(57)【要約】マイクロアークの発生を検出して、装置や基板にダメージを与えるマイクロアークを有効に抑制する。  基板処理装置は、高周波電源部１００から整合器３００を介して処理室２００に設けた電極２１０に高周波電力を印加して、プラズマＰを発生するように構成される。高周波電源１１１と整合器３００との間に方向性結合器１２１を設けて、電極２１０から反射する反射波、及び電極２１０に向かう進行波を検出器１２２に結合する。検出器１２２は反射波Ｐｒのレベル及びその微分レベルが各設定値を越えた時、検出信号を出力する。放電初期を検出期間から外すために、進行波を遅延させた遅延進行波も出力する。制御手段１３０は、検出器１２２から出力される３つの検出信号の一致がとれたとき、有害なマイクロアークが発生したとみなし、ＲＦカット信号をＣＰＵ１１６に加え、高周波電源１１１からの高周波電力を一時停止又は一時低下する。
2005015964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御可能な高周波電源を有する高周波電源部を備え、前記高周波電源から高周波電力を処理室に設けられた放電用電極に整合器を介して印加し、前記処理室内にプラズマを生成する基板処理装置において、
前記高周波電源部と整合器の間、又は整合器と放電用電極との間に、少なくとも前記放電用電極から反射する高周波電力の反射波を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に応じて、前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下するように前記高周波電源を制御する制御手段とを設け、
前記制御手段は、前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下し、高周波電力を再度印加すると、所定時間経過前までは、高周波電力の印加を一時停止又は一時低下させずに継続的に高周波電力を印加し、所定時間経過後からは前記検出器の検出結果に応じて前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下するように制御する基板処理装置。
【請求項２】
処理室内に基板を挿入し、前記処理室に基板処理ガスを導入しつつ排気し、高周波電源から高周波電力を放電用電極に整合器を介して印加して、前記処理室内にプラズマを発生させて前記基板を処理する基板処理装置において、前記放電用電極からの高周波電力の反射波を検出して前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下させるようにした後に、高周波電力を再度印加すると、所定時間経過前までは高周波電力の印加を一時停止又は一時低下させずに継続的に高周波電力を印加し、所定時間経過後からは反射波を検出すると前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下することが可能なように制御する基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、プラズマを用いて基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法に係り、特にマイクロアークの発生を抑制するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  マイクロアークとは、プラズマ中の局在的、瞬間的な異常放電をいう。このマイクロアークはプラズマ処理装置で発生する。プラズマ処理装置として、例えば図５に示すような、平行平板電極による容量結合型のプラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置は、処理室１０内に平行平板電極２０が設けられ、接地された下電極（アノード）２０ａに基板Ｗが載置される。上電極（カソード）２０ｂには整合器３０を介して高周波電源４０が接続されて、電極２０間に高周波電力が印加される。処理室１０に反応ガスが供給されると、電極２０間にアーク放電が起こり、プラズマＰが発生する。このプラズマＰにより反応ガスを活性化して基板Ｗに成膜などの処理を施すように構成される。【０００３】  アーク放電中に、電極２０からゴミが落ちたり、電極２０の表面から皮膜が剥離したりする。これらの落下ゴミや剥離皮膜がトリガになってマイクロアークが起こる。マイクロアークによるダメージは、電極表面に異常が発生しやすいカソード２０ｂ側のみならず、アノード２０ａ上の基板表面、あるいは処理室内壁にも発生する。図５中に、基板表面、カソード表面、及び処理室内壁で発生したマイクロアーク５０ａ、５０ｂ、及び５０ｃをそれぞれ示す。基板Ｗの周囲に、複数枚のセラミックス板を繋ぎ合わせて構成した電極カバー（図示せず）を使用するが、その継ぎ目にも、マイクロアークが発生することがある。なお、基板ＷはＬＣＤ用のガラス基板、半導体ウェハ基板等である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  近年、ＬＣＤ用ガラス基板や半導体シリコン基板が大型化している。単位面積あたりのマイクロアークの発生頻度を一定とすると、基板サイズの拡大に伴って、マイクロアーク発生頻度、確率が大きくなる。また、基板の大型化により放電用電極に印加する電圧も高電圧化しているが、放電用電極に印加する電圧の増加に伴って、マイクロアークの発生頻度、確率が大きくなる。【０００５】  マイクロアークが発生すると、マイクロアークによって金属製電極表面が部分的に溶けたり、欠損したり、えぐれたりして、その金属飛沫が基板上にかかり、基板が金属汚染される。また、マイクロアークによる皮膜剥離により、基板上に異物や膜の破片が付着して、基板上の膜厚分布が局所的に異常となる。また、トータルの歩留まり低下が生じ、基板処理装置へのダメージも発生するため、メンテナンスサイクルが短くなる。その結果、基板処理装置の稼働率や、生産性が低下する。
基板が小型で、低電圧であった従前では、マイクロアークは、さほど問題とされていなかったが、上述したように、基板の大型化、電極への印加電圧の高電圧化に伴って、被害が大きくなるため、マイクロアーク発生防止の要請が大きくなっている。
そこで、マイクロアークが発生したら、これを速やかに検出して瞬間的にマイクロアークを止める必要がある。通常のアーク放電は、高電圧で大電流が流れるので、その検出は容易である。しかし、マイクロアーク放電は、低電圧で電流も小さく、局所的に発生するため、その検出が困難である。
このことは、容量結合型に限らず、変形マグネトロン型、誘導結合型、ヘリコン波型にも言える。【０００６】  なお、高周波放電に代えて、ＣＷパルス放電にすると、マイクロアークの発生を防止することは可能である。しかし、電極に供給される平均の高周波電力が低下してしまうので、成膜速度の低下や、膜質の劣化を招くという問題があり、採用できない。
また、逆に電極間に加える高周波電力を高くして、マイクロアークの検出を容易にすることも考えられる。しかし、高周波電力を高くすると、逆にマイクロアークの確率が高くなり、発生頻度がアップするという問題があり、これも採用できない。【０００７】  本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、マイクロアークの発生を抑制することが可能な基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  第１の発明は、制御可能な高周波電源を有する高周波電源部を備え、前記高周波電源から高周波電力を処理室に設けられた放電用電極に整合器を介して印加し、前記処理室内にプラズマを生成する基板処理装置において、前記高周波電源部と整合器の間、又は整合器と放電用電極との間に、少なくとも前記放電用電極から反射する高周波電力の反射波を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に応じて、前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下するように前記高周波電源を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下し、高周波電力を再度印加すると、所定時間経過前までは、高周波電力の印加を一時停止又は一時低下させずに継続的に高周波電力を印加し、所定時間経過後からは前記検出器の検出結果に応じて前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下するように制御する基板処理装置である。【０００９】  高周波電力を放電用電極に印加すると、放電用電極間にプラズマ放電が発生する。このプラズマ放電には、正常放電と異常放電（マイクロアークを含む）とがある。正常放電では、整合器によりインピーダンス整合が取れていると、放電用電極からは反射波は発生しない。しかし、異常放電（マイクロアークを含む）では反射波が発生する。このマイクロアーク発生時の反射波を検出器によって検出する。制御手段は、検出器の検出結果に応じて、装置や基板にダメージを与える有害なマイクロアークであると判断したとき、制御信号を出力して高周波電源を制御し、放電用電極に高周波電力を印加するのを一時停止させるか又は一時低下せる。ここで、一時低下とは、マイクロアーク放電が持続する高周波電力値よりも高周波電力を下げるという意味である。この一時停止又は一時低下により、プラズマ放電を維持したまま、マイクロアークのみを消滅させることができる。
このように、検出器の検出結果に応じて、放電用電極に高周波電力を印加するのを一時停止させるか又は一時低下させるという簡単な構造で、有害なマイクロアークの発生を有効に抑制することができる。【００１０】  第２の発明は、制御可能な高周波電源を有する高周波電源部を備え、前記高周波電源から高周波電力を処理室に設けられた放電用電極に整合器を介して印加し、前記処理室内にプラズマを生成する基板処理装置において、前記高周波電源部に、前記放電用電極から反射する高周波電力の反射波、又は／及び放電用電極に向かう高周波電力の進行波に対して検出器を結合させる方向性結合器と、前記整合器により前記高周波電源と前記放電用電極とのインピーダンス整合が取れているとき、前記方向性結合器から取り出される反射波の変動を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に応じて、前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止又は一時低下するように前記高周波電源を制御する制御手段とを設け、前記検出器は、前記反射波のレベルがレベル設定値以上のときレベル検出信号を出力し、前記反射波を微分したレベルが微分設定値以上のとき微分検出信号を出力することにより、反射波の変動を検出するものであり、前記制御手段は、前記検出器から前記レベル検出信号及び微分検出信号が同時に出力されたとき、前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止又は一時低下するように前記高周波電源を制御するものである基板処理装置である。【００１１】  マイクロアーク発生時の反射波を方向性結合器により取り出し、検出器によって、その反射波の変動を検出する。制御手段は、検出器の検出結果に応じて、装置や基板にダメージを与える有害なマイクロアークであると判断したとき、制御信号を出力して高周波電源を制御し、放電用電極に高周波電力を印加するのを一時停止又は一時低下させる。この一時停止又は一時低下により、プラズマ放電を維持したまま、マイクロアークのみを消滅させることができる。
このように、方向性結合器を設け、方向性結合器から取り出した信号を検出し、その検出結果に応じて、放電用電極に高周波電力を印加するのを一時停止させるか又は一時低下せるという簡単な構造で、有害なマイクロアークの発生を有効に抑制することができる。【００１２】  ところで、マイクロアークが発生しても、マイクロアークが常に装置にとって有害となるわけではない。反射波のレベルが所定値以上で、反射波の立上がりが急峻なマイクロアークが発生した時に、マイクロアークは、装置にとって有害となる。
したがって、検出器によって反射波のレベルがレベル設定値以上で、かつ、反射波を微分したレベルが微分設定値以上のとき、反射波の変動を検出するようにすれば、有害なマイクロアークの発生を、より有効に検出することができる。【００１３】  第３の発明は、第２の発明において、前記検出器は、前記反射波の変動を検出する機能に加えて、さらに前記進行波を遅延させた遅延進行波信号を出力する機能を有し、前記制御手段は、前記遅延進行波信号が出力されている時に、前記高周波電源を制御するものである基板処理装置である。
反射波の変動条件に、進行波の遅延条件を加えて、これらの条件が全て成立した時に、高周波電力の印加を一時停止又は一時低下するようにしたので、放電初期にインピーダンス整合が取れていないことにより生じる正常放電時の反射波を無視して、マイクロアークに起因する反射波のみをとらえて、有害なマイクロアークのみを抑制することができる。
なお、反射波の変動条件に進行波の遅延条件を加えて、これらの条件が全て成立した時に、高周波電源を制御するようにする回路は、ＡＮＤ回路で容易に実現することができる。【００１４】  第４の発明は、第２又は第３の発明において、前記制御手段は、前記高周波電源を制御する制御信号を、さらにモニタ信号として高周波電源部から出力するものである基板処理装置である。
モニタ信号を記録して管理することにより、基板処理装置の設定条件異常や、故障予測ないしメンテナンス時期を知ることが容易にできるようになる。【００１５】  第５の発明は、第２ないし第４の発明において、前記高周波電源からの高周波電力の印加を一時停止又は一時低下する停止時間が１００〜３００μｓｅｃであることを特徴とする基板処理装置である。
高周波電力の一時停止又は一時低下時間が１００〜３００μｓｅｃの時、通常アークに悪影響を与えることなく、マイクロアークの発生を有効に抑制できる。【００１６】  第６の発明は、処理室内に基板を挿入し、前記処理室に基板処理ガスを導入しつつ排気し、高周波電源から高周波電力を放電用電極に整合器を介して印加して、前記処理室内にプラズマを発生させて前記基板を処理する基板処理装置において、前記放電用電極からの高周波電力の反射波を検出して前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下させるようにした後に、高周波電力を再度印加すると、所定時間経過前までは高周波電力の印加を一時停止又は一時低下させずに継続的に高周波電力を印加し、所定時間経過後からは反射波を検出すると前記放電用電極への高周波電力の印加を一時停止するか又は一時低下することが可能なように制御する基板処理方法である。
簡単な方法によって、マイクロアークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】  本発明によれば、マイクロアークの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。【００１９】  図２は最良の形態による基板処理装置のブロック図である。基板処理装置は、平行平板電極による容量結合型のプラズマ装置であり、基板Ｗをプラズマ処理する処理室２００を備える。処理室２００には、図示しないが、ガスを供給しつつ排気する給排系が設けられる。又、処理室２００に設けた放電用の一対の電極２１０、２１０間に高周波電力（ＲＦ電力）を印加する高周波電源部（ＲＦ電源部）１００と、ＲＦ電源部１００と電極２１０との間に設けられて、これらのインピーダンスを整合するための整合器３００とを備える。
ＲＦ電源部１００は、ＲＦ電力を制御可能に出力するＲＦ発振部１１０と、処理室２００に設けた電極２１０から反射してくる反射波Ｐｒ信号、又は／及びＲＦ発振部１１０から電極２１０に向かうＲＦ電力の進行波Ｐｆ信号（以下、単にＰｆ／Ｐｒ信号という）を検出する検出手段１２０と、検出手段１２０の検出結果に応じて高周波カット信号（ＲＦカット信号）をＲＦ発振部１１０に加える制御手段１３０とから構成される。この制御手段１３０からのＲＦカット信号は、また、ＲＦ電源部１００の外部へカット動作モニタ出力として取り出されるようになっている。
上述したＲＦカット機能を有する検出手段１２０、又は検出手段１２０及び制御手段１３０を、マイクロアークカッタということもある。【００２０】  図１は、基板処理装置のＲＦ電源部１００の詳細図である。
ＲＦ発振部１１０から出力されるＲＦ電力は、検出手段１２０を介してＲＦ電源部１００の外に取り出されて、整合器３００に入力される。また、制御手段１３０からＲＦ発振部１１０へ出力される制御信号としてのＲＦカット信号は、ＲＦ電源部１００の外部へカット動作モニタ信号（Ｂ）としても出力される。また、ＲＦ電源部１００から、放電初期に整合器３００を制御するためのＰｆ／Ｐｒ信号（Ａ）も出力されるように構成される。【００２１】  ＲＦ電源部１００を構成するＲＦ発振部１１０、検出手段１２０、及び制御手段１３０を具体的に説明する。
ＲＦ発振部１１０は、高周波電源（ＲＦ電源）１１１を有する。ＲＦ電源１１１は、ＲＦ発振器１１２と、増幅度が制御可能なＲＦ増幅器１１３とから構成される。ＲＦ発振器１１２により例えば１３．５６ＭＨｚの高周波信号（ＲＦ信号）を発生し、このＲＦ信号をＲＦ増幅器１１３により、プラズマＰを発生させるために必要な電力まで増幅する。増幅されたＲＦ電力は、パワーセンサ１１４を介してＲＦ発振部１１０から取り出され、検出手段１２０に入力される。検出手段１２０に入力されたＲＦ電力は、検出手段１２０の一部を構成する方向性結合器１２１に入力され、この方向性結合器１２１を介してＲＦ電源部１００から取り出されるように構成される。ＲＦ電源部１００から取り出されたＲＦ電力は整合器（マッチングボックス）３００を介して処理室２００に設けた電極２１０に印加される。
ここで、必要な電力としては、例えば２０００Ｗである。なお、検出手段１２０の残りの部分は、後述する検出器１２２で構成される。【００２２】  また、ＲＦ発振部１１０はＣＰＵ１１６を有する。このＣＰＵ１１６はＲＦ電力の供給を一時停止することが可能である。
ＲＦ発振部１１０のＲＦ電源１１１の出力段にパワーセンサ１１４が設けられる。パワーセンサ１１４は、ＲＦ増幅器１１３から出力されるＲＦ電力の進行波Ｐｆ信号又は／及び電極２１０から反射する反射波Ｐｒ信号（Ｐｆ／Ｐｒ信号）を検出する。パワーセンサ１１４で検出したＰｆ／Ｐｒ信号はＡ／Ｄ変換器１１５によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１１６に入力される。ＣＰＵ１１６は、上記Ｐｆ／Ｐｒ信号を処理してＰｆ／Ｐｒ信号を、例えば４ｍｓｅｃ程度に伸ばして出力する。このＰｆ／Ｐｒ信号はＤ／Ａ変換器１１７によって再度アナログ信号に変換され、ＲＦ電源部１００の外部に出力される。【００２３】  ＲＦ電力の供給一時停止を実現する手段はつぎのように構成される。ＲＦ発振部１１０のＣＰＵ１１６に、後述する制御手段１３０からＲＦカット信号が加えられると、ＣＰＵ１１６は、そのＲＦカット信号をＲＦ電源１１１のＲＦ増幅器１１３に入力して、ＲＦ増幅器１１３の増幅度をゼロとし、ＲＦカット信号が出力されている間、電極２１０に印加するＲＦ電力を一時的に停止する。なお、ＲＦカット信号をＲＦ増幅器１１３ではなく、ＲＦ発振器１１２に加えて、発振を一時的に止めることにより、電極２１０に印加するＲＦ電力を一時的に停止するようにしてもよい。【００２４】  一方、検出手段１２０は、方向性結合器１２１と検出器１２２とから構成される。
方向性結合器１２１は、ＲＦ発振部１１０と整合器３００との間の伝送系に挿入されて、伝送系中を進行するＲＦ電力波に対して検出器１２２を結合する。したがって、この方向性結合器１２１によって、パワーセンサ１１４から出力されるＲＦ電力の進行波Ｐｆ信号が、整合器３００側と検出器１２２側とに分岐される。又、電極２１０から反射されるＲＦ電力の反射波Ｐｒ信号が、パワーセンサ１１４側と検出器１２２側とに分岐される。【００２５】  検出器１２２は、方向性結合器１２１に結合する検波回路１２３を有し、この検波回路１２３によって、Ｐｆ／Ｐｒ信号を検波する。検波回路１２３からは３つの信号が出力される。２つのＰｒ信号と１つのＰｆ信号である。この検波回路１２３によるＰｆ／Ｐｒ信号の監視は、サンプリングによって常時行うようにする。【００２６】  検波回路１２３により検波された信号のうち、第１のＰｒ信号はＰｒレベル検出回路１２４に入力される。第２のＰｒ信号は微分レベル検出回路１２５に入力される。第３のＰｆ信号は、遅延回路１２６に入力される。なお、遅延回路１２６は、ＣＲ回路で容易に構成することができる。【００２７】  Ｐｒレベル検出回路１２４によって、第１のＰｒ信号は、レベル設定値と比較される。Ｐｒレベルがレベル設定値以上になったとき、後述するマイクロアークの抑制条件（ａ）を満たしたものとみなし、Ｐｒレベル検出回路１２４はレベル検出信号を出力する。微分レベル検出回路１２５によって、第２のＰｒ信号は、微分設定値と比較される。微分レベルが微分設定値以上になったとき、マイクロアークの抑制条件（ｂ）を満たしたものとみなし、微分レベル検出回路１２５は微分検出信号を出力する。遅延回路１２６によって第３のＰｆ信号は所定時間遅延させられ、ＣＲ遅延回路１２６は遅延進行波信号を出力する（マイクロアーク抑制条件（ｃ））。
Ｐｒレベル検出回路１２４のレベル設定値としては例えば１００ｍＶｐｐ、微分レベル検出回路１２５の微分設定値としては、例えば４００ｍＶｐｐ／２μｓｅｃである。【００２８】  Ｐｒレベル検出回路１２４、微分レベル検出回路１２５、ＣＲ遅延回路１２６の各出力は、検出手段１２０から取り出され、制御手段１３０に加えられる。制御手段１３０では、各回路１２４〜１２６からの出力はＡＮＤ回路１３１に入力される。各回路１２４〜１２６から同時に検出出力が入力された時だけ、ＡＮＤ回路１３１から一致出力信号が出される。一致出力信号はＲＦカット信号出力回路１３２に入力されて、ＲＦカット信号として制御手段１３０から取り出されて、ＲＦ発振部１１０のＣＰＵ１１６に加えられる。前述したように、ＣＰＵ１１６は、制御手段１３０からＲＦカット信号が加えられると、そのカット信号をＲＦ増幅器１１３に加えて、ＲＦ増幅器１１３の増幅度をゼロとし、電極２１０に印加するＲＦ電力を一時的に停止する。
ＲＦカット信号のパルス幅となる一時停止時間Ｔ１としては、例えば２００μｓｅｃである。また、ＡＮＤ回路１３１の動作感度としては、マイクロアークのパルス幅に相当する２〜３μｓｅｃが好ましい。【００２９】  ＡＮＤ回路１３１からの一致出力信号は、ＲＦカット信号出力回路１３２の他に、ピークホールド回路１３３にも入力される。一致出力信号のパルス幅はピークホールド回路１３３で所定時間伸ばされて出力され、制御手段１３０、ＲＦ電源部１００よりカット動作モニタ信号Ｂとして取り出される。このカット動作モニタ信号は、基板処理装置を統括制御する上位コンピュータ（図示せず）に通知される。
上記所定時間としては、例えば２００ｍｓｅｃあることが好ましく、この場合、ＡＮＤ回路１３１から一致出力信号が出力される毎に、２００ｍｓｅｃのパルス幅のカット動作モニタ信号（Ｂ）が出力されることになる。【００３０】  ここで、前述した３つマイクロアーク抑制条件（ａ）〜（ｃ）を説明する。
（ａ）Ｐｒレベルが所定値以上であること
Ｐｒ出力が発生しても、その振幅（レベル）が小さい間は問題は生じない。しかし、振幅が或る程度大きくなると問題が生じる。換言すれば、Ｐｒレベルが所定値になったとき、所定値以上のレベルのＰｒが発生しないように、そのＰｒ波形を所定値でカットする必要がある。したがって、Ｐｒ出力の立上りレベルを検出することにより、そのレベル値から発生したマイクロアークが有害か否かを判定する必要がある。
（ｂ）Ｐｒ微分レベルが所定値以上であること
Ｐｒ出力が急峻な場合に問題が生じる。したがって、微分してその傾きをレベルとして検出する。Ｐｒ出力波形が緩やかであると、強いアーク放電は発生していないと考えられ、処理室内でのダメージはほとんど生じない。Ｐｒ出力波形が急峻であると、強いアーク放電が発生していると考えられ、金属電極表面や、基板、さらには処理室内壁に与えるダメージが大きい。
（ｃ）安定放電開始後に発生する反射波Ｐｒのみを対象とすること
放電初期の反射波Ｐｒ０を無視して、Ｐｆが安定した後に発生するマイクロアークの反射波Ｐｒ１のみを検出対象とする必要がある。なお、Ｐｆ信号から直接マイクロアークの反射波Ｐｒ１信号を検出することは、Ｐｆ信号に対して相対的にＰｒ１が小さいため、困難である。【００３１】  次に上述した構成の作用、すなわちマイクロアークカッタの作用を説明する。
なお、ここでの処理条件は、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）の成膜で例示すれば、ウェハ温度２８０〜３５０℃、ガス種ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２（Ｈ２を添加する場合もあり）、処理圧力は５０〜４００Ｐａ、ＲＦ電力は３０００〜７０００Ｗである。
（１）放電初期
処理室２００内にガスを導入しつつ排気させる。ＲＦ電源１１１をオンして、ＲＦ電源部１００から、方向性結合器１２１及び整合器３００を介して処理室２００に設けた一対の電極２１０間に、ＲＦ電力を供給して、電極２１０間にプラズマＰを生成させる。【００３２】  図６（ａ）に示すように、ＲＦ電源１１１をオンすると、ＲＦ電力（進行波Ｐｆ）は段階的に上がっていき、その過程で、プラズマＰが生成される。ＲＦ電力は、所定値に達したら安定供給に切換えられる。ＲＦ電力の安定供給後にマイクロアークが発生すると、電極２１０から反射する反射波Ｐｒ１が進行波Ｐｆに重畳され、進行波Ｐｆのレベルが変動する。しかし、進行波Ｐｆレベルに対する反射波Ｐｒ１レベルはとても小さいので、進行波Ｐｆレベルの変動から反射波Ｐｒ１を検出することは困難である。【００３３】  また、ＲＦ電源１１１をオンすると、図６（ｂ）に示すように、電極２１０から反射される反射波Ｐｒは、放電中の他に、放電初期でも発生する。放電中に発生する反射波をＰｒとし、放電初期に発生する反射波をＰｒ０としている。放電初期でも反射波Ｐｒ０が発生するのは、ＲＦ電源１１１をオンすると、ＣＰＵ１１６から出力されるＰｆ／Ｐｒ信号によって（または、整合器３００内の自動制御回路による場合もある）、整合器３００が制御されて、ＲＦ電源１１１と電極２１０とのインピーダンス整合を取るが、放電初期には、まだインピーダンス整合が取れていないためである。放電初期に発生する反射波Ｐｒ０を無視するために、進行波Ｐｆは、検出器１２２の遅延回路１２６によって所定時間遅延させられる。
この放電初期は、検出器１２２の検波回路１２３で検出された進行波Ｐｆが遅延回路１２６によって遅延されるために、制御手段１３０のＡＮＤ回路１３１のＡＮＤ条件は取れないようになっている。したがって、インピーダンス整合が取れるまでの放電初期では、Ｐｒレベル設定値及びＰｒ微分レベル設定値を上回る反射波Ｐｒが検出されても、制御手段１３０からはＲＦカット信号は出力されない。
また、放電初期、ＲＦ電源部１００から出力されるＰｆ／Ｐｒ信号によって（または、整合器３００内の自動制御回路による場合もある）整合器３００を制御して、ＲＦ電源１１１のインピーダンスと電極２１０のインピーダンスとを整合させる。【００３４】  （２）放電中
実施の形態によれば、放電中に発生する反射波Ｐｒ１は、次のようにしてカットされる。
図３に示すように、放電中に、３つの反射波Ａ、Ｂ、及びＣが、検出器１２２の検波回路１２３から検出されたとする。図４に詳細に示したように、反射波は、マイクロｓｅｃオーダで発生しており、反射波Ａは、波形の傾きが微分設定値の４００ｍＶｐｐ／２μｓｅｃよりも大きくて急峻であるが、Ｐｒ検出レベルはレベル設定値の１００ｍＶｐｐより小さい。反射波Ｂは、Ｐｒ検出レベルはレベル設定値の１００ｍＶｐｐよりも大きいが、波形の傾きが微分設定値の４００ｍＶｐｐ／２μｓｅｃよりも小さく緩い。反射波Ｃは、上記した各設定値よりもＰｒ検出レベルが大きく、波形の傾きが大きくて急峻であり、マイクロカッタの対象となる。【００３５】  これらの反射波Ａ、Ｂ、及びＣは方向性結合器１２１により取り出されて、検出器１２２に入力される。反射波Ａについては、Ｐｒ検出レベル１２４から検出信号は出力されないが、Ｐｒ微分レベル検出回路１２５からは検出信号が出力される。反射波Ｂについては、Ｐｒ検出レベル検出回路１２４から検出信号が出力されるが、Ｐｒ微分レベル検出回路１２５からは検出信号は出力されない。
反射波Ｃについては、Ｐｒ検出レベルは４００ｍＶＰＰ以上であり、設定値を越えているため、Ｐｒレベル検出回路１２４から検出信号が出力される。又、Ｐｒ微分レベルも急峻であり、設定値を越えているため、Ｐｒ微分レベル検出回路１２５からも検出信号が出力される。さらに、反射波Ｃの出ているタイミングは、反射波Ｃの発生時期が放電初期から外れた安定放電期間中に入っているので、ＣＲ遅延回路１２６からは、遅延Ｐｆ信号が出力されている。【００３６】  したがって、ＡＮＤ回路１３１の一致条件が全て取れて、ＲＦカット信号出力回路１３２からＣＰＵ１１６にＲＦカット信号が出力される。この信号によって、ＣＰＵ１１６は、図３に示すように、予めＲＦカット信号のパルス幅で設定した停止時間Ｔ１だけ、ＲＦ電源１１１のＲＦ増幅器１１３の増幅度をゼロにして、点線で示すＲＦ電力Ｐｆの出力を一時停止する。このＰｆ出力の停止により、電極２１０からの反射波Ｃは、それ以上の大きさに成長する前に速やかにカットされ、消失する。一時停止時間Ｔ１経過後、ＲＦ電源１１１のＲＦ増幅器１１３の増幅度は元に戻り、再びＲＦ電力の給電が開始されて、２０００ＷのＲＦ電力が電極２１０に供給される。ただし、給電開始から時間Ｔ２の間だけ、ＲＦカット動作を禁止する。時間Ｔ２以内の間に、再度Ｐｆ出力を停止すると、通常放電を維持できなくなるからである。したがって、この間は、未監視時間となる。
前記のように、ＲＦ電力Ｐｆの出力を一時停止すると、遅延回路１２６での遅延時間分、ＡＮＤ回路１３１への出力がオフされ、前記遅延時間の経過後にＡＮＤ回路１３１へ出力がオンされる。従ってこのようにすると、放電初期に発生する反射波Ｐｒ０を無視するために、進行波Ｐｆの出力を遅延回路１２６によって遅延させているので、ここでの遅延時間と等しくなる。このような回路構成とすることにより、遅延回路１つで放電初期及びＲＦ電力Ｐｆの出力一時停止した後の両方の工程で遅延させることができ、装置回路を簡略化することができる。
カット動作禁止時間Ｔ２経過後は、通常の監視体制に入り、マイクロアークが発生する毎に、上述したＲＦカット動作を繰り返して、マイクロアークの成長を速やかに抑制する。【００３７】  ここで、ＲＦカット動作させてＲＦ電力の供給を停止する一時停止時間Ｔ１は、１００〜３００μｓｅｃとするのがよい。１００μｓｅｃよりも短いとマイクロアークを消滅できないからである。また、３００μｓｅｃよりも長いと、アーク放電自体が停止してプラズマＰが消滅し、プラズマの周辺にトラップされていた反応生成物やパーティクルがウェハ上に落下するからである。したがって、一時停止時間は１００〜３００μｓｅｃの範囲が好ましい。この一時停止時間の値は、基板処理装置、ＲＦ電力の大きさや、基板サイズとはあまり相関がなく、ほぼ共通であった。マイクロアークは、局所的に起きるからであると考えられる。
なお、カット動作禁止時間Ｔ２は、例えば５００μｓｅｃ程度とするのがよい。【００３８】  （３）マイクロアーク発生の通知
ＡＮＤ回路１３１から一致信号が出力される度に、その出力はピークホールド回路１３３にも入力されて、少なくとも２００ｍｓｅｃのパルス幅をもつ信号に変換されて、カット動作モニタ信号（Ｂ）としてＲＦ電源部１００より取り出される。これは、制御手段１３０のＡＮＤ回路１３１の動作感度が２〜３μｓｅｃであり、このパルス幅の短い信号をそのままＲＦ電源部１００から取り出しても、装置全体のＣＰＵのクロック周期が前記パルス幅よりも遅いため、基板処理装置の上位コンピュータが、そのカット動作モニタ信号を検出できないおそれがある。このため、ピークホールド回路１３３で、２〜３μｓｅｃ程度の一致出力信号のパルス幅を、２００ｍｓｅｃ程度に伸ばしている。このため、上位コンピュータによって、カット動作モニタ信号をサンプリング可能となり、確実に検出できるようにすることができる。【００３９】  カット動作モニタ信号を上位コンピュータでカウントして、そのカウント数からカット動作モニタ信号の頻度が増えてきたことが分ると、電極の寿命を知ることができる。又は、プラズマ条件設定が問題であると判定できる。具体的には、カット動作信号の頻度がアップすると、電極の状態が悪化、基板のハンドリングミスによる基板の位置ずれ、異常発生、状態パラメータ（ＲＦ電源異常、整合器異常、処理室内圧力異常等）等をチェックをすることができる。その結果、未然に大きな損害を防止できる。【００４０】  （４）放電終了
基板に所定時間のプラズマ処理を行なったら、ガス導入及びＲＦ電力印加を終了して、基板処理を完了する。【００４１】  以上述べたように、実施の形態のマイクロアークカッタによれば、マイクロアーク発生時に反射波Ｐｒが急峻に変動することから、この変動を検出して、検出出力からＲＦ電力の供給を止めるようにしたので、マイクロアークの発生を有効に抑制することができる。この場合において、装置や基板にダメージを与えるマイクロアークを、反射波レベルとそのレベルの傾きとから定義して、この定義に合致するときのみ、反射波の変動を検出するようにしたので、真にダメージを与えるマイクロアークの発生のみを有効に抑制できる。【００４２】  また、通常のアーク放電を継続しておいて、マイクロアークが発生したら、一時的にＲＦ電力の供給を止めるようにしたので、マイクロアークの発生のみを抑制することができる。また、ＲＦ電力の供給を一時停止させた後、再びＲＦ電力の供給を再開するので、プラズマが消えたり、プラズマ放電領域が全体が縮小してしまったりすることなく、速やかにプラズマを元の状態に再生することができる。したがって、プラズマの周辺にトラップされている反応生成物等が基板上に落下することもなくなり、基板の膜厚分布が局所的に異常となることもなく、トータルの歩留まりが向上する。さらに装置へのダメージが低減し、メンテナンスサイクルも長くすることができる。その結果、装置の稼働率や、生産性を向上できる。【００４３】  高周波電力を一時停止（マイクロアークカット）した後、再度高周波電力を印加すると、初期の段階では異常放電が再発生し易い状態になり、連続的に高周波電力を一時停止した状態が複数回続くこともあるが、このようにするとプラズマ放電が消えてしまう。プラズマ放電が消えてしまうと、処理中の基板は捨てるしかなくなる。しかし、本発明では高周波電力を一時停止した後に、再度高周波電力を印加しても、例えば５００μｓｅｃ間は例え異常放電が起きても無視すれば、プラズマ放電が消えることがなくなり、基板を捨てなければならなくなる事態にはならない。
但し、本発明により異常放電を無視している期間に異常放電が起きることもあるが、局所的な製品の破壊に留まるので、基板全体が不良になるのではなく、異常放電が起きた場所の半導体装置または液晶ディスプレイが不良になるだけなので、歩留まりが向上する。【００４４】  なお、上述した実施の形態では、方向性結合器１２１をパワーセンサ１１４と整合器３００との間に設けたが、インピーダンスの整合が取れるのであれば、整合器３００と電極２１０との間に設けるようにしても良い。
又、制御手段にＡＮＤ回路を設けて、検出器１２２から出力される３つの条件信号が全て取れた時、ＲＦカット信号を出力するようにしたが、基板処理装置の種類や処理条件に応じて、Ｐｒレベル検出信号と微分レベル検出信号とを、ＡＮＤ回路に代えて、ＯＲ回路に加えるようにしても良い。これによれば、マイクロアーク抑制条件の（１）又は（２）のいずれか一方が成立するだけでも、ＲＦカット信号を出力して、強制的にマイクロアークの発生を抑制することができる。【００４５】  また、実施の形態では、電極への高周波電力の印加を一時停止させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、高周波電力の値を一時低下させるようにしてもよい。ここで、一時低下とは、マイクロアーク放電が持続する高周波電力値よりも下げるというものである。ウェハのプロセス処理ではプラズマ放電が２０００Ｗの場合、例えば０〜２０Ｗまで高周波電力を下げると、マイクロアーク放電が生じなくなる（なお、この０〜２０Ｗという値は電極の面積や放電用電極へ印加する高周波電力、圧力等、の条件が変化すると、変化する値である）。
【図面の簡単な説明】
【００４６】［図１］実施の形態による基板処理装置の高周波電源部の詳細図である。
［図２］実施の形態による基板処理装置のブロック図である。
［図３］実施の形態による高周波電源部の制御動作を説明するＰｒ検出レベルとＰｆ出力の制御特性図である。
［図４］実施の形態による反射波が発生したときのＰｒ検出レベルの説明図である。
［図５］従来例と実施の形態とに共通する平行平板電極による容量結合型のプラズマ基板処理装置の概略説明図である。
［図６］実施の形態による高周波電力波を示す説明図であり、（ａ）はＰｆレベル波形図、（ｂ）はＰｒレベル波形図、（ｃ）は遅延Ｐｆレベル波形図である。
【符号の説明】
【００４７】    Ｐ  プラズマ
１００  高周波電源部
１１１  高周波電源
１２０  検出手段
１２１  方向性結合器
１２２  検出器
１２３  検波回路
１２６  遅延回路
１３０  制御手段
１３１  ＡＮＤ回路
１３２  ＲＦカット信号出力回路
１３３  ピークホールド回路
２００  処理室
２１０  電極（放電用電極）
３００  整合器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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