放電状態検知装置および放電状態検知方法
【課題】異常放電の発生回数の検出のみならず、異常放電の状態を把握することが可能な放電状態検知装置および放電状態検知方法を得る。
【解決手段】高周波電力で被処理体の表面に薄膜を形成する基板処理装置６０より発生した放電を検出し、放電の状態を検出する放電状態検知装置２であって、放電によって発生する基板処理装置６０からの反射波電力を検出し電圧として出力する反射波検波器１２と、反射波検波器１２からの電圧を積分する反射波積分器１４と、瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値２１と反射波検波器１２からの電圧とを比較した結果と、継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値２２と積分器で積分された電圧とを比較した結果と、に応じて、継続的な放電の数と瞬間的な放電の数とをカウントする放電状態検知部７０と、を備えた。
【解決手段】高周波電力で被処理体の表面に薄膜を形成する基板処理装置６０より発生した放電を検出し、放電の状態を検出する放電状態検知装置２であって、放電によって発生する基板処理装置６０からの反射波電力を検出し電圧として出力する反射波検波器１２と、反射波検波器１２からの電圧を積分する反射波積分器１４と、瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値２１と反射波検波器１２からの電圧とを比較した結果と、継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値２２と積分器で積分された電圧とを比較した結果と、に応じて、継続的な放電の数と瞬間的な放電の数とをカウントする放電状態検知部７０と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電を利用して基板に所定の処理を施す基板処理装置で発生する異常放電を検出する放電状態検知装置および放電状態検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電を利用した基板処理装置は、真空排気装置を用いて真空容器内を真空排気し、ガスを少量導入して電極間に電圧を印加することで電極間に放電場を生成させ、電極におかれた基板に処理を施すものである。例えば、基板に薄膜を形成したい場合では、薄膜の材料となるターゲット材料に電圧を印加する。
【０００３】
ここで、ターゲット材料の直下に磁石を配置することで放電場を高密度に閉じ込めることができ、一般にこの技術はマグネトロン放電と呼ばれる。マグネトロン放電を用いた場合、ターゲット材料が絶縁性や半導電性材料などの金属以外の材料であるときには、ターゲット材料に数ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する必要がある。この理由は、直流電圧を印加するとターゲット材料表面が帯電し放電が停止してしまう為である。抵抗率の高い材料を成膜する場合、放電処理中にターゲット材料表面に絶縁性の物質が付着すると、局所的に電界集中が発生し、局所的なアーク放電が発生する場合がある。このアーク放電は、基板を処理する上で好ましくないので、アーク放電を速やかに検知し、対策をおこなうことが必要となる。
【０００４】
このような問題を解決する手段として、下記特許文献１には、放電状態について、電極への高周波電力の進行波と電極からの反射波との電力について比を算出し、閾値と比較することで、放電の立ち上がりと立ち下がりと異常放電とを区別して、異常放電の検知をおこなう手法が開示されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、放電立ち上がり、放電安定時、放電立下りに対して、１ｍｓｅｃや２ｍｓｅｃ程度の細かいサンプリング時間で、反射波の電力やプラズマインピーダンス値を測定し、予め設定した閾値を超えているか否かで異常放電を検知する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２０９２３号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献に示される放電状態検知方法を用いた場合、放電の立ち上がりと異常放電との区別をつけることが可能だが、ターゲット材料やガスの種類によっては、放電が継続している間において異常放電が検知される頻度が非常に高くなる場合があり、異常放電と判定された時に作動させる異常放電の抑制装置を高い頻度で作動し、当該抑制装置の応答性によっては、常時抑制装置が作動するときがある。すなわち、上記特許文献による手法では、異常放電の発生回数を検出することは可能であるが、異常放電の具体的な状態を把握することができないため、意図した条件から外れた放電処理を余儀なくされる場合があるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異常放電の発生回数の検出のみならず、異常放電の状態を把握することが可能な放電状態検知装置および放電状態検知方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し電圧として出力する反射波検波器と、前記反射波検波器からの電圧を積分する積分器と、瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値と前記反射波検波器からの電圧とを比較した結果と、継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値と前記積分器で積分された電圧とを比較した結果と、に応じて、前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントする放電状態検知部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、瞬時に消滅する異常放電と持続する異常放電とを区別して検出するようにしたので、異常放電の発生回数の検出のみならず、異常放電の状態を把握することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１による反射波検波器を用いて測定した反射波電力の時間的変化を示す図である。
【図３】図３は、オペアンプで構成される積分器を示す図である。
【図４】図４は、抵抗および容量で構成される積分器を示す図である。
【図５】図５は、論理回路の出力を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる放電状態検知装置および放電状態検知方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。高周波電源１は、放電状態検知装置（以下単に「検知装置」と称する）２および整合器３を介して、基板処理装置（「放電処理装置」と称してもよい）６０の高周波電極４に接続される。整合器３においては、高周波電源１の出力インピーダンスと、基板処理装置６０における放電場５および高周波電極４でのインピーダンスとの整合をおこない、高周波電源４の電力を効率よく放電場５に投入する役割を有している。
【００１４】
たとえば、基板処理装置６０を用いて薄膜材料形成をおこなう場合、まず、高周波電極４部に、薄膜材料の元となるターゲット材料６を設置する。一方、ターゲット材料６に略対向する位置に、接地電極７および基板８を設置する。次に、基板処理装置６０を真空排気装置９により真空容器５０を真空状態にした後、アルゴンガスを流入させ、ガス圧が５Ｐａ程度になるように、真空排気装置９のバルブ１０およびアルゴンガス流量を調節する。この状態で高周波電極４に高周波電力を印加すると、放電場５でのアルゴンイオンがターゲット材料６に衝突し、ターゲット材料６から原子やクラスターが飛び出す。この原子やクラスターが基板８に付着することで薄膜が形成される。
【００１５】
なお、ガスの種類としては、アルゴンガスのみならず、形成したい膜の種類により窒素や酸素を合わせて導入してもよい。酸素や窒素を導入することで、例えば窒化物や酸化物の形成が可能となる。また、ターゲット材料６の背面に永久磁石を配置した場合には、高周波電力により発生する電界に対して略垂直方向の磁場を形成することで、低いガス圧力で放電場５を維持することが可能となる。ターゲット材料６として、金属以外の絶縁性材料、例えば、酸化珪素、窒化珪素、また別の酸化物などを用いた場合や、金属材料を用いて窒素や酸素を導入して酸化物や窒化物の薄膜を形成する場合には、ターゲット材料６の表面に、抵抗率の高い粒子（すなわち、絶縁性の物質）が付着するときがあり、局所的に放電状態が変化し、異常放電に至る場合がある。
【００１６】
ここでの異常放電とは、局所的に放電場の発光が強くなり、放電電流が局所的に集中してしまうことを指す。異常放電が発生すると放電場５の抵抗が極端に低下するので、整合器３でインピーダンスを調整できる範囲を超えてしまうことが通常であるので、異常放電が発生すると高周波電極４からの反射波電力が大きくなる。
【００１７】
反射波電力（「反射電力」と称してもよい）の測定には、高周波電源１と整合器３との間に単方向性結合器１１を設ける。単方向性結合器１１は、反射波電力１３の一部を取り出すことができる部品であり、取り出す電力の比率を一定に保つことができる。
【００１８】
単方向性結合器１１から取り出した反射波電力の一部は、反射波検波器１２に入力する。反射波検波器１２は、例えばダイオードなどの素子を用いて電力に比例した電圧を出力する役割を有している。すなわち、反射波検波器１２から出力される電圧は反射波電力１３に比例するので、反射波電力の値を把握することが可能となる。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１による反射波検波器１２を用いて測定した反射波電力１３の時間的変化を示す図である。図２に示すように、反射波電力１３が瞬間的に大きくなる場合と、反射波電力１３が持続的に大きい場合とがあり、このように、放電状態は多岐にわたっていることが判明した。発明者は、このような多岐にわたる放電状態を把握する手段として、図１に示す検知装置２を考案した。
【００２０】
先述したように、単方向性結合器１１および反射波検波器１２によって、電極からの反射波電力１３に比例した電圧が出力される。反射波検波器１２から出力された電圧の一方は、第１の比較器１５に入力され、他方は、反射波積分器１４に入力される。
【００２１】
以下、反射波積分器１４に関して説明する。図３は、オペアンプ１７で構成される積分器を示す図である。反射波積分器１４は、定められた時間間隔で、入力された電圧値の時間積分をおこない積分した値を出力する。例えば、図３に示される積分器は、抵抗１６、オペアンプ１７、容量１８、およびスイッチ１９を有して構成されている。ここで、スイッチ１９をＯＮ、ＯＦＦすることで、積分器に入力された電圧の積分時間を定めることができる。積分時間としては、例えば、０．００００１秒から０．０１秒程度の積分時間が適している。抵抗１６をスイッチト・キャパシタで置き換えてもよい。また、積分器の周波数特性を安定化させるために、容量１８に対して並列に抵抗を設置してもよい。
【００２２】
図４は、抵抗１６および容量１８で構成される積分器を示す図である。図４に示すように、抵抗１６および容量１８で構成された積分器を、反射波積分器１４として用いてもよい。図４に示される積分器の場合、高周波カットフィルタとして動作する。カットオフ周波数として０．１ｋＨｚから１００ＫＨｚの範囲を設定するのが望ましい。反射波積分器１４の出力は、第２の比較器２０に入力される。
【００２３】
以下、放電状態検知部７０の構成を詳細に説明する。放電状態検知部７０は、主たる構成として、第１の比較器１５、第２の比較器２０、論理回路２４、第１のカウンタ２３、および第２のカウンタ２５を有して構成されている。
【００２４】
第１の比較器１５は、反射波検波器１２からの電圧値と、予め設定された第１の設定値２１とを比較することによって、デジタル出力値を決定する。第１の比較器１５の出力は、論理回路２４に入力される。
【００２５】
第２の比較器２０は、反射波積分器１４からの電圧値と、予め設定された第２の設定値２２とを比較することによって、デジタル出力値を決定する。第２の比較器２０の出力は、第１のカウンタ２３に入力される。第１のカウンタ２３は、第２の比較器２０からのデジタル値変動回数をカウントする。
【００２６】
一方、論理回路２４は、第１の比較器１５から出力されたデジタル値と第２の比較器２０から出力されたデジタル値との論理演算を行い、その結果を第２のカウンタ２５に出力する。第２のカウンタ２５は、論理回路２４からの出力であるデジタル値変動回数をカウントする。
【００２７】
論理回路２４と、各比較器１５、２０と、各カウンタ２３、２５との関係を、より詳細に説明すると以下の通りである。
【００２８】
図５は、論理回路２４の出力を説明するための図である。図５には、第１の比較器１５および第２の比較器２０から出力されるデジタル値の組み合わせの一例が示されている。例えば、第１の比較器１５は、反射波検波器１２からの出力が第１の設定値２１より大きい場合、デジタル出力として１を出力し、第２の比較器２０は、反射波積分器１４からの出力が第２の設定値２２より大きい場合、デジタル出力として１を出力する。なお、第１の比較器１５の出力が０、かつ、第２の比較器２０からの出力が１となる確率が極めて小さくなるように、設定値２１、２２を設定する。
【００２９】
図５に示される放電状態１は、第１の比較器１５の出力と第２の比較器２０の出力が共に１であり、異常放電が継続している状態を表している。放電状態２は、第２の比較器２０の出力が０、第１の比較器１５の出力が１であり、異常放電が瞬間的に増大および減少している状態、すなわち、異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合をあらわしている。放電状態３は、第１の比較器１５の出力と第２の比較器２０の出力が共に０であり、異常放電が発生していない状態を表している。
【００３０】
上述した第１の比較器１５からの出力と第２の比較器２０からの出力とに対して排他的論理和の論理演算を行った場合、論理回路２４の出力は、図５に示す値となる。すなわち、放電状態２のみが１となる。従って、第１のカウンタ２３には、異常放電が継続する場合（放電状態１）の放電回数がカウントされ、第２のカウンタ２５には、異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合（放電状態２）の放電回数がカウントされる。すなわち、本実施の形態にかかる検知装置２は、異常放電が継続する場合と異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合とを、区別してカウントすることができる。
【００３１】
以上の構成により、本実施の形態にかかる検知装置２は、異常放電の状態に分けて、その発生回数をカウントすることができるため、異常放電の状態に合わせた制御方法を実現するための異常放電状態把握装置として機能しうる。
【００３２】
また、放電を開始する場合に、放電着火時の電力立ち上がりや反射波の変動を、異常放電と認識させない方法として、進行波電力がある設定値以上になるまで、もしくは、放電開始から一定時間は、第１のカウンタ２３および第２のカウンタ２５を無効とするのも有効な手段である。
【００３３】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる検知装置２は、反射波電力１３を入力として電圧値の積分値を出力する反射波積分器１４と、反射波電力１３の値が第１の設定値２１より大きい場合にデジタル値１を出力する第１の比較器１５と、反射波積分器１４からの出力が第２の設定値２２より大きい場合にデジタル値１を出力する第２の比較器２０と、第１の比較器１５および第２の比較器２０からの出力を論理演算する論理回路２４とを備えるようにしたので、継続的な異常放電の放電回数と瞬間的な異常放電の放電回数とをそれぞれカウントすることが可能である。従来技術では、異常放電の発生回数を検出することは可能であるが、異常放電の具体的な状態を把握することができないため、意図した条件から外れた放電処理を余儀なくされる場合があった。一方、本実施の形態にかかる検知装置２では、上述した構成により、異常放電の発生回数の検出のみならず、異常放電の状態を把握することが可能である。
【００３４】
実施の形態２．
本実施の形態にかかる放電状態検知装置２６は、進行波電力の値を可変しても、第１の設定値および第２の設定値を固定したままで、異常放電の状態を把握することができるように構成されている。以下、本実施の形態にかかる放電状態検知装置２６の構成を説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態２にかかる放電状態検知装置２６の構成を示す図である。高周波電源１は、検知装置２６と整合器３を介して、放電場を含む負荷２７に接続される。整合器３は、高周波電源１の電力が効率よく負荷２７に投入されるようにするため、高周波電源１の出力インピーダンスと負荷２７のインピーダンスとの整合をおこなう。なお、上述した負荷２７は、実施の形態１に示した基板処理装置６０を示すものである。
【００３６】
本実施の形態にかかる検知装置２６の動作を説明すると以下の通りである。高周波電源１と整合器３との間に双方向性結合器２８を設置する。双方向性結合器２８は、負荷２７への進行波電力の一部と、負荷２７からの反射波電力の一部とを取り出すことができる。
【００３７】
双方向性結合器２８から取り出された進行波電力は、進行波検波器２９に入力され、反射波電力は、反射波検波器３０に入力される。進行波検波器２９は、進行波電力を、当該電力に比例した電圧（第１の電圧）に変換する。反射波検波器３０は、反射波電力を、当該電力に比例した第２の電圧に変換する。以上の構成により、負荷２７への進行波電力および負荷２７からの反射波電力に比例した電圧が、進行波検波器２９および反射波検波器３０から出力される。
【００３８】
進行波検波器２９からの電圧値は、進行波積分器３１および第１の除算器３２に入力され、反射波検波器３０からの電圧値は、反射波積分器３３および第１の除算器３２に入力される。
【００３９】
なお、各積分器３１、３３の入力インピーダンスと、第１の除算器３２の入力インピーダンスとを、各検波器２９、３０の出力インピーダンスより極力大きくすることによって、各積分器３１、３３と第１の除算器３２とを並列に配置した場合であっても、各検波器２９、３０からの出力電圧変動を小さくすることができる。
【００４０】
進行波積分器３１は、定められた時間間隔で進行波検波器２９からの電圧値を積分し、積分した値（第３の電圧）として出力する。反射波積分器３３は、定められた時間間隔で反射波検波器３０からの電圧値を積分し、積分した値（第４の電圧）として出力する。なお、各積分器３１、３３の構成としては、実施の形態１で示した回路を用いるとよい。進行波積分器３１から出力された電圧と反射波積分器３３から出力された電圧は、共に第２の除算器３４に入力される。
【００４１】
以下、放電状態検知部７１の構成を詳細に説明する。放電状態検知部７１は、主たる構成として、第１の除算器３２、第２の除算器３４、第１の比較器３５、第２の比較器３７、論理回路４０、第１のカウンタ３９、および第２のカウンタ４１を有して構成されている。
【００４２】
第１の除算器３２は、進行波検波器２９からの電圧と、反射波検波器３０からの電圧とを用いて、進行波電力に対する反射波電力の比を算出して出力する。第２の除算器３４は、進行波積分器３１からの電圧と反射波積分器３３からの電圧とを用いて、進行波電力の積分値に対する反射波電力の積分値の比を算出して出力する。
【００４３】
第１の除算器３２から出力された値は、第１の比較器３５に入力される。第１の比較器３５は、第１の除算器３２から出力された値と、予め設定された第１の設定値３６と比較することによって、デジタル出力値を決定する。
【００４４】
第２の除算器３４から出力された値は、第２の比較器３７に入力される。第２の比較器３７は、第２の除算器３４から出力された値と、予め設定された第２の設定値３８と比較することよって、デジタル出力値を決定する。第２の比較器３７から出力された値は、第１のカウンタ３９に入力される。第１のカウンタ３９は、第２の比較器３７からのデジタル値変動回数をカウントする。
【００４５】
論理回路４０は、第１の比較器３５から出力されたデジタル値と、第２の比較器３７から出力されたデジタル値との論理演算を行い、その結果を第２のカウンタ４１に出力する。第２のカウンタ４１は、論理回路４０からの出力であるジタル値変動回数をカウントする。
【００４６】
論理回路４０と、各比較器３５、３７と、各カウンタ３９、４１との関係を、より詳細に説明すると以下の通りである。第１の比較器３５は、第１の除算器３２からの出力が第１の設定値３６より大きい場合に、デジタル出力として１を出力し、第２の比較器３７は、第２の除算器３４からの出力が第２の設定値３８より大きい場合に、デジタル出力として１を出力する。各比較器３５、３７から出力されるデジタル値の組み合わせは、実施の形態１で示した図５と同様である。なお、第１の比較器３５の出力が０であり、かつ、第２の比較器３７からの出力が１となる確率が極めて小さくなるように、各設定値３６、３８を設定する。
【００４７】
以下、図５の各値を、本実施の形態にかかる各構成要素の出力に読み替えて説明する。放電状態１は、第１の比較器３５の出力と第２の比較器３７の出力が共に１であり、異常放電が継続している状態を表している。放電状態２は、第２の比較器３７の出力が０であり、第１の比較器３５の出力が１である。すなわち、進行波電力に対する反射波電力の比が瞬間的に増大したことを表しており、換言すれば、瞬間的に異常放電が生成され消滅する場合をあらわしている。放電状態３は、第１の比較器３５の出力と第２の比較器３７の出力が共に０であり、異常放電が発生していない状態を表している。
【００４８】
論理回路４０の出力は、各比較器３５、３７の出力に対して排他的論理和の論理演算を行った場合、図５と同様の値となる。すなわち、放電状態２のみが１となる。従って、第１のカウンタ３９には、異常放電が継続する場合（放電状態１）の放電回数がカウントされ、第２のカウンタ４１には、異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合（放電状態２）の放電回数がカウントされる。すなわち、本実施の形態にかかる検知装置２６は、実施の形態１と同様に、異常放電が継続する場合と異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合とを、区別してカウントすることが可能である。
【００４９】
このように、検知装置２６には、進行波電力と反射波電力との比を算出する工程が付加されている。検知装置２６は、進行波電力と反射波電力との比を算出することによって、進行波電力の値を可変した場合には、正常な反射波電力のレベルが変動するため、各比較器３５、３７の各設定値３６、３８を固定したままでも、異常放電の状態を区別することが可能である。一方、反射波電力のみで比較する場合には、各比較器３５、３７の各設定値３６、３８を変更する必要ある。本実施の形態にかかる検知装置２６は、進行波電力と反射波電力との比を算出することで、進行波電力の値を可変しても、各設定値３６、３８を固定したまま異常放電の状態を区別できるというメリットがある。
【００５０】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる検知装置２６は、進行波電力の積分値を出力する進行波積分器３１と、反射波電力の積分値を出力する反射波積分器３３と、進行波電力に対する反射波電力の比を出力する第１の除算器３２と、進行波電力の積分値に対する反射波電力の積分値の比を出力する第２の除算器３４と、第１の除算器３２からの出力が第１の設定値３６より大きい場合にデジタル値１を出力する第１の比較器３５と、第２の除算器３４からの出力が第２の設定値３８より大きい場合にデジタル値１を出力する第２の比較器３７と、第１の比較器３５および第２の比較器３７からの出力を論理演算する論理回路４０と、を備えるようにしたので、例えば、進行波電力の値が変動した場合には、進行波電力に応じて反射波電力も増減するため、第１の設定値３６および第２の設定値３８を固定したままで、異常放電の状態を把握することが可能である。
【００５１】
実施の形態３．
本実施の形態にかかる放電状態検知装置４２は、異常放電の状態を定量的に表示することができるように構成されている。以下、本実施の形態にかかる放電状態検知装置４２の構成を説明する。なお、実施の形態１および２と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００５２】
図７は、本発明の実施の形態３にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。高周波電源１、双方向性結合器２８、整合器３、負荷２７、進行波検波器２９、および反射波検波器３０の構成は、実施の形態２と同様と同様である。以下、実施の形態１および２と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００５３】
進行波検波器２９からの電圧値および反射波検波器３０からの電圧値は、複数の積分器の組で構成された積分器群４３に入力される。積分器群４３を構成する各積分器は、例えば、実施の形態１の図４に示される抵抗１６および容量１８で構成される回路である。各積分器は、抵抗値および容量値を個々に設定することによって、カットオフ周波数を独立して設定可能である。
【００５４】
積分器群４３からの出力は、複数の除算器の組で構成された除算器群４４に入力される。除算器群４４は、進行波電力を積分した値に対する反射波電力を積分した値の比を算出して出力する。なお、反射波検波器３０および進行波検波器２９からの出力を、直接、除算器群４４に入力する経路を設けてもよい。
【００５５】
除算器群４４からの出力は、複数の比較器の組で構成された比較器群４５に入力される。比較器群４５は、予め設定された値（設定値）と、比較器群４５からの出力との比較を行い、その結果を全加算器４６に出力する。全加算器４６は、比較器群４５からの出力に応じたビット信号を計算する。なお、図７に示される全加算器４６は、比較器群４５からの出力数に応じて個数を増やしてもよい。
【００５６】
進数変換部４７は、全加算器４６からの出力値（２進数）を１０進数に変換し、１０進数の値として出力する。
【００５７】
以下、具体例で説明すると、たとえば、比較器において、除算器から入力される値が予め設定された設定値より大きい場合に１を出力するとする。異常放電が常時継続する場合には、全ての比較器からの出力は１となる。従って、進数変換部４７から出力される値は、異常放電が無い場合に比べ大きい値となる。異常放電が瞬間的に消滅する場合には、積分器群４３からの出力は、カットオフ周波数が小さくなるに従い小さくなるので、１が出力される比較器の個数は、異常放電が継続する場合に比べて少なくなる。従って、進数変換部４７から出力される値は、異常放電が継続する場合に比べて小さくなる。
【００５８】
進数変換部４７からの出力値は、進行波電力および反射波電力の変動について周波数成分を表したものであり、全加算器４６の設定の方法により、異常放電の状況に応じた数字を出力できるので、ユーザーに対して視覚的に放電状態を知らせることが可能となる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる検知装置４２は、カットオフ周波数が個々に設定された複数の積分器と、複数の除算器と、複数の比較器と、各比較器からの出力値を加算する全加算器４６と、進数変換を行い異常放電の状況に応じた数字を出力する進数変換部４７とを備えるようにしたので、異常放電の状態を定量的に表示することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明は、放電を利用して基板に所定の処理を施す基板処理装置で発生する異常放電を検出する放電状態検知装置および放電状態検知方法に適用可能であり、特に、異常放電の状態を把握することが可能な発明として有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 高周波電源
２，２６，４２ 放電状態検知装置
３ 整合器
４ 高周波電極
５ 放電場
６ ターゲット材料
７ 接地電極
８ 基板
９ 真空排気装置
１０ バルブ
１１ 単方向性結合器
１２，３０ 反射波検波器
１３ 反射波電力
１４，３３ 反射波積分器
１５，３５ 第１の比較器
１６ 抵抗
１７ オペアンプ
１８ 容量
１９ スイッチ
２０，３７ 第２の比較器
２１，３６ 第１の設定値
２２，３８ 第２の設定値
２３，３９ 第１のカウンタ
２４，４０ 論理回路
２５，４１ 第２のカウンタ
２７ 負荷
２８ 双方向性結合器
２９ 進行波検波器
３１ 進行波積分器
３２ 第１の除算器
３４ 第２の除算器
４３ 積分器群
４４ 除算器群
４５ 比較器群
４６ 全加算器
４７ 進数変換部
５０ 真空容器
６０ 基板処理装置
７０，７１ 放電状態検知部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放電を利用して基板に所定の処理を施す基板処理装置で発生する異常放電を検出する放電状態検知装置および放電状態検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電を利用した基板処理装置は、真空排気装置を用いて真空容器内を真空排気し、ガスを少量導入して電極間に電圧を印加することで電極間に放電場を生成させ、電極におかれた基板に処理を施すものである。例えば、基板に薄膜を形成したい場合では、薄膜の材料となるターゲット材料に電圧を印加する。
【０００３】
ここで、ターゲット材料の直下に磁石を配置することで放電場を高密度に閉じ込めることができ、一般にこの技術はマグネトロン放電と呼ばれる。マグネトロン放電を用いた場合、ターゲット材料が絶縁性や半導電性材料などの金属以外の材料であるときには、ターゲット材料に数ＭＨｚ以上の高周波電力を印加する必要がある。この理由は、直流電圧を印加するとターゲット材料表面が帯電し放電が停止してしまう為である。抵抗率の高い材料を成膜する場合、放電処理中にターゲット材料表面に絶縁性の物質が付着すると、局所的に電界集中が発生し、局所的なアーク放電が発生する場合がある。このアーク放電は、基板を処理する上で好ましくないので、アーク放電を速やかに検知し、対策をおこなうことが必要となる。
【０００４】
このような問題を解決する手段として、下記特許文献１には、放電状態について、電極への高周波電力の進行波と電極からの反射波との電力について比を算出し、閾値と比較することで、放電の立ち上がりと立ち下がりと異常放電とを区別して、異常放電の検知をおこなう手法が開示されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、放電立ち上がり、放電安定時、放電立下りに対して、１ｍｓｅｃや２ｍｓｅｃ程度の細かいサンプリング時間で、反射波の電力やプラズマインピーダンス値を測定し、予め設定した閾値を超えているか否かで異常放電を検知する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２０９２３号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献に示される放電状態検知方法を用いた場合、放電の立ち上がりと異常放電との区別をつけることが可能だが、ターゲット材料やガスの種類によっては、放電が継続している間において異常放電が検知される頻度が非常に高くなる場合があり、異常放電と判定された時に作動させる異常放電の抑制装置を高い頻度で作動し、当該抑制装置の応答性によっては、常時抑制装置が作動するときがある。すなわち、上記特許文献による手法では、異常放電の発生回数を検出することは可能であるが、異常放電の具体的な状態を把握することができないため、意図した条件から外れた放電処理を余儀なくされる場合があるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異常放電の発生回数の検出のみならず、異常放電の状態を把握することが可能な放電状態検知装置および放電状態検知方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し電圧として出力する反射波検波器と、前記反射波検波器からの電圧を積分する積分器と、瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値と前記反射波検波器からの電圧とを比較した結果と、継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値と前記積分器で積分された電圧とを比較した結果と、に応じて、前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントする放電状態検知部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、瞬時に消滅する異常放電と持続する異常放電とを区別して検出するようにしたので、異常放電の発生回数の検出のみならず、異常放電の状態を把握することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１による反射波検波器を用いて測定した反射波電力の時間的変化を示す図である。
【図３】図３は、オペアンプで構成される積分器を示す図である。
【図４】図４は、抵抗および容量で構成される積分器を示す図である。
【図５】図５は、論理回路の出力を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる放電状態検知装置および放電状態検知方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。高周波電源１は、放電状態検知装置（以下単に「検知装置」と称する）２および整合器３を介して、基板処理装置（「放電処理装置」と称してもよい）６０の高周波電極４に接続される。整合器３においては、高周波電源１の出力インピーダンスと、基板処理装置６０における放電場５および高周波電極４でのインピーダンスとの整合をおこない、高周波電源４の電力を効率よく放電場５に投入する役割を有している。
【００１４】
たとえば、基板処理装置６０を用いて薄膜材料形成をおこなう場合、まず、高周波電極４部に、薄膜材料の元となるターゲット材料６を設置する。一方、ターゲット材料６に略対向する位置に、接地電極７および基板８を設置する。次に、基板処理装置６０を真空排気装置９により真空容器５０を真空状態にした後、アルゴンガスを流入させ、ガス圧が５Ｐａ程度になるように、真空排気装置９のバルブ１０およびアルゴンガス流量を調節する。この状態で高周波電極４に高周波電力を印加すると、放電場５でのアルゴンイオンがターゲット材料６に衝突し、ターゲット材料６から原子やクラスターが飛び出す。この原子やクラスターが基板８に付着することで薄膜が形成される。
【００１５】
なお、ガスの種類としては、アルゴンガスのみならず、形成したい膜の種類により窒素や酸素を合わせて導入してもよい。酸素や窒素を導入することで、例えば窒化物や酸化物の形成が可能となる。また、ターゲット材料６の背面に永久磁石を配置した場合には、高周波電力により発生する電界に対して略垂直方向の磁場を形成することで、低いガス圧力で放電場５を維持することが可能となる。ターゲット材料６として、金属以外の絶縁性材料、例えば、酸化珪素、窒化珪素、また別の酸化物などを用いた場合や、金属材料を用いて窒素や酸素を導入して酸化物や窒化物の薄膜を形成する場合には、ターゲット材料６の表面に、抵抗率の高い粒子（すなわち、絶縁性の物質）が付着するときがあり、局所的に放電状態が変化し、異常放電に至る場合がある。
【００１６】
ここでの異常放電とは、局所的に放電場の発光が強くなり、放電電流が局所的に集中してしまうことを指す。異常放電が発生すると放電場５の抵抗が極端に低下するので、整合器３でインピーダンスを調整できる範囲を超えてしまうことが通常であるので、異常放電が発生すると高周波電極４からの反射波電力が大きくなる。
【００１７】
反射波電力（「反射電力」と称してもよい）の測定には、高周波電源１と整合器３との間に単方向性結合器１１を設ける。単方向性結合器１１は、反射波電力１３の一部を取り出すことができる部品であり、取り出す電力の比率を一定に保つことができる。
【００１８】
単方向性結合器１１から取り出した反射波電力の一部は、反射波検波器１２に入力する。反射波検波器１２は、例えばダイオードなどの素子を用いて電力に比例した電圧を出力する役割を有している。すなわち、反射波検波器１２から出力される電圧は反射波電力１３に比例するので、反射波電力の値を把握することが可能となる。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１による反射波検波器１２を用いて測定した反射波電力１３の時間的変化を示す図である。図２に示すように、反射波電力１３が瞬間的に大きくなる場合と、反射波電力１３が持続的に大きい場合とがあり、このように、放電状態は多岐にわたっていることが判明した。発明者は、このような多岐にわたる放電状態を把握する手段として、図１に示す検知装置２を考案した。
【００２０】
先述したように、単方向性結合器１１および反射波検波器１２によって、電極からの反射波電力１３に比例した電圧が出力される。反射波検波器１２から出力された電圧の一方は、第１の比較器１５に入力され、他方は、反射波積分器１４に入力される。
【００２１】
以下、反射波積分器１４に関して説明する。図３は、オペアンプ１７で構成される積分器を示す図である。反射波積分器１４は、定められた時間間隔で、入力された電圧値の時間積分をおこない積分した値を出力する。例えば、図３に示される積分器は、抵抗１６、オペアンプ１７、容量１８、およびスイッチ１９を有して構成されている。ここで、スイッチ１９をＯＮ、ＯＦＦすることで、積分器に入力された電圧の積分時間を定めることができる。積分時間としては、例えば、０．００００１秒から０．０１秒程度の積分時間が適している。抵抗１６をスイッチト・キャパシタで置き換えてもよい。また、積分器の周波数特性を安定化させるために、容量１８に対して並列に抵抗を設置してもよい。
【００２２】
図４は、抵抗１６および容量１８で構成される積分器を示す図である。図４に示すように、抵抗１６および容量１８で構成された積分器を、反射波積分器１４として用いてもよい。図４に示される積分器の場合、高周波カットフィルタとして動作する。カットオフ周波数として０．１ｋＨｚから１００ＫＨｚの範囲を設定するのが望ましい。反射波積分器１４の出力は、第２の比較器２０に入力される。
【００２３】
以下、放電状態検知部７０の構成を詳細に説明する。放電状態検知部７０は、主たる構成として、第１の比較器１５、第２の比較器２０、論理回路２４、第１のカウンタ２３、および第２のカウンタ２５を有して構成されている。
【００２４】
第１の比較器１５は、反射波検波器１２からの電圧値と、予め設定された第１の設定値２１とを比較することによって、デジタル出力値を決定する。第１の比較器１５の出力は、論理回路２４に入力される。
【００２５】
第２の比較器２０は、反射波積分器１４からの電圧値と、予め設定された第２の設定値２２とを比較することによって、デジタル出力値を決定する。第２の比較器２０の出力は、第１のカウンタ２３に入力される。第１のカウンタ２３は、第２の比較器２０からのデジタル値変動回数をカウントする。
【００２６】
一方、論理回路２４は、第１の比較器１５から出力されたデジタル値と第２の比較器２０から出力されたデジタル値との論理演算を行い、その結果を第２のカウンタ２５に出力する。第２のカウンタ２５は、論理回路２４からの出力であるデジタル値変動回数をカウントする。
【００２７】
論理回路２４と、各比較器１５、２０と、各カウンタ２３、２５との関係を、より詳細に説明すると以下の通りである。
【００２８】
図５は、論理回路２４の出力を説明するための図である。図５には、第１の比較器１５および第２の比較器２０から出力されるデジタル値の組み合わせの一例が示されている。例えば、第１の比較器１５は、反射波検波器１２からの出力が第１の設定値２１より大きい場合、デジタル出力として１を出力し、第２の比較器２０は、反射波積分器１４からの出力が第２の設定値２２より大きい場合、デジタル出力として１を出力する。なお、第１の比較器１５の出力が０、かつ、第２の比較器２０からの出力が１となる確率が極めて小さくなるように、設定値２１、２２を設定する。
【００２９】
図５に示される放電状態１は、第１の比較器１５の出力と第２の比較器２０の出力が共に１であり、異常放電が継続している状態を表している。放電状態２は、第２の比較器２０の出力が０、第１の比較器１５の出力が１であり、異常放電が瞬間的に増大および減少している状態、すなわち、異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合をあらわしている。放電状態３は、第１の比較器１５の出力と第２の比較器２０の出力が共に０であり、異常放電が発生していない状態を表している。
【００３０】
上述した第１の比較器１５からの出力と第２の比較器２０からの出力とに対して排他的論理和の論理演算を行った場合、論理回路２４の出力は、図５に示す値となる。すなわち、放電状態２のみが１となる。従って、第１のカウンタ２３には、異常放電が継続する場合（放電状態１）の放電回数がカウントされ、第２のカウンタ２５には、異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合（放電状態２）の放電回数がカウントされる。すなわち、本実施の形態にかかる検知装置２は、異常放電が継続する場合と異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合とを、区別してカウントすることができる。
【００３１】
以上の構成により、本実施の形態にかかる検知装置２は、異常放電の状態に分けて、その発生回数をカウントすることができるため、異常放電の状態に合わせた制御方法を実現するための異常放電状態把握装置として機能しうる。
【００３２】
また、放電を開始する場合に、放電着火時の電力立ち上がりや反射波の変動を、異常放電と認識させない方法として、進行波電力がある設定値以上になるまで、もしくは、放電開始から一定時間は、第１のカウンタ２３および第２のカウンタ２５を無効とするのも有効な手段である。
【００３３】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる検知装置２は、反射波電力１３を入力として電圧値の積分値を出力する反射波積分器１４と、反射波電力１３の値が第１の設定値２１より大きい場合にデジタル値１を出力する第１の比較器１５と、反射波積分器１４からの出力が第２の設定値２２より大きい場合にデジタル値１を出力する第２の比較器２０と、第１の比較器１５および第２の比較器２０からの出力を論理演算する論理回路２４とを備えるようにしたので、継続的な異常放電の放電回数と瞬間的な異常放電の放電回数とをそれぞれカウントすることが可能である。従来技術では、異常放電の発生回数を検出することは可能であるが、異常放電の具体的な状態を把握することができないため、意図した条件から外れた放電処理を余儀なくされる場合があった。一方、本実施の形態にかかる検知装置２では、上述した構成により、異常放電の発生回数の検出のみならず、異常放電の状態を把握することが可能である。
【００３４】
実施の形態２．
本実施の形態にかかる放電状態検知装置２６は、進行波電力の値を可変しても、第１の設定値および第２の設定値を固定したままで、異常放電の状態を把握することができるように構成されている。以下、本実施の形態にかかる放電状態検知装置２６の構成を説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００３５】
図６は、本発明の実施の形態２にかかる放電状態検知装置２６の構成を示す図である。高周波電源１は、検知装置２６と整合器３を介して、放電場を含む負荷２７に接続される。整合器３は、高周波電源１の電力が効率よく負荷２７に投入されるようにするため、高周波電源１の出力インピーダンスと負荷２７のインピーダンスとの整合をおこなう。なお、上述した負荷２７は、実施の形態１に示した基板処理装置６０を示すものである。
【００３６】
本実施の形態にかかる検知装置２６の動作を説明すると以下の通りである。高周波電源１と整合器３との間に双方向性結合器２８を設置する。双方向性結合器２８は、負荷２７への進行波電力の一部と、負荷２７からの反射波電力の一部とを取り出すことができる。
【００３７】
双方向性結合器２８から取り出された進行波電力は、進行波検波器２９に入力され、反射波電力は、反射波検波器３０に入力される。進行波検波器２９は、進行波電力を、当該電力に比例した電圧（第１の電圧）に変換する。反射波検波器３０は、反射波電力を、当該電力に比例した第２の電圧に変換する。以上の構成により、負荷２７への進行波電力および負荷２７からの反射波電力に比例した電圧が、進行波検波器２９および反射波検波器３０から出力される。
【００３８】
進行波検波器２９からの電圧値は、進行波積分器３１および第１の除算器３２に入力され、反射波検波器３０からの電圧値は、反射波積分器３３および第１の除算器３２に入力される。
【００３９】
なお、各積分器３１、３３の入力インピーダンスと、第１の除算器３２の入力インピーダンスとを、各検波器２９、３０の出力インピーダンスより極力大きくすることによって、各積分器３１、３３と第１の除算器３２とを並列に配置した場合であっても、各検波器２９、３０からの出力電圧変動を小さくすることができる。
【００４０】
進行波積分器３１は、定められた時間間隔で進行波検波器２９からの電圧値を積分し、積分した値（第３の電圧）として出力する。反射波積分器３３は、定められた時間間隔で反射波検波器３０からの電圧値を積分し、積分した値（第４の電圧）として出力する。なお、各積分器３１、３３の構成としては、実施の形態１で示した回路を用いるとよい。進行波積分器３１から出力された電圧と反射波積分器３３から出力された電圧は、共に第２の除算器３４に入力される。
【００４１】
以下、放電状態検知部７１の構成を詳細に説明する。放電状態検知部７１は、主たる構成として、第１の除算器３２、第２の除算器３４、第１の比較器３５、第２の比較器３７、論理回路４０、第１のカウンタ３９、および第２のカウンタ４１を有して構成されている。
【００４２】
第１の除算器３２は、進行波検波器２９からの電圧と、反射波検波器３０からの電圧とを用いて、進行波電力に対する反射波電力の比を算出して出力する。第２の除算器３４は、進行波積分器３１からの電圧と反射波積分器３３からの電圧とを用いて、進行波電力の積分値に対する反射波電力の積分値の比を算出して出力する。
【００４３】
第１の除算器３２から出力された値は、第１の比較器３５に入力される。第１の比較器３５は、第１の除算器３２から出力された値と、予め設定された第１の設定値３６と比較することによって、デジタル出力値を決定する。
【００４４】
第２の除算器３４から出力された値は、第２の比較器３７に入力される。第２の比較器３７は、第２の除算器３４から出力された値と、予め設定された第２の設定値３８と比較することよって、デジタル出力値を決定する。第２の比較器３７から出力された値は、第１のカウンタ３９に入力される。第１のカウンタ３９は、第２の比較器３７からのデジタル値変動回数をカウントする。
【００４５】
論理回路４０は、第１の比較器３５から出力されたデジタル値と、第２の比較器３７から出力されたデジタル値との論理演算を行い、その結果を第２のカウンタ４１に出力する。第２のカウンタ４１は、論理回路４０からの出力であるジタル値変動回数をカウントする。
【００４６】
論理回路４０と、各比較器３５、３７と、各カウンタ３９、４１との関係を、より詳細に説明すると以下の通りである。第１の比較器３５は、第１の除算器３２からの出力が第１の設定値３６より大きい場合に、デジタル出力として１を出力し、第２の比較器３７は、第２の除算器３４からの出力が第２の設定値３８より大きい場合に、デジタル出力として１を出力する。各比較器３５、３７から出力されるデジタル値の組み合わせは、実施の形態１で示した図５と同様である。なお、第１の比較器３５の出力が０であり、かつ、第２の比較器３７からの出力が１となる確率が極めて小さくなるように、各設定値３６、３８を設定する。
【００４７】
以下、図５の各値を、本実施の形態にかかる各構成要素の出力に読み替えて説明する。放電状態１は、第１の比較器３５の出力と第２の比較器３７の出力が共に１であり、異常放電が継続している状態を表している。放電状態２は、第２の比較器３７の出力が０であり、第１の比較器３５の出力が１である。すなわち、進行波電力に対する反射波電力の比が瞬間的に増大したことを表しており、換言すれば、瞬間的に異常放電が生成され消滅する場合をあらわしている。放電状態３は、第１の比較器３５の出力と第２の比較器３７の出力が共に０であり、異常放電が発生していない状態を表している。
【００４８】
論理回路４０の出力は、各比較器３５、３７の出力に対して排他的論理和の論理演算を行った場合、図５と同様の値となる。すなわち、放電状態２のみが１となる。従って、第１のカウンタ３９には、異常放電が継続する場合（放電状態１）の放電回数がカウントされ、第２のカウンタ４１には、異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合（放電状態２）の放電回数がカウントされる。すなわち、本実施の形態にかかる検知装置２６は、実施の形態１と同様に、異常放電が継続する場合と異常放電が瞬間的に発生して消滅する場合とを、区別してカウントすることが可能である。
【００４９】
このように、検知装置２６には、進行波電力と反射波電力との比を算出する工程が付加されている。検知装置２６は、進行波電力と反射波電力との比を算出することによって、進行波電力の値を可変した場合には、正常な反射波電力のレベルが変動するため、各比較器３５、３７の各設定値３６、３８を固定したままでも、異常放電の状態を区別することが可能である。一方、反射波電力のみで比較する場合には、各比較器３５、３７の各設定値３６、３８を変更する必要ある。本実施の形態にかかる検知装置２６は、進行波電力と反射波電力との比を算出することで、進行波電力の値を可変しても、各設定値３６、３８を固定したまま異常放電の状態を区別できるというメリットがある。
【００５０】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる検知装置２６は、進行波電力の積分値を出力する進行波積分器３１と、反射波電力の積分値を出力する反射波積分器３３と、進行波電力に対する反射波電力の比を出力する第１の除算器３２と、進行波電力の積分値に対する反射波電力の積分値の比を出力する第２の除算器３４と、第１の除算器３２からの出力が第１の設定値３６より大きい場合にデジタル値１を出力する第１の比較器３５と、第２の除算器３４からの出力が第２の設定値３８より大きい場合にデジタル値１を出力する第２の比較器３７と、第１の比較器３５および第２の比較器３７からの出力を論理演算する論理回路４０と、を備えるようにしたので、例えば、進行波電力の値が変動した場合には、進行波電力に応じて反射波電力も増減するため、第１の設定値３６および第２の設定値３８を固定したままで、異常放電の状態を把握することが可能である。
【００５１】
実施の形態３．
本実施の形態にかかる放電状態検知装置４２は、異常放電の状態を定量的に表示することができるように構成されている。以下、本実施の形態にかかる放電状態検知装置４２の構成を説明する。なお、実施の形態１および２と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００５２】
図７は、本発明の実施の形態３にかかる放電状態検知装置の構成を示す図である。高周波電源１、双方向性結合器２８、整合器３、負荷２７、進行波検波器２９、および反射波検波器３０の構成は、実施の形態２と同様と同様である。以下、実施の形態１および２と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
【００５３】
進行波検波器２９からの電圧値および反射波検波器３０からの電圧値は、複数の積分器の組で構成された積分器群４３に入力される。積分器群４３を構成する各積分器は、例えば、実施の形態１の図４に示される抵抗１６および容量１８で構成される回路である。各積分器は、抵抗値および容量値を個々に設定することによって、カットオフ周波数を独立して設定可能である。
【００５４】
積分器群４３からの出力は、複数の除算器の組で構成された除算器群４４に入力される。除算器群４４は、進行波電力を積分した値に対する反射波電力を積分した値の比を算出して出力する。なお、反射波検波器３０および進行波検波器２９からの出力を、直接、除算器群４４に入力する経路を設けてもよい。
【００５５】
除算器群４４からの出力は、複数の比較器の組で構成された比較器群４５に入力される。比較器群４５は、予め設定された値（設定値）と、比較器群４５からの出力との比較を行い、その結果を全加算器４６に出力する。全加算器４６は、比較器群４５からの出力に応じたビット信号を計算する。なお、図７に示される全加算器４６は、比較器群４５からの出力数に応じて個数を増やしてもよい。
【００５６】
進数変換部４７は、全加算器４６からの出力値（２進数）を１０進数に変換し、１０進数の値として出力する。
【００５７】
以下、具体例で説明すると、たとえば、比較器において、除算器から入力される値が予め設定された設定値より大きい場合に１を出力するとする。異常放電が常時継続する場合には、全ての比較器からの出力は１となる。従って、進数変換部４７から出力される値は、異常放電が無い場合に比べ大きい値となる。異常放電が瞬間的に消滅する場合には、積分器群４３からの出力は、カットオフ周波数が小さくなるに従い小さくなるので、１が出力される比較器の個数は、異常放電が継続する場合に比べて少なくなる。従って、進数変換部４７から出力される値は、異常放電が継続する場合に比べて小さくなる。
【００５８】
進数変換部４７からの出力値は、進行波電力および反射波電力の変動について周波数成分を表したものであり、全加算器４６の設定の方法により、異常放電の状況に応じた数字を出力できるので、ユーザーに対して視覚的に放電状態を知らせることが可能となる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる検知装置４２は、カットオフ周波数が個々に設定された複数の積分器と、複数の除算器と、複数の比較器と、各比較器からの出力値を加算する全加算器４６と、進数変換を行い異常放電の状況に応じた数字を出力する進数変換部４７とを備えるようにしたので、異常放電の状態を定量的に表示することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明は、放電を利用して基板に所定の処理を施す基板処理装置で発生する異常放電を検出する放電状態検知装置および放電状態検知方法に適用可能であり、特に、異常放電の状態を把握することが可能な発明として有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 高周波電源
２，２６，４２ 放電状態検知装置
３ 整合器
４ 高周波電極
５ 放電場
６ ターゲット材料
７ 接地電極
８ 基板
９ 真空排気装置
１０ バルブ
１１ 単方向性結合器
１２，３０ 反射波検波器
１３ 反射波電力
１４，３３ 反射波積分器
１５，３５ 第１の比較器
１６ 抵抗
１７ オペアンプ
１８ 容量
１９ スイッチ
２０，３７ 第２の比較器
２１，３６ 第１の設定値
２２，３８ 第２の設定値
２３，３９ 第１のカウンタ
２４，４０ 論理回路
２５，４１ 第２のカウンタ
２７ 負荷
２８ 双方向性結合器
２９ 進行波検波器
３１ 進行波積分器
３２ 第１の除算器
３４ 第２の除算器
４３ 積分器群
４４ 除算器群
４５ 比較器群
４６ 全加算器
４７ 進数変換部
５０ 真空容器
６０ 基板処理装置
７０，７１ 放電状態検知部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し電圧として出力する反射波検波器と、
前記反射波検波器からの電圧を積分する積分器と、
瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値と前記反射波検波器からの電圧とを比較した結果と、継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値と前記積分器で積分された電圧とを比較した結果と、に応じて、前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントする放電状態検知部と、
を備えたことを特徴とする放電状態検知装置。
【請求項２】
前記放電状態検知部は、
前記反射波検波器からの電圧の値と前記第１の設定値とを比較し、前記反射波検波器からの電圧の値が前記第１の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第１の比較器と、
前記積分された電圧の値と前記第２の設定値とを比較し、前記積分された電圧の値が前記第２の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第２の比較器と、
前記第２の比較器から出力された信号に応じて前記継続的な放電をカウントする第１のカウントと、
前記第１の比較器および前記第２の比較器から出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算部と、
前記演算部から出力された信号に応じて前記瞬間的な放電をカウントする第２のカウントと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電状態検知装置。
【請求項３】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知方法において、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出する反射波検波ステップと、
前記反射波検波ステップにて検出された反射波電力を電圧に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにて変換された電圧を積分する積分ステップと、
前記変換ステップにて変換された電圧と瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値とを比較する第１の比較ステップと、
前記積分ステップにて積分された電圧と継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値とを比較する第２の比較ステップと、
前記第１の比較ステップおよび前記第２の比較ステップから出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算ステップと、
前記継続的な放電の数と前記瞬間的な放電の数とをカウントするステップと、
を含むことを特徴とする放電状態検知方法。
【請求項４】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出し第１の電圧として出力する進行波検波器と、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し第２の電圧として出力する反射波検波器と、
前記進行波検波器からの電圧を積分し第３の電圧として出力する進行波積分器と、
前記反射波検波器からの電圧を積分し第４の電圧として出力する反射波積分器と、
前記第１の電圧に対する前記第２の電圧の比を示す値と瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値とを比較した結果と、前記第３の電圧に対する前記第４の電圧の比を示す値と継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値とを比較した結果と、に応じて、前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントする放電状態検知部と、
を備えたことを特徴とする放電状態検知装置。
【請求項５】
前記放電状態検知部は、
前記第１の電圧に対する前記第２の電圧の比を示す値を算出する第１の除算器と、
前記第３の電圧に対する前記第４の電圧の比を示す値を算出する第２の除算器と、
前記第１の除算器からの値と前記第１の設定値とを比較し、前記第１の除算器からの電圧の値が前記第１の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第１の比較器と、
前記第２の除算器からの値と前記第２の設定値とを比較し、前記第２の除算器からの電圧の値が前記第２の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第２の比較器と、
前記第２の比較器から出力された信号に応じて前記継続的な放電をカウントする第１のカウントと、
前記第１の比較器および前記第２の比較器から出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算部と、
前記演算部から出力された信号に応じて前記瞬間的な放電をカウントする第２のカウントと、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の放電状態検知装置。
【請求項６】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知方法において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出し第１の電圧として出力する進行波検波ステップと、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し第２の電圧として出力する反射波検波ステップと、
前記進行波検波ステップからの前記第１の電圧を積分し第３の電圧として出力する進行波積分ステップと、
前記反射波検波ステップからの前記第２の電圧を積分し第４の電圧として出力する反射波積分ステップと、
前記第１の電圧に対する前記第２の電圧の比を示す値と瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値とを比較する第１の比較ステップと、
前記第３の電圧に対する前記第４の電圧の比を示す値と継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値とを比較する第２の比較ステップと、
前記第１の比較ステップおよび前記第２の比較ステップから出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算ステップと、
前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントするステップと、
を含むことを特徴とする放電状態検知方法。
【請求項７】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出する進行波検波器と、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出する反射波検波器と、
前記進行波検波器で検出された電圧を所定時間積分する複数の進行波積分器と、
前記反射波検波器で検出された電圧を所定時間積分する複数の反射波積分器と、
前記進行波積分器からの出力と前記反射波積分器からの出力の比を算出する複数の除算器と、
前記各除算器からの電圧の値と所定の設定値とを比較し、前記各除算器からの電圧の値が前記所定の設定値を上回ったことを示す信号を出力する複数の比較器と、
前記各比較器からの出力値を加算する全加算器と、
前記全加算器の進数変換をおこなう進数変換機と、
を備えたことを特徴とする放電状態検知装置。
【請求項８】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知方法において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出する進行波検波ステップと、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出する反射波検波ステップと、
前記進行波検波ステップからの電圧を積分する進行波積分ステップと、
前記反射波検波ステップから電圧を積分する反射波積分ステップと、
前記進行波積分ステップにて積分された電圧と前記反射波積分ステップにて積分された電圧との比を示す値と、所定の設定値と、を比較する比較ステップと、
前記比較ステップにて前記所定の設定値を上回った値を加算する加算ステップと、
前記加算ステップにて加算された値の進数変換をおこなう変換機ステップと、
を含むことを特徴とする放電状態検知方法。
【請求項１】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し電圧として出力する反射波検波器と、
前記反射波検波器からの電圧を積分する積分器と、
瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値と前記反射波検波器からの電圧とを比較した結果と、継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値と前記積分器で積分された電圧とを比較した結果と、に応じて、前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントする放電状態検知部と、
を備えたことを特徴とする放電状態検知装置。
【請求項２】
前記放電状態検知部は、
前記反射波検波器からの電圧の値と前記第１の設定値とを比較し、前記反射波検波器からの電圧の値が前記第１の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第１の比較器と、
前記積分された電圧の値と前記第２の設定値とを比較し、前記積分された電圧の値が前記第２の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第２の比較器と、
前記第２の比較器から出力された信号に応じて前記継続的な放電をカウントする第１のカウントと、
前記第１の比較器および前記第２の比較器から出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算部と、
前記演算部から出力された信号に応じて前記瞬間的な放電をカウントする第２のカウントと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電状態検知装置。
【請求項３】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知方法において、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出する反射波検波ステップと、
前記反射波検波ステップにて検出された反射波電力を電圧に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにて変換された電圧を積分する積分ステップと、
前記変換ステップにて変換された電圧と瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値とを比較する第１の比較ステップと、
前記積分ステップにて積分された電圧と継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値とを比較する第２の比較ステップと、
前記第１の比較ステップおよび前記第２の比較ステップから出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算ステップと、
前記継続的な放電の数と前記瞬間的な放電の数とをカウントするステップと、
を含むことを特徴とする放電状態検知方法。
【請求項４】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出し第１の電圧として出力する進行波検波器と、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し第２の電圧として出力する反射波検波器と、
前記進行波検波器からの電圧を積分し第３の電圧として出力する進行波積分器と、
前記反射波検波器からの電圧を積分し第４の電圧として出力する反射波積分器と、
前記第１の電圧に対する前記第２の電圧の比を示す値と瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値とを比較した結果と、前記第３の電圧に対する前記第４の電圧の比を示す値と継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値とを比較した結果と、に応じて、前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントする放電状態検知部と、
を備えたことを特徴とする放電状態検知装置。
【請求項５】
前記放電状態検知部は、
前記第１の電圧に対する前記第２の電圧の比を示す値を算出する第１の除算器と、
前記第３の電圧に対する前記第４の電圧の比を示す値を算出する第２の除算器と、
前記第１の除算器からの値と前記第１の設定値とを比較し、前記第１の除算器からの電圧の値が前記第１の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第１の比較器と、
前記第２の除算器からの値と前記第２の設定値とを比較し、前記第２の除算器からの電圧の値が前記第２の設定値を上回ったことを示す信号を出力する第２の比較器と、
前記第２の比較器から出力された信号に応じて前記継続的な放電をカウントする第１のカウントと、
前記第１の比較器および前記第２の比較器から出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算部と、
前記演算部から出力された信号に応じて前記瞬間的な放電をカウントする第２のカウントと、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の放電状態検知装置。
【請求項６】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知方法において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出し第１の電圧として出力する進行波検波ステップと、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出し第２の電圧として出力する反射波検波ステップと、
前記進行波検波ステップからの前記第１の電圧を積分し第３の電圧として出力する進行波積分ステップと、
前記反射波検波ステップからの前記第２の電圧を積分し第４の電圧として出力する反射波積分ステップと、
前記第１の電圧に対する前記第２の電圧の比を示す値と瞬間的な放電が発生したか否かを判定する第１の設定値とを比較する第１の比較ステップと、
前記第３の電圧に対する前記第４の電圧の比を示す値と継続的な放電が発生したか否かを判定する第２の設定値とを比較する第２の比較ステップと、
前記第１の比較ステップおよび前記第２の比較ステップから出力された信号の値に基づいて、前記瞬間的な放電が発生したことを示す出力を演算する演算ステップと、
前記継続的な放電と前記瞬間的な放電とをカウントするステップと、
を含むことを特徴とする放電状態検知方法。
【請求項７】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記高周波電源と前記整合器との間に具備され前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知装置において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出する進行波検波器と、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出する反射波検波器と、
前記進行波検波器で検出された電圧を所定時間積分する複数の進行波積分器と、
前記反射波検波器で検出された電圧を所定時間積分する複数の反射波積分器と、
前記進行波積分器からの出力と前記反射波積分器からの出力の比を算出する複数の除算器と、
前記各除算器からの電圧の値と所定の設定値とを比較し、前記各除算器からの電圧の値が前記所定の設定値を上回ったことを示す信号を出力する複数の比較器と、
前記各比較器からの出力値を加算する全加算器と、
前記全加算器の進数変換をおこなう進数変換機と、
を備えたことを特徴とする放電状態検知装置。
【請求項８】
高周波電源および整合器を介して被処理体に高周波電力を印加する処理装置に適用され、前記処理装置内で発生した放電の状態を検出する放電状態検知方法において、
前記高周波電源から前記処理装置への進行波電力を検出する進行波検波ステップと、
前記放電によって発生する前記処理装置からの反射波電力を検出する反射波検波ステップと、
前記進行波検波ステップからの電圧を積分する進行波積分ステップと、
前記反射波検波ステップから電圧を積分する反射波積分ステップと、
前記進行波積分ステップにて積分された電圧と前記反射波積分ステップにて積分された電圧との比を示す値と、所定の設定値と、を比較する比較ステップと、
前記比較ステップにて前記所定の設定値を上回った値を加算する加算ステップと、
前記加算ステップにて加算された値の進数変換をおこなう変換機ステップと、
を含むことを特徴とする放電状態検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−５２２７９（Ｐ２０１１−５２２７９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０２４２５（Ｐ２００９−２０２４２５）
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２日（２００９．９．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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