特許 7555029 異常放電の検出回路および検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-12

(45)【発行日】2024-09-24

(54)【発明の名称】異常放電の検出回路および検出方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240913BHJP

   H05H 1/00 20060101ALI20240913BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240913BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H05H1/00 A

H01L21/302 101B

H01L21/205

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021022913

(22)【出願日】2021-02-16

(65)【公開番号】P2022124960

(43)【公開日】2022-08-26

【審査請求日】2023-12-15

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002745

【氏名又は名称】弁理士法人河崎特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】白水 博

【審査官】藤田 健

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０４８８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５２２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５２３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３２３５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４００６４０４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／００

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマの放電により誘起される電荷が注入される電極に接続される入力端子と、
互いに並列に前記入力端子と接続可能な複数のチャージアンプと、
前記入力端子と前記複数のチャージアンプのそれぞれとの間に設けられ、前記入力端子の接続先を、前記複数のチャージアンプのそれぞれの入力部間で切り替えるスイッチと、を備える、異常放電の検出回路。

【請求項2】

前記複数のチャージアンプのそれぞれの出力部に接続され、前記複数のチャージアンプの出力部から一つを選択して出力する選択回路をさらに備える、請求項１に記載の検出回路。

【請求項3】

前記選択回路により選択された前記出力部の出力が入力されるアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）をさらに備える、請求項２に記載の検出回路。

【請求項4】

前記選択回路は、選択されている前記チャージアンプの前記入力部が前記スイッチを介して前記入力端子と接続していない期間に、前記出力部の出力をアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）に入力する、請求項３に記載の検出回路。

【請求項5】

前記複数のチャージアンプのそれぞれは、増幅回路と、電荷蓄積用のキャパシタと、を備え、
前記キャパシタを放電するための放電回路をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の検出回路。

【請求項6】

前記放電回路は、前記入力部が前記スイッチを介して前記入力端子と接続していない期間に、前記キャパシタに蓄積された電荷を放電する、請求項５に記載の検出回路。

【請求項7】

前記キャパシタの一対の端子の一方が前記増幅回路の反転入力端子と接続され、
前記キャパシタの一対の端子の他方が前記増幅回路の出力端子と接続され、
前記増幅回路の前記反転入力端子が、前記スイッチを介して前記入力端子と接続している、請求項５または６に記載の検出回路。

【請求項8】

前記増幅回路の非反転入力端子には、一定の電圧が印加されている、請求項７に記載の検出回路。

【請求項9】

プラズマの放電により誘起される電荷が注入される電極に接続される入力端子と、互いに並列に前記入力端子と接続可能な複数のチャージアンプと、を用いる異常放電の検出方法であって、
前記複数のチャージアンプのそれぞれは、入力部および出力部を備え、

前記複数のチャージアンプの少なくとも１つに電荷を蓄積し、蓄積された電荷に応じた信号を出力させる測定工程と、
前記出力された信号に基づき、異常放電を判定する工程と、を備え、
前記測定工程は、
前記複数のチャージアンプの一つである第１のチャージアンプの前記入力部を、所定の第１期間、前記入力端子に接続して、前記第１のチャージアンプに電荷を蓄積する工程と、
前記第１期間の終了時または終了後に、前記複数のチャージアンプの一つであって前記第１のチャージアンプとは別の第２のチャージアンプの前記入力部を前記入力端子に接続して、所定の第２期間、前記第２のチャージアンプに電荷を蓄積する工程と、を含む、検出方法。

【請求項10】

前記第２のチャージアンプに電荷を蓄積する工程は、前記第１期間の終了に同期して行われる、請求項９に記載の検出方法。

【請求項11】

前記測定工程において、前記複数のチャージアンプのそれぞれの入力部は、前記複数のチャージアンプ毎に対応する複数のスイッチの一つを介して前記入力端子と接続されており、
前記複数のスイッチは、前記第１期間において前記第１のチャージアンプの前記入力部が前記入力端子と接続され、且つ、前記第２期間において前記第２のチャージアンプの前記入力部が前記入力端子と接続されるように制御される、請求項９または１０に記載の検出方法。

【請求項12】

前記第１期間中に、前記第２のチャージアンプの前記出力部がアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）と接続され、
前記第２期間中に、前記第１のチャージアンプの前記出力部が前記アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）と接続される、請求項９～１１のいずれか１項に記載の検出方法。

【請求項13】

前記複数のチャージアンプのそれぞれは、前記チャージアンプの前記入力部と前記出力部との間を接続するキャパシタを備え、
前記第１のチャージアンプが備える前記キャパシタの放電は、前記第２期間中に、前記第１のチャージアンプに蓄積された電荷に応じた信号が前記アナログ－デジタル変換器に出力された後、前記第１のチャージアンプの前記出力部と前記アナログ－デジタル変換器との接続を切断した状態で行われ、
前記第２のチャージアンプが備える前記キャパシタの放電は、前記第１期間中に、前記第２のチャージアンプに蓄積された電荷に応じた信号が前記アナログ－デジタル変換器に出力された後、前記第２のチャージアンプの前記出力部と前記アナログ－デジタル変換器との接続を切断した状態で行われる、請求項１２に記載の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置において、異常放電を検知するための検出回路および検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品や回路基板を製造する様々な工程において、処理室内でプラズマを発生させて、処理対象物の表面をエッチングするプラズマ処理装置が用いられている。処理室内でプラズマ放電が正常に起こっているかどうかを判断するために、処理室の側壁に電位検出用のプローブ電極を設けた構成がある。プローブ電極は、プラズマ放電の変化に応じて誘発される電位を検出する。

【0003】

例えば、特許文献１では、プラズマに対向する面の少なくとも一部に開口部が設けられた導電性支持部材と、導電性支持部材の開口部に設置された誘電体部材とを有し、誘電体部材の片側表面にプローブ電極を設けてなる窓型プローブが提案されている。

【0004】

プローブ電極の電位は、通常、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）によりデジタル値に変換され、デジタル値の時系列データを数学的処理することにより、異常放電が発生したか否かが判定される。例えば、検出された電位が閾値を超える場合に、処理室内における異常放電として検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第３７７３１８９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

プローブ電極の電位には、プラズマ発生に用いられるＲＦ電源等に起因するノイズが含まれ得る。このため、プローブ電極からの電圧信号をアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）に入力する前に、例えばローパスフィルタを用いて、電圧信号からノイズ成分を除去しておく必要がある。特に、ＲＦ電源の周波数がアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）のサンプリング周波数よりも高い場合、ノイズ除去が不完全であると、エイリアシングによる疑似波形が生じて、異常放電の検出精度が低下する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一局面は、プラズマの放電により誘起される電荷が注入される電極に接続される入力端子と、互いに並列に前記入力端子と接続可能な複数のチャージアンプと、前記入力端子と前記複数のチャージアンプのそれぞれとの間に設けられ、前記入力端子の接続先を、前記複数のチャージアンプのそれぞれの入力部間で切り替えるスイッチと、を備える、異常放電の検出回路に関する。

【0008】

本発明の他の一局面は、プラズマの放電により誘起される電荷が注入される電極に接続される入力端子と、互いに並列に前記入力端子と接続可能な複数のチャージアンプと、を用いる異常放電の検出方法であって、前記複数のチャージアンプのそれぞれは、入力部および出力部を備え、前記複数のチャージアンプの少なくとも１つに電荷を蓄積し、前記複数のチャージアンプに蓄積された電荷に応じた信号を出力させる測定工程と、前記出力された信号に基づき、異常放電を判定する工程と、を備え、前記測定工程は、前記複数のチャージアンプの一つである第１のチャージアンプの前記入力部を、所定の第１期間、前記入力端子に接続して、前記第１のチャージアンプに電荷を蓄積する工程と、前記第１期間の終了時または終了後に、前記複数のチャージアンプの一つであって前記第１のチャージアンプとは別の第２のチャージアンプの前記入力部を前記入力端子に接続して、所定の第２期間、前記第２のチャージアンプに電荷を蓄積する工程と、を含む、検出方法に関する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ＲＦ電源等に起因するノイズの影響を受けず、異常放電を高精度に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る検出回路および検出方法で用いられるプラズマ処理装置の一例の概略構造を断面で示す概念図である。

【図2】本発明の実施形態に係る検出回路および検出方法で用いられる放電検出センサの一例を断面で示す概念図である。

【図3】本発明の実施形態に係る検出回路の構成を示す回路図である。

【図4】本発明の実施形態に係る検出回路の動作を説明する図である。

【図5】図３の検出回路を用いて、異常放電を検出する方法を説明するタイミングチャートである

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態に係る異常放電の検出回路は、プラズマの放電により誘起される電荷が注入される電極（以降において「プローブ電極」と称する場合がある）に接続される入力端子と、互いに並列に入力端子と接続可能な複数のチャージアンプと、入力端子と複数のチャージアンプのそれぞれとの間に設けられたスイッチと、を備える。スイッチは、入力端子の接続先を、複数のチャージアンプのそれぞれの入力部間で所定時間毎に切り替える。接続先の切り替えは、例えば、予め期待された順序に従って、所定時間ごとに行われ得る。

【0012】

チャージアンプは、プラズマの放電により誘起され、プローブ電極に注入された電荷を蓄積し、電荷の蓄積量に応じた電圧を出力部から出力する。より具体的に、チャージアンプは、プローブ電極から注入された電荷の積分量に対して線形で増減する電圧（以降において「積分電圧」と称する場合がある）を出力する。電圧信号にＲＦ電源等に起因する高周波ノイズが含まれる場合、高周波ノイズの時間平均は基本的にゼロである。よって、積分期間が高周波ノイズの周期よりも十分長ければ、積分電圧に高周波ノイズが重畳されることはない。よって、別途ノイズフィルタを設けなくても、ノイズ成分が消去された電圧がチャージアンプの出力から得られる。よって、一定期間ごとに、積分電圧を取得（サンプリング）し、積分電圧の時間変化を分析することで、異常放電を高い精度で検出することが可能である。

【0013】

積分電圧を一定期間ごとに取得する場合、電圧の積分量を得るために所定の時間が積分期間として必要である。また、積分電圧を取得後、再びプローブ電極の電圧の積分を可能とするために、チャージアンプの出力電圧をリセットする期間も必要である。結果として、積分電圧の取得における間隔が長くなり易く、途中で発生した異常放電を検出できない虞がある。

【0014】

そこで、本実施形態の検出回路は、複数のチャージアンプを設け、それぞれのチャージアンプは、少なくとも一つのチャージアンプが入力端子に接続し、プローブ電極の電圧を時間積分しているとき、他の少なくとも一つのチャージアンプは入力端子と接続せず、積分電圧を取得（サンプリング）可能な状態にあるか、チャージアンプの出力電圧をリセットするように制御される。それぞれのチャージアンプと入力端子との接続および非接続は、スイッチにより切り替えられる。これにより、漏れの無い異常放電の検出が可能である。

【0015】

検出回路は、例えば、複数のチャージアンプのそれぞれの出力部に接続される選択回路をさらに備えて構成され得る。複数のチャージアンプのそれぞれの出力部は、選択回路の入力に接続され、複数のチャージアンプの出力部から一つを選択して出力する。選択回路は、例えば、予め規定された順序に対応して、複数のチャージアンプから一つのチャージアンプを選択し、選択されたチャージアンプの出力を選択回路の出力とするように制御される。選択回路の出力は、例えば、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）に入力される。選択回路は、選択されたチャージアンプの入力部が入力端子と接続していない期間に、選択されたチャージアンプの出力部の出力を、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）に入力する。また、複数のチャージアンプの出力部の対応する１つと一対一に接続される複数のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を設けることで、この選択回路を設けない構造にしてもよい。

【0016】

アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）は、選択回路により選択されたチャージアンプの出力部の出力（積分電圧）をデジタル値に変換する。複数のチャージアンプの積分電圧が、逐次、デジタル値に変換され、デジタル値の時系列データに基づき、異常放電が検出される。例えば、ある積分期間における積分電圧が所定の閾値電圧を超えた（または、閾値電圧未満となった）場合に、異常放電が検出され得る。あるいは、ある積分期間における積分電圧とその直前の積分期間における積分電圧（または、複数の積分期間において平均した積分電圧）とを比較し、差分値が所定値を超えた場合に、異常放電と判定してもよい。

【0017】

また、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いず、チャージアンプの出力部の出力電圧（積分電圧）のアナログ値を直接参照電圧と比較することで、異常放電か否かを判定することも可能である。

【0018】

複数のチャージアンプのそれぞれは、例えば、増幅回路と、電荷蓄積用のキャパシタとを備えて構成される。キャパシタの一対の端子の一方は、増幅回路の入力端子と接続され、キャパシタの一対の端子の他方は、増幅回路の出力端子と接続される。好ましい例では、増幅回路はオペアンプであり、キャパシタの一対の端子の一方は、増幅回路の反転入力端子と接続され、キャパシタの一対の端子が増幅回路の出力端子に接続される。増幅回路の反転入力端子は、スイッチを介して検出回路の入力端子と接続する。

【0019】

増幅回路の非反転入力端子には、一定の電圧が印加されてもよい。この場合、増幅回路は、オペアンプの仮想短絡の効果により、反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧と同じ電圧になるように動作する。よって、非反転入力端子と電気的に接続するプローブ電極の電圧も、入力端子を介して、非反転入力端子の電圧が維持される。非反転入力端子の電圧は、プラズマ処理装置の筐体の電位（通常、接地電圧）と同じである。結果、プローブ電極の電圧により処理装置内のプラズマの状態が影響されることはなく、安定した測定が可能であり、異常放電を高精度で検出することができる。また、プローブ電極をプラズマ処理装置のチャンバ内壁の任意の箇所に設けることが可能であり、チャンバ内壁の複数箇所にプローブ電極を設けることで、プラズマの放電状態のゆらぎを立体的に測定することも可能である。

【0020】

電荷蓄積用のキャパシタには、キャパシタに蓄積された電荷を放電するための放電回路が設けられる。放電回路は、チャージアンプの入力部がスイッチを介して入力端子と接続していない期間に、キャパシタに蓄積された電荷を放電することで、チャージアンプの出力電圧をリセットする。放電回路は、例えば、両端がキャパシタの両端子にそれぞれ接続するスイッチであり、スイッチをオンにすることで、キャパシタの両端子間が短絡され、キャパシタに蓄積された電荷が放電される。しかしながら、放電回路の構成としては、スイッチに限られるものではない。

【0021】

本発明の一実施形態に係る異常放電の検出方法は、プラズマの放電により誘起される電荷が注入される電極に接続される入力端子と、互いに並列に入力端子と接続可能な複数のチャージアンプと、を用いる異常放電の検出方法であって、複数のチャージアンプのそれぞれは、入力部および出力部を備え、複数のチャージアンプの少なくとも１つに電荷を蓄積し、複数のチャージアンプに蓄積された電荷に応じた信号を出力させる測定工程と、出力された信号に基づき、異常放電を判定する工程と、を備える。測定工程は、複数のチャージアンプの一つである第１のチャージアンプの入力部を、所定の第１期間、前記入力端子に接続して、第１のチャージアンプに電荷を蓄積する工程と、第１期間の終了時または終了後に、複数のチャージアンプの一つであって第１のチャージアンプとは別の第２のチャージアンプの入力部を入力端子に接続して、所定の第２期間、第２のチャージアンプに電荷を蓄積する工程と、を含む。第２のチャージアンプに電荷を蓄積する工程は、第１期間の終了に同期して行われることが好ましい。すなわち、第１期間の終了と同時に、第２期間が開始することが好ましい。測定工程の詳細については、後述する。

【0022】

以下に、本実施形態の検出回路および検出方法において異常放電の検出対象であるプラズマ処理装置、ならびに検出回路および検出方法の具体例について、図面を参照して詳細に説明する。

【0023】

（プラズマ処理装置）
プラズマ処理装置は、処理室と、処理室に設けられ、処理対象物が載置される電極部と、電極部に高周波電力を印加する高周波電源部と、を備える。処理室にプラズマ発生用ガスを供給し、電極部に第１の高周波電力を印加すると、処理室内にプラズマが発生する。発生したプラズマは、例えば、電極部に載置された処理対象物の表面のエッチングに用いられ得る。プラズマ処理装置には、異常放電を検出するための検出回路が接続されている。検出回路の出力は、信号解析部と接続している。信号解析部は、検出回路の出力に基づいて異常放電を検出する。

【0024】

図１は、異常放電の検出対象であるプラズマ処理装置１００の概略構造を断面で示す概念図である。処理室１０３ａは、水平なベース部１０１と、蓋部１０２とにより構成される真空チャンバ１０３を密閉状態にすることにより形成される。蓋部１０２は、昇降手段（図示せず）によって昇降自在に配設されている。蓋部１０２が下降して、ベース部１０１の上面に当接することにより、真空チャンバ１０３は密閉状態になる。このとき、蓋部１０２とベース部１０１との間にはシール部材１０４が介在しており、これによって、処理室１０３ａの密閉状態が担保される。処理室１０３ａでは、処理対象物１０９がプラズマ処理される。ベース部１０１には開口部１０１ａが設けられており、開口部１０１ａを塞ぐように、絶縁部材１０６を介して電極部１０５が嵌め込まれている。電極部１０５の上面は、絶縁層１０７で覆われている。絶縁層１０７の上面には、処理対象物１０９を位置決めするためのガイド部材１０８が配置されている。

【0025】

ベース部１０１の開口部１０１ａの周縁には、貫通孔１０１ｂが形成されている。貫通孔１０１ｂには、管路１１１が挿入されており、管路１１１には、ベントバルブ１１２、ガス供給バルブ１１３、真空バルブ１１４および真空計１１５が接続されている。ガス供給バルブ１１３および真空バルブ１１４には、さらにガス供給部１１６および真空ポンプ１１７がそれぞれ接続されている。真空バルブ１１４を開くとともに真空ポンプ１１７を稼働させることにより、処理室１０３ａ内のガスが排出されて、減圧状態になる。処理室１０３ａ内の真空度は真空計１１５によって測定される。一方、ガス供給バルブ１１３を開けると、プラズマ発生用ガスが、ガス供給部１１６から処理室１０３ａ内に供給される。ガス供給部１１６は流量調整機能を内蔵しており、処理室１０３ａ内に供給されるプラズマ発生用ガスの流量が調整される。ベントバルブ１１２を開けると、処理室１０３ａ内に大気が供給される。

【0026】

電極部１０５には、整合器１１８を介して高周波電源部１１９が電気的に接続されている。一方、蓋部１０２は接地部１１０に接地されている。処理室１０３ａ内にプラズマ発生用ガスを供給するとともに高周波電源部１１９を稼働させると、電極部１０５と蓋部１０２との間に高周波電圧が印加される。これにより、処理室１０３ａ内にはプラズマが発生する。整合器１１８は、プラズマを発生させるプラズマ放電回路（図示せず）と高周波電源部１１９とのインピーダンスを整合させる。ベントバルブ１１２、ガス供給バルブ１１３、真空バルブ１１４、真空計１１５、ガス供給部１１６、真空ポンプ１１７、高周波電源部１１９は、制御部１２０内の装置制御部１２４により制御される。すなわち装置制御部１２４は、プラズマ処理動作を実行させる通常の動作制御機能を備える。制御部１２０には、表示部１３０、入力部１４０、検出回路２００が接続される。表示部１３０には、後述する信号解析部による異常判定の結果等が示される。入力部１４０には、プロセスレシピ等が入力される。

【0027】

蓋部１０２に設けられた開口部１０２ａを覆うように、放電検出センサ１６０が配置されている。放電検出センサ１６０は、誘電体部材１６１およびプローブ電極ユニット１６２を備える。

【0028】

（放電検出センサ）
図２は、放電検出センサの概略構造の一例を断面で示す概念図である。放電検出センサ１６０は、支持部材１７０によって蓋部１０２の外側（処理室１０３ａとは反対側）に固定されている。誘電体部材１６１は平板状であって、一方の面は処理室１０３ａに面しており、他方の面はプローブ電極ユニット１６２を構成するプローブ電極１６２ｂに対向している。誘電体部材１６１の材質は、例えば光学的に透明なガラスである。支持部材１７０の材質は導電性であれば特に限定されず、例えば金属である。

【0029】

プローブ電極ユニット１６２は、誘電体部材１６１側に配置されたプローブ電極１６２ｂと、これに対向するように配置されたシールド電極１６２ｃと、これらの間に介在するガラス板１６２ａと、で構成されている。プローブ電極１６２ｂと誘電体部材１６１とは、密着するように支持部材１７０で固定されている。プローブ電極１６２ｂは、検出導線１６２ｄを介して、検出回路２００に接続している。シールド電極１６２ｃは、プローブ電極ユニット１６２を外部から電気的にシールドする。プローブ電極１６２ｂおよびシールド電極１６２ｃは、例えば、ガラス板１６２ａの表面に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）の透明な導電性物質をコーティングすることにより形成される。そのため、放電検出センサ１６０を介して、外部から処理室１０３ａの内部を視認することができる。

【0030】

処理室１０３ａの内部でプラズマ放電が起こると、プローブ電極１６２ｂは、誘電体部材１６１、および、発生したプラズマＰと誘電体部材１６１との界面に形成されるシース（空間電荷層）Ｓを介して、プラズマＰと電気的に接続される。すなわち、誘電体部材１６１によって形成されるコンデンサＣ１と、シースＳに相当する容量を備えるコンデンサＣ２と、プラズマＰによる抵抗と、を直列に接続した電気的な回路が形成され、プローブ電極１６２ｂにはプラズマＰの状態に応じた電位および電荷が誘起される。つまり、プローブ電極１６２ｂへ注入される電荷量は、プラズマＰの状態を反映するプラズマ電位の変化を表している。一方、シールド電極１６２ｃに生じた電荷は、支持部材１７０を介して接地された蓋部１０２に逃がされるため、ノイズは低減される。

【0031】

（検出回路）
図３は、検出回路の構成の一例を示す回路図である。検出回路２００は、検出導線１６２ｄを介してプローブ電極１６２ｂと接続される入力端子２０１と、第１のチャージアンプ２１１と、第２のチャージアンプ２１２と、入力端子２０１と第１のチャージアンプ２１１との間に設けられたスイッチＳＷ１１と、入力端子２０１と第２のチャージアンプ２１２との間に設けられたスイッチＳＷ１２と、選択回路２０４と、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５と、を備える。

【0032】

第１のチャージアンプ２１１は、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１を備え、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１の反転入力端子がスイッチＳＷ１１の一端と接続している。同様に、第２のチャージアンプ２１２は、増幅回路（オペアンプ）２０６ｂを備え、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ２の反転入力端子がスイッチＳＷ１２の一端と接続している。つまり、第１のチャージアンプ２１１および第２のチャージアンプ２１２は、スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２を介して、入力端子２０１と並列に接続している。増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１およびＯＰ２のそれぞれの非反転入力端子には、一定の同じ電圧Ｖ_０が印加される。増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１およびＯＰ２のそれぞれの出力端子は、選択回路２０４の入力ＩＮ１およびＩＮ２に格別に接続される。選択回路２０４の出力ＳＥＬは、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５の入力端子と接続される。アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５の出力は、信号解析部１２１に入力される。

【0033】

第１のチャージアンプ２１１は、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間を接続するキャパシタＣ１、および、キャパシタＣ１の一対の端子間を接続するスイッチＳＷ２１をさらに備える。第２のチャージアンプ２１２は、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ２の反転入力端子と出力端子との間を接続するキャパシタＣ２、および、キャパシタＣ２の一対の端子間を接続するスイッチＳＷ２２をさらに備える。

【0034】

スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、およびＳＷ２２のオンオフの制御、選択回路２０４における出力ＳＥＬの選択、ならびに、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５の取り込みタイミングの制御は、信号解析部１２１により行われ得る。

【0035】

増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１、ＯＰ２の非反転入力端子には、それぞれ、一定の電圧Ｖ_０が印加されている。これにより、プローブ電極１６２ｂの電圧は、仮想短絡の効果により、非反転入力端子の電圧Ｖ_０に制御される。具体的に、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１、ＯＰ２は、プラズマの放電によりプローブ電極１６２ｂの電圧Ｖ_ｉｎが変動した場合、プローブ電極１６２ｂの蓄積電荷をキャパシタＣ１、Ｃ２に移動させることによって、Ｖ_ｉｎを一定の電圧Ｖ_０に維持しようとする。

【0036】

図３に示すように、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１とキャパシタＣ１とは、ミラー積分回路を構成している。同様に、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ２とキャパシタＣ２とも、ミラー積分回路を構成している。例えば、時刻ｔ１からｔ２までの期間においてＳＷ１１がオンであり、ＳＷ２１はオフであり、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１の反転入力端子がプローブ電極１６２ｂと電気的に接続しているとする。このとき、プローブ電極１６２ｂから非反転入力端子までの配線抵抗（検出導線１６２ｄの抵抗を含む）をＲ、キャパシタＣ１の容量をＣとし、プローブ電極１６２ｂの電圧をＶ_ｉｎ、非反転入力端子の電圧をＶ_０として、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、下記式で表される。

【0037】

【数1】

【0038】

数１より、プローブ電極１６２ｂの電圧Ｖ_ｉｎを所定期間において積分した電圧が、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５に入力される。電圧Ｖ_ｉｎには、高周波電源部１１９の高周波電圧等に起因するノイズ成分が含まれ得る。しかしながら、このようなノイズ成分の時間積分はゼロであるので、チャージアンプ２１１を介することによって、ノイズの影響が消去された出力電圧Ｖ_ｏｕｔが容易に得られる。出力電圧Ｖ_ｏｕｔに基づいて異常放電か否かを判定することで、異常放電の検出を高精度で行うことができる。

【0039】

図４は、検出回路２００における第１および第２のチャージアンプ２１１、２１２の動作を説明する図である。チャージアンプ２１１、２１２のそれぞれは、増幅回路（オペアンプ）ＯＰ１、ＯＰ２がキャパシタＣ１またはＣ２に電荷を蓄積する蓄積期間（Ｃ）、ホールド期間（Ｈ）、および、キャパシタＣ１またはＣ２に蓄積された電荷を放電するリセット期間（Ｒ）が順次繰り返されるように動作する。

【0040】

蓄積期間（Ｃ）では、スイッチＳＷ１１（ＳＷ１２）がオン、スイッチ２１（スイッチ２２）がオフであり、増幅回路ＯＰ１（ＯＰ２）の反転入力端子が、入力端子２０１を介して、プローブ電極１６２ｂと電気的に接続される。図４における第１期間Ｔ１が、第１のチャージアンプ２１１における蓄積期間であり、図４における第２期間Ｔ２が、第２のチャージアンプ２１２における蓄積期間である。この期間では、第１のチャージアンプ２１１（第２のチャージアンプ２１２）に電荷の蓄積が行われ、プローブ電極１６２ｂの電圧が時間積分された電圧がキャパシタに保持される。

【0041】

ホールド期間（Ｈ）では、スイッチＳＷ１１（ＳＷ１２）をオフし、スイッチ２１（スイッチ２２）のオフを継続し、プローブ電極１６２ｂとチャージアンプの入力部との接続を切断する。増幅回路ＯＰ１（ＯＰ２）の出力端子の電圧は、蓄積期間（Ｃ）において積分された電圧となっている。この期間において、増幅回路ＯＰ１（ＯＰ２）の出力端子をアナログ－デジタル変換器２０５と接続し、積分電圧をデジタル値に変換する。

【0042】

リセット期間（Ｒ）では、スイッチＳＷ１１（ＳＷ１２）をオフした状態で、スイッチ２１（スイッチ２２）をオンし、キャパシタＣ１（Ｃ２）に蓄積されていた電荷を放電させる。これにより、増幅回路ＯＰ１（ＯＰ２）の出力端子の電圧がリセットされる。

【0043】

第２のチャージアンプ２１２における蓄積期間（Ｃ）は、第１のチャージアンプ２１１における蓄積期間（Ｃ）以外の期間と並行するように構成され得る。すなわち、第２のチャージアンプ２１２における蓄積期間（Ｃ）は、第１のチャージアンプ２１１におけるホールド期間（Ｈ）および／またはリセット期間（Ｒ）と並行するように構成され得る。これにより、第１のチャージアンプ２１１におけるホールド期間（Ｈ）および／またはリセット期間（Ｒ）で生じたプラズマの異常放電を、第２のチャージアンプ２１２により検出することができる。好ましくは、第１のチャージアンプ２１１における蓄積期間（Ｃ）の終了と同時に、第２のチャージアンプ２１２における蓄積期間（Ｃ）が開始するようにしてもよい。

【0044】

以下に、図５を参照して、図３の検出回路を用いてプラズマの異常放電を検出する方法を説明する。
図５は、本実施形態の異常放電の検出方法における測定工程を説明する図であり、図３の検出回路２００におけるスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、およびＳＷ２２のオンオフの制御信号、ならびに、選択回路２０４における出力ＳＥＬの選択のための信号のタイミングチャートの一例を示している。図５においてＳＥＬは、信号が高レベルのときＩＮ２が選択され、低レベルのときＩＮ１が選択されることを表す。スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、およびＳＷ２２は、信号が高レベルのときにオンされ、低レベルのときにオフされる。

【0045】

時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間Ｔ１Ａでは、ＳＷ１１をオンとし、ＳＷ１２、ＳＷ２１、およびＳＷ２２をオフとする。また、出力ＳＥＬとして、第２のチャージアンプ２１２からの出力電圧が入力されるＩＮ２を選択状態とする。

【0046】

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１Ｂでは、ＳＷ１１のオン状態を継続し、ＳＷ１２およびＳＷ２１のオフ状態を継続する一方、ＳＷ２２をオンに切り替える。また、出力ＳＥＬとして、第１のチャージアンプ２１１からの出力電圧が入力されるＩＮ１を選択状態に切り替える。

【0047】

時刻ｔ０から時刻ｔ２までの期間（第１期間Ｔ１）において、ＳＷ１１をオン状態とし、第１のチャージアンプ２１１の入力部である増幅回路ＯＰ１の反転入力端子を、プローブ電極１６２ｂと接続させる。一方、ＳＷ１２をオフ状態とし、第２のチャージアンプ２１２の入力部である増幅回路ＯＰ２の反転入力端子とプローブ電極１６２ｂとの接続を切断する。

【0048】

第１期間Ｔ１では、プローブ電極１６２ｂの電圧が第１のチャージアンプ２１１に入力され、第１のチャージアンプ２１１に電荷が蓄積される。よって、第１期間Ｔ１の終了時点である時刻ｔ２では、第１のチャージアンプ２１１の出力部である増幅回路ＯＰ１の出力端子の電圧は、上記数１に基づき、プローブ電極１６２ｂの電圧の時間変化を第１期間Ｔ１において積分した電圧となっている。

【0049】

一方、第１期間Ｔ１のうち、期間Ｔ１Ａでは、ＳＷ１２によりプローブ電極１６２ｂと第２のチャージアンプ２１２の入力部との接続は切断されているため、第２のチャージアンプ２１２の出力部である増幅回路ＯＰ２の出力端子の電圧は変化せず、キャパシタＣ２により一定の電圧（積分電圧）が維持されている。期間Ｔ１Ａでは、選択回路２０４の出力ＳＥＬとしてＩＮ２が選択されているので、第２のチャージアンプ２１２の出力部は、選択回路２０４を介してアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５と接続される。アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５は、期間Ｔ１Ａ中の少なくとも一部の期間を利用して、第２のチャージアンプ２１２の出力部の積分電圧をサンプリングし、デジタル値に変換する。

【0050】

第１期間Ｔ１のうち、期間Ｔ１Ｂでは、選択回路２０４の出力ＳＥＬとしてＩＮ１に接続を切り替え、第２のチャージアンプ２１２の出力部とアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５との接続を切断する。第２のチャージアンプ２１２の出力部とアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５との接続を切断した状態で、ＳＷ２２がオンされることによって、キャパシタＣ２の両端が短絡され、キャパシタＣ２に蓄積されていた電荷が放電される。結果、第２のチャージアンプ２１２の出力部である増幅回路ＯＰ２の出力端子の電圧がリセットされる。

【0051】

続いて、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ２Ａでは、ＳＷ１１をオフに切り替え、ＳＷ１２をオンに切り替え、ＳＷ２２をオフに切り替える。ＳＷ２１はオフ状態を継続する。また、出力ＳＥＬとして、第１のチャージアンプ２１１からの出力電圧が入力されるＩＮ１を選択状態とする。

【0052】

時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間Ｔ２Ｂでは、ＳＷ１１のオフ状態を継続し、ＳＷ１２のオン状態およびＳＷ２２のオフ状態を継続する一方、ＳＷ２１をオンに切り替える。また、出力ＳＥＬとして、第２のチャージアンプ２１２からの出力電圧が入力されるＩＮ２を選択状態に切り替える。

【0053】

時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間（第２期間Ｔ２）において、ＳＷ１１をオフ状態とし、第１のチャージアンプ２１１の入力部である増幅回路ＯＰ１の反転入力端子とプローブ電極１６２ｂとの接続を切断する。一方、ＳＷ１２をオン状態とし、第２のチャージアンプ２１２の入力部である増幅回路ＯＰ２の反転入力端子を、プローブ電極１６２ｂと接続させる。

【0054】

第２期間Ｔ２では、プローブ電極１６２ｂの電圧が第２のチャージアンプ２１２に入力され、第２のチャージアンプ２１２に電荷が蓄積される。よって、第２期間Ｔ２の終了時点である時刻ｔ４では、第２のチャージアンプ２１２の出力部である増幅回路ＯＰ２の出力端子の電圧は、上記数１に基づき、プローブ電極１６２ｂの電圧の時間変化を第２期間Ｔ２において積分した電圧となっている。

【0055】

一方、第２期間Ｔ２のうち、期間Ｔ２Ａでは、ＳＷ１１によりプローブ電極１６２ｂと第１のチャージアンプ２１１の入力部との接続は切断されているため、第１のチャージアンプ２１１の出力部である増幅回路ＯＰ１の出力端子の電圧は変化せず、キャパシタＣ１により一定の電圧（積分電圧）が維持されている。期間Ｔ２Ａでは、選択回路２０４の出力ＳＥＬとしてＩＮ１が選択されているので、第１のチャージアンプ２１１の出力部は、選択回路２０４を介してアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５と接続される。アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５は、期間Ｔ２Ａ内の少なくとも一部の期間を利用して、第１のチャージアンプ２１１の出力部の積分電圧をサンプリングし、デジタル値に変換する。

【0056】

第２期間Ｔ２のうち、期間Ｔ２Ｂでは、選択回路２０４の出力ＳＥＬとしてＩＮ２に接続を切り替え、第１のチャージアンプ２１１の出力部とアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５との接続を切断する。第１のチャージアンプ２１１の出力部とアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５との接続を切断した状態で、ＳＷ２１がオンされることによって、キャパシタＣ１の両端が短絡され、キャパシタＣ１に蓄積されていた電荷が放電される。結果、第１のチャージアンプ２１１の出力部である増幅回路ＯＰ１の出力端子の電圧がリセットされる。

【0057】

上記ｔ０～ｔ４までを１サイクルとして複数サイクルが繰り返されることで、プローブ電極１６２ｂの電圧Ｖ_ｉｎを所定期間において積分した積分電圧が一定期間ごとに順次得られ、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５を介することで、積分電圧のデジタル値が一定期間ごとに順次得られる。アナログ－デジタル変換の後、得られたデジタル値をメモリに保持してもよい。メモリは、検出回路２００に内蔵されていてもよく、検出回路２００からアクセス可能である限り、検出回路２００の外部（例えば、制御部１２０内）に設けられていてもよい。

【0058】

上記期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂ、Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂは、想定される高周波ノイズの周期よりも十分長ければよい。例えば、高周波電源部１１９の高周波の周波数を１０ＭＨｚ～１００ＭＨｚ（周期０．０１μｓ～０．１μｓ）としたとき、期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂ、Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂはそれぞれ０．５ｍｓ～２ｍｓであってもよい。その場合、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）２０５のサンプリング周波数は、例えば１０ｋＨｚ以上（サンプリング周期０．１ｍｓ以下）であれば十分である。

【0059】

上記検出回路の例において、３つ以上のチャージアンプを並列に接続することも可能である。

【0060】

（制御部）
制御部１２０は、信号解析部１２１を備える。信号解析部は、検出回路２００により導出された積分電圧を検出回路２００から都度取得し、あるいはメモリに保持された積分電圧を読み出して、複数のチャージアンプ２１１、２１２による積分電圧の時間変化に基づき異常放電を検出する。異常放電の検出の判定方法としては、限定されるものではないが、積分電圧が所定の閾値電圧を超えた（または、閾値電圧未満となった）場合に、異常放電が検出されたとする、あるいは、積分電圧とその直前の積分電圧（または、複数の積分電圧の平均値）とを比較し、差分値が所定値を超えた場合に、異常放電が検出されたとする方法が挙げられる。

【0061】

異常放電の検出結果（または、異常放電と検出された回数）に応じて、リトライ処理、累積プラズマ処理、メンテナンス判定等が実行され得る。なお、リトライ処理、累積プラズマ処理、メンテナンス判定は、全てが実行される必要はなく、これらのうち１つ以上の処理が実行される。

【0062】

（装置制御部）
装置制御部１２４は、図示しないが、処理履歴記憶部、リトライ処理部、累積プラズマ処理部、メンテナンス判定機能部を備えてもよい。すなわち、装置制御部１２４は、上記した通常の動作制御機能に加えて、信号解析部による異常放電の検出結果に基づいて、処理室１０３ａ内のプラズマ放電の状態を判定し、当該プラズマ処理の再設定を行い得る。プラズマ放電の状態の判定およびプラズマ処理の再設定は、リトライ処理部、累積プラズマ処理部およびメンテナンス判定部によって実行され得る。処理履歴記憶部は、メモリに一時的に記録された積分電圧の時間変化や、信号解析部が異常放電の検出の判定に要した中間データを、プラズマ処理装置１００による処理履歴データとして記憶する。これにより、当該プラズマ処理装置１００によって処理が行われた処理対象物１０９について、詳細な処理履歴データを取得することができ、品質管理や生産管理のためのトレーサビリティが確保される。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明に係る異常放電の検出回路および検出方法は、プラズマ処理装置に適用できる。

【符号の説明】

【0064】

１００：プラズマ処理装置
１０１：ベース部
１０１ａ：開口部
１０１ｂ：貫通孔
１０２：蓋部
１０２ａ：開口部
１０３：真空チャンバ
１０３ａ：処理室
１０４：シール部材
１０５：電極部
１０６：絶縁部材
１０７：絶縁層
１０８：ガイド部材
１０９：処理対象物
１１０：接地部
１１１：管路
１１２：ベントバルブ
１１３：ガス供給バルブ
１１４：真空バルブ
１１５：真空計
１１６：ガス供給部
１１７：真空ポンプ
１１８：整合器
１１９：高周波電源部
１２０：制御部
１２１：信号解析部
１２４：装置制御部
１３０：表示部
１４０：入力部
１６０：放電検出センサ
１６１：誘電体部材
１６２：プローブ電極ユニット
１６２ａ：ガラス板
１６２ｂ：プローブ電極
１６２ｃ：シールド電極
１７０：支持部材
２００：検出回路
２０１：入力端子
２０４：選択回路
２０５：アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）
２１１：第１のチャージアンプ
２１２：第２のチャージアンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】