(57)【要約】【課題】真空チャンバー内における異常放電の発生を予知し、処理対象物の損傷などを未然に防止する。【解決手段】真空チャンバー１０と、真空チャンバー１０内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出する第１の検出回路３０と、第１の検出回路３０が一定時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して、予知信号４０ａ，４０ｂを発生する第２の検出回路と、予知信号４０ａ，４０ｂに応じて真空チャンバー１０内に配置された電極１１，１４への交流電圧の印加パターンを変化させる交流電源２０とを備える。このように、異常放電自体を検出するのではなく、異常放電の予兆現象を検出していることから、異常放電の発生を未然に防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーにて発生する異常放電を予知する異常放電予知装置であって、前記真空チャンバー内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を一定時間に亘り検出したことに応答して予知信号を発生することを特徴とする異常放電予知装置。
【請求項２】
前記真空チャンバー内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段が一定時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して前記予知信号を発生する第２の検出手段とを含むことを特徴とする異常放電予知装置。
【請求項３】
前記第１の検出手段は、１μｓ以下の間隔で発生する低エネルギー放電を検出することを特徴とする請求項２に記載の異常放電予知装置。
【請求項４】
前記第２の検出手段は、前記第１の検出手段が第１の時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して第１の予知信号を発生し、前記第１の検出手段が第１の時間よりも長い第２の時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して第２の予知信号を発生することを特徴とする請求項２又は３に記載の異常放電予知装置。
【請求項５】
前記第２の検出手段は、前記予知信号に応じて前記真空チャンバー内の環境を変化させることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の異常放電予知装置。
【請求項６】
前記第２の検出手段は、前記予知信号に応じて前記真空チャンバー内に配置された電極に交流電圧を印加する交流電源の動作を制御することを特徴とする請求項５に記載の異常放電予知装置。
【請求項７】
前記第２の検出手段は、前記予知信号に応じて前記交流電源による交流電圧の印加パターンを変化させることを特徴とする請求項６に記載の異常放電予知装置。
【請求項８】
前記第２の検出手段は、前記予知信号に応じて前記交流電源による交流電圧の印加を一時的に中断させることを特徴とする請求項６に記載の異常放電予知装置。
【請求項９】
真空チャンバーと、前記真空チャンバー内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を一定時間に亘り検出したことに応答して予知信号を発生する異常放電予知手段と、前記予知信号に応じて前記真空チャンバー内の環境を変化させる制御手段とを備えることを特徴とする真空処理装置。
【請求項１０】
真空チャンバー内にて一定時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して、前記真空チャンバー内の環境を変化させることを特徴とする真空処理装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置及びこれに用いる異常放電予知装置、並びに、真空処理装置の制御方法に関し、特に、真空チャンバー内の異常放電による処理対象物の損傷などを未然に防止することが可能な真空処理装置及びこれに用いる異常放電予知装置、並びに、真空処理装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置などの真空処理装置が数多く用いられている。プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置は、真空チャンバー内に電極が配置されており、この電極に交流電圧を印加することによってプラズマ放電を発生させることができる。プラズマ放電が発生すると、真空チャンバー内のプロセスガスは衝突により活性化されてラジカルとなるため、熱による励起を行う装置と比べてより低温下での反応を起こすことが可能となる。
【０００３】
しかしながら、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置では、真空チャンバー内で異常放電が発生することがあり、これによって半導体ウェハの一部が損傷するおそれがある。このような異常放電は、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置だけでなく、イオンミリング装置、イオン注入装置、スパッタリング装置など、他の真空処理装置においても発生することがある。このような問題を解決すべく、本発明者らの一人は、異常放電に伴って発生する電磁波などによって、異常放電の検出を行う技術を提案した（特許文献１参照）。
【０００４】
この方法によれば、より確実に異常放電の検出を行うことができることから、半導体デバイスなど、真空処理装置を用いて生産される各種デバイスの歩留まりを向上させるものと期待される。
【特許文献１】特許第３６３１２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、異常放電を検出してから事後的に装置を停止させても、既に処理対象物の損傷などが生じていることがあった。このため、障害を引き起こす異常放電自体を検出するのではなく、障害を引き起こす異常放電の発生を予知し、事前に対処することが望まれる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、異常放電の発生を予知し、処理対象物の損傷などを未然に防止することが可能な真空処理装置及びこれに用いる異常放電予知装置、並びに、真空処理装置の制御方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、異常放電の発生を大幅に抑制可能な真空処理装置及びこれに用いる異常放電予知装置、並びに、真空処理装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、異常放電が発生する直前において、障害に至らない低エネルギー放電が頻発することを見いだした。このような低エネルギー放電は通常時においてもしばしば発生するが、異常放電が発生する直前においては、一定時間に亘って連続的又は断続的に発生する。本発明は、このような予兆現象の発見に基づきなされたものである。
【０００９】
本発明による異常放電予知装置は、真空チャンバーにて発生する異常放電を予知する異常放電予知装置であって、真空チャンバー内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を一定時間に亘り検出したことに応答して予知信号を発生することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による真空処理装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を一定時間に亘り検出したことに応答して予知信号を発生する異常放電予知手段と、予知信号に応じて前記真空チャンバー内の環境を変化させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による真空処理装置の制御方法は、真空チャンバー内にて一定時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して、真空チャンバー内の環境を変化させることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、異常放電を検出してからではなく、異常放電の予兆現象が発生したか否かを判定していることから、異常放電の発生を未然に防止することができる。これにより、異常放電の発生による処理対象物の損傷などを防止することが可能となる。
【００１３】
尚、本発明において「低エネルギー放電」とは、障害に至らない放電、つまり、処理対象物の焼損やパーティクル汚染を引き起こさない程度の放電を指し、障害を引き起こす異常放電とは明確に区別される。高エネルギー放電であっても実際に障害が発生するか否かは確率の問題であり、したがって、障害を引き起こす異常放電のエネルギー量を定義することは困難である。しかしながら、本発明で言うところの「低エネルギー放電」は、障害を引き起こす確率が実質的にゼロであり、このような観点から、異常放電と区別することができる。
【００１４】
また、「真空」とは、完全な真空状態を指すものではなく、プロセスガスやキャリアガスなどが低圧状態で存在する状態を指す。
【００１５】
本発明において、異常放電予知装置は、真空チャンバー内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出する第１の検出手段と、第１の検出手段が一定時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して、予知信号を発生する第２の検出手段とを含むことが好ましい。
【００１６】
第１の検出手段は、１μｓ以下の間隔で発生する低エネルギー放電を検出することが好ましい。これによれば、発生した低エネルギー放電が予兆現象であるか否かを正しく区別することが可能となる。
【００１７】
また、第２の検出手段は、第１の検出手段が第１の時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して第１の予知信号を発生し、第１の検出手段が第１の時間よりも長い第２の時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して第２の予知信号を発生することが好ましい。これによれば、異常放電の発生危険度に応じたきめ細かい制御を行うことが可能となる。
【００１８】
予兆現象を検出した場合は、異常放電の発生を防止すべく、真空チャンバー内の環境を変化させることが好ましい。例えば、真空チャンバー内に配置された電極への交流電圧の印加を断続的としても構わないし、交流電圧を低下させても構わない。また、その両方であっても構わない。さらに、予兆現象を検出した後、一定時間後に交流電圧の印加パターンを異常放電の検出前の状態に戻すことが好ましい。或いは、予兆現象を検出した場合、交流電圧の印加を一時的に中断しても構わない。このように、フィードバックを交流電源に対して行えば、真空チャンバー内の環境を容易に且つ速やかに変化させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明によれば、異常放電自体を検出するのではなく、異常放電の予兆現象を検出していることから、異常放電の発生を未然に防止することができる。これにより、異常放電の発生による処理対象物の損傷などを防止することが可能となる。このため、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、イオンミリング装置、イオン注入装置、スパッタリング装置などの真空処理装置を用いて生産される各種デバイスの生産性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の好ましい第１の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態による真空処理装置はプラズマエッチング装置であり、真空チャンバー１０と、真空チャンバー１０内に配置された電極１１に交流電圧を印加する交流電源２０と、真空チャンバー１０にて発生する異常放電を予知する異常放電予知装置１００とを備えている。
【００２３】
真空チャンバー１０に設けられた電極１１は、処理対象物である半導体ウェハ１２を載置するステージを兼ねている。真空チャンバー１０には、電極１１のほか、プロセスガス１３の吹き出し口１４ａを兼ねた電極１４が設けられており、この電極１４にはグランド電位が与えられている。プロセスガス１３は、配管１５を通って真空チャンバー１０内に導入され、半導体ウェハ１２の近傍を通って、真空ポンプ１６により排出される。そして、交流電源２０を用いて電極１１に交流電圧を印加すると、電極１１と電極１４との間のプロセスガス１３がプラズマ化し、そのプラズマが半導体ウェハ１２の表面に形成された膜をエッチングする。特に限定されるものではないが、交流電源２０の出力は、２００Ｗ〜２ｋＷ程度に設定される。
【００２４】
また、真空チャンバー１０の外壁にはガラス窓１７が設けられており、ここから内部の様子を観察することができる。但し、このようなガラス窓１７は、外来電磁波の侵入口となったり、内部からの電磁波の出口となることから、これをシールドするためにメッシュ状又はスリット状のシールド材をガラス窓１７に配置することが好ましい。メッシュ状又はスリット状のシールド材の隙間としては、低エネルギー放電などにより発生する電磁波の主要成分以下の電磁波を遮断可能なサイズに設定することが好ましい。具体的には、上記の隙間を、低エネルギー放電などにより発生する電磁波の主要成分の波長の１／４以下に設定することが好ましい。
【００２５】
交流電源２０は、主電源２１からの電力供給を受けて、例えば１３．５６ＭＨｚの交流電圧２０ａを発生させる回路である。発生させた交流電圧２０ａは、マッチングユニット２２及びハイカットフィルター２３を介して真空チャンバー１０内の電極１１に印加される。交流電源２０と主電源２１との間の電源ラインには、フェライトなどの磁性体を用いたノイズフィルタ２４が設けられている。ノイズフィルタ２４のフィルタ特性としては、低エネルギー放電などにより発生する電磁波の主要成分以下の電磁波を遮断可能な特性を有していることが好ましい。
【００２６】
ハイカットフィルター２３と電極１１とを接続する配線２５には、方向性結合器（好ましくは、同軸型方向性結合器）２９が配置されている。方向性結合器２９は、電極１１からの反射波に含まれる高周波成分を分離する役割を果たす。ここで、「高周波成分」とは、交流電源２０により生成される交流電圧２０ａの周波数よりも十分に高い周波数を指し、生成される交流電圧２０ａの周波数が例えば１３．５６ＭＨｚであれば、１００ＭＨｚ以上の周波数成分を指す。このような高周波成分は、真空チャンバー１０内で放電が発生した場合に観測される電磁波である。本実施形態においては、真空チャンバー１０内で発生する低エネルギー放電を検出する必要があることから、これを観測可能な感度に設定する必要がある。
【００２７】
真空チャンバー１０内の放電に起因する電磁波は、ナノ秒オーダーで完結する過渡応答性を持っており、その最大レベルの周波数帯は約８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ程度であることが多い。
【００２８】
尚、真空チャンバー１０内の放電に起因しない高周波成分、例えば、外来電磁波、電源ノイズなどは、ガラス窓１７に設けられたシールド材や、電源ラインに設けられたノイズフィルタ２４によって大半が除去される。このため、方向性結合器２９によって分離された反射波の高周波成分は、ほぼ全てが真空チャンバー１０内の放電に起因するものであるとみなすことができる。方向性結合器２９の分離出力２９ａは、異常放電予知装置１００に供給される。
【００２９】
図１に示すように、異常放電予知装置１００は、真空チャンバー１０内にて連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出する第１の検出回路３０と、第１の検出回路３０が一定時間に亘り連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電を検出したことに応答して予知信号４０ａ，４０ｂを発生する第２の検出回路４０とを備える。既に述べたように、「低エネルギー放電」とは、処理対象物の焼損やパーティクル汚染を引き起こさない程度の放電を指す。
【００３０】
図２は、異常放電予知装置１００の回路図である。
【００３１】
図２に示すように、異常放電予知装置１００に含まれる第１の検出回路３０は、方向性結合器２９からの分離出力２９ａを受けるプリアンプ３１と、キャパシタＣ１及び抵抗Ｒ１からなる時定数回路３２と、プリアンプ３１と時定数回路３２との間に挿入されたダイオード３３と、線路Ａの電位と基準電位ＶＣＭＰとを比較するコンパレータ３４とを備えている。
【００３２】
プリアンプ３１及びダイオード３３は、方向性結合器２９からの分離出力２９ａによって線路Ａの電位を高める役割を果たし、時定数回路３２は、線路Ａの電位を徐々に低下させる役割を果たす。時定数回路３２は、１μｓ以下の間隔で信号が連続的又は断続的に供給された場合に線路Ａの電位が上昇し、信号の供給間隔が１μｓ超である場合に線路Ａの電位が低下するよう、時定数が設定される。このため、分離出力２９ａが１μｓ以下の間隔で連続的又は断続的に供給された場合、つまり、低エネルギー放電が１μｓ以下の間隔で連続的又は断続的に発生した場合には、コンパレータ３４の出力である線路Ｂのレベルが活性化する。
【００３３】
一方、異常放電予知装置１００に含まれる第２の検出回路４０は、５μｓのパルスを発生する第１のモノマルチバイブレータ４１と、２０μｓのパルスを発生する第２のモノマルチバイブレータ４２と、キャパシタＣ２及び抵抗Ｒ２からなる微分回路４３と、キャパシタＣ３、抵抗Ｒ３及びダイオードＧ３からなる微分回路４４と、キャパシタＣ４、抵抗Ｒ４及びダイオードＧ４からなる微分回路４５と、ＡＮＤゲート４６，４７とを備えている。
【００３４】
図２に示すように、モノマルチバイブレータ４１，４２のリセット端子は線路Ｂに接続され、トリガー端子は線路Ｃに接続されている。線路Ｃとは、微分回路４３を構成するキャパシタＣ２と抵抗Ｒ２の接続点である。モノマルチバイブレータ４１はリセット端子がハイレベルである期間に動作し、トリガー端子にトリガー信号が入力されると５μｓ幅のパルスを生成する。同様に、モノマルチバイブレータ４２はリセット端子がハイレベルである期間に動作し、トリガー端子にトリガー信号が入力されると２０μｓ幅のパルスを生成する。
【００３５】
また、ＡＮＤゲート４６は、一方の入力端子が線路Ｂに接続され、他方の入力端子が線路Ｅ１に接続されている。同様に、ＡＮＤゲート４７は、一方の入力端子が線路Ｂに接続され、他方の入力端子が線路Ｅ２に接続されている。ここで、線路Ｅ１，Ｅ２とは、それぞれ微分回路４４，４５の出力である。微分回路４４，４５は、それぞれモノマルチバイブレータ４１，４２の出力に接続された線路Ｄ１，Ｄ２のレベルがハイからローに変化した場合にパルスを生成する回路である。
【００３６】
そして、ＡＮＤゲート４６の出力は第１の予知信号４０ａとして用いられ、ＡＮＤゲート４７の出力は第２の予知信号４０ｂとして用いられる。これらの予知信号４０ａ，４０ｂは、図１に示すように交流電源２０に供給される。
【００３７】
図３は、異常放電予知装置１００の動作を説明するための波形図であり、（ａ）は１μｓ以下の間隔で連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電の継続時間が５μｓ未満である場合の波形を示し、（ｂ）は１μｓ以下の間隔で連続的又は断続的に発生する低エネルギー放電の継続時間が５μｓ以上である場合の波形を示している。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、継続時間が５μｓ未満である場合には、モノマルチバイブレータ４１が動作可能な時間も５μｓ未満となるため、モノマルチバイブレータ４１の出力である線路Ｄ１の波形は、線路Ｂの波形とほぼ一致する。但し、多少の伝送時間が存在することから、線路Ｅ１にワンショットのパルスが発生した時点では線路Ｂのレベルがローレベルに戻っており、このため、予知信号４０ａは発生しない。
【００３９】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、継続時間が５μｓ以上である場合には、モノマルチバイブレータ４１は５μｓのパルスを生成する。このため、線路Ｅ１にワンショットのパルスが発生すると、これに応答して予知信号４０ａが活性化する。
【００４０】
このようにして、継続時間が５μｓ以上である低エネルギー放電を検出することができる。継続時間が２０μｓ以上である低エネルギー放電を検出する場合の動作も同様である。これにより、継続時間が５μｓ以上になるとＡＮＤゲート４６の出力である第１の予知信号４０ａが活性化し、継続時間が２０μｓ以上になるとＡＮＤゲート４７の出力である第２の予知信号４０ｂが活性化する。
【００４１】
本発明者らの度重なる実験によれば、障害を引き起こす異常放電が発生する直前に、処理対象物の焼損やパーティクル汚染を引き起こさない程度の低エネルギー放電が頻発することが見いだされた。より具体的には、連続的又は断続的な低エネルギー放電が５μｓ程度継続すると、直後に異常放電が発生する可能性があり、連続的又は断続的な低エネルギー放電が２０μｓ程度継続すると、直後に異常放電が発生する可能性がかなり高いことが判明した。一方で、連続的又は断続的な低エネルギー放電が発生しても、その継続時間が５μｓ未満である場合には、直後に異常放電が発生することはほとんどない。
【００４２】
このような現象が生じる理由については必ずしも明らかではないが、プロセス条件を変えたり、異なる真空処理装置を用いたりしても、結果はほぼ同じであった。このため、上記の現象は特定の真空処理装置における特定の条件下で発生するものではなく、普遍的に生じる現象であるものと推察される。
【００４３】
したがって、第１の予知信号４０ａの活性化は、直後に異常放電が生じる可能性があることを示し、第２の予知信号４０ｂの活性化は、直後に異常放電が生じる可能性がかなり高いことを示している。これらの予知信号４０ａ，４０ｂの利用方法については特に限定されないが、図１に示すように、本実施形態では交流電源２０へのフィードバックを行っている。
【００４４】
本実施形態では、第１又は第２の予知信号４０ａ，４０ｂが活性化した場合、これに応答して、交流電源２０は、電極１１に対する交流電圧２０ａの印加パターンを変化させる。具体的には、予知信号４０ａ又は４０ｂの活性化に応答して、電極１１に対する交流電圧の印加を断続的とすることが好ましい。つまり、図４に示すように、交流電圧２０ａの印加と停止を周期的に繰り返えせばよい。交流電圧２０ａの印加と停止の繰り返し周波数としては、特に限定されるものではないが、交流電圧２０ａの周波数が１３．５６ＭＨｚであれば、例えば１〜１０ＭＨｚ程度に設定すればよい。
【００４５】
また、交流電圧の印加を断続的とする期間Ｔについては、５０μｓ以上に設定することが好ましい。これは、５０μｓ以内に交流電圧２０ａの印加パターンを元に戻すと、多くの場合、再び低エネルギー放電が頻発するからである。但し、交流電圧２０ａの印加パターンを元に戻しても、低エネルギー放電の発生により再び予知信号４０ａ，４０ｂが活性化すれば再び交流電圧２０ａの印加パターンが変化することから、結果的に異常放電の発生は防止される。或いは、ガラス窓７０を介してプラズマ光を観測し、プラズマ光がほとんど観測できなくなった場合に交流電圧２０ａの印加パターンを元に戻しても構わない。これによれば、期間Ｔを最も適切に設定することができることから、予知信号４０ａ，４０ｂが連続して発生することが少ない。
【００４６】
これにより、真空チャンバー１０内で所定以上の異常放電が発生しそうになると、電極１１に印加される交流電圧２０ａが断続的となることから、一時的にプラズマ密度が低下する。その結果、異常放電の発生が抑制され、半導体ウェハ１２の損傷が未然に防止される。しかしながら、交流電圧２０ａの印加を完全に停止したわけではないことから、プラズマ密度は所定値まで短時間で復帰する。このため、プロセス（この場合はドライエッチング）はそのまま進行する。つまり、プロセスを進行させながら異常放電の発生を予防することが可能となる。
【００４７】
尚、交流電源２０へのフィードバックは、第１及び第２の予知信号４０ａ，４０ｂの両方であっても構わないし、いずれか一方のみであっても構わない。両方の信号を交流電源２０にフィードバックする場合、第１の予知信号４０ａが活性化した場合と、第２の予知信号４０ｂが活性化した場合とで処理を異ならせることもできる。例えば、第１の予知信号４０ａが活性化した場合に比べて、第２の予知信号４０ｂが活性化した場合の方が交流電圧２０ａの停止を長く設定すればよい。これによれば、異常放電の発生危険度に応じた処置を施すことが可能となることから、異常放電の発生をより効果的に防止することが可能となる。
【００４８】
交流電圧２０ａの印加パターンの変化としてはこれに限定されず、例えば、図５に示すように、予知信号４０ａ又は４０ｂの活性化に応答して電極１１に印加する交流電圧２０ａの電圧レベルを低下させても構わない。交流電圧２０ａの低下量としては、特に限定されるものではないが、通常時の電力が２００Ｗであれば、例えば５０〜１００Ｗとなるような電圧に設定すればよい。
【００４９】
この場合も、予知信号４０ａ又は４０ｂに応答して、真空チャンバー１０内のプラズマ密度が一時的に低下することから、異常放電の発生が抑制され、半導体ウェハ１２の損傷が未然に防止される。しかも、交流電圧２０ａの印加を完全に停止したわけではないことから、プロセスはそのまま進行する。
【００５０】
ここでも、第１及び第２の予知信号４０ａ，４０ｂの両方を交流電源２０にフィードバックする場合、例えば、第１の予知信号４０ａが活性化した場合に比べて、第２の予知信号４０ｂが活性化した場合の方が交流電圧２０ａの電圧低下量が大きくなるよう設定すれば、異常放電の発生をより効果的に防止することが可能となる。
【００５１】
そして、一定期間Ｔが経過すると交流電圧の印加パターンが元に戻り、そのままプロセスは継続される。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態では、異常放電の発生を予知し、これに基づいて交流電圧の印加パターンを変化させていることから、半導体ウェハ１２の損傷を未然に防止することができる。しかも、異常放電の発生を予知しても、交流電圧２０ａの印加を完全には停止していないことから、プロセスをそのまま継続させることができる。このため、半導体ウェハ１２など各種デバイスの生産性を高めることが可能となる。
【００５３】
また、低エネルギー放電に起因する高周波成分を方向性結合器２９によって分離していることから、プラズマ生成に必要な交流電圧（例えば１３．５６ＭＨｚ）についてはほぼ無損失で通過させることができる。また、インダクタンス成分の大きいマッチングユニット２２から見て電極１１側に方向性結合器２９を配置していることから、低エネルギー放電に起因する高周波成分をほぼ直接的に観測することが可能となる。このため、ナノ秒オーダーで完結する過渡応答性を持った高周波成分を正しく検出することが可能となる。
【００５４】
尚、本実施形態では、第１又は第２の予知信号４０ａ，４０ｂが活性化した場合、これに応答して交流電圧２０ａの印加パターンを変化させているが、本発明がこれに限定されるものではなく、例えば交流電圧２０ａの印加を一時的に中断しても構わない。この場合、プロセスが中断してしまうが、プラズマが消滅することから異常放電の発生を確実に防止することが可能となる。
【００５５】
或いは、第１の予知信号４０ａが活性化した場合には、図４又は図５に示すように交流電圧２０ａの印加パターンを変化させ、第２の予知信号４０ｂが活性化した場合には、交流電圧２０ａの印加を一時的に中断することも可能である。
【００５６】
次に、本発明の好ましい第２の実施形態について説明する。
【００５７】
図６は、本発明の好ましい第２の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００５８】
本実施形態による真空処理装置は、低エネルギー放電の検出機構が異なる他は、図１に示した真空処理装置と同じ構成を有している。このため、同一の構成要件には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５９】
図６に示すように、本実施形態による真空処理装置では、電極１１に接続された配線２５と電極１４に接続された配線２６の周囲に電流プローブ５０が配置されており、これによって高周波成分の検出が行われる。
【００６０】
電流プローブとは、図７に示すように、測定したい電流線路５２を筒状のコア５１に通し、コア５１に巻回したコイル５３に流れる電流を抵抗５４によって電流−電圧変換することにより、電流線路５２に流れる電流を測定する器具である。電流プローブは、特に高周波電流の検出に優れており、電極１１に接続された配線２５の周囲に配置することにより、低エネルギー放電に起因する高周波成分を感度良く検知することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、電極１１に接続された配線２５のみならず、電極１４に接続された配線２６についても電流プローブ５０に通されている。交流電源２０からの信号はグランド線の電流と逆位相なため、電流プローブ３２は交流を検出しない。これに対し、真空チャンバー１０内で発生した低エネルギー放電から放射される電磁波に誘導される電流は、配線２５と配線２６とで同位相で流れるため、検出される。電流プローブ５０の出力５０ａは異常放電予知装置１００に供給されており、異常放電の予兆を検出すると予知信号４０ａ，４０ｂを活性化させる。
【００６２】
このように、本実施形態では、方向性結合器２９を用いることなく、配線２５上に流れる高周波成分を電流プローブ５０によって直接検出していることから、装置全体を小型化することが可能となる。
【００６３】
次に、本発明の好ましい第３の実施形態について説明する。
【００６４】
図８は、本発明の好ましい第３の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００６５】
本実施形態による真空処理装置も、低エネルギー放電の検出機構が異なる他は、図１及び図６に示した真空処理装置と同様の構成を有している。このため、同一の構成要件には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６６】
図８に示すように、本実施形態による真空処理装置では、マッチングユニット２２及びハイカットフィルター２３が収容されたマッチングボックス２２ａ内に容量２２ｂが設けられており、これによって高周波成分の検出が行われる。容量２２ｂによる分離出力はハイパスフィルター２７を介して異常放電予知装置１００に供給される。ハイパスフィルター２７の特性としては、交流電圧２０ａの周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）を実質的に遮断し、低エネルギー放電による高周波成分（例えば８００ＭＨｚ〜２ＧＨｚ）を実質的に透過させる特性を有している必要がある。
【００６７】
図９は容量２２ｂの構成例を示す模式的な斜視図であり、（ａ）は平板型の容量を用いた例を示し、（ｂ）は円筒型の容量を用いた例を示している。
【００６８】
図９（ａ）に示す例では、配線２５の一部を板状電極６１とし、その一方の面にポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁体６２を介して板状電極６３を配置している。これにより、容量２２ｂが構成されることから、低エネルギー放電による反射波を容量結合によって取り出すことが可能となる。
【００６９】
一方、図９（ｂ）に示す例では、配線２５の一部６４をポリテトラフルオロエチレンなどからなる筒状の絶縁体６５によって覆い、さらに、絶縁体６５の周囲を筒状電極６６によって覆っている。このような構成によっても容量２２ｂが構成されることから、低エネルギー放電による反射波を容量結合によって取り出すことが可能となる。
【００７０】
このように、本実施形態では、配線２５上に流れる高周波成分を容量２２ｂによって直接検出していることから、装置全体を小型化することが可能となる。
【００７１】
次に、本発明の好ましい第４の実施形態について説明する。
【００７２】
図１０は、本発明の好ましい第４の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００７３】
本実施形態による真空処理装置は、容量２２ｂとハイパスフィルター２７との間にもう一つのハイパスフィルター２８が追加されている点において図８に示した真空処理装置と相違する。その他の点については、図８に示した真空処理装置と同じであることから、同一の構成要件には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
図１０に示すように、追加されたハイパスフィルター２８は、マッチングボックス２２ａの内部に設けられている。これは、マッチングボックス２２ａの内部は高調波などが充満していることから、マッチングボックス２２ａの内部で一旦フィルタリングすることにより、低エネルギー放電による高周波成分の検出をより正確に行うことができるからである。また、ハイカットフィルターを直列に２段接続することにより、容量２２ｂからの出力電圧を十分に低下させることができるという利点もある。
【００７５】
また、交流電源２０の電圧は比較的高電圧であることから、マッチングボックス２２ａの内部に設けられるハイパスフィルター２８は十分な耐圧を有している必要があり、２０ｋＶ以上の耐圧を有していることが好ましい。同様の理由から、ハイパスフィルター２８は、出力信号の電圧を下げる特性を有していることが好ましい。但しこの場合、通過させる高周波成分の信号レベルについてはできるだけ減衰させないことが好ましい。ハイパスフィルター２８の出力電圧が高すぎる場合には、ハイパスフィルター２７の前段にアッテネータなどを挿入することが好ましい。
【００７６】
尚、ハイパスフィルター２８としては、それ単体でハイパスフィルターとしての特性を有する回路であっても構わないし、容量２２ｂのキャパシタンスを利用することによってハイパスフィルターとしての特性を発揮するものであっても構わない。
【００７７】
本実施形態において、ハイパスフィルター２８の通過帯域は、ハイパスフィルター２７の通過帯域よりも広いことが好ましい。これによれば、ノイズの多いマッチングボックス２２ａ内のハイパスフィルター２８によって大まかなフィルタリングを行った後、ノイズの少ないマッチングボックス２２ａ外のハイパスフィルター２７によってさらにフィルタリングすることができ、低エネルギー放電による高周波成分の検出をよりいっそう正確に行うことが可能となる。
【００７８】
次に、本発明の好ましい第５の実施形態について説明する。
【００７９】
図１１は、本発明の好ましい第５の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００８０】
本実施形態による真空処理装置は、真空チャンバー１０のガラス窓１７に受信アンテナ７０が設けられており、これによって低エネルギー放電の発生を検出している点において、図１に示した真空処理装置と相違する。その他の点については、図１に示した真空処理装置と同じであることから、同一の構成要件には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８１】
受信アンテナ７０は、真空チャンバー１０の内部の放電によって発生する電磁波を受信するためのアンテナである。真空チャンバー１０の内部で放電が発生すると、これに伴って電磁波が生じるが、金属からなる真空チャンバー１０によってその大部分は遮蔽される。しかしながら、ガラス窓１７は電磁波を透過することから、ここを通過する電磁波Ｅを受信アンテナ７０により観測すれば、低エネルギー放電の発生を検出することができる。したがって、本実施形態ではガラス窓１７にシールド材などを設けるべきではない。
【００８２】
受信アンテナ７０の出力は、異常放電予知装置１００に供給される。これにより、上記の各実施形態と同様、低エネルギー放電が一定期間に亘り連続的又は断続的に検出されると、予知信号４０ａ，４０ｂが活性化する。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００８４】
例えば、本発明の適用範囲はプラズマエッチング装置に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ装置、イオンミリング装置、イオン注入装置、スパッタリング装置など、異常放電が発生しやすい各種の真空処理装置に適用することが可能である。
【００８５】
また、上記各実施形態では、交流電源２０、第１の検出回路３０、第２の検出回路４０などを別個の要素として説明したが、これらが物理的に別個の要素である必要はなく、これらの一部又は全部が一体化された構成を有していても構わない。例えば、図１に示す符号１０１で示す部分や、図６に示す符号１０２で示す部分の一部又は全部を一体化させれば、既存の真空処理装置に対してこの部分を付加するだけで、簡単に本発明の効果を得ることが可能となる。
【００８６】
さらに、上記各実施形態では、第２の検出回路４０が２種類の予知信号４０ａ，４０ｂを発生可能であるが、本発明がこれに限定されるものではなく、少なくとも１つの予知信号を発生可能であれば足りる。また、危険度レベルの異なる３種類以上の予知信号を発生可能としても構わない。
【００８７】
また、上記各実施形態では、低エネルギー放電の継続時間が５μｓ以上である場合に第１の予知信号４０ａを活性化させ、２０μｓ以上である場合に第２の予知信号４０ｂを活性化させているが、これらの時間設定は任意であり、これ以外の時間設定であっても構わない。しかしながら、上述の通り、低エネルギー放電の継続時間が５μｓ未満であれば直後に異常放電が発生することはほとんど無く、２０μｓ以上であれば直後に異常放電が発生する可能性がかなり高いことが多くの実験によって確認されている。この点を考慮すれば、継続時間の設定は、５μｓ及び２０μｓの少なくとも一方、特に、上記各実施形態のように、５μｓ及び２０μｓの両方とすることが好ましい。
【００８８】
また、上記各実施形態では、異常放電の発生を予知した場合、交流電源２０に対してフィードバックを行い、これにより異常放電の発生を未然に防止している。しかしながら、フィードバック先としてはこれに限定されず、異常放電の発生を未然に防止可能である限り、真空チャンバー内の環境を変化させる他の制御手段に対してフィードバックを行っても構わない。例えば、半導体ウェハ１２を電極１１に吸着固定するための静電チャックの電圧を低下させたり、プロセスガスの流量を変化させたり、或いは、イオンビーム電流を低下させるなどのフィードバックを行うことも可能である。但し、異常放電の発生を確実に防止するためには、交流電源２０に対してフィードバックを行うことが最も簡単且つ効果的である。
【００８９】
さらに、上記各実施形態では、真空チャンバー内の低エネルギー放電を検出する手段として、いくつかの例を挙げたが、低エネルギー放電を検出する方法としてはこれらに限定されず、他の方法を用いても構わない。但し、上記各実施形態で挙げた低エネルギー放電の検出方法は、いずれもナノ秒オーダーで完結する過渡応答性を持った高周波成分を正しく検出可能な優れた方法であり、上記実施形態で挙げた低エネルギー放電の検出方法のいずれかを用いることが特に好ましい。
【００９０】
さらに、第１〜第４の各実施形態では、一対の電極１１，１４のうち、半導体ウェハ１２が載置される電極１１側に各種回路を接続することにより低エネルギー放電の検出を行っているが、これとは逆に、シャワーヘッドとなる電極１４側に各種回路を接続することにより低エネルギー放電の検出を行っても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の好ましい第１の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図２】異常放電予知装置１００の回路図である。
【図３】異常放電予知装置１００の動作を説明するための波形図である。
【図４】交流電圧の印加パターンの変化の一例を示す模式的な電圧波形図である。
【図５】交流電圧の印加パターンの変化の別の例を示す模式的な電圧波形図である。
【図６】本発明の好ましい第２の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図７】電流プローブの構成を示す図である。
【図８】本発明の好ましい第３の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図９】容量２２ｂの構成例を示す模式的な斜視図であり、（ａ）は平板型の容量を用いた例を示し、（ｂ）は円筒型の容量を用いた例を示している。
【図１０】本発明の好ましい第４の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図１１】本発明の好ましい第５の実施形態による真空処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０      真空チャンバー
１１      電極
１２      半導体ウェハ
１３      プロセスガス
１４      電極
１４ａ    吹き出し口
１５      配管
１６      真空ポンプ
１７      ガラス窓
２０      交流電源
２０ａ    交流電圧
２１      主電源
２２      マッチングユニット
２２ａ    マッチングボックス
２２ｂ    容量
２３      ハイカットフィルター
２４      ノイズフィルタ
２５      配線（交流電圧用）
２６      配線（グランド用）
２７，２８    ハイパスフィルター
２９      方向性結合器
２９ａ    分離出力
３０      第１の検出回路
３１      プリアンプ
３２      時定数回路
３３      ダイオード
３４      コンパレータ
４０      制御回路
４０ａ    第１の予知信号
４０ｂ    第２の予知信号
４１      第１のモノマルチバイブレータ
４２      第２のモノマルチバイブレータ
４３〜４５      微分回路
４６，４７      ＡＮＤゲート
５０      電流プローブ
５０ａ    電流プローブの出力
５１      コア
５２      電流線路
５３      コイル
５４      抵抗
６１，６３    板状電極
６２，６５    絶縁体
６４      配線の一部
６６      筒状電極
７０      受信アンテナ
１００    異常放電予知装置
１０１，１０２    一体化することが好ましい要素
【図１】
2008311338.tif 000003
【図２】
2008311338.tif 000004
【図３】
2008311338.tif 000005
【図４】
2008311338.tif 000006
【図５】
2008311338.tif 000007
【図６】
2008311338.tif 000008
【図７】
2008311338.tif 000009
【図８】
2008311338.tif 000010
【図９】
2008311338.tif 000011
【図１０】
2008311338.tif 000012
【図１１】
2008311338.tif 000013