プラズマ処理システムのアーク検出装置
【課題】プラズマ処理装置において発生するソフトアークの発生を確実に検出することのできる、プラズマ処理システムのアーク検出装置を提供する。
【解決手段】本願発明のプラズマ処理システムのアーク検出装置は、高周波電力を発生する高周波電源装置１と、高周波電源装置１から供給される高周波電力によりプラズマを発生させて被加工物Ｂに所定の加工処理を行うプラズマ処理装置４とを備えるものであって、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中に、プラズマ処理装置４からの反射電力の変化を示す情報を検出する検出し、この反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、プラズマ処理装置４における被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアークの発生を検出するアーク検出部１７を備える。
【解決手段】本願発明のプラズマ処理システムのアーク検出装置は、高周波電力を発生する高周波電源装置１と、高周波電源装置１から供給される高周波電力によりプラズマを発生させて被加工物Ｂに所定の加工処理を行うプラズマ処理装置４とを備えるものであって、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中に、プラズマ処理装置４からの反射電力の変化を示す情報を検出する検出し、この反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、プラズマ処理装置４における被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアークの発生を検出するアーク検出部１７を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、半導体製造工程に使用されるプラズマ処理システムのアーク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理システムとしては、図６に示すように、例えば高周波電力を出力するための高周波電源装置５１と、この高周波電源装置５１に伝送ケーブル５２を介して接続され、高周波電源装置５１の入力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合するためのインピーダンス整合器５３と、このインピーダンス整合器５３に負荷接続部５４を介して接続され、例えば負荷としてのプラズマ処理装置５５とで構成されている。
【０００３】
高周波電源装置５１は、プラズマ処理装置５５に対して高周波電力を供給するための装置であり、例えば図示しない電力増幅回路や発振回路等を備え、所定の電力に設定された高周波電力をインピーダンス整合器５３を介してプラズマ処理装置５５に出力する。
【０００４】
プラズマ処理装置５５は、エッチングやＣＶＤ等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するための装置である。より詳細には、プラズマ処理装置５５は、プラズマチャンバーの内部に備えられた真空容器に一対の電極を設けた構成とされ、その真空容器にプラズマ発生用の窒素ガス又はアルゴンガス等が導入され、一対の電極間に高周波電力を供給して上記ガスを電離させて、プラズマを発生させるものである。発生されたプラズマは、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するために利用される。
【０００５】
プラズマ処理装置５５では、プラズマ処理中にアークが発生することがある。アークが発生すると、それによって半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を損傷したり、アークが大きい場合は、プラズマ処理装置５５を破損してしまうことがあるので、高周波電源装置５１では、通常、アークの発生を事前に検出し、プラズマ処理装置５５に対する高周波電力の供給量を低減したり、供給自体を停止させることが行われている。
【０００６】
例えば、特開平８−１６７５００号公報には、プラズマ処理装置５５への入射電力やプラズマ処理装置５５からの反射電力を検出し、その検出値の変化パターンからアーク発生を判別し、アーク発生と判別されたときには高周波電源装置５１の出力を抑制したり、出力を停止したりすることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１６７５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プラズマ処理装置５５では、上記のように、真空容器に封入した窒素ガスやアルゴンガスに高周波電力を供給してこれらのガスをイオン化し、このイオン化したガスを被加工物に照射することにより所定のプラズマ処理を行うようになっているため、このプラズマ処理中のプラズマ処理装置５５のインピーダンスは常に変動し、不安定な状態となっている。
【０００９】
このため、可及的にプラズマ処理装置５５のインピーダンスの変動に関係なく、高周波電源装置５１から供給される高周波電力が効率良くプラズマ処理装置５５に供給されるようにするため、インピーダンス整合器５３が設けられている。
【００１０】
プラズマ処理装置５５で正常にプラズマ処理が行われる場合は、プラズマ処理装置５５のインピーダンスが変動してもインピーダンス整合器５３により効果的にインピーダンスの整合が図られるので、プラズマ処理装置５５からの反射電力は極めて小さい。しかしながら、プラズマ処理装置５５でアークが発生し、例えば１回の放電量で被加工物を損傷したり、プラズマ処理装置５５を破損したりするようなアーク（以下、「ハードアーク」という。）の場合は、プラズマ処理装置５５のインピーダンスが急変し、インピーダンス整合器５３によるインピーダンス整合動作が追従できないので、プラズマ処理装置５５からの反射電力が急増することになる。
【００１１】
上記公報に記載される反射電力の変化に基づくアーク検出方法は、プラズマ処理中にプラズマ処理装置５５からの反射電力の変化率を監視し、所定の閾値以上の急激な反射電力の変化が生じたときにアーク放電が発生したと判別してアークの検出信号を出力するものであるが、主として、ハードアークの検出を目的とするため、所定の閾値は、その目的を達成し得るような適当な値に設定されているのが通常である。
【００１２】
一方、アークの中には、１回の放電では被加工物を損傷するほどではないが、放電が連続して繰り返されると、被加工物に処理むらや焦げ等の加工品質に悪影響を与える微小なアーク（以下、「ソフトアーク」という。）が存在する。
【００１３】
そして、近年は、被加工物の品質を可能な限り高精度に管理するために、プラズマ処理中のプラズマ処理装置５５内のソフトアークの発生状態についても関心が高まっている。
【００１４】
上記従来のアーク検出方法によれば、アーク発生を判別するための所定の閾値を小さくすれば、ソフトアークを検出することも可能になるが、ソフトアーク発生時の反射電力の変化量は微小であるので、通常のインピーダンス変動に基づく反射電力の変化量と区別できない場合が多く、所定の閾値を小さくしたことによって、かえって通常のインピーダンス変動をアーク発生と誤検出することが多くなるという問題が生じる。
【００１５】
上記したように、プラズマ処理システムにおいては、通常、アークの発生を検出した場合には、プラズマ処理装置５５に対する高周波電力の供給量を抑制したり、停止させたりするので、アークの誤検出によってプラズマ処理システムが停止されると、液晶基板等の生産性を著しく低下させるという問題が生じる。
【００１６】
ユーザにとっては、プラズマ処理中にプラズマ処理装置５５内で生じるアークを検出し、プラズマ処理装置５５等の損傷防止等のための適切な措置を速やかに行うことは重要であるが、その一方でアーク誤検出によるプラズマ処理の中断若しくは停止を防止することもプラズマ処理装置５５等の損傷防止と同様に重要である。
【００１７】
したがって、従来のアーク検出方法を単純にソフトアークの検出に適用することはできず、確実にソフトアークを検出することのできる方法が要望されるが、従来、この種のアーク検出方法は全く提案されていない。
【００１８】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、プラズマ処理装置において発生するソフトアークの発生を確実に検出することのできるプラズマ処理システムのアーク検出装置を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２０】
本願発明によって提供されるプラズマ処理システムのアーク検出装置は、高周波電力を発生する高周波電源装置と、前記高周波電源装置から供給される高周波電力によりプラズマを発生させて被加工物に所定の加工処理を行うプラズマ処理手段とを備えるプラズマ処理システムのアーク検出装置であって、前記プラズマ処理手段のプラズマ処理中に、当該プラズマ処理手段からの反射電力の変化を示す情報を検出する検出手段と、前記検出手段により検出される前記反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、前記プラズマ処理手段における前記被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアークの発生を検出するアーク検出手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１）。
【００２１】
この構成によれば、高周波電力が高周波電源装置からプラズマ処理手段に供給されると、プラズマ処理手段において、プラズマが発生されて被加工物に所定の加工処理が行われる。このプラズマ処理中において、検出手段によってプラズマ処理手段からの反射電力の変化を示す情報が検出される。そして、検出手段により検出される反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、プラズマ処理手段における被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアーク（ソフトアーク）の発生がアーク検出手段によって検出される。ここで、出願人が確認したところでは、プラズマ処理手段に対する高周波電力の供給中にソフトアークが発生するときには、プラズマ処理手段内で反射電力の変化に関する情報の変化パターン（例えば所定時間内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じるといった変化パターン）が生じることが判明している。そのため、本願発明では、このような変化パターンに基づいて、ハードアークに比べアーク放電量が微小なソフトアークを確実に検出することができる。
【００２２】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記検出手段は、前記反射電力の微小変化に関する情報を検出する微小変化検出手段と、予め定める所定時間内に前記微小変化検出手段によって検出された微小変化の回数を計数する計数手段と、前記計数手段によって計数された回数が予め定める基準回数を越えるか否かを判別する判別手段と、によって構成されており、前記アーク検出手段は、前記判別手段により前記計数手段による計数回数が前記基準回数を越えたとの判別結果に基づき、前記微小なアークの発生を検出するとよい（請求項２）。
【００２３】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記反射電力の変化に関する情報には、少なくとも前記プラズマ処理手段からの反射電力の変化、前記プラズマ処理手段の入力端における反射係数、電圧、電流又はインピーダンスの変化が含まれる（請求項３）。
【００２４】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記微小変化検出手段は、前記プラズマ処理手段から反射される高周波電力を検出する反射電力検出手段と、前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の値が微小変化したか否かを判別する微小変化判別手段と、によって構成されるとよい（請求項４）。
【００２５】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記微小変化判別手段は、前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の微分値を算出する微分値演算手段と、前記微分値演算手段によって算出された前記反射電力の微分値が予め定める第１閾値を下回った直後に、前記第１閾値より値が大きい第２閾値を上回ったことに基づいて、反射電力の値が微小変化したと判別するとよい（請求項５）。
【００２６】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記所定時間の値を変更する時間変更手段をさらに備えるとよい（請求項６）。
【００２７】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記第１閾値及び第２閾値を変更する閾値変更手段をさらに備えるとよい（請求項７）。
【００２８】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記基準回数の値を変更する回数変更手段をさらに備えるとよい（請求項８）。
【００２９】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記アーク検出手段により微小なアークが発生したとの判定結果が出力されると、その判定結果を報知する報知手段をさらに備えるとよい（請求項９）。
【００３０】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記アーク検出装置は、前記高周波電源装置の内部に設けられているとよい（請求項１０）。
【００３１】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
図１は、本願発明に係るアーク検出装置が適用されるプラズマ処理システムの一例を示す図である。このプラズマ処理システムは、半導体ウェハや液晶基板等の非加工物に対して高周波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。このプラズマ処理システムは、周波数可変の高周波電源装置１、伝送線路２、インピーダンス整合器３、負荷としてのプラズマ処理装置４で構成されている。
【００３４】
高周波電源装置１には、例えば同軸ケーブルからなる伝送線路２を介してインピーダンス整合器３が接続され、インピーダンス整合器３にはプラズマ処理装置４が接続されている。
【００３５】
高周波電源装置１は、プラズマ処理装置４に対して、例えば数百ｋＨｚ以上の出力周波数を有する高周波電力を供給するための装置である。高周波電源装置１については後述する。
【００３６】
インピーダンス整合器３は、高周波電源装置１とプラズマ処理装置４とのインピーダンスを整合させるものであり、図示しないが、インピーダンス素子であるキャパシタやインダクタ等を備えている。より具体的には、例えば高周波電源装置１の出力端から高周波電源装置１側を見たインピーダンス（出力インピーダンス）が例えば５０Ωに設計され、高周波電源装置１が、特性インピーダンス５０Ωの伝送線路２でインピーダンス整合器３の入力端に接続されているとすると、インピーダンス整合器３は、当該インピーダンス整合器３の入力端からプラズマ処理装置４側を見たインピーダンスを５０Ωに整合する。
【００３７】
プラズマ処理装置４は、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物ＢをエッチングやＣＶＤ等の方法を用いて加工するための装置である。プラズマ処理装置４は、プラズマを発生させるための窒素ガスやアルゴンガス等の所定のガスを封入するための容器（チャンバー）４１と、高周波電源装置１からの高周波電力を容器４１内のガスに供給するための一対の電極４２，４３を備えている。プラズマ処理装置４では、被加工物Ｂの加工目的に応じて各種の加工プロセスが実行される。例えば、被加工物Ｂに対してエッチングを行う場合には、そのエッチングに応じたガス種類、ガス圧力、高周波電力の供給電力値、及び高周波電力の供給時間等が適切に設定された加工プロセスが行われる。
【００３８】
加工プロセスでは、被加工物が配置される容器４１内に、例えば窒素やアルゴン等のプラズマ発生用ガスが封入され、電極４２，４３に高周波電力の供給が開始されると、電極４２，４３間に高周波電界Ｐが生じ、この高周波電界Ｐによりプラズマ発生用ガスがプラズマ状態になる。そして、プラズマ状態になったガスを用いて被加工物Ｂが加工される。
【００３９】
本実施形態における高周波電源装置１は、高周波電力をプラズマ処理装置４に対して供給するものであるとともに、プラズマ処理装置４からの反射電力の変化を示す情報、例えば、反射電力自体の変化やプラズマ処理装置４の入力端における反射係数、電圧、電流、又はインピーダンス等の変化を検出し、その反射電力の変化を示す情報の変化パターンに基づいて、プラズマ処理装置４におけるソフトアークの発生を検出するものである。
【００４０】
また、ソフトアークとは、上述したように、ハードアークに比べ、アーク放電量が微小なアークであって、ハードアークに比べ反射電力量の変化量が時間的に緩やかな特性を有するアークをいうが、出願人が確認したところでは、プラズマ処理装置４に対する高周波電力の供給中にソフトアークが発生するときには、プラズマ処理装置４内で所定時間Ｔ内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じることが判明した。そして、ソフトアークが発生するときには、所定時間Ｔ内に微小なアーク放電が繰り返されるのに応じてプラズマ処理装置４のインピーダンスの値が所定時間Ｔ内で微小変化を繰り返し、この微小変化に基づいて反射電力も微小変化を繰り返すといった特定の変化パターンが見られることが判明した。本高周波電源装置１は、このような反射電力の微小変化の変化パターンを利用して、ハードアークに比べアーク放電量が微小なソフトアークを検出するようにしたものである。
【００４１】
すなわち、本実施形態の高周波電源装置１は、ソフトアーク発生によりプラズマ処理装置４のインピーダンスの値が変化すると、その変化に応じてプラズマ処理装置４からの反射電力（プラズマ処理装置４側に供給した高周波電力に対して、プラズマ処理装置４側から反射してくる高周波電力）が微小変化することから、その反射電力の微小変化を検出し、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化の回数Ｃに基づいて、ソフトアークを検出するようにしている。
【００４２】
また、高周波電源装置１は、ソフトアークを検出したときには、その検出結果を図略の表示部にメッセージ表示したり、警報や発光によって報知したりするようにしている。これは、ソフトアークが発生しても被加工物Ｂを損傷したり、処理品質を著しく低下させたりすることはないが、ユーザによりプラズマ処理装置４内の処理状態を可能な限り把握したいといった要望があるので、この要望に応えるためである。なお、ユーザが希望する場合は、高周波電源装置１の出力を低下してソフトアークの発生を抑えたり、場合によっては、高周波電源装置１の出力停止を可能にしたりしてもよい。
【００４３】
高周波電源装置１は、図１に示すように、操作部１１と、制御部１２と、メモリ１３と、発振部１４と、増幅部１５と、パワー検出部１６と、アーク検出部１７とを備えている。
【００４４】
操作部１１は、ユーザによって高周波電源装置１の出力条件（出力周波数や出力電力）を設定するためのものであり、図１では省略しているが、高周波電力の出力値を設定するための出力電力設定スイッチ、及び高周波電力の供給の開始を指示する出力開始スイッチ等の操作部材が設けられている。操作部１１において設定された高周波電力の出力値や周波数値等は、制御部１２に出力される。
【００４５】
制御部１２は、本高周波電源装置１の制御中枢となるものであり、操作部１１において設定された高周波電力の出力値に基づいて発振部１４に制御信号を出力することにより、プラズマ処理装置４に対して高周波電力を供給させるものである。
【００４６】
制御部１２には、メモリ１３が接続されており、メモリ１３には、高周波電力をプラズマ処理装置４に供給するための制御プログラムが記憶されている。また、メモリ１３には、アークの発生を検出する処理で用いられる、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵ、所定時間Ｔ、並びに基準回数Ｃ０の各データがそれぞれ記憶されている。上記第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵ、所定時間Ｔ、並びに基準回数Ｃ０については後述する。
【００４７】
発振部１４は、高周波信号を発生するもので、図示しない電圧制御発振回路によって構成されている。発振部１４の発振出力と周波数は、それぞれ制御部１２からの出力制御信号と周波数制御信号によって制御される。発振部１４から出力される高周波信号は増幅部１５に入力され、所定の出力レベルに増幅される。
【００４８】
増幅部１５は、発振部１４からの発振出力信号を増幅して高周波電力を出力するものである。増幅部１５において増幅された発振出力信号は、パワー検出部１６を介してインピーダンス整合器３に出力される。
【００４９】
パワー検出部１６は、増幅部１５から出力される高周波電力を検出するものであり、例えば、方向性結合器によって構成されている。パワー検出部１６は、増幅部１４からプラズマ処理装置４側に進行する高周波電力と、プラズマ処理装置４側から反射してくる高周波電力（反射電力）とを分離して、それらの電力値をそれぞれ検出するものである。パワー検出部１６において検出された反射波の電力値は、アーク検出部１７に出力される。
【００５０】
アーク検出部１７は、パワー検出部１６から出力される反射電力の値に基づいて、プラズマ処理装置４においてソフトアークが発生したか否かを検出するものである。アーク検出部１７は、ソフトアークの発生を検出すると、制御部１２に対してアーク検出信号を出力する。
【００５１】
図２は、アーク検出部１７の内部構成を示す図である。アーク検出部１７は、Ａ／Ｄコンバータ部２１、変化判定部２２、タイマ２３、カウンタ２４、及びアーク判定部２５によって構成されている。
【００５２】
Ａ／Ｄコンバータ部２１は、パワー検出部１６から出力される反射電力としてのアナログ信号を一定の時間周期でサンプリングすることによりディジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄコンバータ部２１によってディジタル信号に変換された反射電力は、変化判定部２２に出力される。
【００５３】
変化判定部２２は、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力の値に基づいて、その反射電力に微小変化が生じたか否かを判定するものである。図３（ａ）は、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力のレベル値の一例を示し、図３（ｂ）は、それに応じた反射電力のレベル値の微分値波形の一例を示す。
【００５４】
図３（ａ）に示すように、ソフトアークが発生するときには、反射電力のレベルが所定時間Ｔ内に断続的に微小変化する。変化判定部２２では、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力を入力し、その微分値を算出して、当該微分値（図３（ｂ）参照）が予め定める第１閾値ＬＤを下回った直後に、第１閾値ＬＤより値が大きい第２閾値ＬＵを上回るようにして変化したか否かが判定される。図３（ｂ）では、時間ｔ１において微分値が第１閾値ＬＤを下回っており、時間ｔ２において微分値が第２閾値ＬＵを上回っている場合を示している。なお、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵの具体例としては、例えば第１閾値ＬＤは１Ｗに設定され、第２閾値ＬＵは１０Ｗに設定されている。
【００５５】
変化判定部２２では、このように反射電力の微分値が第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵで構成される基準幅を外れた場合、反射電力の値に微小変化が生じたこととして判定し、そのことを示す判定信号をタイマ２３及びカウンタ２４に出力する。
【００５６】
上記変化判定部２２では、反射電力のレベル値の時間的変化（図３（ａ）参照）から直接的にその微小変化が生じたことを判定しないで、反射電力のレベル微分値の時間的変化から反射電力の値に微小変化が生じたことを判定しているが、このようにすれば、反射電力の値が一方向にのみ変化した場合（例えば単調低下した場合）を誤って反射電力が微小変化したと誤検出してしまうことをより確実に防止することができる。
【００５７】
なお、反射電力のレベル値の時間的変化（図３（ａ）参照）から直接的にその微小変化が生じたことを判定するようにしてもよい。また、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵの値は、ユーザが操作部１１を操作することより任意の値に設定変更するようにしてもよい。図３（ａ），（ｂ）では、微小変化がほぼ等間隔に生じている場合を示しているが、これは微小変化が生じる形態の一例を示すものであり、ソフトアークが生じるときには、微小変化の発生間隔がほぼ一定になるといったことを示すものではない。
【００５８】
タイマ２３は、変化判定部２２からの判定信号に基づいて、反射電力の微小変化の回数を計数する所定時間Ｔ（例えば６０μｓｅｃ）の計時を行うものである。具体的には、タイマ２３は、変化判定部２２からの判定信号に基づいてその計時を開始するよう動作するとともに、カウンタ２４に対して計時を開始したことの開始信号を出力する。これにより、カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号を受け入れ許容状態となる。すなわち、カウンタ２４は、変化判定部２２から判定信号が出力される度に、内部に有するカウント値（反射電力が微小変化した回数Ｃ）をカウントアップする。
【００５９】
また、タイマ２３は、所定時間Ｔの計時が終了すれば、カウンタ２４に対してリセット信号を出力する。これにより、カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号を受け入れ不可状態となる。なお、所定時間Ｔの値は、ユーザによって任意の値に設定変更可能とされてもよい。
【００６０】
カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号に基づいて、反射電力の微小変化の回数Ｃを計数するものである。より具体的には、カウンタ２４は、タイマ２３から開始信号が入力されてからリセット信号が入力されるまで変化回数Ｃの計数を継続し、その計数結果をアーク判定部２５に出力する。カウンタ２４は、タイマ２３からリセット信号が出力されると、変化回数Ｃを「０」にリセットする。
【００６１】
アーク判定部２５は、カウンタ２４からのカウント信号（変化回数Ｃ）に基づいてソフトアークを検出したか否かを判定するものである。すなわち、アーク判定部２５では、変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０の値（例えば５回）を越えると、ソフトアークを検出したと判定し、制御部１２に対して、ソフトアークを検出したことのアーク検出信号を出力する。なお、基準回数Ｃ０の値は、ユーザによって任意の値に設定変更可能とされてもよい。
【００６２】
制御部１２は、アーク判定部２５からアーク検出信号が出力されると、このプラズマ処理システムを停止させるよう制御する。なお、制御部１２は、プラズマ処理システムを停止させることに代えて、ソフトアークが検出されたときのプラズマ処理装置４内で処理中の被加工物Ｂ（図1参照）を不良品と選定し、被加工物Ｂの製造ラインからその不良品を除去するための制御を行うようにしてもよい。
【００６３】
このように、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化の回数Ｃを計数し、その計数が基準回数Ｃ０を超えるとき、ソフトアークの発生が検出したと判別すると、プラズマ処理装置４内で一定時間内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じるといった、ソフトアークが発生するときの現象を適格に捉えることができ、ソフトアークの発生を確実に検出することができる。
【００６４】
なお、上記実施形態では、反射電力の微小変化に基づいてソフトアークを検出するようにしたが、ソフトアークの検出は、反射電力の微小変化に基づくことに限らず、プラズマ処理装置４の入力端における反射係数、インピーダンス、電圧又は電流等の各微小変化に基づいて行ってもよい。また、上記実施形態では、アーク検出部１７は、制御部１２に対して別途設けられているが、制御部１２内に設けられていてもよい。
【００６５】
次に、上記構成における制御動作について図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６６】
まず、このプラズマ処理システムが稼動されると、プラズマ処理装置４に対して高周波電力が供給される。制御部１２では、反射電力の微小変化の回数を示す変化回数Ｃが「０」に初期化される（Ｓ１）。パワー検出部１６では、プラズマ処理装置４からの反射電力を検出すると、それをアーク検出部１７に出力する。アーク検出部１７では、パワー検出部１６からの反射電力を常時監視している（Ｓ２）。
【００６７】
ステップＳ３では、タイマ２３が動作中であるか否かが判別され（Ｓ３）、プラズマ処理システムが稼動された当初は、タイマ２３はその計時が開始されていないので（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ４に進む。
【００６８】
ステップＳ４では、アーク検出部１７のＡ／Ｄコンバータ２１において、パワー検出部１６からの反射電力がＡ／Ｄ変換され、変化判定部２２において反射電力が微小変化したか否か判定される（Ｓ４）。
【００６９】
変化判定部２２によって微小変化が生じたと判定されたとき（Ｓ４：ＹＥＳ）、すなわち、図３（ｂ）に示したように、反射電力のレベル微分値が第１閾値ＬＤを下回った直後に、第２閾値ＬＵを上回った場合、反射電力の微小変化が生じたと判定される。一方、変化判定部２２によって微小変化が生じていないと判定されたとき（Ｓ４：ＮＯ）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。
【００７０】
次いで、微小変化が生じたことの判定が１回目であるか否かの判別が行われる（Ｓ５）。すなわち、タイマ２３が動作していない状態で、反射電力の微小変化が生じたときが１回目とされる。変化判定部２２によって判別された微小変化が１回目であるとき（Ｓ５：ＹＥＳ）、反射電力の微小変化の回数を示す変化回数Ｃが「１」とされ（Ｓ６）、タイマ２３による計時が開始される（Ｓ７）。タイマ２３による計時が開始されると、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。
【００７１】
その後、ステップＳ３においては、ステップＳ７でタイマ２３による計時が開始されている場合、タイマ２３が動作中であるので（Ｓ３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ８に進み、タイマ２３がタイムアウトになったか否かが判別される。すなわち、タイマ２３による計時が開始されてから所定時間Ｔを経過したか否かが判別される。タイマ２３がタイムアウトになっていない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ４の反射電力の値が微小変化したか否かの判別処理に進む。
【００７２】
一方、タイマ２３がタイムアウトになった場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、変化回数Ｃの値が「０」にリセットされるとともに（Ｓ９）、タイマ２３による計時が停止され（Ｓ１０）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。すなわち、タイマ２３による計時が所定時間Ｔ経過するまでに、微小変化の変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０を超えない場合には、ソフトアークが発生していないと判別して、次回の微小変化が発生するか否かを監視する。
【００７３】
ステップＳ５において、微小変化の変化回数Ｃが１回目でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、すなわち、変化回数Ｃが２回目以上の場合には、変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０を越えたか否かが判別される（Ｓ１１）。なお、基準回数Ｃ０の具体例としては、例えば５回が設定される。
【００７４】
変化回数Ｃが基準回数Ｃ０を越えていない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、変化回数Ｃに「１」を加算して新たに変化回数Ｃとし（Ｓ１２）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。すなわち、タイマ２３による計時が開始され、その計時が所定時間Ｔ経過するまでに、微小変化が発生すると、その微小変化が変化回数Ｃとして加算される。
【００７５】
一方、変化回数Ｃが基準回数Ｃ０を越えた場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、アーク判定部２５ではソフトアークが発生したと判別する（Ｓ１３）。すなわち、所定時間Ｔ内に基準回数Ｃ０を超える反射電力の微小変化が生じた場合、ソフトアークが発生したと判別している。
【００７６】
図５は、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化が発生した状態を示し、図５（ａ）は、ソフトアークが発生したと判別する場合、図５（ｂ）は、ソフトアークが発生したと判別しない場合を示している。すなわち、図５（ａ）では、所定時間Ｔ内に反射電力の微小変化が６回生じており、基準回数Ｃ０（この場合は５回）を越えているので、この場合は、ソフトアークが発生したと判別する。一方、図５（ｂ）では、所定時間Ｔ内に反射電力の微小変化が４回しか生じておらず、基準回数Ｃ０を越えていないため、この場合は、ソフトアークが発生していないと判別する。
【００７７】
アーク判定部２５では、ソフトアークが発生したと判別すると、アーク検出信号を制御部１２に出力する。そのアーク検出信号を入力した制御部１２は、例えば、図略の表示部に所定のメッセージを表示させる等してユーザにソフトアークの発生を報知する。このように、本実施形態によれば、プラズマ処理システムにおいて、ソフトアークの発生を可及的に誤検出することなく確実に検出することができ、ユーザはプラズマ処理装置４におけるソフトアークの発生状況を比較的高い精度で把握することができる。
【００７８】
なお、上記実施形態では、ソフトアークの検出機能を高周波電源装置１の内部に設けたが、ソフトアークの検出装置を高周波電源装置１とは別体とし、高周波電源装置１の外部に設けるようにしてもよい。
【００７９】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、アークの発生を検出した場合には、その検出信号が図示しない外部処理装置に出力されるようにしてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、ソフトアークを検出する場合におけるプラズマ処理システムについて説明したが、このプラズマ処理システムには、例えばハードアークを検出するための構成が含まれていてもよい。すなわち、このプラズマ処理システムでは、電源投入後、ハードアークを検出する構成、及びソフトアークを検出する構成が同時に並行して動作し、いずれかの構成が先にアークを検出した場合に、このプラズマ処理システムを停止させるようにしてもよい。
【００８１】
あるいは、このプラズマ処理システムの構成に加えて、ソフトアークを検出する他の構成が含まれていてもよい。すなわち、いずれかの構成が例えば反射電力に基づいてソフトアークを検出する構成であって、他のいずれかの構成が例えば反射電力に基づいてソフトアークを検出する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本願発明に係る高周波電源装置が適用されるプラズマ処理システムの構成図である。
【図２】アーク検出部の構成を示す図である。
【図３】反射電力の時間的変化を示す図であり、（ａ）は、Ａ／Ｄコンバータ部から出力される反射電力のレベル値の一例を示し、（ｂ）は、それに応じた反射電力のレベル値の微分値波形の時間的変化をそれぞれ示す。
【図４】高周波電源装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】所定時間内における反射電力の微小変化が発生した状態を示す図であり、（ａ）は、ソフトアークが発生したと判別する場合、（ｂ）は、ソフトアークが発生したと判別しない場合をそれぞれ示す。
【図６】従来のプラズマ処理システムの構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 高周波電源装置
３ インピーダンス整合器
４ プラズマ処理装置
１１ 操作部
１２ 制御部
１３ メモリ
１４ 発振部
１５ 増幅部
１６ パワー検出部
１７ アーク検出部
２１ Ａ／Ｄコンバータ
２２ 変化判定部
２３ タイマ
２４ カウンタ
２５ アーク判定部
Ｃ 変化回数
Ｃ０ 基準回数
ＬＤ 第１閾値
ＬＵ 第２閾値
Ｔ 所定時間
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、半導体製造工程に使用されるプラズマ処理システムのアーク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理システムとしては、図６に示すように、例えば高周波電力を出力するための高周波電源装置５１と、この高周波電源装置５１に伝送ケーブル５２を介して接続され、高周波電源装置５１の入力インピーダンスと負荷インピーダンスとを整合するためのインピーダンス整合器５３と、このインピーダンス整合器５３に負荷接続部５４を介して接続され、例えば負荷としてのプラズマ処理装置５５とで構成されている。
【０００３】
高周波電源装置５１は、プラズマ処理装置５５に対して高周波電力を供給するための装置であり、例えば図示しない電力増幅回路や発振回路等を備え、所定の電力に設定された高周波電力をインピーダンス整合器５３を介してプラズマ処理装置５５に出力する。
【０００４】
プラズマ処理装置５５は、エッチングやＣＶＤ等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するための装置である。より詳細には、プラズマ処理装置５５は、プラズマチャンバーの内部に備えられた真空容器に一対の電極を設けた構成とされ、その真空容器にプラズマ発生用の窒素ガス又はアルゴンガス等が導入され、一対の電極間に高周波電力を供給して上記ガスを電離させて、プラズマを発生させるものである。発生されたプラズマは、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するために利用される。
【０００５】
プラズマ処理装置５５では、プラズマ処理中にアークが発生することがある。アークが発生すると、それによって半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を損傷したり、アークが大きい場合は、プラズマ処理装置５５を破損してしまうことがあるので、高周波電源装置５１では、通常、アークの発生を事前に検出し、プラズマ処理装置５５に対する高周波電力の供給量を低減したり、供給自体を停止させることが行われている。
【０００６】
例えば、特開平８−１６７５００号公報には、プラズマ処理装置５５への入射電力やプラズマ処理装置５５からの反射電力を検出し、その検出値の変化パターンからアーク発生を判別し、アーク発生と判別されたときには高周波電源装置５１の出力を抑制したり、出力を停止したりすることが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１６７５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プラズマ処理装置５５では、上記のように、真空容器に封入した窒素ガスやアルゴンガスに高周波電力を供給してこれらのガスをイオン化し、このイオン化したガスを被加工物に照射することにより所定のプラズマ処理を行うようになっているため、このプラズマ処理中のプラズマ処理装置５５のインピーダンスは常に変動し、不安定な状態となっている。
【０００９】
このため、可及的にプラズマ処理装置５５のインピーダンスの変動に関係なく、高周波電源装置５１から供給される高周波電力が効率良くプラズマ処理装置５５に供給されるようにするため、インピーダンス整合器５３が設けられている。
【００１０】
プラズマ処理装置５５で正常にプラズマ処理が行われる場合は、プラズマ処理装置５５のインピーダンスが変動してもインピーダンス整合器５３により効果的にインピーダンスの整合が図られるので、プラズマ処理装置５５からの反射電力は極めて小さい。しかしながら、プラズマ処理装置５５でアークが発生し、例えば１回の放電量で被加工物を損傷したり、プラズマ処理装置５５を破損したりするようなアーク（以下、「ハードアーク」という。）の場合は、プラズマ処理装置５５のインピーダンスが急変し、インピーダンス整合器５３によるインピーダンス整合動作が追従できないので、プラズマ処理装置５５からの反射電力が急増することになる。
【００１１】
上記公報に記載される反射電力の変化に基づくアーク検出方法は、プラズマ処理中にプラズマ処理装置５５からの反射電力の変化率を監視し、所定の閾値以上の急激な反射電力の変化が生じたときにアーク放電が発生したと判別してアークの検出信号を出力するものであるが、主として、ハードアークの検出を目的とするため、所定の閾値は、その目的を達成し得るような適当な値に設定されているのが通常である。
【００１２】
一方、アークの中には、１回の放電では被加工物を損傷するほどではないが、放電が連続して繰り返されると、被加工物に処理むらや焦げ等の加工品質に悪影響を与える微小なアーク（以下、「ソフトアーク」という。）が存在する。
【００１３】
そして、近年は、被加工物の品質を可能な限り高精度に管理するために、プラズマ処理中のプラズマ処理装置５５内のソフトアークの発生状態についても関心が高まっている。
【００１４】
上記従来のアーク検出方法によれば、アーク発生を判別するための所定の閾値を小さくすれば、ソフトアークを検出することも可能になるが、ソフトアーク発生時の反射電力の変化量は微小であるので、通常のインピーダンス変動に基づく反射電力の変化量と区別できない場合が多く、所定の閾値を小さくしたことによって、かえって通常のインピーダンス変動をアーク発生と誤検出することが多くなるという問題が生じる。
【００１５】
上記したように、プラズマ処理システムにおいては、通常、アークの発生を検出した場合には、プラズマ処理装置５５に対する高周波電力の供給量を抑制したり、停止させたりするので、アークの誤検出によってプラズマ処理システムが停止されると、液晶基板等の生産性を著しく低下させるという問題が生じる。
【００１６】
ユーザにとっては、プラズマ処理中にプラズマ処理装置５５内で生じるアークを検出し、プラズマ処理装置５５等の損傷防止等のための適切な措置を速やかに行うことは重要であるが、その一方でアーク誤検出によるプラズマ処理の中断若しくは停止を防止することもプラズマ処理装置５５等の損傷防止と同様に重要である。
【００１７】
したがって、従来のアーク検出方法を単純にソフトアークの検出に適用することはできず、確実にソフトアークを検出することのできる方法が要望されるが、従来、この種のアーク検出方法は全く提案されていない。
【００１８】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、プラズマ処理装置において発生するソフトアークの発生を確実に検出することのできるプラズマ処理システムのアーク検出装置を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２０】
本願発明によって提供されるプラズマ処理システムのアーク検出装置は、高周波電力を発生する高周波電源装置と、前記高周波電源装置から供給される高周波電力によりプラズマを発生させて被加工物に所定の加工処理を行うプラズマ処理手段とを備えるプラズマ処理システムのアーク検出装置であって、前記プラズマ処理手段のプラズマ処理中に、当該プラズマ処理手段からの反射電力の変化を示す情報を検出する検出手段と、前記検出手段により検出される前記反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、前記プラズマ処理手段における前記被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアークの発生を検出するアーク検出手段と、を備えたことを特徴としている（請求項１）。
【００２１】
この構成によれば、高周波電力が高周波電源装置からプラズマ処理手段に供給されると、プラズマ処理手段において、プラズマが発生されて被加工物に所定の加工処理が行われる。このプラズマ処理中において、検出手段によってプラズマ処理手段からの反射電力の変化を示す情報が検出される。そして、検出手段により検出される反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、プラズマ処理手段における被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアーク（ソフトアーク）の発生がアーク検出手段によって検出される。ここで、出願人が確認したところでは、プラズマ処理手段に対する高周波電力の供給中にソフトアークが発生するときには、プラズマ処理手段内で反射電力の変化に関する情報の変化パターン（例えば所定時間内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じるといった変化パターン）が生じることが判明している。そのため、本願発明では、このような変化パターンに基づいて、ハードアークに比べアーク放電量が微小なソフトアークを確実に検出することができる。
【００２２】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記検出手段は、前記反射電力の微小変化に関する情報を検出する微小変化検出手段と、予め定める所定時間内に前記微小変化検出手段によって検出された微小変化の回数を計数する計数手段と、前記計数手段によって計数された回数が予め定める基準回数を越えるか否かを判別する判別手段と、によって構成されており、前記アーク検出手段は、前記判別手段により前記計数手段による計数回数が前記基準回数を越えたとの判別結果に基づき、前記微小なアークの発生を検出するとよい（請求項２）。
【００２３】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記反射電力の変化に関する情報には、少なくとも前記プラズマ処理手段からの反射電力の変化、前記プラズマ処理手段の入力端における反射係数、電圧、電流又はインピーダンスの変化が含まれる（請求項３）。
【００２４】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記微小変化検出手段は、前記プラズマ処理手段から反射される高周波電力を検出する反射電力検出手段と、前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の値が微小変化したか否かを判別する微小変化判別手段と、によって構成されるとよい（請求項４）。
【００２５】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記微小変化判別手段は、前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の微分値を算出する微分値演算手段と、前記微分値演算手段によって算出された前記反射電力の微分値が予め定める第１閾値を下回った直後に、前記第１閾値より値が大きい第２閾値を上回ったことに基づいて、反射電力の値が微小変化したと判別するとよい（請求項５）。
【００２６】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記所定時間の値を変更する時間変更手段をさらに備えるとよい（請求項６）。
【００２７】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記第１閾値及び第２閾値を変更する閾値変更手段をさらに備えるとよい（請求項７）。
【００２８】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記基準回数の値を変更する回数変更手段をさらに備えるとよい（請求項８）。
【００２９】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記アーク検出手段により微小なアークが発生したとの判定結果が出力されると、その判定結果を報知する報知手段をさらに備えるとよい（請求項９）。
【００３０】
また、上記プラズマ処理システムのアーク検出装置において、前記アーク検出装置は、前記高周波電源装置の内部に設けられているとよい（請求項１０）。
【００３１】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
図１は、本願発明に係るアーク検出装置が適用されるプラズマ処理システムの一例を示す図である。このプラズマ処理システムは、半導体ウェハや液晶基板等の非加工物に対して高周波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。このプラズマ処理システムは、周波数可変の高周波電源装置１、伝送線路２、インピーダンス整合器３、負荷としてのプラズマ処理装置４で構成されている。
【００３４】
高周波電源装置１には、例えば同軸ケーブルからなる伝送線路２を介してインピーダンス整合器３が接続され、インピーダンス整合器３にはプラズマ処理装置４が接続されている。
【００３５】
高周波電源装置１は、プラズマ処理装置４に対して、例えば数百ｋＨｚ以上の出力周波数を有する高周波電力を供給するための装置である。高周波電源装置１については後述する。
【００３６】
インピーダンス整合器３は、高周波電源装置１とプラズマ処理装置４とのインピーダンスを整合させるものであり、図示しないが、インピーダンス素子であるキャパシタやインダクタ等を備えている。より具体的には、例えば高周波電源装置１の出力端から高周波電源装置１側を見たインピーダンス（出力インピーダンス）が例えば５０Ωに設計され、高周波電源装置１が、特性インピーダンス５０Ωの伝送線路２でインピーダンス整合器３の入力端に接続されているとすると、インピーダンス整合器３は、当該インピーダンス整合器３の入力端からプラズマ処理装置４側を見たインピーダンスを５０Ωに整合する。
【００３７】
プラズマ処理装置４は、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物ＢをエッチングやＣＶＤ等の方法を用いて加工するための装置である。プラズマ処理装置４は、プラズマを発生させるための窒素ガスやアルゴンガス等の所定のガスを封入するための容器（チャンバー）４１と、高周波電源装置１からの高周波電力を容器４１内のガスに供給するための一対の電極４２，４３を備えている。プラズマ処理装置４では、被加工物Ｂの加工目的に応じて各種の加工プロセスが実行される。例えば、被加工物Ｂに対してエッチングを行う場合には、そのエッチングに応じたガス種類、ガス圧力、高周波電力の供給電力値、及び高周波電力の供給時間等が適切に設定された加工プロセスが行われる。
【００３８】
加工プロセスでは、被加工物が配置される容器４１内に、例えば窒素やアルゴン等のプラズマ発生用ガスが封入され、電極４２，４３に高周波電力の供給が開始されると、電極４２，４３間に高周波電界Ｐが生じ、この高周波電界Ｐによりプラズマ発生用ガスがプラズマ状態になる。そして、プラズマ状態になったガスを用いて被加工物Ｂが加工される。
【００３９】
本実施形態における高周波電源装置１は、高周波電力をプラズマ処理装置４に対して供給するものであるとともに、プラズマ処理装置４からの反射電力の変化を示す情報、例えば、反射電力自体の変化やプラズマ処理装置４の入力端における反射係数、電圧、電流、又はインピーダンス等の変化を検出し、その反射電力の変化を示す情報の変化パターンに基づいて、プラズマ処理装置４におけるソフトアークの発生を検出するものである。
【００４０】
また、ソフトアークとは、上述したように、ハードアークに比べ、アーク放電量が微小なアークであって、ハードアークに比べ反射電力量の変化量が時間的に緩やかな特性を有するアークをいうが、出願人が確認したところでは、プラズマ処理装置４に対する高周波電力の供給中にソフトアークが発生するときには、プラズマ処理装置４内で所定時間Ｔ内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じることが判明した。そして、ソフトアークが発生するときには、所定時間Ｔ内に微小なアーク放電が繰り返されるのに応じてプラズマ処理装置４のインピーダンスの値が所定時間Ｔ内で微小変化を繰り返し、この微小変化に基づいて反射電力も微小変化を繰り返すといった特定の変化パターンが見られることが判明した。本高周波電源装置１は、このような反射電力の微小変化の変化パターンを利用して、ハードアークに比べアーク放電量が微小なソフトアークを検出するようにしたものである。
【００４１】
すなわち、本実施形態の高周波電源装置１は、ソフトアーク発生によりプラズマ処理装置４のインピーダンスの値が変化すると、その変化に応じてプラズマ処理装置４からの反射電力（プラズマ処理装置４側に供給した高周波電力に対して、プラズマ処理装置４側から反射してくる高周波電力）が微小変化することから、その反射電力の微小変化を検出し、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化の回数Ｃに基づいて、ソフトアークを検出するようにしている。
【００４２】
また、高周波電源装置１は、ソフトアークを検出したときには、その検出結果を図略の表示部にメッセージ表示したり、警報や発光によって報知したりするようにしている。これは、ソフトアークが発生しても被加工物Ｂを損傷したり、処理品質を著しく低下させたりすることはないが、ユーザによりプラズマ処理装置４内の処理状態を可能な限り把握したいといった要望があるので、この要望に応えるためである。なお、ユーザが希望する場合は、高周波電源装置１の出力を低下してソフトアークの発生を抑えたり、場合によっては、高周波電源装置１の出力停止を可能にしたりしてもよい。
【００４３】
高周波電源装置１は、図１に示すように、操作部１１と、制御部１２と、メモリ１３と、発振部１４と、増幅部１５と、パワー検出部１６と、アーク検出部１７とを備えている。
【００４４】
操作部１１は、ユーザによって高周波電源装置１の出力条件（出力周波数や出力電力）を設定するためのものであり、図１では省略しているが、高周波電力の出力値を設定するための出力電力設定スイッチ、及び高周波電力の供給の開始を指示する出力開始スイッチ等の操作部材が設けられている。操作部１１において設定された高周波電力の出力値や周波数値等は、制御部１２に出力される。
【００４５】
制御部１２は、本高周波電源装置１の制御中枢となるものであり、操作部１１において設定された高周波電力の出力値に基づいて発振部１４に制御信号を出力することにより、プラズマ処理装置４に対して高周波電力を供給させるものである。
【００４６】
制御部１２には、メモリ１３が接続されており、メモリ１３には、高周波電力をプラズマ処理装置４に供給するための制御プログラムが記憶されている。また、メモリ１３には、アークの発生を検出する処理で用いられる、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵ、所定時間Ｔ、並びに基準回数Ｃ０の各データがそれぞれ記憶されている。上記第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵ、所定時間Ｔ、並びに基準回数Ｃ０については後述する。
【００４７】
発振部１４は、高周波信号を発生するもので、図示しない電圧制御発振回路によって構成されている。発振部１４の発振出力と周波数は、それぞれ制御部１２からの出力制御信号と周波数制御信号によって制御される。発振部１４から出力される高周波信号は増幅部１５に入力され、所定の出力レベルに増幅される。
【００４８】
増幅部１５は、発振部１４からの発振出力信号を増幅して高周波電力を出力するものである。増幅部１５において増幅された発振出力信号は、パワー検出部１６を介してインピーダンス整合器３に出力される。
【００４９】
パワー検出部１６は、増幅部１５から出力される高周波電力を検出するものであり、例えば、方向性結合器によって構成されている。パワー検出部１６は、増幅部１４からプラズマ処理装置４側に進行する高周波電力と、プラズマ処理装置４側から反射してくる高周波電力（反射電力）とを分離して、それらの電力値をそれぞれ検出するものである。パワー検出部１６において検出された反射波の電力値は、アーク検出部１７に出力される。
【００５０】
アーク検出部１７は、パワー検出部１６から出力される反射電力の値に基づいて、プラズマ処理装置４においてソフトアークが発生したか否かを検出するものである。アーク検出部１７は、ソフトアークの発生を検出すると、制御部１２に対してアーク検出信号を出力する。
【００５１】
図２は、アーク検出部１７の内部構成を示す図である。アーク検出部１７は、Ａ／Ｄコンバータ部２１、変化判定部２２、タイマ２３、カウンタ２４、及びアーク判定部２５によって構成されている。
【００５２】
Ａ／Ｄコンバータ部２１は、パワー検出部１６から出力される反射電力としてのアナログ信号を一定の時間周期でサンプリングすることによりディジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄコンバータ部２１によってディジタル信号に変換された反射電力は、変化判定部２２に出力される。
【００５３】
変化判定部２２は、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力の値に基づいて、その反射電力に微小変化が生じたか否かを判定するものである。図３（ａ）は、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力のレベル値の一例を示し、図３（ｂ）は、それに応じた反射電力のレベル値の微分値波形の一例を示す。
【００５４】
図３（ａ）に示すように、ソフトアークが発生するときには、反射電力のレベルが所定時間Ｔ内に断続的に微小変化する。変化判定部２２では、Ａ／Ｄコンバータ部２１から出力される反射電力を入力し、その微分値を算出して、当該微分値（図３（ｂ）参照）が予め定める第１閾値ＬＤを下回った直後に、第１閾値ＬＤより値が大きい第２閾値ＬＵを上回るようにして変化したか否かが判定される。図３（ｂ）では、時間ｔ１において微分値が第１閾値ＬＤを下回っており、時間ｔ２において微分値が第２閾値ＬＵを上回っている場合を示している。なお、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵの具体例としては、例えば第１閾値ＬＤは１Ｗに設定され、第２閾値ＬＵは１０Ｗに設定されている。
【００５５】
変化判定部２２では、このように反射電力の微分値が第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵで構成される基準幅を外れた場合、反射電力の値に微小変化が生じたこととして判定し、そのことを示す判定信号をタイマ２３及びカウンタ２４に出力する。
【００５６】
上記変化判定部２２では、反射電力のレベル値の時間的変化（図３（ａ）参照）から直接的にその微小変化が生じたことを判定しないで、反射電力のレベル微分値の時間的変化から反射電力の値に微小変化が生じたことを判定しているが、このようにすれば、反射電力の値が一方向にのみ変化した場合（例えば単調低下した場合）を誤って反射電力が微小変化したと誤検出してしまうことをより確実に防止することができる。
【００５７】
なお、反射電力のレベル値の時間的変化（図３（ａ）参照）から直接的にその微小変化が生じたことを判定するようにしてもよい。また、第１閾値ＬＤ及び第２閾値ＬＵの値は、ユーザが操作部１１を操作することより任意の値に設定変更するようにしてもよい。図３（ａ），（ｂ）では、微小変化がほぼ等間隔に生じている場合を示しているが、これは微小変化が生じる形態の一例を示すものであり、ソフトアークが生じるときには、微小変化の発生間隔がほぼ一定になるといったことを示すものではない。
【００５８】
タイマ２３は、変化判定部２２からの判定信号に基づいて、反射電力の微小変化の回数を計数する所定時間Ｔ（例えば６０μｓｅｃ）の計時を行うものである。具体的には、タイマ２３は、変化判定部２２からの判定信号に基づいてその計時を開始するよう動作するとともに、カウンタ２４に対して計時を開始したことの開始信号を出力する。これにより、カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号を受け入れ許容状態となる。すなわち、カウンタ２４は、変化判定部２２から判定信号が出力される度に、内部に有するカウント値（反射電力が微小変化した回数Ｃ）をカウントアップする。
【００５９】
また、タイマ２３は、所定時間Ｔの計時が終了すれば、カウンタ２４に対してリセット信号を出力する。これにより、カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号を受け入れ不可状態となる。なお、所定時間Ｔの値は、ユーザによって任意の値に設定変更可能とされてもよい。
【００６０】
カウンタ２４は、変化判定部２２からの判定信号に基づいて、反射電力の微小変化の回数Ｃを計数するものである。より具体的には、カウンタ２４は、タイマ２３から開始信号が入力されてからリセット信号が入力されるまで変化回数Ｃの計数を継続し、その計数結果をアーク判定部２５に出力する。カウンタ２４は、タイマ２３からリセット信号が出力されると、変化回数Ｃを「０」にリセットする。
【００６１】
アーク判定部２５は、カウンタ２４からのカウント信号（変化回数Ｃ）に基づいてソフトアークを検出したか否かを判定するものである。すなわち、アーク判定部２５では、変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０の値（例えば５回）を越えると、ソフトアークを検出したと判定し、制御部１２に対して、ソフトアークを検出したことのアーク検出信号を出力する。なお、基準回数Ｃ０の値は、ユーザによって任意の値に設定変更可能とされてもよい。
【００６２】
制御部１２は、アーク判定部２５からアーク検出信号が出力されると、このプラズマ処理システムを停止させるよう制御する。なお、制御部１２は、プラズマ処理システムを停止させることに代えて、ソフトアークが検出されたときのプラズマ処理装置４内で処理中の被加工物Ｂ（図1参照）を不良品と選定し、被加工物Ｂの製造ラインからその不良品を除去するための制御を行うようにしてもよい。
【００６３】
このように、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化の回数Ｃを計数し、その計数が基準回数Ｃ０を超えるとき、ソフトアークの発生が検出したと判別すると、プラズマ処理装置４内で一定時間内に微小なアーク放電が複数回断続的に生じるといった、ソフトアークが発生するときの現象を適格に捉えることができ、ソフトアークの発生を確実に検出することができる。
【００６４】
なお、上記実施形態では、反射電力の微小変化に基づいてソフトアークを検出するようにしたが、ソフトアークの検出は、反射電力の微小変化に基づくことに限らず、プラズマ処理装置４の入力端における反射係数、インピーダンス、電圧又は電流等の各微小変化に基づいて行ってもよい。また、上記実施形態では、アーク検出部１７は、制御部１２に対して別途設けられているが、制御部１２内に設けられていてもよい。
【００６５】
次に、上記構成における制御動作について図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６６】
まず、このプラズマ処理システムが稼動されると、プラズマ処理装置４に対して高周波電力が供給される。制御部１２では、反射電力の微小変化の回数を示す変化回数Ｃが「０」に初期化される（Ｓ１）。パワー検出部１６では、プラズマ処理装置４からの反射電力を検出すると、それをアーク検出部１７に出力する。アーク検出部１７では、パワー検出部１６からの反射電力を常時監視している（Ｓ２）。
【００６７】
ステップＳ３では、タイマ２３が動作中であるか否かが判別され（Ｓ３）、プラズマ処理システムが稼動された当初は、タイマ２３はその計時が開始されていないので（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ４に進む。
【００６８】
ステップＳ４では、アーク検出部１７のＡ／Ｄコンバータ２１において、パワー検出部１６からの反射電力がＡ／Ｄ変換され、変化判定部２２において反射電力が微小変化したか否か判定される（Ｓ４）。
【００６９】
変化判定部２２によって微小変化が生じたと判定されたとき（Ｓ４：ＹＥＳ）、すなわち、図３（ｂ）に示したように、反射電力のレベル微分値が第１閾値ＬＤを下回った直後に、第２閾値ＬＵを上回った場合、反射電力の微小変化が生じたと判定される。一方、変化判定部２２によって微小変化が生じていないと判定されたとき（Ｓ４：ＮＯ）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。
【００７０】
次いで、微小変化が生じたことの判定が１回目であるか否かの判別が行われる（Ｓ５）。すなわち、タイマ２３が動作していない状態で、反射電力の微小変化が生じたときが１回目とされる。変化判定部２２によって判別された微小変化が１回目であるとき（Ｓ５：ＹＥＳ）、反射電力の微小変化の回数を示す変化回数Ｃが「１」とされ（Ｓ６）、タイマ２３による計時が開始される（Ｓ７）。タイマ２３による計時が開始されると、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。
【００７１】
その後、ステップＳ３においては、ステップＳ７でタイマ２３による計時が開始されている場合、タイマ２３が動作中であるので（Ｓ３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ８に進み、タイマ２３がタイムアウトになったか否かが判別される。すなわち、タイマ２３による計時が開始されてから所定時間Ｔを経過したか否かが判別される。タイマ２３がタイムアウトになっていない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ４の反射電力の値が微小変化したか否かの判別処理に進む。
【００７２】
一方、タイマ２３がタイムアウトになった場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、変化回数Ｃの値が「０」にリセットされるとともに（Ｓ９）、タイマ２３による計時が停止され（Ｓ１０）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。すなわち、タイマ２３による計時が所定時間Ｔ経過するまでに、微小変化の変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０を超えない場合には、ソフトアークが発生していないと判別して、次回の微小変化が発生するか否かを監視する。
【００７３】
ステップＳ５において、微小変化の変化回数Ｃが１回目でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、すなわち、変化回数Ｃが２回目以上の場合には、変化回数Ｃが予め定める基準回数Ｃ０を越えたか否かが判別される（Ｓ１１）。なお、基準回数Ｃ０の具体例としては、例えば５回が設定される。
【００７４】
変化回数Ｃが基準回数Ｃ０を越えていない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、変化回数Ｃに「１」を加算して新たに変化回数Ｃとし（Ｓ１２）、処理はステップＳ２に戻り、反射電力の監視が継続される。すなわち、タイマ２３による計時が開始され、その計時が所定時間Ｔ経過するまでに、微小変化が発生すると、その微小変化が変化回数Ｃとして加算される。
【００７５】
一方、変化回数Ｃが基準回数Ｃ０を越えた場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、アーク判定部２５ではソフトアークが発生したと判別する（Ｓ１３）。すなわち、所定時間Ｔ内に基準回数Ｃ０を超える反射電力の微小変化が生じた場合、ソフトアークが発生したと判別している。
【００７６】
図５は、所定時間Ｔ内における反射電力の微小変化が発生した状態を示し、図５（ａ）は、ソフトアークが発生したと判別する場合、図５（ｂ）は、ソフトアークが発生したと判別しない場合を示している。すなわち、図５（ａ）では、所定時間Ｔ内に反射電力の微小変化が６回生じており、基準回数Ｃ０（この場合は５回）を越えているので、この場合は、ソフトアークが発生したと判別する。一方、図５（ｂ）では、所定時間Ｔ内に反射電力の微小変化が４回しか生じておらず、基準回数Ｃ０を越えていないため、この場合は、ソフトアークが発生していないと判別する。
【００７７】
アーク判定部２５では、ソフトアークが発生したと判別すると、アーク検出信号を制御部１２に出力する。そのアーク検出信号を入力した制御部１２は、例えば、図略の表示部に所定のメッセージを表示させる等してユーザにソフトアークの発生を報知する。このように、本実施形態によれば、プラズマ処理システムにおいて、ソフトアークの発生を可及的に誤検出することなく確実に検出することができ、ユーザはプラズマ処理装置４におけるソフトアークの発生状況を比較的高い精度で把握することができる。
【００７８】
なお、上記実施形態では、ソフトアークの検出機能を高周波電源装置１の内部に設けたが、ソフトアークの検出装置を高周波電源装置１とは別体とし、高周波電源装置１の外部に設けるようにしてもよい。
【００７９】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、アークの発生を検出した場合には、その検出信号が図示しない外部処理装置に出力されるようにしてもよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、ソフトアークを検出する場合におけるプラズマ処理システムについて説明したが、このプラズマ処理システムには、例えばハードアークを検出するための構成が含まれていてもよい。すなわち、このプラズマ処理システムでは、電源投入後、ハードアークを検出する構成、及びソフトアークを検出する構成が同時に並行して動作し、いずれかの構成が先にアークを検出した場合に、このプラズマ処理システムを停止させるようにしてもよい。
【００８１】
あるいは、このプラズマ処理システムの構成に加えて、ソフトアークを検出する他の構成が含まれていてもよい。すなわち、いずれかの構成が例えば反射電力に基づいてソフトアークを検出する構成であって、他のいずれかの構成が例えば反射電力に基づいてソフトアークを検出する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本願発明に係る高周波電源装置が適用されるプラズマ処理システムの構成図である。
【図２】アーク検出部の構成を示す図である。
【図３】反射電力の時間的変化を示す図であり、（ａ）は、Ａ／Ｄコンバータ部から出力される反射電力のレベル値の一例を示し、（ｂ）は、それに応じた反射電力のレベル値の微分値波形の時間的変化をそれぞれ示す。
【図４】高周波電源装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】所定時間内における反射電力の微小変化が発生した状態を示す図であり、（ａ）は、ソフトアークが発生したと判別する場合、（ｂ）は、ソフトアークが発生したと判別しない場合をそれぞれ示す。
【図６】従来のプラズマ処理システムの構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 高周波電源装置
３ インピーダンス整合器
４ プラズマ処理装置
１１ 操作部
１２ 制御部
１３ メモリ
１４ 発振部
１５ 増幅部
１６ パワー検出部
１７ アーク検出部
２１ Ａ／Ｄコンバータ
２２ 変化判定部
２３ タイマ
２４ カウンタ
２５ アーク判定部
Ｃ 変化回数
Ｃ０ 基準回数
ＬＤ 第１閾値
ＬＵ 第２閾値
Ｔ 所定時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を発生する高周波電源装置と、前記高周波電源装置から供給される高周波電力によりプラズマを発生させて被加工物に所定の加工処理を行うプラズマ処理手段とを備えるプラズマ処理システムのアーク検出装置であって、
前記プラズマ処理手段のプラズマ処理中に、当該プラズマ処理手段からの反射電力の変化を示す情報を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される前記反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、前記プラズマ処理手段における前記被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアークの発生を検出するアーク検出手段と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記反射電力の微小変化に関する情報を検出する微小変化検出手段と、
予め定める所定時間内に前記微小変化検出手段によって検出された微小変化の回数を計数する計数手段と、
前記計数手段によって計数された回数が予め定める基準回数を越えるか否かを判別する判別手段と、によって構成されており、
前記アーク検出手段は、
前記判別手段により前記計数手段による計数回数が前記基準回数を越えたとの判別結果に基づき、前記微小なアークの発生を検出する、請求項１に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項３】
前記反射電力の変化に関する情報には、
少なくとも前記プラズマ処理手段からの反射電力の変化、前記プラズマ処理手段の入力端における反射係数、電圧、電流又はインピーダンスの変化が含まれる、請求項１又は２に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項４】
前記微小変化検出手段は、
前記プラズマ処理手段から反射される高周波電力を検出する反射電力検出手段と、
前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の値が微小変化したか否かを判別する微小変化判別手段と、
によって構成される、請求項２又は３に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項５】
前記微小変化判別手段は、
前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の微分値を算出する微分値演算手段と、
前記微分値演算手段によって算出された前記反射電力の微分値が予め定める第１閾値を下回った直後に、前記第１閾値より値が大きい第２閾値を上回ったことに基づいて、反射電力の値が微小変化したと判別する、請求項４に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項６】
前記所定時間の値を変更する時間変更手段をさらに備える、請求項２ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項７】
前記第１閾値及び第２閾値を変更する閾値変更手段をさらに備える、請求項５又は６に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項８】
前記基準回数の値を変更する回数変更手段をさらに備える、請求項２ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項９】
前記アーク検出手段により微小なアークが発生したとの判定結果が出力されると、その判定結果を報知する報知手段をさらに備える、請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項１０】
前記アーク検出装置は、前記高周波電源装置の内部に設けられている、請求項１ないし９のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項１】
高周波電力を発生する高周波電源装置と、前記高周波電源装置から供給される高周波電力によりプラズマを発生させて被加工物に所定の加工処理を行うプラズマ処理手段とを備えるプラズマ処理システムのアーク検出装置であって、
前記プラズマ処理手段のプラズマ処理中に、当該プラズマ処理手段からの反射電力の変化を示す情報を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出される前記反射電力の変化に関する情報の変化パターンに基づいて、前記プラズマ処理手段における前記被加工物の加工品質に悪影響を与える微小なアークの発生を検出するアーク検出手段と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記反射電力の微小変化に関する情報を検出する微小変化検出手段と、
予め定める所定時間内に前記微小変化検出手段によって検出された微小変化の回数を計数する計数手段と、
前記計数手段によって計数された回数が予め定める基準回数を越えるか否かを判別する判別手段と、によって構成されており、
前記アーク検出手段は、
前記判別手段により前記計数手段による計数回数が前記基準回数を越えたとの判別結果に基づき、前記微小なアークの発生を検出する、請求項１に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項３】
前記反射電力の変化に関する情報には、
少なくとも前記プラズマ処理手段からの反射電力の変化、前記プラズマ処理手段の入力端における反射係数、電圧、電流又はインピーダンスの変化が含まれる、請求項１又は２に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項４】
前記微小変化検出手段は、
前記プラズマ処理手段から反射される高周波電力を検出する反射電力検出手段と、
前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の値が微小変化したか否かを判別する微小変化判別手段と、
によって構成される、請求項２又は３に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項５】
前記微小変化判別手段は、
前記反射電力検出手段によって検出された反射電力の微分値を算出する微分値演算手段と、
前記微分値演算手段によって算出された前記反射電力の微分値が予め定める第１閾値を下回った直後に、前記第１閾値より値が大きい第２閾値を上回ったことに基づいて、反射電力の値が微小変化したと判別する、請求項４に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項６】
前記所定時間の値を変更する時間変更手段をさらに備える、請求項２ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項７】
前記第１閾値及び第２閾値を変更する閾値変更手段をさらに備える、請求項５又は６に記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項８】
前記基準回数の値を変更する回数変更手段をさらに備える、請求項２ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項９】
前記アーク検出手段により微小なアークが発生したとの判定結果が出力されると、その判定結果を報知する報知手段をさらに備える、請求項１ないし８のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【請求項１０】
前記アーク検出装置は、前記高周波電源装置の内部に設けられている、請求項１ないし９のいずれかに記載のプラズマ処理システムのアーク検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１４９５９６（Ｐ２００７−１４９５９６Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４５６５０（Ｐ２００５−３４５６５０）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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