JP5136514B2

JP5136514B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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Publication number: JP5136514B2
Application number: JP2009126069A
Authority: JP
Inventors: 勝野々村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2029-05-26
Also published as: JP2010277695A

Description

本発明は基板などの処理対象物をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するものである。

電子部品が実装される基板などの処理対象物のクリーニングやエッチングなどの表面処理方法として、プラズマ処理が知られている。プラズマ処理においては、処理対象の基板を処理室を形成する真空チャンバ内に載置し、処理室内でプラズマ放電を発生させ、この結果発生したイオンや電子、ラジカルを基板の表面に作用させることにより、所望の表面処理が行われる。このプラズマ処理を良好な処理品質で安定して行うためには、予め処理目的に則して設定された放電条件に応じてプラズマが正しく発生していることが前提となるため、従来よりプラズマの発生状態を監視することを目的として、処理室内におけるプラズマ放電の状態を検出する放電検出センサを備えたプラズマ処理装置が知られている（特許文献１〜４参照）。

これらの特許文献に示す先行技術においては、処理室内におけるプラズマの状態変化に応じて誘発される電位変化を放電検出センサによって電位変化波形として検出し、検出結果を予め設定された閾値と比較することにより、プラズマ放電が正常に開始されたか否か、あるいは異常放電が発生しているか否かなどの所定項目について判定するようにしている。すなわち放電開始に際しては特有のパターンおよび振幅を有する電位変化が発生することから、高周波電力がＯＮされたタイミングを起点とする所定の時間帯においてこの電位変化の波形が検出されることにより、処理室内において放電が正常に開始したと判定する。またプラズマ放電が継続して発生している状態において、特異な振幅値を有するピーク状の波形が検出されることにより、異常放電が発生したと判定される。そしてこのような判定を行うために、各プラズマ処理装置においては判定のための各種の時間パラメータ、例えば放電開始を検出するための上述の時間帯を規定する時間パラメータや、異常放電と見なされる特異な振幅値を有する波形を検出するための閾値などが予め設定される。

特開２００９−４８８７９号公報特開２００９−４８８８０号公報特開２００９−４８８８１号公報特開２００９−４８８８２号公報

しかしながら、上述の先行技術においては、同一のプラズマ処理装置において生産対象に応じてプラズマ処理条件を変更すると、放電開始の判定や異常放電発生の判定などの判定結果が必ずしも正確に行われず、誤判定となる場合がある。放電検出センサによって検出される電位変化の波形は一様ではなく、プラズマ処理に適用される処理条件、すなわち処理圧力、プラズマ放電に用いられるガス種類、ガス流量など複数の条件因子に依存しており、さらに処理室内の汚損状態など経時的に変化する条件によっても変化するからである。

ところが従来技術においては、判定に用いられる時間パラメータや閾値などの判定パラメータは、極力広い範囲の処理条件に対応可能となるよう汎用性を重視して固定的に設定
されていた。このため、ユーザにおいて生産対象の品種に応じてプラズマ処理条件を変更した場合や装置状態が経時変化した場合などには、固定的に設定された判定パラメータは必ずしも目的にかなった適切なものであるとは限らず、結果として誤った判定結果を招く場合があった。

例えば、上述の異常放電の検出は、予め固定的に設定された時間パラメータで規定される時間帯の終了後に開始されるが、この時間パラメータの設定が不適切である場合には、以下のような不都合が生じる。すなわち設定された時間パラメータが適正時間よりも短い場合には、実際には正常な放電が開始されているにも拘わらず、放電が開始されていない旨の誤判定となる。また反対に時間パラメータが適正時間よりも長い場合には、実際の放電開始から時間パラメータで規定される時間が経過するまでの間に、異常放電の監視が行われない時間帯が発生することとなり、本来の目的に適った放電状態の検出を適正に行うことができない。このように、放電検出センサによって放電状態の監視を行う従来のプラズマ処理装置には、判定パラメータを固定的に設定することに起因して、放電状態の検出を適正に行うことが困難であるという問題があった。

そこで本発明は、放電検出センサによって放電状態の監視を行う構成において、放電状態の検出を適正に行うことができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

本発明のプラズマ処理装置は、処理対象物を収容する処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ放電発生用ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のプラズマ放電発生用ガスに対して高周波電力を作用させることによりプラズマ放電を発生させるプラズマ発生手段と、予め設定された処理条件に基づいて前記真空排気部および前記ガス供給部ならびに前記プラズマ発生手段を制御する制御部と、一方の面と他方の面とを有する板状部材であってその一方の面を前記処理室内で発生したプラズマ放電に対向する状態で前記真空チャンバに装着された誘電体部材および前記他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサと、前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化を検出してこのプラズマ放電の状態を判定するとともに前記制御部へ判定結果を出力するプラズマ放電監視部を備えたプラズマ処理装置であって、前記制御部は、前記処理条件に対応した前記電位変化のデータを取得するためのテスト放電を実行させるテスト放電実行部を備え、前記プラズマ放電監視部は、前記テスト放電によって取得された電位変化のデータを記憶する電位変化記憶部と、前記電位変化記憶部に記憶された電位変化のデータより前記プラズマ発生手段による高周波電力の出力が開始されてからプラズマ放電が開始した後にこのプラズマ放電が安定するまでの時間に基づいて設定される放電開始判定時間、前記高周波電力を出力してから前記放電開始判定時間が経過するまでの間において放電開始の有無を判定するために用いられる放電開始判定閾値および前記放電開始判定時間が経過した後において異常放電を検出するための閾値として用いられる異常放電判定閾値を設定する判定パラメータ設定部と、前記高周波電力を出力した直後から前記放電開始判定時間が経過するまでの間に検出された電位変化を前記放電開始判定閾値と比較することにより前記プラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定し、前記放電開始判定時間が経過した後に検出された電位変化を前記異常放電判定閾値と比較することにより異常放電の有無を判定する放電状態判定部を備えた。

本発明のプラズマ処理方法は、処理対象物を収容する処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ放電発生用ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のプラズマ放電発生用ガスに対して高周波電力を作用させることによりプラズマ放電を発生させるプラズマ発生手段と、予め設定された処理条
件に基づいて前記真空排気部および前記ガス供給部ならびに前記プラズマ発生手段を制御する制御部と、一方の面と他方の面とを有する板状部材であってその一方の面を前記処理室内で発生したプラズマ放電に対向する状態で前記真空チャンバに装着された誘電体部材および前記他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサと、前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化を検出してこのプラズマ放電の状態を判定するとともに前記制御部へ判定結果を出力するプラズマ放電監視部とを備えたプラズマ処理装置によって、前記処理対象物のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記処理室内における処理圧力、前記プラズマ放電発生用ガスの種類、流量、前記高周波電力の出力を含むプラズマ処理の処理条件を設定する処理条件設定段階と、前記処理条件に対応した前記電位変化のデータを取得するためのテスト放電を実行するとともに、このテスト放電によって得られた電位変化のデータを電位変化記憶部に記憶する電位変化記憶段階と、前記電位変化記憶段階において電位変化記憶部に記憶された電位変化のデータより、前記プラズマ発生手段による高周波電力の出力が開始されてからプラズマ放電が開始した後にこのプラズマ放電が安定するまでの時間に基づいて設定される放電開始判定時間、前記高周波電力を出力してから前記放電開始判定時間が経過するまでの間において放電開始の有無を判定するために用いられる放電開始判定閾値および前記放電開始判定時間が経過した後において異常放電を検出するための閾値として用いられる異常放電判定閾値を設定する判定パラメータ設定段階と、前記処理対象物に対して前記処理条件の下でプラズマ処理を実行するプラズマ処理段階とを含み、前記プラズマ処理段階において、前記高周波電力を出力した直後から前記放電開始判定時間が経過するまでの間に検出された電位変化を前記放電開始判定閾値と比較することにより前記プラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定する放電開始判定段階と、前記放電開始判定時間が経過した後に検出された電位変化を前記異常放電判定閾値と比較することにより異常放電の有無を判定する放電状態判定段階とを含む。

本発明によれば、プラズマ処理の実行に際して設定された処理条件によってテスト放電を実行してこの処理条件に対応した電位変化のデータを取得し、次いでこの電位変化のデータに基づいて放電開始判定時間、放電開始判定閾値および異常放電判定閾値などの判定パラメータを設定し、プラズマ処理実行段階において、高周波電力を出力した直後から放電開始判定時間が経過するまでの間に検出された電位変化を放電開始判定閾値と比較してプラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定し、放電開始判定時間が経過した後に検出された電位変化を異常放電判定閾値と比較して異常放電の有無を判定する形態のプラズマ処理方法を採用することにより、判定パラメータを適正且つ容易に設定することができ、放電検出センサによって放電状態の監視を行う構成において、放電状態の検出を適正に行うことができる。

本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に用いられる放電検出センサの構成説明図本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の制御部の構成および機能を示すブロック図本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における放電検出センサによって検出される電位変化波形の説明図本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における判定パラメータ自動設定のフロー図本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるテスト放電によって得られた放電波形を示すグラフ本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法におけるテスト放電によって得られた放電波形を示すグラフ

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照してプラズマ処理装置の構造を説明する。図１において、真空チャンバ３は、水平なベース部１上に、蓋部２を昇降手段（図示省略）によって昇降自在に配設して構成されている。蓋部２が下降してベース部１の上面にシール部材４を介して当接した状態では真空チャンバ３は閉状態となり、ベース部１と蓋部２で囲まれる密閉空間は、処理対象物を収容しプラズマ処理を行う処理室３ａを形成する。処理室３ａには電極部５が配置されており、電極部５はベース部１に設けられた開口部１ａに下方から絶縁部材６を介して装着されている。電極部５の上面には絶縁体７が装着されており、処理対象物である基板９は絶縁体７の上面にガイド部材８によって両側端部をガイドされて基板搬送方向（紙面垂直方向）に搬入される。

ベース部１に設けられた開孔１ｂには、管路１１を介してベントバルブ１２，真空計１５，ガス供給バルブ１３および真空バルブ１４が接続されている。さらにガス供給バルブ１３、真空バルブ１４はそれぞれガス供給部１６、真空ポンプ１７と接続されている。真空ポンプ１７を駆動した状態で真空バルブ１４を開にすることにより、処理室３ａ内が真空排気される。このときの真空度は、真空計１５によって検出される。真空バルブ１４および真空ポンプ１７は、処理室３ａ内を真空排気する真空排気部を構成する。またガス供給バルブ１３を開状態にすることにより、ガス供給部１６からプラズマ放電発生用ガスが処理室３ａ内に供給される。ガス供給部１６は流量調整機能を内蔵しており、任意の供給量のプラズマ放電発生用ガスを処理室３ａ内に供給することができる。そしてベントバルブ１２を開にすることにより、真空破壊時に処理室３ａ内に大気が導入される。

電極部５には整合器１８を介して高周波電源部１９が電気的に接続されている。真空排気された処理室３ａ内にガスを供給した状態で高周波電源部１９を駆動することにより、電極部５には接地部１０に接地された蓋部２との間に高周波電圧が印加され、これにより処理室３ａ内にはプラズマ放電が発生する。整合器１８は、処理室３ａ内においてプラズマ放電を発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１９のインピーダンスを整合させる機能を有している。電極部５、整合器１８および高周波電源部１９は、処理室３ａ内のプラズマ放電発生用ガスに対して高周波電力を作用させることによりプラズマ放電を発生させるプラズマ発生手段となっている。

蓋部２の側面には、真空チャンバ３の外部から処理室３ａの内部を視認するためののぞき窓として機能する円形の開口部２ａが設けられている。開口部２ａには、誘電体部材２１、プローブ電極ユニット２２よりなる放電検出センサ２３が、支持部材２４によって蓋部２の外側から固定されている。ここで図２を参照して、放電検出センサ２３の構成を説明する。蓋部２に設けられた開口部２ａには、光学的に透明なガラスで製作された誘電体部材２１が装着されている。処理室３ａの内部では、電極部５と蓋部２との間にプラズマ放電が発生しており、誘電体部材２１は一方の面が処理室３ａ内に発生したプラズマ放電に対向する姿勢で真空チャンバ３に設けられた開口部２ａに装着されている。

誘電体部材２１の他方の面、すなわち真空チャンバ３の外側向の面には、プローブ電極ユニット２２が装着されている。プローブ電極ユニット２２は、ガラス板２２ａの一方の面にプローブ電極２２ｂを形成し、他方の面にシールド電極２２ｃを形成した一体部品であり、プローブ電極ユニット２２を誘電体部材２１に装着して放電検出センサ２３を形成する際には、プローブ電極２２ｂを誘電体部材２１の外面（他方の面）に密着させた状態で、導電性金属よりなる支持部材２４によって蓋部２に支持されている。すなわち放電検出センサ２３は、一方の面を処理室３ａ内に発生したプラズマ放電に対向するように真空チャンバ３に装着された板状の誘電体部材２１およびこの誘電体部材２１の他方の面に配
置されたプローブ電極２２ｂを少なくとも有する構成となっている。プローブ電極２２ｂは、検出導線２２ｄを介してプラズマ放電監視部２０に接続されている。

処理室３ａの内部においてプラズマ放電が発生した状態では、プローブ電極２２ｂは、誘電体部材２１および処理室３ａ内で発生したプラズマＰと誘電体部材２１との界面に形成される空間電荷層であるシースＳを介して、プラズマＰと電気的に接続された状態となる。すなわち、図２に示すように、誘電体部材２１によって形成されるコンデンサＣ１およびシースＳに相当する容量のコンデンサＣ２およびプラズマＰの有する抵抗Ｒを直列に接続した電気的な回路が形成され、プローブ電極２２ｂにはプラズマＰの状態に応じた電位が誘起される。本実施の形態においては、プローブ電極２２ｂの電位を検出導線２２ｄによってプラズマ放電監視部２０に導き、プラズマＰの状態に応じた電位変化をプラズマ放電監視部２０によって監視することにより、処理室３ａ内におけるプラズマ放電状態の監視を行うようにしている。プラズマ放電監視部２０は、プローブ電極２２ｂに処理室３ａ内におけるプラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化を検出して、このプラズマ放電の状態を判定するとともに、制御部２５（図３も参照）へ判定結果を出力する。

すなわち処理室３ａの内部において、電極部５上に載置された基板９の周辺で異常放電などが発生すると、処理室３ａ内部のプラズマＰの状態が変動する。この変動は上述の回路のインピーダンスを変化させることから、プローブ電極２２ｂの電位変化として検出される。この電位変化の検出は極めて高感度であり、従来方法ではほとんど検知し得なかったような微弱な変動でも正確に検出することができるという特徴を有している。シールド電極２２ｃはプローブ電極２２ｂの外面側を電気的にシールドする機能を有しており、シールド電極２２ｃに生じた電荷は接地された蓋部２に導電性の支持部材２４を介して逃がされる。これにより、プローブ電極２２ｂに誘発される電位変化に対するノイズが低減される。

本実施の形態においては、プローブ電極２２ｂ、シールド電極２２ｃは、いずれもガラス板２２ａの表面にＩＴＯなどの透明な導電性物質を膜状にコーティングすることにより形成される。これにより、放電検出センサ２３を開口部２ａに装着した状態において、蓋部２の外側から開口部２ａを介して処理室３ａ内部を視認できるようになっている。すなわち、本実施の形態に示す放電検出センサ２３においては、誘電体部材２１が真空チャンバ３の外部から処理室３ａ内を視認するための開口部２ａ（のぞき窓）に装着された光学的に透明なガラスから成り、プローブ電極２２ｂが光学的に透明な導電性物質から成る構成を用いている。

このような構成により、処理室３ａの内部を視認するのぞき窓と、プラズマ放電状態を監視するためのプローブ電極２２ｂとを兼用させることができる。また誘電体部材２１は処理室３ａ内のプラズマＰに露呈されていることから表面の損耗が生じ、所定のインターバルで交換する必要がある。この場合においても、プローブ電極ユニット２２と誘電体部材２１とは別部品となっているため、消耗部品としての誘電体部材２１のみを交換すればよく、プローブ電極ユニット２２は交換する必要がない。

プラズマ処理装置は全体の動作制御を行う制御部２５を備えている。制御部２５が、ベントバルブ１２、ガス供給バルブ１３，真空バルブ１４，真空計１５，ガス供給部１６、真空ポンプ１７、高周波電源部１９を制御することにより、プラズマ処理に必要な各動作が実行される。また制御部２５はプラズマ放電監視部２０を制御するとともに、プラズマ放電監視部２０による検出結果を受信して必要な制御処理を行う機能を有する。制御部２５には操作・入力部２６および表示部２７が接続されており、操作・入力部２６はプラズマ処理実行に必要な各種操作入力や処理条件設定用のデータなどのデータ入力を行う。表示部２７は操作・入力部２６による入力時の操作画面の表示の他、制御部２５がプラズマ
放電監視部２０の検出結果に基づいて判定した判定結果の表示を行う。

次に図３を参照して、制御部２５およびプラズマ放電監視部２０の構成および機能を説明する。図３において制御部２５は、処理条件記憶部３９、プラズマ処理実行部４０、テスト放電実行部４１を備えている。処理条件記憶部３９はプラズマ処理に際して設定される処理条件、すなわち処理室３ａ内における処理圧力、プラズマ放電発生用ガスの種類、流量、高周波電力の出力などのデータを記憶する。プラズマ処理実行部４０は、設定された処理条件に基づいてベントバルブ１２、ガス供給バルブ１３，真空バルブ１４，真空計１５，ガス供給部１６、真空ポンプ１７、高周波電源部１９を制御することにより、プラズマ処理を実行させる。テスト放電実行部４１は、処理条件に対応した電位変化のデータを取得するためのテスト放電を実行させる。本実施の形態においては、プラズマ放電監視部２０による放電開始判定や、異常放電判定などに用いられる判定パラメータを適正に設定することを目的として、プラズマ処理の処理条件が更新される度に、新たな処理条件に対応した電位変化のデータを取得するためのテスト放電を行わせ、取得された電位変化のデータを解析することによって、この処理条件に応じた適正な判定パラメータを設定するようにしている。

プラズマ放電監視部２０は、ＡＭＰ（増幅装置）３１、Ａ／Ｄ変換器３２、電位変化記憶部３３、判定パラメータ設定部３４および放電状態判定部３５を備えている。ＡＭＰ３１は、検出導線２２ｄを介して伝達されるプローブ電極２２ｂの電位変化を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３２は、ＡＭＰ３１により増幅された電位変化信号をＡＤ変換する。Ａ／Ｄ変換器３２によってＡＤ変換された電圧変位信号、すなわち電圧変化を示すデジタル信号は、電位変化記憶部３３に記憶される。テスト放電実行部４１によって実行されるテスト放電によって取得された電位変化のデータも同様に電位変化記憶部３３に記憶される。

放電状態判定部３５は、電位変化記憶部３３に記憶された電位変化のデータに基づいて、処理室３ａ内における放電状態を判定する処理を行う。すなわち放電状態判定部３５は放電開始判定部３５ａ、異常放電判定部３５ｂおよび判定パラメータ記憶部３５ｃを備えており、判定パラメータ記憶部３５ｃには、判定パラメータである放電開始判定時間３６（図中において放電開始判定時間ＴＡと図示）、放電開始判定閾値３７（上閾値Ｖ１、下閾値Ｖ２）、異常放電判定閾値３８（上閾値Ｖ３、下閾値Ｖ４）が記憶されている。判定パラメータ設定部３４は、放電状態判定部３５による放電状態の判定において用いられる判定パラメータを、テスト放電によって取得され電位変化記憶部３３に記憶された電位変化のデータに基づいて設定する機能を有している。

ここで、放電状態判定部３５によって実行される放電状態の判定処理について、図４を参照して説明する。図４はこのプラズマ処理装置の運転時に放電検出センサ２３によって検出される電位変化の波形を示している。まず高周波電源部１９による高周波電源の印加開始に際しては、放電開始判定閾値３７の上閾値Ｖ１、下閾値Ｖ２を超えて正負両側に振れる特有の波形パターンを示す波形Ｗ１が検出される。そして予めこの波形Ｗ１を検出すべき時間帯として設定された放電開始判定時間ＴＡ内に波形Ｗ１が検出されることにより、処理室３ａ内においてプラズマ放電が正常に開始されたと判定される。この判定処理は、放電開始判定部３５ａによって行われ、放電開始判定時間ＴＡ内に電位変化が上閾値Ｖ１、下閾値Ｖ２を超えることによって放電開始と判定される。

また放電開始判定時間ＴＡが経過した後には、異常放電の有無が監視される。ここで異常放電とは、電極部５上に載置された基板９と電極部５との間に生じる不正常な放電であり、基板９に反り変形があって電極部５上に載置した状態において基板９と絶縁体７との間に隙間が生じている場合などに生じる。この場合には電位変化が正側または負側に、それぞれ異常放電判定閾値３８の上閾値Ｖ３、下閾値Ｖ４を超えて振れる波形Ｗ２が検出さ
れることにより、処理室３ａ内において異常放電が発生したと判定される。この判定処理は、異常放電判定部３５ｂによって行われ、放電開始判定時間ＴＡ経過後に電位変化が上閾値Ｖ３、下閾値Ｖ４を超えることによって異常放電の発生ありと判定される。

ここで、判定パラメータ設定部３４によって実行される判定パラメータの自動設定処理について、図５のフローに即して図６，図７を参照して説明する。この判定パラメータの自動設定処理は、図１に示すプラズマ処理装置を用いて処理対象物である基板９を対象とするプラズマ処理方法において、新たに処理条件を更新した場合や、装置状態が経時変化して判定パラメータを更新する必要が生じた場合などに、プラズマ処理作業の開始に先立って実行される。

まず図５において、プラズマ処理の処理条件設定要求がなされる（ＳＴ１）。すなわちマシンオペレータに対して、新たな処理条件の選択入力を促す入力画面が表示部２７に表示され、マシンオペレータは、表示部２７の画面上に処理条件記憶部３９から読み出されて表示された処理条件の諸項目、例えば処理圧力、プラズマ放電発生用ガスの種類、流量、高周波電力の出力値などについての選択操作や数値入力などを実行することにより、新たな処理条件を設定する（処理条件設定段階）。この設定入力を行うことにより、プラズマ処理装置はテスト放電実行の準備が完了し、テスト放電の開始入力を待機する状態となる。そしてここで開始入力が確認されたならば（ＳＴ２）、テスト放電のための１連の処理サイクルが開始される。

まず真空チャンバ３が閉じられ（ＳＴ３）、次いで真空バルブ１４を開いて真空ポンプ１７による真空排気を開始する（ＳＴ４）。そして処理室３ａ内の圧力が所定の圧力Ｐ１に到達するのを監視し（ＳＴ５）、圧力到達が確認されたならばガス供給バルブ１３を開き、ガス供給部１６から処理室３ａ内へのプラズマ放電発生用ガスの供給を開始する（ＳＴ６）。次いで処理室３ａ内の処理圧力を監視し（ＳＴ７）、処理条件で定められた設定圧力Ｐ２に安定したならば、高周波電源部１９を作動させて高周波電力を出力するとともに、電位変化のデータを電位変化記憶部３３に書き込むデータ記録処理を開始する（ＳＴ８）。すなわち、（ＳＴ３）〜（ＳＴ８）においては、処理条件に対応した電位変化のデータを取得するためのテスト放電を実行するとともに、このテスト放電によって得られた電位変化のデータを電位変化記憶部３３に記憶する（電位変化記憶段階）。

この後、タイマにより放電時間が５秒経過するまで計時し（ＳＴ９）、５秒経過が確認されたならば、ガス供給バルブ１３を閉じてプラズマ放電発生用ガスの供給を停止し（ＳＴ１０）、次いで真空バルブ１４を閉じて真空排気を停止し（ＳＴ１１）、さらにベントバルブ１２を開いて処理室３ａを大気開放した後（ＳＴ１２）、真空チャンバ３を開状態にする（ＳＴ１３）。そして上述の処理サイクル数をカウントし（ＳＴ１４）、放電回数が５回に到達するまで（ＳＴ２）以降の処理を反復実行する。（ＳＴ１４）にて放電回数が５回に到達したことが確認されたならば、電位変化記憶部３３に記憶された電位変化のデータを読み出して、以下に説明する判定パラメータの設定のためのデータ処理を、（ＳＴ１５）〜（ＳＴ１８）の処理手順にしたがって行う（判定パラメータ設定段階）。

このデータ処理について、図６，図７を参照して説明する。図６（ａ）は、（ＳＴ８）、（ＳＴ９）において高周波電力の印加開始から５秒経過までの間に取得された電位変化のデータを時系列的に示している。図６（ａ）に示すＴ１１は、テスト放電において高周波電力が印加されてプラズマ放電が開始した後に、放電が安定するまでの初期時間を示しており、この初期時間Ｔ１１の後のＴ１０は、プラズマ放電が安定な状態で行われた安定放電時間を示している。判定パラメータ設定段階においては、まずテスト放電において取得された電位変化のデータから、安定放電時間Ｔ１０に行われたプラズマ放電に対応する電位変化のデータにおける変動幅の大きさを求める。すなわちテスト放電によって得られ
たデータのうち、放電状態が最も安定していると考えられるテスト放電時間帯の終期［Ｔ］（ここではテスト放電開始後４秒から５秒までの間）に取得されたデータを対象として、変動幅ＶＢを求める。ここでは、取得された複数の電位変化のデータのばらつき範囲を示す変動幅ＶＢの大きさを、ばらつき範囲の正電圧側の代表値である上方値Ｖ１０と、負電圧側の代表値である下方値Ｖ１２とによって規定するようにしている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す電位変化のデータのうち、終期［Ｔ］に取得されたデータを拡大して示している。上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２は、終期［Ｔ］において取得された複数の電位変化のデータを統計的に処理することによって求められる。すなわち、終期［Ｔ］において実際に取得された複数のデータｄのうち、０電位から正負それぞれの方向に離れる度合いが大きい順にｋ個（ここではｋ＝３）のデータｄを除外し、残余のデータの最大値、最小値を以て上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２とする。

すなわち図６（ｂ）に示す例では、正電圧方向に離れる度合いが大きい順にｄ（＋１）、２つのｄ（＋２）の３個のデータｄを除外し、残余のデータｄのうちの最大値ｄ（＋４）の電圧値を以て上方値Ｖ１０とする。同様に、負電圧方向に離れる度合いが大きい順にｄ（−１）、２つのｄ（−２）の３個のデータｄを除外し、残余のデータｄのうちの最小値ｄ（−４）の電圧値を以て下方値Ｖ１２とする。上述例において、データｄを除外する個数ｋを小さく設定するほど、変動幅ＶＢを厳密な意味で規定することになり、個数ｋを大きく設定するほど、変動幅ＶＢをラフに規定することになる。

換言すれば、個数ｋの設定は、正規分布とみなされて統計的に取り扱われる複数のデータにおいて、正常範囲として取り込む上限値・下限値を標準偏差σの倍数（ｎ）によって規定する際のｎ数の設定に相当する。すなわちこのようにして求められた上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２は、安定な状態で行われたプラズマ放電に対応する電位変化における変動幅ＶＢの大きさを、統計的な代表値によって示す安定状態振幅データとなっている。

判定パラメータ設定段階においては、このようにして上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２の検出が行われる（ＳＴ１５）。そして上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２に基づいて、放電開始判定閾値３７（上閾値Ｖ１，下閾値Ｖ２）を算出する（ＳＴ１６）。ここでは、放電開始判定閾値３７（上閾値Ｖ１，下閾値Ｖ２）として、それぞれ上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２を定数倍（例えばＶ１＝Ｖ１０×１．５、Ｖ２＝Ｖ１２×１．５）した電圧値を用いるようにしている。次いで、異常放電判定閾値３８（上閾値Ｖ３，下閾値Ｖ４）を算出する（ＳＴ１７）。ここでは、上閾値Ｖ３として、放電開始判定閾値３７の上閾値Ｖ１の電圧値をそのまま用いるようにしており、下閾値Ｖ４としては固定電圧値（例えば−３Ｖ）に設定するようにしている。

次に、放電開始判定時間ＴＡの算出が行われる（ＳＴ１８）。本実施の形態においては、放電開始判定時間ＴＡをテスト放電の結果として求められる初期時間Ｔ１１に基づいて設定するようにしている。初期時間Ｔ１１は、以下に説明する方法によって決定される。すなわち、図６（ａ）に示す電位変化のデータを５秒経過後の時点から時系列的にテスト放電開始の時点に向かって遡及追跡し、（ＳＴ１５）において決定された上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２で規定される変動幅ＶＢからデータ値がはみ出すデータｄの有無を検出する。

このとき、図７に示すように、変動幅ＶＢから単発的にはみ出すデータｄｏが検出された場合には、これらを無視してさらにデータｄを遡及追跡し、データ値が変動幅ＶＢから同一方向（ここでは上方値Ｖ１０を超えた正電圧側の方向）に所定個数（ここでは４個）連続してはみ出す一連の複数のデータｄｏｓが検出された場合には、これら複数のデータｄｏｓは、初期時間Ｔ１１と安定放電時間Ｔ１０との境界領域を構成すると判断する。そ
してこれら一連の複数のデータｄｏｓのうち、最初にデータ値が変動幅からはみ出したデータｄｏｓに対応するタイミングｔｓを、初期時間Ｔ１１と安定放電時間Ｔ１２とを区分する放電安定タイミングとして検出する。

すなわち、放電時間として予め設定された５秒からタイミングｔｓまで遡及した時間を安定放電時間Ｔ１０として求め、次いで５秒から安定放電時間Ｔ１０を減算することにより、初期時間Ｔ１１を算出する。本実施の形態に示す例では、テスト放電を５回反復して実行するようにしているので、それぞれのテスト放電について求められた初期時間Ｔ１１のうちの最長時間を採用し、さらにこの初期時間Ｔ１１を定数倍（定数は経験値により適宜決定（例えば１．５倍））した時間を放電開始判定時間ＴＡとして設定する。なおテスト放電を実行する回数は任意に設定可能であり、放電特性が安定している場合には１回のみ行えばよい。

上記構成において、判定パラメータ設定部３４は、電位変化記憶部３３に記憶された電位変化のデータより、プラズマ発生手段としての高周波電源部１９による高周波電力の出力が開始されてからプラズマ放電が開始した後にこのプラズマ放電が安定するまでの時間（初期時間Ｔ１１）に基づいて設定される放電開始判定時間ＴＡ、高周波電力を出力してから放電開始判定時間ＴＡが経過するまでの間において放電開始の有無を判定するために用いられる放電開始判定閾値３７（上閾値Ｖ１，下閾値Ｖ２）および放電開始判定時間ＴＡが経過した後において異常放電を検出するための閾値として用いられる異常放電判定閾値３８（上閾値Ｖ３，下閾値Ｖ４）を設定する処理を行う。

すなわち判定パラメータ設定部３４は、テスト放電において取得された電位変化のデータから、安定な状態で行われたプラズマ放電に対応する電位変化における変動幅ＶＢの大きさを統計的な代表値によって示す安定状態振幅データである上方値Ｖ１０，下方値Ｖ１２を検出する。そしてこれら安定状態振幅データに基づいて、放電開始判定閾値３７（上閾値Ｖ１，下閾値Ｖ２）および異常放電判定閾値３８（上閾値Ｖ３，下閾値Ｖ４）を設定する。さらに電位変化のデータを時系列的に遡及追跡して、データ値が変動幅ＶＢから同一方向に所定個数連続してはみ出す一連の複数のデータのうち、最初にデータ値が変動幅ＶＢからはみ出したデータｄｏｓに対応するタイミングｔｓを放電安定タイミングとして検出し、この放電安定タイミングに基づいて放電開始判定時間ＴＡを設定する。

このようにして、判定パラメータの自動設定処理が完了したならば、実際の処理対象物である基板９に対して、新たに設定された処理条件の下でプラズマ処理が実行される（プラズマ処理段階）。このプラズマ処理段階において、放電状態判定部３５は、以下の放電監視処理を実行する。すなわち高周波電源部１９が高周波電力を出力した直後から、放電開始判定時間ＴＡが経過するまでの間に検出された電位変化を放電開始判定閾値３７と比較することにより、プラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定する（放電開始判定段階）。そして放電開始判定時間ＴＡが経過した後に検出された電位変化を異常放電判定閾値３８と比較することにより、異常放電の有無を判定する処理を行う（放電状態判定段階）。

上記説明したように、本発明のプラズマ処理装置においては、プラズマ処理の実行に際して設定された処理条件によってテスト放電を実行してこの処理条件に対応した電位変化のデータを取得し、次いでこの電位変化のデータに基づいて放電開始判定時間、放電開始判定閾値および異常放電判定閾値などの判定パラメータを設定し、プラズマ処理実行段階において、高周波電力を出力した直後から放電開始判定時間が経過するまでの間に検出された電位変化を放電開始判定閾値と比較してプラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定し、放電開始判定時間が経過した後に検出された電位変化を異常放電判定閾値と比較して異常放電の有無を判定する形態のプラズマ処理方法を採用するようにしている。

これにより、ユーザにおいて生産対象の品種に応じてプラズマ処理条件を変更した場合や装置状態が経時変化した場合などにおいても、判定パラメータを適正且つ容易に設定することができ、放電検出センサによって放電状態の監視を行う構成において、放電状態の検出を適正に行うことができる。

本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、判定パラメータを適正且つ容易に設定することができ、放電検出センサによって放電状態の監視を行う構成において、放電状態の検出を適正に行うことができるという効果を有し、基板などを処理対象物としてプラズマ処理を行う分野に有用である。

２蓋部
３真空チャンバ
３ａ処理室
５電極部
８ガイド部材
９基板
１５真空計
１６ガス供給部
１７真空ポンプ
１８整合器
１９高周波電源部
２２プローブ電極ユニット
２２ｂプローブ電極
２３放電検出センサ

Claims

処理対象物を収容する処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ放電発生用ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のプラズマ放電発生用ガスに対して高周波電力を作用させることによりプラズマ放電を発生させるプラズマ発生手段と、予め設定された処理条件に基づいて前記真空排気部および前記ガス供給部ならびに前記プラズマ発生手段を制御する制御部と、一方の面と他方の面とを有する板状部材であってその一方の面を前記処理室内で発生したプラズマ放電に対向する状態で前記真空チャンバに装着された誘電体部材および前記他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサと、前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化を検出してこのプラズマ放電の状態を判定するとともに前記制御部へ判定結果を出力するプラズマ放電監視部を備えたプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、前記処理条件に対応した前記電位変化のデータを取得するためのテスト放電を実行させるテスト放電実行部を備え、
前記プラズマ放電監視部は、前記テスト放電によって取得された電位変化のデータを記憶する電位変化記憶部と、前記電位変化記憶部に記憶された電位変化のデータより前記プラズマ発生手段による高周波電力の出力が開始されてからプラズマ放電が開始した後にこのプラズマ放電が安定するまでの時間に基づいて設定される放電開始判定時間、前記高周波電力を出力してから前記放電開始判定時間が経過するまでの間において放電開始の有無を判定するために用いられる放電開始判定閾値および前記放電開始判定時間が経過した後において異常放電を検出するための閾値として用いられる異常放電判定閾値を設定する判定パラメータ設定部と、前記高周波電力を出力した直後から前記放電開始判定時間が経過するまでの間に検出された電位変化を前記放電開始判定閾値と比較することにより前記プラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定し、前記放電開始判定時間が経過した後に検出された電位変化を前記異常放電判定閾値と比較することにより異常放電の有無を判定する放電状態判定部を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記判定パラメータ設定部は、前記テスト放電において取得された電位変化のデータから、安定な状態で行われたプラズマ放電に対応する電位変化における変動幅の大きさを統計的な代表値によって示す安定状態振幅データを検出し、前記安定状態振幅データに基づいて前記放電開始判定閾値および前記異常放電判定閾値を設定し、さらに前記電位変化のデータを時系列的に遡及追跡して、データ値が前記変動幅から同一方向に所定個数連続してはみ出す一連の複数のデータのうち最初にデータ値が前記変動幅からはみ出したデータに対応するタイミングを放電安定タイミングとして検出し、この放電安定タイミングに基づいて前記放電開始判定時間を設定することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
処理対象物を収容する処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ放電発生用ガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のプラズマ放電発生用ガスに対して高周波電力を作用させることによりプラズマ放電を発生させるプラズマ発生手段と、予め設定された処理条件に基づいて前記真空排気部および前記ガス供給部ならびに前記プラズマ発生手段を制御する制御部と、一方の面と他方の面とを有する板状部材であってその一方の面を前記処理室内で発生したプラズマ放電に対向する状態で前記真空チャンバに装着された誘電体部材および前記他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサと、前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化を検出してこのプラズマ放電の状態を判定するとともに前記制御部へ判定結果を出力するプラズマ放電監視部とを備えたプラズマ処理装置によって、前記処理対象物のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記処理室内における処理圧力、前記プラズマ放電発生用ガスの種類、流量、前記高周
波電力の出力を含むプラズマ処理の処理条件を設定する処理条件設定段階と、前記処理条件に対応した前記電位変化のデータを取得するためのテスト放電を実行するとともに、このテスト放電によって得られた電位変化のデータを電位変化記憶部に記憶する電位変化記憶段階と、
前記電位変化記憶段階において電位変化記憶部に記憶された電位変化のデータより、前記プラズマ発生手段による高周波電力の出力が開始されてからプラズマ放電が開始した後にこのプラズマ放電が安定するまでの時間に基づいて設定される放電開始判定時間、前記高周波電力を出力してから前記放電開始判定時間が経過するまでの間において放電開始の有無を判定するために用いられる放電開始判定閾値および前記放電開始判定時間が経過した後において異常放電を検出するための閾値として用いられる異常放電判定閾値を設定する判定パラメータ設定段階と、前記処理対象物に対して前記処理条件の下でプラズマ処理を実行するプラズマ処理段階とを含み、
前記プラズマ処理段階において、前記高周波電力を出力した直後から前記放電開始判定時間が経過するまでの間に検出された電位変化を前記放電開始判定閾値と比較することにより前記プラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定する放電開始判定段階と、前記放電開始判定時間が経過した後に検出された電位変化を前記異常放電判定閾値と比較することにより異常放電の有無を判定する放電状態判定段階とを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
前記判定パラメータ設定段階において、前記テスト放電において取得された電位変化のデータから、安定な状態で行われたプラズマ放電に対応する電位変化における変動幅の大きさを統計的な代表値によって示す安定状態振幅データを検出し、前記安定状態振幅データに基づいて前記放電開始判定閾値および前記異常放電判定閾値を設定し、さらに前記電位変化のデータを時系列的に遡及追跡して、データ値が前記変動幅から同一方向に所定個数連続してはみ出す一連の複数のデータのうち最初にデータ値が前記変動幅からはみ出したデータに対応するタイミングを放電安定タイミングとして検出し、この放電安定タイミングに基づいて前記放電開始判定時間を設定することを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。