(57)【要約】【課題】高周波電力の出力が開始されてから高周波電力が定常状態に至るまでの過渡期間における異常放電を検出することができる異常放電検出方法を提供する。【解決手段】本発明は、高周波電源２により処理チャンバ４に高周波電力を供給し、処理チャンバ４内にプラズマを発生させて被処理体Ｘを処理する際に、高周波電力の出力が開始されてから高周波電力が定常状態に至るまでの過渡期間における異常放電を検出する異常放電検出方法であって、高周波電力が印加される回路に流れる放電電流を検出する電流検出ステップ（Ｓ１０１）と、検出された放電電流に基づき形成される波形カーブの下降を検出する下降検出ステップ（Ｓ１０２〜Ｓ１０４）と、波形カーブの下降があったときに異常放電があったものと判定する判定ステップ（Ｓ１０４→Ｓ１０５）と、を備えることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源により処理チャンバに高周波電力を供給し、前記処理チャンバ内にプラズマを発生させて被処理体を処理する際に、前記高周波電力の出力が開始されてから前記高周波電力が定常状態に至るまでの過渡期間における異常放電を検出する異常放電検出方法であって、
前記高周波電力が印加される回路に流れる放電電流を検出する電流検出ステップと、
検出された前記放電電流に基づき形成される波形カーブの下降を検出する下降検出ステップと、
前記波形カーブの下降があったときに異常放電があったものと判定する判定ステップと、
を備えることを特徴とする異常放電検出方法。
【請求項２】
前記電流検出ステップにおいて、クランプメータにより前記放電電流を検出する請求項１に記載の異常放電検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ装置における異常放電を検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、高周波電力によって処理チャンバ内にプラズマを発生させ、処理チャンバ内に載置された被処理体にエッチング処置等を行う場合、処理チャンバ内に異常放電が発生すると、当該被処理体は勿論のこと、処理チャンバ内の各種装置や部材が損傷する虞がある。
【０００３】
そこで、例えば特開２００２−３２４７８３号公報（特許文献１）に記載された異常放電検出方法では、回路中の電圧または電流を検出し、その振幅変調から異常放電を認識している。具体的には、電流の振幅変調に対して閾値を設定し、電流の振幅変調がその閾値を超えたか否かを一判定要素として異常放電を検出している。
【０００４】
また、従来では、異常放電が発生した場合にインピーダンスの整合状態が崩れる結果生じる反射波を利用し、反射波を検出することで異常放電を認識する方法も提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３２４７８３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、上記従来の方法は、いずれも高周波電力が設定値に達した後（過渡期間後）の異常放電を検出する方法である。例えば、電流の振幅変調に対する閾値を設けて異常放電を検出する場合、定常状態となった放電電流の電流値（プラズマ安定後の電流値）を基準に閾値を設定している。放電電流は高周波電力が設定電力（定常状態）になるまでは基準に達せず、当該過渡期間中の異常放電については判定していないことになる。
【０００６】
また、放電開始時（高周波電力が過渡期間にあるとき）は、インピーダンスが完全に整合されていないので、ほとんどの場合反射波が出る。従って、反射波を検出しても、過渡期間にあっては、それが整合遅れに起因するものか異常放電に起因するものかは判別できない。つまり、従来の反射波を利用して異常放電を検出する方法では、過渡期間中の異常放電を検出することができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高周波電力の出力が開始されてから高周波電力が定常状態に至るまでの過渡期間における異常放電を検出することができる異常放電検出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】
【０００８】
本発明の異常放電検出方法は、高周波電源により処理チャンバに高周波電力を供給し、処理チャンバ内にプラズマを発生させて被処理体を処理する際に、高周波電力の出力が開始されてから高周波電力が定常状態に至るまでの過渡期間における異常放電を検出する異常放電検出方法であって、高周波電力が印加される回路に流れる放電電流を検出する電流検出ステップと、検出された放電電流に基づき形成される波形カーブの下降を検出する下降検出ステップと、波形カーブの下降があったときに異常放電があったものと判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
波形カーブとは、例えば、包絡線や、高周波における正側の各ピーク値を結んだ曲線などを意味している。波形カーブの軌跡は、放電電流が流れ始めてから放電電流が定常状態となるまでは上昇（増加）し続ける。放電電流が定常状態となるのは、高周波電力が定常状態となった後（過渡期間後）である。つまり、波形カーブは、正常であれば過渡期間中は、時間とともに上昇（増加）するように形成される。
【００１０】
ここで、異常放電があった場合、放電電流に基づく波形カーブは一時的に上昇して下降する。つまり、異常放電時には、波形カーブにピーク（極大）が現れる。本発明では、波形カーブが、正常であれば過渡期間中は上昇（増加）し続ける性質を利用する。つまり、異常放電がなければ波形カーブが下降（減少）することはないため、波形カーブに下降傾向が現れたことを検出することで、そのときに異常放電があったと判定する。
【００１１】
波形カーブの下降は、例えば、検出した波形カーブ上の電流値がそれ以前の波形カーブ上の電流値よりも小さくなれば現れる。あるいは、波形カーブの下降は、波形カーブの微分値が負となったときに現れる。
【００１２】
本発明では、放電電流を検出し（電流検出ステップ）、波形カーブの下降が検出されれば（下降検出ステップ）、そのときに異常放電があったものと判定する（判定ステップ）。これにより、高周波電力の過渡期間中における異常放電を検出することができる。
【００１３】
ここで、電流検出ステップでは、クランプメータにより放電電流を検出することが好ましい。これにより、測定器が抵抗とならず、回路に与える悪影響を防ぐことができる。また、交流を直流に変換し、放電電流の包絡線として検出できるため、波形カーブの下降検出に適している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の異常放電検出方法によれば、高周波電力の出力が開始されてから高周波電力が定常状態に至るまでの過渡期間における異常放電を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
まず、本実施形態で用いられるプラズマ処理システム１について図１を参照して説明する。図１は、プラズマ処理システム１を示す模式図である。本実施形態では、基板を成膜するために用いられるプラズマ処理システムを例としている。図１に示すように、プラズマ処理システム１は、ＲＦ電源装置２（高周波電源）と、ＲＦ整合器３と、処理チャンバ４と、異常判定部６と、を主として備えている。
【００１６】
ＲＦ電源装置２は、ＲＦ整合器３と接続されており、ＲＦ整合器３を介して処理チャンバ４に高周波電力（以下、入力波とする）を出力する。ＲＦ電源装置２は、入力波が設定値となるように出力を調整する。つまり、入力波出力開始（ＯＮ）の後、入力波が設定値まで上昇すれば、そこで定常状態となる。
【００１７】
ＲＦ整合器３は、ＲＦ電源装置２と処理チャンバ４の間に接続され、ＲＦ電源装置２側と処理チャンバ４側のインピーダンスを整合する。通常、処理チャンバ４内の抵抗は、入力波の上昇により変化するため、入力波が定常状態となるまでは整合が安定せず、反射波が出る。
【００１８】
処理チャンバ４は、第一電極４１と第二電極４２とを有し、第一電極４１がＲＦ整合器３に接続され、第二電極４２がグランドに接続されている。被処理体である基板Ｘは第二電極４２側に載置される。ＲＦ電源装置２から入力波が供給開始（ＲＦがＯＮ）された後、しばらくして電極４１、４２間で放電が開始される。
【００１９】
そして、本実施形態では、過渡期間においてＲＦ電源装置２と処理チャンバ４との間に流れる放電電流を検出するため、ＲＦ整合器３と処理チャンバ４とをつなぐ配線にクランプメータ５を適用する。クランプメータ５により得られる情報（電流値等）は、異常判定部６へ送られる。異常判定部６は、情報に基づき異常放電の有無を判定する。また、ＲＦ整合器３の整合情報（制御信号Ｌｏａｄ／Ｔｕｎｅ又はＰＨＡＳＥ／ＭＡＧ等）はＲＦ電源装置２に送られる。ＲＦ電源装置２では、入力波および反射波も検出されている。ＲＦ電源装置２はこれらの整合情報と入力波および反射波から、安定した定常状態となるように設定電力を出力する。
【００２０】
ここで、プラズマ処理システム１でモニターされる各種信号の変移を、図２を参照して説明する。図２は、正常時にプラズマ処理システム１でモニターされる各種信号の変移を示す図である。図２に示すように、入力波は、ＲＦ電源装置２が出力開始（ＯＮ）してから設定値となるまで（過渡期間）、上昇（増加）し続ける。そして、入射波は、過渡期間の後、定常状態で安定する。
【００２１】
反射波は、入射波が出力されると、インピーダンス整合のずれにより発生する。反射波は、凸状に上昇・下降し、入射波が定常状態となり完全にインピーダンス整合がなされると発生しなくなる。
【００２２】
放電電流は、入射波の出力開始からしばらくして流れ始め、処理チャンバ４内の電極４１、４２間で放電が開始される。そして、放電電流の包絡線（本発明における「波形カーブ」に相当する）は上昇し続け、所定値で定常状態となる。この包絡線は、放電電流に基づいて描かれている。放電電流が定常状態となることで、処理チャンバ４内のプラズマは安定する。
【００２３】
ＲＦ整合器３が発する２つの制御信号は、処理チャンバ４に供給される電力（入射波）の電流と電圧の位相を合わせ、ＲＦ電源装置２側と処理チャンバ４側のインピーダンスを合わせる。これらは、プラズマが安定するまで上昇および下降する。上記のように、過渡期間中に信号が下降しないのは、入射波と放電電流である。
【００２４】
ここで、過渡期間中に異常放電が発生した場合の各種信号について図３を参照して説明する。図３は、異常放電があった場合のプラズマ処理システム１でモニターされる各種信号の変移を示す図である。
【００２５】
図３に示すように、放電電流は、異常放電の発生・収束に対応してスパイク状に変化している。図２に示すように、放電電流は、正常時の過渡期間内では、単純に上昇（増加）する信号である。しかし、異常放電があると、それに対応して急上昇し急下降する。つまり、過渡期間中に異常放電があると、放電電流の包絡線に下降傾向が明確に現れる。
【００２６】
過渡期間中の入力波は、異常放電によって上昇度合いが変化するが、下降（減少）することはない。他の信号も、異常放電によって変化するが、不規則なカーブであるため、異常放電の有無で違いを検出するのは困難である。
【００２７】
本実施形態では、過渡期間中、放電電流の包絡線の下降を検出することで異常放電があったことを検出する。本実施形態では、異常判定部６内のＣＰＵ（図示せず）に送信されるクランプメータ５からの情報に基づき、異常判定部６内のＣＰＵが異常放電の有無を判定する。
【００２８】
ここで、本実施形態における異常放電の検出方法について図４を参照して説明する。図４は、異常放電検出方法のフローを示す図である。図４に示すように、ＲＦ電源装置２から入射波が出力開始されると、クランプメータ５により放電電流が検出される（Ｓ１０１）。クランプメータ５により交流から直流に変換された検出値（電流値）が異常判定部６内のＣＰＵに送信され、ＣＰＵが所定間隔毎に電流値をサンプリングする（Ｓ１０２）。つまり、クランプメータ５で検出された放電電流をサンプリングする。
【００２９】
続いて、サンプリングした値Ｉｎと前回サンプリングした値Ｉｎ−１とを比較する（Ｓ１０３）。そして、その結果、今回のサンプリング値Ｉｎが前回のサンプリング値Ｉｎ−１よりも小さい場合（Ｉｎ−１＞Ｉｎ）、包絡線上のある点での傾き（微分値）が負となったことを意味し、包絡線に下降傾向が現れたこととなる（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）。このように包絡線の下降が検出されると、異常放電があったものと判定し、異常時処理を行う（Ｓ１０５）。異常時処理とは、例えば、異常放電があったことを知らせる警告ランプの点灯や、異常放電情報（回数、タイミング等）の記憶等である。なお、本実施形態では、異常放電が検出された場合でも、プラズマ処理システム１を停止せず、基板Ｘの成膜処理を続行する。そして、過渡期間中は引き続きこの異常放電検出を実行する（Ｓ１０６）。
【００３０】
一方、Ｓ１０４において、今回のサンプリング値Ｉｎが前回のサンプリング値Ｉｎ−１よりも大きい場合（Ｉｎ−１≦Ｉｎ）、その時点で電流値の減少はなく、包絡線に下降傾向が現れていない（Ｓ１０４：Ｎｏ）。この場合、異常放電なしと判定し、過渡期間中であれば引き続きこの異常放電検出を実行する（Ｓ１０６）。
【００３１】
まとめると、本実施形態の異常放電検出方法は、過渡期間中の異常放電を検出する方法であって、ＲＦ電源装置２と処理チャンバ４とをつなぐ回路に流れる放電電流をクランプメータ５により検出し（電流検出ステップ）、検出された検出値に基づき形成される包絡線（波形カーブ）の下降を検出し（下降検出ステップ）、包絡線の下降があったときに異常放電があったものと判定する（判定ステップ）。
【００３２】
この方法によれば、過渡期間中に発生した異常放電を逃さず検出することができる。そして、異常時処理（Ｓ１０５）により、作業者は異常放電があったことを知ることでき、処理された被処理体の確認や、処理チャンバ４のメンテナンス時期の計画等にその情報を用いることができる。異常放電が起きると、例えば処理チャンバ４内の第一電極４１が溶け、その飛沫が基板Ｘや第二電極４２等に付着する。この従来見過ごされてきた過渡期間中の異常放電を検出することで、処理チャンバ４にどの程度ダメージがあるかをより正確に把握することができ、効果的にメンテナンスをすることも可能となる。
【００３３】
また、本実施形態の方法によれば、大きさや処理対象の異なる別のプラズマ処理システムに対しても、同方法により過渡期間中の異常放電を検出することができる。本方法では、閾値等を設定する必要がないため、プラズマ処理システム毎に対応する固有の閾値を算出する必要もない。ただし、異常放電の程度を識別するために、閾値を設定してもよい。この場合、波形カーブの下降が検出されたことを条件とし、下降があったときの電流値が閾値より大きいか否かで異常放電の程度を推測できる。例えば、下降が検出されたときのＩｎ−１と閾値とを比較し、Ｉｎ−１が大きい場合、Ｓ１０５とは別の警告ランプを点灯させる。これにより、異常放電の有無に加え、その程度も把握することができる。
【００３４】
また、本実施形態において、放電電流の検出は上記に限られず、クランプメータ以外の測定器であってもよい。ただし、クランプメータ５のような誘導電流計を用いることで、測定器自身の抵抗や容量などによる回路への悪影響を抑制することができる。また、直接的に放電電流の波形カーブを検出することができる。
【００３５】
また、波形カーブの下降は、プログラムにより波形カーブの各瞬間の微分値を計算し、その微分値の正負により検出してもよい。なお、本発明では、波形カーブ自体を検出する（描く）必要はなく、波形カーブの下降を検出するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】プラズマ処理システム１を示す模式図である。
【図２】正常時にプラズマ処理システム１でモニターされる各種信号の変移を示す図である。
【図３】異常放電があった場合のプラズマ処理システム１でモニターされる各種信号の変移を示す図である。
【図４】異常放電検出方法のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１：プラズマ処理システム、２：ＲＦ電源装置（高周波電源）、３：ＲＦ整合器、
４：処理チャンバ、５：クランプメータ、６：異常判定部、Ｘ：基板（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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