JP2003318115A

JP2003318115A - 窓型プローブ、プラズマ監視装置、及び、プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2003318115A
Application number: JP2002122240A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Yasaka; 三夫八坂
Original assignee: Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-07
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: TW200306136A; WO2003092059A1; EP1531490A4; US20050194094A1; KR20040108751A; EP1531490A1; KR100582013B1; CN1647252A; JP3773189B2; TWI256278B

Abstract

(57)【要約】【課題】窓型プローブ、プラズマ監視装置、及び、プ
ラズマ処理装置に関し、高周波或いは高電圧の印加によ
って発生させたプラズマの状態を直接、簡便に検出す
る。【解決手段】プラズマに対向する面の少なくとも一部
に開口部が設けられた導電性支持部材５と、前記導電性
支持部材５の開口部に設置された片側表面にプローブ電
極２を有する誘電体部材１とを少なくとも設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窓型プローブ、プラ
ズマ監視装置、及び、プラズマ処理装置に関するもので
あり、特に、被処理基体に高周波、或いは高電圧による
プラズマ放電を用いて処理するプラズマ処理装置におけ
るプラズマの変動を簡単に、迅速に、精度良く検出する
ための構成に特徴のある窓型プローブ、プラズマ監視装
置、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】現在、半導体製造分野において、プラズ
マＣＶＤ、アッシング、エッチング、スパッタリング或
いは表面処理等を目的として、被処理基体にプラズマ放
電を用いて処理するプラズマ処理方法が広く用いられて
いる。

【０００３】そのプラズマ処置を施すプラズマ処理工程
において、高電圧または高周波電源の高周波電圧を印加
する際に、発生したプラズマの安定性、再現性の不良に
より被処理基体に設けた電子素子特性の変動を引き起こ
す問題がある。この様な問題に対処するためにプラズマ
の再現性、安定性の確認を的確に検出することが求めら
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、異常放電においてはプラズマの発
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、プラズマの再現性、安定性つまり変動の確
認においては、ガス圧の変動、発光スペクトルの変化を
検出することによりプラズマの変動の検出が試みられて
いる。

【０００５】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た
め、電源ラインに検出器を挿入することが行われてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
公知方法では、プラズマ特性へ与える影響、及び、迅速
性や簡便性において問題があり、また、コストもかか
り、これらを設置するための余分なスペースを必要とす
るという問題もあった。

【０００７】したがって、本発明は、高周波或いは高電
圧の印加によって発生させたプラズマの状態を直接、簡
便に検出することを目的とする。

【０００８】

【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。図１参照（１）本発明は、窓型プローブにおいて、プラズマに対
向する面の少なくとも一部に開口部が設けられた導電性
支持部材５と、前記導電性支持部材５の開口部に設置さ
れた片側表面にプローブ電極２を有する誘電体部材１と
を少なくとも有することを特徴とする。

【０００９】この様な窓型プローブは、プロセスチャン
バーの側壁に設けるだけであるので、プロセスチャンバ
ーの内部にプローブを挿入設置する必要がなく、したが
って、窓型プローブの存在がプラズマの状態に影響を与
えることがなく、簡単な構成によってプラズマ状態をモ
ニタすることができる。

【００１０】即ち、プロセスチェンバー内に生成された
プラズマに起因して、プラズマに対向する誘電体部材１
の表面に壁電位と呼ばれる電位が誘起されるため、この
壁電位の変動をモニタすることによって、プラズマ状態
をモニタすることができる。なお、検出電位を安定化す
るために、プローブ電極２を絶縁部材３を介して電磁シ
ールド部材４でシールドすることが望ましい。

【００１１】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、プローブ電極２に、インピーダンス整合手段６を接
続したことを特徴とする。この様に、プローブ電極２か
ら電圧を検出するためには電圧測定系との間に、増幅
器、インピーダンス変換器、或いは、抵抗等のインピー
ダンス整合手段６を接続する必要がある。

【００１２】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、誘電体部材１が、光学的に透明なガラ
スからなることを特徴とする。壁電位が誘起される誘電
体部材１は、不透明でも良いが、光学的に透明なガラス
を用いることが望ましく、それによって、プロセスチャ
ンバー内部の反応等を光学的に観測することとが可能に
なる。

【００１３】（４）また、本発明は、上記（３）におい
て、プローブ電極２が、光学的に透明な導電性物質から
なることを特徴とする。壁電位の検出感度を高めるため
にプローブ電極２の面積を大きくした場合には、この窓
型プローブを介してプロセスチャンバー内部の反応等を
光学的に観測するためには、プローブ電極２も光学的に
透明な導電性物質で構成する必要がある。

【００１４】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、導電性支持部材５に設けた
開口部が、のぞき窓の機能を有することを特徴とする。
このように、のぞき窓の機能を持たせることによって、
プロセスチャンバーに設けられているビューポート、即
ち、のぞき窓と兼用することができ、装置構成を簡素化
することができる。

【００１５】（６）また、本発明は、プラズマ監視装置
において、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の窓
型プローブを用い、この窓型プローブの出力端に、電圧
波形を計測する電圧波形計測部を具備してなることを特
徴とする。この様に、上記の窓型プローブを用いてプラ
ズマ監視装置を構成する場合には、窓型プローブの出力
端に、電圧波形を計測する電圧波形計測部を設け、電圧
波形によってプラズマ状態を監視すれば良い。なお、電
圧波形計測部は、電圧波形をアナログ／デジタル変換す
るＡ／Ｄ変換部及び電圧波形を処理して平均波形、平均
電圧、平均振幅等を導出してプラズマの状態を監視する
データ処理部とを少なくとも備えたものとする。

【００１６】（７）また、本発明は、上記（６）におい
て、電圧波形計測部により検出した電圧波形の周期的な
波形の変化の不一致量を検出してプラズマの安定性を検
出するプロセスモニタ機構を有することを特徴とする。
この様に、電圧波形の周期的な波形の変化の不一致量を
検出することによって、プラズマプロセス中のプラズマ
状態を精度良くモニタすることができる。

【００１７】（８）また、本発明は、上記（６）におい
て、電圧波形計測部により検出した電圧波形の変化によ
りプラズマの異常放電を検出する異常放電モニタ機構を
有することを特徴とする。この様に、電圧波形計測部に
より検出した電圧波形の変化によりプラズマの異常放電
を検出することによって、プラズマプロセス中に突発す
る異常放電をモニタすることができる。

【００１８】（９）また、本発明は、プラズマ処理装置
において、上記（６）乃至（８）のいずれかに記載のプ
ラズマ監視装置を備えたことを特徴とする。この様に、
プラズマ処理装置に上記のプラズマ監視装置を備えるこ
とによって、再現性の高いプラズマ処理を行うことが可
能になる。

【００１９】（１０）また、本発明は、上記（９）にお
いて、開口部が設けられた導電性支持部材５が、反応容
器ののぞき窓を構成するフランジ部であり、誘電体部材
１がフランジ部を密閉する透明ガラス板であることを特
徴とする。

【００２０】この様に、既成のプラズマ処理装置にプラ
ズマ監視装置を取り付ける際には、のぞき窓、即ち、ビ
ューポートを構成するフランジ部を利用すれば良く、そ
れによって、プローブを取り付けるための特別のスペー
スは不要になるので、装置構成を簡素化することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図７を参照し
て、本発明の第１の実施の形態の窓型プローブ付きプラ
ズマ処理装置及び検出信号処理方法を説明する。図２参照図２は本発明の第１の実施の形態の窓型プローブ付きプ
ラズマ処理装置の概略的構成図である。このプラズマ処
理装置は、ガス導入口１２、排気口１３、及び、プロー
ブ取付け部１４を有するプロセスチャンバー１１、プロ
セスチャンバー内に配置された、Ｓｉウェハ１６を載置
する下部電極１５及び導入ガスを噴射するシャワーヘッ
ドを兼ねる上部電極１７とを対向させた平行平板型電
極、下部電極１５にブロッキングコンデンサ等から構成
されインピーダンス整合をとる整合器１８を介して１
３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を印加する高周波電源１９、
及び、上部電極１７を接地する接地配線２０から構成さ
れる。

【００２２】また、プローブ取付け部１４は、通常のビ
ューポートを構成するフランジ部材からなるものであ
り、このフランジ部材に窓型プローブ３０を取付け、こ
の窓型プローブ３０からの検出出力は同軸ケーブルを介
してデジタルオシロスコープ４０に接続されている。な
お、このデジタルオシロスコープ４０の入力インピーダ
ンスは、例えば、５０オームとする。

【００２３】図３参照図３は、本発明の第１の実施の形態の窓型プローブの概
略的構成図であり、この窓型プローブ３０は、通常のビ
ューポートに用いられる光学的に透明なコパールガラス
等のガラス板３１、このガラス板３１のプラズマに対し
て外側に設けられたＩＴＯ等からなるプローブ電極３
２、プローブ電極３２の表面を絶縁被覆するポリエステ
ル等の透明絶縁膜３３、その上に設けられプローブ電極
３２を電磁的にシールドするＩＴＯシールド３４、及
び、インピーダンス変換器３５によって構成される。

【００２４】この場合、プローブ電極３２はプローブ取
付け部１４と電気的に短絡しないように、周辺部が欠如
されており、また、ＩＴＯシールド３４及び透明絶縁膜
３３には微小開口部が設けられており、この微小開口部
を通してプローブ電極３２は同軸ケーブルによってイン
ピーダンス変換器３５に接続される。また、このプロー
ブ取付け部１４は、通常のビューポートと同様に、Ｏ−
リング及びグリース等を用いることによって真空に密閉
する構成となっている。

【００２５】なお、この場合、プローブ電極３２と同軸
ケーブルとの間の接触には、例えば、スプリングピンを
使用しており、また、ＩＴＯシールド３４とプローブ取
付け部１４との間の接触も同様にして行う。

【００２６】この様に、窓型プローブ３０の窓部を全て
透明部材で構成しているので、この窓型プローブ３０
は、プラズマ処理装置のプロセスチャンバーののぞき窓
としても機能させることができる画期的で大きな利点が
あるものである。

【００２７】次に、この窓型プローブによるプラズマ状
態のモニタ原理を説明する。再び、図２参照ガス導入口１２より反応ガスをプロセスチャンバー１１
内に導入し、一定の圧力の下でＲＦ電力を上部電極１７
と下部電極１５との間に印加すると電極間にプラズマ２
１が生成するが、生成されたプラズマからはその密度勾
配がある為にイオンと電子がプロセスチェンバー１１の
壁側へ拡散する。

【００２８】この拡散するイオン及び電子の電流密度は
プラズマ本体の密度に依存しているためプロセスチャン
バー１１の一部に絶縁物を設置した場合、プラズマ本体
が持つ電位であるプラズマ電位とプラズマ本体より拡散
して、絶縁物の表面近傍に形成されたシース（ｓｈｅａ
ｔｈ）を通ってくるイオン流或いは電子流の量に応じ、
均衡がとれる様に壁電位と呼ばれる電位が絶縁物表面、
したがって、本発明においてはガラス板３１の表面に誘
起される。

【００２９】このガラス板３１の表面に誘起された壁電
位はシース電位分だけプラズマ電位より低く、高周波放
電の場合には、プラズマの励起周波数に同期した電位変
化を示し、また、直流放電では一定な電位を示す。

【００３０】しかし、プラズマ２１が何らかの原因によ
り変動、動揺する場合には、例えば、電源の変動、ガス
圧の変動するような状況が発生した場合、そのプラズマ
２１はプラズマ２２のように状態が変化し、その状況変
化に応じてプロセスチャンバー１１の壁部へ拡散するイ
オン流或いは電子流も敏感に変化する為に、プロセスチ
ャンバー１１に設置された誘電体であるガラス板３１に
誘起される壁電位も敏感は変化することになる。

【００３１】そのため、ＤＣ放電では、壁電位波形は一
定ではなくプラズマの変動に同期して変動した波形にな
り、ＲＦ放電の場合では、プラズマの励起周波数に同期
した電位波形が変動し、波形の歪、或いは波高値等が変
化する。

【００３２】また、異常放電の発生等の様に突発的な変
化が生じた場合では、プラズマが急激に萎縮し、質量が
軽い電子が敏感に反応するので、電子流が急激に減少す
るために壁電位も敏感且つ急激にプラス側に変化し、一
方、逆に増加する場合には、壁電位はマイナス側に変化
する。

【００３３】したがって、壁電位が変化すると、プロセ
スチェンバー１１に設置されたガラス板３１のプラズマ
に対向しない片面に設けたプローブ電極３２に静電誘導
によりプラズマの変化に応じた電位変化が誘発される。

【００３４】この誘導電位を計測して、その電位情報を
処理することで、壁電位の波高値、歪の状態等のプラズ
マの状況変化を検出でき、それを指標にすることによっ
て、プラズマの安定性、再現性、変動等の監視、確認を
迅速に，且つ簡便に行うことが可能となる。

【００３５】但し、窓型プローブ３０のガラス板３１の
表面に誘起される壁電位は、ガラス板３１の周りにでき
るシースのインピーダンスとプローブ自体のインピーダ
ンスにより決まるため、プローブ電極３２がプラズマ電
位と完全に平行に振れるためには、励起周波数だけでは
なく高調波成分に対するプローブ電極３２のインピーダ
ンスも大きくなければならない。即ち、シースのインピ
ーダンスを小さく、窓型プローブ自体のインピーダンス
を大きくする必要がある。

【００３６】シースのインピーダンスを小さくするに
は、単にガラス板３１の表面積を大きくすることが考え
られ、本発明の窓型プローブ３０はガラス板３１のプラ
ズマ２１，２２に対向する面積は十分に大きくする。

【００３７】なお、ＩＴＯから構成されるプローブ電極
３２のインピーダンスは正確に分からなくても良く、イ
ンピーダンスが無限大の時プローブ電圧は最大値をとる
ので、プローブの壁電位が最大値をとるようにインピー
ダンスを調整すれば良い。

【００３８】次に、図４乃至図６を参照して本発明の窓
型プローブを用いて測定した電圧波形を説明する。図４（ａ）参照図４（ａ）は、プロセスチャンバー１１に高周波電源１
８より電力を供給し安定してプラズマを生成した時の、
窓型プローブ３０から出力される電圧波形である。図に
おいて、横軸は時間〔秒〕、縦軸は電圧であり、周波数
１３．５６ＭＨｚに対応して１周期７３ナノ秒（７３ｎ
ｓ＝７．３×１０^-8ｓ）で繰り返す安定した電圧波形が
得られており、プラズマの振動波形及び振幅を測定する
ことができる。

【００３９】図４（ｂ）参照図４（ｂ）は、不安定な状態のプラズマの場合に観測さ
れる電圧波形であり、図に示すようにこの電圧波形には
歪があり、波高値（ピーク値）も一周期毎に変動してい
ることが測定される。

【００４０】図５参照図５は、ＲＦ放電で入力電力が変動している場合の窓型
プローブの検出波形の説明図であり、入力電力の変動に
応じて検出波形も緩やかに変化していることが観測され
る。この場合、検出波形における波高値もＲＦ入力電力
に比例していることが確認され、この窓型プローブによ
る検出波形は、高周波電源１９の周波数の周期で変化し
ていて、波形の歪の状態、ピーク値等がプラズマの特性
を反映している。

【００４１】図６参照図６は、ＲＦ放電での装置異常によりＲＦ電源を即断し
た場合の窓型プローブの検出波形の説明図であり、ＲＦ
電源が即断されたため、質量が軽い電子が急激に拡散し
て壁電位がマイナス側に変化するために検出波形はプラ
ス側に反応している。

【００４２】このように、本発明の窓型プローブ３０
は、プラズマ状態の変化の状況に応じて拡散するイオン
流或いは電子流の敏感な変化を捕らえることができるの
で、プラズマ状態の変化を確実、且つ、迅速に感度良く
検出することができる。

【００４３】次に、図７を参照して本発明の第１の実施
の形態における窓型プローブによる検出波形の処理方法
を説明する。図７（ａ）参照図７（ａ）に示すように、窓型プローブ３０で検出した
電圧波形ｆ（ｔ）のうち、任意の時間或いは任意の数
（ｎ）の周期分の波形ｆ_i（ｔ）から平均値Ｖ
_av（ｍ）、振幅Ｖ_av（ｐｐ），平均化した波形ｆ
_av（ｔ）を求める。この場合、平均化した波形ｆ
_av（ｔ）は、ｆ_av（ｔ）＝Σｆ_i（ｔ）／ｎから求める。

【００４４】図７（ｂ）参照次に、この平均化した波形ｆ_av（ｔ）に基づいて平均値
Ｖ_av（ｍ）及び振幅Ｖ _av（ｐｐ）を求める。

【００４５】この平均値Ｖ_av（ｍ）、振幅Ｖ_av（ｐ
ｐ）、及び、平均化した波形ｆ_av（ｔ）の安定なプラズ
マ状態における値に対するひずみ率を指標として用いて
行うために、基本波とする波形を対象とするプラズマ処
理装置の所定の処理条件で、窓型プローブで予めプラズ
マが安定した状態における検出波形データとして取得し
ておき、これを基本波データとする。

【００４６】この基本波データに対して、基本波の任意
に時間或いは任意の数に周期分をとり、１周期波形とし
て平均化した波形ｆ_av0（ｔ）、Ｖ_av0（ｐｐ）、及
び、Ｖ _av0（ｍ）をそれぞれに求める。更に、それらの
値はプラズマを生成するための入力電力に応じて変化す
るので、入力電力に応じた係数を求めておき、これらを
設定初期値として記憶しておく。

【００４７】ここで、検出する検出波形をｆ（ｔ）とす
ると基本波に対してプラズマ処理中のプローブ波形がど
の程度ひずんでいるかを示す指標としてのひずみ率α
は、 α＝ｆ_av（ｔ）／ｆ_av0（ｔ）と表されるので、これにより、高調波成分がどの程度あ
り、波形が歪んでいるかが分かる。

【００４８】また、同様に、Ｖ_av（ｍ）、Ｖ_av（ｐｐ）
に関しても、Ｖ_av0（ｍ）、Ｖ_av0（ｐｐ）を基準とし
て、それぞれの係数をｍ，ｐとしてｍ＝Ｖ_av（ｍ）／Ｖ_av0（ｍ），ｐ＝Ｖ_av（ｐｐ）／Ｖ_av0（ｐｐ）と定義する。

【００４９】これらの各係数α、ｍ、ｐによって、プロ
ーブ検出波形の大きさの変動と動揺の状態を検出するこ
とができる。即ち、これらの係数α、ｍ、ｐをプラズマ
の入力電力毎に予め設定しておき、それとプラズマ処理
装置がプラズマ処理中に、プローブ検出波形を任意の時
間、或いは周期分毎に、その間の平均波形ｆ_av（ｔ）を
求めて、基準波形のｆ_av（０）と比較して、その係数
α′が予め定めた設定値より大きいか、小さいか否かを
データ処理部において判定し、予め定めた値より大きい
或いは小さい場合に、プラズマ装置に対して警報を発す
る。

【００５０】例えば、ひずみ率α′、或いは、Ｖ_av（ｐ
ｐ）が設定内であっても、Ｖ_av（ｍ）が設定外の場合、
プラズマパワーの入力の問題以外に、ガス流量、真空度
との絡みの問題でプラズマが揺らいでいることが考えら
れるので、プラズマの不安定状態であることの警告を発
信する。

【００５１】また、単にＶ_av（ｐｐ）が設定値から外れ
ている場合には、プラズマ２１と高周波電源１９のイン
ピーダンスの整合が取れてないが、又は、高周波電源１
９の入力パワー設定のずれが考えられ、予め設定した値
より小さい場合には、プラズマとの整合が取れてないこ
とになるので、警告を発信するとともに、プラズマ電源
に対してプラズマとの整合を取るように制御信号を出力
する。一方、Ｖ_av（ｐｐ）が予め設定した値より大きい
場合は、高周波電源１９に対する入力パワー設定のずれ
と判断できるので、設定ミスの警告を発信する。

【００５２】この本発明の第１の実施の形態の窓型プロ
ーブにおいては、プラズマ処理を長期間実施して、絶縁
層がデポジットされる場合にも、付着した絶縁層が極端
に厚くならないかぎり、何ら問題なく動作するので、コ
スト、設置場所の両面において生産現場のプラスマ処理
装置への適用性は大変優れている。

【００５３】次に、図８乃至図１０を参照して、上記の
窓型プローブを備えて、プラズマの変動及び異常放電等
を検出する本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装
置を説明する。図８参照図８は、本発明の第２の異常放電監視装置付きプラズマ
処理装置の概略的構成図であり、基本的構成は上記の第
１の実施の形態と同様であるが、検出系においてデジタ
ルオシロスコープ４０の代わりにプラズマ監視装置５０
を用いたものであるので、同一部分については説明は省
略する。

【００５４】このプラズマ監視装置５０は、窓型プロー
ブ３０と、Ａ／Ｄ変換部５１、データ処理部５２、フィ
ルター処理部５３、及び、異常放電検出部５４等から構
成されている。このデータ処理部５２により、上記の第
１の実施の形態において説明した、検出波形に基づいて
平均波形ｆ_av（ｔ）、平均電圧Ｖ_av（ｍ）、平均振幅Ｖ
_av（ｐｐ）、及び、各係数α，ｍ，ｐを求める。

【００５５】通常のプロセス監視については、上記の第
１の実施の形態と同様であるので、ここでは、図９及び
図１０を参照して異常放電検出について説明する図９参照図９は、第２の実施の形態におけるＤＣ放電での異常放
電時の窓型プローブの検出波形の説明図であり、プラズ
マ生成用電源電圧、電流の変動を計測して異常放電を検
出するアークモニターの検出波形も合わせて示してい
る。

【００５６】上段に示したアークモニターの電流検出波
形は、異常放電の発生に反応して急激に増加している。
一方、下段に示した窓型プローブの検出波形は、立ち上
がり鋭く一瞬プラス側に変化していてその後マイナスか
らプラスに変化しながら収束しているが、これは異常放
電が発生した瞬間は瞬停状態になり拡散する電子流が急
激に増加したため、一瞬、壁電位が図６に示した電源断
時とは反対にマイナスに変化した後、電源の制御により
比較的緩やかに変化しながら収束したものと思われる。
この窓型プローブの検出波形は、アークモニターより波
形の立ち上がりが早く敏感に、感度良く応答しているこ
とが理解される。

【００５７】図１０参照図１０は、第２の実施の形態におけるＲＦ放電での異常
放電時の窓型プローブの検出波形の説明図であり、ＲＦ
プラズマで異常放電発生時の超音波を検出する超音波セ
ンサによる検出波形を合わせて示している。なお、異常
放電について、本発明者は、プラズマ処理中に異常放電
２４が発生すると、放電によって超音波（ＡＥ：Ａｃｏ
ｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ）が発生し、発生したＡ
Ｅ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）。

【００５８】上段に示した窓型プローブによる検出波形
は、図９に示したＤＣプラズマでの異常放電発生時と同
様に、異常放電２４に敏感に良く反応してマイナス側に
急激に変化しているので、壁電位がプラス側に変化して
いることから拡散電子量が減少してプラズマが瞬間的に
萎縮していることがわかる。なお、この窓型プローブに
おける検出波形は、ＲＦ成分を除去した検出波形であ
る。

【００５９】一方、下段に示した超音波センサによる検
出波形は、異常放電の発生位置と超音波のプロセスチャ
ンバー１１の壁面を伝搬する伝播速度の関係から上段の
窓型プローブの検出波形の変化に遅れて、異常放電に伴
う超音波検出されているのが確認できる。

【００６０】次に、異常放電を検出する方法を簡単に説
明する。窓型プローブ３０の検出波形は、Ａ／Ｄ変換部
５１を介して入力され、その波形データをフィルター処
理部５３にて、ローパスフィルターにより１３．５６Ｍ
ＨｚのＲＦ成分をカットし、異常放電検出部５４におい
て、異常放電の信号を検出する。

【００６１】次いで、検出信号に対して波形の変化量を
求めるため、検出波形ｆ（ｔ）を微分し、その値をβと
すると β＝ｄｆ（ｔ）／ｄｔと表される。このβを監視することにより波形の変化状
態を検出することができる。

【００６２】図１０及び図６に示したように、異常放
電、或いは、電源の瞬停がある場合、壁電位に急激な変
化があるので、異常放電検出部５４において、βの値が
プラス或いはマイナスかに変化する。そこで、ｆ（ｔ）
の値が、あるしきい値を超えて、βの値が予め求めてい
た設定値より大きくなった場合に異常を検出して、その
β値が、マイナスの場合に異常放電と判断して、プラズ
マ処理装置に対して警報を発する。また、電子流の変化
は異常放電の規模と関係があるため、その波形の波高値
Ｖ（ｐｐ）から、異常放電の規模を推定することも可能
である。

【００６３】次に、図１１を参照して、異常放電の位置
を確認する手段も合わせて用いた本発明の第３の実施の
形態を説明する。図１１参照図１１は、本発明の第３の実施の形態の異常放電監視装
置付きプラズマ処理装置の概略的構成図であり、基本的
な装置構成は図８に示した第２の実施の形態のプラズマ
処理装置と同様である。

【００６４】この第３の実施の形態においては、さら
に、３個以上のＡＥセンサ２５〜２７をプロセスチャン
バー１１の外壁面に取り付けたものであり、それによっ
て、異常放電の発生した位置を特定するものである（必
要ならば、特願２００１−３７０６１０号参照）。な
お、この場合には、３つのＡＥセンサを示している。

【００６５】図１２参照図１２は、本発明の第３の実施の形態における異常放電
検出方法の説明図であり、まず、上段に示す窓型プロー
ブ３０の検出波形により、上述の方法により異常放電の
発生を判断し、異常放電２４は発生した判断した場合
に、ＡＥセンサ２５〜２７による異常放電２４の発生位
置の特定動作をスタートさせる。

【００６６】次いで、３つのＡＥセンサ２５〜２７から
の３つの検出波形から、異常放電２４が発生した場所と
各ＡＥセンサ２５〜２７を接地した場所との距離の差に
起因する遅延時間Ｔ₀，Ｔ₁，Ｔ₂を求め、この遅延時
間Ｔ₀，Ｔ₁，Ｔ₂から地震の震源地の特定の原理と同
様の原理によって異常放電２４の発生位置を特定する。

【００６７】この場合に、異常放電の判定を窓型プロー
ブ３０の検出波形によって行っているので、機械振動を
ＡＥセンサで検出して誤って異常放電の発生と判断する
ことがなくなる。また、窓型プローブ３０の検出波形に
基づいて異常放電の発生を確認したのち、ＡＥセンサに
よる位置特定動作を介しているので、ＡＥセンサを無駄
に作動させることがなくなる。

【００６８】次に、図１３を参照して、本発明の第４の
実施の形態の窓型プローブを説明する。図１３参照図１３は、本発明の第４の実施の形態の窓型プローブの
概略的構成図であり、この窓型プローブは、図３に示し
た窓型プローブ３０と基本的構成は同様であり、通常の
ビューポートに用いられる光学的に透明なコパールガラ
ス等のガラス板３１、このガラス板３１のプロセスチャ
ンバーに対して外側に設けられたＩＴＯ等からなるプロ
ーブ電極３２、プローブ電極３２の表面を絶縁被覆する
ポリエステル等の透明絶縁膜３３、その上に設けられプ
ローブ電極３２を電磁的にシールドするＩＴＯシールド
３４、及び、インピーダンス変換器３５によって構成さ
れる。

【００６９】この第４の実施の形態においては、ガラス
板３１よりプラズマの発生領域寄りに光学的に透明な防
着ガラス板３６を設けたものであり、それによって、窓
型プローブを構成するガラス板３１の表面の汚れの発生
を防止することができる。

【００７０】この場合も、プローブ電極３２はプローブ
取付け部１４と電気的に短絡しないように、周辺部が欠
如されており、また、ＩＴＯシールド３４及び透明絶縁
膜３３には微小開口部が設けられており、この微小開口
部を通してプローブ電極３２は同軸ケーブルによってイ
ンピーダンス変換器３５に接続される。また、このプロ
ーブ取付け部１４は、通常のビューポートと同様に、Ｏ
−リング及びグリース等を用いることによって真空に密
閉する構成となっている。

【００７１】この場合も、窓型プローブの窓部及び防着
ガラス板３６を全て透明部材で構成しているので、この
窓型プローブは、プラズマ処理装置のプロセスチャンバ
ーののぞき窓としても機能させることができる画期的で
大きな利点があるものである。

【００７２】プラズマ処理による反応生成物による汚染
が発生しても、防着ガラス板３６を交換するだけで良い
ので、窓型プローブのガラス板３１側については、交
換，洗浄作業等を必要としない。但し、防着ガラス板３
６を設けることによって検出感度は若干低下する。

【００７３】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、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。

【００７４】また、上記の各実施の形態においては、窓
型プローブをプロセスチャンバーの外壁の一箇所に設置
しているが、プロセスチャンバーの外壁の複数箇所に設
置しても良いものである。

【００７５】また、上記の各実施の形態においては、窓
型プローブをプロセスチャンバーに取付け部を設けて取
り付けることを前提に説明しているが、既設のプラズマ
処理装置に取り付けても良いものである。即ち、対象と
なるプラズマ処理装置に既にのぞき窓がある場合、のぞ
き窓のガラスの大気側表面に電極として光学的に透明な
ＩＴＯシート等の導電性シートを貼ることで、簡単に窓
型プローブを構成することができる。

【００７６】また、上記の実施の形態においては、プロ
ーブ電位を測定するのは、高周波電圧を測定できる装置
であり、例えば、入力インピーダンスが５０Ωのデジタ
ルオシロスコープであるが、デジタルオシロスコープに
限られるものではなく、サンプリングオシロスコープ、
周波数アナライザー等高周波電圧を測定できる装置であ
れば差し支えない。

【００７７】また、上記の各実施の形態においては、窓
型プローブにおける壁電位を誘起させる誘電体は基板状
のガラス板であるが、必ずしも基板状のガラスである必
要はない。

【００７８】また、上記の各実施の形態においては、窓
型プローブにおいて壁電位を誘起する部材としてガラス
板を用いているが、必ずしもガラス板である必要はな
く、誘電体であれば良く、例えば、サファイア基板等の
他の誘電体基板を用いても良いものである。

【００７９】また、上記の各実施の形態においては、窓
型プローブにのぞき窓の機能を持たせるために全体を透
明部材で構成しているが、必ずしも全てを透明部材で構
成する必要はなく、例えば、プローブ電極をＡｌやＡｕ
で形成しても良いものである。その場合には、プローブ
電極を小さな円盤状電極とする或いは円環状の電極とす
ることによって、のぞき窓の機能を持たせることができ
る。

【００８０】また、窓型プローブにのぞき窓の機能を持
たせることは必ずしも必須ではなく、その場合には、窓
型プローブの少なくとも一部を不透明部材で形成しても
良いものである。

【００８１】また、窓型プローブのプローブ電極は必ず
しも面状に広がった電極である必要はなく、線状の電極
をガラス板に貼り付けてもプローブとして機能すること
は言うまでもない。

【００８２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の窓型プロー
ブとプラズマ監視装置により、プラズマの状態変化を壁
電位の平均電位、電位の振動波形の測定により確認する
ことができ、また、異常放電等の異常等の検出も簡便に
行うことが可能になり、特に、窓型プローブをのぞき窓
としても機能させることができる、プラズマ処理装置の
状態を自動的に知ることができ、それによって、プラズ
マ処理装置を自動的に停止したり、プラズマを制御した
りすることにより不良品の作りこみ防止の効果があるも
のである。

【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】本発明の第１の実施の形態の窓型プローブ付き
プラズマ処理装置の概略的構成図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に用いる窓型プロー
ブの概略的構成図である。

【図４】ＲＦ放電における窓型プローブの検出波形の説
明図である。

【図５】ＲＦ放電で入力電力が変動している場合の窓型
プローブの検出波形の説明図である。

【図６】ＲＦ放電での装置異常によりＲＦ電源を即断し
た場合の窓型プローブの検出波形の説明図である。

【図７】本発明の第１の実施の形態における窓型プロー
ブによる検出波形の処理方法の説明図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の異常放電監視装置
付きプラズマ処理装置の概略的構成図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態におけるＤＣ放電で
の異常放電時の窓型プローブの検出波形の説明図であ
る。

【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるＲＦ放電
での異常放電時の窓型プローブの検出波形の説明図であ
る。

【図１１】本発明の第３の実施の形態の異常放電監視装
置付きプラズマ処理装置の概略的構成図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態における異常放電
検出方法の説明図である。

【図１３】本発明の第４の実施の形態の窓型プローブの
概略的構成図である。

【符号の説明】

１誘電体部材２プローブ電極３絶縁部材４電磁シールド部材５導電性支持部材６インピーダンス整合手段１１プロセスチャンバー１２ガス導入口１３排気口１４プローブ取付け部１５下部電極１６Ｓｉウェハ１７上部電極１８整合器１９高周波電源２０接地配線２１プラズマ２２プラズマ２４異常放電２５ＡＥセンサ２６ＡＥセンサ２７ＡＥセンサ３０窓型プローブ３１ガラス板３２プローブ電極３３透明絶縁膜３４ＩＴＯシールド３５インピーダンス変換器３６防着ガラス板４０デジタルオシロスコープ５０プラズマ監視装置５１Ａ／Ｄ変換部５２データ処理部５３フィルター処理部５４異常放電検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K029 DA03 EA06 EA09 4K030 FA03 JA17 KA30 KA37 KA39 5F004 AA16 BA04 BD01 BD04 CB05 5F045 AA08 BB20 EB02 EC01 EC03 GB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマに対向する面の少なくとも一部
に開口部が設けられた導電性支持部材と、前記導電性支
持部材の開口部に設置された片側表面にプローブ電極を
有する誘電体部材とを少なくとも有することを特徴とす
る窓型プローブ。
【請求項２】上記プローブ電極に、インピーダンス整
合手段を接続したことを特徴とする請求項１記載の窓型
プローブ。
【請求項３】上記誘電体部材が、光学的に透明なガラ
スからなることを特徴とする請求項１または２に記載の
窓型プローブ。
【請求項４】上記プローブ電極が、光学的に透明な導
電性物質からなることを特徴とする請求項３記載の窓型
プローブ。
【請求項５】上記導電性支持部材に設けた開口部が、
のぞき窓の機能を有することを特徴とする請求項１乃至
４のいずれか１項に記載の窓型プローブ。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
窓型プローブを用いたプラズマ監視装置において、前記
窓型プローブの出力端に、電圧波形を計測する電圧波形
計測部を具備してなることを特徴とするプラズマ監視装
置。
【請求項７】上記電圧波形計測部により検出した電圧
波形の周期的な波形の変化の不一致量を検出してプラズ
マの安定性を検出するプロセスモニタ機構を有すること
を特徴とする請求項６記載のプラズマ監視装置。
【請求項８】上記電圧波形計測部により検出した電圧
波形の変化によりプラズマの異常放電を検出する異常放
電モニタ機構を有することを特徴とする請求項６記載の
プラズマ監視装置。
【請求項９】請求項６乃至８のいずれか１項に記載の
プラズマ監視装置を備えたことを特徴とするプラズマ処
理装置。
【請求項１０】上記開口部が設けられた導電性支持部
材が、反応容器ののぞき窓を構成するフランジ部であ
り、上記誘電体部材がフランジ部を密閉する透明ガラス
板であることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理
装置。