專利名稱：窗型探針、等離子體監(jiān)視裝置及等離子體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及窗型探針、等離子體監(jiān)視裝置及等離子體處理裝置，特別涉及用于簡(jiǎn)單地、迅速地、精度優(yōu)良地檢測(cè)出對(duì)被處理基體使用高頻或高電壓產(chǎn)生的等離子體放電來進(jìn)行處理的等離子體處理裝置中的等離子體的變動(dòng)的構(gòu)成中具有特征的窗型探針、等離子體監(jiān)視裝置及等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中，以等離子體CVD、灰化、蝕刻、濺射或表面處理等為目的，對(duì)被處理基體使用等離子體放電進(jìn)行處理的等離子體處理方法被廣泛應(yīng)用。
在實(shí)施該等離子體處理的等離子體處理工序中，在施加高電壓或高頻電源的高頻電壓時(shí)，會(huì)有由于所產(chǎn)生的等離子體的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性的不良而引起設(shè)于被處理基體上的電子元件特性的變動(dòng)的問題。
為了解決此種問題，要求可靠地檢測(cè)出等離子體的再現(xiàn)性、穩(wěn)定性的確認(rèn)。
現(xiàn)在，為了應(yīng)對(duì)此種要求，進(jìn)行了各種各樣的研究，在通過在異常放電中檢測(cè)出等離子體的發(fā)光強(qiáng)度的變化、電源的電壓·電流的變化、等離子體·阻抗的變化或高諧波的變化，對(duì)等離子體的再現(xiàn)性、穩(wěn)定性即變動(dòng)的確認(rèn)中，嘗試通過檢測(cè)氣壓的變動(dòng)、發(fā)光光譜的變化來進(jìn)行等離子體的變動(dòng)的檢測(cè)。
另外，為了監(jiān)視RF電源的電壓或電流的變化或等離子體·阻抗的變化，向電源線中插入檢測(cè)器。
但是，所述的公知方法中，有對(duì)等離子體特性產(chǎn)生影響以及迅速性、簡(jiǎn)單性方面的問題，另外，成本花費(fèi)也較大，還有需要用于設(shè)置它們的額外的空間的問題。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的在于，直接、簡(jiǎn)單地檢測(cè)出因高頻或高電壓的施加而產(chǎn)生的等離子體的狀態(tài)。
圖1是本發(fā)明的原理的構(gòu)成圖，參照該圖1，對(duì)用于解決本發(fā)明的問題的方案進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D1(1)本發(fā)明是窗型探針，其特征是至少具有在與等離子體相面對(duì)的面的至少一部分上設(shè)置了開口部的導(dǎo)電性支撐構(gòu)件5、設(shè)置于所述導(dǎo)電性支撐構(gòu)件5的開口部上并在一側(cè)表面上具有探針電極2的電介體構(gòu)件1。
此種窗型探針由于僅設(shè)置在處理室的側(cè)壁上，因此不需要在處理室的內(nèi)部插入設(shè)置探針，所以，窗型探針的存在就不會(huì)對(duì)等離子體的狀態(tài)產(chǎn)生影響，而可以利用簡(jiǎn)單的構(gòu)成監(jiān)視等離子體狀態(tài)。
即，由于由產(chǎn)生于處理室內(nèi)的等離子體引起，在與等離子體相面對(duì)的電介體構(gòu)件1的表面上感應(yīng)出被稱為壁電位的電位，因此通過監(jiān)視該壁電位的變動(dòng)，就可以監(jiān)視等離子體狀態(tài)。而且，為了使檢測(cè)電位穩(wěn)定化，最好將探針電極2介由絕緣構(gòu)件3由電磁屏蔽構(gòu)件4屏蔽。
(2)本發(fā)明在所述(1)中，特征是在探針電極2上連接了阻抗匹配機(jī)構(gòu)6。
這樣，為了從探針電極2中檢測(cè)出電壓，需要在與電壓測(cè)定系統(tǒng)之間，連接放大器、阻抗轉(zhuǎn)換器或電阻等阻抗匹配機(jī)構(gòu)6。
(3)另外，本發(fā)明在所述(1)或(2)中，特征是電介體構(gòu)件1由光學(xué)上透明的玻璃構(gòu)成。
被感應(yīng)出壁電位的電介體構(gòu)件1雖然不透明也可以，但是優(yōu)選使用光學(xué)上透明的玻璃，這樣，就可以光學(xué)地觀測(cè)處理室內(nèi)部的反應(yīng)等。
(4)另外，本發(fā)明在所述(3)中，特征是探針電極2由光學(xué)上透明的導(dǎo)電性物質(zhì)構(gòu)成。
在為了提高壁電位的檢測(cè)靈敏度而增大了探針電極2的面積的情況下，為了介由該窗型探針光學(xué)地觀測(cè)處理室內(nèi)部的反應(yīng)等，有必要也光學(xué)上透明的導(dǎo)電性物質(zhì)構(gòu)成探針電極2。
(5)另外，本發(fā)明在所述(1)～(4)的任意一項(xiàng)中，特征是設(shè)于導(dǎo)電性支撐構(gòu)件5上的開口部具有觀察窗的功能。
這樣，通過使之具有觀察窗的功能，就可以兼用作設(shè)于處理室上的窺視孔，即觀察窗，從而可以使裝置構(gòu)成簡(jiǎn)單化。
(6)另外，本發(fā)明是等離子體監(jiān)視裝置，其特征是，使用所述(1)至(5)中任意一項(xiàng)所述的窗型探針，在該窗型探針的輸出端，具備計(jì)測(cè)電壓波形的電壓波形計(jì)測(cè)部。
這樣，在使用所述窗型探針構(gòu)成等離子體監(jiān)視裝置的情況下，可以在窗型探針的輸出端設(shè)置計(jì)測(cè)電壓波形的電壓波形計(jì)測(cè)部，利用電壓波形監(jiān)視等離子體狀態(tài)。
而且，電壓波形計(jì)測(cè)部至少具備對(duì)電壓波形進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換部及對(duì)電壓波形進(jìn)行處理并導(dǎo)出平均波形、平均電壓、平均振幅等而監(jiān)視等離子體的狀態(tài)的數(shù)據(jù)處理部。
(7)另外，本發(fā)明在所述(6)中，特征是具有檢測(cè)出由電壓波形計(jì)測(cè)部檢測(cè)出的電壓波形的周期性的波形的變化的不一致量而檢測(cè)出等離子體的穩(wěn)定性的過程監(jiān)視機(jī)構(gòu)。
這樣，通過檢測(cè)出電壓波形的周期性的波形的變化的不一致量，就可以精度優(yōu)良地監(jiān)視等離子體處理中的等離子體狀態(tài)。
(8)另外，本發(fā)明在所述(6)中，特征是具有利用由電壓波形計(jì)測(cè)部檢測(cè)出的電壓波形的變化來檢測(cè)等離子體的異常放電的異常放電監(jiān)視機(jī)構(gòu)。
這樣，通過利用由電壓波形計(jì)測(cè)部檢測(cè)出的電壓波形的變化來檢測(cè)出等離子體的異常放電，就可以監(jiān)視在等離子體處理中突發(fā)的異常放電。
(9)另外，本發(fā)明是等離子體處理裝置，其特征是具有所述(6)至(8)中任意一項(xiàng)所述的等離子體監(jiān)視裝置。
這樣，通過在等離子體處理裝置上設(shè)置所述的等離子體監(jiān)視裝置，就可以進(jìn)行再現(xiàn)性高的等離子體處理。
(10)另外，本發(fā)明在所述(9)中，特征是設(shè)置了開口部的導(dǎo)電性支撐構(gòu)件5是構(gòu)成反應(yīng)容器的觀察窗的凸緣部，電介體構(gòu)件1是密閉凸緣部的透明玻璃板。
這樣，在已經(jīng)完成的等離子體處理裝置上安裝等離子體監(jiān)視裝置時(shí)，可以利用構(gòu)成觀察窗即窺視孔的凸緣部，這樣，由于不需要用于安裝探針的特別的空間，因此可以使裝置構(gòu)成簡(jiǎn)單化。


圖1是本發(fā)明的原理的構(gòu)成的說明圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶窗型探針的等離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式1中使用的窗型探針的概略構(gòu)成圖。
圖4是RF放電的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖。
圖5是在RF放電中輸入電力變動(dòng)時(shí)的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖。
圖6是在RF放電中的裝置異常而將RF電源立即切斷時(shí)的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式1的窗型探針的檢測(cè)波形的處理方法的說明圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式2的帶異常放電監(jiān)視裝置的等離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式2的DC放電中的異常放電時(shí)的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式2的RF放電中的異常放電時(shí)的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖。
圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式3的帶異常放電監(jiān)視裝置的等離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖。
圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式3的異常放電檢測(cè)方法的說明圖。
圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式4的窗型探針的概略構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
這里，參照?qǐng)D2～圖7，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶窗型探針的等離子體處理裝置及檢測(cè)信號(hào)處理方法進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D2圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶窗型探針的等離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖。
該等離子體處理裝置由具有氣體導(dǎo)入口12、排氣口13及探針安裝部14的處理室11，配置于處理室內(nèi)的使放置硅晶圓16的下部電極15及兼作噴射導(dǎo)入氣體的噴頭的上部電極17相面對(duì)的平行平板型電極，借助由阻塞電容器等構(gòu)成而進(jìn)行阻抗匹配的匹配器18對(duì)下部電極15施加13.56MHz的RF電力的高頻電源19，及將上部電極17接地的接地配線20構(gòu)成。
另外，探針安裝部14是由構(gòu)成通常的窺視孔的凸緣構(gòu)件形成的，在該凸緣構(gòu)件上安裝窗型探針30，來自該窗型探針30的檢測(cè)輸出借助同軸電纜與數(shù)字示波器40連接。
而且，該數(shù)字示波器40的輸入阻抗例如為50歐姆。
參照?qǐng)D3圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式1的窗型探針的概略構(gòu)成圖，該窗型探針由通常的窺視孔中使用的光學(xué)上透明的科瓦鐵鎳鈷合金玻璃等玻璃板31、相對(duì)于該玻璃板31的等離子體設(shè)于外側(cè)的由ITO等制成的探針電極32、對(duì)探針電極32的表面進(jìn)行絕緣覆蓋的聚酯等透明絕緣膜33、設(shè)于其上并對(duì)探針電極32進(jìn)行電磁屏蔽的ITO屏蔽片34及阻抗轉(zhuǎn)換器35構(gòu)成。
此時(shí)，探針電極32為了不與探針安裝部14電短路，周邊部被去掉，另外，在ITO屏蔽片34及透明絕緣膜33上設(shè)有微小的開口部，穿過該微小開口部，探針電極32被同軸電纜連接在阻抗轉(zhuǎn)換器35上。
另外，該探針安裝部14與通常的窺視孔相同，形成通過使用O形圈及油脂等來真空密閉的構(gòu)造。
而且，在這種情況下，在探針電極32和同軸電纜之間的接觸中，使用例如彈簧銷，另外，ITO屏蔽片34和探針安裝部14之間的接觸也同樣進(jìn)行。
這樣，由于將窗型探針30的窗部全都用透明構(gòu)件構(gòu)成，因此該窗型探針30具有如下的劃時(shí)代的極大的優(yōu)點(diǎn)，即，也可以作為等離子體處理裝置的處理室的觀察窗發(fā)揮作用。
下面，對(duì)該窗型探針的等離子體狀態(tài)的監(jiān)視原理進(jìn)行說明。
再參照?qǐng)D2從氣體導(dǎo)入口12將反應(yīng)氣體向處理室11內(nèi)導(dǎo)入，在一定的壓力下將RF電力加在上部電極17和下部電極15之間時(shí)，則在電極間就會(huì)產(chǎn)生等離子體21，從所生成的等離子體中，由于其有密度梯度，因此離子和電子向處理室11的壁側(cè)擴(kuò)散。
該擴(kuò)散的離子及電子的電流密度由于依賴于等離子體主體的密度，因此當(dāng)在處理室11的一部分上設(shè)置了絕緣物時(shí)，就會(huì)在絕緣物表面，并由此在本發(fā)明中的玻璃板31的表面感應(yīng)出作為等離子體主體所具有的電位的等離子體電位，和根據(jù)從等離子體主體擴(kuò)散穿過形成于絕緣物的表面附近的鎧裝(sheath)的離子流或電子流的量而按照形成均衡的方式被稱為壁電位的電位。
在該玻璃板31的表面感應(yīng)出的壁電位比等離子體電位低鎧裝電位的量，在高頻放電的情況下，顯示出與等離子體的激發(fā)頻率同步的電位變化，另外，在直流放電中，顯示出恒定的電位。
但是，在等離子體21因任何的原因而變動(dòng)、搖擺的情況下，例如，當(dāng)發(fā)生電源的變動(dòng)、氣壓的變動(dòng)之類的狀況時(shí)，該等離子體21就會(huì)像等離子體22那樣狀態(tài)發(fā)生變化，并與該狀況變化對(duì)應(yīng)，向處理室11的壁部擴(kuò)散的離子流或電子流也會(huì)敏感地變化，因此，設(shè)于處理室11中的作為電介體的玻璃板31上感應(yīng)出的壁電位也會(huì)敏感地變化。
所以，DC放電中，壁電位波形就不會(huì)恒定，而變?yōu)榕c等離子體的變動(dòng)同步變動(dòng)的波形，在RF放電的情況下，與等離子體的激發(fā)頻率同步的電位波形發(fā)生變動(dòng)，波形的失真或峰值等發(fā)生變化。
另外，在像產(chǎn)生異常放電等那樣發(fā)生了突發(fā)的變化的情況下，由于等離子體急劇地變化，質(zhì)量輕的電子會(huì)敏感地反應(yīng)，因此電子流會(huì)急劇地減少，因而壁電位也會(huì)敏感并且急劇地向正側(cè)變化，另一方面，相反在增加的情況下，壁電位會(huì)向負(fù)側(cè)變化。
所以，當(dāng)壁電位變化時(shí)，在設(shè)置于處理室11上的玻璃板31的設(shè)于未與等離子體相面對(duì)的一面上的探針電極32上，就會(huì)因靜電感應(yīng)而感應(yīng)出與等離子體的變化對(duì)應(yīng)的電位變化。
通過計(jì)測(cè)該感應(yīng)電位，處理該電位信息，就可以檢測(cè)出壁電位的峰值、失真的狀態(tài)等等離子體的狀況變化，通過以其為指標(biāo)，就可以迅速并且簡(jiǎn)單地進(jìn)行等離子體的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性、變動(dòng)等的監(jiān)視、確認(rèn)。
但是，在窗型探針30的玻璃板31的表面感應(yīng)出的壁電位，由于由玻璃板31的周圍形成的鎧裝的阻抗和探針自身的阻抗決定，所以，為了使探針電極32與等離子體電位完全地平行波動(dòng)，就必須不僅增大激發(fā)頻率，而且還要增大相對(duì)于高諧波成分的探針電極32的阻抗。
即，有必要縮小鎧裝的阻抗，增大窗型探針自身的阻抗。
為了縮小鎧裝的阻抗，可以考慮單純地增大玻璃板31的表面積，本發(fā)明的窗型探針30的玻璃板31的與等離子體21、22相面對(duì)的面積充分大。
而且，由ITO構(gòu)成的探針電極32的阻抗即使不準(zhǔn)確地知道也沒關(guān)系，由于阻抗無限大時(shí)的探針電壓會(huì)取最大值，因此按照使探針的壁電位取最大值的方式調(diào)整阻抗即可。
下面，參照?qǐng)D4～圖6，對(duì)使用本發(fā)明的窗型探針測(cè)定的電壓波形進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D4(a)圖4(a)是從高頻電源18向處理室11供給電力而穩(wěn)定地生成等離子體時(shí)的從窗型探針30中輸出的電壓波形。
圖中，橫軸為時(shí)間[秒]，縱軸為電壓，與頻率13.56MHz對(duì)應(yīng)得到以1個(gè)周期73納秒(73ns＝7.3×10-8s)循環(huán)的穩(wěn)定的電壓波形，從而可以測(cè)定等離子體的振動(dòng)波形及振幅。
參照?qǐng)D4(b)圖4(b)是在不穩(wěn)定的狀態(tài)的等離子體的情況下觀測(cè)到的電壓波形，如圖所示，測(cè)定到該電壓波形中有失真，峰值也在每一個(gè)周期中不停變動(dòng)。
參照?qǐng)D5圖5是RF放電中輸入電力變動(dòng)的情況下的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖，觀測(cè)到與輸入電力的變動(dòng)對(duì)應(yīng)、檢測(cè)波形也緩慢地變化。
此時(shí)，確認(rèn)檢測(cè)波形的峰值也與RF輸入電力成比例，該窗型探針的檢測(cè)波形按高頻電源19的頻率的周期變化，波形的失真的狀態(tài)、峰值等反映出等離子體的特性。
參照?qǐng)D6圖6是RF放電中的因裝置異常而將RF電源立即切斷時(shí)的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖，由于RF電源被立即切斷，因此質(zhì)量輕的電子急劇地?cái)U(kuò)散，壁電位向負(fù)側(cè)發(fā)生變化，所以檢測(cè)波形反映向負(fù)側(cè)。
這樣，本發(fā)明的窗型探針30由于可以與等離子體的狀態(tài)的變化的狀況對(duì)應(yīng)地捕捉到擴(kuò)散的離子流或電子流的敏感的變化，因此可以可靠地并且迅速地靈敏度優(yōu)良地檢測(cè)出等離子體狀態(tài)的變化。
下面，參照?qǐng)D7，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1的窗型探針的檢測(cè)波形的處理方法進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D7(a)如圖7(a)所示，由窗型探針30檢測(cè)出的電壓波形f(t)中，從任意的時(shí)間或任意數(shù)(n)的周期的量的波形fi(t)中，求出平均值Vav(m)、振幅Vav(pp)、平均化了的波形fav(t)。
此時(shí)，平均化了的波形fav(t)是根據(jù)fav(t)＝∑fi(t)/n而求出的。
參照?qǐng)D7(b)下面，基于該平均化了的波形fav(t)，求出平均值Vav(m)及振幅Vav(pp)。
為了將該平均值Vav(m)、振幅Vav(pp)及平均化了的波形fav(t)的相對(duì)于穩(wěn)定的等離子體狀態(tài)的值的失真系數(shù)作為指標(biāo)進(jìn)行使用，在以成為基本波的波形當(dāng)作對(duì)象的等離子體處理裝置的特定的處理?xiàng)l件下，用窗型探針預(yù)先取得等離子體穩(wěn)定的狀態(tài)的檢測(cè)波形數(shù)據(jù)，將其作為基本波數(shù)據(jù)。
對(duì)于該基本波數(shù)據(jù)，在基本波的任意的時(shí)間或任意的數(shù)上取周期量，分別求出作為1個(gè)周期波形平均化了的波形fav0(t)、Vav0(pp)及Vav0(m)。
另外，由于這些值與用于生成等離子體的輸入電力對(duì)應(yīng)地變化，因此預(yù)先求得與輸入電力對(duì)應(yīng)的系數(shù)，將它們作為設(shè)定初期值存儲(chǔ)起來。
這里，在將檢測(cè)出的檢測(cè)波形設(shè)為f(t)時(shí)，作為表示等離子體處理中的探針波形相對(duì)于基本波以何種程度失真的指標(biāo)的失真系數(shù)α由于被表示為α＝fav(t)/fav0(t)因此，由此就可以清楚有何種程度的高諧波成分，波形是否失真。
另外，同樣，關(guān)于Vav(m)、Vav(pp)，也以Vav0(m)、Vav0(pp)為基準(zhǔn)，將各自的系數(shù)設(shè)為m、p，定義為m＝Vav(m)/Vav0(m)p＝Vav(pp)/Vav0(pp)利用這些系數(shù)α、m、p，就可以檢測(cè)出探針檢測(cè)波形的大小的變動(dòng)和搖擺的狀態(tài)。
即，預(yù)先對(duì)每個(gè)等離子體的輸入電力設(shè)定這些系數(shù)α、m、p，其與等離子體處理裝置在等離子體處理中，對(duì)探針檢測(cè)波形的每個(gè)任意的時(shí)間或周期量，求得其間的平均波形fav(t)，與基準(zhǔn)波形的fav(0)比較，在數(shù)據(jù)處理部中判定該系數(shù)α’比預(yù)先的設(shè)定值大還是小，在比預(yù)先設(shè)定的值大或小的情況下，向等離子體裝置發(fā)出警報(bào)。
例如，即使當(dāng)失真系數(shù)α’或Vav(pp)在設(shè)定范圍內(nèi)，而Vav(m)在設(shè)定范圍外時(shí)，由于除了等離子體電力的輸入的問題以外，考慮因與氣體流量、真空度的有關(guān)的問題使等離子體變動(dòng)，因此發(fā)出等離子體為不穩(wěn)定狀態(tài)的警告。
另外，在只是Vav(pp)脫離設(shè)定值的情況下，則考慮等離子體21和高頻電源19的阻抗是否取得匹配、或者高頻電源19的輸入電力設(shè)定的偏差，在比預(yù)先設(shè)定的值小的情況下，由于未取得與等離子體的匹配，因此在發(fā)出警告信號(hào)的同時(shí)，向等離子體電源輸出控制信號(hào)，以取得與等離子體的匹配。
另一方面，當(dāng)Vav(pp)比預(yù)先設(shè)定的值大時(shí)，由于可以判斷為向高頻電源19的輸入功率設(shè)定的偏差，因此就發(fā)出設(shè)定錯(cuò)誤的警告信號(hào)。
本發(fā)明的實(shí)施方式1的窗型探針中，由于在長(zhǎng)時(shí)間實(shí)施等離子體處理，而沉積了絕緣層的情況下，只要附著的絕緣層不是極端的厚，就不會(huì)產(chǎn)生任何問題地動(dòng)作，因此在成本、設(shè)置場(chǎng)所兩方面上，對(duì)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的等離子體處理裝置的適用性都非常優(yōu)良。
下面，參照?qǐng)D8～圖10，對(duì)具有所述的窗型探針的檢測(cè)等離子體的變動(dòng)及異常放電等的本發(fā)明的實(shí)施方式2的等離子體處理裝置進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D8圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式2的帶異常放電監(jiān)視裝置的等離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖，由于雖然基本的構(gòu)成與所述的實(shí)施方式1相同，但是，在檢測(cè)系統(tǒng)中，取代數(shù)字示波器40，使用等離子體監(jiān)視裝置50，因此對(duì)相同部分的說明省略。
該等離子體監(jiān)視裝置50由窗型探針30、A/D轉(zhuǎn)換部51、數(shù)據(jù)處理部52、濾波器處理部53、及異常放電檢測(cè)部54等構(gòu)成。
利用該數(shù)據(jù)處理部52，基于所述實(shí)施方式1中說明的檢測(cè)波形，求出平均波形fav(t)、平均電壓Vav(m)、平均振幅Vav(pp)及各系數(shù)α、m、p。
由于對(duì)于通常的過程監(jiān)視，與所述實(shí)施方式1相同，因此這里參照?qǐng)D9及圖10，對(duì)異常放電檢測(cè)進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D9圖9是實(shí)施方式2的DC放電中的異常放電時(shí)的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖，計(jì)測(cè)等離子體生成用電源電壓、電流的變動(dòng)，與檢測(cè)異常放電的弧監(jiān)視器的檢測(cè)波形一并表示。
上面中表示的弧監(jiān)視器的電流檢測(cè)波形與異常放電的發(fā)生對(duì)應(yīng)地急劇增加。
另一方面，下面中表示的窗型探針的檢測(cè)波形上升陡峭，瞬間向正側(cè)變化，其后在從負(fù)向正變化的同時(shí)收斂，這被認(rèn)為是因?yàn)?，異常放電發(fā)生的瞬間變?yōu)樗餐顟B(tài)，擴(kuò)散的電子流急劇增加，因此瞬間壁電位與圖6所示的電源切斷時(shí)相反地向負(fù)側(cè)變化后，因電源的控制而比較緩慢的變化，同時(shí)收斂。
該窗型探針的檢測(cè)波形被理解為與弧監(jiān)視器相比，波形的上升更敏感地、靈敏度優(yōu)良地響應(yīng)。
參照?qǐng)D10圖10是實(shí)施方式2的RF放電中的異常放電時(shí)的窗型探針的檢測(cè)波形的說明圖，將檢測(cè)RF等離子體中產(chǎn)生異常放電時(shí)的超聲波的超聲波傳感器的檢測(cè)波形一起表示。
而且，對(duì)于異常放電，本發(fā)明人提出有如下方案當(dāng)在等離子體處理中產(chǎn)生異常放電24時(shí)，由于放電而產(chǎn)生超聲波(AEAcoustic Emission)，利用產(chǎn)生的AE沿等離子體處理裝置的外壁傳播，在等離子體處理裝置的外壁上安裝AE傳感器而檢測(cè)因異常放電產(chǎn)生的AE來指定放電產(chǎn)生位置(如果必要，參照特愿2000-89840號(hào))。
上面中所示的窗型探針的檢測(cè)波形，由于與圖9所示的DC等離子體中的異常放電產(chǎn)生時(shí)相同，對(duì)異常放電24靈敏度優(yōu)良地反應(yīng)而向負(fù)側(cè)產(chǎn)生急劇變化，因此壁電位向負(fù)側(cè)發(fā)生變化，由此可以知道擴(kuò)散電子量增加而等離子體達(dá)到瞬停狀態(tài)。
而且，該窗型探針的檢測(cè)波形是除去了RF成分的檢測(cè)波形。
另一方面，下面中所示的超聲波傳感器的檢測(cè)波形，由于異常放電的發(fā)生位置和超聲波沿處理室11的壁面?zhèn)魉偷膫鞑ニ俣鹊年P(guān)系，而遲于上面的窗型探針的檢測(cè)波形的變化，從而可以確認(rèn)檢測(cè)出與異常放電相伴產(chǎn)生的超聲波。
下面，對(duì)檢測(cè)異常放電的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單地說明。
窗型探針30的檢測(cè)波形借助A/D轉(zhuǎn)換部51被輸入，將該波形數(shù)據(jù)在濾波器處理部53，利用低通濾波器去掉13.56MHz的RF成分，在異常放電檢測(cè)部54中，檢測(cè)出異常放電的信號(hào)。
然后，為了求得波形相對(duì)于檢測(cè)信號(hào)的變化量，將檢測(cè)波形f(t)微分，當(dāng)將其值設(shè)為β時(shí)，則表示為β＝df(t)/dt通過監(jiān)視該β可以檢測(cè)波形的變化狀態(tài)。
如圖10及圖6所示，當(dāng)異常放電或有電源的瞬停時(shí)，由于壁電位有急劇的變化，因此在異常放電檢測(cè)部54中，β的值會(huì)向正或負(fù)變化。
所以，在f(t)的值超過某一閾值，β的值大于預(yù)先求出的設(shè)定值的情況下就會(huì)檢測(cè)出異常，在該β值為負(fù)的情況下判斷為異常放電，向等離子體處理裝置發(fā)出警報(bào)。
另外，由于電子流的變化與異常放電的規(guī)模有關(guān)系，因此也可以從該波形的峰值V(pp)推定異常放電的規(guī)模。
下面，參照?qǐng)D11，對(duì)還一并使用確認(rèn)異常放電的位置的機(jī)構(gòu)的本發(fā)明的實(shí)施方式3進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D11圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式3的帶異常放電監(jiān)視裝置的等離子體處理裝置的概略構(gòu)成圖，基本的裝置構(gòu)成與圖8所示的實(shí)施方式2的等離子體處理裝置相同。
該實(shí)施方式3中，是進(jìn)一步將3個(gè)以上的AE傳感器25～27安裝在處理室11的外壁面上的方式，這樣，就會(huì)指定發(fā)生了異常放電的位置(如果需要，參照特愿2001-370610號(hào))。
而且，該情況下，表示有3個(gè)AE傳感器。
參照?qǐng)D12圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式3的異常放電檢測(cè)方法的說明圖，首先，利用上面所示的窗型探針30的檢測(cè)波形，利用所述的方法判斷異常放電的發(fā)生，在判斷為發(fā)生了異常放電24的情況下，起動(dòng)AE傳感器25～27的異常放電24的發(fā)生位置的指定動(dòng)作。
然后，根據(jù)來自3個(gè)AE傳感器25～27的3個(gè)檢測(cè)波形，求出由發(fā)生了異常放電24的場(chǎng)所和將各AE傳感器25～27接地的場(chǎng)所的距離的差引起的延遲時(shí)間T0、T1、T2，根據(jù)該延遲時(shí)間T0、T1、T2，利用與地震的震源地的指定的原理相同的原理，指定異常放電24的發(fā)生位置。
該情況下，由于利用窗型探針30的檢測(cè)波形進(jìn)行異常放電的判定，因此就不會(huì)有因AE傳感器檢測(cè)出機(jī)械振動(dòng)而錯(cuò)誤地判斷為異常放電的發(fā)生的情況。
另外，由于在基于窗型探針30的檢測(cè)波形確認(rèn)了異常放電的發(fā)生后，加入利用AE傳感器的位置指定動(dòng)作，因此就不會(huì)使AE傳感器徒勞地工作。
下面，參照?qǐng)D13，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4的窗型探針進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D13圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式4的窗型探針的概略構(gòu)成圖，該窗型探針與圖3所示的窗型探針30基本構(gòu)成相同，由通常的窺視孔中使用的光學(xué)上透明的科瓦鐵鎳鈷合金玻璃等的玻璃板31、設(shè)于相對(duì)于該玻璃板31的處理室外側(cè)的由ITO等制成的探針電極32、將探針電極32的表面絕緣覆蓋的聚酯等透明絕緣膜33、將設(shè)于其上的探針電極32電磁屏蔽的ITO屏蔽片34及阻抗轉(zhuǎn)換器35構(gòu)成。
該實(shí)施方式4中，在比玻璃板31更靠近等離子體的發(fā)生區(qū)域處設(shè)置了光學(xué)上透明的防附著玻璃板36，這樣，就可以防止構(gòu)成窗型探針的玻璃板31的表面的污染的發(fā)生。
該情況下，為了防止探針電極32與探針安裝部14電短路，也將周邊部去掉，另外，在ITO屏蔽片34及透明絕緣膜33上設(shè)有微小開口部，穿過該微小開口部，探針電極32利用同軸電纜與阻抗轉(zhuǎn)換器35連接。
另外，該探針安裝部14與通常的窺視孔相同，形成利用O形圈及油脂等進(jìn)行真空密閉的構(gòu)成。
該情況下，由于也將窗型探針的窗部及防附著玻璃板36全都用透明構(gòu)件構(gòu)成，因此該窗型探針就具有如下的劃時(shí)代的極大的優(yōu)點(diǎn)，即，還可以作為等離子體處理裝置的處理室的觀察窗發(fā)揮作用。
即使發(fā)生因等離子體處理的反應(yīng)生成物造成的污染，由于僅更換防附著玻璃板36即可，因此，對(duì)于窗型探針的玻璃板31側(cè)，就不需要進(jìn)行更換、清洗操作等。
但是，由于設(shè)置防附著玻璃板36，檢測(cè)靈敏度略有降低。
以上雖然對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不受各實(shí)施方式中所述的構(gòu)成·條件限制，可以進(jìn)行各種變更。
例如，在所述的各實(shí)施方式中，雖然作為等離子體處理裝置以平行平板電極型的等離子體處理裝置為例進(jìn)行了說明，但是，等離子體處理裝置的構(gòu)成并不限定于此種平行平板電極型的等離子體處理裝置，可以是適用于各種的構(gòu)造的等離子體處理裝置中的構(gòu)成。
另外，所述的各實(shí)施方式中，雖然將窗型探針設(shè)置在處理室的外壁的一個(gè)位置上，但是也可以設(shè)置在處理室的外壁的多個(gè)位置上。
另外，所述的各實(shí)施方式中，雖然以在處理室上設(shè)置安裝部而安裝窗型探針為前提進(jìn)行了說明，但是也可以安裝在已經(jīng)設(shè)置的等離子體處理裝置上。
即，在作為對(duì)象的等離子體處理裝置上已經(jīng)有觀察窗的情況下，可以通過在觀察窗的玻璃的大氣側(cè)表面上，作為電極來貼附光學(xué)上透明的ITO薄片等導(dǎo)電性薄片，簡(jiǎn)單地構(gòu)成窗型探針。
另外，雖然所述的實(shí)施方式中，測(cè)定探針電位的是可以測(cè)定高頻電壓的裝置，例如，輸入阻抗為50Ω的數(shù)字示波器，但是，并不限定于數(shù)字示波器，只要是取樣示波器、頻率分析儀等可以測(cè)定高頻電壓的裝置就可以。
另外，所述的各實(shí)施方式中，雖然感應(yīng)出窗型探針的壁電位的電介體是基板狀的玻璃板，但是不需要一定是基板狀的玻璃板。
另外，所述的各實(shí)施方式中，雖然在窗型探針中使用玻璃板作為感應(yīng)壁電位的構(gòu)件，但是不需要一定是玻璃板，只要是電介體即可，例如，也可以使用藍(lán)寶石基板等其他的電介體基板。
另外，所述的各實(shí)施方式中，雖然為了使窗型探針還具有觀察窗的功能而將整體用透明構(gòu)件構(gòu)成，但是不需要一定全都用透明構(gòu)件構(gòu)成，例如，也可以用Al或Au形成探針電極。
該情況下，通過將探針電極設(shè)為較小的圓盤狀電極或圓環(huán)狀的電極，就可以使之具有觀察窗的功能。
另外，不一定必須使窗型探針具有觀察窗的功能，該情況下，也可以將窗型探針的至少一部分用不透明構(gòu)件形成。
另外，窗型探針的探針電極不需要一定是成面狀擴(kuò)展的電極，即使將線狀的電極貼附在玻璃板上作為探針發(fā)揮作用也可以。
工業(yè)上的利用可能性如上所述，利用本發(fā)明的窗型探針和等離子體監(jiān)視裝置，就可以利用壁電位的平均電位、電位的振動(dòng)波形的測(cè)定來確認(rèn)等離子體的狀態(tài)變化，另外，異常放電等的檢測(cè)也可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行，特別是，可以使窗型探針還作為觀察窗發(fā)揮作用，從而可以自動(dòng)地知道等離子體處理裝置的狀態(tài)，適于通過自動(dòng)地停止或控制等離子體來防止做出不良品的等離子體處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種窗型探針，其特征是至少具有在與等離子體相面對(duì)的面的至少一部分上設(shè)置了開口部的導(dǎo)電性支撐構(gòu)件、設(shè)置于所述導(dǎo)電性支撐構(gòu)件的開口部并在一側(cè)表面上具有探針電極的電介體構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窗型探針，其特征是在所述探針電極上連接了阻抗匹配機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窗型探針，其特征是所述電介體構(gòu)件由光學(xué)上透明的玻璃構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的窗型探針，其特征是所述探針電極由光學(xué)上透明的導(dǎo)電性物質(zhì)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的窗型探針，其特征是設(shè)于所述導(dǎo)電性支撐構(gòu)件上的開口部具有觀察窗的功能。
6.一種使用權(quán)利要求1所述的窗型探針的等離子體監(jiān)視裝置，其特征是在所述窗型探針的輸出端，具備計(jì)測(cè)電壓波形的電壓波形計(jì)測(cè)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體監(jiān)視裝置，其特征是具有檢測(cè)出由所述電壓波形計(jì)測(cè)部檢測(cè)出的電壓波形的周期性的波形變化的不一致量而檢測(cè)出等離子體的穩(wěn)定性的過程監(jiān)視機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體監(jiān)視裝置，其特征是具有利用由所述電壓波形計(jì)測(cè)部檢測(cè)出的電壓波形的變化來檢測(cè)等離子體的異常放電的異常放電監(jiān)視機(jī)構(gòu)。
9.一種等離子體處理裝置，其特征是具有權(quán)利要求6所述的等離子體監(jiān)視裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體處理裝置，其特征是設(shè)置了所述開口部的導(dǎo)電性支撐構(gòu)件是構(gòu)成反應(yīng)容器的觀察窗的凸緣部，所述電介體構(gòu)件是密閉凸緣部的透明玻璃板。
全文摘要
涉及窗型探針、等離子體監(jiān)視裝置及等離子體處理裝置，目的在于直接、簡(jiǎn)單地檢測(cè)出因高頻或高電壓的施加而產(chǎn)生的等離子體的狀態(tài)。其構(gòu)成為至少設(shè)置在與等離子體相面對(duì)的面的至少一部分上設(shè)置了開口部的導(dǎo)電性支撐構(gòu)件(5)、設(shè)置于所述導(dǎo)電性支撐構(gòu)件(5)的開口部并在一側(cè)表面上具有探針電極(2)的電介體構(gòu)件(1)。
文檔編號(hào)C23C16/52GK1647252SQ0380889
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月24日
發(fā)明者八坂三夫 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)