JPH08339896A - プラズマ装置 - Google Patents

プラズマ装置

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JPH08339896A
JPH08339896A JP8101851A JP10185196A JPH08339896A JP H08339896 A JPH08339896 A JP H08339896A JP 8101851 A JP8101851 A JP 8101851A JP 10185196 A JP10185196 A JP 10185196A JP H08339896 A JPH08339896 A JP H08339896A
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sampling
frequency
plasma
power
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JP8101851A
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R A Keane
アール．エー．ケーン
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0081—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature by electric means

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ室に印加される無線周波パワーの電
流と電圧を検知し、先行技術の欠点の発生を防止する信
頼できしかも安価なプローブの提供にある。 【解決手段】 プラズマ無線周波電圧と電流の検知用偽
信号サンプル採取装置プローブは採取信号を、前記無線
周波基本周波数以下の振幅のいくつかの位数である偽信
号周波数で偽信号波形の発生を選ばせる無線周波は基本
周波数より緩慢な採取速度で用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ発生装置に
関するもので、詳述すれば無線周波プラズマ室に供給さ
れる無線周波（ＲＦ）電気パワーの電流ならびに電圧の
検出用プローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】典型的無線周波プラズマ発生器装置にお
いて、高無線周波パワー源は設定周波数、すなわち１
３．５６ＭＨｚの無線周波長を発生させてこれをパワー
用通路に沿ってプラズマ室に供給する。典型的例として
前記無線周波電源と前記プラズマ室の間に酷しいインピ
ーダンス不整合があるため、インピーダンス整合ネット
ワークを前記の２つの間に挿入する。前記プラズマ室に
非線形性があり、この非線形性があるため、またライン
ならびに前記インピーダンス整合ネットワークにおける
損失があるため前記無線周波発生器の出力は前記プラズ
マ室に全部が届くとは限らない。従って、前記プラズマ
室へのパワー入力においてプローブを用い、それが前記
プラズマ室に入る時に、前記無線周波電波の電圧と電流
を検知させることが伝統的である。前記電圧と電流を前
記プラズマ室に可能な限り接近して正確に測定すること
によりプラズマ処理の使用者はプラズマの品質のよりよ
い指標を得ることができる。これはまた逆に前記プラズ
マ室における珪素ウエハーもしくは他の加工物のエッチ
ング特性のよりよい管理ができることになる。
【０００３】現在はダイオード製プローブを用いて電流
と電圧の波形の振幅を検知する。これらのプローブは単
純にダイオードを用いて電圧と電流の波形を整流し、ま
た電圧用ならびに電流検知の単直流計器用出力を逆出す
る。これらのプローブはこの役割で少くとも２つの欠点
を有する。ダイオード製検知器は低信号レベルでは本束
的に非線形であり、かつ周知のように温度移動を受け易
い。ダイオードはまた基本周波数だけの信号ピークを検
知するが、前記無線周波パワー波形に現れるより高い周
波数についてのなんらの情報を与えることはできない。
これはどのような高調波情報にとっても、高調波“識別
特徴”の達成は不可能であり、またプラズマ加工におい
ては通常のことであるが、波形が高調波に富んでいる
時、パワーの測定が正確でないことも意味している。こ
れに加えて、電流と電圧の波形の間の位相角情報を得る
ことが不可能であり、これもパワー測定の正確さを低下
させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】無線周波パワーの検知
を改善すると考えられてきた１つの提案は、フラッシュ
変換を用いてプローブの電圧と電流出力のディジタルサ
ンプルを得て、その後前記サンプルを高速緩衝ランダム
アクセス記憶装置にかけて処理することであった。しか
し、この提案は正確度と精密度の点で問題がある。現今
では、フラッシュ変換が約８ビットに限定される低度の
ダイナミックレンジを有する。プラズマの需要家の要求
条件に必要な適度の位相確度の達成には一度以上のよい
位相角が全パワーで得られるように約１２ビットの精密
度に達することが必要である。そのうえ、フラッシュ変
換器はサンプルのブロックをバッファーとして働かせて
からディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）で処理するた
め極めて速いＲＡＭを必要とするが、前記ＲＡＭの回路
構成は場所を喰うと同時に高価につく。
【０００５】本発明の目的はプラズマ室に加えられる無
線周波電気パワーの電流と電圧を検知し、かつ先行技術
の欠点を発生を防止する信頼ができ、しかも価格の安い
プローブを提供するにある。
【０００６】本発明のさらに特定の目的は無線周波電流
ならびに電圧の波形を検知し、かつ高調波ならびに位相
情報を保存する偽信号サンプル収集機構を提供するにあ
る。
【０００７】もう１つ別の目的は高精密度の電圧、電流
および位相を提供し、また温度移動に対し比較的鈍感で
ある偽信号サンプル採取機構を提供するにある。
【０００８】さらに独特の目的は印加無線周波波形の再
生と印加無線周波電圧波形の再生を生成するが、ずっと
低い周波数で実際の印加波形の位相と高調波を保存する
偽信号サンプル装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の態様によれば、
偽信号サンプルプローブを、無線周波発電装置が所定の
周波数、例えば１３．５６ＭＨｚで無線周波ヘルツ波を
生成させるプラズマ装置と関連して使用し、また前記ヘ
ルツ波をインピーダンス整合ネットワークを通してプラ
ズマ室のパワー入力に加える。前記室の内部では、前記
無線周波ヘルツ波がプラズマを発生し、それを珪素ウエ
ハーのような支持体のエッチング、コーチングもしくは
蒸着に用いる。前記プラズマ処理は可能な限り予測で
き、かつ反復できて、矛盾のない製品品質を保証できる
ものがよい。この保証の実施には、本方法の使用者はパ
ワー特性を間断なく監視して、検知ずみパワー測定によ
り処理を調整するか終結させる必要がある。前記プラズ
マ処理における非線形性の故に、多数の高周波が出現
し、その高調波情報が入手可能な場合、プラズマについ
ての貴重な情報を与えることができる。また著しい位相
差が電圧と電流波形の間に生ずるので、印加パワーはピ
ーク電圧とピーク電流の単純生成物であることは希であ
る。
【００１０】この達成には、偽信号サンプル採取回路が
無線周波電圧の振幅と、無線周波電流の振幅を印加無線
周波パワーの所定のた無線周波基本周波数Ｆ、例えば１
３．５６ＭＨｚより著しく低い所定のサンプル採取速度
ｆ３でサンプル採取することである。これは前記無線周
波波形のレプリカを生成するが、比較的低い偽信号周波
数ｆａ、例えば１００ＫＨｚの時である。生成偽信号波
形は原波形の高調波情報を保持し、また電圧と電流波形
の間の相対位相はそれぞれの偽信号波形に保存される。
プラズマ特性の移動と変化がむしろ緩慢で、また前記無
線周波パワー波長の数千サイクルを著しく上回って変化
しない。
【００１１】サンプル採取周波数は： ｆ３＝Ｆ／Ｎ±ｆａ／Ｎ として選択できる。［式中、Ｎは１より大きい整数であ
る。詳述すれば、関心のある最高調波はｎ番目の高調波
例えば印加無線周波パワーの５番目の高調波であり、そ
こで整数Ｎは前記高調波数ｎに等しいか、高いものとし
て選ぶ方がよい］。前述の通り、パワー基本周波数は通
常１３．５６ＭＨｚである。典型的偽信号周波数は約５
０ＫＨｚと２５０ＫＨｚの間である。
【００１２】実際的な実施例では、サンプル採取用回路
は採取速度ｆ３で運転されるサンプル採取クロックと、
第１と第２のサンプルならびに無線周波パワー波のサン
プル採取用採取クロックにより運転される保持回路を備
える。前記サンプルは１２ビット語としてディジタル化
され、またディジタル信号処理、すなわちＤＳＰのディ
ジタル入力ラッチされる。電圧と電流の波形を同時にサ
ンプル採取すると、前記ＤＳＰに前記電圧と電流の波形
の同時偽信号式をつくる。一実施例では、偽信号サンプ
ル採取装置は５番目の高調波を分解し、約１°内の位相
角の観察を可能にするだけの十分な正確度と精密度を備
える１００ＫＨｚの偽信号周波数でレプリカ波形を生成
する。処理ずみ情報はホストコンピュータに送り、プラ
ズマ運転を制御できる。ディジタルサンプルが一旦前記
ＤＳＰに記憶させられると、速クーリエ変換（ＦＦＴ）
のようなアルゴリズムをサンプルで実行して、これもプ
ラズマ運転の制御もしくはさらなる分析に用いることも
できる周波数領域サンプルセットを生成できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１ではプラズマプロセッサ例え
ば珪素ウエハーもしくは他の加工物のエッチング用には
無線周波発電装置を備え、無線周波パワーを１キロワッ
トのような所定のパワーレベルで、例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚの所定の周波数で発生させ、また無線周波パワーを
通路１４に通して整合ネットワーク１６に供給する。前
記整合ネットワーク１６の出力をパワー用通路１８によ
りプラズマ室２０の入力に連結する。印加無線周波パワ
ーの電圧ＶＲＦと電流ＩＲＦのサンプル採取用プローブ
装置２２を前記通路１８の前記室２０への入力に配置す
る。採取した電圧ＶＲＦと採取した電流ＩＲＦをライン
２４と２６に沿い、前記無線周波パワー波形のサイクル
の各整数Ｎの１つのサンプルよりもわずかに緩慢でも、
あるいはわずかに速い採取速度で前記電圧と電流の振幅
のサンプルを採取する偽信号サンプル採取装置２８の入
力に供給する。これをディジタル信号プロセッサ、すな
わちＤＳＰ３０に供給される１組のディジタル数値を示
す。前記ＤＳＰはサンプルの数値を処理して前記電流と
電圧の分析を、フィードバック回路３４を経由して連結
し、前記無線周波発電装置１２を制御できる出力手段３
２に供給する。
【００１４】前記偽信号サンプル採取装置２８の細部を
図２のフローチャート図に示す。ここではサンプルクロ
ック３６は採取用パルスを電圧サンプルと保持回路３８
に、また電流サンプルと保持回路４２に、そして前記Ｄ
ＳＰ３０の断続入力に供給する。前記ライン２４に沿っ
て供給された前記電圧サンプルＶＲＦと前記ライン２６
に沿って供給された電流サンプルＩＲＦは１３．５６Ｍ
Ｈｚの基本周波数をもっているが、正弦波でなく図３
（ａ）の波形で示された高調波がむしろ豊富であり得
る。前記サンプルパルスＳ（図３（ｂ））は前記無線周
波パワー波のいくつかの所定の整数のサイクルよりわず
かに大きい間隔で発生する。例えば、前記サンプルパル
スは１０の完全サイクルに十分の一のサイクルを加えた
もの、あるいは１０の完全サイクルから十分の一のサイ
クルを引いたものに等しい間隔をもたせることができ
る。どちらの場合でも、高速サンプルと保持回路が図３
に示された波長レベルを保持し、これらの連続採取した
波長レベルを合成して、図４に示され、図３（ａ）の波
形と同一の波形を有するがずっと低い周波数例えば原周
波数の１３．５６ＭＨｚの１％の偽信号波形を発生させ
る。
【００１５】図３の説明を続けると、サンプルと保持回
路３８にはアナログディジタル変換器すなわちＡ−Ｄで
ここでは少くとも１２ビットの分解能を有し採取数値
（図３（ｃ）参照）をディジタル形式に変換する。前記
サンプルは１２ビットバスで前記１２ビットサンプルを
前記ＤＰＳ３０のデータ入力にラッチするラッチ回路４
０に供給する。前記サンプルクロックパルス３６もアナ
ログディジタル変換器のある第２の高速サンプルと保持
回路４２に供給する。この回路４２は管路２６に沿って
前記プローブ２２から供給された前記無線周波電流サン
プルの振幅のサンプル採取を行う。前記回路は１２ビッ
ドサンプルのシーケンスを、前記サンプルを前記ＤＳＰ
３０の電流データ入力に供給するラッチ４４に供給す
る。
【００１６】一実施例では、前記サンプルクロック３６
を２．７３２ＭＨｚの採取周波数ｆａで運転する。これ
は１００ＫＨｚの基本波長で偽信号波形を発生させる。
前記無線周波サンプルは前記２つのサンプルと保持回路
３８、４２に入り、前記電圧ＶＲＦと電流ＩＲＦ波形を
周期的にサンプル採取して前記偽信号波形（図４参照）
を１００ＫＨｚで発生させる。これを行うには、前記１
３．５６ＭＨｚの波形を１３，６００ＫＨｚ±１００Ｋ
Ｈｚの整数分数（１／Ｎ）で採取する。すなわち： ｆ３＝１３，５６０，０００／Ｎ±１００，０００／Ｎ 作業者の目標が５番目の高調波についての確実な情報を
得ることである場合は、５００ＫＨｚの周波数を前記偽
信号波形に求める必要がある。これを行うには： Ｎ＝５ と選ぶと、サンプル採取周波数： ｆ３＝１３，５６０，０００／５＋１００，０００／５
＝２．７３２ＭＨｚ を達成する。
【００１７】実際のサンプル採取周波数を所望の分解能
により選択する必要がある。この場合、５００ＫＨｚの
高調波周波数はこの実施例の２．７３２／２ＭＨｚのサ
ンプル採取の定理にらくらく嵌まる。図３（ｂ）に示さ
れた通り、サンプル採取信号Ｓは約３６６ナノセカンド
の１／ｆ３の周期Ｔｓと、ざっと１乃至５ナノセカンド
のパルス幅をもつ。前記無線周波パワー波は１／１３．
５６ＭＨｚもしくは７３．７５ナノセンカンドの周期Ｔ
をもつ。
【００１８】
【発明の効果】以上述べた通り本発明では、前記ＤＳＰ
３０は典型的例として高速断続ルーチンを用いサンプル
のブロックを速フーリエ−変換（ＦＦＴ）もしくは他の
処理の前記２．７３２ＭＨｚで取入れる。サンプルを前
記ＤＳＰ３０の記憶装置で記憶させた時、アルゴリズム
例えばＦＦＴは周波数領域サンプルセットの生成のため
サンプルブロックで行うことができる。処理ずみ情報を
その後、ホストコンピュータ（図示せず）に送ってさら
なる分析を行うかあるいは管理に回すかしてプラズマ処
理から最高の製品品質を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線周波プラズマ装置のブロック略図で無線周
波発電装置、インピーダンス整合ネット、プラズマ室な
らびに無線周波パワープローブを本発明の好ましい一実
施例により示す図である。
【図２】本実施例のプローブの偽信号サンプル採取部分
の単純化したフローチャート図である。
【図３】本実施例説明のためのグラフであって、（ａ）
は印加無線周波パワー波形を示す図、（ｂ）はサンプル
採取パルスを示す図、（ｃ）は採取ずみ振幅値を示す図
である。
【図４】本実施例が発生した偽信号波形を示す図であ
る。
【符号の説明】
１０ プラズマ処理装置 １２ 無線周波発電装置 １４ 通路 １６ 整合ネットワーク １８ 通路 ２０ プラズマ室 ２２ プローブ装置 ２４ ライン ２６ ライン ２８ 偽信号サンプル採取装置 ３０ ディジタル信号プロセッサ ３２ 出力手段 ３４ フィードバック回路 ３６ サンプルクロック ３８ 保持回路 ４０ ラッチ回路 ４２ 保持回路 ４４ ラッチ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線周波整合ネットワークを通してプラ
    ズマ室のパワー入力に供給される無線周波ヘルツ波を無
    線周波発電装置が発生させ、該ヘルツ波がプラズマを前
    記プラズマ室に発生させ、また検知手段が前記無線周波
    ヘルツ波を前記プラズマ室への入力でサンプル採取して
    前記プラズマ室に印加された前記パワーの容量を中で測
    定するプラズマ装置において、前記検知手段が前記無線
    周波波長の振幅を所定の周波数より緩慢な所定のサンプ
    ル採集速度で採取するサンプル採取手段と、合成回路と
    の組合せで前記サンプル採取した振幅を合せて前記所定
    の周波数より著しく低い所定の偽信号周波数で偽信号波
    形を発生させることを特徴とするプラズマ装置。
  2. 【請求項２】 前記無線周波発電装置が前記無線周波ヘ
    ルツ波を前記所定の周波数Ｆで発生させることと、前記
    所定の偽信号周波数をｆａで選ぶことと前記サンプル採
    取速度ｆｓを： ｆ３＝Ｆ／Ｎ±ｆａ／Ｎ ［式中、Ｎは１より大きい整数である］ として選ぶことをさらに特徴とする請求項１記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 前記所定の周波数Ｆが１３．５６ＭＨｚ
    であることと、前記偽信号周波数がざっと５０ＫＨｚ乃
    至２５０ＫＨｚであることを特徴とする請求項２記載の
    装置。
  4. 【請求項４】 前記整数Ｎが少くとも５であることを特
    徴とする請求項２記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記サンプル採取手段が、前記サンプル
    採取速度で運転するサンプル採取クロックと、前記無線
    周波の電圧をサンプル採取する前記サンプル採取クロッ
    クにより運転される第１の高速サンプルおよび保持手段
    と、前記無線周波の電流をサンプル採取する前記サンプ
    ル採取クロックにより運転される第２の高速サンプルと
    保持手段を備えることと、前記合成する手段が偽信号電
    圧波形を発生させ、また偽信号電流波形を発生させる手
    段を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記第１と第２のサンプルと保持手段の
    各々がアナログ／ディジタル変換器を備え、少くとも１
    ２ビットの幅を備えるディジタルサンプルを発生させる
    ことを特徴とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記第１と第２のサンプルと保持手段が
    連合電圧と電流波形を同時にサンプル採取することを特
    徴とする請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記サンプル採取手段が前記第１と第２
    のサンプルならびに保持手段と、ディジタル信号プロセ
    ッサへのそれぞれの入力の間をそれぞれ連結させた第１
    と第２のディジタルラッチを備えることを特徴とする請
    求項６記載の装置。
JP8101851A 1995-06-07 1996-04-01 プラズマ装置 Pending JPH08339896A (ja)

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US08/472,433 1995-06-07
US08/472,433 US5565737A (en) 1995-06-07 1995-06-07 Aliasing sampler for plasma probe detection

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JPH08339896A true JPH08339896A (ja) 1996-12-24

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US (1) US5565737A (ja)
EP (1) EP0753876B1 (ja)
JP (1) JPH08339896A (ja)
KR (1) KR970004976A (ja)
CN (1) CN1156827A (ja)
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