JP4364498B2

JP4364498B2 - 異常放電検出装置及び方法

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Publication number: JP4364498B2
Application number: JP2002316548A
Authority: JP
Inventors: 功一鈴木; 充男佐藤
Original assignee: Harada Corp
Current assignee: Harada Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: JP2004150953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などに使用されるチャンバの内部で発生する異常放電を検出するための異常放電検出装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空機器の特にプラズマエッチング装置において、チャンバ内部での異常な放電現象を、チャンバの窓部分から目視で確認できることがある。また、放電のエネルギが大きい場合は、例えば半導体ウエーハ上に焼損痕が見られる。しかし、一般にチャンバの窓は小さいので、チャンバ内の全ての領域を目視することはできない。また、放電による発光は、小さなスポット状で一瞬に消滅することが多いため、目視では認識できないことも少なくない。更に、プラズマ処理中に帯電したウエーハを次のステージに移動するために、ウエーハの裏面を金属のピンで突き上げる、この時点で生じる静電気放電現象を目視することは不可能である。
【０００３】
以上の放電現象は、ウエーハの一部又は全領域の絶縁を破壊じて、電子デバイスの生産性を著しく低下させる。ここでは、プラズマエッチング装置の事例を示したが、真空中では低い電界でも放電が起こりやすいため、イオンミリング装置、イオン注入装置、金属被膜を形成するスパッタ装置などでも同じ放電現象が発生する。
【０００４】
近年では、これらの異常放電について、プラズマエッチング装置の外部壁面に音響センサを取り付け放電音によってモニタする技術や、約１３ＭＨｚの交流電圧源の高調波電流の変化によってモニタする技術が発表されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
「超音波ＴＥＣＨＮＯ 2002.5-6」、日本工業出版株式会社、ｐ４１−４６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、音響を使う場合、放電環境が真空のため、放電位置によっては音波が壁面に到達しないことがあった。また、高調波電流を使う場合、動作中に高周波電極板に直接放電しない現象は検出できない、及び、プラズマ状態以外の搬送中の放電現象は検出できない、などの不都合があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、異常放電の発生の有無を精度良くモニタできる異常放電検出装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る異常放電検出装置は、絶縁体からなる窓部を有するチャンバ内で発生する放電の異常を検出する装置である。そして、前記チャンバの内部以外の方向から到来する電磁波を遮断すると共に、放電に伴う電磁波を窓部を介して受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信された電磁波を電気信号として出力する検出手段とを備えている。ここでいう「絶縁体」とは、電気的な絶縁体のことであり、例えば誘電体と同じ意味である。
【０００９】
放電には必ず電磁波の放射を伴う。一方、一般のチャンバは、金属製であるため、電磁波が漏れ出ない構造になっている。そこで、本発明者は、チャンバに必ず設けられている覗き窓に着目し、この覗き窓から僅かに洩れ出る電磁波を捕らえることを思い付いた。つまり、チャンバ内で発生した電磁波を窓部を介して受信アンテナで捕らえることによって、異常放電の発生の有無を確実にモニタする。このとき、検出に高周波電流を用いていないので、電極に発生した放電以外の、静電気などによる放電も確実に検出できる。また、チャンバの内部以外の方向（例えばチャンバ自体またはチャンバの外部）から到来する不要な電磁波が遮断されるため、放電に伴って発生する電磁波を精度よく受信することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１０】
受信アンテナは、チャンバ外の窓部の近傍に設置される、としてもよい。この場合は、受信アンテナを移動してチャンバの窓部の近傍に置くことにより、どのようなチャンバにも受信アンテナを取り付けることができる。
前記受信アンテナは、前記チャンバ内に設置する、としてもよい。これにより、外部からの不要な電磁波をより効果的に排除しながら、チャンバ内での放電の発生をより確実に検出することができる。
【００１１】
受信アンテナは、窓部の絶縁体内に設けられた、としてもよい。この場合は、受信アンテナがチャンバ内の放電発生位置に近づくことにより、強い電磁波を捕らえられるので、放電の検出能力が向上する。このとき、受信アンテナの一部を絶縁体内から突出させてチャンバ内に設けると、より強い電磁波を捕らえられるので、放電の検出能力がより向上する。
【００１２】
窓部は円形であり、受信アンテナはループアンテナである、としてもよい。窓部が円形であれば、窓部から洩れ出る電磁波も円錐状にチャンバ外へ放射される。そのため、受信アンテナをループアンテナとすることにより、効率よく電磁波を受信できる。
【００１３】
受信アンテナは、ループアンテナが形成された誘電体基板と、一方向に向けて開放した形状を有し、開放部を塞ぐように前記誘電体基板が取り付けられたシールドケースと、を有する、としてもよい。ループアンテナを誘電体基板に例えばプリント加工することにより、部品点数を減らすことができ、しかもアンテナとしての特性のバラツキを抑えることができる。
【００１４】
受信アンテナの背面側に取り付けられ、該背面側に到来する電磁波を受信する第１補助アンテナと、前記チャンバの壁面に取り付けられ、該壁面を伝搬する電磁波を受信する第２補助アンテナと、をさらに有し、前記検出手段は、前記受信アンテナで受信された電磁波の信号成分から前記第１補助アンテナ及び第２補助アンテナで受信された電磁波に対応する信号成分を除いて、前記受信アンテナで受信された電磁波を電気信号として出力する、としてもよい。この構成によれば、検出対象のチャンバ内部での放電に伴う電磁波以外の不要な電磁波が第１補助アンテナ及び第２補助アンテナに受信される。従って、受信アンテナに不要な電磁波が受信されたとしても、放電に伴う電磁波と不要な電磁波とを識別することができ、受信精度を一層向上させることができる。
【００１５】
検出手段は、チャンバに間する動作の時間変化に重ねて電磁波の時間変化を表示する機能を有する、又は電磁波の周波数スペクトラムを表示する機能を有する、としてもよい。このような機能は、例えばオシロスコープ、スペクトラムアナライザ、パーソナルコンピュータ等によって実現される。チャンバに間する動作の時間変化に重ねて電磁波の時間変化を表示することにより、チャンバに関する動作と異常放電との因果関係が明瞭になる。電磁波の周波数スペクトラムを表示することにより、異常放電による電磁波か否かが明瞭になる。異常放電による電磁波は、特有の周波数スペクトラムになるからである。
【００１６】
本発明に係る異常放電検出方法は、本発明に係る異常放電検出装置に使用されるものである。
【００１７】
換言すると、本発明は、プラズマエッチング装置、イオン注入装置、スパッタ装置などの真空チャンバ内で高電圧を印加する装置において、そのチャンバ内で発生する放電現象を、放電が放射する電磁波によって検出し、放電発生の有無をモニタすることを特徴とする計測方法である。このとき、電磁波を検出する受信アンテナの位置は、チャンバ内又はチャンバに取り付けられたガラス窓の外側の近傍である。
【００１８】
更に具体的に言えば、本発明は次のような特徴を有する。
（１）半導体製造装置（プラズマエッチング、スパッタ、イオンミリング、イオン注入などの装置）のチャンバ内に発生する（異常）放電を、放電が放射する電磁波によって検出する。
（２）チャンバの内部、外部又はガラス窓にアンテナ（ループアンテナ、モノポールアンテナなど）を取り付ける。
（３）チャンバ内部にアンテナを取り付ける場合は、アンテナ金属を露出した状態とする、又はアンテナをガラスなど電磁波を吸収しづらい材料で封止する。
（４）電磁波の時間応答特性（周波数、時定数など）によって、発生箇所の推定や、発生履歴（発生原因）情報を表示するシステムとする。
（５）複数のフィルタなどを用いた回路によって、電磁波の周波数スペクトラムを示す。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る異常放電検出装置による放電検出の原理を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２０】
本実施形態の異常放電検出装置１０は、ガラスからなる窓部１２を有するチャンバＩ４内で発生する放電の異常を検出する装置であって、放電に伴う電磁波Ｅを窓郎１２を介して受信する受信アンテナ１８と、受信アンテナ１８で受信された電磁波Ｅを電気信号Ｓとして出力する検出手段としての検出器２０とを備えている。
【００２１】
チャンバ１４は、プラズマドライエッチング装置に用いられている。チャンバ１４内には、加工対象物となる半導体のウエーハ２２を乗せた陽極２４と、ガスＧの吹き出し口を兼ねる陰極２６とが収容されている。陽極２４には、チャンバ１４外の高周波電圧源２８及び直流電圧源３０が接続されている。ガスＧは、チャンバＩ４上端の導入口３２から導入され、ウエーハ２２の周囲を通って、チャンバ１４下端の排出口３４から排出される。ここで、高周波電圧源２８及び直流電圧源３０からそれぞれ高周波電圧及び直流電圧が、陽極２４には印加されたとする。すると、陽極２４と陰極２６との間のガスＧがプラズマ化し、そのプラズマがウエーハ２２をエッチングする。
【００２２】
次に、異常放電検出装置１０の動作を説明する。
【００２３】
放電には必ず電磁波Ｅの放射を伴う。一方、チャンバ１４は、金属製であるため電磁波が洩れ出ない構造になっている。しかし、窓部１２はガラスであるので、ここから僅かに電磁波Ｅが洩れ出す。そこで、チャンバ１４内で発生した電磁波Ｅを窓部１２を介して受信アンテナ１８で捕らえることによって、異常放電の発生の有無を確実にモニタする。このとき、検出に高周波電流を用いていないので、陽極２４又は陰極２６に発生した放電以外の、静電気などによる放電も確実に検出できる。
【００２４】
また、受信アンテナ１８は、チャンバ１４外の窓部１２の近傍に設置される。そのため、受信アンテナ１８を移動してチャンバ１４の窓部１２の近傍に置くことにより、どのようなチャンバにも受信アンテナ１８を取り付けることができる。
【００２５】
更に、窓部１２は円形であり、受信アンテナ１８はループアンテナである。窓部１２が円形であれば、窓部１２から洩れ出る電磁波Ｅも円錐伏にチャンバ１４外へ放射される。そのため、受信アンテナ１８をループアンテナとすることにより、効率よく電磁波Ｅを受信できる。
【００２６】
次に、言葉を換えて、異常放電検出装置１０の動作をもう一度説明する。
【００２７】
異常放電はチャンバ１４内のいずれの位置でも発生する。放電が発生すると、その周辺に電磁波Ｅが放射される。金属で閉じられたチャンバ１４内の電磁波Ｅは、チャンバ１４外へ伝搬しづらいが、金属の一部に誘電体であるガラス窓すなわち窓部１２などがあれば、そこから放出される。そこで、窓部１２の外側近傍に電磁波Ｅを検出する受信アンテナＩ８を設置すれば、チャンバ１４内部の異常放電をモニタするこどができる。受信アンテナ１８から発生した電界を読み取る検出器２０には、一般にはオシロスコープなどが用いられる。そのオシロスコープに表示された周波数特性や時定数に基づき、放電の位置などの情報を得る。
【００２８】
また、検出器２０を高周波増幅器として、その出力信号を複数に分波し、それぞれ帯域パスフィルタを通すことにより、放電に特有の周波数成分を抽出し、その周波数成分の有無によって、チャンバ１４内で放電が発生しているか否かをモニタするようにしてもよい。更に、周波数成分を読み取ることによって、電磁波Ｅを放射する放電の特徴（時定数、ピーク値、静電容量、インダクタンス、放電抵抗など）に基づき、放電箇所や原因を推定することもできる。
【００２９】
図２は、図１に示す構成において、上述のループアンテナである受信アンテナ１８に代えて、モノポールアンテナである受信アンテナ４４を採用した場合の構成図である。受信アンテナ４４と検出器２０は異常放電検出装置４０を構成する。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００３０】
異常放電検出装置４０は、絶縁体からなる窓部４２を有するチャンバ１４内で発生する放電の異常を検出する装置であって、放電に伴う電磁波Ｅを窓部４２を介して受信する受信アンテナ４４と、受信アンテナ４４で受信された電磁波Ｅを電気信号Ｓとして出力する検出手段としての検出器２０とを備えている。
【００３１】
窓部４２は、覗くことを目的としたものではなく、ハーメチックシールなどの気密封止型のコネクタである。また、受信アンテナ４４は、その一部をチャンバ１４内に突出させたモノポールアンテナである。
【００３２】
異常放電検出装置４０によれば、第１実施形態に比べて受信アンテナ４４がチャンバ１４内の放電発生位置に近づくことにより、強い電磁波を捕らえられるので、放電の検出能力が向上する。
【００３３】
図３は、上述の図１に示す構成において、ループアンテナを窓部５０のガラス板５４内に封止した場合の構成を示し、図３［１］は正面図、図３［２］は図３[1］におけるIII−III線縦断面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３４】
図３に示す構成は、窓部５０及び受信アンテナ５２のみが図１に示す構成と異なる。したがって、窓部５０及び受信アンテナ５２についてのみ説明する。窓部５０は、円形であり、ガラス板５４と金属枠５６とからなる。受信アンテナ５２は、ガラス板５４内に封止されたループアンテナであり、その両端に電極５８，６０が設けられている。これらの電極５８，６０に検出器２０（図１）が接続される。
【００３５】
図３に示す構成によれば、図１に示す構成に比べて受信アンテナ５２がチャンバ１４（図１）内の放電発生位置に近づくことにより、強い電磁波を捕らえられるので、放電の検出能力が向上する。なお、受信アンテナ５２はループアンテナとしたが、ガラス板５４内に封止するアンテナはどのような形状でもよい。
【００３６】
図４は、上述の図１に示す構成において、さらにコントローラ７６と、検出結果を処理するためのパーソナルコンピュータ７２を備えた例を示す構成図である。受信アンテナ１８、検出器２０、パーソナルコンピュータ７２は異常放電検出装置７０を構成する。図５は、図４の異常放電検出装置７０における表示画面の一例を示す説明図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図４において図１と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００３７】
異常放電検出装置７０は、ガラスからなる窓部１２を有するチャンバ１４内で発生する放電の異常を検出する装置であって、放電に伴う電磁波Ｅを窓部１２を介して受信する受信アンテナ１８と、受信アンテナ１８で受信された電磁波Ｅを電気信号Ｓとして出力する検出手段としての検出器２０及びパーソナルコンピュータ７２とを備えている。
【００３８】
検出器２０は、オシロスコープとスペクトルアナライザとの機能を併せ持ち、電磁波Ｅに関する情報（ディジタル信号）をパーソナルコンピュータ７２へ出力する。電磁波Ｅに関する情報とは、例えば電磁波Ｅの時間変化や電磁波Ｅの周波数スペクトラムである。一方、チャンバ１４（すなわちプラズマドライエッチング装置）のコントローラ７６は、プラズマドライエッチング装置の動作に関する情報（ディジタル信号）を、パーソナルコンピュータ７２へ出力する。プラズマドライエッチング装置の動作に関する情報とは、例えばＲＦ電力、ＥＳＣ電圧、ガス圧などである。
【００３９】
パーソナルコンピュータ７２は、チャンバ１４に関する動作の時間変化に重ねて電磁波Ｅの時間変化を表示する機能、及び電磁波Ｅの周波数スペクトラムを表示する機能を、コンピュータプログラムによって実現している。そのようなコンピュータプログラムは、従来から知られている一般的なものに準ずる。例えば、チャンバ１４に関する動作の時間変化を表示するためのコンピュータプログラムは、既に知られている。したがって、そのコンピュータプログラムにおいて表示対象となるパラメータに電磁波Ｅを加えることにより、チャンバ１４に関する動作の時間変化に重ねて電磁波Ｅの時間変化を表示することができる。
【００４０】
表示画面７４では、プラズマドライエッチング装置の動作の時間変化に、電磁波Ｅの時間変化を重ねて表示している。図示するＡ，Ｂ，Ｃが電磁波Ｅである。チャンバ１４に関する動作の時間変化に重ねて電磁波Ｅの時間変化を表示することにより、チャンバ１４に関する動作と放電との因果関係が明瞭になる。また、電磁波Ｅの周波数スペクトラムを表示することにより、放電による電磁波か否かが明瞭になる。
【００４１】
換言すると、表示画面７４は、異常放電による電磁波Ｅの発生を、プラズマドライエッチング装置の動作状態を示すコントロール画面に重ねて表示した伏態である。電磁波Ｅを検出した時の情報をコントロール画面に入れることによって、処理対象のウエーハ２２がどのような状態（例えば、プラズマ処理中、搬送中など。）に置かれているかがわかるので、放電の原因の特定が容易になる。
【００４２】
以上のように、異常放電検出装置７０を用いることにより、他の伏態表示と同時に竃磁波Ｅをモニタする機能を有する真空装置や、複数の真空装置の放電発生を同時にモニタする生産ライン監視システム等を実現することが可能となる。
【００４３】
本発明に係る異常放電検出装置は、前述の図１に示す受信アンテナ１８に主要な特徴を有するものであり、以下、本発明に係る異常放電検出装置が備える受信アンテナの各実施形態を順に説明する。
まず、本発明の第１実施形態を説明する。図６に、本実施形態に係る異常放電検出装置が備える受信アンテナ１８０の構成を示す。本異常放電検出装置は、上述の図１に示す構成において、受信アンテナ１８として図６に示す受信アンテナ１８０を備えたものであり、その他の構成は図１に示す構成と同様である。以下、図１を適宜援用する。
【００４４】
図６[１]は受信アンテナ１８０の斜視図であり、図６[２]はその２面図である。図６において、ループアンテナ１８１は図１に示す受信アンテナ１８に相当し、支持部材１８４によりシールドケース１８２の内部に固定されている。シールドケース１８２は、一方向に向けて開放した概略箱状の形態を有している。ループアンテナ１８１は、シールドケース１８２の開口方向の軸の周りに巻回するようにしてシールドケース１８２に固定されている。
【００４５】
受信アンテナ１８０は、シールドケース１８２の開口部が窓部１２に対向するようにして、チャンバ１４の外側に装着される。受信アンテナ１８０をチャンバ１４に装着した状態は、図１において、受信アンテナ１８をシールドケース１８２で覆ったものと等価になる。
【００４６】
次に、受信アンテナ１８０の作用を説明する。
チャンバ１４の内部で放電が発生すると、この放電に伴って電磁波Ｅが発生する。この電磁波Ｅの大部分は金属製のチャンバ１４の壁面に遮断されるが、その一部は窓部１２から外部に漏れ出す。外部に漏れ出した電磁波Ｅは、受信アンテナ１８０を構成するループアンテナ１８１に受信されて検出器２０に検出される。これにより、チャンバ１４の内部で発生した放電が検出される。
【００４７】
ここで、ループアンテナ１８１の周囲は、チャンバ１４の窓部１２を除いてシールドケース１８２で覆われているので、チャンバ１４の内部以外の方向からループアンテナ１８１に到来する不要な電磁波はシールドケース１８２に遮断される。従って、この受信アンテナ１８０によれば、チャンバ１４の外部の装置が不要な電磁波（雑音）を発生しても、その電磁波を遮断し、チャンバ１４の内部で発生した電磁波のみを的確に受信することが可能となる。従って、チャンバ１４内の放電を精度よく検出することが可能になる。
【００４８】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態に係る異常放電検出装置は、上述の図１に示す構成において、受信アンテナ１８として図７に示す受信アンテナ１９０を備えたもので、その他の構成は図１に示す構成と同様である。本実施形態に係る受信アンテナ１９０の基本原理は上述の第１実施形態に係る受信アンテナ１８０と同様であるが、本実施形態では、ループアンテナ１９１ａをプリント基板（誘電体）１９１上に形成してシールドケース１９２と一体化している。
【００４９】
図７[１]は受信アンテナ１９０の斜視図であり、図７[２]はその分解図である。図７に示すように、４角形状のプリント基板１９１の一面側には、その外周縁に沿ってループアンテナ１９１ａが巻回されるように形成されており、その外周部にはネジ止め用の孔１９１ｂが開口されている。プリント基板１９１の材質としては、電磁波の透過を妨げない例えば誘電体が使用される。
【００５０】
シールドケース１９２は、上述の図６に示すシールドケース１８２と同様に一方向に向けて開放した形状を有するが、その開口部を塞ぐようにプリント基板１９１が取り付けられる。具体的には、シールドケース１９２の内面側には、開口部の周縁に沿って枠体１９２ａが突設されており、この枠体１９２ａにプリント基板１９１の外周部がネジ止めにより固定される。シールドケース１９２の側面部にはコネクタ端子１９２ｂが取り付けられており、シールドケース１９２の内部で給電線（図示なし）を介してループアンテナ１９１ａの給電端と電気的に接続されている。
【００５１】
図８[１]は、プリント基板１９１の正面図であり、電磁波の受信面を示す。同図に示すように、受信面となるプリント基板１９１の一面側には、その外周縁に沿ってループアンテナ１９１ａが形成され、受信すべき電磁波がループアンテナ１９１ａの内周側を通過するように、ループアンテナ１９１ａの内周側が大きく空けられている。ループアンテナ１９１ａの給電端１９１ｂはスルーホール等によりプリント基板１９１の裏面側に引き出され、シールドケース内部で給電線を介してコネクタ端子１９２ｂに接続される。
【００５２】
また、図８[２]に示すように、プリント基板１９１はシールドケース１９２の開口端側に取り付けられるが、開口端からプリント基板１９１までの距離ｄ１は、チャンバ１４の窓部１２に対する取り付け状態などを考慮して適切に設定される。また、プリント基板１９１からシールドケース１９２の背板までの距離ｄ２については、アンテナとしての特性等を考慮して適切に設定される。
【００５３】
図７および図８に示す受信アンテナ１９０の基本的な作用は上述の受信アンテナ１８０と同様であるが、本受信アンテナ１９０の場合、プリント基板１９１にループアンテナ１９１ａを形成しているので、ループアンテナ１９１ａの配線密度を高くすることができる。従って、ループアンテナの内周側の受信面積を拡大することができ、これにより受信感度を高めることが可能になる。
【００５４】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態に係る異常放電検出装置は、上述の図１に示す構成において、受信アンテナ１８として図６に示す受信アンテナ１８０を備えると共に、不要な電磁波を受信するための補助アンテナ１８０Ａ（第１補助アンテナ）と補助アンテナ１８０Ｂ（第２補助アンテナ）をさらに備える。図９に、本実施形態に係る異常放電検出装置が備える受信アンテナ１８０，１８０Ａ，１８０Ｂの各配置を示す。その他の構成は図１に示す構成と同様である。本実施形態では、受信アンテナ１８０に加えて不要な電磁波を受信するための補助アンテナを備えることにより、放電に伴う電磁波と不要な電磁波とを識別可能とし、これにより受信精度を向上させる。
【００５５】
図９において、受信アンテナ１８０及び補助アンテナ１８０Ａ，１８０Ｂに付した矢印は受信の方向を表している。受信アンテナ１８０は、その受信方向がチャンバ１４の窓部１２に向けられるようにしてチャンバ１４に取り付けられる。受信アンテナ１８０の背面側には補助アンテナ１８０Ａが取り付けられ、その受信方向は受信アンテナ１８０とは逆方向に向けられている。チャンバ１４の外壁面には補助アンテナ１８０Ｂが取り付けられ、その受信方向はチャンバ１４の壁面に向けられている。これら補助アンテナ１８０Ａ，１８０Ｂで受信された信号は、受信アンテナ１８０で受信された信号と共に検出器２０に供給される。
【００５６】
本実施形態の作用を説明する。
受信アンテナ１８０によりチャンバ１４の内部の放電に伴う電磁波が受信され、検出器２０に供給される。検出器２０は受信アンテナ１８０で受信された電磁波を電気信号として出力する。ここで、チャンバ外部の周辺装置等が雑音となる不要な電磁波を発生すると、この電磁波は補助アンテナ１８０Ａまたは補助アンテナ１８０Ｂに受信される。補助アンテナ１８０Ａは、チャンバ１４の外の周辺装置から空間を伝搬して受信アンテナ１８０に到来する不要な電磁波を受信し、補助アンテナ１８０Ｂは、チャンバ１４の壁面を伝搬して到来する不要な電磁波を受信する。
【００５７】
一方、受信アンテナ１８０は、チャンバ１４の内部で発生する放電に伴う電磁波を受信する。このとき、チャンバ外から到来する不要な電磁波の大部分はシールドケース１８２で遮断されるが、その不要な電磁波のエネルギーが強い場合には、一部がループアンテナ１８１に到達する。従ってこの場合、受信アンテナ１８０には放電に伴う電磁波（信号成分）と不要な電磁波（雑音成分）の双方が受信されることになる。
【００５８】
しかし、受信アンテナ１８０に受信された不要な電磁波は補助アンテナ１８０Ａまたは補助アンテナ１８０Ｂにも受信されるので、これら補助アンテナに受信された信号を参照することにより、受信アンテナ１８０に受信された電磁波に含まれる不要な電磁波を識別することが可能になる。即ち、受信アンテナ１８０に受信された信号成分のうち、補助アンテナ１８０Ａ，１８０Ｂに受信された信号成分と符合する位相を有するものを雑音成分として識別できる。そこで、検出器２０は、受信アンテナ１８０で受信された電磁波を電気信号として出力する際に、この電磁波の信号成分から補助アンテナ１８０Ａ，１８０Ｂで受信された電磁波に対応する信号成分を取り除く。これにより、Ｓ／Ｎ比が改善され、検出精度が向上する。
【００５９】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記第１乃至第３実施形態に限定されるものではない。例えば、受信アンテナの形状は、ループアンテナに限らず、ダイポールアンテナやアレイアンテナ等としてもよい。また、シールドケースの形状も箱型に限らず、例えば一端側が閉じられた円筒状（円柱状）としてもよく、あるいは必要な特性が得られる限度において、板状（平板状）としてもよい。また、不要な電磁波を受信するための補助アンテナの設置箇所も上述の例に限定されず、さらに増やしてもよい。逆に、不要な電磁波の発生源が限られているのであれば、必要な部位にのみ補助アンテナを限定的に設置するものとしてもよい。
【００６０】
また、本発明は、放電に伴って発生する磁気を検出するものと見ることも可能である。即ち、受信アンテナを構成するループアンテナをコイルと見れば、このコイルと交差する磁束の変化に応じた電圧がループコイルの端子間電圧として現れる。従って、ループアンテナの端子間電圧をモニタすることにより、チャンバ内部で発生した放電を検出することが可能となる。この場合、シールドケース１８２，１９２の素材としては、磁界を遮蔽（遮断）する性質を有するものが使用される。
【００６１】
【発明の効果】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、チャンバ外から到来する電磁波を遮断すると共にチャンバ内で発生した電磁波を窓部を介して受信アンテナで捕らえることによって、異常放電の発生の有無を確実にモニタできる。このとき、検出に高周波電流を用いていないので、電極に発生した放電以外の、静電気などによる放電も精度良く検出できる。
【００６２】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、受信アンテナをチャンバ外の窓部の近傍に設置されるものとしたことにより、どのようなチャンバにも受信アンテナを取り付けることができる。
【００６３】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、受信アンテナをチャンバ内に設置されるものとしたことにより、チャンバ内での放電を精度良く検出することができる。
【００６４】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、受信アンテナを窓部の絶縁体内に設けたことにより、受信アンテナをチャンバ内の放電発生位置に近づけることができ、これにより強い電磁波を捕らえられるので、放電の検出能力を向上できる。
【００６５】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、受信アンテナの一部を絶縁体内から突出させてチャンバ内に設けたことにより、受信アンテナをチャンバ内の放電発生位置により近づけることができ、これにより更に強い電磁波を捕らえられるので、放電の検出能力をより向上できる。
【００６６】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、窓部が円形であれば窓部から洩れ出る電磁波も円錐伏にチャンバ外へ放射されるので、受信アンテナをループアンテナとすることにより、効率よく電磁波を受信できる。
【００６７】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、ループアンテナが形成された誘電体基板と、前記誘電体基板が取り付けられたシールドケースとにより受信アンテナを構成したことにより、部品点数を削減することができる。
【００６８】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、受信アンテナの背面側に到来する電磁波を受信する第１補助アンテナと、チャンバの壁面を伝搬する電磁波を受信する第２補助アンテナとをさらに有することにより、シールド手段により不要な電磁波の一部が遮断されずに受信アンテナに受信されたとしても、不要な電磁波を識別することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００６９】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、チャンバに関する動作の時間変化に重ねて電磁波の時間変化を表示することにより、チャンバに関する動作と異常放電との因果関係を明瞭に把握できる。
【００７０】
本発明に係る異常放電検出装置及び方法によれば、電磁波の周波数スペクトラムを表示することにより、異常放電に特有の電磁波の周波数スペクトラムを検出できるので、異常放電による電磁波か否かを明瞭に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る異常放電検出装置の構成（ループアンテナを用いた場合）と原理を説明するための図である。
【図２】本発明に係る異常放電検出装置の構成（ダイポールアンテナを用いた場合）を説明するための図である。
【図３】本発明に係る異常放電検出装置の受信アンテナの構成（ループアンテナを窓部のガラス板に埋め込んだ場合）を示し、図３[１]は正面図、図３[２]は図３[１]におけるIII−III線縦断面図である。
【図４】本発明に係る異常放電検出装置の他の構成例を示す図である。
【図５】図４の異常放電検出装置における表示画面の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る異常放電検出装置が備える受信アンテナの構成を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る異常放電検出装置が備える受信アンテナの構成を示し、図７[１]は斜視図、図７[２]は分解図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る受信アンテナの詳細構成を示し、図８[１]は正面図、図８[２]は断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る異常放電検出装置が備える受信アンテナ及び補助アンテナの配置を説明するための図である。
【符号の説明】
１０，４０，７０異常放電検出装置
１２，４２，５０窓部
１４チャンバ
１８，４４，５２受信アンテナ
２０検出器（検出手段）
７２パーソナルコンピュータ（検出手段）
Ｅ電磁波
Ｓ電気信号
１８０受信アンテナ
１８０Ａ，１８０Ｂ補助アンテナ
１８１ループアンテナ
１８２シールドケース
１９０受信アンテナ
１９１プリント基板
１９２シールドケース
１９１ａループアンテナ

Claims

絶縁体からなる窓部を除いて電磁波が洩れ出ない構造を有し、プラズマを閉じ込めたチャンバ内で発生する放電の異常を検出する装置であって、
前記チャンバ外の前記窓部の近傍に設置され、前記チャンバの内部以外の方向から到来する電磁波を遮断すると共に、前記放電に伴う電磁波を前記窓部を介して受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナで受信された電磁波を電気信号として出力する検出手段と、
を備え、
前記受信アンテナは、
ループアンテナと、
一方向に向けて開放した形状を有するシールドケースと、
を有し、
前記ループアンテナは、前記シールドケースの開口方向の軸の周りに巻回するようにして前記シールドケースに固定されている、
異常放電検出装置。
前記窓部は円形である、
請求項１に記載の異常放電検出装置。
前記受信アンテナは、前記ループアンテナが形成された誘電体基板をさらに有し、
前記誘電体基板は、前記シールドケースの開放部を塞ぐように前記シールドケースに取り付けられている、
請求項１又は２に記載の異常放電検出装置。
前記受信アンテナの背面側に取り付けられ、該背面側に到来する電磁波を受信する第１補助アンテナと、
前記チャンバの壁面に取り付けられ、該壁面を伝搬する電磁波を受信する第２補助アンテナと、
をさらに有し、
前記検出手段は、前記受信アンテナで受信された電磁波の信号成分から前記第１補助アンテナ及び第２補助アンテナで受信された電磁波に対応する信号成分を除いて、前記受信アンテナで受信された電磁波を電気信号として出力する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の異常放電検出装置。
前記検出手段は、前記チャンバに関する動作の時間変化に重ねて前記電磁波の時間変化を表示する機能を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の異常放電検出装置。
前記検出手段は、前記電磁波の周波数スペクトラムを表示する機能を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の異常放電検出装置。
絶縁体からなる窓部を除いて電磁波が洩れ出ない構造を有し、プラズマを閉じ込めたチャンバ内で発生する放電の異常を検出する方法であって、
前記チャンバの内部以外の方向から到来する電磁波を遮断すると共に、前記放電に伴う電磁波を、前記チャンバ外の前記窓部の近傍に設置された受信アンテナを用いて前記窓部を介して受信し、
前記受信アンテナで受信した電磁波を検出手段を用いて電気信号として出力し、
前記受信アンテナは、
ループアンテナと、
一方向に向けて開放した形状を有するシールドケースと、
を有し、
前記ループアンテナは、前記シールドケースの開口方向の軸の周りに巻回するようにして前記シールドケースに固定されている、
異常放電検出方法。
前記窓部は円形である、
請求項７に記載の異常放電検出方法。
前記受信アンテナは、前記ループアンテナが形成された誘電体基板をさらに有し、
前記誘電体基板は、前記シールドケースの開放部を塞ぐように前記シールドケースに取り付けられている、
請求項７又は８に記載の異常放電検出方法。
前記受信アンテナの背面側に取り付けられた第１補助アンテナを用いて該背面側に到来する電磁波を受信し、
前記チャンバの壁面に取り付けられた第２補助アンテナを用いて該壁面を伝搬する電磁波を受信し、
前記検出手段は、前記受信アンテナで受信された電磁波の信号成分から前記第１補助アンテナ及び第２補助アンテナで受信された電磁波に対応する信号成分を除いて、前記受信アンテナで受信された電磁波を電気信号として出力する、
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の異常放電検出方法。
前記検出手段は、前記チャンバに関する動作の時間変化に重ねて前記電磁波の時間変化を表示する機能を有する、
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の異常放電検出方法。
前記検出手段は、前記電磁波の周波数スペクトラムを表示する機能を有する、
請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の異常放電検出方法。