JP2006128304A - プラズマ処理装置、該装置の異常放電検出方法、プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 異常放電を精度良く検出することができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 プラズマ処理装置２は、超音波センサ４１と、電位プローブ５０と、ＣＰＵを有するパーソナルコンピュータ５２とを備え、ＣＰＵは、電位プローブ５０に電位変動を検出させ、さらに、超音波センサ４１に超音波を検出させ、電位変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出されたと判別した場合に、異常放電が発生したと判別する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、プラズマ処理装置、該装置の異常放電検出方法、プログラム、及び記憶媒体に関する。

通常、半導体ウエハやフラットディスプレイパネル等の基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置は、基板を収容する収容室（以下「チャンバ」という。）を備える。この基板処理装置では、チャンバ内に処理ガスを導入し且つチャンバ内に高周波電力を印加することによって処理ガスからプラズマを発生させ、該プラズマによって基板にプラズマ処理を施す。

このチャンバ内に高周波電力を印加するとき、種々の要因に基づいて異常放電、例えばアーキングが発生することがある。この異常放電は、基板やチャンバ内に配置された構成部品にダメージを与える。具体的には、基板としての半導体ウエハの表面にクラックやノッチ等を発生させ、又は、構成部品を焼損させる。また、該異常放電はチャンバ内の構成部品、例えば、上部電極に付着したデポジット等を剥離させてパーティクルを発生させる。

これらの半導体ウエハや構成部品の損傷、及びパーティクルの発生を防止するために、異常放電を早期に検出し、該異常放電が検出されたときにはプラズマ処理装置の動作を停止する必要がある。

そのため、従来より異常放電を早期に検出する方法が開発されている。このような方法として、例えば、チャンバ内の電極に接続された給電棒の電流値をモニタする方法や、該電極からの高周波電圧の反射波をモニタする方法等があるが、これらの方法は感度が悪く、特に、微小な異常放電を検出することができない。

そこで、近年、異常放電時のＡＥ（Acoustic Emission）事象を検出する方法が開発されている。この方法では、異常放電時のエネルギー放出に起因して超音波を検出する超音波センサを用いる。

この方法を用いる装置として、チャンバの外壁に複数の超音波センサを備え、該センサによって異常放電時のエネルギー放出に起因する超音波を検出する装置や、半導体ウエハを載置する載置台としてのサセプタ又は載置された半導体ウエハの周辺に配されたフォーカスリングに当接する複数の音響プローブと、該音響プローブを伝播する超音波を検出する超音波検出部とを備え、これにより上記超音波を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、これらの装置では超音波センサが超音波を信号として検出する。
特開２００３−１００７１４号公報

しかしながら、超音波センサは異常放電時のエネルギー放出に起因する超音波だけでなく、プラズマ処理装置のゲートバルブの開閉等に起因する機械的振動によるノイズも信号として検出するため、異常放電を精度良く検出することが困難である。そのため、超音波センサが異常放電に起因する超音波を検出したのか、機械的振動によるノイズを検出したのかを区別する必要がある。ここで、異常放電に起因する超音波と機械的振動によるノイズの周波数分布が異なることが予想されたため、上記区別のためには超音波センサによって検出された信号の周波数解析が有効と考えられていた。

ところが、近年、本発明者による実験により、異常放電に起因する超音波の周波数分布がプラズマ処理装置における異常放電発生箇所によって変化することが明らかになった。また、或るプラズマ処理装置とは別のプラズマ処理装置では、異常放電に起因する超音波の周波数分布が或るプラズマ処理装置における超音波の周波数分布と異なることも予想されている。

したがって、超音波センサによって検出された信号の周波数解析によって超音波センサが異常放電に起因する超音波を検出したのか、機械的振動によるノイズを検出したのかを区別することは困難であり、依然として、プラズマ処理装置の異常放電を精度良く検出することは困難である。

本発明の目的は、異常放電を精度良く検出することができるプラズマ処理装置、該装置の異常放電検出方法、プログラム、及び記憶媒体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置において、電位変動を検出する電位変動検出手段と、超音波を検出する超音波検出手段と、前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記超音波検出手段は、前記配管の側面及び前記収容室の外壁にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記電極に接続されて該電極に高周波電力を供給する給電棒をさらに備え、前記超音波検出手段が前記給電棒に設けられていることを特徴とする。

請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記電位変動検出手段は、前記電位変動によって誘起された電圧の高周波成分を除去する高周波成分除去手段を有することを特徴とする。

請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記電位変動検出手段及び前記超音波検出手段が一体化されていることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項６記載のプラズマ処理装置は、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置において、前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出手段と、超音波を検出する超音波検出手段と、前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別手段とを備えることを特徴とする。

請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項６記載のプラズマ処理装置において、前記発光変動検出手段は前記収容室内の総発光強度の変動を検出することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項８記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法は、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法であって、電位変動を検出する電位変動検出ステップと、超音波を検出する超音波検出ステップと、前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別ステップとを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法は、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法において、前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出ステップと、超音波を検出する超音波検出ステップと、前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別ステップとを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１０記載のプログラムは、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置のプログラムをコンピュータに実行させるプログラムであって、電位変動を検出する電位変動検出モジュールと、超音波を検出する超音波検出モジュールと、前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１１記載のプログラムは、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置のプログラムをコンピュータに実行させるプログラムであって、前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出モジュールと、超音波を検出する超音波検出モジュールと、前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１２記載の記憶媒体は、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法を実行させるプログラムを格納するコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、電位変動を検出する電位変動検出モジュールと、超音波を検出する超音波検出モジュールと、前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１３記載の記憶媒体は、基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法を実行させるプログラムを格納するコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出モジュールと、超音波を検出する超音波検出モジュールと、前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有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、請求項８記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法、請求項１０記載のプログラム及び請求項１２記載の記憶媒体によれば、電位変動が検出され且つ超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別される。ここで、機械的振動によるノイズに起因して電位変動が発生することはない。したがって、異常放電に起因する超音波を検出したのか、機械的振動によるノイズを検出したのかを区別することができ、もって異常放電を精度良く検出することができる。

請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、配管の側面及び収容室の外壁において超音波が検出されるので、異常放電の発生箇所を特定することができる。

請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、電極に高周波電力を供給する給電棒において超音波が検出されるので、電極の近傍で発生する異常放電を検出することができる。

請求項４記載のプラズマ処理装置によれば、検出された電位変動によって誘起された電圧から高周波成分が除去されるので、プラズマに関連する要因以外の要因による電位変動を除去することができ、もって異常放電をより精度良く検出することができる。

請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、電位変動検出手段及び超音波検出手段が一体化されているので、同一箇所において電位変動と超音波とを検出することができ、さらに異常放電を精度良く検出することができる。

請求項６記載のプラズマ処理装置、請求項９記載のプラズマ処理装置の異常放電検出方法、請求項１１記載のプログラム及び請求項１３記載の記憶媒体によれば、収容室内の発光強度の変動が検出され且つ超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別される。ここで、機械的振動によるノイズに起因して発光強度が変動することはない。したがって、異常放電に起因する超音波を検出したのか、機械的振動によるノイズを検出したのかを区別することができ、もって異常放電を精度良く検出することができる。

請求項７記載のプラズマ処理装置によれば、発光変動検出手段は収容室内の総発光強度の変動を検出するので、発光強度の検出を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置及び該装置の異常放電検出方法について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。

図１において、エッチング処理を半導体ウエハに施すプラズマ処理装置２は、金属製、例えば、アルミニウム又はステンレス鋼製の円筒型チャンバ１０を有し、該チャンバ１０内には、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハＷを載置するステージとしての円柱状のサセプタ１１が配置されている。該チャンバ１０は、チャンバ１０の内部と外部とを連通するメンテナンス用開口部（図示しない）及び該開口部を自在に開閉するメンテナンス用蓋（図示しない）を有する。

チャンバ１０の側壁とサセプタ１１との間には、サセプタ１１上方の気体をチャンバ１０の外へ排出する流路として機能する排気路１２が形成される。この排気路１２の途中には環状のバッフル板１３が配置され、排気路１２のバッフル板１３より下流の空間は、可変式バタフライバルブである自動圧力制御弁（Automatic Pressure Control Valve）（以下「ＡＰＣ」という）１４に連通する。ＡＰＣ１４は、真空引き用の排気ポンプであるターボ分子ポンプ（以下「ＴＭＰ」という）１５に接続され、さらに、ＴＭＰ１５を介して排気ポンプであるドライポンプ（以下「ＤＰ」という）１６に接続されている。ＡＰＣ１４、ＴＭＰ１５及びＤＰ１６によって構成される排気流路を以下「本排気ライン」と称するが、この本排気ラインは、ＡＰＣ１４によってチャンバ１０内の圧力制御を行うだけでなくＴＭＰ１５及びＤＰ１６によってチャンバ１０内をほぼ真空状態になるまで減圧する。

また、上述した排気路１２のバッフル板１３より下流の空間は、本排気ラインとは別の排気流路（以下「粗引きライン」という）に接続されている。この粗引きラインは、上記空間とＤＰ１６とを連通させる、直径が例えば、２５ｍｍである排気管１７と、排気管１７の途中に配置されたバルブＶ２とを備える。このバルブＶ２は、上記空間とＤＰ１６とを遮断することができる。粗引きラインはＤＰ１６によってチャンバ１０内の気体を排出する。

サセプタ１１には高周波電源１８が給電棒４０及び整合器１９を介して接続されており、高周波電源１８は、所定の高周波電力をサセプタ１１に供給する。これにより、サセプタ１１は下部電極として機能する。また、整合器１９は、サセプタ１１からの高周波電力の反射を低減して該高周波電力のサセプタ１１への供給効率を最大にする。

サセプタ１１の内部上方には、半導体ウエハＷを静電吸着力で吸着するための導電膜からなる円板状の電極板２０が配置されている。電極板２０には直流電源２２が電気的に接続されている。半導体ウエハＷは、直流電源２２から電極板２０に印加された直流電圧により発生するクーロン力又はジョンソン・ラーベック(Johnsen-Rahbek)力によってサセプタ１１の上面に吸着保持される。また、サセプタ１１の上方にはシリコン（Ｓｉ）等から成る円環状のフォーカスリング２４が配置され、該フォーカスリング２４はサセプタ１１の上方に発生したプラズマを半導体ウエハＷに向けて収束させる。

サセプタ１１の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２５が設けられている。この冷媒室２５には、チラーユニット（図示せず）から配管２６を介して所定温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給され、当該冷媒の温度によってサセプタ１１上に配置された半導体ウエハＷの処理温度が制御される。

サセプタ１１の上面において半導体ウエハＷが吸着される部分（以下、「吸着面」という）には、複数の伝熱ガス供給孔２７及び伝熱ガス供給溝（図示せず）が配されている。これらの伝熱ガス供給孔２７等は、サセプタ１１内部に配置された伝熱ガス供給ライン２８を介して伝熱ガス供給部２９に接続され、該伝熱ガス供給部２９は伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスを、吸着面と半導体ウエハＷの裏面との間隙に供給する。この伝熱ガス供給部２９は吸着面と半導体ウエハＷの裏面との間隙を真空引き可能に構成されている。

また、吸着面には、サセプタ１１の上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン３０が配置されている。これらのプッシャーピン３０は、モータ（図示せず）の回転運動がボールねじ等によって直線運動に変換されることにより、図中上下方向に移動する。半導体ウエハＷにエッチング処理を施すために半導体ウエハＷを吸着面に吸着保持するときには、プッシャーピン３０はサセプタ１１に収容され、エッチング処理が施された半導体ウエハＷをチャンバ１０から搬出するときには、プッシャーピン３０はサセプタ１１の上面から突出して半導体ウエハＷをサセプタ１１から離間させて上方へ持ち上げる。

チャンバ１０の天井部には、シャワーヘッド３３が配置されている。シャワーヘッド３３には整合器１１８を介して高周波電源１１７が接続されており、高周波電源１１７は所定の高周波電力をシャワーヘッド３３に供給するので、シャワーヘッド３３は上部電極として機能する。なお、整合器１１８の機能は上述した整合器１９の機能と同じである。

シャワーヘッド３３は、多数のガス通気孔３４を有する下面の電極板３５と、該電極板３５を着脱可能に支持する電極支持体３６とを有する。また、該電極支持体３６の内部にバッファ室３７が設けられ、このバッファ室３７には処理ガス供給部（図示せず）からの処理ガス導入管（配管）３８が接続されている。この処理ガス導入管３８の途中には配管インシュレータ３９が配置されている。この配管インシュレータ３９は絶縁体からなり、シャワーヘッド３３へ供給された高周波電力が処理ガス導入管３８によって処理ガス供給部へリークするのを防止する。

また、チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口３１を開閉するゲートバルブ５が取り付けられている。

このプラズマ処理装置２のチャンバ１０内では、上述したように、サセプタ１１及びシャワーヘッド３３に高周波電力が供給され、サセプタ１１及びシャワーヘッド３３がチャンバ１０内に高周波電力を印加することによってサセプタ１１及びシャワーヘッド３３の間の空間Ｓにおいて処理ガスから高密度のプラズマが発生し、イオンやラジカルが生成される。

このプラズマ処理装置２では、エッチング処理の際、先ずゲートバルブ５を開弁し、加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入してサセプタ１１の上に載置する。そして、シャワーヘッド３３より処理ガス（例えば、所定の流量比率のＣ₄Ｆ₈ガス、Ｏ₂ガス及びＡｒガスから成る混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、ＡＰＣ１４等によりチャンバ１０内の圧力を所定値にする。さらに、サセプタ１１及びシャワーヘッド３３によりチャンバ１０内に高周波電力を印加する。このとき、シャワーヘッド３３より導入された処理ガスは上述したようにプラズマ化する。また、直流電源２２より直流電圧を電極板２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１１上に吸着させる。プラズマにより生成されるラジカルやイオンは、フォーカスリング２４によって半導体ウエハＷの表面に収束され、半導体ウエハＷの表面を物理的又は化学的にエッチングする。

上述したように、通常、チャンバ１０内等において発生する異常放電、特にアーキングを検出するためには超音波センサ（超音波検出手段）が用いられる。超音波センサは、チャンバ１０内等において発生する超音波を検出することができる。一方、異常放電が発生した時には、エネルギー放出に起因して超音波が発生する。したがって、超音波センサはチャンバ１０内において発生した超音波を検出することによって異常放電を検出する。

図２は、超音波センサの概略構成を示す断面図である。

図２において、超音波センサ４１は、絶縁体、例えば、Ａl_２Ｏ_３等からなる平板状の受波板４２と、該受波板４２に銀蒸着膜４３を介して装着されたピエゾ素子（チタン酸ジルコン酸鉛磁器）４４と、該ピエゾ素子４４を覆うように受波板４２に装着される、金属、例えば、アルミやステンレスからなる筐体状のシールドケース４５と、該シールドケース４５の側壁を貫通するコネクタ４６と、一端が銀蒸着膜４７を介してピエゾ素子４４に接続され、且つ他端がコネクタ４６のシールドケース４５内部に露出した部分に接続される内部配線４８と、一端がコネクタ４６のシールドケース４５外部に露出した部分に接続され、且つ他端が後述するＰＣ５２に接続される外部配線４９とを備える。ピエゾ素子４４は、電圧を印加すると伸縮する圧電セラミックであり、超音波等の物理的な振動を受けると該振動を電圧に変換して信号を発振する。

超音波センサ４１は、例えば、受波板４２をチャンバ１０の外壁に密着させることによってチャンバ１０に装着される。また、超音波センサ４１はチャンバ１０の外壁を伝播するチャンバ１０内の異常放電に起因する超音波を、受波板４２を介してピエゾ素子４４によって受波し、該ピエゾ素子４４が受波した超音波を信号に変換し、該信号を内部配線４８、コネクタ４６及び外部配線４９を介してＰＣ５２に伝達する。

この超音波センサ４１は、プラズマ処理装置２において異常放電の発生が予測される構成部品、例えば、チャンバ１０や配管インシュレータ３９の外部に装着される。装着した構成部品によっては該構成部品から超音波センサ４１へのリーク電流が流れ、超音波センサ４１が異常放電を正確に検出できない虞があるが、超音波センサ４１では、絶縁体からなる受波板４２がリーク電流を遮断するので、超音波センサ４１は異常放電を正確に検出することができる。受波板４２に用いられる絶縁体としては、上述したＡl_２Ｏ_３に限られず、ＳｉＯ_２等のセラミック、Ｓｉ単体、又は四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等、超音波を伝達可能な絶縁体を用いることができる。

この超音波センサ４１は、上述した構成を有するので、チャンバ１０内で発生した異常放電に起因する超音波だけでなく、ゲートバルブ５の開閉等に起因する機械的振動によるノイズも検出する。したがって、超音波センサ４１が異常放電に起因する超音波を検出したのか、機械的振動によるノイズを検出したのかを区別する必要がある。

異常放電に起因する超音波と機械的振動によるノイズとの区別のためには、検出された信号の分析が有効と考えられたため、本発明者は異常放電に起因する超音波及び機械的振動によるノイズを測定した。

図３は、超音波センサによって測定されたプラズマ処理装置において発生した超音波等から変換された信号を示すグラフであり、図３（Ａ）はプラズマ処理装置の定常状態におけるバックグラウンドノイズから変換された信号を示すグラフであり、図３（Ｂ）は配管インシュレータにおいて発生した異常放電に起因する超音波から変換された信号を示すグラフであり、図３（Ｃ）はゲートバルブの開閉に起因する機械的振動によるノイズから変換された信号を示すグラフである。図３（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸は時間を表し、縦軸は信号の強度、すなわち電圧を表す。

図３（Ａ）と図３（Ｂ），（Ｃ）とを比較すると、異常放電発生時や機械的振動によるノイズ発生時には大きい振幅の信号が得られることが分かった。但し、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）における信号の振幅はほぼ同じであるため、信号の振幅を分析することによって異常放電に起因する超音波と機械的振動によるノイズとを区別することができないことが分かった。

また、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）を比較すると、信号の形態、特に持続時間が異なるため、持続時間を分析することによって異常放電に起因する超音波と機械的振動によるノイズとを区別することが可能と考えられた。

ところが、本発明者がチャンバ１０内において発生した異常放電（以下「チャンバ内異常放電」という。）に起因する超音波を超音波センサ４１によって測定したところ、図１４に示すように、該超音波から変換された信号の持続時間は、図３（Ｂ）における信号の持続時間と大幅に異なることを発見した。具体的には、配管インシュレータ内において発生した異常放電（以下「配管インシュレータ内異常放電」という。）に起因する超音波はパルス状であって短時間しか持続しないのに対し、チャンバ内異常放電に起因する超音波は、図１４に示すように、一定時間に亘って持続し、寧ろ、ゲートバルブの開閉に起因する超音波と同じように持続することが分かった。したがって、信号の持続時間によって超音波と機械的振動によるノイズとを区別することができないことが分かった。

そこで、本発明者は、異常放電に起因する超音波と機械的振動によるノイズとの区別に超音波センサによって検出された信号の周波数解析を適用することを考慮し、給電棒４０に超音波センサ４１を装着し、チャンバ内異常放電に起因する超音波及び機械的振動によるノイズを測定した。

図４は、図１のプラズマ処理装置の給電棒に装着された超音波センサによって測定された超音波等の周波数分布を示すグラフであり、図４（Ａ）は異常放電に起因する超音波の周波数分布を示すグラフであり、図４（Ｂ）は機械的振動によるノイズの周波数分布を示すグラフである。図４（Ａ）及び（Ｂ）において、横軸は周波数を表し、縦軸は振幅を表す。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）とを比較すると、異常放電に起因する超音波と機械的振動によるノイズの周波数分布は互いに異なることが分かった。すなわち、異常放電に起因する超音波は２００〜３００ｋＨｚ等の高周波成分を有するのに対し、機械的振動によるノイズは高周波成分を有していないことが分かった。

ところが、発明者がプラズマ処理装置２と類似の構成を有するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）装置における配管インシュレータに超音波センサ４１を装着して、該配管インシュレータ内異常放電に起因する超音波を測定したところ、該測定された超音波の周波数分布は、図４（Ａ）における周波数分布と大幅に異なることを発見した。具体的には、図４（Ａ）に示すようにチャンバ内異常放電に起因する超音波は高周波成分を有するのに対し、配管インシュレータ内異常放電に起因する超音波は機械的振動によるノイズと同様に高周波成分を有していないことが分かった。したがって、超音波センサによって検出された信号の周波数解析によって異常放電に起因する超音波と機械的振動によるノイズとを区別することができないことが分かった。

以上のように、異常放電に起因する超音波はプラズマ処理装置における発生箇所及び測定箇所に応じて周波数分布が変化することが分かった。このメカニズムについては、明瞭に説明するのが困難であるが、上記比較の結果より、本発明者は、以下に説明する仮説を類推するに至った。

チャンバ１０の側壁等を伝播する超音波は縦振動波であるところ、異常放電の発生箇所や超音波センサ４１の装着箇所が変わると、異常放電の発生箇所から超音波センサ４１の装着箇所までの距離、すなわち、振動を伝達する構造物の代表長が変わるため、固有振動数が変化する。また、高周波の振動波は固体中において減衰し易いため、異常放電の発生箇所から超音波センサ４１の装着箇所までの距離が長いと、振動波における高周波成分は減衰する。

さらに、異常放電の発生箇所から超音波センサ４１の装着箇所までに配置された構成部品の材料が変わると、縦振動伝達系の剛性も変化するため、固有振動数が変化する。これらの要因により、異常放電に起因する超音波は発生箇所及び測定箇所に応じて周波数分布が変化する。

上記代表長は、プラズマ処理装置の仕様が変更された場合、例えば、シャワーヘッド３３及びサセプタ１１間の距離（ＧＡＰ）の変更に伴いチャンバ１０の高さが変更された場合において変化するため、上述した仮説によれば、プラズマ処理装置の仕様が変更されたときにも、異常放電に起因する超音波の周波数分布が変化する。そのため、或るプラズマ処理装置における超音波センサによって検出された信号の周波数解析による異常放電の検出方法は、仕様が変更された、若しくは仕様が異なるプラズマ処理装置に適用できない。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置２は、これらに対応して、超音波センサ４１に加え、電位変動検出手段としての電位プローブ５０を備える。

図５は、図１のプラズマ処理装置における超音波センサ及び電位プローブの配置状況を示す図である。

図５において、プラズマ処理装置２は、５つの超音波センサ４１と、１つの電位プローブ５０と、ＣＰＵ（異常放電判別手段）を有するパーソナルコンピュータ（以下「ＰＣ」という。）５２とを備える。

超音波センサ４１ａは配管インシュレータ３９の側面に装着され、超音波センサ４１ｂ，ｃはチャンバ１０の中心に関して対称となるようにチャンバ１０の外壁に装着され、超音波センサ４１ｄはチャンバ１０の下方に装着され、超音波センサ４１ｅは後述する給電棒固定用治具６２に装着される。また、電位プローブ５０はチャンバ１０の外壁に装着される。

プラズマ処理装置２において超音波センサ４１がチャンバ１０の外壁以外に装着される理由は以下の通りである。
（１）配管インシュレータ３９の側壁について
チャンバ１０内に高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラズマ着火時に、処理ガス導入管３８内において異常放電が発生すると、処理ガス導入管３８における配管インシュレータ３９等の構成部品が溶損して損傷することがある。しかしながら、処理ガス導入管３８内は外部から視認不可能であり、チャンバ１０の様にメンテナンス用蓋を有していないため、構成部品の損傷を発見することが困難である。そのため、構成部品の損傷が進行して該構成部品の破壊に至る。

構成部品の破壊を防止するために、構成部品の損傷を発見すること、すなわち、異常放電を検出する必要があり、これに対応してプラズマ処理装置２では、配管インシュレータ３９の側面に超音波センサ４１ａが装着される。
（２）給電棒固定用治具６２について
チャンバ１０内に高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラズマ着火時には、高周波電力が供給される下部電極としてのサセプタ１１の近傍で最も異常放電が発生し易いため、サセプタ１１は静電破壊し易い。

サセプタ１１の静電破壊を防止するためには、サセプタ１１に固定的に接続された高周波電力供給系における超音波を検出する必要があり、これに対応してプラズマ処理装置２では、数ｋＶの高周波電力をサセプタ１１に供給する高周波電力供給系である給電棒４０に設けられた給電棒固定用治具６２に超音波センサ４１ｅが装着される。

図６は、図１のプラズマ処理装置における高周波電力供給系の概略構成を示す図であり、図６（Ａ）は高周波電力供給系の斜視図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における線VI−VIに沿う断面図である。

図６において、給電棒４０には給電棒固定用治具６２が配置され、該給電棒固定用治具６２の図中上方には絶縁カバー６３が配置されている。

給電棒固定用治具６２は、上部が除去された円錐状のＰＴＦＥからなる絶縁性部品であり、中心軸に沿って当該給電棒固定用治具６２を貫通する嵌合用孔（図示しない）を有し、該嵌合用孔に給電棒４０を挿入させることによって給電棒４０と嵌合する。また、給電棒固定用治具６２は、その下方にフランジ部６４を有する。このフランジ部６４の側面に超音波センサ４１ｅが装着される。絶縁カバー６３は円筒状の絶縁性部材であり、その下端が給電棒固定用治具６２のフランジ部６４によって担持される。絶縁カバー６３は給電棒４０の上部を覆い、外部から絶縁する。

これにより、高周波電力供給系は給電棒４０を外部から絶縁しつつサセプタ１１近傍で発生した異常放電に起因する超音波を給電棒固定用治具６２に伝達する。超音波センサ４１ｅは給電棒固定用治具６２に伝達された超音波を検出する。

上述した高周波電力供給系では、給電棒固定用治具６２がＰＴＦＥによって構成されたが、給電棒固定用治具６２を構成する材料はこれに限られず、Ａl_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等のセラミック、又はＳｉ単体等、超音波を伝達可能な絶縁体を用いることができる。
（３）チャンバ１０の下方について
異常放電に起因する超音波の振幅は伝達経路の長さに応じて減衰するため、超音波センサ４１を、一方の異常放電の発生箇所、例えば、配管インシュレータ３９から遠く、且つ他方の異常放電の発生箇所、例えば、サセプタ１１から近い場所に配置することによってどちらの箇所において異常放電が発生したのかを判別することができる。すなわち、検出された超音波の振幅が小さいときには、配管インシュレータ３９内において異常放電が発生したと判別し、検出された超音波の振幅が大きいときには、サセプタ１１の近傍において異常放電が発生したと判別することができる。

これに対応して、プラズマ処理装置２ではチャンバ１０の下方に超音波センサ４１ｅが装着される。

また、プラズマ処理装置２は、異常放電の発生が予測される複数の箇所のぞれぞれに超音波センサ４１を有するため、いずれの箇所で異常放電が発生したのかを正確に判別することができる。なお、プラズマ処理装置２が備える超音波センサ４１は１つであってもよい。この場合、最も異常放電が発生しやすいサセプタ１１の近傍、例えば、チャンバ１０の外壁や高周波電力供給系に超音波センサ４１を装着するのが好ましい。

図５に戻り、プラズマ処理装置２では、各超音波センサ４１が外部配線４９によってＰＣ５２に接続され、電位プローブ５０がプリアンプ５１やアンプ（図示しない）を介して導線５７によってＰＣ５２に接続される。各超音波センサ４１は検出した超音波を信号に変換してＰＣ５２に送信し、電位プローブ５０は検出した電位変動を信号に変換してＰＣ５２に送信する。

図７は、図５における電位プローブの概略構成を示す断面図である。

図７において、電位プローブ５０は、平板状のアルミ板５３と、閉塞端５４ａ及び開放端５４ｂを有し且つアルミ板５３を垂直に貫通する石英管５５と、該石英管５５の長さ方向における中央部を覆うフェライトコア（高周波成分除去手段）５６と、石英管５５の開放端５４ｂから挿入されて閉塞端５４ａに達する導線５７とを備える。

この電位プローブ５０は、石英管５５の閉塞端５４ａ側をチャンバ１０の外壁に設けられた電位変動計測用穴５８に挿入するように、チャンバ１０の外壁に装着されるが、石英管５５の閉塞端５４ａ側におけるアルミ板５３からの突出量は、チャンバ１０の外壁の厚さより大きいので、石英管５５の閉塞端５４ａはチャンバ１０内へ露出する。

また、電位プローブ５０がチャンバ１０の外壁に装着される場合、アルミ板５３及びチャンバ１０の外壁の間、並びにアルミ板５３におけるチャンバ１０の外壁と対向しない面における石英管５５との交差部にはＣ−ＮＢＲ等の耐熱ゴムからなるＯリング５９ａ，ｂが配されるので、チャンバ１０内へ外部から空気等が侵入するのを防止できる。

チャンバ１０の外壁に装着された電位プローブ５０における導線５７には、高周波印加時におけるチャンバ１０内の電位変動によって誘起電圧が発生し、該誘起電圧はプリアンプ５１やアンプによって増幅され、信号としてＰＣ５２に送信される。これにより、電位プローブ５０はチャンバ１０内の電位変動を検出する。また、石英管５５の中央部を覆うフェライトコア５６は、導線５７を伝播する誘起電圧の高周波成分を除去する。

ところで、異常放電は必ずチャンバ１０内のプラズマの揺らぎを伴い、プラズマの揺らぎはチャンバ１０の内壁の電位を変動させるので、異常放電が発生するとチャンバ１０の内壁近傍の電位変動が発生する。ここで、上述したように、電位プローブ５０はチャンバ１０内の電位変動を検出可能であるので、異常放電を検出することができる。

また、チャンバ１０内の電位変動は機械的振動によるノイズによって発生しないため、電位プローブ５０は機械的振動によるノイズを検出することがない。一方、プラズマの揺らぎが発生するとチャンバ１０の内壁の電位変動が発生するが、プラズマの揺らぎが発生しても必ずしも異常放電は発生しないため、電位プローブ５０は異常放電を伴わないプラズマの揺らぎに起因する電位変動まで検出してしまう。そのため、電位プローブ５０だけでは異常放電を正確に検出することができない。なお、プラズマの揺らぎではエネルギーの放出が発生しないため、超音波が発生することが無く、超音波センサ４１はプラズマの揺らぎを検出することがない。

これに対応して、プラズマ処理装置２では、ＰＣ５２のＣＰＵが、電位プローブ５０による電位変動の検出結果、及び超音波センサ４１による超音波の検出結果に基づいて異常放電を検出する。ここで、電位プローブ５０は機械的振動によるノイズを検出することはなく、超音波センサ４１はプラズマの揺らぎを検出することがないため、電位プローブ５０が電位変動を検出したタイミングと同じタイミングで超音波センサ４１が超音波を検出したときは、異常放電が発生したときと考えられる。したがって、ＰＣ５２のＣＰＵは、電位プローブ５０が電位変動を検出し且つ超音波センサ４１が超音波を検出したときに、異常放電が発生したと判別する。

図８は、図５におけるＰＣのＣＰＵが実行する異常放電検出処理のフローチャートである。

図８において、まず、ＰＣ５２のＣＰＵは、電位プローブ５０に電位変動を検出させ、該検出された電位変動をプリアンプ５１やアンプを介して信号に変換してＰＣ５２に送信させる（電位変動検出ステップ）（ステップＳ８１）。

また、ＣＰＵは、超音波センサ４１に超音波を検出させ、該検出された超音波を信号に変換してＰＣ５２に送信させる（超音波検出ステップ）（ステップＳ８２）。

そして、ＣＰＵは、電位プローブ５０及び超音波センサ４１から信号に基づいて電位変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出された否かを判別し（ステップＳ８３）、該判別の結果、電位変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出されたと判別した場合（ステップＳ８３でＹＥＳ）には、異常放電が発生したと判別し（異常放電判別ステップ）（ステップＳ８４）、電位変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出されていないと判別した場合（ステップＳ８３でＮＯ）には、異常放電が発生していないと判別し（ステップＳ８５）、本処理を終了する。

上述したプラズマ処理装置２及び図８の処理によれば、電位プローブ５０によって電位変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波センサ４１によって超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別される。ここで、機械的振動によるノイズに起因して電位変動が発生することはない。したがって、異常放電に起因する超音波を検出したのか、機械的振動によるノイズを検出したのかを区別することができ、もって異常放電を精度良く検出することができる。また、超音波センサによって検出された信号の周波数解析を用いずに異常放電を精度良く検出することができるので、仕様が変更されたプラズマ処理装置、若しくは仕様が異なるプラズマ処理装置においても異常放電を精度良く検出することができる。

上述したプラズマ処理装置２では、配管インシュレータ３９の側面及びチャンバ１０の外壁に超音波センサ４１ａ，ｂ，ｃが装着されるので、異常放電の発生箇所を容易に特定することができ、さらに、高周波電力供給系である給電棒４０に設けられた給電棒固定用治具６２に超音波センサ４１ｅが装着されるので、サセプタ１１の近傍で発生する異常放電を正確に検出することができる。

また、上述したプラズマ処理装置２では、電位プローブ５０において石英管５５の中央部をフェライトコア５６が覆うことにより、導線５７を伝播する誘起電圧の高周波成分が除去されるので、プラズマの揺らぎ以外の要因による電位変動を除去することができ、もって異常放電をより精度良く検出することができる。

なお、電位プローブ５０は、チャンバ１０の外壁だけでなく、プラズマ処理装置２における所望の箇所、例えば、配管インシュレータ３９の側面に装着されてもよい。これにより、該所望の箇所の近傍において発生する異常放電を正確に検出することができる。

また、上述したプラズマ処理装置２では、超音波センサ４１及び電位プローブ５０が個別に装着されたが、超音波センサ及び電位プローブが一体化されていてもよい。

図９は、一体型異常放電検出ユニットの概略構成を示す断面図である。

図９において、一体型異常放電検出ユニット９０は、絶縁体からなる平板状の受波板９１と、該受波板９１に銀蒸着膜９２を介して装着されたピエゾ素子９３と、閉塞端９４ａ及び開放端９４ｂを有し且つ受波板９１を垂直に貫通する石英管９５と、該石英管９５の開放端９４ｂを覆うフェライトコア９６と、該フェライトコア９６を貫通して石英管９５の開放端９４ｂから挿入されて一端が閉塞端９４ａに達し且つ他端が後述するコネクタ１００のシールドケース９８内部側に接続される導線９７と、ピエゾ素子９３及びフェライトコア９６等を覆うように受波板９１に装着される、金属からなる筐体状のシールドケース９８と、該シールドケース９８の側壁を貫通する２つのコネクタ９９，１００と、一端が銀蒸着膜１０１を介してピエゾ素子９３に接続され、且つ他端がコネクタ９９のシールドケース９８内部側に接続される内部配線１０２と、信号処理部１０６とを備える。

該信号処理部１０６は、プリアンプ１０７，１０８と、ＡＮＤ部１０５とを有する。プリアンプ１０７は外部配線１０３によってコネクタ９９のシールドケース９８外部側に接続され、プリアンプ１０８は外部配線１０４によってコネクタ１００のシールドケース９８外部側に接続され、プリアンプ１０７，１０８はそれぞれ内部配線１０９，１１０によってＡＮＤ部１０５に接続され、ＡＮＤ部１０５は外部配線１１１によってＰＣ５２に接続されている。

一体型異常放電検出ユニット９０は、石英管９５の閉塞端９４ａ側をチャンバ１０の外壁に設けられた電位変動計測用穴１１２に挿入し、且つ受波板９１をチャンバ１０の外壁に密着させることによってチャンバ１０に装着される。このとき、石英管９５の閉塞端９４ａ側における受波板９１からの突出量は、チャンバ１０の外壁の厚さより大きいので、石英管９５の閉塞端９４ａはチャンバ１０内へ露出する。

そして、一体型異常放電検出ユニット９０では、導線９７等によって検出されたチャンバ１０内の電位変動が、コネクタ１００、プリアンプ１０８、アンプ（図示しない）及びノイズフィルタ（図示しない）を介し、信号としてＡＮＤ部１０５に送信され、ピエゾ素子９３によって検出された超音波が、コネクタ９９、プリアンプ１０７、アンプ（図示しない）及びノイズフィルタ（図示しない）を介し、信号としてＡＮＤ部１０５に送信される。次いで、送信された２種類の信号はＡＮＤ部１０５によって合成され、合成信号としてＰＣ５２に送信される。これにより、一体型異常放電検出ユニット９０はチャンバ１０の同一箇所において電位変動及び超音波を検出する。すなわち、電位変動及び超音波を同一条件で検出することができるので、異常放電をさらに精度良く検出することができる。

なお、一体型異常放電検出ユニット９０は、プラズマ処理装置２における所望の箇所、例えば、配管インシュレータ３９の側面に装着されてもよい。これにより、該所望の箇所の近傍において発生する異常放電を正確に検出することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置及び該装置の異常放電検出方法について説明する。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置は、その構成、作用が上述した第１の実施の形態のプラズマ処理装置と基本的に同じであり、上述した超音波センサによって検出された信号の周波数解析に伴う問題に対応するために、電位プローブではなく、発光モニタを用いる点で異なるのみである。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置における超音波センサ及び発光モニタの配置状況を示す図である。

図１０において、プラズマ処理装置１１３は、図１のプラズマ処理装置２と同じ構成に加え、５つの超音波センサ４１と、１つの発光モニタ（発光変動検出手段）１１４と、チャンバ１０の側壁に設けられる石英ガラスからなる発光モニタ用窓１１５と、ＰＣ５２とを備える。

発光モニタ用窓１１５は、チャンバ１０内においてエッチング処理中に半導体ウエハＷの上方に発生するプラズマ発光を観測可能な位置に設けられ、発光モニタ１１４は、発光モニタ用窓１１５に対面するように配置される。したがって、発光モニタ１１４は、チャンバ１０内において発生するプラズマ発光を撮像可能である。

プラズマ処理装置１１３では、各超音波センサ４１が外部配線４９によってＰＣ５２に接続され、発光モニタ１１４がケーブル１１６を介してＰＣ５２に接続される。各超音波センサ４１は検出した超音波を信号に変換してＰＣ５２に送信し、発光モニタ１１４は撮像したプラズマ発光を信号に変換してＰＣ５２に送信する。

図１１は、発光モニタによって撮像されたプラズマ発光から変換された信号を示すグラフであり、図１１（Ａ）はプラズマ処理装置の定常状態におけるプラズマ発光から変換された信号を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は異常放電発生時のプラズマ発光から変換された信号を示すグラフである。図１１（Ａ）及び（Ｂ）において、横軸は時間を表し、縦軸は発光強度を表す。また、図１１（Ａ）及び（Ｂ）には、波長２２６ｎｍ及び６５６ｎｍのプラズマ発光が示されている。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）を比較すると、プラズマ発光の波長に関係なく異常放電発生時には発光強度の変動が大きくなること、具体的には発光強度が大きく減少することが分かる。したがって、発光モニタ１１４はチャンバ１０内のプラズマ発光を撮像することによって、異常放電を検出することができる。

また、異常放電発生時には、プラズマ発光の波長に関係なく発光強度の変動が大きくなるので、発光モニタ１１４が撮像するプラズマ発光は所定の波長の発光ではなく、全ての波長を含む発光であってもよい。したがって、発光モニタ１１４はプラズマ発光の総発光強度の変動を検出してもよく、これにより、発光モニタ１１４としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラや光電子増倍管を用いることができ、プラズマ発光の強度変動の検出を容易に行うことができる。

ところで、異常放電は必ずチャンバ１０内のプラズマの揺らぎを伴い、プラズマの揺らぎはチャンバ１０内のプラズマ発光の強度を変化させるので、異常放電が発生するとチャンバ１０内のプラズマ発光の強度変動が発生する。

また、プラズマ発光の強度変動は機械的振動によるノイズによって発生しないため、発光モニタ１１４は機械的振動によるノイズを検出することがない。一方、プラズマの揺らぎが発生するとプラズマ発光の強度変動が発生するが、プラズマの揺らぎが発生しても必ずしも異常放電は発生しないため、発光モニタ１１４は異常放電を伴わないプラズマの揺らぎに起因するプラズマ発光の強度変動まで検出してしまう。そのため、発光モニタ１１４だけでは異常放電を正確に検出することができない。

これに対応して、プラズマ処理装置１１３では、ＰＣ５２のＣＰＵが、発光モニタ１１４によるプラズマ発光の強度変動の検出結果、及び超音波センサ４１による超音波の検出結果に基づいて異常放電を検出する。ここで、発光モニタ１１４は機械的振動によるノイズを検出することはなく、超音波センサ４１はプラズマの揺らぎを検出することがないため、発光モニタ１１４がプラズマ発光の強度変動を検出したタイミングと同じタイミングで超音波センサ４１が超音波を検出したときは、異常放電が発生したときと考えられる。したがって、ＰＣ５２のＣＰＵは、発光モニタ１１４がプラズマ発光の強度変動を検出し且つ超音波センサ４１が超音波を検出したときに、異常放電が発生したと判別する。

図１２は、図１０のプラズマ処理装置が備えるＰＣのＣＰＵが実行する異常放電検出処理のフローチャートである。

図１２において、まず、ＰＣ５２のＣＰＵは、発光モニタ１１４にプラズマ発光の強度変動を検出させ、該検出された強度変動を信号に変換してＰＣ５２に送信させる（発光変動検出ステップ）（ステップＳ１２１）。

また、ＣＰＵは、超音波センサ４１に超音波を検出させ、該検出された超音波を信号に変換してＰＣ５２に送信させる（超音波検出ステップ）（ステップＳ１２２）。

そして、ＣＰＵは、発光モニタ１１４及び超音波センサ４１から信号に基づいてプラズマ発光の強度変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出された否かを判別し（ステップＳ１２３）、該判別の結果、プラズマ発光の強度変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出されたと判別した場合（ステップＳ１２３でＹＥＳ）には、異常放電が発生したと判別し（異常放電判別ステップ）（ステップＳ１２４）、プラズマ発光の強度変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出されていないと判別した場合（ステップＳ１２３でＮＯ）には、異常放電が発生していないと判別し（ステップＳ１２５）、本処理を終了する。

上述したプラズマ処理装置１１３及び図１２の処理によれば、発光モニタ１１４によってプラズマ発光の強度変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波センサ４１によって超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別される。ここで、機械的振動によるノイズに起因してプラズマ発光の強度変動が発生することはない。したがって、異常放電に起因する超音波を検出したのか、機械的振動によるノイズを検出したのかを区別することができ、もって異常放電を精度良く検出することができる。

上述した実施の形態に係るプラズマ処理装置によれば、異常放電を精度良く検出することができるので、高周波電力の値やチャンバ１０内の圧力を変更したときに、異常放電が発生するか否かを容易に検出することができ、もって半導体ウエハＷや構成部品の損傷、及びパーティクルの発生を防止できるプロセスパラメータを容易に決定することができる。例えば、プラズマ処理装置２では、チャンバ１０内に４００Ｗ以上の高周波電力を印加したときに異常放電が検出され、特に６００Ｗの高周波電力を印加したときに異常放電が頻繁に検出されたが、３００Ｗの高周波電力を印加したときには異常放電が全く検出されない。したがって、プラズマ処理装置２では、高周波電力の値を４００Ｗ前後に設定するのがよい。

本発明の目的は、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、ＰＣ５２又は外部サーバに供給し、そのＰＣ５２又は外部サーバのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。この場合、上記プログラムコードは、はインターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続された不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより供給される。

また、ＣＰＵが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、ＰＣ５２又は外部サーバに挿入された機能拡張ボードやＰＣ５２や外部サーバに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。

上述した実施の形態に係るプラズマ処理装置では、異常放電を検出するための手段として、超音波センサと共に電位プローブ又は発光モニタを用いる場合について説明したが、超音波センサと共に用いる異常放電を検出するための手段はこれらに限られず、例えば、サセプタや半導体ウエハＷの吸着用の電極板へ流れる電流の値を計測する電流値モニタ、サセプタからの高周波電力の反射波を計測する反射波モニタ、又は高周波電力の位相の変動を計測する位相モニタを用いてもよい。

また、上述した実施の形態では、プラズマ処理装置がエッチング処理装置である場合について説明したが、本発明が適用可能なプラズマ処理装置はこれに限られず、例えば、塗布現像装置、基板洗浄装置、熱処理装置、蝕刻装置等であってもよい。

さらに、上述した実施の形態では、処理される基板が半導体ウエハであったが、処理される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。

次に、本発明の実施例を具体的に説明する。

まず、プラズマ処理装置２においてエッチング処理における電位変動及び超音波を検出した。また、このとき、目視によってチャンバ１０内におけるアーキングの発生を観察した。そして、該検出された電位変動及び超音波の信号を図１３のグラフに示した。また、アーキングが発生したタイミングを図１３のグラフに楕円で示した。

図１３のグラフにおいて、横軸は時間であり、縦軸は信号の振幅である。また、上側の信号は超音波センサにより検出された超音波の信号であり、下側の信号は電位プローブによって検出された電位変動の信号である。

次いで、ＰＣ５２のＣＰＵに図８の処理を実行させ、該ＣＰＵは電位変動が検出されたタイミングと同じタイミングで超音波が検出されたとき（図中のタイミングＡ〜Ｄ）に、異常放電が発生したと判別した。

図１３に示すように、タイミングＡ〜Ｄは、楕円で示すアーキングが発生したタイミングと一致している。したがって、図８の処理により、異常放電を精度良く検出することができることが分かった。

本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 超音波センサの概略構成を示す断面図である。 超音波センサによって測定されたプラズマ処理装置において発生した超音波等から変換された信号を示すグラフであり、図３（Ａ）はプラズマ処理装置の定常状態におけるバックグラウンドノイズから変換された信号を示すグラフであり、図３（Ｂ）は配管インシュレータにおいて発生した異常放電に起因する超音波から変換された信号を示すグラフであり、図３（Ｃ）はゲートバルブの開閉に起因する機械的振動によるノイズから変換された信号を示すグラフである。 図１のプラズマ処理装置の給電棒に装着された超音波センサによって測定された超音波等の周波数分布を示すグラフであり、図４（Ａ）は異常放電に起因する超音波の周波数分布を示すグラフであり、図４（Ｂ）は機械的振動によるノイズの周波数分布を示すグラフである。 図１のプラズマ処理装置における超音波センサ及び電位プローブの配置状況を示す図である。 図２のプラズマ処理装置における高周波電力供給系の概略構成を示す図であり、図６（Ａ）は高周波電力供給系の斜視図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における線VI−VIに沿う断面図である。 図５における電位プローブの概略構成を示す断面図である。 図５におけるＰＣのＣＰＵが実行する異常放電検出処理のフローチャートである。 一体型異常放電検出ユニットの概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置における超音波センサ及び発光モニタの配置状況を示す図である。 発光モニタによって撮像されたプラズマ発光から変換された信号を示すグラフであり、図１１（Ａ）はプラズマ処理装置の定常状態におけるプラズマ発光から変換された信号を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は異常放電発生時のプラズマ発光から変換された信号を示すグラフである。 図１０のプラズマ処理装置が備えるＰＣのＣＰＵが実行する異常放電検出処理のフローチャートである。 図１のプラズマ処理装置においてエッチング処理の際に検出された電位変動及び超音波の信号と、アーキングの発生タイミングとの関係を示すグラフである。 プラズマ処理装置のチャンバ内で発生した異常放電に起因する超音波から変換された信号を示すグラフである。

符号の説明

Ｗ 半導体ウエハ
２，１１３ プラズマ処理装置
５ ゲートバルブ
１０ チャンバ
１１ サセプタ
１２ 排気路
１３ バッフル板
１４ ＡＰＣ
１５ ＴＭＰ
１６ ＤＰ
１７ 排気管
１８ 高周波電源
１９ 整合器
２０，３５ 電極板
２２ 直流電源
２４ フォーカスリング
２５ 冷媒室
２６ 配管
２７ 伝熱ガス供給孔
２８ 伝熱ガス供給ライン
２９ 伝熱ガス供給部
３０ プッシャーピン
３１ 搬入出口
３３ シャワーヘッド
３４ ガス通気孔
３６ 電極支持体
３７ バッファ室
３８ 処理ガス導入管
３９ 配管インシュレータ
４０ 給電棒
４１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ 超音波センサ
４２，９１ 受波板
４３，４７，９２，１０１ 銀蒸着膜
４４，９３ ピエゾ素子
４５、９８ シールドケース
４６，９９，１００ コネクタ
４８，１０２，１０９，１１０ 内部配線
４９，１０３，１０４，１１１ 外部配線
５０ 電位プローブ
５１，１０７，１０８ プリアンプ
５２ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
５３ アルミ板
５４ａ，９４ａ 閉塞端
５４ｂ，９４ｂ 開放端
５５，９５ 石英管
５６，９６ フェライトコア
５７，９７ 導線
５８，１１２ 電位変動計測用穴
５９ａ，ｂ Ｏリング
６２ 給電棒固定用治具
６３ 絶縁カバー
６４ フランジ部
９０ 一体型異常放電検出ユニット
１０５ ＡＮＤ部
１０６ 信号処理部
１１４ 発光モニタ
１１５ 発光モニタ用窓
１１６ ケーブル

Claims (13)

1. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置において、
   電位変動を検出する電位変動検出手段と、
   超音波を検出する超音波検出手段と、
   前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記超音波検出手段は、前記配管の側面及び前記収容室の外壁にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記電極に接続されて該電極に高周波電力を供給する給電棒をさらに備え、
   前記超音波検出手段が前記給電棒に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記電位変動検出手段は、前記電位変動によって誘起された電圧の高周波成分を除去する高周波成分除去手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記電位変動検出手段及び前記超音波検出手段が一体化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置において、
   前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出手段と、
   超音波を検出する超音波検出手段と、
   前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 前記発光変動検出手段は前記収容室内の総発光強度の変動を検出することを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。
8. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法であって、
   電位変動を検出する電位変動検出ステップと、
   超音波を検出する超音波検出ステップと、
   前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別ステップとを有することを特徴とする異常放電検出方法。
9. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法において、
   前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出ステップと、
   超音波を検出する超音波検出ステップと、
   前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別ステップとを有することを特徴とする異常放電検出方法。
10. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    電位変動を検出する電位変動検出モジュールと、
    超音波を検出する超音波検出モジュールと、
    前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有することを特徴とするプログラム。
11. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出モジュールと、
    超音波を検出する超音波検出モジュールと、
    前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有することを特徴とするプログラム。
12. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法を実行させるプログラムを格納するコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、
    電位変動を検出する電位変動検出モジュールと、
    超音波を検出する超音波検出モジュールと、
    前記電位変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有することを特徴とする記憶媒体。
13. 基板を収容する収容室と、該収容室に配置され且つ前記収容室内に高周波電力を印加する電極と、前記収容室に処理ガスを導入する配管とを備えるプラズマ処理装置の異常放電検出方法を実行させるプログラムを格納するコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、
    前記収容室内の発光強度の変動を検出する発光変動検出モジュールと、
    超音波を検出する超音波検出モジュールと、
    前記発光強度の変動が検出され且つ前記超音波が検出されたときに、異常放電が発生したと判別する異常放電判別モジュールとを有することを特徴とする記憶媒体。

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