JP3773189B2

JP3773189B2 - 窓型プローブ、プラズマ監視装置、及び、プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3773189B2
Application number: JP2002122240A
Authority: JP
Inventors: 三夫八坂
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: KR100582013B1; CN1647252A; TWI256278B; US20050194094A1; EP1531490A4; KR20040108751A; WO2003092059A1; TW200306136A; JP2003318115A; EP1531490A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窓型プローブ、プラズマ監視装置、及び、プラズマ処理装置に関するものであり、特に、被処理基体に高周波、或いは高電圧によるプラズマ放電を用いて処理するプラズマ処理装置におけるプラズマの変動を簡単に、迅速に、精度良く検出するための構成に特徴のある窓型プローブ、プラズマ監視装置、及び、プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体製造分野において、プラズマＣＶＤ、アッシング、エッチング、スパッタリング或いは表面処理等を目的として、被処理基体にプラズマ放電を用いて処理するプラズマ処理方法が広く用いられている。
【０００３】
そのプラズマ処置を施すプラズマ処理工程において、高電圧または高周波電源の高周波電圧を印加する際に、発生したプラズマの安定性、再現性の不良により被処理基体に設けた電子素子特性の変動を引き起こす問題がある。
この様な問題に対処するためにプラズマの再現性、安定性の確認を的確に検出することが求められている。
【０００４】
現在、この様な要請に応えるために様々な研究がなされており、異常放電においてはプラズマの発光強度の変化、電源の電圧・電流の変化、プラズマ・インピーダンスの変化、或いは、高調波の変化を検出することにより、プラズマの再現性、安定性つまり変動の確認においては、ガス圧の変動、発光スペクトルの変化を検出することによりプラズマの変動の検出が試みられている。
【０００５】
また、ＲＦ電源の電圧或いは電流の変化或いはプラズマ・インピーダンスの変化をモニターするため、電源ラインに検出器を挿入することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公知方法では、プラズマ特性へ与える影響、及び、迅速性や簡便性において問題があり、また、コストもかかり、これらを設置するための余分なスペースを必要とするという問題もあった。
【０００７】
したがって、本発明は、高周波或いは高電圧の印加によって発生させたプラズマの状態を直接、簡便に検出することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、窓型プローブにおいて、プラズマに対向する面の少なくとも一部に開口部が設けられた導電性支持部材５と、前記導電性支持部材５の開口部に設置された片側表面にプローブ電極２を有する誘電体部材１とを少なくとも有し、前記プローブ電極２により前記誘電体部材１に誘起される壁電位の変動を検知することを特徴とする。
【０００９】
この様な窓型プローブは、プロセスチャンバーの側壁に設けるだけであるので、プロセスチャンバーの内部にプローブを挿入設置する必要がなく、したがって、窓型プローブの存在がプラズマの状態に影響を与えることがなく、簡単な構成によってプラズマ状態をモニタすることができる。
【００１０】
即ち、プロセスチェンバー内に生成されたプラズマに起因して、プラズマに対向する誘電体部材１の表面に壁電位と呼ばれる電位が誘起されるため、この壁電位の変動をモニタすることによって、プラズマ状態をモニタすることができる。なお、検出電位を安定化するために、プローブ電極２を絶縁部材３を介して電磁シールド部材４でシールドすることが望ましい。
【００１１】
（２）また、本発明は、上記（１）において、プローブ電極２に、インピーダンス整合手段６を接続したことを特徴とする。
この様に、プローブ電極２から電圧を検出するためには電圧測定系との間に、増幅器、インピーダンス変換器、或いは、抵抗等のインピーダンス整合手段６を接続する必要がある。
【００１２】
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、誘電体部材１が、光学的に透明なガラスからなることを特徴とする。
壁電位が誘起される誘電体部材１は、不透明でも良いが、光学的に透明なガラスを用いることが望ましく、それによって、プロセスチャンバー内部の反応等を光学的に観測することとが可能になる。
【００１３】
（４）また、本発明は、上記（３）において、プローブ電極２が、光学的に透明な導電性物質からなることを特徴とする。
壁電位の検出感度を高めるためにプローブ電極２の面積を大きくした場合には、この窓型プローブを介してプロセスチャンバー内部の反応等を光学的に観測するためには、プローブ電極２も光学的に透明な導電性物質で構成する必要がある。
【００１４】
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、導電性支持部材５に設けた開口部が、のぞき窓の機能を有することを特徴とする。
このように、のぞき窓の機能を持たせることによって、プロセスチャンバーに設けられているビューポート、即ち、のぞき窓と兼用することができ、装置構成を簡素化することができる。
【００１５】
（６）また、本発明は、プラズマ監視装置において、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の窓型プローブを用い、この窓型プローブの出力端に、電圧波形を計測する電圧波形計測部を具備してなることを特徴とする。
この様に、上記の窓型プローブを用いてプラズマ監視装置を構成する場合には、窓型プローブの出力端に、電圧波形を計測する電圧波形計測部を設け、電圧波形によってプラズマ状態を監視すれば良い。
なお、電圧波形計測部は、電圧波形をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換部及び電圧波形を処理して平均波形、平均電圧、平均振幅等を導出してプラズマの状態を監視するデータ処理部とを少なくとも備えたものとする。
【００１６】
（７）また、本発明は、上記（６）において、電圧波形計測部により検出した電圧波形の周期的な波形の変化の不一致量を検出してプラズマの安定性を検出するプロセスモニタ機構を有することを特徴とする。
この様に、電圧波形の周期的な波形の変化の不一致量を検出することによって、プラズマプロセス中のプラズマ状態を精度良くモニタすることができる。
【００１７】
（８）また、本発明は、上記（６）において、電圧波形計測部により検出した電圧波形の変化によりプラズマの異常放電を検出する異常放電モニタ機構を有することを特徴とする。
この様に、電圧波形計測部により検出した電圧波形の変化によりプラズマの異常放電を検出することによって、プラズマプロセス中に突発する異常放電をモニタすることができる。
【００１８】
（９）また、本発明は、プラズマ処理装置において、上記（６）乃至（８）のいずれかに記載のプラズマ監視装置を備えたことを特徴とする。
この様に、プラズマ処理装置に上記のプラズマ監視装置を備えることによって、再現性の高いプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００１９】
（１０）また、本発明は、上記（９）において、開口部が設けられた導電性支持部材５が、反応容器ののぞき窓を構成するフランジ部であり、誘電体部材１がフランジ部を密閉する透明ガラス板であることを特徴とする。
【００２０】
この様に、既成のプラズマ処理装置にプラズマ監視装置を取り付ける際には、のぞき窓、即ち、ビューポートを構成するフランジ部を利用すれば良く、それによって、プローブを取り付けるための特別のスペースは不要になるので、装置構成を簡素化することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図７を参照して、本発明の第１の実施の形態の窓型プローブ付きプラズマ処理装置及び検出信号処理方法を説明する。
図２参照
図２は本発明の第１の実施の形態の窓型プローブ付きプラズマ処理装置の概略的構成図である。
このプラズマ処理装置は、ガス導入口１２、排気口１３、及び、プローブ取付け部１４を有するプロセスチャンバー１１、プロセスチャンバー内に配置された、Ｓｉウェハ１６を載置する下部電極１５及び導入ガスを噴射するシャワーヘッドを兼ねる上部電極１７とを対向させた平行平板型電極、下部電極１５にブロッキングコンデンサ等から構成されインピーダンス整合をとる整合器１８を介して１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を印加する高周波電源１９、及び、上部電極１７を接地する接地配線２０から構成される。
【００２２】
また、プローブ取付け部１４は、通常のビューポートを構成するフランジ部材からなるものであり、このフランジ部材に窓型プローブ３０を取付け、この窓型プローブ３０からの検出出力は同軸ケーブルを介してデジタルオシロスコープ４０に接続されている。
なお、このデジタルオシロスコープ４０の入力インピーダンスは、例えば、５０オームとする。
【００２３】
図３参照
図３は、本発明の第１の実施の形態の窓型プローブの概略的構成図であり、この窓型プローブ３０は、通常のビューポートに用いられる光学的に透明なコパールガラス等のガラス板３１、このガラス板３１のプラズマに対して外側に設けられたＩＴＯ等からなるプローブ電極３２、プローブ電極３２の表面を絶縁被覆するポリエステル等の透明絶縁膜３３、その上に設けられプローブ電極３２を電磁的にシールドするＩＴＯシールド３４、及び、インピーダンス変換器３５によって構成される。
【００２４】
この場合、プローブ電極３２はプローブ取付け部１４と電気的に短絡しないように、周辺部が欠如されており、また、ＩＴＯシールド３４及び透明絶縁膜３３には微小開口部が設けられており、この微小開口部を通してプローブ電極３２は同軸ケーブルによってインピーダンス変換器３５に接続される。
また、このプローブ取付け部１４は、通常のビューポートと同様に、Ｏ−リング及びグリース等を用いることによって真空に密閉する構成となっている。
【００２５】
なお、この場合、プローブ電極３２と同軸ケーブルとの間の接触には、例えば、スプリングピンを使用しており、また、ＩＴＯシールド３４とプローブ取付け部１４との間の接触も同様にして行う。
【００２６】
この様に、窓型プローブ３０の窓部を全て透明部材で構成しているので、この窓型プローブ３０は、プラズマ処理装置のプロセスチャンバーののぞき窓としても機能させることができる画期的で大きな利点があるものである。
【００２７】
次に、この窓型プローブによるプラズマ状態のモニタ原理を説明する。
再び、図２参照
ガス導入口１２より反応ガスをプロセスチャンバー１１内に導入し、一定の圧力の下でＲＦ電力を上部電極１７と下部電極１５との間に印加すると電極間にプラズマ２１が生成するが、生成されたプラズマからはその密度勾配がある為にイオンと電子がプロセスチェンバー１１の壁側へ拡散する。
【００２８】
この拡散するイオン及び電子の電流密度はプラズマ本体の密度に依存しているためプロセスチャンバー１１の一部に絶縁物を設置した場合、プラズマ本体が持つ電位であるプラズマ電位とプラズマ本体より拡散して、絶縁物の表面近傍に形成されたシース（ｓｈｅａｔｈ）を通ってくるイオン流或いは電子流の量に応じ、均衡がとれる様に壁電位と呼ばれる電位が絶縁物表面、したがって、本発明においてはガラス板３１の表面に誘起される。
【００２９】
このガラス板３１の表面に誘起された壁電位はシース電位分だけプラズマ電位より低く、高周波放電の場合には、プラズマの励起周波数に同期した電位変化を示し、また、直流放電では一定な電位を示す。
【００３０】
しかし、プラズマ２１が何らかの原因により変動、動揺する場合には、例えば、電源の変動、ガス圧の変動するような状況が発生した場合、そのプラズマ２１はプラズマ２２のように状態が変化し、その状況変化に応じてプロセスチャンバー１１の壁部へ拡散するイオン流或いは電子流も敏感に変化する為に、プロセスチャンバー１１に設置された誘電体であるガラス板３１に誘起される壁電位も敏感は変化することになる。
【００３１】
そのため、ＤＣ放電では、壁電位波形は一定ではなくプラズマの変動に同期して変動した波形になり、ＲＦ放電の場合では、プラズマの励起周波数に同期した電位波形が変動し、波形の歪、或いは波高値等が変化する。
【００３２】
また、異常放電の発生等の様に突発的な変化が生じた場合では、プラズマが急激に萎縮し、質量が軽い電子が敏感に反応するので、電子流が急激に減少するために壁電位も敏感且つ急激にプラス側に変化し、一方、逆に増加する場合には、壁電位はマイナス側に変化する。
【００３３】
したがって、壁電位が変化すると、プロセスチェンバー１１に設置されたガラス板３１のプラズマに対向しない片面に設けたプローブ電極３２に静電誘導によりプラズマの変化に応じた電位変化が誘発される。
【００３４】
この誘導電位を計測して、その電位情報を処理することで、壁電位の波高値、歪の状態等のプラズマの状況変化を検出でき、それを指標にすることによって、プラズマの安定性、再現性、変動等の監視、確認を迅速に，且つ簡便に行うことが可能となる。
【００３５】
但し、窓型プローブ３０のガラス板３１の表面に誘起される壁電位は、ガラス板３１の周りにできるシースのインピーダンスとプローブ自体のインピーダンスにより決まるため、プローブ電極３２がプラズマ電位と完全に平行に振れるためには、励起周波数だけではなく高調波成分に対するプローブ電極３２のインピーダンスも大きくなければならない。
即ち、シースのインピーダンスを小さく、窓型プローブ自体のインピーダンスを大きくする必要がある。
【００３６】
シースのインピーダンスを小さくするには、単にガラス板３１の表面積を大きくすることが考えられ、本発明の窓型プローブ３０はガラス板３１のプラズマ２１，２２に対向する面積は十分に大きくする。
【００３７】
なお、ＩＴＯから構成されるプローブ電極３２のインピーダンスは正確に分からなくても良く、インピーダンスが無限大の時プローブ電圧は最大値をとるので、プローブの壁電位が最大値をとるようにインピーダンスを調整すれば良い。
【００３８】
次に、図４乃至図６を参照して本発明の窓型プローブを用いて測定した電圧波形を説明する。
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、プロセスチャンバー１１に高周波電源１８より電力を供給し安定してプラズマを生成した時の、窓型プローブ３０から出力される電圧波形である。
図において、横軸は時間〔秒〕、縦軸は電圧であり、周波数１３．５６ＭＨｚに対応して１周期７３ナノ秒（７３ｎｓ＝７．３×１０^-8ｓ）で繰り返す安定した電圧波形が得られており、プラズマの振動波形及び振幅を測定することができる。
【００３９】
図４（ｂ）参照
図４（ｂ）は、不安定な状態のプラズマの場合に観測される電圧波形であり、図に示すようにこの電圧波形には歪があり、波高値（ピーク値）も一周期毎に変動していることが測定される。
【００４０】
図５参照
図５は、ＲＦ放電で入力電力が変動している場合の窓型プローブの検出波形の説明図であり、入力電力の変動に応じて検出波形も緩やかに変化していることが観測される。
この場合、検出波形における波高値もＲＦ入力電力に比例していることが確認され、この窓型プローブによる検出波形は、高周波電源１９の周波数の周期で変化していて、波形の歪の状態、ピーク値等がプラズマの特性を反映している。
【００４１】
図６参照
図６は、ＲＦ放電での装置異常によりＲＦ電源を即断した場合の窓型プローブの検出波形の説明図であり、ＲＦ電源が即断されたため、質量が軽い電子が急激に拡散して壁電位がマイナス側に変化するために検出波形はプラス側に反応している。
【００４２】
このように、本発明の窓型プローブ３０は、プラズマ状態の変化の状況に応じて拡散するイオン流或いは電子流の敏感な変化を捕らえることができるので、プラズマ状態の変化を確実、且つ、迅速に感度良く検出することができる。
【００４３】
次に、図７を参照して本発明の第１の実施の形態における窓型プローブによる検出波形の処理方法を説明する。
図７（ａ）参照
図７（ａ）に示すように、窓型プローブ３０で検出した電圧波形ｆ（ｔ）のうち、任意の時間或いは任意の数（ｎ）の周期分の波形ｆ_i（ｔ）から平均値Ｖ_av（ｍ）、振幅Ｖ_av（ｐｐ），平均化した波形ｆ_av（ｔ）を求める。
この場合、平均化した波形ｆ_av（ｔ）は、
ｆ_av（ｔ）＝Σｆ_i（ｔ）／ｎ
から求める。
【００４４】
図７（ｂ）参照
次に、この平均化した波形ｆ_av（ｔ）に基づいて平均値Ｖ_av（ｍ）及び振幅Ｖ_av（ｐｐ）を求める。
【００４５】
この平均値Ｖ_av（ｍ）、振幅Ｖ_av（ｐｐ）、及び、平均化した波形ｆ_av（ｔ）の安定なプラズマ状態における値に対するひずみ率を指標として用いて行うために、基本波とする波形を対象とするプラズマ処理装置の所定の処理条件で、窓型プローブで予めプラズマが安定した状態における検出波形データとして取得しておき、これを基本波データとする。
【００４６】
この基本波データに対して、基本波の任意に時間或いは任意の数に周期分をとり、１周期波形として平均化した波形ｆ_av0（ｔ）、Ｖ_av0（ｐｐ）、及び、Ｖ_av0（ｍ）をそれぞれに求める。
更に、それらの値はプラズマを生成するための入力電力に応じて変化するので、入力電力に応じた係数を求めておき、これらを設定初期値として記憶しておく。
【００４７】
ここで、検出する検出波形をｆ（ｔ）とすると基本波に対してプラズマ処理中のプローブ波形がどの程度ひずんでいるかを示す指標としてのひずみ率αは、
α＝ｆ_av（ｔ）／ｆ_av0（ｔ）
と表されるので、これにより、高調波成分がどの程度あり、波形が歪んでいるかが分かる。
【００４８】
また、同様に、Ｖ_av（ｍ）、Ｖ_av（ｐｐ）に関しても、Ｖ_av0（ｍ）、Ｖ_av0（ｐｐ）を基準として、それぞれの係数をｍ，ｐとして
ｍ＝Ｖ_av（ｍ）／Ｖ_av0（ｍ），
ｐ＝Ｖ_av（ｐｐ）／Ｖ_av0（ｐｐ）
と定義する。
【００４９】
これらの各係数α、ｍ、ｐによって、プローブ検出波形の大きさの変動と動揺の状態を検出することができる。
即ち、これらの係数α、ｍ、ｐをプラズマの入力電力毎に予め設定しておき、それとプラズマ処理装置がプラズマ処理中に、プローブ検出波形を任意の時間、或いは周期分毎に、その間の平均波形ｆ_av（ｔ）を求めて、基準波形のｆ_av（０）と比較して、その係数α′が予め定めた設定値より大きいか、小さいか否かをデータ処理部において判定し、予め定めた値より大きい或いは小さい場合に、プラズマ装置に対して警報を発する。
【００５０】
例えば、ひずみ率α′、或いは、Ｖ_av（ｐｐ）が設定内であっても、Ｖ_av（ｍ）が設定外の場合、プラズマパワーの入力の問題以外に、ガス流量、真空度との絡みの問題でプラズマが揺らいでいることが考えられるので、プラズマの不安定状態であることの警告を発信する。
【００５１】
また、単にＶ_av（ｐｐ）が設定値から外れている場合には、プラズマ２１と高周波電源１９のインピーダンスの整合が取れてないが、又は、高周波電源１９の入力パワー設定のずれが考えられ、予め設定した値より小さい場合には、プラズマとの整合が取れてないことになるので、警告を発信するとともに、プラズマ電源に対してプラズマとの整合を取るように制御信号を出力する。
一方、Ｖ_av（ｐｐ）が予め設定した値より大きい場合は、高周波電源１９に対する入力パワー設定のずれと判断できるので、設定ミスの警告を発信する。
【００５２】
この本発明の第１の実施の形態の窓型プローブにおいては、プラズマ処理を長期間実施して、絶縁層がデポジットされる場合にも、付着した絶縁層が極端に厚くならないかぎり、何ら問題なく動作するので、コスト、設置場所の両面において生産現場のプラスマ処理装置への適用性は大変優れている。
【００５３】
次に、図８乃至図１０を参照して、上記の窓型プローブを備えて、プラズマの変動及び異常放電等を検出する本発明の第２の実施の形態のプラズマ処理装置を説明する。
図８参照
図８は、本発明の第２の異常放電監視装置付きプラズマ処理装置の概略的構成図であり、基本的構成は上記の第１の実施の形態と同様であるが、検出系においてデジタルオシロスコープ４０の代わりにプラズマ監視装置５０を用いたものであるので、同一部分については説明は省略する。
【００５４】
このプラズマ監視装置５０は、窓型プローブ３０と、Ａ／Ｄ変換部５１、データ処理部５２、フィルター処理部５３、及び、異常放電検出部５４等から構成されている。
このデータ処理部５２により、上記の第１の実施の形態において説明した、検出波形に基づいて平均波形ｆ_av（ｔ）、平均電圧Ｖ_av（ｍ）、平均振幅Ｖ_av（ｐｐ）、及び、各係数α，ｍ，ｐを求める。
【００５５】
通常のプロセス監視については、上記の第１の実施の形態と同様であるので、ここでは、図９及び図１０を参照して異常放電検出について説明する
図９参照
図９は、第２の実施の形態におけるＤＣ放電での異常放電時の窓型プローブの検出波形の説明図であり、プラズマ生成用電源電圧、電流の変動を計測して異常放電を検出するアークモニターの検出波形も合わせて示している。
【００５６】
上段に示したアークモニターの電流検出波形は、異常放電の発生に反応して急激に増加している。
一方、下段に示した窓型プローブの検出波形は、立ち上がり鋭く一瞬プラス側に変化していてその後マイナスからプラスに変化しながら収束しているが、これは異常放電が発生した瞬間は瞬停状態になり拡散する電子流が急激に増加したため、一瞬、壁電位が図６に示した電源断時とは反対にマイナスに変化した後、電源の制御により比較的緩やかに変化しながら収束したものと思われる。
この窓型プローブの検出波形は、アークモニターより波形の立ち上がりが早く敏感に、感度良く応答していることが理解される。
【００５７】
図１０参照
図１０は、第２の実施の形態におけるＲＦ放電での異常放電時の窓型プローブの検出波形の説明図であり、ＲＦプラズマで異常放電発生時の超音波を検出する超音波センサによる検出波形を合わせて示している。
なお、異常放電について、本発明者は、プラズマ処理中に異常放電２４が発生すると、放電によって超音波（ＡＥ：ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ）が発生し、発生したＡＥがプラズマ処理装置の外壁を伝播することを利用して、プラズマ処理装置の外壁にＡＥセンサを取り付けて異常放電によって発生したＡＥを検出することにより放電発生位置を特定することを提案している（必要ならば、特願２０００−８９８４０号参照）。
【００５８】
上段に示した窓型プローブによる検出波形は、図９に示したＤＣプラズマでの異常放電発生時と同様に、異常放電２４に敏感に良く反応してマイナス側に急激に変化しているので、壁電位がプラス側に変化していることから拡散電子量が減少してプラズマが瞬間的に萎縮していることがわかる。
なお、この窓型プローブにおける検出波形は、ＲＦ成分を除去した検出波形である。
【００５９】
一方、下段に示した超音波センサによる検出波形は、異常放電の発生位置と超音波のプロセスチャンバー１１の壁面を伝搬する伝播速度の関係から上段の窓型プローブの検出波形の変化に遅れて、異常放電に伴う超音波検出されているのが確認できる。
【００６０】
次に、異常放電を検出する方法を簡単に説明する。
窓型プローブ３０の検出波形は、Ａ／Ｄ変換部５１を介して入力され、その波形データをフィルター処理部５３にて、ローパスフィルターにより１３．５６ＭＨｚのＲＦ成分をカットし、異常放電検出部５４において、異常放電の信号を検出する。
【００６１】
次いで、検出信号に対して波形の変化量を求めるため、検出波形ｆ（ｔ）を微分し、その値をβとすると
β＝ｄｆ（ｔ）／ｄｔ
と表される。
このβを監視することにより波形の変化状態を検出することができる。
【００６２】
図１０及び図６に示したように、異常放電、或いは、電源の瞬停がある場合、壁電位に急激な変化があるので、異常放電検出部５４において、βの値がプラス或いはマイナスかに変化する。
そこで、ｆ（ｔ）の値が、あるしきい値を超えて、βの値が予め求めていた設定値より大きくなった場合に異常を検出して、そのβ値が、マイナスの場合に異常放電と判断して、プラズマ処理装置に対して警報を発する。
また、電子流の変化は異常放電の規模と関係があるため、その波形の波高値Ｖ（ｐｐ）から、異常放電の規模を推定することも可能である。
【００６３】
次に、図１１を参照して、異常放電の位置を確認する手段も合わせて用いた本発明の第３の実施の形態を説明する。
図１１参照
図１１は、本発明の第３の実施の形態の異常放電監視装置付きプラズマ処理装置の概略的構成図であり、基本的な装置構成は図８に示した第２の実施の形態のプラズマ処理装置と同様である。
【００６４】
この第３の実施の形態においては、さらに、３個以上のＡＥセンサ２５〜２７をプロセスチャンバー１１の外壁面に取り付けたものであり、それによって、異常放電の発生した位置を特定するものである（必要ならば、特願２００１−３７０６１０号参照）。
なお、この場合には、３つのＡＥセンサを示している。
【００６５】
図１２参照
図１２は、本発明の第３の実施の形態における異常放電検出方法の説明図であり、まず、上段に示す窓型プローブ３０の検出波形により、上述の方法により異常放電の発生を判断し、異常放電２４は発生した判断した場合に、ＡＥセンサ２５〜２７による異常放電２４の発生位置の特定動作をスタートさせる。
【００６６】
次いで、３つのＡＥセンサ２５〜２７からの３つの検出波形から、異常放電２４が発生した場所と各ＡＥセンサ２５〜２７を接地した場所との距離の差に起因する遅延時間Ｔ₀，Ｔ₁，Ｔ₂を求め、この遅延時間Ｔ₀，Ｔ₁，Ｔ₂から地震の震源地の特定の原理と同様の原理によって異常放電２４の発生位置を特定する。
【００６７】
この場合に、異常放電の判定を窓型プローブ３０の検出波形によって行っているので、機械振動をＡＥセンサで検出して誤って異常放電の発生と判断することがなくなる。
また、窓型プローブ３０の検出波形に基づいて異常放電の発生を確認したのち、ＡＥセンサによる位置特定動作を介しているので、ＡＥセンサを無駄に作動させることがなくなる。
【００６８】
次に、図１３を参照して、本発明の第４の実施の形態の窓型プローブを説明する。
図１３参照
図１３は、本発明の第４の実施の形態の窓型プローブの概略的構成図であり、この窓型プローブは、図３に示した窓型プローブ３０と基本的構成は同様であり、通常のビューポートに用いられる光学的に透明なコパールガラス等のガラス板３１、このガラス板３１のプロセスチャンバーに対して外側に設けられたＩＴＯ等からなるプローブ電極３２、プローブ電極３２の表面を絶縁被覆するポリエステル等の透明絶縁膜３３、その上に設けられプローブ電極３２を電磁的にシールドするＩＴＯシールド３４、及び、インピーダンス変換器３５によって構成される。
【００６９】
この第４の実施の形態においては、ガラス板３１よりプラズマの発生領域寄りに光学的に透明な防着ガラス板３６を設けたものであり、それによって、窓型プローブを構成するガラス板３１の表面の汚れの発生を防止することができる。
【００７０】
この場合も、プローブ電極３２はプローブ取付け部１４と電気的に短絡しないように、周辺部が欠如されており、また、ＩＴＯシールド３４及び透明絶縁膜３３には微小開口部が設けられており、この微小開口部を通してプローブ電極３２は同軸ケーブルによってインピーダンス変換器３５に接続される。
また、このプローブ取付け部１４は、通常のビューポートと同様に、Ｏ−リング及びグリース等を用いることによって真空に密閉する構成となっている。
【００７１】
この場合も、窓型プローブの窓部及び防着ガラス板３６を全て透明部材で構成しているので、この窓型プローブは、プラズマ処理装置のプロセスチャンバーののぞき窓としても機能させることができる画期的で大きな利点があるものである。
【００７２】
プラズマ処理による反応生成物による汚染が発生しても、防着ガラス板３６を交換するだけで良いので、窓型プローブのガラス板３１側については、交換，洗浄作業等を必要としない。
但し、防着ガラス板３６を設けることによって検出感度は若干低下する。
【００７３】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、プラズマ処理装置として平行平板電極型のプラズマ処理装置を例として説明しているが、プラズマ処理装置の構成はこの様な平行平板電極型のプラズマ処理装置に限られるものではなく、各種の構造のプラズマ処理装置に適用されるものである。
【００７４】
また、上記の各実施の形態においては、窓型プローブをプロセスチャンバーの外壁の一箇所に設置しているが、プロセスチャンバーの外壁の複数箇所に設置しても良いものである。
【００７５】
また、上記の各実施の形態においては、窓型プローブをプロセスチャンバーに取付け部を設けて取り付けることを前提に説明しているが、既設のプラズマ処理装置に取り付けても良いものである。
即ち、対象となるプラズマ処理装置に既にのぞき窓がある場合、のぞき窓のガラスの大気側表面に電極として光学的に透明なＩＴＯシート等の導電性シートを貼ることで、簡単に窓型プローブを構成することができる。
【００７６】
また、上記の実施の形態においては、プローブ電位を測定するのは、高周波電圧を測定できる装置であり、例えば、入力インピーダンスが５０Ωのデジタルオシロスコープであるが、デジタルオシロスコープに限られるものではなく、サンプリングオシロスコープ、周波数アナライザー等高周波電圧を測定できる装置であれば差し支えない。
【００７７】
また、上記の各実施の形態においては、窓型プローブにおける壁電位を誘起させる誘電体は基板状のガラス板であるが、必ずしも基板状のガラスである必要はない。
【００７８】
また、上記の各実施の形態においては、窓型プローブにおいて壁電位を誘起する部材としてガラス板を用いているが、必ずしもガラス板である必要はなく、誘電体であれば良く、例えば、サファイア基板等の他の誘電体基板を用いても良いものである。
【００７９】
また、上記の各実施の形態においては、窓型プローブにのぞき窓の機能を持たせるために全体を透明部材で構成しているが、必ずしも全てを透明部材で構成する必要はなく、例えば、プローブ電極をＡｌやＡｕで形成しても良いものである。
その場合には、プローブ電極を小さな円盤状電極とする或いは円環状の電極とすることによって、のぞき窓の機能を持たせることができる。
【００８０】
また、窓型プローブにのぞき窓の機能を持たせることは必ずしも必須ではなく、その場合には、窓型プローブの少なくとも一部を不透明部材で形成しても良いものである。
【００８１】
また、窓型プローブのプローブ電極は必ずしも面状に広がった電極である必要はなく、線状の電極をガラス板に貼り付けてもプローブとして機能することは言うまでもない。
【００８２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の窓型プローブとプラズマ監視装置により、プラズマの状態変化を壁電位の平均電位、電位の振動波形の測定により確認することができ、また、異常放電等の異常等の検出も簡便に行うことが可能になり、特に、窓型プローブをのぞき窓としても機能させることができる、プラズマ処理装置の状態を自動的に知ることができ、それによって、プラズマ処理装置を自動的に停止したり、プラズマを制御したりすることにより不良品の作りこみ防止の効果があるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の窓型プローブ付きプラズマ処理装置の概略的構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に用いる窓型プローブの概略的構成図である。
【図４】ＲＦ放電における窓型プローブの検出波形の説明図である。
【図５】ＲＦ放電で入力電力が変動している場合の窓型プローブの検出波形の説明図である。
【図６】ＲＦ放電での装置異常によりＲＦ電源を即断した場合の窓型プローブの検出波形の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における窓型プローブによる検出波形の処理方法の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の異常放電監視装置付きプラズマ処理装置の概略的構成図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるＤＣ放電での異常放電時の窓型プローブの検出波形の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるＲＦ放電での異常放電時の窓型プローブの検出波形の説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の異常放電監視装置付きプラズマ処理装置の概略的構成図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における異常放電検出方法の説明図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態の窓型プローブの概略的構成図である。
【符号の説明】
１誘電体部材
２プローブ電極
３絶縁部材
４電磁シールド部材
５導電性支持部材
６インピーダンス整合手段
１１プロセスチャンバー
１２ガス導入口
１３排気口
１４プローブ取付け部
１５下部電極
１６Ｓｉウェハ
１７上部電極
１８整合器
１９高周波電源
２０接地配線
２１プラズマ
２２プラズマ
２４異常放電
２５ＡＥセンサ
２６ＡＥセンサ
２７ＡＥセンサ
３０窓型プローブ
３１ガラス板
３２プローブ電極
３３透明絶縁膜
３４ＩＴＯシールド
３５インピーダンス変換器
３６防着ガラス板
４０デジタルオシロスコープ
５０プラズマ監視装置
５１Ａ／Ｄ変換部
５２データ処理部
５３フィルター処理部
５４異常放電検出部

Claims

プラズマに対向する面の少なくとも一部に開口部が設けられた導電性支持部材と、前記導電性支持部材の開口部に設置された片側表面にプローブ電極を有する誘電体部材とを少なくとも有し、前記プローブ電極により前記誘電体部材に誘起される壁電位の変動を検知することを特徴とする窓型プローブ。
上記プローブ電極に、インピーダンス整合手段を接続したことを特徴とする請求項１記載の窓型プローブ。
上記誘電体部材が、光学的に透明なガラスからなることを特徴とする請求項１または２に記載の窓型プローブ。
上記プローブ電極が、光学的に透明な導電性物質からなることを特徴とする請求項３記載の窓型プローブ。
上記導電性支持部材に設けた開口部が、のぞき窓の機能を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窓型プローブ。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窓型プローブを用いたプラズマ監視装置において、前記窓型プローブの出力端に、電圧波形を計測する電圧波形計測部を具備してなることを特徴とするプラズマ監視装置。
上記電圧波形計測部により検出した電圧波形の周期的な波形の変化の不一致量を検出してプラズマの安定性を検出するプロセスモニタ機構を有することを特徴とする請求項６記載のプラズマ監視装置。
上記電圧波形計測部により検出した電圧波形の変化によりプラズマの異常放電を検出する異常放電モニタ機構を有することを特徴とする請求項６記載のプラズマ監視装置。
請求項６乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ監視装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
上記開口部が設けられた導電性支持部材が、反応容器ののぞき窓を構成するフランジ部であり、上記誘電体部材がフランジ部を密閉する透明ガラス板であることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。