JP2021157916A - Method of detecting state of plasma source and plasma source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ源の状態を検出する方法およびプラズマ源に関する。 The present invention relates to a method for detecting the state of a plasma source and a plasma source.
誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma、以下「ICP」)は、半導体装置の製造を含む様々な用途に用いられ、たとえば半導体装置の製造では、シリコンウェハに対するエッチング工程や、CVD法による膜の生成等に用いられる。特許文献1および2には、ICPを用いた半導体装置の製造技術が開示されている。
Inductively coupled plasma (hereinafter referred to as "ICP") is used for various purposes including the manufacture of semiconductor devices. For example, in the manufacture of semiconductor devices, it is used for etching processes on silicon wafers, film formation by the CVD method, and the like. Used.
ICPを発生させるプラズマ源(誘導結合型のプラズマ源)では、ICPを発生させるために、まず容量結合プラズマ(Capacitively Coupled Plasma、以下「CCP」)を発生させ、これをICPに変化させるものが知られている。この場合において、プラズマがCCPからICPに変化したことを検出することが重要となる。 In the plasma source that generates ICP (inductively coupled plasma source), in order to generate ICP, it is known that capacitively coupled plasma (hereinafter referred to as "CCP") is first generated and then converted into ICP. Has been done. In this case, it is important to detect that the plasma has changed from CCP to ICP.
従来技術では、CCPからICPへの変化を検出する際に、プラズマからの発光を計測し、発光強度に基づいて確認していた。特許文献1および2でも、発光強度に基づく判定が行われている。
In the prior art, when detecting a change from CCP to ICP, the light emission from the plasma was measured and confirmed based on the light emission intensity.
しかしながら、従来の技術では、プラズマがCCPからICPに変化したことを正確に検出するのが困難であるという課題があった。 However, in the conventional technique, there is a problem that it is difficult to accurately detect that the plasma has changed from CCP to ICP.
たとえば、特許文献1および2のように発光強度に基づいて判断する場合には、そもそもプラズマはCCPとして着火した場合に発光するので、CCPの発生と、CCPからICPへの変化とを区別して判断することが難しい。一般的にICPのほうが明るく、発光強度も大きいことがわかっているが、正確に判定できる閾値を設定することは困難である。
For example, in the case of determination based on the emission intensity as in
また、CCPおよびICPの発光強度は、プラズマを構成するガスの種類によって変化するので、各種のガスに共通して使用できる閾値を設定するのは困難であり、単一の閾値が有効に機能する条件は限定的である。 Further, since the emission intensity of CCP and ICP changes depending on the type of gas constituting the plasma, it is difficult to set a threshold value that can be commonly used for various gases, and a single threshold value functions effectively. The conditions are limited.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、プラズマがCCPからICPに変化したことをより正確に検出することができる方法およびプラズマ源を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a method and a plasma source capable of more accurately detecting the change of plasma from CCP to ICP.
本発明に係る方法の一例は、
誘導結合型のプラズマ源の状態を検出する方法であって、
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記方法は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させるステップと、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電圧および電流を取得するステップと、
前記電圧の増加分に対する前記電流の増加分の比率を表す電流増加率を取得するステップと、
前記電流増加率の変化に応じて第1信号を出力するステップと、
を備える。
An example of the method according to the present invention is
A method of detecting the state of an inductively coupled plasma source.
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The method is
The step of generating capacitively coupled plasma in the discharge section,
After the capacitively coupled plasma is generated, the step of acquiring the voltage and current at the output end of the DC power supply circuit, and
The step of acquiring the current increase rate representing the ratio of the current increase to the voltage increase, and
The step of outputting the first signal according to the change of the current increase rate, and
To be equipped.
一例では、前記電流増加率を取得する前記ステップにおいて、
前記容量結合プラズマが発生している状態における前記電流増加率である第1電流増加率と、
前記第1電流増加率より後に取得される前記電流増加率である第2電流増加率と、
が取得され、
前記第1信号は、前記第1電流増加率に対する前記第2電流増加率の比率が、所定の閾値を超える場合に出力される。
In one example, in the step of acquiring the current increase rate,
The first current increase rate, which is the current increase rate in the state where the capacitively coupled plasma is generated, and
The second current increase rate, which is the current increase rate acquired after the first current increase rate, and
Is obtained,
The first signal is output when the ratio of the second current increase rate to the first current increase rate exceeds a predetermined threshold value.
本発明に係る方法の一例は、
誘導結合型のプラズマ源の状態を検出する方法であって、
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記方法は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させるステップと、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電力および電流、又は、前記直流電源回路の出力端における電力および電圧を取得するステップと、
前記電流を前記電力で微分した値が増加から減少に転じた場合、又は、前記電圧を前記電力で微分した値が減少から増加に転じた場合に、第1信号を出力するステップと、
を備える。
An example of the method according to the present invention is
A method of detecting the state of an inductively coupled plasma source.
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The method is
The step of generating capacitively coupled plasma in the discharge section,
After the capacitively coupled plasma is generated, the step of acquiring the power and current at the output end of the DC power supply circuit or the power and voltage at the output end of the DC power supply circuit, and
A step of outputting a first signal when the value obtained by differentiating the current with the electric power changes from an increase to a decrease, or when the value obtained by differentiating the voltage with the electric power changes from a decrease to an increase.
To be equipped.
一例では、前記第1信号は、プラズマが前記容量結合プラズマから誘導結合プラズマに変化したことを表す信号である。 In one example, the first signal is a signal indicating that the plasma has changed from the capacitively coupled plasma to an inductively coupled plasma.
本発明に係るプラズマ源の一例は、
誘導結合型のプラズマ源であって、
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記プラズマ源は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させ、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電圧および電流を取得し、
前記電圧の増加分に対する前記電流の増加分の比率を表す電流増加率を取得し、
前記電流増加率の変化に応じて第1信号を出力する。
An example of a plasma source according to the present invention is
An inductively coupled plasma source
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The plasma source is
Capacitively coupled plasma is generated in the discharge section to generate
After the capacitively coupled plasma is generated, the voltage and current at the output end of the DC power supply circuit are acquired.
Obtain the current increase rate representing the ratio of the increase in the current to the increase in the voltage.
The first signal is output according to the change in the current increase rate.
本発明に係るプラズマ源の一例は、
誘導結合型のプラズマ源であって、
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記プラズマ源は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させ、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電力および電流、又は、前記直流電源回路の出力端における電力および電圧を取得し、
前記電流を前記電力で微分した値が増加から減少に転じた場合、又は、前記電圧を前記電力で微分した値が減少から増加に転じた場合に、第1信号を出力する。
An example of a plasma source according to the present invention is
An inductively coupled plasma source
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The plasma source is
Capacitively coupled plasma is generated in the discharge section to generate
After the capacitively coupled plasma is generated, the power and current at the output end of the DC power supply circuit or the power and voltage at the output end of the DC power supply circuit are acquired.
The first signal is output when the value obtained by differentiating the current with the electric power changes from increasing to decreasing, or when the value obtained by differentiating the voltage with the electric power changes from decreasing to increasing.
本発明に係る、プラズマ源の状態を検出する方法およびプラズマ源によれば、プラズマがCCPからICPに変化したことをより正確に検出できる。 According to the method for detecting the state of the plasma source and the plasma source according to the present invention, it is possible to more accurately detect that the plasma has changed from CCP to ICP.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施形態1.
図1に、実施形態1に係るプラズマ源10の構成の例を示す。プラズマ源10は誘導結合型のプラズマ源である。実施形態1では、プラズマ源10における電圧の増加に対する電流の挙動に応じて検出を行う。
FIG. 1 shows an example of the configuration of the
プラズマ源10は、直流電源回路20と、インバータ回路30と、共振回路40と、放電部50と、制御手段60とを備える。
The
直流電源回路20、インバータ回路30、共振回路40および放電部50は、この順に接続される。すなわち、直流電源回路20の出力端とインバータ回路30の入力端とが接続され、インバータ回路30の出力端と共振回路40の入力端とが接続され、共振回路40の出力端と放電部50の入力端とが接続される。
The DC
直流電源回路20は直流電圧を供給する。インバータ回路30は直流電圧を交流電圧に変換する。交流電圧の周波数はたとえばRF周波数であり、より具体的な例としては2MHzまたは約2MHzである。
The DC
共振回路40は交流電圧を利用して共振現象を起こし、共振した電圧を放電部50に供給する。本実施形態では、共振回路40はLC回路部41およびコンデンサ42を備え、コンデンサ42はLC回路部41に対して放電部50と並列に接続される。なお、共振回路40の構成は図示のものに限らない。
The
放電部50は、放電管(とくに図示しない)とアンテナ51とを備える。
放電管は、たとえば誘電体(絶縁体)で形成された円筒面状の放電容器であり、その内部でプラズマが生成される。アンテナ51は、放電管を取り囲むようにコイル状に形成される導電体であり、共振回路40に接続される。図1では放電部50においてアンテナ51に直列接続した抵抗52を図示しているが、この抵抗52は、無負荷時のコイルの抵抗値である。
The
The discharge tube is, for example, a cylindrical discharge container made of a dielectric (insulator), and plasma is generated inside the discharge tube. The
なお、アンテナ51の形状はコイル状に限定されない。また、アンテナ51は、放電管を冷却するために、パイプ形状で内部に水等の冷媒を流すようにしてもよい。また、アンテナ51は必ずしも放電管を取り囲むように形成される必要は無く、放電管を形成する誘電体(絶縁体)の内部に形成するようにしてもよい。
The shape of the
放電部50は、供給される電圧を用いてプラズマを発生させる。たとえば、放電容器内にガスを流通させた状態でアンテナ51に交流電圧が印加されると、アンテナ51のコイルの端子間電圧によってガスが電離され、プラズマが生成される。これは、コイルの端子間の電界によって結合しているプラズマであり、すなわちCCPである。
The
CCPが発生している状態で、アンテナ51に印加する電圧をさらに増大させると、コイルの周囲に磁場が形成されて誘導電界が発生し、それによりICPが発生する。ICPは、半導体装置の製造等に用いられるプラズマであり、用途に応じて維持および管理される。
When the voltage applied to the
制御手段60は、プラズマ源10の動作を制御する。たとえば、制御手段60は、ドライバーアンプ70を介して直流電源回路20に接続され、ドライバーアンプ80を介してインバータ回路30に接続される。
The control means 60 controls the operation of the
制御手段60は、直流電源回路20の状態を表す測定信号(たとえば電圧信号C1および電流信号C2)を取得し、これに応じてプラズマ源10を制御する。プラズマ源10の制御は、たとえば直流電源回路20に制御信号C3を送信し、インバータ回路30に制御信号C4を送信することによって行われる。
The control means 60 acquires measurement signals (for example, voltage signal C1 and current signal C2) representing the state of the DC
また、制御手段60は、プラズマ源10の回路における電圧および電流を取得することができる。このためにプラズマ源10は測定手段を備える。実施形態1では測定手段はVIセンサ90であり、インバータ回路30と共振回路40との間に配置される。制御手段60は、VIセンサ90から測定信号C5を受信することによって電圧および電流を取得する。なお、図1におけるVIセンサ90の位置は一例であり、電圧および電流を測定すべき回路部分に応じて適切な位置に変更することができる。
Further, the control means 60 can acquire the voltage and the current in the circuit of the
直流電源回路20、制御手段60、ドライバーアンプ70およびドライバーアンプ80には、図示しない電源が接続され、これらに電力を供給する。
A power supply (not shown) is connected to the DC
図2は、プラズマ源10を用いてICPを発生させた場合に、測定される電圧および電流の関係を示すグラフである。横軸は、図略の電圧測定手段で測定した直流電源回路20の出力端における電圧[V]である。縦軸は、図略の電圧測定手段で測定した直流電源回路20の出力端における電流[A]を表す。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between measured voltage and current when ICP is generated using the
実施形態1では、放電容器内のガスとして、酸素と窒素を混合したものを供給した。ガスの気圧は合計100Paとし、ガスの流量を異ならせて複数回の測定を行った。 In the first embodiment, a mixture of oxygen and nitrogen was supplied as the gas in the discharge container. The total pressure of the gas was 100 Pa, and the measurement was performed a plurality of times with different gas flow rates.
図2において、●記号は、酸素の流量を1000sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)とし、窒素の流量を100sccmとした場合のグラフを示す。▲記号は、酸素の流量を1500sccmとし、窒素の流量を100sccmとした場合のグラフを示す。 In FIG. 2, the ● symbol indicates a graph when the oxygen flow rate is 1000 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute) and the nitrogen flow rate is 100 sccm. The ▲ symbol shows a graph when the flow rate of oxygen is 1500 sccm and the flow rate of nitrogen is 100 sccm.
電圧が低い範囲(大まかに35V程度以下)はプラズマが発生していない無負荷の状態に対応し、電圧の増加に対して電流がほぼ一定の増加率で増加する。電圧が増加し、大まかに35V程度を超えるとCCPが発生するが、その後も電圧の増加に対して電流がほぼ一定の増加率で増加する。 The low voltage range (roughly about 35V or less) corresponds to the no-load state in which plasma is not generated, and the current increases at a substantially constant rate of increase with respect to the increase in voltage. When the voltage increases and roughly exceeds about 35 V, CCP is generated, but even after that, the current increases at a substantially constant rate of increase with respect to the increase in voltage.
さらに電圧が増加すると、プラズマがCCPからICPに変化する。この電圧は、酸素1000sccm、窒素100sccmの場合(●グラフに対応する)の場合には約120V(破線で示す)であり、酸素1500sccm、窒素100sccmの場合(▲グラフに対応する)の場合には約130V(一点鎖線で示す)であった。
As the voltage increases further, the plasma changes from CCP to ICP. This voltage is about 120 V (indicated by the broken line) in the case of
図2の●グラフ(酸素1000sccm、窒素100sccm)の例では、電圧が約120V(破線)を超えると、電流の増加率がより大きい値に変化する。また、図2の▲グラフ(酸素1500sccm、窒素100sccm)の例では、電圧が約130V(一点鎖線)を超えると、電流の増加率がより大きい値に変化する。このように、プラズマがCCPからICPに変化する点の電圧と、電流の増加率が変化する点の電圧とはよく一致している。
In the example of the graph (
なお、図2には示さないが、その後さらに電圧を増加させると電流の増加率は低い値に戻る。 Although not shown in FIG. 2, when the voltage is further increased thereafter, the rate of increase of the current returns to a low value.
図3は、実施形態1に係るプラズマ源の状態を検出する方法のフローチャートである。プラズマ源10は、この方法を実行することによりプラズマ源10の状態を検出する。プラズマ源10の状態は、たとえばプラズマ源10によって発生するプラズマの状態を含む。プラズマの状態は、たとえばプラズマがCCPであるかICPであるかを表す。プラズマ源10の放電容器にガスを流通させた状態で、図3の方法が開始される。
FIG. 3 is a flowchart of a method for detecting the state of the plasma source according to the first embodiment. The
まず、プラズマ源10の放電部50に電圧を印加し、これによって、放電部50においてCCPを発生させる(ステップS1)。CCPが発生した後、制御手段60は、プラズマ源10に係る電圧および電流を測定して取得する(ステップS2)。
First, a voltage is applied to the
図1の例では、この測定はVIセンサ90を介して行われる。すなわち、制御手段60は、インバータ回路30および共振回路40の接続点における電圧(より厳密な表現の例としては、たとえば当該接続点とグランドとの間の電圧)と、当該接続点に流れる電流とを測定する。
In the example of FIG. 1, this measurement is made via the
ここで、VIセンサ90が測定する電圧に基づいて直流電源回路20の出力電圧を算出することができるので、VIセンサ90が測定する電圧は直流電源回路20の出力端における電圧と等価であるということができる。同様に、VIセンサ90が測定する電流に基づいて直流電源回路20の出力電流を算出することができるので、VIセンサ90が測定する電流は直流電源回路20の出力端における電流と等価であるということができる。
Here, since the output voltage of the DC
本実施形態では、電圧および電流は正の値をとるものとする。また、交流の場合には、実効値であってもよく、最大値であってもよく、平均値であってもよく、他の適切に算出される値であってもよい。 In this embodiment, the voltage and current are assumed to have positive values. Further, in the case of alternating current, it may be an effective value, a maximum value, an average value, or another appropriately calculated value.
なお、ステップS2で取得される電圧および電流の測定方法は、図1に示すVIセンサ90を用いる方法に限らない。たとえば電圧は、直流電源回路20の出力端における電圧に換算できる電圧であれば等価であり、たとえば直流電源回路20の出力端における電圧そのものを直接的に測定した値であってもよいし、インバータ回路30の入力端における電圧を測定した値であってもよいし、インバータ回路30の出力端における電圧を測定した値であってもよいし、共振回路40の入力端における電圧を測定した値であってもよいし、共振回路40の出力端における電圧を測定した値であってもよいし、放電部50の入力端における電圧を測定した値であってもよい。
The method of measuring the voltage and current acquired in step S2 is not limited to the method using the
電流についても同様に、直流電源回路20の出力端における電流に換算できる電流であれば等価であり、たとえば直流電源回路20の出力端における電流そのものを直接的に測定した値であってもよいし、インバータ回路30の入力端における電流を測定した値であってもよいし、インバータ回路30の出力端における電流を測定した値であってもよいし、共振回路40の入力端および出力端の間における電流を測定した値であってもよいし、コンデンサ42における電流を測定した値であってもよいし、放電部50における電流を測定した値であってもよい。
Similarly, the current is equivalent as long as it can be converted into a current at the output end of the DC
ステップS2の後、制御手段60は、ステップS2で取得される電圧の増加分に対する、ステップS2で取得される電流の増加分の比率(電流増加率)を取得する(ステップS3)。電流増加率は、図2のグラフにおける傾きに対応する。 After step S2, the control means 60 acquires the ratio of the increase in the current acquired in step S2 (current increase rate) to the increase in voltage acquired in step S2 (step S3). The current increase rate corresponds to the slope in the graph of FIG.
次に、制御手段60は、電流増加率が変化したか否かを判定する(ステップS4)。ここで、制御手段60は、電圧が増加するように直流電源回路20を制御しつつ、電流および電流増加率の挙動を監視してもよい。実施形態1では、電流増加率がより大きくなったか否かが判定される。ステップS4における具体的な判定方法は任意に設計可能であるが、一例を以下に説明する。
Next, the control means 60 determines whether or not the current increase rate has changed (step S4). Here, the control means 60 may monitor the behavior of the current and the current increase rate while controlling the DC
ステップS4における判定に先立って、制御手段60は、CCPが発生している状態における電流増加率(第1電流増加率)を取得しておく。第1電流増加率の取得方法は任意に設計可能であるが、たとえば、電圧が所定のCCP電圧範囲(たとえば20V〜100Vであるが、これに限らない)における電流増加率として算出することができる。CCP電圧範囲は、プラズマ源10の動作条件下において確実にCCPを発生させ維持することができる電圧の範囲であり、当業者が適宜設計可能である。
Prior to the determination in step S4, the control means 60 acquires the current increase rate (first current increase rate) in the state where the CCP is generated. The method for acquiring the first current increase rate can be arbitrarily designed, but for example, the voltage can be calculated as the current increase rate in a predetermined CCP voltage range (for example, 20V to 100V, but not limited to this). .. The CCP voltage range is a voltage range in which CCP can be reliably generated and maintained under the operating conditions of the
制御手段60は、第1電流増加率を取得した後、ステップS2およびS3が実行される都度、新たに測定された電圧および電流と、直前に測定された電圧および電流とに基づき、電流増加率(第2電流増加率)を算出する。そして、第1電流増加率に対する第2電流増加率の比率が、所定の閾値(たとえば1.1であるが、これに限らない)を超えるか否かを判定する。この比率が閾値を超える場合には、電流増加率が変化したと判定され、そうでなければ、電流増加率が変化していないと判定される。 After acquiring the first current increase rate, the control means 60 obtains the current increase rate based on the newly measured voltage and current and the voltage and current measured immediately before each time steps S2 and S3 are executed. (Second current increase rate) is calculated. Then, it is determined whether or not the ratio of the second current increase rate to the first current increase rate exceeds a predetermined threshold value (for example, 1.1, but not limited to this). If this ratio exceeds the threshold value, it is determined that the current increase rate has changed, and if not, it is determined that the current increase rate has not changed.
電流増加率が変化していない場合には、ステップS2〜S4が繰り返される。ここで、たとえば、制御手段60は、ステップS2〜S4を実行する都度、電圧を増加させる。 If the current increase rate has not changed, steps S2 to S4 are repeated. Here, for example, the control means 60 increases the voltage each time steps S2 to S4 are executed.
一方、電流増加率が変化した場合には、制御手段60は電流増加率が変化したことを表す信号(第1信号)を出力する(ステップS5)。これは、プラズマがCCPからICPに変化したと判定することに対応する。すなわち、第1信号は、プラズマがCCPからICPに変化したことを表す信号であるといえる。 On the other hand, when the current increase rate changes, the control means 60 outputs a signal (first signal) indicating that the current increase rate has changed (step S5). This corresponds to determining that the plasma has changed from CCP to ICP. That is, it can be said that the first signal is a signal indicating that the plasma has changed from CCP to ICP.
実施形態1では、この判定に発光強度を用いないので、従来技術より正確に判定を行うことができる。とくに、この方法は発光強度に依存しないので、発光強度が異なる様々な種類のガスに適用することが可能であり、また、ガスの圧力が異なる場合にも適用することが可能である。なお、変形例として、判定に発光強度を併用することも可能である。 In the first embodiment, since the emission intensity is not used for this determination, the determination can be performed more accurately than in the prior art. In particular, since this method does not depend on the emission intensity, it can be applied to various types of gases having different emission intensities, and can also be applied to different gas pressures. As a modification, it is also possible to use the emission intensity together with the determination.
第1信号の内容、形式、出力態様および利用方法は、当業者が適宜設計可能である。たとえば、制御手段60には表示装置が接続されていてもよく、その表示装置に第1信号が出力されたことを示す情報が表示されてもよい。情報の具体例としては、プラズマの状態がCCPからICPに変化したことを示すメッセージまたは画像とすることができる。 Those skilled in the art can appropriately design the content, format, output mode, and usage of the first signal. For example, a display device may be connected to the control means 60, and information indicating that the first signal has been output may be displayed on the display device. A specific example of the information can be a message or image indicating that the plasma state has changed from CCP to ICP.
また、たとえば、制御手段60は、第1信号の出力に応じて特定の処理の実行を開始してもよい。より具体的な例としては、タイマーを起動してもよい。このタイマーの値は、ICPが発生してからの経過時間を示す値として利用することができる。 Further, for example, the control means 60 may start executing a specific process according to the output of the first signal. As a more specific example, a timer may be activated. The value of this timer can be used as a value indicating the elapsed time since the ICP was generated.
以上説明するように、実施形態1に係るプラズマ源10および図3に示す方法によれば、プラズマがCCPからICPに変化したことをより正確に検出できる。
As described above, according to the
実施形態2.
実施形態2では、プラズマ源10における電力の増加に対する電圧または電流の挙動に応じて検出を行う。以下、実施形態1との相違を説明する。
In the second embodiment, the detection is performed according to the behavior of the voltage or current with respect to the increase in electric power in the
図4は、実施形態1とは異なる条件において、直流電源回路20の出力端における電力と、VIセンサ90等を用いて測定される電流および電圧との関係を示すグラフである。実施形態2では、放電容器内のガスとして、水素と窒素を混合したものを供給した。水素および窒素の流量はいずれも1000sccmとし、ガスの気圧は合計87Paとした。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the power at the output terminal of the DC
横軸は、図略の電力測定手段で測定した直流電源回路20の出力端における電力[W]を表す。左側の縦軸は、図略の電圧測定手段で測定した直流電源回路20の出力端における電圧[V]を表す。右側の縦軸は、図略の電流測定手段で測定した直流電源回路20の出力端における電流[A]を表す。図4において、×記号は電流を示し、▲記号は電圧を示す。
The horizontal axis represents the power [W] at the output end of the DC
図5は、図4の結果を微分して表したグラフである。横軸は図4と同じである。縦軸は、電流[A]を電力で微分した値と、電圧[V]を電力で微分した値とを表す。これらの値は、以下では単に「微分値」と呼ぶ場合がある。微分係数または導関数とも呼ばれる。なお図示の都合上、電流の変化は10倍の値にして示してある。 FIG. 5 is a graph showing the results of FIG. 4 differentiated. The horizontal axis is the same as in FIG. The vertical axis represents the value obtained by differentiating the current [A] with electric power and the value obtained by differentiating the voltage [V] with electric power. These values may be referred to simply as "differential values" below. Also called derivative or derivative. For convenience of illustration, the change in current is shown as a 10-fold value.
微分値の具体的な取得方法は、当業者が公知技術に基づき適宜設計可能であるが、たとえば、電力がある値Pから別の値P+ΔPに増加したときに、電流がある値Cから別の値C+ΔCに変化した場合には、ΔC/ΔPを電流の微分値として算出することができる。電圧についても同様である。別の例として、公知の微分器または微分回路を用いてもよい。 A specific method for obtaining the differential value can be appropriately designed by those skilled in the art based on known techniques. For example, when the power increases from a certain value P to another value P + ΔP, the current is different from the certain value C. When the value changes to C + ΔC, ΔC / ΔP can be calculated as a derivative value of the current. The same applies to the voltage. As another example, a known differentiator or differentiating circuit may be used.
図5の×記号は電流の微分値を示し、▲記号は電圧の微分値を示す。電流の微分値が正である間は、電力の増加に伴って電流が増加することを示し、電流の微分値が負である間は、電力の増加に伴って電流が減少することを示す。電圧の微分値についても同様である。 The x symbol in FIG. 5 indicates the differential value of the current, and the ▲ symbol indicates the differential value of the voltage. When the derivative value of the current is positive, it indicates that the current increases with increasing power, and when the derivative value of current is negative, it indicates that the current decreases with increasing power. The same applies to the differential value of voltage.
電力が低い範囲(大まかに1800W程度以下)は、プラズマが発生していない無負荷の状態およびCCPが発生している状態に対応する。この範囲では、電力の増加に対して電流は単調に増加し、電圧は単調に減少する。 The range where the electric power is low (roughly about 1800 W or less) corresponds to the state of no load in which plasma is not generated and the state in which CCP is generated. In this range, the current increases monotonically and the voltage decreases monotonically with increasing power.
電力が約1800W(破線で示す)に達すると、プラズマがCCPからICPに変化する。図5のグラフでは、電力が約1800W(破線)を超えると、電流の微分値が増加から減少に転じており(電流の変曲点)、また、電圧の微分値が減少から増加に転じている(電圧の変曲点)。このように、プラズマがCCPからICPに変化する点の電力と、電流および電圧の微分値の増減が反転する点の電力とはよく一致している。 When the power reaches about 1800 W (shown by the dashed line), the plasma changes from CCP to ICP. In the graph of FIG. 5, when the electric power exceeds about 1800 W (broken line), the differential value of the current changes from an increase to a decrease (inflection point of the current), and the differential value of the voltage changes from a decrease to an increase. (Voltage inflection point). In this way, the power at the point where the plasma changes from CCP to ICP and the power at the point where the increase / decrease in the differential values of the current and voltage are reversed are in good agreement.
図6は、実施形態2に係るプラズマ源の状態を検出する方法のフローチャートである。プラズマ源10は、この方法を実行することによりプラズマ源の状態を検出する。プラズマ源10の放電容器にガスを流通させた状態で、図6の方法が開始される。
FIG. 6 is a flowchart of a method for detecting the state of the plasma source according to the second embodiment. The
まず、プラズマ源10の放電部50に電圧を印加し、これによって、放電部50においてCCPを発生させる(ステップS11)。CCPが発生した後、制御手段60は、プラズマ源10に係る電力と、電圧または電流とを測定して取得する(ステップS12)。この測定はたとえばVIセンサ90を介して行われる。
First, a voltage is applied to the
ここで取得される電力は、直流電源回路20の出力電力に換算することができるので、直流電源回路20の出力端における電力と等価であるということができる。また、VIセンサ90が測定する電流および電圧は、直流電源回路20の出力端における電流および電圧に換算することができるので、直流電源回路20の出力端における電流および電圧と等価であるということができる。
Since the power acquired here can be converted into the output power of the DC
本実施形態では、電力、電圧および電流は正の値をとるものとする。また、交流の場合には、実効値であってもよく、最大値であってもよく、平均値であってもよく、他の適切に算出される値であってもよい。 In this embodiment, the power, voltage and current are assumed to have positive values. Further, in the case of alternating current, it may be an effective value, a maximum value, an average value, or another appropriately calculated value.
なお、ステップS12で取得される電力、電圧および電流の測定方法は、図1に示すVIセンサ90を用いる方法に限らない。たとえば電力は、直流電源回路20の出力端における電力に換算できる電力であればどの部分の電力であってもよく、たとえば直流電源回路20の出力端における電力そのものを直接的に測定した値であってもよいし、インバータ回路30の入力端における電力を測定した値であってもよいし、インバータ回路30の出力端における電力を測定した値であってもよいし、共振回路40の入力端における電力を測定した値であってもよいし、共振回路40の出力端における電力を測定した値であってもよいし、放電部50の入力端における電力を測定した値であってもよい。
The method for measuring the power, voltage, and current acquired in step S12 is not limited to the method using the
また、電流および電圧についても同様に、直流電源回路20の出力端における電流に換算できる電流であれば等価である。
Similarly, the current and voltage are equivalent as long as they can be converted into the current at the output end of the DC
ステップS12の後、制御手段60は、ステップS12で取得される電圧の微分値が、減少から増加に転じたか否かを判定する(ステップS13)。または、制御手段60は、このステップS13において、ステップS12で取得される電流の微分値が、増加から減少に転じたか否かを判定する。たとえば、制御手段60は、電力が増加するように直流電源回路20を制御しつつ、電流または電圧の挙動を監視してもよい。
After step S12, the control means 60 determines whether or not the differential value of the voltage acquired in step S12 has changed from decreasing to increasing (step S13). Alternatively, the control means 60 determines in step S13 whether or not the differential value of the current acquired in step S12 has changed from an increase to a decrease. For example, the control means 60 may monitor the behavior of the current or voltage while controlling the DC
電圧の微分値が、減少から増加に転じていない場合(たとえば、微分値が減少することなく増加している場合、微分値が減少し続けている場合、等)、または、電流の微分値が、増加から減少に転じていない場合(たとえば、微分値が増加することなく減少している場合、微分値が増加し続けている場合、等)には、ステップS12およびS13が繰り返される。たとえば、制御手段60は、ステップS12およびS13を実行する都度、電力を増加させる。 If the derivative of the voltage does not change from decreasing to increasing (for example, if the derivative is increasing without decreasing, if the derivative continues to decrease, etc.), or if the derivative of the current is , Steps S12 and S13 are repeated when the increase has not changed to decrease (for example, when the differential value decreases without increasing, when the differential value continues to increase, etc.). For example, the control means 60 increases the power each time steps S12 and S13 are executed.
一方、電圧の微分値が減少から増加に転じた場合、または、電流の微分値が増加から減少に転じた場合には、制御手段60はこれを表す信号(第1信号)を出力する(ステップS14)。これは、プラズマがCCPからICPに変化したと判定することに対応する。すなわち、第1信号は、プラズマがCCPからICPに変化したことを表す信号であるといえる。 On the other hand, when the differential value of the voltage changes from decrease to increase, or when the differential value of current changes from increase to decrease, the control means 60 outputs a signal (first signal) representing this (step). S14). This corresponds to determining that the plasma has changed from CCP to ICP. That is, it can be said that the first signal is a signal indicating that the plasma has changed from CCP to ICP.
なお、図5には電流および電圧双方の微分値を示しているが、上記から明らかなように、実施形態2に係る方法は、これらの微分値のうちいずれか一方のみを用いても、双方を用いても実施可能である。たとえば、ステップS12で電力および電流を測定し、ステップS14で電流の微分値を用いて判定してもよいし、ステップS12で電力および電圧を測定し、ステップS14で電圧の微分値を用いて判定してもよい。電流および電圧の双方を用いる場合には、ステップS14において、電流の微分値が増加から減少に転じ、かつ電圧の微分値が減少から増加に転じた場合(AND条件)にのみ第1信号を出力してもよいし、ステップS14において、電流の微分値が増加から減少に転じるか、または電圧の微分値が減少から増加に転じた場合(OR条件)に第1信号を出力してもよい。 Although FIG. 5 shows the differential values of both the current and the voltage, as is clear from the above, the method according to the second embodiment can be used even if only one of these differential values is used. It can also be carried out using. For example, the power and current may be measured in step S12 and determined using the differential value of the current in step S14, or the power and voltage may be measured in step S12 and determined using the differential value of the voltage in step S14. You may. When both current and voltage are used, the first signal is output only when the differential value of the current changes from an increase to a decrease and the differential value of the voltage changes from a decrease to an increase (AND condition) in step S14. Alternatively, in step S14, the first signal may be output when the differential value of the current changes from an increase to a decrease or the differential value of the voltage changes from a decrease to an increase (OR condition).
実施形態2でも、判定に発光強度を用いないので、従来技術より正確に判定を行うことができる。とくに、この方法は発光強度に依存しないので、発光強度が異なる様々な種類のガスに適用することが可能であり、また、ガスの圧力が異なる場合にも適用することが可能である。なお、変形例として、判定に発光強度を併用することも可能である。 Even in the second embodiment, since the emission intensity is not used for the determination, the determination can be performed more accurately than in the prior art. In particular, since this method does not depend on the emission intensity, it can be applied to various types of gases having different emission intensities, and can also be applied to different gas pressures. As a modification, it is also possible to use the emission intensity together with the determination.
以上説明するように、実施形態2に係るプラズマ源10および図6に示す方法によれば、プラズマがCCPからICPに変化したことをより正確に検出できる。
As described above, according to the
10…プラズマ源
20…直流電源回路
30…インバータ回路
40…共振回路
41…LC回路部
42…コンデンサ
50…放電部
51…アンテナ
52…抵抗
60…制御手段
70,80…ドライバーアンプ
90…VIセンサ
10 ...
Claims (6)
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記方法は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させるステップと、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電圧および電流を取得するステップと、
前記電圧の増加分に対する前記電流の増加分の比率を表す電流増加率を取得するステップと、
前記電流増加率の変化に応じて第1信号を出力するステップと、
を備える、方法。 A method of detecting the state of an inductively coupled plasma source.
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The method is
The step of generating capacitively coupled plasma in the discharge section,
After the capacitively coupled plasma is generated, the step of acquiring the voltage and current at the output end of the DC power supply circuit, and
The step of acquiring the current increase rate representing the ratio of the current increase to the voltage increase, and
The step of outputting the first signal according to the change of the current increase rate, and
A method.
前記容量結合プラズマが発生している状態における前記電流増加率である第1電流増加率と、
前記第1電流増加率より後に取得される前記電流増加率である第2電流増加率と、
が取得され、
前記第1信号は、前記第1電流増加率に対する前記第2電流増加率の比率が、所定の閾値を超える場合に出力される、
請求項1に記載の方法。 In the step of acquiring the current increase rate,
The first current increase rate, which is the current increase rate in the state where the capacitively coupled plasma is generated, and
The second current increase rate, which is the current increase rate acquired after the first current increase rate, and
Is obtained,
The first signal is output when the ratio of the second current increase rate to the first current increase rate exceeds a predetermined threshold value.
The method according to claim 1.
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記方法は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させるステップと、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電力および電流、又は、前記直流電源回路の出力端における電力および電圧を取得するステップと、
前記電流を前記電力で微分した値が増加から減少に転じた場合、又は、前記電圧を前記電力で微分した値が減少から増加に転じた場合に、第1信号を出力するステップと、
を備える、方法。 A method of detecting the state of an inductively coupled plasma source.
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The method is
The step of generating capacitively coupled plasma in the discharge section,
After the capacitively coupled plasma is generated, the step of acquiring the power and current at the output end of the DC power supply circuit or the power and voltage at the output end of the DC power supply circuit, and
A step of outputting a first signal when the value obtained by differentiating the current with the electric power changes from an increase to a decrease, or when the value obtained by differentiating the voltage with the electric power changes from a decrease to an increase.
A method.
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記プラズマ源は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させ、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電圧および電流を取得し、
前記電圧の増加分に対する前記電流の増加分の比率を表す電流増加率を取得し、
前記電流増加率の変化に応じて第1信号を出力する、
プラズマ源。 An inductively coupled plasma source
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The plasma source is
Capacitively coupled plasma is generated in the discharge section to generate
After the capacitively coupled plasma is generated, the voltage and current at the output end of the DC power supply circuit are acquired.
Obtain the current increase rate representing the ratio of the increase in the current to the increase in the voltage.
The first signal is output according to the change in the current increase rate.
Plasma source.
前記プラズマ源は、直流電源回路と、インバータ回路と、共振回路と、放電部とを備え、
前記プラズマ源は、
前記放電部において容量結合プラズマを発生させ、
前記容量結合プラズマが発生した後に、前記直流電源回路の出力端における電力および電流、又は、前記直流電源回路の出力端における電力および電圧を取得し、
前記電流を前記電力で微分した値が増加から減少に転じた場合、又は、前記電圧を前記電力で微分した値が減少から増加に転じた場合に、第1信号を出力する、
プラズマ源。 An inductively coupled plasma source
The plasma source includes a DC power supply circuit, an inverter circuit, a resonance circuit, and a discharge unit.
The plasma source is
Capacitively coupled plasma is generated in the discharge section to generate
After the capacitively coupled plasma is generated, the power and current at the output end of the DC power supply circuit or the power and voltage at the output end of the DC power supply circuit are acquired.
The first signal is output when the value obtained by differentiating the current with the electric power changes from increasing to decreasing, or when the value obtained by differentiating the voltage with the electric power changes from decreasing to increasing.
Plasma source.
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