(57)【要約】【課題】  チャンバ内での放電を的確に検出することができる放電検出装置を提供すること。【解決手段】  プラズマを封入するチャンバ１４の内部で発生する放電を検出する放電検出装置であって、プラズマを発生させるため電力の給電ケーブル４０上に現れる電流信号を検出するための電流プローブ５０（検出手段）と、検出された電流信号を増幅する増幅器７０（増幅手段）とを備える。チャンバ１４内で発生した電磁波Ｅは、陽極２４に接続された給電ケーブル４０に捕らえられ、この給電ケーブル４０に電流信号が現れる。この電流信号は電流プローブ５０に検出され、増幅器７０に増幅された後、デジタルオシロスコープ８０に表示される。これにより、周波数帯域にかかわらず、チャンバ１４内での放電を確実にモニタする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを封入するチャンバの内部で発生する放電を検出する放電検出装置であって、
前記チャンバ内に前記プラズマを発生させるため電力の給電経路に設けられ、該給電経路に現れる電流信号を検出するための検出手段と、
前記検出手段により検出された電流信号を増幅する増幅手段と、
を備えた放電検出装置。
【請求項２】
前記検出手段が、前記電流信号によって形成される磁界を検出する電流プローブから構成されたことを特徴とする請求項１に記載された放電検出装置。
【請求項３】
前記増幅手段により増幅された電流信号の周波数を識別する周波数識別手段を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載された放電検出装置。
【請求項４】
前記周波数識別手段が、３００ＭＨｚを閾値として前記電流信号の周波数を識別することを特徴とする請求項３に記載された放電検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング装置等のチャンバの内部で発生する放電を検出するための放電検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の一種であるプラズマエッチング装置では、チャンバ内部で発生する異常な放電現象をチャンバの窓部から目視で確認できることがあり、放電エネルギーが大きいと、半導体ウエハ上に焼損痕が見られることもある。この放電現象は、ウエハの一部又は全領域の絶縁を破壊する場合があり、電子デバイスの生産性を著しく低下させる原因となっている。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。
【０００３】
しかし、一般にチャンバの窓部は小さいので、チャンバ内の全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場合もある。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、ウエハの裏面を金属のピンで突き上げるが、この時点で生じる静電気放電現象を目視することもできない。
近年では、上述のチャンバ内で発生する異常な放電現象を検出するための技術として、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、放電時に発生する音響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（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「超音波ＴＥＣＨＮＯ 2002.5-6」、日本工業出版株式会社、ｐ４１−４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の音響によってモニタする技術によれば、放電環境が真空に近いため、放電位置によっては音波が壁面に到達しないことがあり、必ずしも放電を検出することができなかった。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については検出できず、またプラズマ状態以外の搬送中の放電現象を検出できないなどの不都合があった。
本発明の目的は、チャンバ内での放電を的確に検出することができる放電検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、プラズマを封入するチャンバの内部で発生する放電を検出する放電検出装置であって、前記チャンバ内に前記プラズマを発生させるため電力の給電経路に設けられ、該給電経路に現れる電流信号を検出するための検出手段と、前記検出手段により検出された電流信号を増幅する増幅手段と、を備える。
ここで、放電は必ず電磁波の放射を伴うので、この電磁波を外部から検出できれば、チャンバ内部での放電の発生を知ることができる。しかし、一般に、チャンバは金属製であるため、基本的には電磁波が外部に漏れ出ない構造になっている。そこで、本発明は、チャンバ内にプラズマを発生させるための電力の給電経路に着目し、この給電経路に受信されたチャンバ内の電磁波による電流信号を捕らえる。つまり、本発明の構成によれば、チャンバ内に突出した給電経路をアンテナとして電磁波を捕らえ、この電磁波によって給電経路に誘起される電流信号をモニタする。従って、給電経路上の電流信号からチャンバ内での放電の発生を知ることができる。
【０００６】
また、上記放電検出装置において、前記検出手段が、例えば、前記電流信号によって形成される磁界を検出する電流プローブから構成される。この構成によれば、給電経路上の電流信号が形成する磁界を介して給電経路上の電流信号が検出される。従って、給電経路を加工することなく、給電経路に発生する電流信号を有効に検出できる。
さらに、前記増幅手段により増幅された電流信号の周波数を識別する周波数識別手段を更に備え、前記周波数識別手段が、例えば、３００ＭＨｚを閾値として前記電流信号の周波数を識別するものとしてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、チャンバ内部で発生した放電に伴う電磁波を直接的に検出することができる。従って、周波数帯域によらず、チャンバ内部の放電に伴う電磁波を精度良く検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る放電検出装置の適用例を示す。同図において、チャンバ１４は、半導体製造装置の一種であるプラズマドライエッチング装置を構成し、その内部には、ドライエッチング処理の対象物となる半導体ウエハ２２を載置する陽極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の外部に設けられた高周波電源２８が接続されている。
【０００９】
ガスＧは、チャンバＩ４上端の導入口３２からチャンバ内に導入され、ウエハ２２の周囲を通って、チャンバ１４下端の排出口３４からチャンバ外に排出される。上述の高周波電源２８により高周波電圧を給電ケーブル４０を介して陽極２４に印加し、陽極２４と陰極２６との間に高周波の電界を形成する。給電ケーブル４０は、伝送すべき高周波電力に対して低損失の同軸ケーブルから構成されている。陽極２４と陰極２６との間に形成される電界によりガスＧを励起してプラズマ化し、そのプラズマにより半導体ウエハ２２をエッチングする。チャンバ１４の外壁に設けられた窓部１２は、作業者が外部からチャンバ内部を観察するためのもので、ガラスが嵌め込まれている。
【００１０】
電流プローブ５０、信号ケーブル６０、増幅器７０、デジタルオシロスコープ８０は、チャンバ１４内で発生する放電を検出する本発明の放電検出装置を構成する。ここで、電流プローブ５０は、給電ケーブル４０に発生する電流信号を検出するためのもので、磁気的に給電ケーブル４０と結合されて電流信号を検出するように構成され、公知の技術を用いることができる。
電流プローブ５０の構成を図２に示す。同図上段は斜視図であり、同図下段は断面図である。同図上段に示すように、電流プローブ５０は略環状に形成され、その表皮部５１は導電性の金属部材からなり、この表皮部５１の内周に沿ってスリット５２が形成されている。給電ケーブル４０を電流プローブ５０の貫通穴に通すように、電流プローブ５０９が給電ケーブル４０に取り付けられている。
【００１１】
また、同図下段に示すように、表皮部５１の内部には磁性体５３が設けられている。即ち、環状に形成された磁性体５３が金属部材からなる表皮部５１で覆われ、この表皮部５１には、その内周に沿ってスリット５２が形成されている。同図下段において、スリット５２の上端部にあたる表皮部５１には、信号ケーブル６０の一端側の内部導体が接続され、スリット５２の下端部にあたる表皮部５１には、その外部導体が接続されている。信号ケーブル６０の他端側は増幅器７０の入力部に接続され、この信号ケーブル６０を介して、電流プローブ５０で検出された電流信号が増幅器７０に入力される。増幅器７０の出力部にはデジタルオシロスコープ８０が接続されており、増幅器７０の出力信号の波形が観測可能となっている。
【００１２】
次に、本実施形態に係る放電検出装置の動作を説明する。
半導体ウェハ２２の処理中に、チャンバ１４の内部で放電が発生したとすると、この放電に伴って電磁波Ｅが発生する。この電磁波Ｅの一部は、チャンバ内の陽極２４に入射し、この陽極２４に接続された給電ケーブル４０の内部導体に、電磁波Ｅによる電流信号が発生する。電流信号が給電ケーブル４０の内部導体に発生すると、ある遅延時間を経て、この電流信号とは逆相の電流（以下、逆相電流と称す）が給電ケーブル４０の外部導体に誘導される。
【００１３】
ここで、給電ケーブル４０の長さを１メートルとし、電気信号の伝搬速度を３０万ｋｍ／ｓとすると、電気信号が１ｍの給電ケーブル４０を伝搬する際の遅延時間は約１×１０−９秒となる。従って、給電ケーブル４０の内部導体に電流信号が発生してから外部導体に逆相電流が現れるまでに約１×１０−９秒の遅延時間が発生する。この間、給電ケーブル４０の内部導体にのみ電流信号が存在し、その外部導体には逆相電流がまだ発生していない状態が発生する。この状態では、電流信号によって形成される磁界が、逆相電流によって減殺されることなく電流プローブ５０に到達するため、この磁界から電流信号が検出される。
【００１４】
即ち、図２下段において、電流プローブ５０の貫通穴を通る給電ケーブル４０に電流信号が現れると、この電流信号による磁束が磁性体５３の内部に発生する。この結果、表皮部５１の内周側に形成されたスリット５２の上端側と、表皮部５１を通ってスリット５２の下端側との間に電流が誘導され、この誘導された電流が信号ケーブル６０を介して増幅器７０に供給され、増幅器７０で増幅された後、デジタルオシロスコープ８０に表示される。これにより放電の発生が報知される。
【００１５】
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述の実施形態では、ウェハを載置する陽極２４に給電する給電ケーブル４０に電流プローブ５０を取り付けるものとしたが、陰極２６側に給電が行われる場合には、この陰極側に接続された給電ケーブルに電流プローブを取り付けるものとしてもよい。
【００１６】
また、放電の種類に応じて周波数特性を有するフィルタを増幅器７０に設け、これにより、増幅された電流信号の周波数を識別し、この識別された周波数から放電の種類を特定するようにしてもよい。この場合、３００ＭＨｚを閾値として周波数を識別するものとすれば、低周波放電と高周波放電を有効に区別して報知することが可能になる。また、電流プローブ５０で検出された電流（誘導された電流）をデジタルオシロスコープ８０に表示するものとしたが、例えばアラーム音などで報知するものとしてもよい。さらに、電流プローブ５０で検出された電流に対してフィルタリング処理を施し、ノイズとなる周波数成分をカットするようにしてもよく、また、放電に関連する特定の周波数成分のみを選択的に抽出して増幅するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る放電検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電流プローブの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１８】
１２；窓、１４；チャンバ、２２；半導体ウェハ、２４；陽極、２５；静電チャック、２６；陰極、２８；高周波電圧源、３２；導入口、３４；排出口、４０；給電ケーブル、５０；電流プローブ、６０；信号ケーブル、７０；増幅器、８０；デジタルオシロスコープ。
【図１】
2005209935.tif 000003
【図２】
2005209935.tif 000004