(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を処理室内に収容してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室内に配置された電極部と、前記処理室内を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記電極部に高周波電圧を印加することにより前記処理室内でプラズマ放電を発生させる高周波電源部と、前記プラズマ放電を発生させるプラズマ放電回路と前記高周波電源部のインピーダンスを整合させる整合器と、一方の面を前記処理室内に発生したプラズマ放電に対向するように前記真空チャンバに装着された板状の誘電体部材およびこの誘電体部材の他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサと、
前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を受信して信号データとして一時的に記録する信号記録部と、
前記信号記録部に記録された前記信号データを参照して、前記プラズマ放電の状態を示す指標データを抽出する信号解析部と、
前記真空排気部、ガス供給部および高周波電源部を制御してプラズマ処理動作を実行させるとともに、前記信号解析部によって抽出された前記指標データを監視することにより前記プラズマ放電の状態を判定して、当該プラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行する装置制御部とを備え、
前記信号解析部は、前記処理室内において前記高周波電源部の高周波の印加によるプラズマ放電が正常に開始したことを示す放電開始に伴う電位変化を運転開始後の初期監視時間帯に検出し、前記処理室内において異常なプラズマ放電が発生していることを示す異常放電に伴う電位変化および前記処理室内における異物の付着堆積に起因して発生する微小アーク放電に伴う電位変化を初期監視時間帯後の設定処理時間の経過中に検出し、さらにこれらの電位変化の発生頻度を求めることにより前記指標データを抽出し、
前記装置制御部は、前記プラズマ放電が正常に開始しない場合に放電開始動作を反復実行するリトライ処理、前記異常放電が検出されてプラズマ処理が中断された後に同一の処理対象物へのプラズマ処理を再開する再プラズマ処理および前記異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理のうちの少なくとも１つの処理を実行することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記指標データを当該プラズマ処理装置による処理履歴データとして記憶する処理履歴記憶部を備えた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３】
処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室内に配置された電極部と、前記処理室内を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記電極部に高周波電圧を印加することにより前記処理室内でプラズマ放電を発生させる高周波電源部と、前記プラズマ放電を発生させるプラズマ放電回路と前記高周波電源部のインピーダンスを整合させる整合器と、一方の面を前記処理室内に発生したプラズマ放電に対向するように前記真空チャンバに装着された板状の誘電体部材およびこの誘電体部材の他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサとを備えたプラズマ処理装置によって、処理対象物を前記処理室内に収容してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を受信して、前記電位変化を示す信号データとして一時的に記憶する信号記録工程と、
前記一時的に記憶された信号データを参照して、前記プラズマ放電の状態を示す指標データを抽出する信号解析工程と、
前記真空排気部、ガス供給部および高周波電源部を制御してプラズマ処理動作を実行させるとともに、前記信号解析工程において抽出された前記指標データを監視することにより前記プラズマ放電の状態を判定して、前記プラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行する装置制御工程とを含み、
前記信号解析工程において、前記処理室内において前記高周波電源部の高周波の印加によるプラズマ放電が正常に開始したことを示す放電開始に伴う電位変化を運転開始後の初期監視時間帯に検出し、前記処理室内において異常なプラズマ放電が発生していることを示す異常放電に伴う電位変化および前記処理室内における異物の付着堆積に起因して発生する微小アーク放電に伴う電位変化を初期監視時間帯後の設定処理時間の経過中に検出し、さらにこれらの電位変化の発生頻度を求めることにより前記指標データを抽出し、
前記装置制御工程において、前記プラズマ放電が正常に開始しない場合に放電開始動作を反復実行するリトライ処理、異常放電が検出されてプラズマ処理が中断された後に同一の処理対象物へのプラズマ処理を再開する再プラズマ処理および前記異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理のうちの少なくとも１つの処理を実行することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板などの処理対象物をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品が実装される基板などの処理対象物のクリーニングやエッチングなどの表面処理方法として、プラズマ処理が知られている。プラズマ処理においては、処理対象の基板を処理室を形成する真空チャンバ内に載置し、処理室内でプラズマ放電を発生させ、この結果発生したイオンや電子を基板の表面に作用させることにより、所望の表面処理が行われる。このプラズマ処理を良好な処理品質で安定して行うためには、予め処理目的に則して設定された放電条件に応じてプラズマ放電が正しく発生していることが前提となるため、従来よりプラズマ放電の発生状態を監視することを目的として各種の手段・方法が用いられている。
【０００３】
例えば、何らかの要因によるプラズマ放電の変化が高周波電源部の電圧や電流に及ぼす影響を検出する方法や、プラズマ放電によって電極間に生じるセルフバイアス電圧を検出することにより放電状態を推測する方法などが知られている。ところがこれらの方法には、低出力条件でプラズマ放電を発生させる必要がある場合には検出精度が低く、放電状態を正確に検出することが難しいという欠点があるため、プラズマ放電の状態変化を直接的に検出可能な方法が用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。この方法は、処理室が設けられた真空チャンバに電位検出用のプローブ電極を備えた放電検出センサを装着し、プローブ電極にプラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化を検出することにより、処理室内における異常放電の有無を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−３１８１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この方法は処理室内において発生するプラズマ放電の状態変化を感度良く検出することができるため、高周波電源部の出力が低出力である場合においても、プラズマ放電の有無や放電異常を正しく監視することが原理的に可能である。しかしながら、上述の特許文献例にはプラズマ放電の有無や異常放電を高精度で監視するために必要な具体的適用例や、装置起動時に正常に放電が立ち上がらない不具合や、運転中に異常放電が発生した場合などの対処方法が明確に開示されておらず、実際のプラズマ装置を対象とした新たな応用技術の開発が望まれていた。
【０００５】
そこで本発明は、プラズマ放電の有無や放電異常を正しく監視し、不具合発生に適切に対処することが可能なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプラズマ処理装置は、処理対象物を処理室内に収容してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室内に配置された電極部と、前記処理室内を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記電極部に高周波電圧を印加することにより前記処理室内でプラズマ放電を発生させる高周波電源部と、前記プラズマ放電を発生させるプラズマ放電回路と前記高周波電源部のインピーダンスを整合させる整合器と、一方の面を前記処理室内に発生したプラズマ放電に対向するように前記真空チャンバに装着された板状の誘電体部材およびこの誘電体部材の他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサと、前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を受信して信号データとして一時的に記録する信号記録部と、前記信号記録部に記録された前記信号データを参照して、前記プラズマ放電の状態を示す指標データを抽出する信号解析部と、前記真空排気部、ガス供給部および高周波電源部を制御してプラズマ処理動作を実行させるとともに、前記信号解析部によって抽出された前記指標データを監視することにより前記プラズマ放電の状態を判定して、当該プラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行する装置制御部とを備え、前記信号解析部は、前記処理室内において前記高周波電源部の高周波の印加によるプラズマ放電が正常に開始したことを示す放電開始に伴う電位変化を運転開始後の初期監視時間帯に検出し、前記処理室内において異常なプラズマ放電が発生していることを示す異常放電に伴う電位変化および前記処理室内における異物の付着堆積に起因して発生する微小アーク放電に伴う電位変化を初期監視時間帯後の設定処理時間の経過中に検出し、さらにこれらの電位変化の発生頻度を求めることにより前記指標データを抽出し、前記装置制御部は、前記プラズマ放電が正常に開始しない場合に放電開始動作を反復実行するリトライ処理、前記異常放電が検出されてプラズマ処理が中断された後に同一の処理対象物へのプラズマ処理を再開する再プラズマ処理および前記異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する。
【０００７】
本発明のプラズマ処理方法は、処理室を形成する真空チャンバと、前記処理室内に配置された電極部と、前記処理室内を真空排気する真空排気部と、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記電極部に高周波電圧を印加することにより前記処理室内でプラズマ放電を発生させる高周波電源部と、前記プラズマ放電を発生させるプラズマ放電回路と前記高周波電源部のインピーダンスを整合させる整合器と、一方の面を前記処理室内に発生したプラズマ放電に対向するように前記真空チャンバに装着された板状の誘電体部材およびこの誘電体部材の他方の面に配置されたプローブ電極を少なくとも有する放電検出センサとを備えたプラズマ処理装置によって、処理対象物を前記処理室内に収容してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、前記プローブ電極に前記プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を受信して、前記電位変化を示す信号データとして一時的に記憶する信号記録工程と、前記一時的に記憶された信号データを参照して、前記プラズマ放電の状態を示す指標データを抽出する信号解析工程と、前記真空排気部、ガス供給部および高周波電源部を制御してプラズマ処理動作を実行させるとともに、前記信号解析工程において抽出された前記指標データを監視することにより前記プラズマ放電の状態を判定して、前記プラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行する装置制御工程とを含み、前記信号解析工程において、前記処理室内において前記高周波電源部の高周波の印加によるプラズマ放電が正常に開始したことを示す放電開始に伴う電位変化を運転開始後の初期監視時間帯に検出し、前記処理室内において異常なプラズマ放電が発生していることを示す異常放電に伴う電位変化および前記処理室内における異物の付着堆積に起因して発生する微小アーク放電に伴う電位変化を初期監視時間帯後の設定処理時間の経過中に検出し、さらにこれらの電位変化の発生頻度を求めることにより前記指標データを抽出し、前記装置制御工程において、前記プラズマ放電が正常に開始しない場合に放電開始動作を反復実行するリトライ処理、異常放電が検出されてプラズマ処理が中断された後に同一の処理対象物へのプラズマ処理を再開する再プラズマ処理および前記異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理のうちの少なくとも１つの処理を実行する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、処理室内に配置されたプローブ電極にプラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を受信して電位変化を示す信号データとして一時的に記録し、記録された信号データを参照してプラズマ放電の状態を示す指標データを抽出し、抽出された指標データを監視することによりプラズマ放電の状態を判定してプラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行することにより、プラズマ放電の有無や放電異常を正しく監視して、不具合発生への適切な対処方法やメンテナンスの要否をリアルタイムの
状態で判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に用いられる放電検出センサの構成説明図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における電位変化波形の説明図、図５は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における放電状態監視処理を示すフロー図、図６は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法において放電開始動作を反復実行するリトライ機能を示すフロー図、図７は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法においてプラズマ処理が中断された後にプラズマ処理を再開する再プラズマ処理を示すフロー図、図８は本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法において異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理を示すフロー図である。
【００１０】
まず図１を参照してプラズマ処理装置の構造を説明する。図１において、真空チャンバ３は、水平なベース部１上に、蓋部２を昇降手段（図示省略）によって昇降自在に配設して構成されている。蓋部２が下降してベース部１の上面にシール部材４を介して当接した状態では真空チャンバ３は閉状態となり、ベース部１と蓋部２で囲まれる密閉空間は、処理対象物を収容しプラズマ処理を行う処理室３ａを形成する。処理室３ａには電極部５が配置されており、電極部５はベース部１に設けられた開口部１ａに下方から絶縁部材６を介して装着されている。電極部５の上面には絶縁体７が装着されており、処理対象物である基板９は絶縁体７の上面にガイド部材８によって両側端部をガイドされて基板搬送方向（紙面垂直方向）に搬入される。
【００１１】
ベース部１に設けられた開孔１ｂには、管路１１を介してベントバルブ１２，真空計１５，ガス供給バルブ１３および真空バルブ１４が接続されている。さらにガス供給バルブ１３、真空バルブ１４はそれぞれガス供給部１６、真空ポンプ１７と接続されている。真空ポンプ１７を駆動した状態で真空バルブ１４を開にすることにより、処理室３ａ内が真空排気される。このときの真空度は、真空計１５によって検出される。真空バルブ１４および真空ポンプ１７は、処理室３ａ内を真空排気する真空排気部を構成する。またガス供給バルブ１３を開状態にすることにより、ガス供給部１６からプラズマ発生用ガスが処理室３ａ内に供給される。ガス供給部１６は流量調整機能を内蔵しており、任意の供給量のプラズマ発生用ガスを処理室３ａ内に供給することができる。そしてベントバルブ１２を開にすることにより、真空破壊時に処理室３ａ内に大気が導入される。
【００１２】
電極部５には整合器１８を介して高周波電源部１９が電気的に接続されている。処理室３ａ内の真空排気してガスを供給した状態で高周波電源部１９を駆動することにより、電極部５には接地部１０に接地された蓋部２との間に高周波電圧が印加され、これにより処理室３ａ内にはプラズマ放電が発生する。整合器１８は、処理室３ａ内においてプラズマ放電を発生させるプラズマ放電回路と高周波電源部１９のインピーダンスを整合させる機能を有している。
【００１３】
蓋部２の側面には、真空チャンバ３の外部から処理室３ａの内部を視認するためののぞき窓として機能する円形の開口部２ａが設けられている。開口部２ａには、誘電体部材２１、プローブ電極ユニット２２よりなる放電検出センサ２３が、支持部材２４によって蓋部２の外側から固定されている。ここで図２を参照して、放電検出センサ２３の構成を説明する。蓋部２に設けられた開口部２ａには、光学的に透明なガラスで製作された誘電体部材２１が装着されている。処理室３ａの内部では、電極部５と蓋部２との間にプラズマ放電が発生しており、誘電体部材２１は一方の面が処理室３ａ内に発生したプラズマ放電に対向する姿勢で真空チャンバ３に設けられた開口部２ａに装着されている。
【００１４】
誘電体部材２１の他方の面、すなわち真空チャンバ３の外側向の面には、プローブ電極ユニット２２が装着されている。プローブ電極ユニット２２は、ガラス板２２ａの一方の面にプローブ電極２２ｂを形成し、他方の面にシールド電極２２ｃを形成した一体部品であり、プローブ電極ユニット２２を誘電体部材２１に装着して放電検出センサ２３を形成する際には、プローブ電極２２ｂを誘電体部材２１の外面（他方の面）に密着させた状態で、導電性金属よりなる支持部材２４によって蓋部２に支持されている。すなわち放電検出センサ２３は、一方の面を処理室３ａ内に発生したプラズマ放電に対向するように真空チャンバ３に装着された板状の誘電体部材２１およびこの誘電体部材２１の他方の面に配置されたプローブ電極２２ｂを少なくとも有する構成となっている。プローブ電極２２ｂは、検出導線２２ｄを介して信号記録部２０に接続されている。
【００１５】
処理室３ａの内部においてプラズマ放電が発生した状態では、プローブ電極２２ｂは、誘電体部材２１および処理室３ａ内で発生したプラズマＰと誘電体部材２１との界面に形成される空間電荷層であるシースＳを介して、プラズマＰと電気的に接続された状態となる。すなわち、図２に示すように、誘電体部材２１によって形成されるコンデンサＣ１およびシースＳに相当する容量のコンデンサＣ２およびプラズマＰの有する抵抗Ｒを直列に接続した電気的な回路が形成され、プローブ電極２２ｂにはプラズマＰの状態に応じた電位が誘起される。本実施の形態においては、プローブ電極２２ｂの電位を検出導線２２ｄによって信号記録部２０に導き、プラズマＰの状態に応じた電位変化の信号は、信号記録部２０によって一時的に記録される。すなわち、信号記録部２０はプローブ電極２２ｂにプラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を受信して、信号データとして一時的に記録する機能を有している。
【００１６】
処理室３ａの内部において、電極部５上に載置された基板９の周辺で異常放電などが発生すると、処理室３ａ内部のプラズマＰの状態が変動する。この変動は上述の回路のインピーダンスを変化させることから、プローブ電極２２ｂの電位変化として検出される。この電位変化の検出は極めて高感度であり、従来方法ではほとんど検知し得なかったような微弱な変動でも正確に検出することができるという特徴を有している。シールド電極２２ｃはプローブ電極２２ｂの外面側を電気的にシールドする機能を有しており、シールド電極２２ｃに生じた電荷は接地された蓋部２に導電性の支持部材２４を介して逃がされる。これにより、プローブ電極２２ｂに誘発される電位変化に対するノイズが低減される。
【００１７】
本実施の形態においては、プローブ電極２２ｂ、シールド電極２２ｃは、いずれもガラス板２２ａの表面にＩＴＯなどの透明な導電性物質を膜状にコーティングすることにより形成される。これにより、放電検出センサ２３を開口部２ａに装着した状態において、蓋部２の外側から開口部２ａを介して処理室３ａ内部を視認できるようになっている。すなわち、本実施の形態に示す放電検出センサ２３においては、誘電体部材２１が真空チャンバ３の外部から処理室３ａ内を視認するための開口部２ａ（のぞき窓）に装着された光学的に透明なガラスから成り、プローブ電極２２ｂが光学的に透明な導電性物質から成る構成を用いている。
【００１８】
このような構成により、処理室３ａの内部を視認するのぞき窓と、プラズマ放電状態を監視するためのプローブ電極２２ｂとを兼用させることができる。また誘電体部材２１は処理室３ａ内のプラズマＰに露呈されていることから表面の損耗が生じ、所定のインターバルで交換する必要がある。この場合においても、プローブ電極ユニット２２と誘電体部材２１とは別部品となっているため、消耗部品としての誘電体部材２１のみを交換すればよく、プローブ電極ユニット２２は交換する必要がない。
【００１９】
プラズマ処理装置は全体の動作制御を行う制御部２５を備えている。制御部２５が、ベ
ントバルブ１２、ガス供給バルブ１３，真空バルブ１４，真空計１５，ガス供給部１６、真空ポンプ１７、高周波電源部１９を制御することにより、プラズマ処理に必要な各動作が実行される。また制御部２５は信号記録部２０のメモリ２０ｃの書き込み制御を行うとともに、メモリ２０ｃに記録された信号データを参照することにより、以下に説明する信号解析などの処理を行う。制御部２５は操作・入力部２６および表示部２７を備えており、操作・入力部２６はプラズマ処理動作実行時の各種操作入力やデータ入力を行う。表示部２７は操作・入力部２６による入力時の操作画面の表示の他、制御部２５が信号記録部２０に記録された信号データに基づいて判定した判定結果の表示を行う。
【００２０】
次に図３を参照して、信号記録部２０、制御部２５の構成および機能を説明する。図３において、信号記録部２０は、ＡＭＰ（増幅装置）２０ａ、Ａ／Ｄ変換器２０ｂおよびメモリ２０ｃを備えている。ＡＭＰ２０ａは、検出導線２２ｄを介して伝達されるプローブ電極２２ｂの電位変化を増幅する。Ａ／Ｄ変換器２０ｂは、ＡＭＰ２０ａにより増幅された電位変化の信号をＡＤ変換する。Ａ／Ｄ変換器２０ｂによってＡＤ変換された電圧変位信号、すなわち電圧変化を示すデジタル信号は、制御部２５の書き込み制御に従ってメモリ２０ｃに一時的に記録され、また制御部２５からのクリア指令によって記録された信号が消去される。
【００２１】
制御部２５は、信号解析部３０、タイマ３７、３８、処理時間計測部３９および装置制御部４０を備えた構成となっている。信号解析部３０は、信号記録部２０のメモリ２０ｃに記録された信号データを参照して、処理室３ａ内におけるプラズマ放電の状態を示す指標データを抽出する機能を有している。信号解析部３０がメモリ２０ｃの信号データを参照するインターバルは極めて短い時間であるため、プラズマ放電の状態をほぼリアルタイムで示す指標データが取得できるようになっている。この機能を実現するため、信号解析部３０は放電開始波検出部３１、カウンタ３２、異常放電検出部３３、カウンタ３４、微小アーク放電検出部３５、カウンタ３６を備えた構成となっている。
【００２２】
ここで、このプラズマ処理装置の運転時に放電検出センサ２３によって電位変化を受信することにより検出される波形の波形パターンと、プラズマ処理装置の運転に伴って処理室３ａ内で生じる不正常放電の種類およびその検出のアルゴリズムについて、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、プラズマ処理装置の運転開始から運転終了に至るまでの過程、すなわちタイマ３７、３８にそれぞれ予め設定された所定時間（初期監視時間Ｔａ、設定処理時間Ｔｂ）において検出される波形パターンを示している。
【００２３】
初期監視時間Ｔａは、高周波電源部１９をＯＮ状態にした放電開始初期において、処理室３ａ内でプラズマ放電が正常に開始されたか否かを判定するための監視時間であり、初期監視時間Ｔａの経過までに正常な放電に伴う波形が検出されない場合には、後述するように再度放電を開始するためのリトライ処理が実行される。また設定処理時間Ｔｂは、処理対象物に応じて設定されるプラズマ処理の継続時間を意味している。処理時間計測部３９は、実際にプラズマ処理が実行された実時間を計測する機能を有しており、高周波電源部１９がＯＮされることにより計時を開始し、高周波電源部１９のＯＦＦにより計時を終了もしくは中断する。
【００２４】
初期監視時間Ｔａにおいては、高周波電源の印加開始によるプラズマ放電状態の変化に特有の波形パターン、すなわち図４（ａ）に示すように、電位が正負両側に大きく振れた後に定常値に戻る波形Ｗ１が検出される。この波形Ｗ１の検出は、放電開始波検出部３１によって行われる。すなわち放電開始波検出部３１は、メモリ２０ｃに格納された信号データを参照して処理室３ａ内においてプラズマ放電が正常に開始したことを示す放電開始に伴う電位変化の波形Ｗ１を検出する。この波形Ｗ１の検出は、タイマ３７によって計時される初期監視時間Ｔａの時間内に、正電圧側に設定される第１のしきい値Ｖ１（＋）を
＋側へ超えることにより検出される。すなわち放電開始波検出部３１は、予め設定されたサンプリング時間Δｔ毎の電圧値をメモリ２０ｃから読み取り、図４（ｂ）に示すように、ｖ（ｔ）＜Ｖ１（＋）＜ｖ（ｔ＋Δｔ）を満たすことが確認されるたびに、対応するカウンタ３２を歩進させ、カウント結果はカウント値Ｎ１として装置制御部４０に出力される。
【００２５】
設定処理時間Ｔｂの経過中においては、不正常な現象に起因する電位変化波形、すなわち異常放電に伴う波形および微小アーク放電に伴う波形が監視の対象となる。異常放電とは、電極部５上に載置された基板９と電極部５との間に生じる不正常な放電であり、基板９に反り変形があって電極部５上に載置した状態において基板９と絶縁体７との間に隙間が生じている場合などに生じる。この場合には、プローブ電極２２ｂの電位変化を経時的に示す電位変化波形は、図４に示すように、波形Ｗ１と同様に電位が正負両側に大きく振れた後に定常値に戻る電位変化の波形Ｗ２となる。
【００２６】
この波形Ｗ２の検出は、異常放電検出部３３によって行われる。すなわち異常放電検出部３３は、同様にメモリ２０ｃ一時的に記録された信号データを参照して処理室３ａ内における異常放電に伴う電位変化の波形Ｗ２を検出する。この波形Ｗ２の検出は、タイマ３８によって計時される設定処理時間Ｔｂ内に、電位変化が正電圧側に設定される第１のしきい値Ｖ１（＋）を＋側へ超えることにより検出される。すなわち異常放電検出部３２は、予め設定されたサンプリング時間Δｔ毎の電圧値をメモリ２０ｃから読み取り、図４（ｂ）に示すように、ｖ（ｔ）＜Ｖ１（＋）＜ｖ（ｔ＋Δｔ）を満たすことが確認されるたびに、対応するカウンタ３４を歩進させ、カウント結果はカウント値Ｎ２として装置制御部４０に出力される。
【００２７】
次に微小アーク放電について説明する。微小アーク放電とは、処理室３ａ内において電極部５やガイド部材８など高周波電圧が印加される部分と、周囲の接地電位の部分との間に生じる微細な放電である。このような微小アーク放電は、基板９の搬送をガイドするガイド部材８や開口部１ａなどに、プラズマ処理の実行によって発生した異物が付着堆積することによる絶縁性の低下に起因して生じる。特にガイド部材８の側面や開口部１ａの内側面など、上方からのプラズマの直射による付着異物の再除去効果が及びにくい部分には、プラズマ処理のスパッタリング作用によってワークから除去された樹脂や金属の微細粒子が付着堆積しやすい。この結果これらの部位において絶縁性が低下して、接地されたベース部材１との間で微小アーク放電が発生する。この場合には、微小アーク放電が処理室３ａ内のプラズマ放電状態に及ぼす乱れが小さいため、プローブ電極２２ｂの電位変化を経時的に示す波形は、図４に示す波形Ｗ３のように、電位が負側（放電特性によっては正側）に小さく振れた後に定常値に戻る電位変化波形パターンとなる。
【００２８】
このような微小アーク放電は、微小アーク放電検出部３５によって検出される。すなわち微小アーク放電検出部３５は、モニタ２０ｃに記録された信号データを参照して、処理室３ａ内における異物の付着堆積に起因して発生する微小アーク放電に伴う電位変化の波形Ｗ３を検出する。この波形Ｗ３の検出は、設定処理時間Ｔｂ内に電圧変化が、負電圧側に第１のしきい値Ｖ１（＋）よりも小さい絶対値で設定される第２のしきい値Ｖ２（−）を−側へ超えることにより検出される。すなわち微小アーク放電検出部３５は、予め設定されたサンプリング時間Δｔ毎の電圧値をメモリ２０ｃから読み取り、図４（ｃ）に示すように、ｖ（ｔ）＞Ｖ２（−）＞ｖ（ｔ＋Δｔ）を満たすことが確認されるたびに、対応するカウンタ３６を歩進させ、カウント結果はカウント値Ｎ３として装置制御部４０に出力される。ここでは第２のしきい値Ｖ２を負電圧側に設定した例を示しているが、放電特性によっては正電圧側に第２のしきい値Ｖ２を設定するようにしてもよい。
【００２９】
なお第１のしきい値Ｖ１（＋）の絶対値は第２のしきい値Ｖ２（−）の絶対値よりも大
きいことから、微小アーク放電検出部３５による放電波形の検出においては、微小アーク放電に伴う波形Ｗ３のみならず、異常放電に伴う波形Ｗ２も併せて検出される。しかしながら、波形Ｗ２は設定処理時間Ｔｂ内で数回程度の検出頻度で収まっているか否かを問題とするのに対し、波形Ｗ３は１秒あたり１００回程度の検出頻度にならないと問題とされない。したがって、微小アーク放電検出部３５による波形Ｗ３の検出において波形Ｗ２が混在して検出されても、本来の検出目的からみて実際上の問題となることはない。このことを換言すれば、信号解析部３１における波形検出において、波形Ｗ３と波形Ｗ２とを区別しない単純なアルゴリズムで所期の検出目的を達成することが可能となっている。これにより、波形検出処理に要する時間を極力短くして、波形検出をリアルタイムで実行することができる。
【００３０】
すなわち信号解析部３０は、処理室３ａ内においてプラズマ放電が正常に開始したことを示す放電開始に伴う電位変化（放電開始波）、処理室３ａ内において異常なプラズマ放電が発生していることを示す異常放電に伴う電位変化（異常放電波形）および処理室３ａ内における異物の付着堆積に起因して発生する微小なアーク放電に伴う電位変化（微小アーク放電波形）を検出し、さらにこれらの電位変化の発生頻度をカウント値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３として求めることにより、プラズマ放電の状態を示す指標データを抽出する処理を行う。
【００３１】
次に装置制御部４０の構成および機能について説明する。装置制御部４０は放電状態監視機能４１、処理履歴記憶部４２、リトライ機能４３、累積プラズマ処理機能４４、メンテナンス判定機能４５の各機能を備えている。装置制御部４０は前述のように真空バルブ１４および真空ポンプ１７より成る真空排気部、ガス供給部１６および高周波電源部１９を制御してプラズマ処理動作を実行させる通常の動作制御機能ととともに、信号解析部３０によって抽出された指標データを監視することにより、処理室３ａ内のプラズマ放電の状態を判定して、当該プラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行する機能を併せ備えている。
【００３２】
すなわち、装置制御部４０の有する放電状態監視機能４１は、信号解析部３０のカウンタ３２，３４および３６によってぞれぞれ取得されたカウント値Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３をプラズマ放電状態を示す指標データとして参照することにより、処理室３ａ内におけるプラズマ放電の状態を監視する。そして必要と判定した場合には、プラズマ処理装置の各部を制御することにより、リトライ機能４３、累積プラズマ処理機能４４、メンテナンス判定機能４５の各機能により、以下の処理を実行させる。
【００３３】
まずプラズマ放電が正常に開始しない場合には、リトライ機能４３によって放電開始動作を反復実行するリトライ処理を実行させる。また異常放電が検出されてプラズマ処理が中断された後には、累積プラズマ処理機能４４によって同一の処理対象物へのプラズマ処理を再開する再プラズマ処理を実行させる。さらにメンテナンス判定機能４５によって処理室３ａ内の異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理を実行させる。もちろん、これらの処理の全てを実行する必要があるとは限らず、これらの内の少なくとも１つの処理を実行する形態であればよい。
【００３４】
すなわち装置制御部４０は、プラズマ放電が正常に開始しない場合に放電開始動作を反復実行するリトライ処理、異常放電が検出されてプラズマ処理が中断された後に同一の処理対象物へのプラズマ処理を再開する再プラズマ処理および処理室３ａ内における異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理のうちの少なくとも１つの処理を実行するように構成されている。処理履歴記憶部４２は、メモリ２０ｃに一時的に記録された信号データや、カウント値Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３などの指標データを、当該プラズマ処理装置による処理履歴データとして記憶する。これにより、当該プラズマ装置によって処
理が行われた基板について、詳細な履歴データを取得することができ、品質管理や生産管理のためのトレーサビリティが確保される。
【００３５】
次に図５を参照して、本実施の形態に示すプラズマ処理装置によって処理対象物を処理室３ａ内に収容して実行されるプラズマ処理において、処理室３ａ内における放電状態を監視する処理について説明する。まず予め与えられた経験値や処理対象の基板９の特性データなどから、タイマ３７の初期監視時間Ｔａ、タイマ３８の設定処理時間Ｔｂの初期設定を行う（ＳＴ１）。次いで、カウント値Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６をリセットするとともに、処理時間計測部３９をリセットする（ＳＴ２）。なおカウント値Ｎ４，Ｎ５，Ｎ６は、それぞれメンテナンス判定機能４５、累積プラズマ処理機能４４およびリトライ機能４３に内部機能として設けられているカウンタによるカウント値である。
【００３６】
この後プラズマ処理装置は待機状態となり（ＳＴ３）、ＲＦ（高周波電源）がＯＮされたか否かを監視し（ＳＴ４）、ＯＮが確認されたならば、メモリ２０ｃをＯＮして書き込み可能な状態とするとともに、タイマ３７による初期監視時間Ｔａの計時と、処理時間計測部３９による処理時間計測を開始する（ＳＴ５）。これにより、放電検出センサ２３の検出信号の信号記録部２０による記録が開始される。すなわち放電検出センサ２３のプローブ電極２２ｂにプラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を信号記録部２０によって受信して、電位変化を示す信号データとしてメモリ２０ｃに一時的に記憶する（信号記録工程）。
【００３７】
そしてこの後、メモリ２０ｃに一時的に記憶された信号データを参照して、プラズマ放電の状態を示す指標データを抽出する処理が信号解析部３０によって実行される（信号解析工程）。まず初期監視時間Ｔａが経過する（ＳＴ６）までの間は、信号解析部３０の放電開始波検出部３１によって放電開始波（図４に示す波形Ｗ１）を検出し、検出波をカウントする処理を行う。すなわち、検出された電圧Ｖが第１のしきい値Ｖ１（＋）を超えたならば、カウンタ３２によってカウント値Ｎ１に１を加算する処理を行う。
【００３８】
この後（ＳＴ６）において初期監視時間Ｔａの経過が確認されたならば、カウント値Ｎ１が１を超えているか否かを判断する（ＳＴ６）。ここでカウント値Ｎ１が１を超えている場合には、プラズマ放電が正常に開始されたと判断して、タイマ３８によって設定処理時間Ｔｂの計時を開始する（ＳＴ８）。また、カウント値Ｎ１が１を超えていない場合には、プラズマ放電が正常に開始されていないと判断して、図６に示すリトライ処理に進む（ＳＴ２０）。
【００３９】
ここでリトライ処理について説明する。このリトライ処理は装置制御部４０のリトライ機能４３によって実行されるものであり、まずＲＦ（高周波電源）を一旦ＯＦＦにした後（ＳＴ２１）、リトライ回数のカウント値Ｎ５に１を加算して更新する（ＳＴ２２）。次いでカウント値Ｎ５が予め設定された上限値Ｌ５（１〜５回程度の範囲で適宜設定される）を超えているか否かを判断する（ＳＴ２３）。ここでカウント値Ｎ５がまだ上限値Ｌ５を超えていない場合には、カウント値Ｎ３および処理時間計測部３９をリセットする（ＳＴ２４）。そしてその後再度ＲＦ（高周波電源部１９）をＯＮにし（ＳＴ２５）、図５に示すメインフローの〔１〕に復帰して、以降の処理を同様に反復実行する。
【００４０】
これに対し、（ＳＴ２３）にてカウント値Ｎ５が上限値Ｌ５を超えている場合には、異常なエラー状態であると判断する。すなわちこの場合には、メモリ２０ｃの記録データやカウント値などを履歴データとして処理履歴記憶部４２に保存し（ＳＴ２６）、次いでメモリ２０ｃの記憶内容をクリアした後（ＳＴ２７）、無放電エラーを表示する（ＳＴ２８）。そしてこの表示を承けたオペレータは当該装置にアクセスし、必要な処置を行う。
【００４１】
プラズマ放電が正常に開始された場合には、図５に示す（ＳＴ８）に進み、タイマ３８による設定処理時間Ｔｂの計時が開始される。この後、設定処理時間Ｔｂが経過する（ＳＴ１０）までの間、異常放電検出部３３によって異常放電を検出し、検出結果をカウントする処理および微小アーク放電検出部３５によって微小アーク放電を検出し検出結果をカウントする処理を行う。すなわち、検出された電圧Ｖが第１のしきい値Ｖ１（＋）を＋側に超えたならば、カウンタ３４によってカウント値Ｎ２に１を加算する処理を行い、検出された電圧Ｖが第２のしきい値Ｖ２（−）を−側に超えたならば、カウンタ３６によってカウント値Ｎ３に１を加算する処理を行う。そしてこの後、異常放電の発生回数を示すカウント値Ｎ２が予め設定された上限値Ｌ２（例えばＬ２＝１〜３）を超えているか否かを判断する（ＳＴ９）。ここでカウント値Ｎ２が上限値Ｌ２を超えている場合には、異常放電が許容限度以上の頻度で発生している異常状態にあると判断して、図７に示す再処理（累積プラズマ処理）に進む（ＳＴ３０）。
【００４２】
ここで再処理（累積プラズマ処理）について説明する。この再処理（累積プラズマ処理）は、装置制御部４０の累積プラズマ処理機能４４によって実行されるものであり、まずＲＦ（高周波電源）を一旦ＯＦＦにした後（ＳＴ３１）、再処理回数のカウント値Ｎ６に１を加算して更新する（ＳＴ３２）。次いでカウント値Ｎ６が、予め設定された上限値Ｌ６（１〜５回程度の範囲で適宜設定される）を超えているか否かを判断する（ＳＴ３３）。ここでカウント値Ｎ６がまだ上限値Ｌ６を超えていない場合には、カウント値Ｎ３をリセットした後（ＳＴ３４）、タイマ３８の設定処理時間Ｔｂを再設定する（ＳＴ３５）。
【００４３】
すなわち、処理時間計測部３９に記録されている処理時間と既設定の設定処理時間Ｔｂより当該処理対象の基板９についての未処理時間を求め、この未処理時間い基づいてタイマ３８の設定処理時間Ｔｂを新たに設定する。次いで再度ＲＦ（高周波電源）をＯＮにし（ＳＴ３６）、図５に示すメインフローの〔１〕に復帰し、以降の処理を同様に反復実行する。これにより、一旦プラズマ処理が中断された場合においても、予め設定された適正な処理時間が確保される。
【００４４】
なお、（ＳＴ３５）に示す設定処理時間Ｔｂの再設定を行うか否かは、所望の再処理態様によって予め設定しておくことができる。すなわち、同一の処理対象物に対して再処理を実行する際に、処理時間を厳密に一定にする必要がある場合には設定処理時間Ｔｂの再設定を行う。これに対し、実質的な処理時間が長くなっても処理品質に影響がない場合には、設定処理時間Ｔｂを変更せずに初期設定のままとしてもよい。また（ＳＴ３３）にてカウント値Ｎ５が上限値Ｌ５を超えている場合には、異常が反復して生じるエラー状態であると判断して、メモリ２０ｃの記録データやカウント値などを履歴データとして処理履歴記憶部４２に保存し（ＳＴ３７）、次いでメモリ２０ｃの記憶内容をクリアした後（ＳＴ３８）、異常放電警告を表示する（ＳＴ３９）。そしてこの表示を承けたオペレータは当該装置にアクセスし、必要な処置を行う。
【００４５】
この後再び図５のメインフローに戻り、（ＳＴ１０）にて設定処理時間Ｔｂが経過したならば、メモリ２０ｃの書き込みをＯＦＦにし（ＳＴ１１）、処理時間計測部３９によって計測された処理時間を読み取るとともに、メモリ２０ｃに記録されたデータや処理過程において取得されたカウント値を処理履歴記憶部４２にダウンロードする（ＳＴ１２）。次いでメモリ２０ｃの記録内容をクリアし、（ＳＴ１）の実行前の状態に戻る。そして（ＳＴ１２）にて求められた処理時間やデータに基づき、図８に示すメンテナンス判定処理（４０）に進む。
【００４６】
このメンテナンス判定処理においては、微小アーク放電の発生回数を示すカウント値Ｎ３を設定処理時間Ｔｂで除算することにより、単位時間あたりの微小アーク放電の発生頻度を示すカウント値Ｎ４を演算する（ＳＴ４１）。そして演算されたカウント値Ｎ４を予
め定められた上限値Ｌ４（例えば１００［１／Ｓ］程度）と比較することにより、メンテナンスの要否を判断する（ＳＴ４２）。すなわち、カウント値Ｎ４が上限値Ｌ４を超えている場合には、処理室３ａの内部の清掃や内部カバー部材の交換など、異物の付着堆積に対する対策が必要である旨、メンテナンス警告表示を行う（ＳＴ４３）。
【００４７】
すなわち（ＳＴ５）〜（ＳＴ１０）で示す信号解析工程においては、処理室３ａ内においてプラズマ放電が正常に開始したことを示す放電開始に伴う電位変化、処理室３ａ内において異常なプラズマ放電が発生していることを示す異常放電に伴う電位変化および処理室３ａ内における異物の付着堆積に起因して発生する微小なアーク放電に伴う電位変化を検出し、さらにこれらの電位変化の発生頻度を求めることによりプラズマ放電の状態を示す指標データとしてのカウント値Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３を抽出するようにしている。
【００４８】
そして装置制御部４０が各部を制御することにより実行される上述の各処理ステップは、真空ポンプ１７および真空バルブ１４よりなる真空排気部、ガス供給部１６および高周波電源部１９を制御してプラズマ処理動作を実行させるとともに、信号解析工程において抽出された指標データを監視することによりプラズマ放電の状態を判定して、プラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行する装置制御工程を構成している。
【００４９】
さらにこの装置制御工程においては、プラズマ放電が正常に開始しない場合に放電開始動作を反復実行するリトライ処理、異常放電が検出されてプラズマ処理が中断された後に同一の処理対象物へのプラズマ処理を再開する再プラズマ処理および異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理のうちの少なくとも１つの処理を実行するようにしている。
【００５０】
上記説明したように、本発明においては、処理室３ａ内に配置されたプローブ電極２２ｂにプラズマ放電の変化に応じて誘発される電位変化の信号を受信して電位変化を示す信号データとしてメモリ２０ｃに一時的に記録し、記録された信号データを信号解析部３０によって参照してプラズマ放電の状態を示す指標データを抽出し、さらに抽出された指標データを装置制御部４０によって監視することによりプラズマ放電の状態を判定して、プラズマ処理動作を適正に実行するための所定の処理を実行するようにしている。これにより、プラズマ放電の状態をほぼリアルタイムで示す指標データに基づいて、プラズマ放電の有無や放電異常を正しく監視して、不具合発生への適切な対処方法やメンテナンスの要否をリアルタイムの状態で判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、プラズマ放電の有無や放電異常さらにはメンテナンスの要否を正しく判定し、不具合発生に適切に対処することができるという効果を有し、基板などを処理対象物としてプラズマクリーニングなどのプラズマ処理を行う分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断面図
【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置に用いられる放電検出センサの構成説明図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における電位変化波形の説明図
【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法における放電状態監視処理を示すフロー図
【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法において放電開始動作を反復実行するリトライ機能を示すフロー図
【図７】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法においてプラズマ処理が中断された後にプラズマ処理を再開する再プラズマ処理を示すフロー図
【図８】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法において異物の付着堆積への対策の要否を判定するメンテナンス判定処理を示すフロー図
【符号の説明】
【００５３】
２  蓋部
２ａ  開口部（のぞき窓）
３  真空チャンバ
３ａ  処理室
５  電極部
８  ガイド部材
９  基板
１５  真空計
１６  ガス供給部
１７  真空ポンプ
１８  整合器
１９  高周波電源部
２１  誘電体部材
２２  プローブ電極ユニット
２２ｂ  プローブ電極
２３  放電検出センサ
Ｐ  プラズマ
【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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【図７】
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【図８】
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