JP2003139804A - 高周波検出方法および高周波検出回路 - Google Patents
高周波検出方法および高周波検出回路Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 周波数ｆの高周波電力と周波数ｆ１の高周波
電力とを１つの負荷に供給する高周波電源装置におい
て、周波数ｆの高周波電力に関する情報を正確に検出す
る。 【解決手段】 周波数ｆの高周波信号と周波数ｆ１の高
周波信号との混合信号である高周波信号Ｖ１を方向性結
合器１２によって検出し、周波数ｆ＋Δｆ（ただし、ｆ
＞Δｆ＞ｆ１である）の高周波信号ＶＲを局部発振器２
５によって生成し、高周波信号Ｖ１とＶＲの混合信号Ｖ
１×ＶＲをミキサ２６によって生成し、信号Ｖ１×ＶＲ
から周波数Δｆの高周波信号Ｖ１′をフィルタ２７によ
って抽出し、信号Ｖ１′に基づいて周波数ｆの進行波電
力Ｐｆを検出する。したがって、周波数ｆの進行波電力
Ｐｆを正確に検出することができる。
電力とを１つの負荷に供給する高周波電源装置におい
て、周波数ｆの高周波電力に関する情報を正確に検出す
る。 【解決手段】 周波数ｆの高周波信号と周波数ｆ１の高
周波信号との混合信号である高周波信号Ｖ１を方向性結
合器１２によって検出し、周波数ｆ＋Δｆ（ただし、ｆ
＞Δｆ＞ｆ１である）の高周波信号ＶＲを局部発振器２
５によって生成し、高周波信号Ｖ１とＶＲの混合信号Ｖ
１×ＶＲをミキサ２６によって生成し、信号Ｖ１×ＶＲ
から周波数Δｆの高周波信号Ｖ１′をフィルタ２７によ
って抽出し、信号Ｖ１′に基づいて周波数ｆの進行波電
力Ｐｆを検出する。したがって、周波数ｆの進行波電力
Ｐｆを正確に検出することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は高周波検出方法お
よび高周波検出回路に関し、特に、第１の周波数を有す
る第１の高周波電力と第１の周波数よりも低い第２の周
波数を有する第２の高周波電力とを１つの負荷に供給す
る高周波電源装置において第１の高周波電力に関する情
報を検出するための高周波検出方法および高周波検出回
路に関する。
よび高周波検出回路に関し、特に、第１の周波数を有す
る第１の高周波電力と第１の周波数よりも低い第２の周
波数を有する第２の高周波電力とを１つの負荷に供給す
る高周波電源装置において第１の高周波電力に関する情
報を検出するための高周波検出方法および高周波検出回
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、比較的高い周波数ｆの高周波電力
と比較的低い周波数ｆ１の高周波電力とを１つの反応室
に供給するプラズマプロセス技術が開発されている。こ
のプラズマプロセス技術では、プラズマは主に周波数ｆ
の高周波電力で生成され、周波数ｆ１の高周波電力は基
板近傍におけるイオンの挙動を制御するために用いられ
る。
と比較的低い周波数ｆ１の高周波電力とを１つの反応室
に供給するプラズマプロセス技術が開発されている。こ
のプラズマプロセス技術では、プラズマは主に周波数ｆ
の高周波電力で生成され、周波数ｆ１の高周波電力は基
板近傍におけるイオンの挙動を制御するために用いられ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなプラズマプ
ロセス技術では、周波数ｆの電圧、電流、電力などを正
確に測定することが重要であるが、ｆがｆ１の１０００
倍程度以上になると、その測定は困難である。なぜな
ら、反応室内で周波数ｆの高周波電力が周波数ｆ１の高
周波電力で変調されて周波数ｆ±ｎｆ１（ただし、ｎは
０以上の整数である）の高周波電力が発生し、周波数ｆ
±ｎｆ１の高周波信号から周波数ｆの高周波信号のみを
抽出するフィルタ回路が現在では存在しないからであ
る。
ロセス技術では、周波数ｆの電圧、電流、電力などを正
確に測定することが重要であるが、ｆがｆ１の１０００
倍程度以上になると、その測定は困難である。なぜな
ら、反応室内で周波数ｆの高周波電力が周波数ｆ１の高
周波電力で変調されて周波数ｆ±ｎｆ１（ただし、ｎは
０以上の整数である）の高周波電力が発生し、周波数ｆ
±ｎｆ１の高周波信号から周波数ｆの高周波信号のみを
抽出するフィルタ回路が現在では存在しないからであ
る。
【０００４】このため、従来は周波数ｆ±ｎｆ１の電
圧、電流、電力などを周波数ｆの電圧、電流、電力など
として扱っていたので、周波数ｆ１の電圧、電流、電力
などのレベル変化によって周波数ｆの電圧、電流、電力
などのレベルも変化することとなり、測定の再現性が低
かった。
圧、電流、電力などを周波数ｆの電圧、電流、電力など
として扱っていたので、周波数ｆ１の電圧、電流、電力
などのレベル変化によって周波数ｆの電圧、電流、電力
などのレベルも変化することとなり、測定の再現性が低
かった。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、第
１の周波数を有する第１の高周波電力と第１の周波数よ
りも低い第２の周波数を有する第２の高周波電力とを１
つの負荷に供給する高周波電源装置において、第１の高
周波電力に関する情報を容易かつ正確に検出することが
可能な高周波検出方法および高周波検出回路を提供する
ことである。
１の周波数を有する第１の高周波電力と第１の周波数よ
りも低い第２の周波数を有する第２の高周波電力とを１
つの負荷に供給する高周波電源装置において、第１の高
周波電力に関する情報を容易かつ正確に検出することが
可能な高周波検出方法および高周波検出回路を提供する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高周波検
出方法は、第１の周波数を有する第１の高周波電力と第
１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周
波電力とを１つの負荷に供給する高周波電源装置におい
て第１の高周波電力に関する情報を検出するための高周
波検出方法であって、第１の周波数を有する第１の高周
波信号と第２の周波数を有する第２の高周波信号との混
合信号である第３の高周波信号を高周波電源装置の所定
のノードで検出する第１のステップと、第１および第２
の周波数の間の第３の周波数だけ第１の周波数から高周
波側または低周波側にずらした周波数を有する基準信号
を生成する第２のステップと、第１のステップで検出し
た第３の高周波信号と第２のステップで生成した基準信
号との混合信号を生成する第３のステップと、第３のス
テップで生成した混合信号から第３の周波数を有する第
４の高周波信号を抽出する第４のステップと、第４のス
テップで抽出した第４の高周波信号に基づいて第１の高
周波電力に関する情報を検出する第５のステップとを含
むものである。
出方法は、第１の周波数を有する第１の高周波電力と第
１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第２の高周
波電力とを１つの負荷に供給する高周波電源装置におい
て第１の高周波電力に関する情報を検出するための高周
波検出方法であって、第１の周波数を有する第１の高周
波信号と第２の周波数を有する第２の高周波信号との混
合信号である第３の高周波信号を高周波電源装置の所定
のノードで検出する第１のステップと、第１および第２
の周波数の間の第３の周波数だけ第１の周波数から高周
波側または低周波側にずらした周波数を有する基準信号
を生成する第２のステップと、第１のステップで検出し
た第３の高周波信号と第２のステップで生成した基準信
号との混合信号を生成する第３のステップと、第３のス
テップで生成した混合信号から第３の周波数を有する第
４の高周波信号を抽出する第４のステップと、第４のス
テップで抽出した第４の高周波信号に基づいて第１の高
周波電力に関する情報を検出する第５のステップとを含
むものである。
【０００７】また、この発明に係る高周波検出回路は、
第１の周波数を有する第１の高周波電力と第１の周波数
よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波電力とを
１つの負荷に供給する高周波電源装置において第１の高
周波電力に関する情報を検出するための高周波検出回路
であって、第１の周波数を有する第１の高周波信号と第
２の周波数を有する第２の高周波信号との混合信号であ
る第３の高周波信号を高周波電源装置の所定のノードで
検出する信号検出回路と、第１および第２の周波数の間
の第３の周波数から第１の周波数から高周波側または低
周波側にずらした周波数を有する基準信号を生成する信
号発生回路と、信号検出回路によって検出された第３の
高周波信号と信号発生回路によって生成された基準信号
との混合信号を生成するミキサ回路と、ミキサ回路によ
って生成された混合信号から第３の周波数を有する第４
の高周波信号を抽出するフィルタ回路と、フィルタ回路
によって抽出された第４の高周波信号に基づいて第１の
高周波電力に関する情報を検出する情報検出回路とを備
えたものである。
第１の周波数を有する第１の高周波電力と第１の周波数
よりも低い第２の周波数を有する第２の高周波電力とを
１つの負荷に供給する高周波電源装置において第１の高
周波電力に関する情報を検出するための高周波検出回路
であって、第１の周波数を有する第１の高周波信号と第
２の周波数を有する第２の高周波信号との混合信号であ
る第３の高周波信号を高周波電源装置の所定のノードで
検出する信号検出回路と、第１および第２の周波数の間
の第３の周波数から第１の周波数から高周波側または低
周波側にずらした周波数を有する基準信号を生成する信
号発生回路と、信号検出回路によって検出された第３の
高周波信号と信号発生回路によって生成された基準信号
との混合信号を生成するミキサ回路と、ミキサ回路によ
って生成された混合信号から第３の周波数を有する第４
の高周波信号を抽出するフィルタ回路と、フィルタ回路
によって抽出された第４の高周波信号に基づいて第１の
高周波電力に関する情報を検出する情報検出回路とを備
えたものである。
【０００８】好ましくは、信号検出回路、信号発生回
路、ミキサ回路およびフィルタ回路は２組設けられる。
一方の組の信号検出回路は、所定のノードの高周波電圧
を示す第３の高周波信号を検出する。他方の組の信号検
出回路は、所定のノードの高周波電流を示す第３の高周
波信号を検出する。情報検出回路は、２つのフィルタ回
路によって抽出された２つの第４の高周波信号に基づい
て第１の高周波電力に関する情報を検出する。
路、ミキサ回路およびフィルタ回路は２組設けられる。
一方の組の信号検出回路は、所定のノードの高周波電圧
を示す第３の高周波信号を検出する。他方の組の信号検
出回路は、所定のノードの高周波電流を示す第３の高周
波信号を検出する。情報検出回路は、２つのフィルタ回
路によって抽出された２つの第４の高周波信号に基づい
て第１の高周波電力に関する情報を検出する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施の形態
による半導体製造装置の構成を示すブロック図である。
図１において、この半導体製造装置は、高周波電源１，
９、高周波センサ２，５、整合器３，８、コントローラ
４、モニタ装置６、および反応室７を備える。この半導
体製造装置は、高周波電源１からの比較的高い周波数ｆ
（たとえば５００ＭＨｚ）の高周波電力と、高周波電源
９からの比較的低い周波数ｆ１（たとえば８００ＫＨ
ｚ）の高周波電力とを１つの反応室７に供給してプラズ
マを発生させるものである。
による半導体製造装置の構成を示すブロック図である。
図１において、この半導体製造装置は、高周波電源１，
９、高周波センサ２，５、整合器３，８、コントローラ
４、モニタ装置６、および反応室７を備える。この半導
体製造装置は、高周波電源１からの比較的高い周波数ｆ
（たとえば５００ＭＨｚ）の高周波電力と、高周波電源
９からの比較的低い周波数ｆ１（たとえば８００ＫＨ
ｚ）の高周波電力とを１つの反応室７に供給してプラズ
マを発生させるものである。
【００１０】高周波電源１は、周波数ｆの高周波電力を
反応室７に与えるためのメイン電源装置である。高周波
電源１は、図２に示すように、発振器１０、増幅器１
１、方向性結合器１２、フィルタ回路１３，１６、出力
電力検出器１４、出力電力表示部１５、反射電力検出器
１７および反射電力表示部１８を含む。
反応室７に与えるためのメイン電源装置である。高周波
電源１は、図２に示すように、発振器１０、増幅器１
１、方向性結合器１２、フィルタ回路１３，１６、出力
電力検出器１４、出力電力表示部１５、反射電力検出器
１７および反射電力表示部１８を含む。
【００１１】発振器１０は、周波数ｆの高周波信号を出
力する。増幅器１１は、発振器１０で生成された高周波
信号を所望の電力の信号に増幅する。増幅された高周波
信号は、方向性結合器１２を介して整合器３に与えられ
る。
力する。増幅器１１は、発振器１０で生成された高周波
信号を所望の電力の信号に増幅する。増幅された高周波
信号は、方向性結合器１２を介して整合器３に与えられ
る。
【００１２】方向性結合器１２は、図３に示すように、
主同軸線路２０、副同軸線路２１および抵抗素子２２，
２３を含む。主同軸線路２０は、内部導体２０ａおよび
外部導体２０ｂを含み、増幅器１１と整合器３の間の同
軸線路の一部を構成している。副同軸線路２１は、内部
導体２１ａおよび外部導体２１ｂを含む。外部導体２０
ｂ，２１ｂは、ともに接地されている。副同軸線路２１
の中央部は、主同軸線路２０のインピーダンス変化がな
るべく小さくなるようにして、主同軸線路２０の一部に
疎結合されている。抵抗素子２２は、副同軸線路２１の
内部導体２１ａの上流側端部と接地電位ＧＮＤのライン
との間に接続されている。抵抗素子２３は、副同軸線路
２１の内部導体２１ａの下流側端部と接地電位ＧＮＤの
ラインとの間に接続されている。抵抗素子２２と２３
は、同じ抵抗値Ｒを有する。
主同軸線路２０、副同軸線路２１および抵抗素子２２，
２３を含む。主同軸線路２０は、内部導体２０ａおよび
外部導体２０ｂを含み、増幅器１１と整合器３の間の同
軸線路の一部を構成している。副同軸線路２１は、内部
導体２１ａおよび外部導体２１ｂを含む。外部導体２０
ｂ，２１ｂは、ともに接地されている。副同軸線路２１
の中央部は、主同軸線路２０のインピーダンス変化がな
るべく小さくなるようにして、主同軸線路２０の一部に
疎結合されている。抵抗素子２２は、副同軸線路２１の
内部導体２１ａの上流側端部と接地電位ＧＮＤのライン
との間に接続されている。抵抗素子２３は、副同軸線路
２１の内部導体２１ａの下流側端部と接地電位ＧＮＤの
ラインとの間に接続されている。抵抗素子２２と２３
は、同じ抵抗値Ｒを有する。
【００１３】主同軸線路２０の特性インピーダンスＺ0
と、主同軸線路２０および副同軸線路２１間の結合静電
容量Ｃ0と、主同軸線路２０および副同軸線路２１間の
相互インダクタンスＭと、抵抗素子２２，２３の抵抗値
Ｒとは、Ｚ0＝Ｍ／Ｃ0Ｒの関係を有する。抵抗素子２
２，２３の端子間電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２とし、比例
定数をＫとすると、進行波電力Ｐｆおよび反射波電力Ｐ
ｒはそれぞれＫ（Ｖ１） 2，Ｋ（Ｖ２）2となる。方向性
結合器１２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれフィルタ
回路１３，１６に与えられる。
と、主同軸線路２０および副同軸線路２１間の結合静電
容量Ｃ0と、主同軸線路２０および副同軸線路２１間の
相互インダクタンスＭと、抵抗素子２２，２３の抵抗値
Ｒとは、Ｚ0＝Ｍ／Ｃ0Ｒの関係を有する。抵抗素子２
２，２３の端子間電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２とし、比例
定数をＫとすると、進行波電力Ｐｆおよび反射波電力Ｐ
ｒはそれぞれＫ（Ｖ１） 2，Ｋ（Ｖ２）2となる。方向性
結合器１２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれフィルタ
回路１３，１６に与えられる。
【００１４】フィルタ回路１３は、へテロダイン方式に
より、周波数ｆ±ｎｆ１の高周波信号Ｖ１を周波数Δｆ
の高周波信号Ｖ１′に変換するものである。周波数Δｆ
は、高周波電源１の周波数ｆよりも十分に低く、高周波
電源９の周波数ｆ１よりも高い周波数（たとえば１０．
６ＭＨｚ）である。すなわち、フィルタ回路１３は、図
４に示すように、局部発振器２５、ミキサ２６およびバ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２７を含む。局部発振器２
５は、高周波電源１の周波数ｆと所定の周波数Δｆとの
和の周波数ｆ＋Δｆの高周波信号ＶＲを生成してミキサ
２６に与える。ミキサ２６は、方向性結合器１２の出力
信号Ｖ１と局部発信器２５の出力信号ＶＲとを混合す
る。
より、周波数ｆ±ｎｆ１の高周波信号Ｖ１を周波数Δｆ
の高周波信号Ｖ１′に変換するものである。周波数Δｆ
は、高周波電源１の周波数ｆよりも十分に低く、高周波
電源９の周波数ｆ１よりも高い周波数（たとえば１０．
６ＭＨｚ）である。すなわち、フィルタ回路１３は、図
４に示すように、局部発振器２５、ミキサ２６およびバ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２７を含む。局部発振器２
５は、高周波電源１の周波数ｆと所定の周波数Δｆとの
和の周波数ｆ＋Δｆの高周波信号ＶＲを生成してミキサ
２６に与える。ミキサ２６は、方向性結合器１２の出力
信号Ｖ１と局部発信器２５の出力信号ＶＲとを混合す
る。
【００１５】ここで、信号Ｖ１は、２つの高周波電源
１，９の出力信号の混合波になっており、図５に示すよ
うに、周波数ｆ±ｎｆ１の成分を有する。ミキサ２６の
出力信号Ｖ１×ＶＲは、中心周波数ｆ±ｎｆ１と周波数
Δｆ±ｎｆ１，２ｆ＋Δｆ±ｎｆ１の３成分を有する。
ｆ／ｆ１は１０００程度であるので周波数ｆ±ｎｆ１の
成分を有する信号Ｖ１から周波数ｆの成分を抽出するバ
ンドパスフィルタを作成するのは困難であるが、Δｆ／
ｆ１は１０程度であるので周波数Δｆ±ｎｆ１の成分を
有する信号Ｖ１×ＶＲから周波数Δｆの成分を抽出する
バンドパスフィルタを作成するのは可能である。バンド
パスフィルタ２７は、信号Ｖ１×ＶＲから周波数Δｆの
信号成分Ｖ１′を抽出する。信号Ｖ１′のレベル情報お
よび位相情報は、信号Ｖ１の周波数ｆの成分のレベル情
報および位相情報を含んでいる。
１，９の出力信号の混合波になっており、図５に示すよ
うに、周波数ｆ±ｎｆ１の成分を有する。ミキサ２６の
出力信号Ｖ１×ＶＲは、中心周波数ｆ±ｎｆ１と周波数
Δｆ±ｎｆ１，２ｆ＋Δｆ±ｎｆ１の３成分を有する。
ｆ／ｆ１は１０００程度であるので周波数ｆ±ｎｆ１の
成分を有する信号Ｖ１から周波数ｆの成分を抽出するバ
ンドパスフィルタを作成するのは困難であるが、Δｆ／
ｆ１は１０程度であるので周波数Δｆ±ｎｆ１の成分を
有する信号Ｖ１×ＶＲから周波数Δｆの成分を抽出する
バンドパスフィルタを作成するのは可能である。バンド
パスフィルタ２７は、信号Ｖ１×ＶＲから周波数Δｆの
信号成分Ｖ１′を抽出する。信号Ｖ１′のレベル情報お
よび位相情報は、信号Ｖ１の周波数ｆの成分のレベル情
報および位相情報を含んでいる。
【００１６】出力電圧検出器１４は、信号Ｖ１′のレベ
ル情報Ｖ（たとえば振幅）を検出し、数式Ｐｆ＝Ｋ′Ｖ
2（ただし、Ｋ′は比例定数である）に基づいて周波数
ｆの進行波電力Ｐｆを検出する。出力電力表示部１５
は、出力電力検出器１４で検出された進行波電力Ｐｆを
たとえばデジタル表示する。
ル情報Ｖ（たとえば振幅）を検出し、数式Ｐｆ＝Ｋ′Ｖ
2（ただし、Ｋ′は比例定数である）に基づいて周波数
ｆの進行波電力Ｐｆを検出する。出力電力表示部１５
は、出力電力検出器１４で検出された進行波電力Ｐｆを
たとえばデジタル表示する。
【００１７】フィルタ回路１６も、フィルタ回路１３と
同じ構成である。フィルタ回路１６から反射電力検出器
１７に、信号Ｖ２の周波数ｆの成分のレベル情報および
位相情報を含む信号Ｖ２′が与えられる。反射電力検出
器１７は、信号Ｖ２′のレベル情報Ｖを検出し、数式Ｐ
ｒ＝Ｋ′Ｖ2に基づいて周波数ｆの反射波電力Ｐｒを検
出する。反射電力表示部１８は、反射電力検出器１７で
検出された反射波電力Ｐｒをたとえばデジタル表示す
る。
同じ構成である。フィルタ回路１６から反射電力検出器
１７に、信号Ｖ２の周波数ｆの成分のレベル情報および
位相情報を含む信号Ｖ２′が与えられる。反射電力検出
器１７は、信号Ｖ２′のレベル情報Ｖを検出し、数式Ｐ
ｒ＝Ｋ′Ｖ2に基づいて周波数ｆの反射波電力Ｐｒを検
出する。反射電力表示部１８は、反射電力検出器１７で
検出された反射波電力Ｐｒをたとえばデジタル表示す
る。
【００１８】高周波センサ２は、図６に示すように、同
軸線路３０、コイル３１，３２、コンデンサ３３〜４
４、ダイオード４５〜４８、抵抗素子４９〜５７、可変
抵抗素子５８，５９、およびフィルタ回路６０〜６３を
含む。フィルタ回路６０〜６３の各々は、図４で示した
フィルタ回路１３と同じ構成である。同軸線路３０は、
内部導体３０ａおよび外部導体３０ｂを含み、高周波電
源１と整合器３の間の同軸線路の一部を構成している。
軸線路３０、コイル３１，３２、コンデンサ３３〜４
４、ダイオード４５〜４８、抵抗素子４９〜５７、可変
抵抗素子５８，５９、およびフィルタ回路６０〜６３を
含む。フィルタ回路６０〜６３の各々は、図４で示した
フィルタ回路１３と同じ構成である。同軸線路３０は、
内部導体３０ａおよび外部導体３０ｂを含み、高周波電
源１と整合器３の間の同軸線路の一部を構成している。
【００１９】コイル３１は同軸線路３０の内部導体３０
ａと電磁誘導結合されており、コイル３１には内部導体
３０ａに流れる電流に応じたレベルおよび位相の電流Ｉ
が流れる。コイル３１の一方端子は、フィルタ回路６０
の入力ノード６０ａに接続される。キャパシタ３３，３
４は、内部導体３０ａとフィルタ６１の入力ノード６１
ａとの間に直列接続される。ノード６１ａには、内部導
体３０ａの電圧に応じたレベルおよび位相の電圧Ｖが発
生する。ダイオード４６、抵抗素子５２、可変抵抗素子
５８、抵抗素子４９およびダイオード４５はフィルタ回
路６１，６０の出力ノード６１ｂ，６０ｂ間に直列接続
され、可変抵抗素子５８の摺動端子５８ａは所定位置に
固定されている。端子５８ａには、電圧Ｖと電流Ｉの比
Ｚの特性インピーダンスＺ0（たとえば５０Ω）に対す
るずれに相当する信号ＶＺが現われる。信号ＶＺのレベ
ルは、整合時に０になる。
ａと電磁誘導結合されており、コイル３１には内部導体
３０ａに流れる電流に応じたレベルおよび位相の電流Ｉ
が流れる。コイル３１の一方端子は、フィルタ回路６０
の入力ノード６０ａに接続される。キャパシタ３３，３
４は、内部導体３０ａとフィルタ６１の入力ノード６１
ａとの間に直列接続される。ノード６１ａには、内部導
体３０ａの電圧に応じたレベルおよび位相の電圧Ｖが発
生する。ダイオード４６、抵抗素子５２、可変抵抗素子
５８、抵抗素子４９およびダイオード４５はフィルタ回
路６１，６０の出力ノード６１ｂ，６０ｂ間に直列接続
され、可変抵抗素子５８の摺動端子５８ａは所定位置に
固定されている。端子５８ａには、電圧Ｖと電流Ｉの比
Ｚの特性インピーダンスＺ0（たとえば５０Ω）に対す
るずれに相当する信号ＶＺが現われる。信号ＶＺのレベ
ルは、整合時に０になる。
【００２０】コイル３２は、同軸線路３０の内部導体３
０ａと電磁誘導結合されており、コイル３２には内部導
体３０ａに流れる電流に応じたレベルおよび位相の電流
Ｉが流れる。コイル３２の２つの端子は、それぞれフィ
ルタ回路６２，６３の入力ノード６２ａ，６３ａに接続
される。キャパシタ３９，４０は、内部導体３０ａとノ
ードＮ５４との間に直列接続される。ノードＮ５４に
は、内部導体３０ａの電圧に応じたレベルおよび位相の
電圧Ｖが発生する。ノードＮ５４は、抵抗素子５４，５
６を介してコイル３２の２つの端子に接続されるととも
に、抵抗素子５５を介して接地される。
０ａと電磁誘導結合されており、コイル３２には内部導
体３０ａに流れる電流に応じたレベルおよび位相の電流
Ｉが流れる。コイル３２の２つの端子は、それぞれフィ
ルタ回路６２，６３の入力ノード６２ａ，６３ａに接続
される。キャパシタ３９，４０は、内部導体３０ａとノ
ードＮ５４との間に直列接続される。ノードＮ５４に
は、内部導体３０ａの電圧に応じたレベルおよび位相の
電圧Ｖが発生する。ノードＮ５４は、抵抗素子５４，５
６を介してコイル３２の２つの端子に接続されるととも
に、抵抗素子５５を介して接地される。
【００２１】ダイオード４７、抵抗素子５３、可変抵抗
素子５９、抵抗素子５１およびダイオード４８はフィル
タ回路６２，６３の出力ノード６２ａ，６３ａ間に直列
接続され、可変抵抗素子５９の摺動端子５９ａは所定位
置に固定されている。抵抗素子５４〜５６およびダイオ
ード４７，４８は、バランス・モジュールを構成する。
端子５９ａには、電圧Ｖと電流Ｉの位相差φに比例する
レベルの信号Ｖφが現われる。信号Ｖφのレベルは、整
合時に０になる。なお、コンデンサ３５〜３８，４１〜
４４および抵抗素子４９，５２，５３，５７は、ノイズ
除去および電位平滑化のために設けられている。
素子５９、抵抗素子５１およびダイオード４８はフィル
タ回路６２，６３の出力ノード６２ａ，６３ａ間に直列
接続され、可変抵抗素子５９の摺動端子５９ａは所定位
置に固定されている。抵抗素子５４〜５６およびダイオ
ード４７，４８は、バランス・モジュールを構成する。
端子５９ａには、電圧Ｖと電流Ｉの位相差φに比例する
レベルの信号Ｖφが現われる。信号Ｖφのレベルは、整
合時に０になる。なお、コンデンサ３５〜３８，４１〜
４４および抵抗素子４９，５２，５３，５７は、ノイズ
除去および電位平滑化のために設けられている。
【００２２】整合器３は、図７に示すように、整合素子
６４，６５および駆動装置６６，６７を含む。整合素子
６４，６５の各々のインピーダンスは制御可能になって
いる。整合器３の入力端子側から反応室７側を見たイン
ピーダンスが高周波電源１および整合器３間の同軸線路
の特性インピーダンスＺ0に等しくなると、反射電力Ｐ
ｒが最小値になる。駆動装置６６，６７の各々は、モー
タ、ギアなどを含み、整合素子６４，６５を駆動させ
る。
６４，６５および駆動装置６６，６７を含む。整合素子
６４，６５の各々のインピーダンスは制御可能になって
いる。整合器３の入力端子側から反応室７側を見たイン
ピーダンスが高周波電源１および整合器３間の同軸線路
の特性インピーダンスＺ0に等しくなると、反射電力Ｐ
ｒが最小値になる。駆動装置６６，６７の各々は、モー
タ、ギアなどを含み、整合素子６４，６５を駆動させ
る。
【００２３】コントローラ４は、高周波センサ２からの
信号ＶＺのレベルが最小値になるように駆動装置６６を
介して整合素子６４のインピーダンスを調整するととも
に、高周波センサ２からの信号Ｖφのレベルが最小値に
なるように駆動装置６７を介して整合素子６５のインピ
ーダンスを調整する。
信号ＶＺのレベルが最小値になるように駆動装置６６を
介して整合素子６４のインピーダンスを調整するととも
に、高周波センサ２からの信号Ｖφのレベルが最小値に
なるように駆動装置６７を介して整合素子６５のインピ
ーダンスを調整する。
【００２４】図１に戻って、高周波センサ５は、整合器
３と反応室７の間の配線の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出す
る。高周波センサ５は、たとえば、図６に示した高周波
センサ２のうちのコイル３１、コンデンサ３３，３４、
抵抗素子５０およびフィルタ回路６０，６１を含む。フ
ィルタ回路６０，６１の出力ノード６０ｂ，６１ｂは、
モニタ装置６に接続される。モニタ装置６は、たとえば
オシロスコープで構成される。モニタ装置６により、反
応室７の電極間電圧、電流、インピーダンスをモニタす
ることができ、電極間プラズマの状態を検知することが
できる。
３と反応室７の間の配線の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出す
る。高周波センサ５は、たとえば、図６に示した高周波
センサ２のうちのコイル３１、コンデンサ３３，３４、
抵抗素子５０およびフィルタ回路６０，６１を含む。フ
ィルタ回路６０，６１の出力ノード６０ｂ，６１ｂは、
モニタ装置６に接続される。モニタ装置６は、たとえば
オシロスコープで構成される。モニタ装置６により、反
応室７の電極間電圧、電流、インピーダンスをモニタす
ることができ、電極間プラズマの状態を検知することが
できる。
【００２５】高周波電源９は、周波数ｆ１の高周波電力
を反応室７に与えるためのバイアス電源装置である。整
合器８は、高周波電源９への反射波電力を最小値に抑え
るために設けられている。整合器８は、コイルおよびキ
ャパシタを含み、高周波電源１からの高周波電力が高周
波電源９に入力されるのを防止する役目も果たしてい
る。
を反応室７に与えるためのバイアス電源装置である。整
合器８は、高周波電源９への反射波電力を最小値に抑え
るために設けられている。整合器８は、コイルおよびキ
ャパシタを含み、高周波電源１からの高周波電力が高周
波電源９に入力されるのを防止する役目も果たしてい
る。
【００２６】反応室７内には、図８に示すように、たと
えば２枚の平行平板電極７１，７２が設けられている。
電極７１，７２には、それぞれ高周波電源１，９からの
高周波電力が与えられる。電極７２の表面には、基板７
３がセットされる。
えば２枚の平行平板電極７１，７２が設けられている。
電極７１，７２には、それぞれ高周波電源１，９からの
高周波電力が与えられる。電極７２の表面には、基板７
３がセットされる。
【００２７】エッチングまたは成膜時は、まず真空ポン
プ（図示せず）によって反応室７内の空気が排出され
る。次いで所定のガスが所定流量で反応室７内に導入さ
れるとともに真空ポンプの排気速度が調整されて、反応
室７内が所定の圧力に調整される。
プ（図示せず）によって反応室７内の空気が排出され
る。次いで所定のガスが所定流量で反応室７内に導入さ
れるとともに真空ポンプの排気速度が調整されて、反応
室７内が所定の圧力に調整される。
【００２８】次に、高周波電源１，９がオンされて所定
の高周波電力が反応室７に与えられる。これにより、電
極７１，７２間のガスが電離されてプラズマ状態にな
る。ガスをプラズマ化させるための電力は主に高周波電
源１から供給され、ガスイオンを基板７３に入射させる
ための電力は主に高周波電源９から供給される。エッチ
ング用のガス（たとえばＣＦ4）を用いた場合は基板７
３の表面がエッチングされ、成膜用のガス（たとえばＳ
ｉＨ4）を用いた場合は基板７３の表面に膜が堆積す
る。
の高周波電力が反応室７に与えられる。これにより、電
極７１，７２間のガスが電離されてプラズマ状態にな
る。ガスをプラズマ化させるための電力は主に高周波電
源１から供給され、ガスイオンを基板７３に入射させる
ための電力は主に高周波電源９から供給される。エッチ
ング用のガス（たとえばＣＦ4）を用いた場合は基板７
３の表面がエッチングされ、成膜用のガス（たとえばＳ
ｉＨ4）を用いた場合は基板７３の表面に膜が堆積す
る。
【００２９】この実施の形態では、周波数ｆの高周波信
号と周波数ｆ１の高周波信号との混合信号をヘテロダイ
ン方式を用いて周波数Δｆ（ｆ＞Δｆ＞ｆ１）の高周波
信号に変換し、その高周波信号に基づいて周波数ｆの高
周波電圧、電流、それらの比、それらの位相差、電力な
どを検出する。したがって、周波数ｆの高周波電圧など
を容易かつ正確に検出することができ、高周波電力を正
確に制御することができる。
号と周波数ｆ１の高周波信号との混合信号をヘテロダイ
ン方式を用いて周波数Δｆ（ｆ＞Δｆ＞ｆ１）の高周波
信号に変換し、その高周波信号に基づいて周波数ｆの高
周波電圧、電流、それらの比、それらの位相差、電力な
どを検出する。したがって、周波数ｆの高周波電圧など
を容易かつ正確に検出することができ、高周波電力を正
確に制御することができる。
【００３０】なお、この実施の形態では、局部発振器２
５は高周波電源１の周波数ｆと所定の周波数Δｆとの和
の周波数ｆ＋Δｆの高周波信号ＶＲを生成してミキサ２
６に与えたが、局部発振器２５がｆとΔｆの差の周波数
ｆ−Δｆの高周波信号ＶＲを生成しても同じ結果が得ら
れることは言うまでもない。ただし、この場合は、ミキ
サ２６の出力信号Ｖ１×ＶＲは、中心周波数ｆ±ｎｆ１
と周波数Δｆ±ｎｆ１,２ｆ−Δｆ±ｎｆ１の３成分を
有する。
５は高周波電源１の周波数ｆと所定の周波数Δｆとの和
の周波数ｆ＋Δｆの高周波信号ＶＲを生成してミキサ２
６に与えたが、局部発振器２５がｆとΔｆの差の周波数
ｆ−Δｆの高周波信号ＶＲを生成しても同じ結果が得ら
れることは言うまでもない。ただし、この場合は、ミキ
サ２６の出力信号Ｖ１×ＶＲは、中心周波数ｆ±ｎｆ１
と周波数Δｆ±ｎｆ１,２ｆ−Δｆ±ｎｆ１の３成分を
有する。
【００３１】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る高周波検
出方法では、第１の周波数を有する第１の高周波電力と
第２の周波数を有する第２の高周波電力との混合信号で
ある第３の高周波信号を高周波電源装置の所定のノード
で検出する第１のステップと、第１および第２の周波数
の間の第３の周波数だけ第１の周波数から高周波側また
は低周波側にずらした周波数を有する基準信号を生成す
る第２のステップと、第１のステップで検出した第３の
高周波信号と第２のステップで生成した基準信号との混
合信号を生成する第３のステップと、第３のステップで
生成した混合信号から第３の周波数を有する第４の高周
波信号を抽出する第４のステップと、第４のステップで
抽出した第４の高周波信号に基づいて第１の高周波電力
に関する情報を検出する第５のステップとが行われる。
したがって、第１の周波数の第１の高周波信号と第２の
周波数の第２の高周波信号との混合信号である第３の高
周波信号をヘテロダイン方式を用いて第１および第２の
周波数の間の第３の周波数の第４の高周波信号に変換
し、その第４の高周波信号に基づいて第１の高周波電力
に関する情報を検出するので、第１の高周波電力に関す
る情報を容易かつ正確に検出することができ、高周波電
源装置を正確に制御することができる。
出方法では、第１の周波数を有する第１の高周波電力と
第２の周波数を有する第２の高周波電力との混合信号で
ある第３の高周波信号を高周波電源装置の所定のノード
で検出する第１のステップと、第１および第２の周波数
の間の第３の周波数だけ第１の周波数から高周波側また
は低周波側にずらした周波数を有する基準信号を生成す
る第２のステップと、第１のステップで検出した第３の
高周波信号と第２のステップで生成した基準信号との混
合信号を生成する第３のステップと、第３のステップで
生成した混合信号から第３の周波数を有する第４の高周
波信号を抽出する第４のステップと、第４のステップで
抽出した第４の高周波信号に基づいて第１の高周波電力
に関する情報を検出する第５のステップとが行われる。
したがって、第１の周波数の第１の高周波信号と第２の
周波数の第２の高周波信号との混合信号である第３の高
周波信号をヘテロダイン方式を用いて第１および第２の
周波数の間の第３の周波数の第４の高周波信号に変換
し、その第４の高周波信号に基づいて第１の高周波電力
に関する情報を検出するので、第１の高周波電力に関す
る情報を容易かつ正確に検出することができ、高周波電
源装置を正確に制御することができる。
【００３３】また、この発明に係る高周波検出回路で
は、第１の周波数を有する第１の高周波電力と第２の周
波数を有する第２の高周波電力との混合信号である第３
の高周波信号を高周波電源装置の所定のノードで検出す
る信号検出回路と、第１および第２の周波数の間の第３
の周波数だけ第１の周波数から高周波側または低周波側
にずらした周波数を有する基準信号を生成する信号発生
回路と、信号検出回路によって検出された第３の高周波
信号と信号発生回路によって生成された基準信号との混
合信号を生成するミキサ回路と、ミキサ回路によって生
成された混合信号から第３の周波数を有する第４の高周
波信号を抽出するフィルタ回路と、フィルタ回路によっ
て抽出された第４の高周波信号に基づいて第１の高周波
電力に関する情報を検出する情報検出回路とが設けられ
る。したがって、第１の周波数の第１の高周波信号と第
２の周波数の第２の高周波信号との混合信号である第３
の高周波信号をヘテロダイン方式を用いて第１および第
２の周波数の間の第３の周波数の第４の高周波信号に変
換し、その第４の高周波信号に基づいて第１の高周波電
力に関する情報を検出するので、第１の高周波電力に関
する情報を容易かつ正確に検出することができ、高周波
電源装置を正確に制御することができる。
は、第１の周波数を有する第１の高周波電力と第２の周
波数を有する第２の高周波電力との混合信号である第３
の高周波信号を高周波電源装置の所定のノードで検出す
る信号検出回路と、第１および第２の周波数の間の第３
の周波数だけ第１の周波数から高周波側または低周波側
にずらした周波数を有する基準信号を生成する信号発生
回路と、信号検出回路によって検出された第３の高周波
信号と信号発生回路によって生成された基準信号との混
合信号を生成するミキサ回路と、ミキサ回路によって生
成された混合信号から第３の周波数を有する第４の高周
波信号を抽出するフィルタ回路と、フィルタ回路によっ
て抽出された第４の高周波信号に基づいて第１の高周波
電力に関する情報を検出する情報検出回路とが設けられ
る。したがって、第１の周波数の第１の高周波信号と第
２の周波数の第２の高周波信号との混合信号である第３
の高周波信号をヘテロダイン方式を用いて第１および第
２の周波数の間の第３の周波数の第４の高周波信号に変
換し、その第４の高周波信号に基づいて第１の高周波電
力に関する情報を検出するので、第１の高周波電力に関
する情報を容易かつ正確に検出することができ、高周波
電源装置を正確に制御することができる。
【００３４】好ましくは、信号検出回路、信号発生回
路、ミキサ回路およびフィルタ回路が２組設けられ、一
方の組の信号検出回路は所定のノードの高周波電圧を示
す第３の高周波信号を検出し、他方の組の信号検出回路
は所定のノードの高周波電流を示す第３の高周波信号を
検出し、情報検出回路は、２つのフィルタ回路によって
抽出された２つの第４の高周波信号に基づいて第１の高
周波電力に関する情報を検出する。この場合は、高周波
電圧、高周波電流、それらの比、それらの位相差などを
検出することができる。
路、ミキサ回路およびフィルタ回路が２組設けられ、一
方の組の信号検出回路は所定のノードの高周波電圧を示
す第３の高周波信号を検出し、他方の組の信号検出回路
は所定のノードの高周波電流を示す第３の高周波信号を
検出し、情報検出回路は、２つのフィルタ回路によって
抽出された２つの第４の高周波信号に基づいて第１の高
周波電力に関する情報を検出する。この場合は、高周波
電圧、高周波電流、それらの比、それらの位相差などを
検出することができる。
【図１】 この発明の一実施の形態による半導体製造装
置の構成を示すブロック図である。
置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した高周波電源１の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】 図２に示した方向性結合器の構成を示す回路
図である。
図である。
【図４】 図２に示したフィルタ回路の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】 図４に示したフィルタ回路の動作を説明する
ためのスペクトル図である。
ためのスペクトル図である。
【図６】 図１に示した高周波センサ２の構成を示す回
路ブロック図である。
路ブロック図である。
【図７】 図１に示した整合器３の構成を示すブロック
図である。
図である。
【図８】 図１に示した反応室の構成を示す図である。
１，９ 高周波電源、２，５ 高周波センサ、３，８
整合器、４ コントローラ、６ モニタ装置、７ 反応
室、１０ 発振器、１１ 増幅器、１２ 方向性結合
器、１３，１６，６０〜６３ フィルタ回路、１４ 出
力電力検出器、１５ 出力電力表示部、１７ 反射電力
検出器、１８ 反射電力表示部、２０，２１，３０ 同
軸線路、２０ａ，２１ａ，３０ａ 内部導体、２０ｂ，
２１ｂ，３０ｂ 外部導体、２２，２３，４９〜５７
抵抗素子、２５ 局部発振器、２６ミキサ、２７ バン
ドパスフィルタ、３１，３２ コイル、３３〜４４ コ
ンデンサ、４５〜４８ ダイオード、５８，５９ 可変
抵抗素子、６４，６５ 整合素子、６６，６７ 駆動装
置、７１，７２ 平行平板電極、７３ 基板。
整合器、４ コントローラ、６ モニタ装置、７ 反応
室、１０ 発振器、１１ 増幅器、１２ 方向性結合
器、１３，１６，６０〜６３ フィルタ回路、１４ 出
力電力検出器、１５ 出力電力表示部、１７ 反射電力
検出器、１８ 反射電力表示部、２０，２１，３０ 同
軸線路、２０ａ，２１ａ，３０ａ 内部導体、２０ｂ，
２１ｂ，３０ｂ 外部導体、２２，２３，４９〜５７
抵抗素子、２５ 局部発振器、２６ミキサ、２７ バン
ドパスフィルタ、３１，３２ コイル、３３〜４４ コ
ンデンサ、４５〜４８ ダイオード、５８，５９ 可変
抵抗素子、６４，６５ 整合素子、６６，６７ 駆動装
置、７１，７２ 平行平板電極、７３ 基板。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐伯 登
大阪府大阪市住之江区南加賀屋３丁目８番
13号 パール工業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 第１の周波数を有する第１の高周波電力
と前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第
２の高周波電力とを１つの負荷に供給する高周波電源装
置において前記第１の高周波電力に関する情報を検出す
るための高周波検出方法であって、 前記第１の周波数を有する第１の高周波信号と前記第２
の周波数を有する第２の高周波信号との混合信号である
第３の高周波信号を前記高周波電源装置の所定のノード
で検出する第１のステップ、 前記第１および第２の周波数の間の第３の周波数だけ前
記第１の周波数から高周波側または低周波側にずらした
周波数を有する基準信号を生成する第２のステップ、 前記第１のステップで検出した第３の高周波信号と前記
第２のステップで生成した基準信号との混合信号を生成
する第３のステップ、 前記第３のステップで生成した混合信号から前記第３の
周波数を有する第４の高周波信号を抽出する第４のステ
ップ、および前記第４のステップで抽出した第４の高周
波信号に基づいて前記第１の高周波電力に関する情報を
検出する第５のステップを含む、高周波検出方法。 - 【請求項２】 第１の周波数を有する第１の高周波電力
と前記第１の周波数よりも低い第２の周波数を有する第
２の高周波電力とを１つの負荷に供給する高周波電源装
置において前記第１の高周波電力に関する情報を検出す
るための高周波検出回路であって、 前記第１の周波数を有する第１の高周波信号と前記第２
の周波数を有する第２の高周波信号との混合信号である
第３の高周波信号を前記高周波電源装置の所定のノード
で検出する信号検出回路、 前記第１および第２の周波数の間の第３の周波数だけ前
記第１の周波数から高周波側または低周波側にずらした
周波数を有する基準信号を生成する信号発生回路、 前記信号検出回路によって検出された第３の高周波信号
と前記信号発生回路によって生成された基準信号との混
合信号を生成するミキサ回路、 前記ミキサ回路によって生成された混合信号から前記第
３の周波数を有する第４の高周波信号を抽出するフィル
タ回路、および前記フィルタ回路によって抽出された第
４の高周波信号に基づいて前記第１の高周波電力に関す
る情報を検出する情報検出回路を備える、高周波検出回
路。 - 【請求項３】 前記信号検出回路、前記信号発生回路、
前記ミキサ回路および前記フィルタ回路は２組設けら
れ、 一方の組の信号検出回路は、前記所定のノードの高周波
電圧を示す第３の高周波信号を検出し、 他方の組の信号検出回路は、前記所定のノードの高周波
電流を示す第３の高周波信号を検出し、 前記情報検出回路は、２つのフィルタ回路によって抽出
された２つの第４の高周波信号に基づいて前記第１の高
周波電力に関する情報を検出する、請求項２に記載の高
周波検出回路。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001332110A JP3778842B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | 高周波検出方法および高周波検出回路 |
| CNB028218787A CN1300594C (zh) | 2001-10-30 | 2002-08-01 | 高频检测方法及高频检测电路 |
| EP02746161A EP1443334B1 (en) | 2001-10-30 | 2002-08-01 | High frequency detection method and high frequency detection circuit |
| PCT/JP2002/007884 WO2003038453A1 (fr) | 2001-10-30 | 2002-08-01 | Procede de detection de haute frequence et circuit de detection de haute frequence |
| DE60234948T DE60234948D1 (de) | 2001-10-30 | 2002-08-01 | Hochfrequenzdetektionsverfahren und -schaltung |
| KR1020047006196A KR100615127B1 (ko) | 2001-10-30 | 2002-08-01 | 고주파 검출 방법 및 고주파 검출 회로 |
| US10/487,431 US6958630B2 (en) | 2001-10-30 | 2002-08-01 | High-frequency detection method and high-frequency detection circuit |
| TW091117429A TW560228B (en) | 2001-10-30 | 2002-08-02 | High-frequency detecting method and high-frequency detecting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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