JPH09266098A - プラズマ状態検出装置及びその方法並びにエッチング終点検出装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ放電異常の初期状態を無線で検出す
ることができるプラズマ状態検出装置及びその方法を提
供すること。 【解決手段】 、高周波電源３からの高周波電圧がプラ
ズマ発生部５に印加され、プラズマ放電が生成される。
このプラズマ放電に起因して生ずる高周波信号は、アン
テナ５１にて受信されて、スペクトル検出部１に送られ
る。このスペクトル検出部１では、特定の高調波スペク
トルが検出され、電圧比較器２３にて高調波スペクトル
と基準値とが比較される。高調波スペクトルが基準値を
越えた時に、プラズマ放電異常を示す信号が制御回路３
１に送られる。制御回路３１では、送られた信号に基づ
いて、正常なプラズマ放電を生成するように、ＲＦ出力
パワー制御部３３、電極間ギャップ制御部３４及びガス
流量制御部３５のいずれか一つを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電源からの
高周波電圧を一対の電極に印加することで前記電極間に
生成されるプラズマ放電の状態を検出するプラズマ状態
検出装置及びその方法、並びに、交流電源からの交流電
圧を一対の電極に印加し、かつ、前記電極間にガスを供
給することで前記電極間にプラズマを生成し、被エツチ
ング材をエッチングした際のエッチング終点を検出する
エッチング終点検出装置及びその方法に関する。

【０００２】

【背景技術】現在、半導体製造分野においては、ＣＶ
Ｄ、アッシング、エッチングあるいは表面処理等を目的
として、被処理体を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。このプラズマ処理
方法としては、一般的に、真空中にてプラズマを発生さ
せることが行われているが、最近では、大気圧又はその
近傍の圧力下でプラズマを発生させることが試みられて
いる。

【０００３】特開平７−１３５０９８号公報には、チェ
ンバー内にＲＦ（高周波）によりプラズマを発生させて
処理を行うＲＦプラズマ処理装置において、ＲＦ電源の
周波数である１３．５６ＭＨｚ以外の周波数成分をＲＦ
電流から検出し、このＲＦ電流が異常であるか否かを検
出する技術が開示されている。この公報の発明では、Ｒ
Ｆ電流が異常であるときには、スパークあるいはアーク
放電の発生を検出したとして、ＲＦ電源の動作を停止さ
せると共に、警告音を出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の装置
ではＲＦ電流をモニタする必要があるため、プラズマ放
電用電極に検出部を直接接続しなければならない。

【０００５】このように、プラズマ状態を検出するため
には、プラズマ放電用電極に検出部を接続するための工
事が不可欠であるため、特に既存のプラズマ処理装置で
のプラズマ状態検出が極めて煩雑であった。また、その
接続を要するために検出部の設置場所も自ずから制限さ
れ、検出部の設置場所の自由度がなく、周辺機器を有す
るプラズマ処理装置の場合に特に接続作業が煩雑とな
る。

【０００６】また、このプラズマ処理装置のプラズマ放
電異常の検出部を、プラズマ処理装置内に設置する際に
は、ケーブルの引き回しが必要であり、プラズマ処理装
置の設計時には、プラズマ検出装置の設置位置やケーブ
ルの引き回し等を考慮する必要がある。

【０００７】プラズマ状態の検出は、異常放電の検出等
は常時行う必要があるが、プラズマ生成パラメターの設
定のための検査に用いる場合には、その検査時のみに必
要であり、一台の検出部を複数台のプラズマ処理装置に
兼用できることが望まれている。

【０００８】しかしながら、プラズマ放電用電極にその
度に着脱することは極めて煩雑であり、複数のプラズマ
処理装置に汎用できる検出部が提供されていないのが現
状である。

【０００９】本発明は、以上の課題を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、プラズマ処理装置
に対して設置場所の制約が少なく、しかも煩雑な着脱作
業を要せずに、プラズマ状態を検出することができるプ
ラズマ状態検出装置及び検出方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、交流
電源からの交流電圧を一対の電極に印加することで前記
一対の電極間に生成されるプラズマ放電の状態を、前記
交流電源の基本周波数以外の特定周波数のスペクトルに
基づいて検出するプラズマ状態検出装置であって、前記
一対の電極間に生成されるプラズマより発振される電磁
波を受信するアンテナと、前記アンテナを介して受信さ
れた電磁波のうち、前記特定周波数に同調させて、前記
特定周波数のスペクトルを検出する同調・検出回路と、
を有することを特徴とする。

【００１１】請求項１の発明によれば、電極間に生成さ
れるプラズマから発振される電磁波を、アンテンを介し
て受信している。従って、従来のようにＲＦ電流を検出
するために電極に検出部を接続する必要がなくなる。ア
ンテナで受信された電磁波のうち、関心対象の周波数ス
ペクトルが同調後に検出されるので、この特定周波数の
スペクトルに基づいて種々のプラズマ状態の検出ができ
る。

【００１２】請求項２に示すように、検出されたスペク
トルと基準値とを比較して、プラズマ放電異常を判定す
ることができる。プラズマ放電異常時には、特定周波数
スペクトルが増大するため、その検出が可能となる。

【００１３】請求項３に示すように、前記アンテナは、
複数のプラズマ生成パラメータの少なくとも一つを変化
させながら、前記一対の電極間に生成されたプラズマよ
り発振される前記電磁波を受信することができる。この
場合、少なくとも一つのプラズマ生成パラメータが変化
する間に亘って検出された前記スペクトルの変化率に基
づいて、プラズマ放電異常の初期状態を判定することが
できる。

【００１４】プラズマ放電異常時の初期状態への移行時
には、移行前と比較して、特定周波数のスペクトルの値
自体の変化は微少であるが、移行前のスペクトルの変化
率と、移行後のスペクトルの変化率とでは明確に区別で
きるからである。

【００１５】請求項４の発明は、交流電源からの交流電
圧を一対の電極に印加し、かつ、前記電極間にガスを供
給することで前記電極間にプラズマを生成し、被エツチ
ング材をエッチングした際のエッチング終点を検出する
エッチング終点検出装置において、前記一対の電極間に
生成されるプラズマより発振される電磁波を受信するア
ンテナと、前記アンテナを介して受信された電磁波のう
ち、エッチングの進行時と終点時とで変化するプラズマ
中の成分の濃度に依存する、前記交流電源の基本周波数
以外の特定周波数に同調させて、前記特定周波数のスペ
クトルを検出する同調・検出回路と、検出された前記特
定高調波スペクトルと基準値とを比較する比較手段と、
を有し、前記比較手段の出力に基づいて前記エッチング
終点を検出することを特徴とする。

【００１６】このように、エッチングの進行時と終点時
とで変化するプラズマ中の成分の濃度に依存する特定周
波数のスペクトルを検出することで、エッチング終点の
検出を無線で検出することができる。

【００１７】また、請求項５の発明は、交流電源からの
交流電圧を一対の電極に印加することで前記一対の電極
間に生成されるプラズマ放電の状態を検出するにあた
り、前記一対の電極間に生成されるプラズマより発振さ
れる電磁波をアンテナを介して無線で受信する工程と、
前記アンテナを介して受信された電磁波のうち、前記交
流電源の基本周波数以外の特定周波数に同調させて、同
調された前記特定周波数のスペクトルを検出する工程
と、検出された前記スペクトルの値に基づいて、プラズ
マ放電異常を判定する工程と、を有することを特徴とす
る。

【００１８】また、請求項６の発明は、交流電源からの
交流電圧を一対の電極に印加することで前記一対の電極
間に生成されるプラズマ放電の状態を検出するにあた
り、複数のプラズマ生成パラメータの少なくとも一つを
変化させながら、前記一対の電極間にプラズマを生成す
る工程と、前記一対の電極間に生成されるプラズマより
発振される電磁波をアンテナを介して無線で受信する工
程と、前記アンテナを介して受信された電磁波のうち、
前記交流電源の基本周波数以外の特定周波数に同調させ
て、同調された前記特定周波数のスペクトルを検出する
工程と、前記少なくとも一つのプラズマ生成パラメータ
が変化する間に亘って検出された前記スペクトルの変化
率に基づいて、プラズマ放電異常の初期状態を判定する
工程と、を有することを特徴とする。

【００１９】さらに、請求項７の発明は、交流電源から
の交流電圧を一対の電極に印加し、かつ、前記電極間に
ガスを供給することで前記電極間にプラズマを生成し、
被エツチング材をエッチングした際のエッチング終点を
検出するにあたり、前記一対の電極間に生成されるプラ
ズマより発振される電磁波をアンテナを介して無線で受
信する工程と、前記アンテナを介して受信された電磁波
のうち、エッチングの進行時と終点時とで変化するプラ
ズマ中の成分の濃度に依存する、前記交流電源の基本周
波数以外の特定周波数に同調させて、前記特定周波数の
スペクトルを検出する工程と、前記特定周波数スペクト
ルが所定値以上変動したときに、前記エッチング終点を
検出する工程と、を有することを特徴とする。

【００２０】請求項５〜７の発明によれば、プラズマか
らの電磁波を無線で受信しながら、それぞれプラズマ放
電異常状態、プラズマ初期異常状態及びエッチング終点
を検出することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に基づく各実施の形
態を、図面を参照して説明する。

【００２２】図１は、本発明に係るプラズマ状態検出装
置の第１の実施の形態の概略的な構成を示す。このプラ
ズマ状態検出装置は、高周波電源３と、この高周波電源
３から整合器４を介して高周波電力が供給されてプラズ
マ放電が発生するプラズマ発生部５と、を有するプラズ
マ処理装置の近傍に配置される。

【００２３】このプラズマ状態検出装置は、プラズマ発
生部５に生ずるプラズマより発振される電磁波を無線に
て受信する構成を有する。このために、このプラズマ状
態検出装置は、プラズマから発振される電磁波を受信す
るアンテナ５１と、このアンテナ５１と同軸ケーブル５
２、５３を介して接続されたスペクトル検出部５０とを
有する。

【００２４】プラズマ処理装置内の高周波電源３は、例
えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を出力するものであ
る。プラズマ発生部５は、上部電極５ａ及び接地された
下部電極５ｂの一対の電極から成る。この上部電極５ａ
と下部電極５ｂとの間に、高周波電力が供給され、か
つ、プラズマ生成用ガス例えばＨｅを供給することによ
り、プラズマ放電が生成される。また、必要に応じて、
後述する添加ガスを供給することもできる。なお、被処
理体は下部電極５ｂ上に載置されている。

【００２５】このプラズマ放電部５で生成されたプラズ
マ放電に起因して、基本周波数（進行波）である１３．
５６ＭＨｚ及びその高調波を含む種々の高周波信号（電
磁波）が発生する。

【００２６】プラズマ状態検出部のアンテナ５１は、こ
れらの高周波信号を受信するものである。これらの高周
波信号は、同軸ケーブル５２、５３を介して、スペクト
ル検出部１に送られる。

【００２７】スペクトル検出部１では、入力された高周
波信号から、高周波電源３の基本周波数以外の特定高調
波に同調させて、その高調波のスペクトルを検出する。

【００２８】スペクトル検出部の説明 入力された高周波信号は、スペクトル検出部１の同軸ケ
ーブル５３を介して、ハイパス＆トラップフィルター１
２に供給される。このハイパス＆トラップフィルター１
２では、プラズマ発生時に高周波導電路に流れる高周波
電流のうちの基本周波数成分がカットされ、基本周波数
以上の高周波成分が取り出される。

【００２９】ハイパス＆トラップフィルター１２で取り
出された高周波成分は、ＲＦ増幅器５４で増幅されて、
第一周波数変換器１４に送られる。第一周波数変換器１
４は、入力された高周波信号を、同調すべき特定高調波
と、第一局部発振器１３からの第一局部発振周波数との
差である、第一中間周波数（例えば１０．７ＭＨｚ）に
変換して出力する。この第一中間周波数は、高周波増幅
器５５で増幅され、狭帯域フィルター１５に通されるこ
とにより、さらに狭帯域の第一中間周波数が取り出され
る。この狭帯域フィルター１５からの第一中間周波数信
号は、第二周波数変換器１７に送られる。第二周波数変
換器１７は、第一中間周波数と、第二局部発振器１６か
らの第二局部発振周波数との差である、第二中間周波数
（例えば４５５ＫＨｚ）に変換して出力する。この第二
周波数変換器１７からの第二中間周波数は、高周波増幅
器１８で増幅されて検波器１９に入力される。検波器１
９では、同調された前記特定高調波の信号が検波され
る。すなわち、検波器１９にて、特定高調波のスペクト
ルを検出できる。

【００３０】大気圧プラズマの放電異常を検出するため
に、図１に示すスペクトル検出部１は、図２（Ａ）に示
すプラズマ安定時にはほとんどスペクトルが検出されな
い特定高調波、例えば第６次、第８次、第１０次、第１
２次等の内のいずれか一つの高調波のスペクトルを検出
している。スペクトル検出部１が、例えば第６次高調波
のスペクトルを監視している場合には、上述の同調・検
出部は第６次高調波の周波数帯域の周波数を同調して出
力する。ここで、プラズマ安定時にあってはスペクトル
検出部１からの出力はほとんど０である。従って、図１
に示す電圧比較器２３の基準電圧として、０Ｖよりも高
い基準電圧を設定しておけば、プラズマ安定時には、電
圧比較器２３の出力はローとなる。

【００３１】一方、図２（Ｂ）に示すように、アーク放
電などのプラズマ放電異常が生じた場合には、第６次高
調波のスペクトルが、スペクトル検出部１にて検出され
ることになる。この結果、プラズマ異常にあっては、ス
ペクトル検出部１からの出力が基準値を上回るため、電
圧比較器２３の出力はハイとなる。

【００３２】電圧比較器２３の出力は、トランジスタ２
５のベースに接続されている。プラズマ異常の初期状態
では、電圧比較器２３からハイが出力されることによ
り、トランジスタ２５はＯＮとなり、コイル２６に電流
が流れる。ダイオードＤ1は、トランジスタ２５のＯＮ
／ＯＦＦ時の電流の逆流を防止している。

【００３３】このコイル２６の近傍には、スイッチ２７
が設けられている。このスイッチ２７は、一方は、端子
２８に接続されており、他方は、端子２９に接続される
端子ａと端子３０に接続される端子ｂとから成る。プラ
ズマ異常状態では、コイル２６に電流が流れることによ
り、スイッチ２７は端子ｂに切換接続される。これによ
り、スイッチ２７が端子ｂに切換接続されて、端子２８
と端子３０とが接続されるときには、プラズマ放電異常
状態であることを示す信号が出力される。一方、スイッ
チ２７が端子ａに切換接続されて、端子２８と端子２９
とが接続されるときには、プラズマ放電は正常であるこ
とを示す信号が出力される。

【００３４】以上の動作により、本実施例装置にてプラ
ズマ異常状態が検出されることになる。

【００３５】この放電異常信号を制御回路３１が受け付
けると、制御回路３１は例えばＲＦパワー制御部３３を
制御して、高周波電源３をＯＦＦ駆動することになる。
この結果、プラズマ異常が検出されるとただちに放電が
停止され、アーク放電に伴う被処理体あるいは電極５
ａ、５ｂに大きなダメージが発生することが防止され
る。

【００３６】あるいは制御回路３１は、ＲＦパワー制御
部３３を制御して、プラズマ放電以上が解消されるより
低いＲＦパワーに設定する。この他、他の制御パラメー
タとして電極間ギャップと供給ガス濃度を挙げることが
できる。すなわち、制御回路３１は、電圧間ギャップ制
御部３４を制御して、一対の電極５ａ、５ｂ間のギャッ
プを広くなるように変更する。あるいは制御回路３１
は、ガス流量制御部３５を制御して、例えばプラズマ生
成用ガスであるＨｅに添加される添加ガス例えばＯ2の
流量を増大させる。

【００３７】これらの制御により、プラズマ放電異常状
態は解消され、正常状態に復帰させることができる。

【００３８】次に、図３を参照して、スパークやアーク
放電等のプラズマ放電異常状態に移行する前の初期異常
状態を検出する実施例について説明する。

【００３９】図１と図３との相違点は、図３の構成にお
いては、検波器１９と電圧比較器２３との間に減算器４
０を有している点である。

【００４０】この減算器４０は、検波器１９からの第６
高調波レベルより、高周波電源３からの進行波（Ｐｆ）
電力モニター電圧を減算している。

【００４１】ここで、初期異常状態を検出するには、上
述の実施例のように第６高調波のスペクトルを基準値と
比較するのみでは不可能である。それは、初期異常状態
の時と正常時とで第６高調波のスペクトルの変化は微少
であり、両者を明確に分ける基準値を設定できないから
である。

【００４２】そこで、本実施例では、複数のプラズマ生
成パラメータの少なくとも一つ例えばＲＦパワーを変化
させ、そのときに検出される第６高調波のスペクトルの
変化率を検出している。

【００４３】除算器４０に入力される進行波（Ｐｆ）電
力モニター電圧は、図４（Ａ）の直線ａで示すように、
例えばＲＦ電力の直線的増加と対応した電圧である。

【００４４】ここで、図４（Ａ）に示すように、正常な
プラズマ放電時には、高周波（Ｐｆ）モニター電力と第
６高調波レベルとが比例関係にあり、スペクトル検出部
１でのゲインを所定に設定すれば、第６高調波レベル
は、進行波（Ｐｆ）電力モニター電圧と一致し、高周波
電力の増加に従って増大する所定の傾きの直線ａとな
る。これに対して、プラズマ放電異常の初期状態に移行
した後には、直線ｂに示す傾きに変位する。

【００４５】従って、減算器４０からの出力として、図
４（Ｂ）に補正後の信号レベルとして示すように、プラ
ズマ正常時における高周波電力の変化に対する第６高調
波レベルの変化率が零となるのに対して、プラズマ放電
異常の初期状態に移行した後には、高周波電力の変化に
対する第６高調波レベルの変化率が所定の傾きを持つ直
線となる。このように、第６高調波レベルの変化率は、
図４（Ｂ）に示す高周波電力Ｗを境に急激に増加する。

【００４６】図３の装置では、上述の高調波電力と第６
高調波レベルとの関係を利用して、プラズマ正常時には
減算器４０よりローが出力され、プラズマ放電異常の初
期状態に移行した後はハイが出力される。この減算器４
０の出力を電圧比較器２３に入力させれば、上述の実施
例と同様にして、プラズマ放電異常の初期状態に移行し
たことを検出できる。なお、減算器に代えて除算器を配
置することもできる。

【００４７】ところで、この初期プラズマ異常状態で
は、関心対象である高調波の信号レベルは極めて微弱で
ある。本発明者などの実験によれば、アンテナ５１で受
信される高調波の信号は、図５に示すように、その信号
パワーが−７０〜−４０ｄＢｍの範囲である。この高調
波は、その電圧レベルの実効値に換算すると、９０μＶ
ｒｍｓ〜３ｍＶｒｍｓとなっている。

【００４８】本実施例では、図４に示す高調波のうち、
例えば第６高調波の信号を検出している。この第６高調
波の信号レベルは、図４に示すように、−７０〜−６０
ｄＢｍの微弱な信号パワーである。この微弱な信号は、
電圧レベルの実効値に換算すると、９０〜２００μＶｒ
ｍｓである。

【００４９】ここで、スペクトル検出部１にて、特定高
調波スペクトルを検出するために、例えば、単純な広帯
域増幅器を用いた場合には、図５に示すように、高周波
電源３からの出力周波数１３．５６ＭＨｚが各高調波の
信号強度よりも非常に強いので、得られた高調波が目的
の信号レベルになる前に増幅器が飽和してしまう。ま
た、高ゲイン増幅器を用いた場合には、各高調波と同じ
周波数を増幅すると発振してしまい、さらに、広帯域増
幅器を用いた場合には、この増幅器自体がノイズを発生
して、Ｓ／Ｎ比を悪化させるという問題がそれぞれ存在
する。

【００５０】そこで、本実施例では上述したように、複
数段の周波数変換及び増幅を行うことにより、第６高調
波のスペクトルの検出を可能としている。

【００５１】本実施例でもスペクトル検出部１からの出
力は、制御回路３１に送られる。この制御回路３１で
は、スペクトル検出部１からの出力に基づいて、プラズ
マ放電が正常であるか、あるいはプラズマ放電異常の初
期状態であるかを判定する。これにより、プラズマ放電
異常の初期状態であると判定した際には、プラズマ放電
を停止したり、又は、プラズマ放電が異常であることを
警告するように制御を行う。なお、プラズマ放電異常の
初期状態は、スパークやアーク放電などの異常時と比較
して持続性が少なく単発的に生ずる。このため、警告又
は装置停止の指令は、上述のプラズマ放電異常の初期状
態が複数回検出された場合に限り行うようにしても良
い。

【００５２】さらに、プラズマ放電異常の初期状態が発
生した被処理体の番号等を、履歴情報として、ディスク
等の記録媒体に記録するようにしてもよい。

【００５３】また、制御回路３１では、上述の判定に基
づいて、プラズマ放電を生成する際に用いられる複数の
プラズマ生成パラメータのうちの必要なプラズマ生成パ
ラメータを、正常なプラズマ放電を生成するように設定
する。

【００５４】例えば、制御回路３１より、変調用発振器
１１に対してコントロール電圧を変化させる指令を出力
するなどして、高周波電源３からのＲＦパワーの変化の
タイミングを、制御回路３１が認識することができる。
そうすると、スペクトル検出部１からの信号に基づい
て、プラズマ放電異常の初期状態に移行した時のＲＦパ
ワーの大きさを、制御回路３１は認識できる。このＲＦ
パワーの大きさが、プラズマ放電異常の初期状態に移行
する際の一つの境界条件である。

【００５５】この場合、制御回路３１は、その境界条件
よりもプラズマ放電が正常に向かう条件、例えば境界条
件よりもプラズマ密度が低くなるように、複数のプラズ
マ生成パラメータの少なくとも一つを制御する。

【００５６】このプラズマ生成パラメータとしては、例
えばＲＦ出力パワー、電極間ギャップ、放電用ガスに添
加する添加ガスの流量等が用いられる。制御回路３１
は、設定したプラズマ生成パラメータを用いて、ＲＦ出
力パワー制御部３３、電極間ギャップ制御部３４及びガ
ス流量制御部３５の少なくとも一つを制御する。この各
パラメータとプラズマ状態との相関については後述する
が、ＲＦ出力パワー、電極間ギャップ、ガス流量の少な
くとも一つが変更設定されて、プラズマ放電が常に正常
に行われる。

【００５７】さらに、変更設定したプラズマ生成パラメ
ータは、メモリ３２に記憶させることができる。こうす
ると、一旦上述のモニタ工程を実施して、正常なプラズ
マ状態を維持できるプラズマ生成パラメータをメモリ３
２に登録しておけば、移行このメモリ３１内の情報に基
づいて正常なプラズマ状態を安定して維持できる。

【００５８】ここで、スペクトル検出部１にて、微弱な
入力信号から正確にプラズマ放電異常の初期状態を検出
できる条件について考察する。電圧比較器２３は一般に
オペアンプが用いられ、このオペアンプの動作電圧は１
Ｖ〜１０Ｖである。一方、スペクトル検出部１に入力さ
れる微弱信号の電圧は、実効値で９０μＶｒｍｓ〜３ｍ
Ｖｒｍｓとなっている。従って、微弱信号をオペアンプ
の動作電圧レベルまで増幅するには、スペクトル検出部
１での各段の増幅器のトータルゲインは、ほぼ３３０倍
〜１０００００倍となる。第６高調波の電圧レベルの実
効値が、９０〜２００μＶｒｍｓであることを考慮する
と、上述のトータルゲインはほぼ５０００倍〜１０００
００倍となる。。また、このときの周波数スペクトルの
選択性は、図６に示すように、±５０ｋＨｚの幅で３ｄ
Ｂｍの減少となる特性より以下の狭帯域であることが好
ましい。

【００５９】上述の装置では、特に、高周波電源の基本
周波数の第６高調波において、プラズマ放電異常の初期
状態を検出することができた。本発明者等の実験によれ
ば、第４、第８高調波を用いても、プラズマ放電異常の
初期状態を検出できることが分かった。この第４、第６
及び第８高調波の各入力信号強度とモニターする出力電
圧との関係は、図７に示すものとなる。なお、この検出
に用いられる特定周波数とは、第４、第６、第８高調波
に限らず、他の高調波あるいは高調波以外の周波数を用
いることが可能である。

【００６０】上述の無線方式の実施例によれば、アンテ
ナ５１及びスペクトル検出部１からなる検出系を、プラ
ズマ発生部５の位置に依存せずに、自由に配置すること
ができる。従って、センサユニット等を電極に接続する
手間が省け、そのための工事が不要となる。また、無線
受信方式であるので、既存のプラズマ処理装置でのプラ
ズマ放電異常の初期状態の検出等にも、容易に利用可能
となる。

【００６１】上述の特定高調波のスペクトルは、プラズ
マ中のガス濃度に依存することから、この原理をエッチ
ング装置におけるエッチング終点検出に適用することが
できる。従来装置によれば、エッチング装置に発生した
プラズマ中の特定成分が、エッチングの進行に伴い減少
あるいは増加し、それによって該成分の発光波長の発光
強度が変化することを利用して、エッチング終点検出を
行う技術が確立している。本実施例装置は、監視窓の汚
染の影響が誤検出につながる発光波長のスペクトルを検
出するのでなく、プラズマ中の成分の増減に従って特定
高調波スペクトルが変動することに着目して、このスペ
クトルを検出して終点検出を行うものである。

【００６２】図１に示す実施例装置は、大気圧プラズマ
を利用したエッチング装置のエッチング終点検出装置と
して構成することもできる。

【００６３】大気圧プラズマの場合、励起ガスとして例
えばＨｅが用いられ、さらに、エッチングガスである例
えばフルオロカーボン系のＣＦ4，ＣＨＦ3，Ｃ2Ｆ6等が
用いられる。このようなエッチングガスを用いた場合、
エッチング中にあっては例えばフッ素ラジカルが、被処
理体の被エッチング部位の物質と化学反応を生ずる。従
って、エッチング中にあってはプラズマ中のフッ素ラジ
カルの濃度が比較的低くなっている。エッチング終点に
近付くと、エッチングに伴う上述の化学反応が減少する
ため、プラズマ中のフッ素ラジカルの濃度が比較的濃い
方向に変化する。

【００６４】この原理を利用してエッチング終点を検出
するために、エッチング終点におけるフッ素ラジカルの
濃度と対応する特定高調波スペクトルの値をあらかじめ
電圧比較器２３の基準値として設定しておく。そして、
エッチング中にこのフッ素ラジカルに依存する特定高調
波スペクトルを検出し、電圧比較器２３にて検出値と基
準値とを比較する。検出値が基準値と同一となり、ある
いはこれを下回った場合に、電圧比較器２３よりエッチ
ング終点検出信号が出力するように構成する。これによ
り、制御回路３１はエッチング終点時期を知ることがで
き、エッチング終了制御を行うことができる。

【００６５】このようなエッチングの進行によって特定
高調波スペクトルが増減する現象は、上述の電極間に供
給されるガス中のフッ素ラジカル等の成分濃度に依存す
るものに限らず、この他、被処理体よりエッチングされ
た被エッチング部位の物質の濃度、あるいはエッチング
によって生ずる反応生成物の濃度にも依存する。被処理
体の被エッチング部位を構成する物質は、エッチング中
には比較的多くプラズマ中に飛散しているが、エッチン
グ終点に近づにつれこの量が減少する傾向がある。反応
生成物も同様に、エッチング中は比較的多くプラズマ中
に存在するのに対して、プラズマ終点に近付くほどその
量が減少する。従って、これらに依存する高調波のスペ
クトルを検出することで、エッチング終点を正確に検出
することができる。

【００６６】なお、この上述の各実施例装置は、必ずし
も大気圧プラズマに適用するものに限らず、真空中プラ
ズマあるいは１気圧を超える圧力下のプラズマにも同様
に適用することが可能である。

【００６７】

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ放電異常状態を検出する本発明のプラ
ズマ状態検出装置の実施例の概略的な構成図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）はプラズマ放電正常時、異常時
の周波数スペクトルを模式的に示す特性図である。

【図３】プラズマ放電異常の初期状態を検出する本発明
のプラズマ状態検出装置の実施例の概略的な構成図であ
る。

【図４】（Ａ）は検出された高調波レベルと進行波電力
モニター電圧を模式的に示し、（Ｂ）は両者の除算後の
信号レベルを模式的に示す図である。

【図５】高調波の信号強度を示す特性図である。

【図６】スペクトル検出部での検出信号の選択性を示す
特性図である。

【図７】第４、第６及び第８高調波における信号強度と
モニター出力電圧との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ スペクトル検出部 ３ 高周波電源 ４ 整合器 ５ プラズマ発生部 １２ ハイパス＆トラップフィルター １３ 第一局部発振器 １４ 第一周波数変換器 １５ 狭帯域フィルター １６ 第二局部発振器 １７ 第二周波数発振器 １８ 高周波増幅器 １９、２２ 検波器 ２３ 電圧比較器 ２４ 検出感度設定ボリュウム ２５ トランジスタ ２６ コイル ２７ スイッチ ３１ 制御回路 ３２ メモリ ３３ ＲＦ出力パワー制御部 ３４ 電極間ギャップ制御部 ３５ ガス流量制御部 ４０ 減算器 ５１ アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ２３Ｃ 16/50 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｅ (72)発明者 山口 久夫 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技術 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの交流電圧を一対の電極に
   印加することで前記一対の電極間に生成されるプラズマ
   放電の状態を、前記交流電源の基本周波数以外の特定周
   波数のスペクトルに基づいて検出するプラズマ状態検出
   装置であって、 前記一対の電極間に生成されるプラズマより発振される
   電磁波を受信するアンテナと、 前記アンテナを介して受信された電磁波のうち、前記特
   定周波数に同調させて、前記特定周波数のスペクトルを
   検出する同調・検出回路と、 を有することを特徴とするプラズマ状態検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 検出されたスペクトルと基準値とを比較して、プラズマ
   放電異常を判定する判定手段をさらに設けたことを特徴
   とするプラズマ状態検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記アンテナは、複数のプラズマ生成パラメータの少な
   くとも一つを変化させながら、前記一対の電極間に生成
   されたプラズマより発振される前記電磁波を受信するも
   のであり、 前記少なくとも一つのプラズマ生成パラメータが変化す
   る間に亘って検出された前記スペクトルの変化率に基づ
   いて、プラズマ放電異常の初期状態を判定する判定手段
   をさらに設けたことを特徴とするプラズマ状態検出装
   置。
4. 【請求項４】 交流電源からの交流電圧を一対の電極に
   印加し、かつ、前記電極間にガスを供給することで前記
   電極間にプラズマを生成し、被エツチング材をエッチン
   グした際のエッチング終点を検出するエッチング終点検
   出装置において、 前記一対の電極間に生成されるプラズマより発振される
   電磁波を受信するアンテナと、 前記アンテナを介して受信された電磁波のうち、エッチ
   ングの進行時と終点時とで変化するプラズマ中の成分の
   濃度に依存する、前記交流電源の基本周波数以外の特定
   周波数に同調させて、前記特定周波数のスペクトルを検
   出する同調・検出回路と、 検出された前記特定高調波スペクトルと基準値とを比較
   する比較手段と、 を有し、前記比較手段の出力に基づいて前記エッチング
   終点を検出することを特徴とするエッチング終点検出装
   置。
5. 【請求項５】 交流電源からの交流電圧を一対の電極に
   印加することで前記一対の電極間に生成されるプラズマ
   放電の状態を検出するにあたり、 前記一対の電極間に生成されるプラズマより発振される
   電磁波をアンテナを介して無線で受信する工程と、 前記アンテナを介して受信された電磁波のうち、前記交
   流電源の基本周波数以外の特定周波数に同調させて、同
   調された前記特定周波数のスペクトルを検出する工程
   と、 検出された前記スペクトルの値に基づいて、プラズマ放
   電異常を判定する工程と、 を有することを特徴とするプラズマ状態検出方法。
6. 【請求項６】 交流電源からの交流電圧を一対の電極に
   印加することで前記一対の電極間に生成されるプラズマ
   放電の状態を検出するにあたり、 複数のプラズマ生成パラメータの少なくとも一つを変化
   させながら、前記一対の電極間にプラズマを生成する工
   程と、 前記一対の電極間に生成されるプラズマより発振される
   電磁波をアンテナを介して無線で受信する工程と、 前記アンテナを介して受信された電磁波のうち、前記交
   流電源の基本周波数以外の特定周波数に同調させて、同
   調された前記特定周波数のスペクトルを検出する工程
   と、 前記少なくとも一つのプラズマ生成パラメータが変化す
   る間に亘って検出された前記スペクトルの変化率に基づ
   いて、プラズマ放電異常の初期状態を判定する工程と、 を有することを特徴とするプラズマ状態検出方法。
7. 【請求項７】 交流電源からの交流電圧を一対の電極に
   印加し、かつ、前記電極間にガスを供給することで前記
   電極間にプラズマを生成し、被エツチング材をエッチン
   グした際のエッチング終点を検出するにあたり、 前記一対の電極間に生成されるプラズマより発振される
   電磁波をアンテナを介して無線で受信する工程と、 前記アンテナを介して受信された電磁波のうち、エッチ
   ングの進行時と終点時とで変化するプラズマ中の成分の
   濃度に依存する、前記交流電源の基本周波数以外の特定
   周波数に同調させて、前記特定周波数のスペクトルを検
   出する工程と、 前記特定周波数スペクトルが所定値以上変動したとき
   に、前記エッチング終点を検出する工程と、 を有することを特徴とするエッチング終点検出方法。