JP4837368B2 - Arc detector for plasma processing system - Google Patents
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Description
本願発明は、半導体製造工程に使用されるプラズマ処理システムのアーク検出装置に関するものである。 The present invention relates to an arc detector for a plasma processing system used in a semiconductor manufacturing process.
従来、プラズマ処理システムとしては、図６に示すように、例えば高周波電力を出力するための高周波電源装置５１と、この高周波電源装置５１に伝送ケーブル５２を介して接続され、高周波電源装置５１の入力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合するためのインピーダンス整合器５３と、このインピーダンス整合器５３に負荷接続部５４を介して接続され、例えば負荷としてのプラズマ処理装置５５とで構成されている。
Conventionally, as a plasma processing system, as shown in FIG. 6, for example, a high-frequency
高周波電源装置５１は、プラズマ処理装置５５に対して高周波電力を供給するための装置であり、例えば図示しない電力増幅回路や発振回路等を備え、所定の電力に設定された高周波電力をインピーダンス整合器５３を介してプラズマ処理装置５５に出力する。
The high-frequency
プラズマ処理装置５５は、エッチングやＣＶＤ等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するための装置である。より詳細には、プラズマ処理装置５５は、プラズマチャンバーの内部に備えられた真空容器に一対の電極を設けた構成とされ、その真空容器にプラズマ発生用の窒素ガス又はアルゴンガス等が導入され、一対の電極間に高周波電力を供給して上記ガスを電離させて、プラズマを発生させるものである。発生されたプラズマは、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するために利用される。
The
プラズマ処理装置５５では、プラズマ処理中にアークが発生することがある。アークが発生すると、それによって半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を損傷したり、アークが大きい場合は、プラズマ処理装置５５を破損してしまうことがあるので、高周波電源装置５１では、通常、アークの発生を事前に検出し、プラズマ処理装置５５に対する高周波電力の供給量を低減したり、供給自体を停止させることが行われている。
In the
例えば、特開平８−１６７５００号公報には、プラズマ処理装置５５への入射電力やプラズマ処理装置５５からの反射電力を検出し、その検出値の変化パターンからアーク発生を判別し、アーク発生と判別されたときには高周波電源装置５１の出力を抑制したり、出力を停止したりすることが記載されている。
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 8-167500, the incident power to the
プラズマ処理装置５５では、上記のように、真空容器に封入した窒素ガスやアルゴンガスに高周波電力を供給してこれらのガスをイオン化し、このイオン化したガスを被加工物に照射することにより所定のプラズマ処理を行うようになっているため、このプラズマ処理中のプラズマ処理装置５５のインピーダンスは常に変動し、不安定な状態となっている。
In the
このため、可及的にプラズマ処理装置５５のインピーダンスの変動に関係なく、高周波電源装置５１から供給される高周波電力が効率良くプラズマ処理装置５５に供給されるようにするため、インピーダンス整合器５３が設けられている。
For this reason, the impedance matching
プラズマ処理装置５５で正常にプラズマ処理が行われる場合は、プラズマ処理装置５５のインピーダンスが変動してもインピーダンス整合器５３により効果的にインピーダンスの整合が図られるので、プラズマ処理装置５５からの反射電力は極めて小さい。しかしながら、プラズマ処理装置５５でアークが発生し、例えば１回の放電量で被加工物を損傷したり、プラズマ処理装置５５を破損したりするようなアーク（以下、「ハードアーク」という。）の場合は、プラズマ処理装置５５のインピーダンスが急変し、インピーダンス整合器５３によるインピーダンス整合動作が追従できないので、プラズマ処理装置５５からの反射電力が急増することになる。
When plasma processing is normally performed in the
上記公報に記載される反射電力の変化に基づくアーク検出方法は、プラズマ処理中にプラズマ処理装置５５からの反射電力の変化率を監視し、所定の閾値以上の急激な反射電力の変化が生じたときにアーク放電が発生したと判別してアークの検出信号を出力するものであるが、主として、ハードアークの検出を目的とするため、所定の閾値は、その目的を達成し得るような適当な値に設定されているのが通常である。
The arc detection method based on the change in reflected power described in the above publication monitors the rate of change in reflected power from the
一方、アークの中には、１回の放電では被加工物を損傷するほどではないが、放電が連続して繰り返されると、被加工物に処理むらや焦げ等の加工品質に悪影響を与える微小なアーク（以下、「ソフトアーク」という。）が存在する。 On the other hand, in the arc, a single discharge does not damage the work piece, but if the discharge is repeated continuously, the work piece will have a negative effect on processing quality such as processing unevenness and scoring. Arc (hereinafter referred to as “soft arc”).
そして、近年は、被加工物の品質を可能な限り高精度に管理するために、プラズマ処理中のプラズマ処理装置５５内のソフトアークの発生状態についても関心が高まっている。
In recent years, in order to manage the quality of the workpiece as accurately as possible, there is an increasing interest in the state of soft arc generation in the
上記従来のアーク検出方法によれば、アーク発生を判別するための所定の閾値を小さくすれば、ソフトアークを検出することも可能になるが、ソフトアーク発生時の反射電力の変化量は微小であるので、通常のインピーダンス変動に基づく反射電力の変化量と区別できない場合が多く、所定の閾値を小さくしたことによって、かえって通常のインピーダンス変動をアーク発生と誤検出することが多くなるという問題が生じる。 According to the conventional arc detection method described above, it is possible to detect a soft arc if the predetermined threshold value for determining the occurrence of the arc is reduced. However, the amount of change in reflected power when a soft arc occurs is very small. Therefore, it is often indistinguishable from the amount of change in reflected power based on normal impedance fluctuations. By reducing the predetermined threshold, there is a problem that normal impedance fluctuations are often erroneously detected as arc occurrence. .
上記したように、プラズマ処理システムにおいては、通常、アークの発生を検出した場合には、プラズマ処理装置５５に対する高周波電力の供給量を抑制したり、停止させたりするので、アークの誤検出によってプラズマ処理システムが停止されると、液晶基板等の生産性を著しく低下させるという問題が生じる。
As described above, in the plasma processing system, when the occurrence of an arc is detected, the amount of high-frequency power supplied to the
ユーザにとっては、プラズマ処理中にプラズマ処理装置５５内で生じるアークを検出し、プラズマ処理装置５５等の損傷防止等のための適切な措置を速やかに行うことは重要であるが、その一方でアーク誤検出によるプラズマ処理の中断若しくは停止を防止することもプラズマ処理装置５５等の損傷防止と同様に重要である。
For the user, it is important to detect an arc generated in the
したがって、従来のアーク検出方法を単純にソフトアークの検出に適用することはできず、確実にソフトアークを検出することのできる方法が要望されるが、従来、この種のアーク検出方法は全く提案されていない。 Therefore, the conventional arc detection method cannot be simply applied to the detection of the soft arc, and a method capable of reliably detecting the soft arc is desired, but this type of arc detection method has been proposed in the past. It has not been.
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、プラズマ処理装置において発生するソフトアークの発生を確実に検出することのできるプラズマ処理システムのアーク検出装置を提供することを、その課題とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and provides an arc detection device for a plasma processing system that can reliably detect the occurrence of a soft arc generated in a plasma processing device. Let that be the issue.
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本願発明によって提供されるプラズマ処理システムのアーク検出装置は、高周波電力を発生する高周波電源装置と、前記高周波電源装置から供給される高周波電力によりプラズマを発生させて被加工物に所定の加工処理を行うプラズマ処理手段とを備えるプラズマ処理システムのアーク検出装置であって、前記プラズマ処理手段のプラズマ処理中に前記プラズマ処理手段から反射される反射電力を検出する反射電力検出手段と、前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の微分値を算出する微分値演算手段と、前記微分値演算手段によって算出された前記反射電力の微分値が予め定める第１閾値を下回った後、ソフトアークの特性に応じた時間間隔で前記第１閾値より値が大きい第２閾値を上回ったことに基づいて、ソフトアークの発生を検出するソフトアーク検出手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１）。 An arc detection device for a plasma processing system provided by the present invention includes a high-frequency power supply device that generates high-frequency power and a high-frequency power supplied from the high-frequency power supply device to generate plasma and perform a predetermined processing on a workpiece. An arc detection apparatus for a plasma processing system, comprising: a plasma processing unit for performing reflected power detection for detecting reflected power reflected from the plasma processing unit during plasma processing of the plasma processing unit; and the reflected power detection Differential value calculating means for calculating a differential value of the reflected power detected by the means, and after the differential value of the reflected power calculated by the differential value calculating means falls below a predetermined first threshold , value than the first threshold value in accordance with the time interval based on that exceeds the larger second threshold value, the soft AC Is characterized by comprising a soft arc detection means for detecting the raw (claim 1).
この構成によれば、高周波電力が高周波電源装置からプラズマ処理手段に供給されると、プラズマ処理手段において、プラズマが発生されて被加工物に所定の加工処理が行われる。このプラズマ処理中において、微分値演算手段によってプラズマ処理手段からの反射電力の微分値が検出される。そして、微分値が予め定める第１閾値を下回った後、ソフトアークの特性に応じた時間間隔で前記第１閾値より値が大きい第２閾値を上回ったことに基づいて、アークの発生が検出される。ここで、出願人が確認したところでは、プラズマ処理手段に対する高周波電力の供給中にソフトアークが発生するときには、プラズマ処理手段内で反射電力の変化に関する情報の変化パターン（例えば所定時間内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じるといった変化パターン）が生じることが判明している。そのため、本願発明では、このような変化パターンに基づいて、ハードアークに比べアーク放電量が微小なソフトアークを確実に検出することができる。 According to this configuration, when high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply device to the plasma processing means, plasma is generated in the plasma processing means and a predetermined processing is performed on the workpiece. During this plasma processing, the differential value calculation means detects the differential value of the reflected power from the plasma processing means. Then, after the differential value falls below the predetermined first threshold value, the occurrence of arc is detected based on the fact that the differential value exceeds the second threshold value that is larger than the first threshold value at time intervals according to the characteristics of the soft arc. The Here, it has been confirmed by the applicant that when a soft arc occurs during the supply of high-frequency power to the plasma processing means, a change pattern of information relating to changes in reflected power within the plasma processing means (for example, a minute pattern within a predetermined time). It has been found that there is a change pattern in which arc discharge occurs intermittently a plurality of times. Therefore, in the present invention, based on such a change pattern, it is possible to reliably detect a soft arc that has a smaller amount of arc discharge than a hard arc.
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記ソフトアーク検出手段は、予め定める所定時間内に、前記微分値が前記第１閾値を下回った後、ソフトアークの特性に応じた時間間隔で前記第２閾値を上回るという変化の回数を計数する計数手段と、前記計数手段によって計数された回数が予め定める基準回数を越えるか否かを判別する判別手段とを備えており、前記計数手段による計数回数が前記基準回数を越えたとの前記判別手段による判別結果に基づき、前記ソフトアークの発生を検出するとよい（請求項２）。 Further, in the arc detection device of the plasma processing system, the soft arc detection means may be configured such that the differential value falls below the first threshold within a predetermined time, and then the time interval corresponding to the characteristic of the soft arc is set. A counting means for counting the number of changes exceeding the second threshold; and a judging means for judging whether or not the number counted by the counting means exceeds a predetermined reference number. The occurrence of the soft arc may be detected based on a determination result by the determining means that the number of times exceeds the reference number.
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記所定時間の値を変更する時間変更手段をさらに備えるとよい（請求項３）。 Also, the arc detector of the plasma processing system may further comprise a time changing means for changing the value of the predetermined time (claim 3).
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記第１閾値及び第２閾値を変更する閾値変更手段をさらに備えるとよい（請求項５）。 Also, the arc detector of the plasma processing system may further comprises threshold value changing means for changing the first threshold value and second threshold value (claim 5).
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記基準回数の値を変更する回数変更手段をさらに備えるとよい（請求項４）。 Also, the arc detector of the plasma processing system may further comprise a number of times changing means for changing the value of the reference number (claim 4).
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記ソフトアーク検出手段によってソフトアークの発生が検出された場合に、その検出結果を報知する報知手段をさらに備えるとよい（請求項６）。 The arc detection device of the plasma processing system may further include a notifying means for notifying the detection result when the soft arc detecting means detects the occurrence of a soft arc.
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記アーク検出装置は、前記高周波電源装置の内部に設けられているとよい（請求項７）。 Also, the arc detector of the plasma processing system, wherein the arc detection apparatus may be provided at the inside of the high-frequency power supply device (claim 7).
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
図１は、本願発明に係るアーク検出装置が適用されるプラズマ処理システムの一例を示す図である。このプラズマ処理システムは、半導体ウェハや液晶基板等の非加工物に対して高周波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。このプラズマ処理システムは、周波数可変の高周波電源装置１、伝送線路２、インピーダンス整合器３、負荷としてのプラズマ処理装置４で構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a plasma processing system to which an arc detection apparatus according to the present invention is applied. This plasma processing system supplies a high-frequency power to a non-processed object such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate, and performs a processing process such as plasma etching. This plasma processing system includes a high-frequency
高周波電源装置１には、例えば同軸ケーブルからなる伝送線路２を介してインピーダンス整合器３が接続され、インピーダンス整合器３にはプラズマ処理装置４が接続されている。
An
高周波電源装置１は、プラズマ処理装置４に対して、例えば数百ｋＨｚ以上の出力周波数を有する高周波電力を供給するための装置である。高周波電源装置１については後述する。
The high frequency
インピーダンス整合器３は、高周波電源装置１とプラズマ処理装置４とのインピーダンスを整合させるものであり、図示しないが、インピーダンス素子であるキャパシタやインダクタ等を備えている。より具体的には、例えば高周波電源装置１の出力端から高周波電源装置１側を見たインピーダンス（出力インピーダンス）が例えば５０Ωに設計され、高周波電源装置１が、特性インピーダンス５０Ωの伝送線路２でインピーダンス整合器３の入力端に接続されているとすると、インピーダンス整合器３は、当該インピーダンス整合器３の入力端からプラズマ処理装置４側を見たインピーダンスを５０Ωに整合する。
The
プラズマ処理装置４は、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物ＢをエッチングやＣＶＤ等の方法を用いて加工するための装置である。プラズマ処理装置４は、プラズマを発生させるための窒素ガスやアルゴンガス等の所定のガスを封入するための容器（チャンバー）４１と、高周波電源装置１からの高周波電力を容器４１内のガスに供給するための一対の電極４２，４３を備えている。プラズマ処理装置４では、被加工物Ｂの加工目的に応じて各種の加工プロセスが実行される。例えば、被加工物Ｂに対してエッチングを行う場合には、そのエッチングに応じたガス種類、ガス圧力、高周波電力の供給電力値、及び高周波電力の供給時間等が適切に設定された加工プロセスが行われる。
The plasma processing apparatus 4 is an apparatus for processing a workpiece B such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate using a method such as etching or CVD. The plasma processing apparatus 4 supplies a container (chamber) 41 for enclosing a predetermined gas such as nitrogen gas or argon gas for generating plasma, and high-frequency power from the high-frequency
加工プロセスでは、被加工物Ｂが配置される容器４１内に、例えば窒素やアルゴン等のプラズマ発生用ガスが封入され、電極４２，４３に高周波電力の供給が開始されると、電極４２，４３間に高周波電界Ｐが生じ、この高周波電界Ｐによりプラズマ発生用ガスがプラズマ状態になる。そして、プラズマ状態になったガスを用いて被加工物Ｂが加工される。
In the processing process, when a plasma generating gas such as nitrogen or argon is sealed in the
本実施形態における高周波電源装置１は、高周波電力をプラズマ処理装置４に対して供給するものであるとともに、プラズマ処理装置４からの反射電力の変化を示す情報、例えば、反射電力自体の変化やプラズマ処理装置４の入力端における反射係数、電圧、電流、又はインピーダンス等の変化を検出し、その反射電力の変化を示す情報の変化パターンに基づいて、プラズマ処理装置４におけるソフトアークの発生を検出するものである。
The high-frequency
また、ソフトアークとは、上述したように、ハードアークに比べ、アーク放電量が微小なアークであって、ハードアークに比べ反射電力量の変化量が時間的に緩やかな特性を有するアークをいうが、出願人が確認したところでは、プラズマ処理装置４に対する高周波電力の供給中にソフトアークが発生するときには、プラズマ処理装置４内で所定時間Ｔ内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じることが判明した。そして、ソフトアークが発生するときには、所定時間Ｔ内に微小なアーク放電が繰り返されるのに応じてプラズマ処理装置４のインピーダンスの値が所定時間Ｔ内で微小変化を繰り返し、この微小変化に基づいて反射電力も微小変化を繰り返すといった特定の変化パターンが見られることが判明した。本高周波電源装置１は、このような反射電力の微小変化の変化パターンを利用して、ハードアークに比べアーク放電量が微小なソフトアークを検出するようにしたものである。
Further, as described above, a soft arc is an arc that has a smaller amount of arc discharge than a hard arc and has a characteristic in which the amount of change in reflected power amount is gradual in comparison with a hard arc. However, as the applicant has confirmed, when a soft arc is generated during the supply of high-frequency power to the plasma processing apparatus 4, minute arc discharge is intermittently generated a plurality of times within a predetermined time T in the plasma processing apparatus 4. It has been found. When the soft arc is generated, the impedance value of the plasma processing apparatus 4 repeats a minute change within the predetermined time T in response to the minute arc discharge being repeated within the predetermined time T, and based on this minute change. It turned out that the specific change pattern that a reflected power repeats a minute change is seen. The high frequency
すなわち、本実施形態の高周波電源装置１は、ソフトアーク発生によりプラズマ処理装置４のインピーダンスの値が変化すると、その変化に応じてプラズマ処理装置４からの反射電力（プラズマ処理装置４側に供給した高周波電力に対して、プラズマ処理装置４側から反射してくる高周波電力）が微小変化することから、その反射電力の微小変化を検出し、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化の回数Ｃに基づいて、ソフトアークを検出するようにしている。
That is, when the impedance value of the plasma processing apparatus 4 changes due to the occurrence of a soft arc, the high frequency
また、高周波電源装置１は、ソフトアークを検出したときには、その検出結果を図略の表示部にメッセージ表示したり、警報や発光によって報知したりするようにしている。これは、ソフトアークが発生しても被加工物Ｂを損傷したり、処理品質を著しく低下させたりすることはないが、ユーザによりプラズマ処理装置４内の処理状態を可能な限り把握したいといった要望があるので、この要望に応えるためである。なお、ユーザが希望する場合は、高周波電源装置１の出力を低下してソフトアークの発生を抑えたり、場合によっては、高周波電源装置１の出力停止を可能にしたりしてもよい。
In addition, when the high frequency
高周波電源装置１は、図１に示すように、操作部１１と、制御部１２と、メモリ１３と、発振部１４と、増幅部１５と、パワー検出部１６と、アーク検出部１７とを備えている。
As shown in FIG. 1, the high-frequency
操作部１１は、ユーザによって高周波電源装置１の出力条件（出力周波数や出力電力）を設定するためのものであり、図１では省略しているが、高周波電力の出力値を設定するための出力電力設定スイッチ、及び高周波電力の供給の開始を指示する出力開始スイッチ等の操作部材が設けられている。操作部１１において設定された高周波電力の出力値や周波数値等は、制御部１２に出力される。
The
制御部１２は、本高周波電源装置１の制御中枢となるものであり、操作部１１において設定された高周波電力の出力値に基づいて発振部１４に制御信号を出力することにより、プラズマ処理装置４に対して高周波電力を供給させるものである。
The
制御部１２には、メモリ１３が接続されており、メモリ１３には、高周波電力をプラズマ処理装置４に供給するための制御プログラムが記憶されている。また、メモリ１３には、アークの発生を検出する処理で用いられる、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵ、所定時間Ｔ、並びに基準回数Ｃ０の各データがそれぞれ記憶されている。上記第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵ、所定時間Ｔ、並びに基準回数Ｃ０については後述する。
A
発振部１４は、高周波信号を発生するもので、図示しない電圧制御発振回路によって構成されている。発振部１４の発振出力と周波数は、それぞれ制御部１２からの出力制御信号と周波数制御信号によって制御される。発振部１４から出力される高周波信号は増幅部１５に入力され、所定の出力レベルに増幅される。
The oscillating
増幅部１５は、発振部１４からの発振出力信号を増幅して高周波電力を出力するものである。増幅部１５において増幅された発振出力信号は、パワー検出部１６を介してインピーダンス整合器３に出力される。
The amplifying
パワー検出部１６は、増幅部１５から出力される高周波電力を検出するものであり、例えば、方向性結合器によって構成されている。パワー検出部１６は、増幅部１５からプラズマ処理装置４側に進行する高周波電力と、プラズマ処理装置４側から反射してくる高周波電力（反射電力）とを分離して、それらの電力値をそれぞれ検出するものである。パワー検出部１６において検出された反射波の電力値は、アーク検出部１７に出力される。
The
アーク検出部１７は、パワー検出部１６から出力される反射電力の値に基づいて、プラズマ処理装置４においてソフトアークが発生したか否かを検出するものである。アーク検出部１７は、ソフトアークの発生を検出すると、制御部１２に対してアーク検出信号を出力する。
The
図２は、アーク検出部１７の内部構成を示す図である。アーク検出部１７は、Ａ／Ｄコンバータ部２１、変化判定部２２、タイマ２３、カウンタ２４、及びアーク判定部２５によって構成されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of the
Ａ／Ｄコンバータ部２１は、パワー検出部１６から出力される反射電力としてのアナログ信号を一定の時間周期でサンプリングすることによりディジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄコンバータ部２１によってディジタル信号に変換された反射電力は、変化判定部２２に出力される。
The A /
変化判定部２２は、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力の値に基づいて、その反射電力に微小変化が生じたか否かを判定するものである。図３（ａ）は、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力のレベル値の一例を示し、図３（ｂ）は、それに応じた反射電力のレベル値の微分値波形の一例を示す。
The
図３（ａ）に示すように、ソフトアークが発生するときには、反射電力のレベルが所定時間Ｔ内に断続的に微小変化する。変化判定部２２では、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力を入力し、その微分値を算出して、当該微分値（図３（ｂ）参照）が予め定める第１閾値ＬＤを下回った直後に、第１閾値ＬＤより値が大きい第２閾値ＬＵを上回るようにして変化したか否かが判定される。図３（ｂ）では、時間ｔ１において微分値が第１閾値ＬＤを下回っており、時間ｔ２において微分値が第２閾値ＬＵを上回っている場合を示している。なお、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵの具体例としては、例えば第１閾値ＬＤは１Ｗに設定され、第２閾値ＬＵは１０Ｗに設定されている。
As shown in FIG. 3A, when a soft arc occurs, the level of the reflected power changes minutely within a predetermined time T. In the
変化判定部２２では、このように反射電力の微分値が第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵで構成される基準幅を外れた場合、反射電力の値に微小変化が生じたこととして判定し、そのことを示す判定信号をタイマ２３及びカウンタ２４に出力する。
The
上記変化判定部２２では、反射電力のレベル値の時間的変化（図３（ａ）参照）から直接的にその微小変化が生じたことを判定しないで、反射電力のレベル微分値の時間的変化から反射電力の値に微小変化が生じたことを判定しているが、このようにすれば、反射電力の値が一方向にのみ変化した場合（例えば単調低下した場合）を誤って反射電力が微小変化したと誤検出してしまうことをより確実に防止することができる。
The
なお、反射電力のレベル値の時間的変化（図３（ａ）参照）から直接的にその微小変化が生じたことを判定するようにしてもよい。また、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵの値は、ユーザが操作部１１を操作することより任意の値に設定変更するようにしてもよい。図３（ａ），（ｂ）では、微小変化がほぼ等間隔に生じている場合を示しているが、これは微小変化が生じる形態の一例を示すものであり、ソフトアークが生じるときには、微小変化の発生間隔がほぼ一定になるといったことを示すものではない。
Note that it may be determined that the minute change has occurred directly from the temporal change in the level value of the reflected power (see FIG. 3A). Further, the values of the first threshold value LD and the second threshold value LU may be set and changed to arbitrary values by the user operating the
タイマ２３は、変化判定部２２からの判定信号に基づいて、反射電力の微小変化の回数を計数する所定時間Ｔ（例えば６０μｓｅｃ）の計時を行うものである。具体的には、タイマ２３は、変化判定部２２からの判定信号に基づいてその計時を開始するよう動作するとともに、カウンタ２４に対して計時を開始したことの開始信号を出力する。これにより、カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号を受け入れ許容状態となる。すなわち、カウンタ２４は、変化判定部２２から判定信号が出力される度に、内部に有するカウント値（反射電力が微小変化した回数Ｃ）をカウントアップする。
The
また、タイマ２３は、所定時間Ｔの計時が終了すれば、カウンタ２４に対してリセット信号を出力する。これにより、カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号を受け入れ不可状態となる。なお、所定時間Ｔの値は、ユーザによって任意の値に設定変更可能とされてもよい。
In addition, the
カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号に基づいて、反射電力の微小変化の回数Ｃを計数するものである。より具体的には、カウンタ２４は、タイマ２３から開始信号が入力されてからリセット信号が入力されるまで変化回数Ｃの計数を継続し、その計数結果をアーク判定部２５に出力する。カウンタ２４は、タイマ２３からリセット信号が出力されると、変化回数Ｃを「０」にリセットする。
The counter 24 counts the number C of small changes in reflected power based on the determination signal from the
アーク判定部２５は、カウンタ２４からのカウント信号（変化回数Ｃ）に基づいてソフトアークを検出したか否かを判定するものである。すなわち、アーク判定部２５では、変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０の値（例えば５回）を越えると、ソフトアークを検出したと判定し、制御部１２に対して、ソフトアークを検出したことのアーク検出信号を出力する。なお、基準回数Ｃ０の値は、ユーザによって任意の値に設定変更可能とされてもよい。
The
制御部１２は、アーク判定部２５からアーク検出信号が出力されると、このプラズマ処理システムを停止させるよう制御する。なお、制御部１２は、プラズマ処理システムを停止させることに代えて、ソフトアークが検出されたときのプラズマ処理装置４内で処理中の被加工物Ｂ（図1参照）を不良品と選定し、被加工物Ｂの製造ラインからその不良品を除去するための制御を行うようにしてもよい。
When the arc detection signal is output from the
このように、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化の回数Ｃを計数し、その計数が基準回数Ｃ０を超えるとき、ソフトアークの発生が検出したと判別すると、プラズマ処理装置４内で一定時間内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じるといった、ソフトアークが発生するときの現象を適確に捉えることができ、ソフトアークの発生を確実に検出することができる。 As described above, the number C of the small changes in the reflected power within the predetermined time T is counted, and when the count exceeds the reference number C0, it is determined that the occurrence of the soft arc is detected. such small arcing multiple times intermittently within, the phenomenon when the soft arcing can capture the proper probability, it is possible to reliably detect the occurrence of soft arc.
なお、上記実施形態では、反射電力の微小変化に基づいてソフトアークを検出するようにしたが、ソフトアークの検出は、反射電力の微小変化に基づくことに限らず、プラズマ処理装置４の入力端における反射係数、インピーダンス、電圧又は電流等の各微小変化に基づいて行ってもよい。また、上記実施形態では、アーク検出部１７は、制御部１２に対して別途設けられているが、制御部１２内に設けられていてもよい。
In the above embodiment, the soft arc is detected based on the minute change in the reflected power. However, the detection of the soft arc is not limited to the minute change in the reflected power, and the input end of the plasma processing apparatus 4 is used. May be performed based on each minute change such as reflection coefficient, impedance, voltage, or current. Moreover, in the said embodiment, although the
次に、上記構成における制御動作について図４に示すフローチャートを参照して説明する。 Next, the control operation in the above configuration will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、このプラズマ処理システムが稼動されると、プラズマ処理装置４に対して高周波電力が供給される。制御部１２では、反射電力の微小変化の回数を示す変化回数Ｃが「０」に初期化される（Ｓ１）。パワー検出部１６では、プラズマ処理装置４からの反射電力を検出すると、それをアーク検出部１７に出力する。アーク検出部１７では、パワー検出部１６からの反射電力を常時監視している（Ｓ２）。
First, when the plasma processing system is operated, high-frequency power is supplied to the plasma processing apparatus 4. In the
ステップＳ３では、タイマ２３が動作中であるか否かが判別され（Ｓ３）、プラズマ処理システムが稼動された当初は、タイマ２３はその計時が開始されていないので（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ４に進む。
In step S3, it is determined whether or not the
ステップＳ４では、アーク検出部１７のＡ／Ｄコンバータ２１において、パワー検出部１６からの反射電力がＡ／Ｄ変換され、変化判定部２２において反射電力が微小変化したか否か判定される（Ｓ４）。
In step S4, the A /
変化判定部２２によって微小変化が生じたと判定されたとき（Ｓ４：ＹＥＳ）、すなわち、図３（ｂ）に示したように、反射電力のレベル微分値が第１閾値ＬＤを下回った直後に、第２閾値ＬＵを上回った場合、反射電力の微小変化が生じたと判定される。一方、変化判定部２２によって微小変化が生じていないと判定されたとき（Ｓ４：ＮＯ）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。
When it is determined by the
次いで、微小変化が生じたことの判定が１回目であるか否かの判別が行われる（Ｓ５）。すなわち、タイマ２３が動作していない状態で、反射電力の微小変化が生じたときが１回目とされる。変化判定部２２によって判別された微小変化が１回目であるとき（Ｓ５：ＹＥＳ）、反射電力の微小変化の回数を示す変化回数Ｃが「１」とされ（Ｓ６）、タイマ２３による計時が開始される（Ｓ７）。タイマ２３による計時が開始されると、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。
Next, it is determined whether or not it is the first time that a minute change has occurred (S5). That is, the first time when the reflected power slightly changes with the
その後、ステップＳ３においては、ステップＳ７でタイマ２３による計時が開始されている場合、タイマ２３が動作中であるので（Ｓ３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ８に進み、タイマ２３がタイムアウトになったか否かが判別される。すなわち、タイマ２３による計時が開始されてから所定時間Ｔを経過したか否かが判別される。タイマ２３がタイムアウトになっていない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ４の反射電力の値が微小変化したか否かの判別処理に進む。
Thereafter, in step S3, if the
一方、タイマ２３がタイムアウトになった場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、変化回数Ｃの値が「０」にリセットされるとともに（Ｓ９）、タイマ２３による計時が停止され（Ｓ１０）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。すなわち、タイマ２３による計時が所定時間Ｔ経過するまでに、微小変化の変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０を超えない場合には、ソフトアークが発生していないと判別して、次回の微小変化が発生するか否かを監視する。
On the other hand, when the
ステップＳ５において、微小変化の変化回数Ｃが１回目でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、すなわち、変化回数Ｃが２回目以上の場合には、変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０を越えたか否かが判別される（Ｓ１１）。なお、基準回数Ｃ０の具体例としては、例えば５回が設定される。 In step S5, when the number of changes C of the minute change is not the first time (S5: NO), that is, when the number of changes C is the second or more, it is determined whether or not the number of changes C exceeds a predetermined reference number C0. It is determined (S11). As a specific example of the reference number C0, for example, 5 is set.
変化回数Ｃが基準回数Ｃ０を越えていない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、変化回数Ｃに「１」を加算して新たに変化回数Ｃとし（Ｓ１２）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。すなわち、タイマ２３による計時が開始され、その計時が所定時間Ｔ経過するまでに、微小変化が発生すると、その微小変化が変化回数Ｃとして加算される。
If the number of changes C does not exceed the reference number C0 (S11: NO), “1” is added to the number of changes C to obtain a new number of changes C (S12), and the process returns to step S2 to monitor the reflected power. Will continue. That is, when a minute change occurs before the time measurement by the
一方、変化回数Ｃが基準回数Ｃ０を越えた場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、アーク判定部２５ではソフトアークが発生したと判別する（Ｓ１３）。すなわち、所定時間Ｔ内に基準回数Ｃ０を超える反射電力の微小変化が生じた場合、ソフトアークが発生したと判別している。
On the other hand, when the number of changes C exceeds the reference number C0 (S11: YES), the
図５は、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化が発生した状態を示し、図５（ａ）は、ソフトアークが発生したと判別する場合、図５（ｂ）は、ソフトアークが発生したと判別しない場合を示している。すなわち、図５（ａ）では、所定時間Ｔ内に反射電力の微小変化が６回生じており、基準回数Ｃ０（この場合は５回）を越えているので、この場合は、ソフトアークが発生したと判別する。一方、図５（ｂ）では、所定時間Ｔ内に反射電力の微小変化が４回しか生じておらず、基準回数Ｃ０を越えていないため、この場合は、ソフトアークが発生していないと判別する。 FIG. 5 shows a state in which a minute change in reflected power occurs within a predetermined time T. FIG. 5A shows that a soft arc has occurred. FIG. 5B shows a case where a soft arc has occurred. It shows the case where it is not determined. That is, in FIG. 5 (a), the minute change of the reflected power occurs 6 times within the predetermined time T, and exceeds the reference number C0 (in this case, 5 times). In this case, a soft arc is generated. It is determined that On the other hand, in FIG. 5B, since the minute change in the reflected power has occurred only four times within the predetermined time T and does not exceed the reference number C0, in this case, it is determined that a soft arc has not occurred. To do.
アーク判定部２５では、ソフトアークが発生したと判別すると、アーク検出信号を制御部１２に出力する。そのアーク検出信号を入力した制御部１２は、例えば、図略の表示部に所定のメッセージを表示させる等してユーザにソフトアークの発生を報知する。このように、本実施形態によれば、プラズマ処理システムにおいて、ソフトアークの発生を可及的に誤検出することなく確実に検出することができ、ユーザはプラズマ処理装置４におけるソフトアークの発生状況を比較的高い精度で把握することができる。
When the
なお、上記実施形態では、ソフトアークの検出機能を高周波電源装置１の内部に設けたが、ソフトアークの検出装置を高周波電源装置１とは別体とし、高周波電源装置１の外部に設けるようにしてもよい。
In the above embodiment, the soft arc detection function is provided inside the high frequency
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、アークの発生を検出した場合には、その検出信号が図示しない外部処理装置に出力されるようにしてもよい。 Of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, when the occurrence of an arc is detected, the detection signal may be output to an external processing device (not shown).
また、上記実施形態では、ソフトアークを検出する場合におけるプラズマ処理システムについて説明したが、このプラズマ処理システムには、例えばハードアークを検出するための構成が含まれていてもよい。すなわち、このプラズマ処理システムでは、電源投入後、ハードアークを検出する構成、及びソフトアークを検出する構成が同時に並行して動作し、いずれかの構成が先にアークを検出した場合に、このプラズマ処理システムを停止させるようにしてもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the plasma processing system in the case of detecting a soft arc, this plasma processing system may contain the structure for detecting a hard arc, for example. That is, in this plasma processing system, after the power is turned on, the configuration for detecting the hard arc and the configuration for detecting the soft arc operate in parallel at the same time. The processing system may be stopped.
あるいは、このプラズマ処理システムの構成に加えて、ソフトアークを検出する他の構成が含まれていてもよい。すなわち、いずれかの構成が例えば反射電力に基づいてソフトアークを検出する構成であって、他のいずれかの構成が例えば反射電力に基づいてソフトアークを検出する構成であってもよい。 Alternatively, in addition to the configuration of the plasma processing system, another configuration for detecting a soft arc may be included. That is, any configuration may be a configuration that detects a soft arc based on, for example, reflected power, and any other configuration may be a configuration that detects a soft arc based on, for example, the reflected power.
１ 高周波電源装置
３ インピーダンス整合器
４ プラズマ処理装置
１１ 操作部
１２ 制御部
１３ メモリ
１４ 発振部
１５ 増幅部
１６ パワー検出部
１７ アーク検出部
２１ Ａ／Ｄコンバータ部
２２ 変化判定部
２３ タイマ
２４ カウンタ
２５ アーク判定部
Ｃ 変化回数
Ｃ０ 基準回数
ＬＤ 第１閾値
ＬＵ 第２閾値
Ｔ 所定時間
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記プラズマ処理手段のプラズマ処理中に前記プラズマ処理手段から反射される反射電力を検出する反射電力検出手段と、
前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の微分値を算出する微分値演算手段と、
前記微分値演算手段によって算出された前記反射電力の微分値が予め定める第１閾値を下回った後、ソフトアークの特性に応じた時間間隔で前記第１閾値より値が大きい第２閾値を上回ったことに基づいて、ソフトアークの発生を検出するソフトアーク検出手段と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理システムのアーク検出装置。 An arc detection device for a plasma processing system, comprising: a high-frequency power supply device that generates high-frequency power; and plasma processing means that generates a plasma using the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply device and performs a predetermined processing on a workpiece. There,
Reflected power detection means for detecting reflected power reflected from the plasma processing means during plasma processing of the plasma processing means;
Differential value calculation means for calculating a differential value of the reflected power detected by the reflected power detection means;
After the differential value of the reflected power calculated by the differential value calculation means falls below a predetermined first threshold value, it exceeds a second threshold value that is larger than the first threshold value at a time interval according to the characteristics of the soft arc . soft arc detection means particularly based on, to detect the occurrence of soft AC,
An arc detection device for a plasma processing system, comprising:
予め定める所定時間内に、前記微分値が前記第１閾値を下回った後、ソフトアークの特性に応じた時間間隔で前記第２閾値を上回るという変化の回数を計数する計数手段と、
前記計数手段によって計数された回数が予め定める基準回数を越えるか否かを判別する判別手段とを備えており、
前記計数手段による計数回数が前記基準回数を越えたとの前記判別手段による判別結果に基づき、前記ソフトアークの発生を検出する、
請求項１に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。 The soft arc detecting means is
Counting means for counting the number of changes that exceed the second threshold at a time interval according to the characteristics of the soft arc after the differential value falls below the first threshold within a predetermined time.
Discriminating means for discriminating whether or not the number of times counted by the counting means exceeds a predetermined reference number;
Detecting the occurrence of the soft arc based on the determination result by the determination means that the number of times counted by the counting means exceeds the reference number;
The arc detection apparatus of the plasma processing system according to claim 1.
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