JP6084860B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、アーク放電の発生を防止するプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus for preventing occurrence of arc discharge.

高周波電力を供給して発生させたプラズマを用いて基板、例えば、ＦＰＤの製造に用いられるガラス基板や半導体ウエハに所定の処理を施すプラズマ処理装置では、プラズマが発生する処理室内においてアーク放電が発生することがある。アーク放電が持続すると処理室内の部品、ガラス基板や半導体ウエハに損傷を与えるおそれがあるために、アーク放電の発生が検知されたらプラズマを生成するための高周波電力の供給を速やかに停止する必要がある。   In a plasma processing apparatus that performs predetermined processing on a substrate, for example, a glass substrate or a semiconductor wafer used for manufacturing an FPD, by using plasma generated by supplying high-frequency power, arc discharge occurs in a processing chamber in which plasma is generated. There are things to do. If arc discharge continues, there is a risk of damaging components in the processing chamber, glass substrates, and semiconductor wafers. Therefore, when the occurrence of arc discharge is detected, it is necessary to quickly stop the supply of high-frequency power to generate plasma. is there.

アーク放電が発生すると高周波電力の反射波電圧にピークが発生するため、反射波電圧をモニタし、ピークの発生を検知すると高周波電力の供給を遮断することが一般的に行われている。   When arc discharge occurs, a peak occurs in the reflected wave voltage of the high-frequency power. Therefore, the reflected wave voltage is generally monitored, and when the occurrence of the peak is detected, the supply of the high-frequency power is cut off.

高周波電力の供給形態は、所定の処理の内容に応じて様々な形態があるが、従来、供給形態が変化する形態としては、供給される高周波電力を段階的に増大させていく形態が主流であった。   There are various forms of high-frequency power supply depending on the content of a predetermined process. Conventionally, as a form in which the supply form changes, a form in which the supplied high-frequency power is increased step by step is the mainstream. there were.

ところで、高周波電力を段階的に増大させていく際、進行波電圧も増加するが、この場合、マッチング回路によって進行波電圧と反射波電圧のインピーダンスの整合が取れるまで、反射波電圧にピークが発生することがある。   By the way, when the high frequency power is increased stepwise, the traveling wave voltage also increases. In this case, a peak occurs in the reflected wave voltage until the matching circuit can match the impedance of the traveling wave voltage and the reflected wave voltage. There are things to do.

そこで、進行波電圧の増加に起因する反射波電圧のピークの発生を、アーク放電の発生に起因する反射波電圧のピークの発生と誤認しないように、通常、下記式が成立する場合にアーク放電の発生に起因する反射波電圧のピークが発生したと判定する（例えば、特許文献１参照。）。
ｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔ ＞ アーク放電検出値
ここで、Ｖｒは反射波電圧であり、Ｖｆは進行波電圧であり、アーク放電検出値は予め設定される所定の閾値である。 Therefore, in order not to mistake the occurrence of the peak of the reflected wave voltage due to the increase of the traveling wave voltage as the occurrence of the peak of the reflected wave voltage due to the occurrence of the arc discharge, the arc discharge is normally performed when the following formula is satisfied. It is determined that the peak of the reflected wave voltage due to the occurrence of the occurrence has occurred (see, for example, Patent Document 1).
dVr / dt−dVf / dt> arc discharge detection value Here, Vr is a reflected wave voltage, Vf is a traveling wave voltage, and the arc discharge detection value is a predetermined threshold set in advance.

上記式では、進行波電圧が増加する場合、ｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔの値が小さくなるため、進行波電圧の増加に起因する反射波電圧のピークが発生しても、上記式は殆ど成立しない。   In the above equation, when the traveling wave voltage increases, the value of dVr / dt−dVf / dt decreases, so even if the reflected wave voltage peak due to the increase of the traveling wave voltage occurs, the above equation is almost satisfied. do not do.

国際公開第０３／０３７０４７号International Publication No. 03/037047

ところで、近年、プラズマ処理の複雑化に伴い、高周波電力（進行波電圧）の増加だけでなく、図７に示すように、進行波電圧の低下を伴う高周波電力の供給形態が求められるようになっている。   By the way, in recent years, with the complexity of plasma processing, not only an increase in high-frequency power (traveling wave voltage) but also a supply form of high-frequency power accompanied by a decrease in traveling wave voltage is required as shown in FIG. ing.

進行波電圧が低下する場合にも、マッチング回路によって進行波電圧と反射波電圧のインピーダンスの整合が取れるまで、反射波電圧にピークが発生することがあるが、このとき、上記式のｄＶｆ／ｄｔが負の値となるため、ｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔの値が過剰に大きくなって上記式が成立し、アーク放電の発生に起因する反射波電圧のピークが発生したと誤って判定されるおそれがある。   Even when the traveling wave voltage decreases, a peak may occur in the reflected wave voltage until the matching circuit can match the impedance of the traveling wave voltage and the reflected wave voltage. At this time, dVf / dt Since the value of dVr / dt−dVf / dt becomes excessively large and the above equation is established, it is erroneously determined that the peak of the reflected wave voltage due to the occurrence of arc discharge has occurred. There is a fear.

アーク放電検出値を大きくすれば、上述した誤判定の可能性は低下するが、さほど強くないアーク放電の発生に起因する反射波電圧のピークが発生するのみであって、ｄＶｒ／ｄｔが大きくならない場合、アーク放電の発生を検知することができなくなるおそれがある。   Increasing the arc discharge detection value reduces the possibility of the above-described erroneous determination, but only causes a peak of the reflected wave voltage due to the occurrence of less intense arc discharge, and does not increase dVr / dt. In such a case, the occurrence of arc discharge may not be detected.

本発明の目的は、アーク放電の発生を正確に検知することができるプラズマ処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of accurately detecting the occurrence of arc discharge.

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、高周波電力が供給される処理室を備え、前記処理室内にプラズマを生じさせて該プラズマを用いて被処理体に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記処理室へ向かう高周波電力の進行波電圧を時間的に微分する第１の時間微分部と、前記処理室から戻る高周波電力の反射波電圧を時間的に微分する第２の時間微分部と、前記反射波電圧の時間微分値及び前記進行波電圧の時間微分値の差分に対応する値を算出し、該算出された差分に対応する値が所定の閾値を上回る場合に前記処理室内でアーク放電が発生したと判定する判定部と、前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記差分に対応する値が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも前記反射波電圧の時間微分値及び前記進行波電圧の時間微分値のいずれかを変更する微分値変更部とをさらに備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to claim 1 includes a processing chamber to which high-frequency power is supplied, generates plasma in the processing chamber, and processes the object to be processed using the plasma. A plasma processing apparatus, comprising: a first time differentiating unit that temporally differentiates a traveling wave voltage of high-frequency power toward the processing chamber; and a first derivative that temporally differentiates a reflected wave voltage of high-frequency power returning from the processing chamber. When a value corresponding to the difference between the time differential part of 2 and the time differential value of the reflected wave voltage and the time differential value of the traveling wave voltage is calculated, and the value corresponding to the calculated difference exceeds a predetermined threshold value A determination unit that determines that arc discharge has occurred in the processing chamber and a time differential value of the traveling wave voltage is negative, so that at least the value corresponding to the difference is smaller than a predetermined threshold value Reflected wave voltage During and further comprising a differential value changing unit for changing any of the time differential value of the differential value and the traveling wave voltage.

請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記判定部は、前記第１の時間微分部から出力された前記進行波電圧の時間微分値が入力される第１の入力部と、前記第２の時間微分部から出力された前記反射波電圧の時間微分値が入力される第２の入力部とを有し、前記微分値変更部は、前記第１の時間微分部と前記第１の入力部の間及び前記第２の時間微分部と前記第２の入力部の間のいずれかに設置されていることを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to claim 2 is the plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the determination unit receives a first time differential value of the traveling wave voltage output from the first time differentiating unit . And a second input unit to which a time differential value of the reflected wave voltage output from the second time differentiating unit is input, the differential value changing unit is configured to have the first time is installed either between the between said differential portion first input and the second time derivative of the second input unit, characterized in Tei Rukoto.

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１又は２記載のプラズマ処理装置において、前記差分に対応する値は、前記反射波電圧の時間微分値から前記進行波電圧の時間微分値を差し引いた値であることを特徴とする。   The plasma processing apparatus according to claim 3 is the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein a value corresponding to the difference is obtained by subtracting a time differential value of the traveling wave voltage from a time differential value of the reflected wave voltage. It is a value.

請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記微分値変更部は、前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記進行波電圧の時間微分値を０とすることを特徴とする。   The plasma processing apparatus according to claim 4 is the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the differential value changing unit is configured such that the time differential value of the traveling wave voltage is negative. The time differential value of the traveling wave voltage is set to 0.

請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項４記載のプラズマ処理装置において、前記微分値変更部はダイオードからなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the plasma processing apparatus according to the fourth aspect, the differential value changing unit includes a diode.

請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記微分値変更部は、前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記進行波電圧の時間微分値の絶対値を小さくすることを特徴とする。   The plasma processing apparatus according to claim 6 is the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the differential value changing unit is configured such that the time differential value of the traveling wave voltage is negative. The absolute value of the time differential value of the traveling wave voltage is reduced.

請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記微分値変更部は、前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記反射波電圧の時間微分値を小さくすることを特徴とする。   The plasma processing apparatus according to claim 7 is the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the differential value changing unit is configured such that the time differential value of the traveling wave voltage is negative. The time differential value of the reflected wave voltage is reduced.

本発明によれば、進行波電圧の時間微分値が負となる場合、高周波電力の反射波電圧の時間微分値及び進行波電圧の時間微分値の差分に対応する値が小さくなるように、少なくとも反射波電圧の時間微分値及び進行波電圧の時間微分値のいずれかが変更されるので、算出された差分に対応する値が所定の閾値を上回りにくくなる。これにより、進行波電圧の減少に起因する反射波電圧のピークが発生しても、アーク放電の発生に起因する反射波電圧のピークが発生したと誤って判定されることが抑制され、もって、アーク放電の発生を正確に検知することができる。   According to the present invention, when the time differential value of the traveling wave voltage is negative, at least the value corresponding to the difference between the time differential value of the reflected wave voltage of the high frequency power and the time differential value of the traveling wave voltage is reduced. Since either the time differential value of the reflected wave voltage or the time differential value of the traveling wave voltage is changed, the value corresponding to the calculated difference is difficult to exceed a predetermined threshold. Thereby, even if the peak of the reflected wave voltage due to the decrease of the traveling wave voltage occurs, it is suppressed from erroneously determining that the peak of the reflected wave voltage due to the occurrence of arc discharge has occurred, The occurrence of arc discharge can be accurately detected.

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１のプラズマ処理装置で実行される進行波電圧の時間微分値の変更処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change process of the time differential value of the traveling wave voltage performed with the plasma processing apparatus of FIG. 図１のプラズマ処理装置の第１の変形例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the 1st modification of the plasma processing apparatus of FIG. 図３のプラズマ処理装置で実行される進行波電圧の時間微分値の変更処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change process of the time differential value of the traveling wave voltage performed with the plasma processing apparatus of FIG. 図１のプラズマ処理装置の第２の変形例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the 2nd modification of the plasma processing apparatus of FIG. 図５のプラズマ処理装置で実行される反射波電圧の時間微分値の変更処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change process of the time differential value of the reflected wave voltage performed with the plasma processing apparatus of FIG. 複雑化したプラズマ処理に伴う高周波電力の供給形態を示す図である。It is a figure which shows the supply form of the high frequency electric power accompanying the complicated plasma processing.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を概略的に示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

図１において、プラズマ処理装置１０は、内部が減圧される直方体状のチャンバ１１（処理室）と、高周波電源１２とを備え、チャンバ１１は、底部に配置された台状のサセプタ１３と、天井部に配置されたシャワーヘッド１４とを内部に有し、高周波電源１２はサセプタ１３に接続されて該サセプタ１３へ高周波電力を供給する。サセプタ１３は下部電極として機能し、シャワーヘッド１４は上部電極として機能する。これにより、サセプタ１３及びシャワーヘッド１４の間の処理空間Ｓにサセプタ１３へ供給された高周波電力を印加することができる。   In FIG. 1, a plasma processing apparatus 10 includes a rectangular parallelepiped chamber 11 (processing chamber) whose inside is decompressed, and a high-frequency power source 12, and the chamber 11 includes a base-like susceptor 13 disposed at the bottom, a ceiling The high frequency power source 12 is connected to the susceptor 13 and supplies high frequency power to the susceptor 13. The susceptor 13 functions as a lower electrode, and the shower head 14 functions as an upper electrode. Thereby, the high frequency power supplied to the susceptor 13 can be applied to the processing space S between the susceptor 13 and the shower head 14.

チャンバ１１では、サセプタ１３へ被処理体としてのガラス基板（以下、単に「基板」という。）Ｇが載置され、シャワーヘッド１４が内部の処理空間Ｓへ処理ガスを導入するとともに、サセプタ１３が処理空間Ｓへ高周波電力を印加して処理空間Ｓにおいて処理ガスからプラズマを生じさせる。このプラズマ中のイオンやラジカルは基板Ｇへ到達して該基板Ｇへ所定のプラズマ処理、例えば、ドライエッチング処理を施す。   In the chamber 11, a glass substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) G as an object to be processed is placed on the susceptor 13, the shower head 14 introduces a processing gas into the internal processing space S, and the susceptor 13 High frequency power is applied to the processing space S to generate plasma from the processing gas in the processing space S. Ions and radicals in the plasma reach the substrate G, and the substrate G is subjected to a predetermined plasma process, for example, a dry etching process.

チャンバ１１及び高周波電源１２の間には、チャンバ１１側から順に、直流カットキャパシタ１５、マッチング回路１６、同軸ケーブル１７及び電力計１８が介在し、高周波電流供給路を形成する。高周波電流供給路において、電力計１８は高周波電源１２からサセプタ１３へ供給される高周波電力の進行波電圧Ｖｆ及び反射波電圧Ｖｒを測定し、それぞれの値を出力する。   A DC cut capacitor 15, a matching circuit 16, a coaxial cable 17 and a wattmeter 18 are interposed between the chamber 11 and the high frequency power source 12 in this order from the chamber 11 side to form a high frequency current supply path. In the high frequency current supply path, the wattmeter 18 measures the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr of the high frequency power supplied from the high frequency power source 12 to the susceptor 13 and outputs the values.

電力計１８の進行波電圧Ｖｆの出力側は第１のアンプ１９へ接続され、第１のアンプ１９は入力された進行波電圧Ｖｆを適当な大きさの信号に増幅、若しくは減衰する。また、電力計１８の反射波電圧Ｖｒの出力側は第２のアンプ２０へ接続され、第２のアンプ２０は入力された反射波電圧Ｖｒを適当な大きさの信号に増幅、若しくは減衰する。   The output side of the traveling wave voltage Vf of the wattmeter 18 is connected to the first amplifier 19, and the first amplifier 19 amplifies or attenuates the inputted traveling wave voltage Vf into a signal of an appropriate magnitude. The output side of the reflected wave voltage Vr of the wattmeter 18 is connected to the second amplifier 20, and the second amplifier 20 amplifies or attenuates the input reflected wave voltage Vr into a signal of an appropriate magnitude.

第１のアンプ１９から出力された進行波電圧Ｖｆは第１の微分回路２１（第１の時間微分部）によって時間的に微分され、該微分された進行波電圧Ｖｆ（以下、「ｄＶｆ／ｄｔ」という。）（進行波電圧の時間微分値）はコンパレータ２２（判定部）のマイナス入力側２２ａ（第１の入力部）へ入力される。   The traveling wave voltage Vf output from the first amplifier 19 is temporally differentiated by a first differentiating circuit 21 (first time differentiating unit), and the differentiated traveling wave voltage Vf (hereinafter referred to as “dVf / dt”). (The time differential value of the traveling wave voltage) is input to the negative input side 22a (first input unit) of the comparator 22 (determination unit).

第２のアンプ２０から出力された反射波電圧Ｖｒは第２の微分回路２３（第２の時間微分部）によって時間的に微分され、該微分された反射波電圧Ｖｒ（以下、「ｄＶｒ／ｄｔ」という。）（反射波電圧の時間微分値）はコンパレータ２２のプラス入力側２２ｂ（第２の入力部）へ入力される。   The reflected wave voltage Vr output from the second amplifier 20 is temporally differentiated by a second differentiating circuit 23 (second time differentiating unit), and the differentiated reflected wave voltage Vr (hereinafter referred to as “dVr / dt”). (The time differential value of the reflected wave voltage) is input to the plus input side 22b (second input unit) of the comparator 22.

処理空間Ｓにアーク放電が発生したか否かについては、反射波電圧Ｖｒの時間微分値をモニタすることで判定できるが、進行波電圧Ｖｆに起因した反射波電圧Ｖｒの変化分を排除するため、反射波電圧Ｖｒの時間微分値から進行波電圧Ｖｆの時間微分値を差し引いた評価値を用い、該評価値が所定の閾値を超えたかどうかにより判定する。具体的には、コンパレータ２２で下記式（１）が成立するか否かが判定され、下記式（１）が成立する場合、コンパレータ２２から出力遮断回路２４（判定部）へ信号が送信される。
ｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔ ＞ アーク放電検出値（所定の閾値） … （１）
処理空間Ｓにおいて発生するアーク放電は、反射波電圧に対して影響を及す一方で、進行波電圧に対しては影響を及ぼさないか、若しくは、影響を与えてたとしても当該影響は小さいため、上記式（１）によって処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生したか否かを判定することができ、上記式（１）が成立する場合は、反射波電圧Ｖｒのピークが発生しても進行波電圧Ｖｆが増加しない、若しくは、変化が微少な場合に該当するため、処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生した場合に該当する。 Whether or not arc discharge has occurred in the processing space S can be determined by monitoring the time differential value of the reflected wave voltage Vr. In order to eliminate the change in the reflected wave voltage Vr caused by the traveling wave voltage Vf. The evaluation value obtained by subtracting the time differential value of the traveling wave voltage Vf from the time differential value of the reflected wave voltage Vr is used to determine whether the evaluation value exceeds a predetermined threshold value. Specifically, it is determined whether or not the following expression (1) is satisfied by the comparator 22, and when the following expression (1) is satisfied, a signal is transmitted from the comparator 22 to the output cutoff circuit 24 (determination unit). .
dVr / dt−dVf / dt> arc discharge detection value (predetermined threshold) (1)
The arc discharge generated in the processing space S has an effect on the reflected wave voltage, but does not affect the traveling wave voltage, or even if it has an effect, the effect is small. Whether or not arc discharge has occurred in the processing space S can be determined by the above equation (1). If the above equation (1) is satisfied, the traveling wave is generated even if the peak of the reflected wave voltage Vr occurs. This corresponds to the case where the voltage Vf does not increase or the change is small, and thus corresponds to the case where arc discharge occurs in the processing space S.

上記式（１）が成立してコンパレータ２２から送信された信号を受信した出力遮断回路２４は、処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生したと判断して高周波電源１２へ向けて出力遮断信号を送信する。該出力遮断信号を受信した高周波電源１２は所定の期間に亘って高周波電力の供給を停止する。これにより、処理空間Ｓにおいてアーク放電の発生が持続するのを防止する。   The output cutoff circuit 24 that has received the signal transmitted from the comparator 22 when the above equation (1) is established determines that arc discharge has occurred in the processing space S and transmits an output cutoff signal to the high frequency power supply 12. . The high frequency power supply 12 that has received the output cutoff signal stops the supply of the high frequency power for a predetermined period. This prevents the occurrence of arc discharge in the processing space S from being sustained.

但し、プラズマ処理のレシピに応じて進行波電圧Ｖｆが低下する場合、ｄＶｆ／ｄｔが負の値となるため、反射波電圧Ｖｒが変動しないとき（ｄＶｒ／ｄｔが０）、ノイズレベルの微小なピークが発生したに過ぎないとき、または、マッチング回路１６によって進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒのインピーダンスの整合が取れるまで、反射波電圧Ｖｒに微少なピークが発生したに過ぎないとき（Ｖｒの増加が微少）であっても、上記式（１）が成立し、処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生したと判断されて高周波電力の供給が停止されるおそれがある。すなわち、進行波電圧Ｖｆが低下する場合、処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生したと誤って判定されるおそれがある。   However, when the traveling wave voltage Vf decreases according to the plasma processing recipe, dVf / dt becomes a negative value. Therefore, when the reflected wave voltage Vr does not vary (dVr / dt is 0), the noise level is very small. When only a peak occurs, or when only a minute peak occurs in the reflected wave voltage Vr until the matching circuit 16 can match the impedance of the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr (Vr Even if the increase is small, the above formula (1) is satisfied, and it is determined that arc discharge has occurred in the processing space S, and there is a risk that the supply of high-frequency power is stopped. That is, when traveling wave voltage Vf decreases, it may be erroneously determined that arc discharge has occurred in processing space S.

本実施の形態では、これに対応して、進行波電圧Ｖｆが低下する場合、ｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔが過剰に増加しないように、コンパレータ２２のマイナス入力側２２ａへ入力されるｄＶｆ／ｄｔを０とする。具体的には、第１の微分回路２１及びコンパレータ２２の間に、第１のアンプ１９からコンパレータ２２へ向けて電流を整流するダイオード２５（微分値変更部）を配置する。ダイオード２５は、第１の微分回路２１で得られたｄＶｆ／ｄｔが正の場合、すなわち、ダイオード２５の整流方向に電位差が生じる場合、又はｄＶｆ／ｄｔが０の場合、すなわち、ダイオード２５において電位差が生じない場合は、ｄＶｆ／ｄｔをそのまま出力し、ｄＶｆ／ｄｔが負の場合、すなわち、ダイオード２５の整流方向とは反対方向に電位差が生じる場合、電流を遮断して０を出力する。   In the present embodiment, correspondingly, when traveling wave voltage Vf decreases, dVf / dt input to negative input side 22a of comparator 22 so that dVr / dt−dVf / dt does not increase excessively. Is set to 0. Specifically, a diode 25 (differential value changing unit) that rectifies current from the first amplifier 19 toward the comparator 22 is disposed between the first differentiating circuit 21 and the comparator 22. The diode 25 has a potential difference in the case where dVf / dt obtained by the first differentiating circuit 21 is positive, that is, when a potential difference occurs in the rectification direction of the diode 25, or when dVf / dt is 0, that is, in the diode 25. If dVf / dt is output as it is, and dVf / dt is negative, that is, if a potential difference occurs in the direction opposite to the rectifying direction of the diode 25, the current is cut off and 0 is output.

図２は、図１のプラズマ処理装置で実行される進行波電圧の時間微分値の変更処理を説明するための図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining the process of changing the time differential value of the traveling wave voltage, which is executed in the plasma processing apparatus of FIG.

図２において、反射波電圧Ｖｒにアーク放電に起因しない微少なピークが発生するものの、進行波電圧Ｖｆが減少する場合を示す。図中のｄＶｆ／ｄｔは破線で示すように一部が負の方向に突出するが、プラズマ処理装置１０では、ｄＶｆ／ｄｔの突出部がフラットになるように、第１の微分回路２１によって得られるｄＶｆ／ｄｔがダイオード２５によって０に変更される。これにより、本来、図中の破線に示すように変化してアーク放電検出値を超えるｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔが、実線で示すようにオフセットされ（図中矢印参照）、アーク放電検出値を超えることが無くなる。すなわち、上記式（１）が成立しなくなる。これにより、処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生したと誤判断されるのを防止することができる。   FIG. 2 shows a case where the traveling wave voltage Vf decreases although a minute peak not caused by arc discharge occurs in the reflected wave voltage Vr. DVf / dt in the drawing partially protrudes in the negative direction as indicated by a broken line, but in the plasma processing apparatus 10, the first differentiation circuit 21 obtains the dVf / dt protruding portion so as to be flat. DVf / dt is changed to 0 by the diode 25. As a result, dVr / dt−dVf / dt that originally changes as indicated by the broken line in the figure and exceeds the arc discharge detection value is offset as indicated by the solid line (see the arrow in the figure), and the arc discharge detection value is reduced. It will never be exceeded. That is, the above formula (1) is not satisfied. As a result, it is possible to prevent erroneous determination that arc discharge has occurred in the processing space S.

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１０によれば、進行波電圧Ｖｆが低下してｄＶｆ／ｄｔが負となる場合であっても、ｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔが過剰に大きくならないように、コンパレータ２２のマイナス入力側２２ａへ入力されるｄＶｆ／ｄｔを０とするので、ｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔがアーク放電検出値を上回りにくくなる。これにより、反射波電圧Ｖｒが変動しないとき、ノイズレベルの微小なピークが発生したに過ぎないとき、または、マッチング回路１６によって進行波電圧Ｖｆと反射波電圧Ｖｒのインピーダンスの整合が取れるまで、反射波電圧Ｖｒに微少なピークが発生したに過ぎないときに、高周波電力を減少させるようなプラズマ処理のレシピを実行させて進行波電圧Ｖｆが低下しても、アーク放電の発生に起因する反射波電圧Ｖｒのピークが発生したと誤って判定されることが抑制され、もって、アーク放電の発生を正確に検知することができる。   According to the plasma processing apparatus 10 according to the present embodiment, even when the traveling wave voltage Vf is reduced and dVf / dt becomes negative, dVr / dt−dVf / dt is not excessively increased. Since dVf / dt input to the negative input side 22a of the comparator 22 is set to 0, dVr / dt−dVf / dt is less likely to exceed the arc discharge detection value. As a result, the reflected wave voltage Vr does not fluctuate, only a minute peak of the noise level is generated, or until the matching circuit 16 can match the impedance of the traveling wave voltage Vf and the reflected wave voltage Vr. When only a minute peak occurs in the wave voltage Vr, even if a plasma processing recipe that reduces high-frequency power is executed and the traveling wave voltage Vf decreases, the reflected wave caused by the occurrence of arc discharge An erroneous determination that the peak of the voltage Vr has occurred is suppressed, so that the occurrence of arc discharge can be accurately detected.

また、アーク放電の発生を正確に検知することにより、不必要な高周波電力の供給停止を抑制することができ、もって、処理空間Ｓにおいてプラズマを安定的に維持することができる。   In addition, by accurately detecting the occurrence of arc discharge, it is possible to suppress unnecessary high-frequency power supply from being stopped, so that plasma can be stably maintained in the processing space S.

以上、本発明について、実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。   Although the present invention has been described above by using the embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

上述した実施の形態では、コンパレータ２２において、反射波電圧Ｖｒの時間微分値から進行波電圧Ｖｆの時間微分値を差し引いた差分を評価値として直接用いてアーク放電が発生したか否かを判定したが、上記差分を用いて算出される別の評価値、例えば、階段関数的に変化する値に変換された評価値や、上記差分の絶対値のみを抽出して得た評価値を用いてアーク放電の発生の有無を判定してもよい。   In the above-described embodiment, the comparator 22 determines whether or not arc discharge has occurred by directly using the difference obtained by subtracting the time differential value of the traveling wave voltage Vf from the time differential value of the reflected wave voltage Vr as an evaluation value. However, the arc is calculated using another evaluation value calculated using the difference, for example, an evaluation value converted into a value that changes in a stepwise manner, or an evaluation value obtained by extracting only the absolute value of the difference. You may determine the presence or absence of discharge generation.

上述したプラズマ処理装置１０では、ｄＶｆ／ｄｔを０とする手段としてダイオード２５を用いたが、ダイオード２５の代わりに、ｄＶｆ／ｄｔが正又は０の場合には当該ｄＶｆ／ｄｔを出力し、ｄＶｆ／ｄｔが負の場合には０を出力する電気回路を第１の微分回路２１及びコンパレータ２２のマイナス入力側２２ａの間に配置してもよい。   In the plasma processing apparatus 10 described above, the diode 25 is used as means for setting dVf / dt to 0. Instead of the diode 25, when dVf / dt is positive or 0, the dVf / dt is output, and dVf / dt is output. When / dt is negative, an electric circuit that outputs 0 may be disposed between the first differentiating circuit 21 and the negative input side 22 a of the comparator 22.

また、上述したプラズマ処理装置１０では、進行波電圧Ｖｆが低下してｄＶｆ／ｄｔが負となる場合、ｄＶｆ／ｄｔを０としたが、ｄＶｆ／ｄｔは必ずしも０にする必要はなく、例えば、ｄＶｆ／ｄｔの絶対値を小さくするだけでもよい。   In the plasma processing apparatus 10 described above, when the traveling wave voltage Vf decreases and dVf / dt becomes negative, dVf / dt is set to 0. However, dVf / dt is not necessarily set to 0. For example, It is only necessary to reduce the absolute value of dVf / dt.

図３は、図１のプラズマ処理装置の第１の変形例の構成を概略的に示す図である。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a first modification of the plasma processing apparatus of FIG.

図３において、プラズマ処理装置２６は、ダイオード２５の代わりに第１の微分回路２１及びコンパレータ２２のマイナス入力側２２ａの間に配置される微分値減少回路２７を備える。   In FIG. 3, the plasma processing apparatus 26 includes a differential value reduction circuit 27 disposed between the first differential circuit 21 and the negative input side 22 a of the comparator 22 instead of the diode 25.

微分値減少回路２７は、第１の微分回路２１で得られたｄＶｆ／ｄｔが正や０の場合、ｄＶｆ／ｄｔをそのまま出力し、ｄＶｆ／ｄｔが負の場合、ｄＶｆ／ｄｔの絶対値を小さくして出力する。   The differential value reduction circuit 27 outputs dVf / dt as it is when dVf / dt obtained by the first differentiation circuit 21 is positive or 0, and outputs the absolute value of dVf / dt when dVf / dt is negative. Output smaller.

図４は、図３のプラズマ処理装置で実行される進行波電圧の時間微分値の変更処理を説明するための図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the process of changing the time differential value of the traveling wave voltage, which is executed in the plasma processing apparatus of FIG.

図４において、反射波電圧Ｖｒにアーク放電に起因しない微少なピークが発生するものの、進行波電圧Ｖｆが減少する場合を示す。図中のｄＶｆ／ｄｔは破線で示すように一部が突出するが、プラズマ処理装置２６では、ｄＶｆ／ｄｔの突出量が減少するように、第１の微分回路２１によって得られるｄＶｆ／ｄｔの絶対値が微分値減少回路２７によって小さくされる。これにより、本来、図中の破線に示すように変化してアーク放電検出値を超えるｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔが、実線で示すようにオフセットされ（図中矢印参照）、アーク放電検出値を超えることが無くなる。これにより、処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生したと誤判断されるのを抑制することができる。   FIG. 4 shows a case where the traveling wave voltage Vf decreases although a minute peak not caused by arc discharge occurs in the reflected wave voltage Vr. DVf / dt in the drawing partially protrudes as shown by a broken line, but in the plasma processing apparatus 26, dVf / dt of the dVf / dt obtained by the first differentiating circuit 21 is reduced so that the protruding amount of dVf / dt is reduced. The absolute value is reduced by the differential value reduction circuit 27. As a result, dVr / dt−dVf / dt that originally changes as indicated by the broken line in the figure and exceeds the arc discharge detection value is offset as indicated by the solid line (see the arrow in the figure), and the arc discharge detection value is reduced. It will never be exceeded. Accordingly, it is possible to suppress erroneous determination that arc discharge has occurred in the processing space S.

さらに、進行波電圧Ｖｆが低下してｄＶｆ／ｄｔが負となる場合、ｄＶｆ／ｄｔを変更せずにｄＶｒ／ｄｔを変更してもよい。   Further, when traveling wave voltage Vf decreases and dVf / dt becomes negative, dVr / dt may be changed without changing dVf / dt.

図５は、図１のプラズマ処理装置の第２の変形例の構成を概略的に示す図である。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a second modification of the plasma processing apparatus of FIG.

図５において、プラズマ処理装置２８は、ダイオード２５の代わりに第１の微分回路２１及びコンパレータ２２のマイナス入力側２２ａの間に配置される微分値検出回路２９と、該微分値検出回路２９に接続され、且つ第２の微分回路２３及びコンパレータ２２のプラス入力側２２ｂの間に配置される微分値減少回路３０を備える。   In FIG. 5, the plasma processing apparatus 28 is connected to the differential value detection circuit 29 and the differential value detection circuit 29 disposed between the first differential circuit 21 and the negative input side 22 a of the comparator 22 instead of the diode 25. And a differential value reduction circuit 30 disposed between the second differentiation circuit 23 and the positive input side 22b of the comparator 22.

微分値検出回路２９は、第１の微分回路２１で得られたｄＶｆ／ｄｔが負であることを検出すると、微分値減少回路３０へ信号を送信し、該信号を受信した微分値減少回路３０は第２の微分回路２３で得られたｄＶｒ／ｄｔを小さくして出力する。   When the differential value detection circuit 29 detects that dVf / dt obtained by the first differentiation circuit 21 is negative, the differential value detection circuit 29 transmits a signal to the differential value reduction circuit 30 and receives the signal. Decreases dVr / dt obtained by the second differentiation circuit 23 and outputs the result.

図６は、図５のプラズマ処理装置で実行される反射波電圧の時間微分値の変更処理を説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the process of changing the time differential value of the reflected wave voltage, which is executed in the plasma processing apparatus of FIG.

図６において、反射波電圧Ｖｒにアーク放電に起因しない微少なピークが発生するものの、進行波電圧Ｖｆが減少する場合を示す。図中のｄＶｒ／ｄｔは破線で示すように上下に変動するが、プラズマ処理装置２８では、ｄＶｒ／ｄｔの変動量が減少するように、第２の微分回路２３によって得られるｄＶｒ／ｄｔが微分値減少回路３０によって小さくされる。これにより、本来、図中の破線に示すように変化してアーク放電検出値を超えるｄＶｒ／ｄｔ − ｄＶｆ／ｄｔは実線で示すように変動量が減少し、アーク放電検出値を超えることが無くなる。これにより、処理空間Ｓにおいてアーク放電が発生したと誤判断されるのを抑制することができる。   FIG. 6 shows a case where the traveling wave voltage Vf decreases although a minute peak not caused by arc discharge occurs in the reflected wave voltage Vr. DVr / dt in the figure fluctuates up and down as shown by a broken line, but in the plasma processing apparatus 28, dVr / dt obtained by the second differentiating circuit 23 is differentiated so that the fluctuation amount of dVr / dt is reduced. The value is reduced by the value reduction circuit 30. As a result, dVr / dt−dVf / dt that originally changes as shown by the broken line in the figure and exceeds the arc discharge detection value decreases as shown by the solid line, and does not exceed the arc discharge detection value. . Accordingly, it is possible to suppress erroneous determination that arc discharge has occurred in the processing space S.

なお、本発明は高周波電力を用いてプラズマを生じさせるプラズマ処理装置であれば、適用することができる。例えば、本発明は、図１に示すような平行平板型（ＣＣＰ型）のチャンバ１１を備えるプラズマ処理装置１０だけでなく、ＩＣＰ型のチャンバを備えるプラズマ処理装置にも適用することができる。   The present invention can be applied to any plasma processing apparatus that generates plasma using high-frequency power. For example, the present invention can be applied not only to a plasma processing apparatus 10 including a parallel plate type (CCP type) chamber 11 as shown in FIG. 1 but also to a plasma processing apparatus including an ICP type chamber.

１０，２６，２８ プラズマ処理装置
１１ チャンバ
１２ 高周波電源
１８ 電力計
２１ 第１の微分回路
２２ コンパレータ
２２ａ マイナス入力側
２２ｂ プラス入力側
２３ 第２の微分回路
２４ 出力遮断回路
２５ ダイオード
２９ 微分値検出回路
２７，３０ 微分値減少回路 10, 26, 28 Plasma processing apparatus 11 Chamber 12 High frequency power supply 18 Wattmeter 21 First differentiation circuit 22 Comparator 22a Minus input side 22b Plus input side 23 Second differentiation circuit 24 Output cutoff circuit 25 Diode 29 Differential value detection circuit 27 , 30 Differential value reduction circuit

Claims (7)

高周波電力が供給される処理室を備え、前記処理室内にプラズマを生じさせて該プラズマを用いて被処理体に処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記処理室へ向かう高周波電力の進行波電圧を時間的に微分する第１の時間微分部と、
前記処理室から戻る高周波電力の反射波電圧を時間的に微分する第２の時間微分部と、
前記反射波電圧の時間微分値及び前記進行波電圧の時間微分値の差分に対応する値を算出し、該算出された差分に対応する値が所定の閾値を上回る場合に前記処理室内でアーク放電が発生したと判定する判定部と、
前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記差分に対応する値が所定の閾値よりも小さくなるように、少なくとも前記反射波電圧の時間微分値及び前記進行波電圧の時間微分値のいずれかを変更する微分値変更部とをさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus comprising a processing chamber to which high-frequency power is supplied, generating plasma in the processing chamber and processing a target object using the plasma,
A first time differentiating unit for differentiating in time the traveling wave voltage of the high-frequency power toward the processing chamber;
A second time differentiator for differentiating in time the reflected wave voltage of the high-frequency power returning from the processing chamber;
A value corresponding to the difference between the time differential value of the reflected wave voltage and the time differential value of the traveling wave voltage is calculated, and arc discharge occurs in the processing chamber when the value corresponding to the calculated difference exceeds a predetermined threshold value. A determination unit that determines that has occurred,
When the time differential value of the traveling wave voltage is negative, at least the time differential value of the reflected wave voltage and the time differential value of the traveling wave voltage are set such that the value corresponding to the difference is smaller than a predetermined threshold value. A plasma processing apparatus, further comprising: a differential value changing unit that changes any one of them. 前記判定部は、前記第１の時間微分部から出力された前記進行波電圧の時間微分値が入力される第１の入力部と、前記第２の時間微分部から出力された前記反射波電圧の時間微分値が入力される第２の入力部とを有し、
前記微分値変更部は、前記第１の時間微分部と前記第１の入力部の間及び前記第２の時間微分部と前記第２の入力部の間のいずれかに設置されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。 The determination unit includes a first input unit to which a time differential value of the traveling wave voltage output from the first time differential unit is input, and the reflected wave voltage output from the second time differential unit. A second input unit to which a time differential value of
The differential value changing section, the Tei Rukoto placed anywhere between the said second input portion and the first time derivative portion and between said first input and said second time derivative portion The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein: 前記差分に対応する値は、前記反射波電圧の時間微分値から前記進行波電圧の時間微分値を差し引いた値であることを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the value corresponding to the difference is a value obtained by subtracting a time differential value of the traveling wave voltage from a time differential value of the reflected wave voltage. 前記微分値変更部は、前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記進行波電圧の時間微分値を０とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。   The differential value changing unit sets the time differential value of the traveling wave voltage to 0 when the time differential value of the traveling wave voltage is negative. Plasma processing equipment. 前記微分値変更部はダイオードからなることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the differential value changing unit includes a diode. 前記微分値変更部は、前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記進行波電圧の時間微分値の絶対値を小さくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。   4. The differential value changing unit according to claim 1, wherein when the time differential value of the traveling wave voltage is negative, the differential value changing unit decreases the absolute value of the time differential value of the traveling wave voltage. The plasma processing apparatus according to 1. 前記微分値変更部は、前記進行波電圧の時間微分値が負となる場合、前記反射波電圧の時間微分値を小さくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。   The said differential value change part makes small the time differential value of the said reflected wave voltage, when the time differential value of the said traveling wave voltage becomes negative, The any one of Claims 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Plasma processing equipment.
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