(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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って、
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、
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、
前記受信アンテナが、前記窓部の前記絶縁体内に保持されるとともに、その一部が前記絶縁体内から前記チャンバ内に突出している異常放電検出装置。
【請求項２】
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に記載の異常放電検出装置。
【請求項３】
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に記載の異常放電検出装置。
【請求項４】
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方法であって、
前記放電に伴う電磁波を前記窓部の前記絶縁体内に保持されるとともに、一部が前記絶縁体内から前記チャンバ内に突出している受信アンテナを用いて、前記窓部を介して受信し、
この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する、異常放電検出方法。
【請求項５】
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４に記載の異常放電検出方法。
【請求項６】
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４に記載の異常放電検出方法。
【発明の詳細な説明】
【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して、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】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、異常放電の発生の有無を確実に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。
【０００７】
【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、放電に伴う電磁波を窓部の絶縁体内に保持されるとともに、一部が絶縁体内からチャンバ内に突出している受信アンテナと、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（請求項１）。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。なお、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。また、受信アンテナは、窓部の絶縁体内に設けられているため、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。さらに、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られているため、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。
【０００８】
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。
【００１２】
検出手段は、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（請求項２，３）。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。
【００１３】
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。そして、請求項４乃至６記載の異常放電検出方法は、請求項１乃至３記載の異常放電検出装置にそれぞれ対応している。
【００１４】
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、チャンバ外の窓部近傍に設けられた絶縁体内であり、その一部が絶縁体内から突出してチャンバ内に設けられている。
【００１５】
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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る異常放電検出装置の第一実施形態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。
【００１７】
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とを備えている。
【００１８】
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１４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。
【００１９】
次に、異常放電検出装置１０の動作を説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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も円錐状にチャンバ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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、必ずその周辺に電磁波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１８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とができる。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。
【００２５】
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。
【００２６】
図２は、本発明に係る異常放電検出装置の第二実施形態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。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。
【００２７】
本実施形態の異常放電検出装置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。
【００２８】
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。
【００２９】
異常放電検出装置４０によれば、第一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。
【００３０】
図３は本発明に係る異常放電検出装置の第三実施形態を示し、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。
【００３１】
本実施形態の異常放電検出装置は、窓部５０及び受信アンテナ５２のみが第一実施形態と異なる。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。
【００３２】
本実施形態の異常放電検出装置によれば、第一実施形態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。
【００３３】
図４は、本発明に係る異常放電検出装置の第四実施形態を示す概略断面図である。図５は、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。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。
【００３４】
本実施形態の異常放電検出装置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。
【００３５】
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−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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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−ル画面に重ねて表示した状態である。電磁波Ｅを検出した時の情報をコントロ−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。
【００３９】
以上のように、異常放電検出装置７０を用いることにより、他の状態表示と同時に電磁波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。
【００４０】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記第一乃至第四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、ダイポールアンテナやアレイアンテナ等としてもよい。
【００４１】
【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確実に検出できる。
【００４２】
請求項２及び９記載の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。
【００４３】
請求項３及び１０記載の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。
【００４４】
請求項４及び１１記載の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。
【００４５】
請求項５及び１２記載の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状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。
【００４６】
請求項６及び１３記載の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。
【００４７】
請求項７及び１４記載の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第一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る異常放電検出装置の第二実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る異常放電検出装置の第三実施形態を示し、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第四実施形態を示す概略断面図である。
【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。
【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
【図１】
0003631212.tif 000002
【図２】
0003631212.tif 000003
【図３】
0003631212.tif 000004
【図４】
0003631212.tif 000005
【図５】
0003631212.tif 000006