みられている。
【０００５】
しかし、プラズマの発光強度変化を監視する方法では、多くのプラズマ処理装置のプラズマ発生部がシールドで覆われているため、異常放電によるプラズマ発光変化の検出には光ファイバを取り付けるのにかなりの改造が必要であり、また、取付けたとしても、プラズマ特性が変化してしまうという問題がある。
【０００６】
また、プロセスチャンバーに覗き窓が開いている装置の場合にも、プラズマ発光全体を覗くことはできず、位置の特定において、異常放電の確実な検出は困難である。
【０００７】
また、ＲＦ電源の電圧或いは電流の変化或いはプラズマインピーダンスの変化をモニターする異常放電の検出方法の場合には、異常放電の発生を完全には検出できず、加えて、異常放電が電極以外の場所でも発生するために、異常放電を完全に検出できたとしても、その位置特定は不可能である。
【０００８】
さらに、高調波の発生状況の変化を検出する方法では、異常放電の発生は検出できるものの、異常放電の位置特定は不可能である。
【０００９】
そこで、本発明者は、プラズマの異常放電が発生すると、放電によって超音波（ＡＥ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が発生し、発生したＡＥがプラズマ処理装置の外壁を伝播することを利用して、プラズマ処理装置の外壁にＡＥセンサを取り付けて異常放電によって発生したＡＥを検出することにより放電発生位置を特定することを提案している（必要ならば、特願２０００−８９８４０号参照）。
【００１０】
この検出方法では、ＡＥセンサをプラズマ処理装置の外壁に取り付けるだけであるので、プラズマ処理装置の大幅な改造を必要とせず、また、複数個のＡＥセンサを取り付けることによって、各ＡＥセンサにおけるＡＥ検出の時間差から異常放電の位置を特定することが可能になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマ処理装置に取り付けたＡＥセンサは、プラズマ放電中のロードロック室でのウェハ搬送等の機械的な可動部からのＡＥ波も検出してしまうため、このままでは、異常放電によるＡＥ波と機械振動によるＡＥ波とを区別することができないという問題がある。
【００１２】
そこで、再び、本発明者は、異常放電によるＡＥ波と機械振動によるＡＥ波との相違を鋭意追求したところ、周波数分布に違いがあることを見出したので、この事情を図９乃至図１２を参照して説明する。
【００１３】
図９（ａ）乃至図１０（ｃ）参照
図９（ａ）は、意図的に発生させたプラズマ異常放電によるＡＥ波形であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡＥ波をスペクトル解析したフーリエスペクトルであり、また、図１０（ａ）乃至（ｃ）も、図９の場合と同様に意図的に発生させたプラズマ異常放電によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
なお、図１０（ａ）にフーリエスペクトルにおいても、相対強度は小さいものの、実際には５ｋＨｚ近傍及び２００ｋＨｚ近傍にもスペクトルが存在している。
【００１４】
図１１（ａ）乃至図１２（ｃ）参照
図１１（ａ）は、意図的に発生させた機械振動によるＡＥ波形であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡＥ波のフーリエスペクトルであり、また、図１２（ａ）乃至（ｃ）も、図１１の場合と同様に意図的に発生させた機械振動によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
【００１５】
以上の各フーリエスペクトルを比較すると、機械振動によるＡＥ波には相対的に低周波成分が多く、プラズマ異常放電におけるＡＥ波には相対的に高周波成分が多いことが理解される。
【００１６】
そこで鋭意検討の結果、これらのフーリエスペクトルにおける５ｋＨｚ近傍のスペクトル成分と、２００ｋＨｚ近傍のスペクトル成分とに注目したところ、２００ｋＨｚ近傍のスペクトル成分の振幅に対する５ｋＨｚ近傍のスペクトル成分の振幅の比率を求めることで異常放電の判定が可能なことを見出した。
【００１７】
しかし、この様なスペクトル解析には多少の時間がかかり、異常放電の判定が遅れるという問題があり、この様な異常放電の判定は可能な限り高速でリアルタイムに行うことが要請されている。
【００１８】
したがって、本発明は、プラズマ処理装置におけるプラズマの異常放電をより簡便に、高速に、且つ、精度良く検出することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明するが、図において符号２，５〜７，９は、夫々バッファ増幅器、増幅器、及び、コンピュータ処理部である。
図１参照
（１）本発明は、プラズマを発生させるプラズマ処理装置に取り付けた超音波センサ１と、超音波センサ１の超音波検出出力を処理して異常放電を検知する処理手段とを少なくとも備えたプラズマ処理装置の異常放電検出装置において、処理手段が、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３と、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４との少なくとも２つのフィルタを備えているとともに、第１のフィルタ３を介した検出出力と第２のフィルタ４を介した検出出力との比率を求める手段を備えていることを特徴とする。
【００２０】
この様に、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３と、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４を用いることによって、時間のかかるスペクトル解析が不要になるとともに、装置構成が簡素化される。
なお、フィルタは３つ以上設けても良いものであり、プラズマ処理装置の構成或いはプラズマ処理条件に応じて最適の２つを選択しても良いものである。
【００２１】
（２）また、本発明は、上記（１）において、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３が相対的に低周波数の透過帯域のバンドパスフィルタであり、且つ、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４が相対的に高周波数の透過帯域のバンドパスフィルタであることを特徴とする。
【００２２】
この場合の第１のフィルタ３としては、低周波透過帯域のローパスフィルタでも良いが、特定の周波数を選択するためには相対的に低周波数の透過帯域のバンドパスフィルタが望ましく、また、第２のフィルタ４としても、高周波透過帯域のハイパスフィルタでも良いが、特定の周波数を選択するためには相対的に高周波数の透過帯域のバンドパスフィルタが望ましい。
【００２３】
（３）また、本発明は、プラズマを発生させるプラズマ処理装置に取り付けた超音波センサ１の超音波検出出力を処理して異常放電を検知するプラズマ処理装置の異常放電検出方法において、超音波検出出力の一部を相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３を介して検出するとともに、超音波検出出力の一部を相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４を介して検出し、両者の検出出力を比較して、その比率から異常放電による超音波の発生を判定することを特徴とする。
【００２４】
（４）また、本発明は、上記（３）において、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタ３が透過帯域が４〜６ｋＨｚのバンドパスフィルタであり、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタ４が透過帯域が１８０〜２２０ｋＨｚのバンドパスフィルタであることを特徴とする。
【００２５】
この様に、低周波側の検出出力としては４〜６ｋＨｚの周波数帯域を用い、且つ、高周波側の検出出力としては１８０〜２２０ｋＨｚの周波数帯域を用いることによって、機械振動による超音波とプラズマ異常放電による超音波とを明瞭に区別することができる。
【００２６】
（５）また、本発明は、上記（３）または（４）において、第１のフィルタ３及び第２のフィルタ４からの検出出力を増幅する際に、増幅された各検出出力の振幅の最大値が後段に設けたアナログ−デジタル変換器８の最大入力レンジになるように各増幅率を設定することを特徴とする。
【００２７】
この様に、各検出出力をアナログ−デジタル変換器８の最大入力レンジになるように増幅することによって、相対強度の異なる各検出出力を安定にＡ／Ｄ変換することができ、それによって精度の高い判定が可能になる。
【００２８】
（６）また、本発明は、上記（３）乃至（５）のいずれかにおいて、超音波センサ１の超音波検出出力の一部をフィルタを介することなく検出し、この検出出力が予め定めた基準値以上の場合のみに、上記の異常放電による超音波の発生の判定を行うことを特徴とする。
【００２９】
この様に、フィルタを介さない信号出力を用いることによって、無駄な検出動作をなくすことができ、実際に超音波が発生した場合に、迅速に判別を行うことが可能になる。
【００３０】
（７）また、本発明は、上記（３）乃至（６）のいずれかにおいて、超音波センサ１として、相対的に低周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１と、相対的に高周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１とを用いて、相対的に低周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１からの出力を第１のフィルタ３を介して検出するとともに、相対的に高周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサ１からの出力を第２のフィルタ４を介して検出することを特徴とする。
【００３１】
この様に、検出対象となる少なくとも２つの周波数に対して夫々感度の高い異なった超音波センサ１を用いることによって、より精度の高い異常放電の判別が可能になる。
【００３２】
（８）また、本発明は、上記（３）乃至（６）のいずれかにおいて、超音波センサ１を上記プラズマ処理装置に複数個取り付けるとともに、複数の超音波センサ１の内の少なくとも１個の超音波センサ１の超音波検出出力を用いて異常放電による超音波の発生の判定を行うことを特徴とする。
【００３３】
この様に、超音波センサ１を複数個取り付けることによって、従来と同様に超音波の発生源の位置特定が可能になるとともに、その内の少なくとも１個の超音波センサ１の検出出力を用いれば良いが、一個の超音波センサ１のみを用いる場合には、最大検出出力を出力する超音波センサ１の出力を用いることが望ましく、それによって、より精度の高い判定が可能になる。
或いは、複数の超音波センサ１の検出出力を用いて別個に異常放電を判定し、その判定結果をさらに総合的に判定することによって、さらに精度の高い判定が可能になる。
【００３４】
（９）また、本発明は、プラズマ処理装置において、上記（１）または（２）に記載の異常放電検出装置を備えたことを特徴とする。
【００３５】
この様に、プラズマ処理装置に予め異常放電検出装置を備えつけることによって、各プラズマ処理装置に特有の異常放電の形態に対応した特性を有する超音波センサ１或いはフィルタを製品段階で選択して設置することができるので、初期調整等の作業負担を軽減することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。
図２参照
図２は、本発明が適用される異常放電検出装置を備えたプラズマ処理装置の概念的構成図であり、ガス導入口１２及び排気口１３を備えたチャンバー１１内に、試料ステージを兼ねる下部電極１４とそれと対向する上部電極１５とからなる平行平板型の電極を収容し、下部電極１４上に処理対象となるウェハ１６を載置する。
【００３７】
この下部電極１４はブロッキングコンデンサ１７を介してＲＦ電源１８に接続され、一方、上部電極１５は接地され、これらによってプラズマ処理装置の基本構造が構成されるものであり、本発明は、この様なプラズマ処理装置のチャンバー１１の外壁にＡＥセンサ１９を取り付けたものである。
【００３８】
図３参照
図３は、本発明の異常放電検出装置の概念的構成図であり、上述のプラズマ処理装置のチャンバー１１の外壁に取り付けたＡＥセンサ１９、ＡＥセンサ１９からの出力を適正な値まで増幅するバッファアンプ２１、バッファアンプ２１の出力のうち５ｋＨｚ近傍の周波数成分のみを取り出す透過中心周波数が５ｋＨｚの５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２、同じく、２００ｋＨｚ近傍の周波数成分のみを取り出す透過中心周波数が２００ｋＨｚの２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３、バッファアンプ２１の出力、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２の出力、及び、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３の出力を夫々次段のＡ／Ｄ変換部２７の最大入力レンジになるように増幅するアンプ２４〜２６、及び、Ａ／Ｄ変換部２７の出力を信号処理するコンピュータ部２８によって構成される。
【００３９】
この場合、ＡＥセンサ１９としては、異常放電によって発生するＡＥ波の主要な周波数帯域である２ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚにおいてある程度の感度が得られる２００ｋＨｚ共振型ＡＥセンサを使用しているので、ここで、図４を参照して２００ｋＨｚ共振型ＡＥセンサの感度周波数特性を説明する。
【００４０】
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、１００ｋＨｚ以上の高周波領域における縦波波形での感度周波数特性であり、基準値（０ｄＢ）を１Ｖ／ｍ／ｓ（振動粒子速度当たりの電圧が１Ｖ）として表した図であり、２００ｋＨｚにおいて相対的に大きな感度を有している。
【００４１】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、６０ｋＨｚ以下の低周波領域における感度周波数特性であり、基準値（０ｄＢ）を３８．５ｍＶ／ｍ／ｓ2 （加速度当たりの電圧が３８．５ｍＶ）として表した図であり、ＡＥセンサの出力を２６ｄＢ（２０倍）増幅して示している。
【００４２】
この低周波領域においてはＡＥセンサを構成する圧電振動子の内部を伝播する弾性波の位相差が小さくＡＥセンサとしての出力電圧が小さくなり、加速度センサとして動作した場合の出力電圧が大きくなるので、加速度センサとして動作させた場合の特性となる。
【００４３】
図５（ａ）及び（ｂ）参照
図５（ａ）は、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２の周波数特性図であり、５ｋＨｚに透過ピークを有している。
また、図５（ｂ）は、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３の周波数特性図であり、２００ｋＨｚに鋭い透過ピークを有している。
【００４４】
この様な構成の異常放電検出装置において、ＡＥセンサ１９で検出したＡＥ信号はバッファアンプ２１を通したのち、１つは何もフィルタを通さずにアンプ２４で増幅し、Ａ／Ｄ変換部２７でデジタル信号に変換してコンピュータ部２８に取り込み、それ以外は、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介した出力をアンプ２５，２６で増幅したのち、Ａ／Ｄ変換部２７でデジタル信号に変換してコンピュータ部２８に取り込む。
【００４５】
この場合、各アンプ２４〜２６の増幅率は、アンプの出力の最大値がＡ／Ｄ変換部２７の最大入力レンジになるように、例えば、アンプ２４の増幅率を１倍、アンプ２５の増幅率を８倍、アンプ２６の増幅率を４倍に設定している。
【００４６】
また、コンピュータ部２８においては、夫々の処理信号に対して、ＡＥが発生していない時のバックグランドノイズによる最大振幅を予め計測しておき、この予め計測した最大振幅と検出信号の振幅との差が、予め検出したい異常放電の大きさに対応して設定したしきい値より大きくなった時に５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介した信号の検出を開始する。
例えば、フルスケールを２Ｖとした場合、０．１Ｖをしきい値に設定する。
【００４７】
次いで、その後、予め設定した時間の範囲内で振幅がしきい値よりも小さくなった場合に、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介した信号の検出を終了する。
この予め設定した時間としては、最低でも一周期分（５ｋＨｚで２００μｓ）必要になるが、ＡＥ波の周期性が良好でない場合もあるので、例えば、５周期分（＝１ｍｓ）に設定する。
【００４８】
次に、図２及び図３に示した構成によりＡＥ波を検出した結果を、２００ｋＨｚの振幅に対する５ｋＨｚの振幅の比として図６に示す。
図６参照
この図は、上記の図９乃至図１２に示したＡＥ波を５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２及び２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を介して検出した出力であり、図９乃至図１２は、バンドパスフィルタを介さない出力を別途スペクトル解析したものである。
【００４９】
また、図６においては、他の周波数帯における特徴を併せて検討するために、２０ｋＨｚバンドパスフィルタ及び８０ｋＨｚバンドパスフィルタを介した出力も２００ｋＨｚの振幅に対する比として併せて示している。
なお、この場合のバンドパスフィルタを介した出力のアンプによる増幅率は、２０ｋＨｚバンドパスフィルタの場合は４倍で、８０ｋＨｚバンドパスフィルタの場合は２倍である。
【００５０】
図６参照
図６から明らかなように、プラズマ異常放電によるＡＥ波は、機械振動によるＡＥ波と比較して、５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２を介した出力の振幅比が小さくなっていることが理解される。
【００５１】
したがって、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を通したＡＥ波の信号の最大振幅に対する５ｋＨｚバンドパスフィルタ２２を通したＡＥ波の信号の最大振幅の比を求めることによって、プラズマの異常放電の判定が可能になる。
なお、判定するためのしきい値は絶対的ではないものの、図６の場合には、振幅比が最も大きな異常放電における値が０．６９６（≒０．７）であり、機械振動の最も低い値が２．０４１（≒２）であるので、０．７〜２の範囲、例えば、１をしきい値とすれば良い。
【００５２】
また、図１０（ａ）に相当する異常放電２は、上記の判定により異常放電であることは判別できるが、フィルタなしの場合と８０ｋＨｚバンドパスフィルタを通した場合の最大振幅比では、他の異常放電と明らかに異なっていることが理解され、これは、異常放電の形態自体が異なっていることを反映しているものと考えられる。
【００５３】
即ち、２００ｋＨｚバンドパスフィルタ２３を通した信号の最大振幅に対するフィルタなしの信号の最大振幅、或いは、８０ｋＨｚバンドパスフィルタを通した最大振幅の比率を求めれば、異常放電の形態の違いの判定を行うことが可能になる。
【００５４】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明するが、図７は第２の実施の形態のＡＥセンサを取り付けたプラズマ処理装置の概念的構成図であり、プラズマ処理装置のチャンバー１１の外側壁に５ｋＨｚ近傍の感度の高い低周波ＡＥセンサ３１と２００ｋＨｚ近傍の感度の高い高周波ＡＥセンサ３２を取り付けたものである。
【００５５】
この第２の実施の形態においては、必要とする周波数帯において高い感度を有する別個のセンサを用いているので、より高精度の異常放電判定が可能になる。
【００５６】
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明するが、図８は本発明の第３の実施の形態のＡＥセンサの取付け構造を説明する概念的構成図であり、プラズマ処理装置の外側壁に３個、頂面に１個のＡＥセンサ３３〜３６取り付けたものである。
【００５７】
この第３の実施の形態においては、既に提案しているようにこの４個のＡＥセンサ３３〜３６の検出出力の時間差から放電位置を特定するとともに（必要ならば、上述の特願２０００−８９８４０号参照）、４個のＡＥセンサ３３〜３６の出力の内、最大の出力を出力するＡＥセンサの出力を用いて上述の異常放電の判定を行うものである。
【００５８】
この第３の実施の形態においては、異常放電の発生のみならず、発生位置を特定することができ、且つ、各ＡＥセンサ３３〜３６の出力の内で最大の出力、即ち、異常放電の発生位置に最も近いＡＥセンサにより減衰の少ないＡＥ信号を利用することができるので、判定精度をより高めることが可能になる。
【００５９】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、プラズマ処理装置として平行平板電極型のプラズマ処理装置を例として説明しているが、プラズマ処理装置の構成はこの様な平行平板電極型のプラズマ処理装置に限られるものではなく、異常放電の発生が予想される各種の構造のプラズマ処理装置に適用されるものである。
【００６０】
また、上記の各実施の形態においては、５ｋＨｚ近傍の検出出力と２００ｋＨｚ近傍の検出出力を比較しているが、この様な周波数は絶対的ではなく、将来において、プラズマ処理装置の構成等が大きく変化した場合には、この様な特異周波数も変化する可能性があり、その場合には、その変化に応じた周波数の組合せを選択すれば良い。
【００６１】
また、上記の各実施の形態においては、所定周波数の出力を取り出すためにバンドパスフィルタを用いているが、必ずしもバンドパスフィルタである必要はなく、例えば、低周波数側の出力を検出するためにローパスフィルタを用い、高周波数側の出力を検出するためにハイパスフィルタを用いても良いものである。
【００６２】
また、上記の第２の実施の形態においては、周波数感度特性の異なる２つのＡＥセンサを用いている、周波数感度特性の異なる２つのＡＥセンサエレメントを一体にマウントして複合化した１個の複合ＡＥセンサを用いても良いものである。
【００６３】
また、上記の第３の実施の形態においては、４個のＡＥセンサを用いているが３個のＡＥセンサでも良く、或いは、チャンバーの下底面を含めて５個のＡＥセンサを取り付けても良いものであり、いずれにしても、放電位置の特定が可能になる。
【００６４】
さらに、上記の第３の実施の形態においても、複数個のＡＥセンサの個々のＡＥセンサとして、周波数感度特性の異なる２つのＡＥセンサエレメントを一体にマウントして複合化した複合ＡＥセンサを用いても良いものである。
【００６５】
また、上記の第３の実施の形態においては、４個のＡＥセンサの出力の内、最大の出力を出力するＡＥセンサの出力を用いて異常放電の判定を行っているが、他のＡＥセンサの出力を用いて異常放電の判定を行っても良いものである。
【００６６】
さらに、４個のＡＥセンサの出力の内、複数個、例えば、２個のＡＥセンサの出力を用いて異常放電の判定を行っても良く、個々の判定結果を総合的に判断することによって、さらに、精度の高い異常放電の判定が可能になる。
【００６７】
また、上記の第１の実施の形態においては、異常放電検出装置を構成するフィルタを２個としているが、図６に関連して説明したように、８０ｋＨｚバンドパスフィルタ等の他の周波数感度特性を有するフィルタを併せて用いても良いものであり、それによって、異常放電の形態の違いも検出することが可能になる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のフィルタを用いて検出対象となる周波数のＡＥ信号をスペクトル解析することなく取得しているので、プラズマ異常放電を簡単に、迅速に、且つ、精度良く判定することが可能になり、その結果を製造条件或いはプラズマ処理装置の設計にフィードバックすることによって、プラズマ処理工程のスループットの向上や、プラズマ処理装置の信頼性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明が適用される異常放電検出装置を備えたプラズマ処理装置の概念的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に用いる異常放電検出装置の概念的構成図である。
【図４】２００ｋＨｚ共振型ＡＥセンサの感度周波数特性の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に用いるバンドパスフィルタの周波数特性図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における測定結果の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の概念的構成図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の概念的構成図である。
【図９】意図的に発生させたプラズマ異常放電によるＡＥ波の説明図である。
【図１０】意図的に発生させた他のプラズマ異常放電によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
【図１１】意図的に発生させた機械振動によるＡＥ波の説明図である。
【図１２】意図的に発生させた他の機械振動によるＡＥ波のフーリエスペクトルである。
【符号の説明】
１ 超音波センサ
２ バッファ増幅器
３ 第１のフィルタ
４ 第２のフィルタ
５ 増幅器
６ 増幅器
７ 増幅器
８ アナログ−デジタル変換器
９ コンピュータ処理部
１１ チャンバー
１２ ガス導入口
１３ 排気口
１４ 下部電極
１５ 上部電極
１６ ウェハ
１７ ブロッキングコンデンサ
１８ ＲＦ電源
１９ ＡＥセンサ
２１ バッファアンプ
２２ ５ｋＨｚバンドパスフィルタ
２３ ２００ｋＨｚバンドパスフィルタ
２４ アンプ
２５ アンプ
２６ アンプ
２７ Ａ／Ｄ変換部
２８ コンピュータ部
３１ 低周波ＡＥセンサ
３２ 高周波ＡＥセンサ
３３ ＡＥセンサ
３４ ＡＥセンサ
３５ ＡＥセンサ
３６ ＡＥセンサ
Claims (9)
- プラズマを発生させるプラズマ処理装置に取り付けた超音波センサと、前記超音波センサの超音波検出出力を処理して異常放電を検知する処理手段とを少なくとも備えたプラズマ処理装置の異常放電検出装置において、前記処理手段が、相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタと、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタとの少なくとも２つのフィルタを備えているとともに、前記第１のフィルタを介した検出出力と前記第２のフィルタを介した検出出力との比率を求める手段を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置の異常放電検出装置。
- 上記相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタが相対的に低周波数の透過帯域のバンドパスフィルタであり、且つ、相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタが相対的に高周波数の透過帯域のバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置の異常放電検出装置。
- プラズマを発生させるプラズマ処理装置に取り付けた超音波センサの超音波検出出力を処理して異常放電を検知するプラズマ処理装置の異常放電検出方法において、前記超音波検出出力の一部を相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタを介して検出するとともに、前記超音波検出出力の一部を相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタを介して検出し、両者の検出出力を比較して、その比率から異常放電による超音波の発生を判定することを特徴とするプラズマ処理装置の異常放電検出方法。
- 上記相対的に低周波数側の信号のみを透過する第１のフィルタが透過帯域が４〜６ｋＨｚのバンドパスフィルタであり、上記相対的に高周波数側の信号のみを透過する第２のフィルタが透過帯域が１８０〜２２０ｋＨｚのバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法。
- 上記第１のフィルタ及び第２のフィルタからの検出出力を増幅する際に、増幅された各検出出力の振幅の最大値が後段に設けたアナログ−デジタル変換器の最大入力レンジになるように各増幅率を設定することを特徴とする請求項３または４に記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法。
- 上記超音波センサの超音波検出出力の一部をフィルタを介することなく検出し、この検出出力が予め定めた基準値以上の場合のみに、上記の異常放電による超音波の発生の判定を行うことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法。
- 上記超音波センサとして、相対的に低周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサと、相対的に高周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサとを用いて、前記相対的に低周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサからの出力を上記第１のフィルタを介して検出するとともに、前記相対的に高周波数側の信号に対する感度の高い超音波センサからの出力を上記第２のフィルタを介して検出することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法。
- 上記超音波センサを上記プラズマ処理装置に複数個取り付けるとともに、複数の超音波センサの内の少なくとも一つの超音波センサの超音波検出出力を用いて異常放電による超音波の発生の判定を行うことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法。
- 請求項１または２のいずれかに記載の異常放電検出装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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