JP2003315386A - 無線周波数（ｒｆ）出力の測定方法および装置 - Google Patents
無線周波数（ｒｆ）出力の測定方法および装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サンプル収集伝送ラインの無線周波数（Ｒ
Ｆ）信号の電圧および電流を測定するＲＦプローブヘッ
ド装置を提供することにある。 【解決手段】 本発明のプローブヘッド装置は、導電性
ハウジングと、該導電性ハウジング内のバスと、ＲＦ信
号を、バスを介して、ハウジング内におよびハウジング
から導くように構成された、導電性ハウジングに取付け
られた１対のコネクタと、ハウジング内の電圧ピックア
ップボードと、ハウジング内の電流ピックアップボード
とを有している。電圧ピックアップボードは、バスの回
りの電界に応答して該電界の実効（ＲＭＳ）値を表す第
一ＤＣ出力を発生するアナログプロセッサを備えてい
る。電流ピックアップボードは、バスの回りの磁界に応
答して該磁界のＲＭＳ値を表す第二ＤＣ出力を発生する
第二アナログプロセッサを備えている。
Ｆ）信号の電圧および電流を測定するＲＦプローブヘッ
ド装置を提供することにある。 【解決手段】 本発明のプローブヘッド装置は、導電性
ハウジングと、該導電性ハウジング内のバスと、ＲＦ信
号を、バスを介して、ハウジング内におよびハウジング
から導くように構成された、導電性ハウジングに取付け
られた１対のコネクタと、ハウジング内の電圧ピックア
ップボードと、ハウジング内の電流ピックアップボード
とを有している。電圧ピックアップボードは、バスの回
りの電界に応答して該電界の実効（ＲＭＳ）値を表す第
一ＤＣ出力を発生するアナログプロセッサを備えてい
る。電流ピックアップボードは、バスの回りの磁界に応
答して該磁界のＲＭＳ値を表す第二ＤＣ出力を発生する
第二アナログプロセッサを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ発生装置に
関し、より詳しくは、無線周波数（ＲＦ）プラズマ発生
器に供給されるＲＦ電力を測定する装置および方法に関
する。
関し、より詳しくは、無線周波数（ＲＦ）プラズマ発生
器に供給されるＲＦ電力を測定する装置および方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマチャンバ内でのシリコンウェー
ハまたは他のワークのエッチング特性または蒸着特性の
より良い制御を行なうための慣用方法は、プラズマチャ
ンバへの電力入力にプローブを使用し、無線周波数（Ｒ
Ｆ）波がプラズマチャンバ内に入るときにＲＦ波の電圧
および電流を検出することである。このような１つのプ
ローブは、別体のプローブ電圧／電流ピックアップ装置
を使用して、加えられるＲＦ電力がプラズマチャンバの
入力に入るときに該ＲＦ電力の電圧および電流をサンプ
ル収集するものである。このプローブピックアップは、
ピックアップを電気的にシールするシールドすなわちハ
ウジングを有している。シールドすなわちハウジング内
の電圧ピックアップボードは、３軸ケーブルを介して、
別体のシャーシ内に収容されたプローブ回路構造に連結
される。局部発振器および１対のミキサが、別々のベー
スバンド電圧信号およびベースバンド電流信号を発生
し、これらの信号は、整合ステレオ・アナログ／デジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器を用いてデジタル化され、かつデジ
タル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いてデジタル処理さ
れる。ＤＳＰは、インターフェースを介して局部発振器
のフィードバックループに連結されて閉ループを形成
し、かつ外部直列インターフェースにも連結されてい
る。外部直列インターフェースは、次に、プラズマ処理
装置の制御装置に連結される。
ハまたは他のワークのエッチング特性または蒸着特性の
より良い制御を行なうための慣用方法は、プラズマチャ
ンバへの電力入力にプローブを使用し、無線周波数（Ｒ
Ｆ）波がプラズマチャンバ内に入るときにＲＦ波の電圧
および電流を検出することである。このような１つのプ
ローブは、別体のプローブ電圧／電流ピックアップ装置
を使用して、加えられるＲＦ電力がプラズマチャンバの
入力に入るときに該ＲＦ電力の電圧および電流をサンプ
ル収集するものである。このプローブピックアップは、
ピックアップを電気的にシールするシールドすなわちハ
ウジングを有している。シールドすなわちハウジング内
の電圧ピックアップボードは、３軸ケーブルを介して、
別体のシャーシ内に収容されたプローブ回路構造に連結
される。局部発振器および１対のミキサが、別々のベー
スバンド電圧信号およびベースバンド電流信号を発生
し、これらの信号は、整合ステレオ・アナログ／デジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器を用いてデジタル化され、かつデジ
タル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いてデジタル処理さ
れる。ＤＳＰは、インターフェースを介して局部発振器
のフィードバックループに連結されて閉ループを形成
し、かつ外部直列インターフェースにも連結されてい
る。外部直列インターフェースは、次に、プラズマ処理
装置の制御装置に連結される。
【０００３】上記形式のプローブは、多くの用途で満足
できる性能が得られる。しかしながら、プローブ処理回
路装置で遂行される信号処理から生じる集合的遅延（gr
oupdelays）によって、或る制御システムの速度および
安定性が低下される。
できる性能が得られる。しかしながら、プローブ処理回
路装置で遂行される信号処理から生じる集合的遅延（gr
oupdelays）によって、或る制御システムの速度および
安定性が低下される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術のもつ上記欠点を解消することにある。
技術のもつ上記欠点を解消することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】従って本発明の一態様で
は、サンプル収集伝送ラインの無線周波数（ＲＦ）信号
の電圧および電流を測定するＲＦプローブヘッド装置が
提供される。本発明のプローブヘッド装置は、導電性ハ
ウジングと、該導電性ハウジング内のバスと、ＲＦ信号
を、バスを介して、ハウジング内におよびハウジングか
ら導くように構成された、導電性ハウジングに取付けら
れた１対のコネクタと、ハウジング内の電圧ピックアッ
プボードと、ハウジング内の電流ピックアップボードと
を有している。電圧ピックアップボードは、バスの回り
の電界に応答して該電界の実効（ＲＭＳ）値を表す第一
ＤＣ出力を発生するアナログプロセッサを備えている。
電流ピックアップボードは、バスの回りの磁界に応答し
て該磁界のＲＭＳ値を表す第二ＤＣ出力を発生する第二
アナログプロセッサを備えている。
は、サンプル収集伝送ラインの無線周波数（ＲＦ）信号
の電圧および電流を測定するＲＦプローブヘッド装置が
提供される。本発明のプローブヘッド装置は、導電性ハ
ウジングと、該導電性ハウジング内のバスと、ＲＦ信号
を、バスを介して、ハウジング内におよびハウジングか
ら導くように構成された、導電性ハウジングに取付けら
れた１対のコネクタと、ハウジング内の電圧ピックアッ
プボードと、ハウジング内の電流ピックアップボードと
を有している。電圧ピックアップボードは、バスの回り
の電界に応答して該電界の実効（ＲＭＳ）値を表す第一
ＤＣ出力を発生するアナログプロセッサを備えている。
電流ピックアップボードは、バスの回りの磁界に応答し
て該磁界のＲＭＳ値を表す第二ＤＣ出力を発生する第二
アナログプロセッサを備えている。
【０００６】他の態様では、本発明は、サンプル収集伝
送ラインのＲＭＳ電界および磁界を検出する無線周波数
（ＲＦ）プローブヘッドが提供される。この態様では、
プローブヘッドは、導電性ハウジングを有し、１対のＲ
Ｆポートが、ハウジングを通してＲＦ信号を連結するよ
うに構成されている。プローブヘッドは更に、導電性ハ
ウジング内の前記ＲＦ信号により形成される電界の実効
（ＲＭＳ）値に比例する第一ＤＣ出力を発生し、かつ導
電性ハウジング内のＲＦ信号により形成される磁界のＲ
ＭＳ値に比例する第二ＤＣ出力を発生するように構成さ
れた、ハウジング内の回路と、第一ＤＣ出力と、導電性
ハウジングからの第二ＤＣ出力とを連結するように構成
された１対のポートとを有している。
送ラインのＲＭＳ電界および磁界を検出する無線周波数
（ＲＦ）プローブヘッドが提供される。この態様では、
プローブヘッドは、導電性ハウジングを有し、１対のＲ
Ｆポートが、ハウジングを通してＲＦ信号を連結するよ
うに構成されている。プローブヘッドは更に、導電性ハ
ウジング内の前記ＲＦ信号により形成される電界の実効
（ＲＭＳ）値に比例する第一ＤＣ出力を発生し、かつ導
電性ハウジング内のＲＦ信号により形成される磁界のＲ
ＭＳ値に比例する第二ＤＣ出力を発生するように構成さ
れた、ハウジング内の回路と、第一ＤＣ出力と、導電性
ハウジングからの第二ＤＣ出力とを連結するように構成
された１対のポートとを有している。
【０００７】更に別の態様では、本発明は、無線周波数
（ＲＦ）プローブヘッドのＲＦ出力を測定する方法が提
供される。本発明の方法は、ＲＦ電力を、導電性ハウジ
ングを備えたＲＦプローブヘッドを通して導く段階と、
導電性ハウジング内のＲＦ電力により発生された電界お
よび磁界を検出して、電界を表す第一電気信号および磁
界を表す第二電気信号をハウジング内に発生させる段階
と、第一および第二電気信号を処理して、電界の実効
（ＲＭＳ）値を表す第一ＤＣ出力および磁界のＲＭＳ値
を表す第二ＤＣ出力を発生させる段階とを有する。上記
全ての処理は、完全に導電性ハウジング内で行なわれ
る。
（ＲＦ）プローブヘッドのＲＦ出力を測定する方法が提
供される。本発明の方法は、ＲＦ電力を、導電性ハウジ
ングを備えたＲＦプローブヘッドを通して導く段階と、
導電性ハウジング内のＲＦ電力により発生された電界お
よび磁界を検出して、電界を表す第一電気信号および磁
界を表す第二電気信号をハウジング内に発生させる段階
と、第一および第二電気信号を処理して、電界の実効
（ＲＭＳ）値を表す第一ＤＣ出力および磁界のＲＭＳ値
を表す第二ＤＣ出力を発生させる段階とを有する。上記
全ての処理は、完全に導電性ハウジング内で行なわれ
る。
【０００８】本発明の構成により、高ＲＦ出力レベルで
も、高精度かつ反復可能なＲＦラインの電圧および電流
の測定を行なうことができる。また、プローブ回路で遂
行される信号処理から生じる集合的遅延は、既知の慣用
構成に比べて短縮される。
も、高精度かつ反復可能なＲＦラインの電圧および電流
の測定を行なうことができる。また、プローブ回路で遂
行される信号処理から生じる集合的遅延は、既知の慣用
構成に比べて短縮される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の他の適用領域は、以下に
述べる詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の
好ましい実施形態についての以下の詳細な説明および特
定例は、例示のみを目的とするものであって、本発明の
範囲を制限するものではないことを理解すべきである。
述べる詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の
好ましい実施形態についての以下の詳細な説明および特
定例は、例示のみを目的とするものであって、本発明の
範囲を制限するものではないことを理解すべきである。
【００１０】本発明は、以下の詳細な説明および添付図
面から一層完全に理解されるであろう。
面から一層完全に理解されるであろう。
【００１１】好ましい実施形態についての以下の説明
は、発明の本質の単なる例示であって、いかなる意味に
おいても本発明、本発明の用途または使用方法を制限す
るものではない。
は、発明の本質の単なる例示であって、いかなる意味に
おいても本発明、本発明の用途または使用方法を制限す
るものではない。
【００１２】本願明細書で使用するとき、用語「アナロ
グ処理」および「アナログ回路」とは、信号が正の値を
もつか負の値をもつかを表す２進値の作成が、本願明細
書で使用される用語「アナログ」によって排除されない
ことを除き、連続電圧（電流）範囲を有するいかなる信
号をも、連続値の範囲を表す不連続値を有するデジタル
信号に変換しない処理または回路をいう。アナログ回路
はリニアである必要はなく、従って、種々の回路のう
ち、整流回路または信号の絶対値を作る回路は含まれ
る。
グ処理」および「アナログ回路」とは、信号が正の値を
もつか負の値をもつかを表す２進値の作成が、本願明細
書で使用される用語「アナログ」によって排除されない
ことを除き、連続電圧（電流）範囲を有するいかなる信
号をも、連続値の範囲を表す不連続値を有するデジタル
信号に変換しない処理または回路をいう。アナログ回路
はリニアである必要はなく、従って、種々の回路のう
ち、整流回路または信号の絶対値を作る回路は含まれ
る。
【００１３】本願明細書で使用される用語「バス」はワ
イヤ導電体を含むが、特定形状への限定を意図するもの
ではない。
イヤ導電体を含むが、特定形状への限定を意図するもの
ではない。
【００１４】図１に示す一形態では、本発明は、サンプ
ル収集伝送ライン（sampled transmission line）のＲ
Ｆ信号の電圧および電流を測定する無線周波数（ＲＦ）
プローブヘッド１０を提供する。プローブ装置は、電圧
ピックアップボード１４および電流ピックアップボード
１６を完全に包囲する小さい導電性包囲体１２内に収容
されている。導電性包囲体１２はまた、コネクタ２０、
２２に電気的に接続されるバス１８を完全に包囲してい
る。一形態では、各コネクタ２０、２２は同軸コネクタ
である。
ル収集伝送ライン（sampled transmission line）のＲ
Ｆ信号の電圧および電流を測定する無線周波数（ＲＦ）
プローブヘッド１０を提供する。プローブ装置は、電圧
ピックアップボード１４および電流ピックアップボード
１６を完全に包囲する小さい導電性包囲体１２内に収容
されている。導電性包囲体１２はまた、コネクタ２０、
２２に電気的に接続されるバス１８を完全に包囲してい
る。一形態では、各コネクタ２０、２２は同軸コネクタ
である。
【００１５】コネクタ２０、２２は、ＲＦ信号を、それ
ぞれ、包囲体１２に導きかつ包囲体１２から取出すため
のＲＦポートである。コネクタ２０、２２の外側導電体
は、包囲体１２に電気的に接続されている。コネクタ２
０、２２の内側導電体は誘電体（図１には示されていな
い）により外側導電体から分離されており、かつバス１
８により互いに電気的に接続されている。
ぞれ、包囲体１２に導きかつ包囲体１２から取出すため
のＲＦポートである。コネクタ２０、２２の外側導電体
は、包囲体１２に電気的に接続されている。コネクタ２
０、２２の内側導電体は誘電体（図１には示されていな
い）により外側導電体から分離されており、かつバス１
８により互いに電気的に接続されている。
【００１６】電圧ピックアップボード１４は、コネクタ
２０、２２を通るＲＦ信号の結果として、包囲体１２内
の電界に応答する。より詳しくは、電圧ピックアップボ
ード１４は、包囲体１２内のバス１８の回りの電界に応
答する第一アナログプロセッサ２４を備えた回路を有し
ている。同様に、電流ピックアップボード１６は、包囲
体１２内のバス１８の回りの磁界に応答する第二アナロ
グプロセッサ２６を備えた回路を有している。「ベース
バンドＶ−Ｉプローブ（Baseband V-I probe）」という
名称に係るGerrish等の１９９８年６月２３日付米国特
許第５，７７０，９２２号には、ＲＦ導電体の回りの電
界および磁界（従って、加えられたＲＦ電力のＲＦ電圧
および電流）を検出するのに適した構成の一例が示され
ている
２０、２２を通るＲＦ信号の結果として、包囲体１２内
の電界に応答する。より詳しくは、電圧ピックアップボ
ード１４は、包囲体１２内のバス１８の回りの電界に応
答する第一アナログプロセッサ２４を備えた回路を有し
ている。同様に、電流ピックアップボード１６は、包囲
体１２内のバス１８の回りの磁界に応答する第二アナロ
グプロセッサ２６を備えた回路を有している。「ベース
バンドＶ−Ｉプローブ（Baseband V-I probe）」という
名称に係るGerrish等の１９９８年６月２３日付米国特
許第５，７７０，９２２号には、ＲＦ導電体の回りの電
界および磁界（従って、加えられたＲＦ電力のＲＦ電圧
および電流）を検出するのに適した構成の一例が示され
ている
【００１７】第一アナログプロセッサ２４に含まれる回
路は、電界の実効（root-mean-square：ＲＭＳ）値を表
す、ポート２８での第一ＤＣ出力を発生する。第二アナ
ログプロセッサ２６に含まれる回路は、包囲体１２内の
バス１８の回りの磁界のＲＭＳ値を表す、ポート３０で
の第二ＤＣ出力を発生する。一形態では、電圧ピックア
ップボード１４、電流ピックアップボード１６、第一ア
ナログプロセッサ２４および第二アナログプロセッサ２
６が完全に包囲体１２内に収容されている。ポート２
８、３０は、包囲体１２の外部でそれぞれ第一および第
二ＤＣ出力に連結される。
路は、電界の実効（root-mean-square：ＲＭＳ）値を表
す、ポート２８での第一ＤＣ出力を発生する。第二アナ
ログプロセッサ２６に含まれる回路は、包囲体１２内の
バス１８の回りの磁界のＲＭＳ値を表す、ポート３０で
の第二ＤＣ出力を発生する。一形態では、電圧ピックア
ップボード１４、電流ピックアップボード１６、第一ア
ナログプロセッサ２４および第二アナログプロセッサ２
６が完全に包囲体１２内に収容されている。ポート２
８、３０は、包囲体１２の外部でそれぞれ第一および第
二ＤＣ出力に連結される。
【００１８】第一アナログプロセッサ２４および第二ア
ナログプロセッサ２６は、それぞれ、アナログＲＭＳ変
換器３２、３４を収容している。一形態では、アナログ
ＲＭＳ変換器３２、３４は、Analog Devices社のAD8361
表面実装ＲＭＳ変換器である。変換デバイス３２、３４
は、それぞれのピックアップボード１４、１６に取付け
られる。
ナログプロセッサ２６は、それぞれ、アナログＲＭＳ変
換器３２、３４を収容している。一形態では、アナログ
ＲＭＳ変換器３２、３４は、Analog Devices社のAD8361
表面実装ＲＭＳ変換器である。変換デバイス３２、３４
は、それぞれのピックアップボード１４、１６に取付け
られる。
【００１９】第一アナログプロセッサ２４はまた、バス
１８の回りの電界を表す電気信号に応答する第一帯域通
過フィルタ３６を有している。第一帯域通過フィルタ３
６は、第一アナログＲＭＳ変換器３２の入力に連結され
る出力を有している。アナログＲＭＳ変換器３２の出力
は、第一低域通過フィルタ３８に連結される。同様に、
第二アナログプロセッサ２６もまた、バス１８の回りの
磁界を表す電気信号に応答する第二帯域通過フィルタ４
０を有している。第二帯域通過フィルタ４０は第二ＲＭ
Ｓ変換器３４の入力に連結される出力を有し、アナログ
ＲＭＳ変換器３４の出力は、第二低域通過フィルタ４２
に連結されている。
１８の回りの電界を表す電気信号に応答する第一帯域通
過フィルタ３６を有している。第一帯域通過フィルタ３
６は、第一アナログＲＭＳ変換器３２の入力に連結され
る出力を有している。アナログＲＭＳ変換器３２の出力
は、第一低域通過フィルタ３８に連結される。同様に、
第二アナログプロセッサ２６もまた、バス１８の回りの
磁界を表す電気信号に応答する第二帯域通過フィルタ４
０を有している。第二帯域通過フィルタ４０は第二ＲＭ
Ｓ変換器３４の入力に連結される出力を有し、アナログ
ＲＭＳ変換器３４の出力は、第二低域通過フィルタ４２
に連結されている。
【００２０】一形態では、第一帯域通過フィルタ３６お
よび第二帯域通過フィルタ４０は、両方とも、プローブ
ヘッド１０を通して加えられるＲＦ電力の調波を減少さ
せるように構成された３次リニア位相等リプルフィルタ
（third order linear phaseequiripple filters）であ
る。ＲＭＳ変換器３２、３４のＤＣ出力も濾過され、測
定値を汚染する虞れがあるあらゆるリプル電圧を除去す
る。第一および第二帯域通過フィルタ３６、４０のため
のそれぞれのバッファ増幅器４４、４６が設けられてい
る。バッファ増幅器４４、４６は、それぞれ帯域通過フ
ィルタ３６、４０により出力された電気信号に応答し
て、バッファ電気信号を発生する。プローブヘッドセン
サの一形態は単一ＲＦ周波数に限定され、かつ３ｄＢ点
はフィルタ３６、３８、４０および４２を用いてＲＦ周
波数の１０％に設定され、ＲＦ周波数の５０％で３５ｄ
Ｂより大きい減衰が得られる。
よび第二帯域通過フィルタ４０は、両方とも、プローブ
ヘッド１０を通して加えられるＲＦ電力の調波を減少さ
せるように構成された３次リニア位相等リプルフィルタ
（third order linear phaseequiripple filters）であ
る。ＲＭＳ変換器３２、３４のＤＣ出力も濾過され、測
定値を汚染する虞れがあるあらゆるリプル電圧を除去す
る。第一および第二帯域通過フィルタ３６、４０のため
のそれぞれのバッファ増幅器４４、４６が設けられてい
る。バッファ増幅器４４、４６は、それぞれ帯域通過フ
ィルタ３６、４０により出力された電気信号に応答し
て、バッファ電気信号を発生する。プローブヘッドセン
サの一形態は単一ＲＦ周波数に限定され、かつ３ｄＢ点
はフィルタ３６、３８、４０および４２を用いてＲＦ周
波数の１０％に設定され、ＲＦ周波数の５０％で３５ｄ
Ｂより大きい減衰が得られる。
【００２１】作動に際し、ＲＦ電力は包囲体１２に通さ
れ、電圧ピックアップボード１４は、導電性包囲体１２
内のＲＦ電力により発生される電界を検出して、該電界
を表す第一電気信号を発生する。同様に、電流ピックア
ップボード１６は、導電性包囲体１２内のＲＦ電流によ
り発生される磁界を検出して、該磁界を表す第二電気信
号を発生する。第一および第二電気信号は、電界のＲＭ
Ｓ値を表す第一ＤＣ出力および磁界のＲＭＳ値を表す第
二ＤＣ出力を発生するように処理される。この処理は完
全に導電性包囲体１２内で行なわれ、かつ完全にアナロ
グ回路により遂行される。第一および第二電気信号は濾
過されて、プローブヘッド１０に通されるＲＦ電力の調
波を除去する。
れ、電圧ピックアップボード１４は、導電性包囲体１２
内のＲＦ電力により発生される電界を検出して、該電界
を表す第一電気信号を発生する。同様に、電流ピックア
ップボード１６は、導電性包囲体１２内のＲＦ電流によ
り発生される磁界を検出して、該磁界を表す第二電気信
号を発生する。第一および第二電気信号は、電界のＲＭ
Ｓ値を表す第一ＤＣ出力および磁界のＲＭＳ値を表す第
二ＤＣ出力を発生するように処理される。この処理は完
全に導電性包囲体１２内で行なわれ、かつ完全にアナロ
グ回路により遂行される。第一および第二電気信号は濾
過されて、プローブヘッド１０に通されるＲＦ電力の調
波を除去する。
【００２２】一形態では、電圧ピックアップボード１４
は、バス１８のＲＦ信号のＲＭＳ電圧に比例する第一Ｄ
Ｃ出力２８を発生するように構成され、電流ピックアッ
プボード１６は、バス１８のＲＦ信号のＲＭＳ電流に比
例する第二ＤＣ出力３０を発生するように構成される。
また一形態では、電圧ピックアップボード１４は、バス
１８の回りの電界に連結されて、第一サンプル収集ＲＦ
信号４８を発生し、電流ピックアップボード１６は、磁
界に連結されて、第二サンプル収集ＲＦ信号５０を発生
する。信号４８、５０は、それぞれ、例えばＳＭＢコネ
クタ５１、５３のような外部ＲＦコネクタに出力され
て、包囲体１２の外部でアクセスできる信号４８、５０
を作る。
は、バス１８のＲＦ信号のＲＭＳ電圧に比例する第一Ｄ
Ｃ出力２８を発生するように構成され、電流ピックアッ
プボード１６は、バス１８のＲＦ信号のＲＭＳ電流に比
例する第二ＤＣ出力３０を発生するように構成される。
また一形態では、電圧ピックアップボード１４は、バス
１８の回りの電界に連結されて、第一サンプル収集ＲＦ
信号４８を発生し、電流ピックアップボード１６は、磁
界に連結されて、第二サンプル収集ＲＦ信号５０を発生
する。信号４８、５０は、それぞれ、例えばＳＭＢコネ
クタ５１、５３のような外部ＲＦコネクタに出力され
て、包囲体１２の外部でアクセスできる信号４８、５０
を作る。
【００２３】図１および図２に示す一形態では、位相比
較器のプリント基板５２は、直接ＳＭＢコネクタ５１、
５３に取付けるように、かつＲＦ信号４８とＲＦ信号５
０との位相差を表す位相差信号５４を得るように構成さ
れている。ＲＭＳ信号および位相差信号５４を表すＤＣ
出力２８、３０は、バス１８を介してプローブヘッド１
０に電気的に接続されるプラズマチャンバ負荷６６（図
１に示す）のインピーダンスおよび該負荷６６に加えら
れるＲＦ信号の出力を測定するための出力／インピーダ
ンス回路５６の同期変換器５５、５７、５９によりデジ
タル化される。一形態では、インピーダンスおよび電力
の測定を行なうのに、デジタル信号プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）１０４が使用される。この形態の一変更形態では、
ＲＦ信号４８、５０の少なくとも１つが、制御周波数源
５８と混合される。差周波数６０はＡ／Ｄ変換器（ＡＤ
Ｃ）によりデジタル化され、得られたデジタル信号はＤ
ＳＰ１０４により使用されて、差周波数６０の期間とＲ
Ｆ伝送ライン（図１に示す）に存在する周波数とを決定
する。差周波数６０および／またはその期間の決定およ
び／または伝送ラインに存在する周波数の決定は、周波
数チューニングシステムに使用されて、プローブ１０の
全帯域幅に亘る適当な較正ファクタを作る。一形態で
は、例えばＤＳＰ１０４は負荷６６に加えられるＲＦ信
号の周波数を測定するように構成される。
較器のプリント基板５２は、直接ＳＭＢコネクタ５１、
５３に取付けるように、かつＲＦ信号４８とＲＦ信号５
０との位相差を表す位相差信号５４を得るように構成さ
れている。ＲＭＳ信号および位相差信号５４を表すＤＣ
出力２８、３０は、バス１８を介してプローブヘッド１
０に電気的に接続されるプラズマチャンバ負荷６６（図
１に示す）のインピーダンスおよび該負荷６６に加えら
れるＲＦ信号の出力を測定するための出力／インピーダ
ンス回路５６の同期変換器５５、５７、５９によりデジ
タル化される。一形態では、インピーダンスおよび電力
の測定を行なうのに、デジタル信号プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）１０４が使用される。この形態の一変更形態では、
ＲＦ信号４８、５０の少なくとも１つが、制御周波数源
５８と混合される。差周波数６０はＡ／Ｄ変換器（ＡＤ
Ｃ）によりデジタル化され、得られたデジタル信号はＤ
ＳＰ１０４により使用されて、差周波数６０の期間とＲ
Ｆ伝送ライン（図１に示す）に存在する周波数とを決定
する。差周波数６０および／またはその期間の決定およ
び／または伝送ラインに存在する周波数の決定は、周波
数チューニングシステムに使用されて、プローブ１０の
全帯域幅に亘る適当な較正ファクタを作る。一形態で
は、例えばＤＳＰ１０４は負荷６６に加えられるＲＦ信
号の周波数を測定するように構成される。
【００２４】一形態では、リニア変換には、５ＫＷチャ
ンバに約１００ｍＶのオフセット電圧およびＤＣ５ボル
トのフルスケール出力が供給される。より高い出力レベ
ルにスケーリングするため、検出した電界および磁界を
表す電気信号を減衰させることができる。
ンバに約１００ｍＶのオフセット電圧およびＤＣ５ボル
トのフルスケール出力が供給される。より高い出力レベ
ルにスケーリングするため、検出した電界および磁界を
表す電気信号を減衰させることができる。
【００２５】ユニット対ユニット反復可能性のため、一
形態では、ＤＣ電圧に対する伝送ラインのＲＭＳ電流お
よび電圧の伝達関数の傾斜は１％より小さい。プローブ
ヘッドの信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比は、全出力範囲に亘っ
て５０ｄＢより優れている。パルス型ＲＦ出力システム
の制御およびモニタリングを行なうため、ＲＭＳプロー
ブヘッドのステップ応答は１０マイクロ秒より短い。
形態では、ＤＣ電圧に対する伝送ラインのＲＭＳ電流お
よび電圧の伝達関数の傾斜は１％より小さい。プローブ
ヘッドの信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比は、全出力範囲に亘っ
て５０ｄＢより優れている。パルス型ＲＦ出力システム
の制御およびモニタリングを行なうため、ＲＭＳプロー
ブヘッドのステップ応答は１０マイクロ秒より短い。
【００２６】図３に示す一形態では、プローブヘッド１
０は、導電性ハウジング、例えばアルミニウムハウジン
グ６８を有している。導電性ハウジング６８の中央部に
はボアが設けられており、誘電材料（例えば、窒化ホウ
素またはテフロン（登録商標））１０２により包囲され
たバス１８が、ハウジング６８を通るボアの第一端部７
０と第二端部７２との間でハウジング６８内に挿入され
る。また、一形態では、誘電材料１０２は、バス１８と
導電性ハウジング６８との間に熱経路を形成する窒化ホ
ウ素である。導電性ハウジング６８の寸法は、表面実装
部品がピックアップボード１４、１６の構造に使用され
るときには、一辺の寸法を約５〜７．５ｃｍ（約２〜３
インチ）にすることができる。第一導電板７４は開放第
一端部７０を覆い、第二導電板７６は開放第二端７２を
覆う。コネクタ２０、２２を有する２つのＲＦポート
が、それぞれ、導電性ハウジング６８の対向面７８、８
０に取付けられる。コネクタ２０、２２の中央導体８
２、８４が、導電性包囲体１２の内部でバス１８により
電気的に接続される。バス１８と開放端７０、７２との
間に配置された導電性ガスケット８６、８８は、それぞ
れ、ピックアップボード１４、１６の接地平面（図示せ
ず）と導電性ハウジング６８との間のＲＦ導電性接合を
形成する。一形態では、導電性ガスケット８６、８８
は、銀めっきされた銅ガスケットである。
０は、導電性ハウジング、例えばアルミニウムハウジン
グ６８を有している。導電性ハウジング６８の中央部に
はボアが設けられており、誘電材料（例えば、窒化ホウ
素またはテフロン（登録商標））１０２により包囲され
たバス１８が、ハウジング６８を通るボアの第一端部７
０と第二端部７２との間でハウジング６８内に挿入され
る。また、一形態では、誘電材料１０２は、バス１８と
導電性ハウジング６８との間に熱経路を形成する窒化ホ
ウ素である。導電性ハウジング６８の寸法は、表面実装
部品がピックアップボード１４、１６の構造に使用され
るときには、一辺の寸法を約５〜７．５ｃｍ（約２〜３
インチ）にすることができる。第一導電板７４は開放第
一端部７０を覆い、第二導電板７６は開放第二端７２を
覆う。コネクタ２０、２２を有する２つのＲＦポート
が、それぞれ、導電性ハウジング６８の対向面７８、８
０に取付けられる。コネクタ２０、２２の中央導体８
２、８４が、導電性包囲体１２の内部でバス１８により
電気的に接続される。バス１８と開放端７０、７２との
間に配置された導電性ガスケット８６、８８は、それぞ
れ、ピックアップボード１４、１６の接地平面（図示せ
ず）と導電性ハウジング６８との間のＲＦ導電性接合を
形成する。一形態では、導電性ガスケット８６、８８
は、銀めっきされた銅ガスケットである。
【００２７】電圧ピックアップボード１４はガスケット
８６と開放端７０との間に取付けられ、電流ピックアッ
プボード１６はガスケット８８と開放端７２との間に取
付けられる。ポート２８、３０は、それぞれ、アナログ
プロセッサ２４、２６（図３には示されていない）によ
り作られるＲＭＳ測定値を表すＤＣ信号を搬送する。Ｓ
ＭＢコネクタ５１、５３は、サンプル収集ＲＦ信号を搬
送する。５ボルトのＤＣ電力をボード１４、１６に供給
するための付加コネクタ９０、９２がそれぞれ設けられ
ている。試験の目的で補助コネクタ９４、９６を設ける
ことができるし、あるいは該コネクタ９４、９６および
本体６８のこれらの対応孔９８、１００を全部省略する
こともできる。
８６と開放端７０との間に取付けられ、電流ピックアッ
プボード１６はガスケット８８と開放端７２との間に取
付けられる。ポート２８、３０は、それぞれ、アナログ
プロセッサ２４、２６（図３には示されていない）によ
り作られるＲＭＳ測定値を表すＤＣ信号を搬送する。Ｓ
ＭＢコネクタ５１、５３は、サンプル収集ＲＦ信号を搬
送する。５ボルトのＤＣ電力をボード１４、１６に供給
するための付加コネクタ９０、９２がそれぞれ設けられ
ている。試験の目的で補助コネクタ９４、９６を設ける
ことができるし、あるいは該コネクタ９４、９６および
本体６８のこれらの対応孔９８、１００を全部省略する
こともできる。
【００２８】図４は、一形態による導電性ハウジング６
８を示す側断面図である。図４は、導電性ハウジング６
８の内部から面８０の方を見た図面である（面７８の方
を見た図面も本質的に同じである）。ガスケット８６
（図３）は表面１０６、１１２上に取付けられ、一方、
ガスケット８８は表面１１４、１１６上に取付けられ
る。表面１０６、１１２、１１４、１１６は、面７８と
面８０との間に延びている。バス１８を包囲する誘電材
料１０２の外面は、表面１０８と表面１１０との間にぴ
ったり嵌合される。
８を示す側断面図である。図４は、導電性ハウジング６
８の内部から面８０の方を見た図面である（面７８の方
を見た図面も本質的に同じである）。ガスケット８６
（図３）は表面１０６、１１２上に取付けられ、一方、
ガスケット８８は表面１１４、１１６上に取付けられ
る。表面１０６、１１２、１１４、１１６は、面７８と
面８０との間に延びている。バス１８を包囲する誘電材
料１０２の外面は、表面１０８と表面１１０との間にぴ
ったり嵌合される。
【００２９】本発明は、種々の形態で、サンプル収集伝
送ラインの電界および磁界に比例するＤＣ信号、および
ＲＦ電圧および／または電流をモニタリングしまたは制
御すべく使用者が半導体チャンバに適用できるコンパク
トなプローブヘッドセンサを提供する。ＲＦ信号の真の
ＲＭＳ値に比例するＤＣ信号をプローブヘッド１０に発
生させるのに、プログラムされたプロセッサおよびＡ／
Ｄ変換のいずれも不要であるので、アナログ回路の使用
によりＲＭＳ変換が達成され、従って、集合的遅延が大
幅に短縮される。帯域通過フィルタおよび減衰器が、調
波源からの信号汚染を低減させる。この結果として、プ
ローブヘッド１０の形態を使用するプラズマモニタリン
グ／制御システムは、ＲＭＳ決定のための外部回路すな
わち外部デジタル回路を必要とする回路に比べて、優れ
た応答時間を呈する。例えば、検出したＲＦ信号のため
の適当な帯域通過フィルタと減衰器との組合せを設ける
ことにより、より高いＲＦ出力および他のプローブヘッ
ド周波数応答に容易に適合できる。また、プローブヘッ
ド１０は、プラズマチャンバに便利に取付けられる形状
を有している。
送ラインの電界および磁界に比例するＤＣ信号、および
ＲＦ電圧および／または電流をモニタリングしまたは制
御すべく使用者が半導体チャンバに適用できるコンパク
トなプローブヘッドセンサを提供する。ＲＦ信号の真の
ＲＭＳ値に比例するＤＣ信号をプローブヘッド１０に発
生させるのに、プログラムされたプロセッサおよびＡ／
Ｄ変換のいずれも不要であるので、アナログ回路の使用
によりＲＭＳ変換が達成され、従って、集合的遅延が大
幅に短縮される。帯域通過フィルタおよび減衰器が、調
波源からの信号汚染を低減させる。この結果として、プ
ローブヘッド１０の形態を使用するプラズマモニタリン
グ／制御システムは、ＲＭＳ決定のための外部回路すな
わち外部デジタル回路を必要とする回路に比べて、優れ
た応答時間を呈する。例えば、検出したＲＦ信号のため
の適当な帯域通過フィルタと減衰器との組合せを設ける
ことにより、より高いＲＦ出力および他のプローブヘッ
ド周波数応答に容易に適合できる。また、プローブヘッ
ド１０は、プラズマチャンバに便利に取付けられる形状
を有している。
【００３０】本発明の上記説明は、本質の単なる例示で
あり、従って本発明の本旨から逸脱しない変更形態は、
本発明の範囲内に包含されるものである。このような変
更形態は、本発明の精神および範囲から逸脱しないもの
である。
あり、従って本発明の本旨から逸脱しない変更形態は、
本発明の範囲内に包含されるものである。このような変
更形態は、本発明の精神および範囲から逸脱しないもの
である。
【図１】ＲＦプローブヘッドの一構成を示すブロック図
である。
である。
【図２】位相比較器のプリント基板を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】ＲＦプローブヘッド用部品の組立体を示す分解
斜視図である。
斜視図である。
【図４】図３の導電性ハウジングの構成を該ハウジング
の内部から見た側断面図である。
の内部から見た側断面図である。
１０ ＲＦプローブヘッド
１２ 導電性包囲体
１４ 電圧ピックアップボード
１６ 電流ピックアップボード
１８ バス
２４ 第一アナログプロセッサ
２６ 第二アナログプロセッサ
３２、３４ アナログＲＭＳ変換器
３６、４０ 帯域通過フィルタ
３８、４２ 低域通過フィルタ
４４、４６ バッファ増幅器
Claims (20)
- 【請求項１】サンプル収集伝送ラインの無線周波数（Ｒ
Ｆ）信号の電圧および電流を測定するＲＦプローブヘッ
ド装置において、 導電性ハウジングと、 該導電性ハウジング内のバスと、 ＲＦ信号を、前記バスを介して、前記ハウジング内にお
よびハウジングから導くように構成された、導電性ハウ
ジングに取付けられた１対のコネクタと、 前記バスの回りの電界に応答して該電界の実効（ＲＭ
Ｓ）値を表す第一ＤＣ出力を発生する第一アナログプロ
セッサを備えた、前記ハウジング内の電圧ピックアップ
ボードと、 前記バスの回りの磁界に応答して該磁界のＲＭＳ値を表
す第二ＤＣ出力を発生する第二アナログプロセッサを備
えた、前記ハウジング内の電流ピックアップボードとを
有することを特徴とするＲＦプローブヘッド装置。 - 【請求項２】前記第二アナログプロセッサはアナログＲ
ＭＳ変換器を有することを特徴とする請求項１記載のＲ
Ｆプローブヘッド装置。 - 【請求項３】前記第一アナログプロセッサはアナログＲ
ＭＳ変換器を有することを特徴とする請求項１記載のＲ
Ｆプローブヘッド装置。 - 【請求項４】前記第二アナログプロセッサはアナログＲ
ＭＳ変換器を有することを特徴とする請求項３記載のＲ
Ｆプローブヘッド装置。 - 【請求項５】前記第一アナログプロセッサは前記電界を
表す電気信号に応答する第一帯域通過フィルタを有し、
該第一帯域通過フィルタは第一アナログＲＭＳ変換器の
入力に連結される出力を備え、前記第一アナログプロセ
ッサは前記第一ＲＭＳ変換器の出力に応答して前記電界
を表す第一電気信号を発生する第一低域通過フィルタを
更に有し、 前記第二アナログプロセッサは前記磁界を表す電気信号
に応答する第二帯域通過フィルタを有し、該第二帯域通
過フィルタは第二アナログＲＭＳ変換器の入力に連結さ
れる出力を備え、前記第二アナログプロセッサは前記第
二ＲＭＳ変換器の出力に応答して前記磁界を表す第二電
気信号を発生する第二低域通過フィルタを更に有するこ
とを特徴とする請求項４記載のＲＦプローブヘッド装
置。 - 【請求項６】前記第一電気信号に応答して第一バッファ
電気信号を発生する第一バッファと、前記第二電気信号
に応答して第二バッファ電気信号を発生する第二バッフ
ァとを更に有することを特徴とする請求項５記載のＲＦ
プローブヘッド装置。 - 【請求項７】前記電圧ピックアップボードは前記バスの
ＲＦ信号のＲＭＳ電圧に比例する第一ＤＣ出力を発生す
るように構成され、前記電流ピックアップボードは前記
バスのＲＦ信号のＲＭＳ電流に比例する第二ＤＣ出力を
発生するように構成されていることを特徴とする請求項
１記載のＲＦプローブヘッド装置。 - 【請求項８】前記電圧ピックアップボードは前記電界に
連結されて第一サンプル収集ＲＦ信号を発生し、前記電
流ピックアップボードは前記磁界に連結されて第二サン
プル収集ＲＦ信号を発生し、前記第一サンプル収集ＲＦ
信号および第二サンプル収集ＲＦ信号に応答して、第一
サンプル収集ＲＦ信号と第二サンプル収集ＲＦ信号との
位相差を表す信号を発生する位相比較器を更に有するこ
とを特徴とする請求項１記載のＲＦプローブヘッド装
置。 - 【請求項９】前記第一および第二サンプル収集ＲＦ信号
は前記ハウジングの外部ＲＦコネクタで供給され、前記
位相比較器は前記ハウジングの外部の外部ＲＦコネクタ
に取付けられていることを特徴とする請求項８記載のＲ
Ｆプローブヘッド装置。 - 【請求項１０】前記位相差を表す前記信号と、前記第一
ＤＣ出力と、第二ＤＣ出力とに応答して、ＲＦ信号が加
えられる負荷のインピーダンスおよび該負荷に加えられ
るＲＦ信号の出力の大きさを表す信号を発生する電力／
インピーダンス回路を更に有することを特徴とする請求
項８記載のＲＦプローブヘッド装置。 - 【請求項１１】前記ＲＦ信号の周波数を測定するように
構成されたデジタル信号プロセッサを更に有することを
特徴とする請求項８記載のＲＦプローブヘッド装置。 - 【請求項１２】プラズマチャンバに電気的に連結される
ことを特徴とする請求項１記載のＲＦプローブヘッド装
置。 - 【請求項１３】プラズマチャンバに取付けられることを
特徴とする請求項１２記載のＲＦプローブヘッド装置。 - 【請求項１４】サンプル収集伝送ラインのＲＭＳ電界お
よび磁界を検出する無線周波数（ＲＦ）プローブヘッド
において、 導電性ハウジングを有し、１対のＲＦポートが、前記ハ
ウジングを通してＲＦ信号を連結するように構成されて
おり、 前記導電性ハウジング内の前記ＲＦ信号により形成され
る電界の実効（ＲＭＳ）値に比例する第一ＤＣ出力を発
生し、かつ前記導電性ハウジング内の前記ＲＦ信号によ
り形成される磁界のＲＭＳ値に比例する第二ＤＣ出力を
発生するように構成された、前記ハウジング内の回路
と、 前記第一ＤＣ出力と、前記導電性ハウジングからの第二
ＤＣ出力とを連結するように構成された１対のポートと
を更に有することを特徴とするＲＦプローブヘッド。 - 【請求項１５】前記回路は、前記プローブヘッドに加え
られるＲＦ信号の調波を低減させるように構成されたフ
ィルタを有していることを特徴とする請求項１４記載の
ＲＦプローブヘッド。 - 【請求項１６】前記導電性ハウジングは、第一開放端お
よびこれに対向する開放端を備えた中空本体と、前記第
一開放端を覆う第一板と、第二開放端を覆う第二板とを
有し、前記１対のＲＦポートは、前記ハウジング内のバ
スにより電気的に接続された中央導電体を備えた、前記
中空本体の対向面に設けられた１対のコネクタを有し、
前記回路は、前記バスと第一板との間で前記ハウジング
内に取付けられた電圧ピックアップボードと、前記バス
と第二板との間で前記導電体ハウジング内に取付けられ
た電流ピックアップボードとを有することを特徴とする
請求項１４記載のＲＦプローブヘッド。 - 【請求項１７】無線周波数（ＲＦ）プローブヘッドのＲ
Ｆ出力を測定する方法において、 ＲＦ電力を、導電性ハウジングを備えたＲＦプローブヘ
ッドを通して導く段階と、 導電性ハウジング内のＲＦ電力により発生された電界お
よび磁界を検出して、電界を表す第一電気信号および磁
界を表す第二電気信号をハウジング内に発生させる段階
と、 第一および第二電気信号を処理して、電界の実効（ＲＭ
Ｓ）値を表す第一ＤＣ出力および磁界のＲＭＳ値を表す
第二ＤＣ出力を発生させる段階とを有し、 前記処理を完全に導電性ハウジング内で行なうことを特
徴とする方法。 - 【請求項１８】前記処理は完全にアナログ回路で行なわ
れることを特徴とする請求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】前記処理は、第一および第二電気信号を
濾過して、ＲＦプローブヘッドを通るＲＦ電力の調波を
除去することを含むことを特徴とする請求項１７記載の
方法。 - 【請求項２０】前記処理は完全にアナログ回路で行なわ
れることを特徴とする請求項１９記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/082645 | 2002-02-25 | ||
| US10/082,645 US6608446B1 (en) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | Method and apparatus for radio frequency (RF) metrology |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003315386A true JP2003315386A (ja) | 2003-11-06 |
Family
ID=27660365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003045605A Pending JP2003315386A (ja) | 2002-02-25 | 2003-02-24 | 無線周波数（ｒｆ）出力の測定方法および装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6608446B1 (ja) |
| EP (1) | EP1339086A2 (ja) |
| JP (1) | JP2003315386A (ja) |
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