JP3011471U

JP3011471U - 高周波電力測定及びグラフィック表示装置

Info

Publication number: JP3011471U
Application number: JP1994015521U
Authority: JP
Inventors: 藤井修逸
Original assignee: 株式会社アドテック
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 1995-05-30
Anticipated expiration: 2000-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波電力の進行波成分及び反射波成分を時
間軸に沿ってグラフィック表示する装置を構成する。【構成】負荷につながる高周波電力供給ケーブルに結
合された進行波電力及び反射波電力を検出するためのラ
イン検出回路に接続される複数の入力端子Ｉ₁〜Ｉ
₆と、これらの入力端子から得られたアナログ信号入力
を少なくともＡＤ変換、補正及び記憶することができる
データ処理部２１、２２、２６と、前記記憶されたデジ
タルデータからなる前記進行波電力及び反射波電力の瞬
時値を時間軸に沿ってグラフィック表示するための表示
制御部２３、及び前記グラフィック表示の場を提供する
ための表示部２４を備えたものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高周波電源から負荷への電力供給において生ずる進行波電力、反射波電力及び電圧等の相互関係を時間軸を用いて表示するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の高周波電力計は、例えば、図１に示すように、両側面に設けられた入力端子１及び出力端子２を高周波電力供給ライン中に挿入接続することにより、内蔵された変成器から取り出される高周波電流を直流電流（または電圧）に変換し、正面パネルに設けた直流電流計（または電圧計）で表示することにより検出電流に比例した高周波電力の値を表示するようにしたものである。一方、高周波電力負荷がプラズマ発生装置等の放電系装置である場合の電力測定において重要視されるパラメータは、進行波電力、反射波電力及び電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の時間経過における相互関係であるが、上記のような針メータ式のアナログ式表示装置においては、進行波電力または反射波電力のいずれか一方しか表示できず、その両方を１台の装置で読み取るためには、検出回路及びメータ表示部を各２個設けるか、またはスイッチ切り替えもしくは差し替えユニットの交換方式によるものであった。

【０００３】また、従来において、高周波電力計の表示装置を図２に示すようにデジタル化したものも存在したが、これは検出電流をアナログ方式における針メータの代わりにＬＣＤなどで構成された数値専用表示器で表示するものであり、その表示器とデジタル表示のためのＡＤ変換器を有することが相違するのみである。したがって、このようなデジタル表示装置において、進行波電力、反射波電力及びＶＳＷＲをすべて表示するためには、複数の表示部を設けるか、または図３に示すような構成において、例えば、キー配列３中の進行波選択キー“ＦＷＤ”、反射波選択キー“ＲＦＬ”、定在波比選択キー“ＳＷＲ”等を押す手動スイッチ切り替えにより各表示を行うものであった。

【０００４】一方、高周波電力計における従来の検出機構に着目すると、一般に、変成器から得られた高周波電流は半導体ダイオードによって検波・整流されるため、実際の高周波電力と検出出力の関係はダイオード特性に依存することになる。したがって、検出出力はそのままでは非線形であり、これを補償するため、アナログ式高周波電力計の場合には、表示目盛り板を非線形の目盛りで形成し、デジタル式高周波電力計の場合には、検出信号を補正回路において線形出力に変換するか、またはＣＰＵ演算回路を設け、補正テーブルによる直線化を行っている。

【０００５】さらに、時間経過に応じた各検出パラメータの相互関係を表示するためには、外部に多点ペンレコーダなどを接続し、記録する方法しか存在しなかった。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上述した通り、従来のアナログ式及びデジタル式の高周波電力計の表示装置は、刻々変化する瞬時電力を表示するのみであった。しかしながら、スタート時の急激な電気的変化を伴う負荷に対する高周波電力計の測定条件としては、個別の測定パラメータの瞬時表示のみでなく、それらの時間経過における相互関係をみるため、必要なパラメータを同時に時間軸に沿って表示し、かつ記録できるならば、相互関係を含んだデータの比較及び保存が可能となり、極めて有効な電力計表示手段となる。

【０００７】特に、半導体製造工程に設置される高周波プラズマ発生装置においては、これをＣＶＤ（化学的気相蒸着）処理に用いる場合、高周波電力の積分量が膜厚を左右する。また、エッチング装置として構成される場合には、高周波電力の積分量がエッチンク量に影響することはもちろん、負荷関連バイアス電圧Ｖｄｃの大きさに応じてエッチングの異方性が制御される。

【０００８】本考案は、上記のような技術的課題を前提として、高周波電力計にデジタル演算回路とパネル型表示装置を設け、一括測定された進行波及び反射波の高周波電力を好ましくはバイアス電圧などとともに時間軸に沿って一括的に、もしくは選択的にグラフ表示できるようにし、併せて算出されたパラメータ比等の数値表示を可能にした高周波電力測定及びグラフィック表示装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達するため、本考案は請求項１に記載の構成として、負荷につながる高周波電力供給ケーブルに結合された進行波電力及び反射波電力を検出するためのライン検出回路に接続される複数の入力端子と、これらの入力端子から得られたアナログ信号入力を少なくともＡＤ変換、補正及び記憶することができるデータ処理部と、前記記憶されたデジタルデータからなる前記進行波電力及び反射波電力の瞬時値を時間軸に沿ってグラフィック表示するための表示制御部、及び前記グラフィック表示の場を提供するための表示部を備えたことを特徴とする高周波電力測定及びグラフィック表示装置を構成したものである。

【００１０】本考案はさらに、請求項２に記載の構成として、上記の装置がさらに負荷に関連するバイアス電圧印加用ケーブルに結合された負荷関連バイアス電圧を検出するための別のライン検出回路に接続される入力端子を備え、前記データ処理部がこれらの入力端子から得られたアナログ信号入力をＡＤ変換、補正及び記憶することができるとともに、前記表示制御部が前記データ処理部に記憶されたデジタルデータからなる前記負荷関連バイアス電圧の瞬時値を、前記電力の瞬時値とともに時間軸に沿って前記表示部上にグラフィック表示させるための制御動作を行うものである。

【００１１】本考案の一実施態様によれば、前記負荷は半導体等の製造工程に用いる高周波プラズマチャンバのプラズマ発生素子であり、前記負荷関連バイアス電圧は半導体素材の支持電極に印加された直流成分を含むバイアス電圧である。

【００１２】また、本考案の別の実施態様においては、前記負荷関連バイアス電圧が更に半導体支持電極に高周波バイアス電圧を印加する場合のピークツーピーク電圧を含み、前記進行波電力及び反射波電力が、前記プラズマ発生素子としてのプラズマソースアンテナへの電力供給ライン及び前記高周波バイアス電圧の印加ラインの各々において測定されるものである。

【００１３】本考案のさらに別の実施態様においては、前記データ処理部が前記アンテナへの電力供給ラインの電圧定在波比を演算する機能を有し、前記表示制御部が前記表示部を数値表示モードにおいて駆動することにより前記電圧定在波比を表示させるようにしたものである。

【００１４】

【作用】

上述した本考案の基本構成によれば、高周波電力に関する各波形の立ち上がりから安定状態までの変化及び相互関係を作図中の表示グラフから一読し、特に、バイアス電圧をも併せて検出する方式においては、高周波負荷の物理的状態をリアルタイムにおいて概ね把握することができる。また、各パラメータについての記憶データの再利用によって精密な分析に役立てることが可能である。

【００１５】さらに、データ処理部におけるＣＰＵ演算装置においてＶＳＷＲを計算し、これをデジタル表示できるようにした構成においては、直接測定された各パラメータの時間経過における相互関係と併せて一層精密な電力供給および負荷の状態の分析に役立てることができる。

【００１６】

【実施例】

図４に示す電気回路は負荷装置、すなわちプラズマ反応チャンバ１０のプラズマ発生素子であるアンテナコイル１１に高周波電力を供給するライン１２、及び反応チャンバ１０内のウエハ支持電極Ｐに対するバイアス電圧印加ライン１３中の各検出部１４、１５および１６より測定信号を取り出すようにしたものである。高周波電力供給ライン１２はソース用高周波電源１７より検出部１４及び整合器１８を介してプラズマソース用アンテナコイル１１に高周波電力を供給する。電力供給ライン１２そのものは同軸ケーブルからなり、検出部１４はその同軸ケーブルの各線を電気的に中断することなく、それらに流通する高周波電流を検出し、直流電圧として出力端子に印加するライン検出回路を内蔵している。検出部１４はまた、高周波電力供給ラインにおける進行波電力及び反射波電力を同時に検出するため、例えば、方向性結合器等の進行波‐反射波分離手段を有し、かつこれによって抽出された進行波及び反射波のためにそれぞれ検出回路を構成したものであり、進行波電力及び反射波電力を示す信号出力はそれぞれ端子Ｔ₁及びＴ₂において発生する。

【００１７】バイアス電圧印加ライン１３は、好ましくは直流成分のみでなく、高周波バイアス電圧をも印加するためにバイアス用高周波電源１９を有し、この電源１９からの高周波バイアス電圧が高周波電力検出部１５、及び第２の検出部をなす整合器１６を介して支持電極Ｐに印加されるものである。このバイアス電圧印加ライン１３も同様に、同軸ケーブルから形成され、整合器１６は高周波電圧のベースラインとしての直流バイアス電圧Ｖｄｃ及び高周波電圧のピークツーピーク値Ｖｐｐをそれぞれ端子Ｔ₅及びＴ₆において発生するようになっている。直流バイアス電圧Ｖｄｃはチャンバ１０の内壁に対する電位であり、したがって、支持電極１３からは印加した高周波電圧に応じた高周波電力が放出されることになる。この高周波電力もまた、進行波成分及び反射波成分からなり、これらは検出部１５において前述した高周波電力供給ラインの検出部１４と同様の構成において進行波電力及び反射波電力に応じた信号出力をそれぞれ端子Ｔ₃及びＴ₄において発生するものである。

【００１８】本考案の高周波電力測定及びグラフィック表示装置の要部である信号処理及び表示制御回路の実施例は、図５に示す通りに構成されている。この回路は入力部２０、ＡＤ変換部２１、ＣＰＵ演算部２２、表示制御部２３及び表示部２４からなる信号処理及び表示系統を有し、ＣＰＵ演算部２２には後述のキー配列を含む操作部２５及び記憶部２６が接続される。

【００１９】上記の回路構成において、ＡＤ変換部２１、ＣＰＵ演算部２２及び記憶部２６は信号処理の要部をなすデータ処理部を構成し、入力部２０から記憶部２６までの全回路ブロックには電源２７により電力供給されるようになっている。入力部２０の端子Ｉ₁〜Ｉ₆は前述した整合器１６を含むライン検出回路部の、対応する出力端子Ｔ₁〜Ｔ₆より信号入力を受け入れる。アナログ信号入力は入力部２０において入力レベル設定のため適当な倍率で増幅され、ＡＤ変換部２１においてデジタル値に変換され、ＣＰＵ演算部２２に送られる。検出部からの信号出力は前述した通り、非線形であるため、このＣＰＵ演算部は補正テーブルを内蔵し、これによって自動的に直線化処理する。表示制御部２３では、設定された入力レベルに応じて処理データを表示すべきグラフィック画面の縦軸の単位レベルを決定し、また、入力信号毎に表示色を決定する等の操作を行うものである。したがって、表示部２４はカラーＴＦＴなどの表示装置が好ましく用いられる。

【００２０】操作部２５は、時間軸の時間目盛り及び入力に対する単位レベルの大きさを決定するために用いられ、これにより表示部２４は各測定パラメータを、例えば、図６に示すような表示画面において表示することができる。

【００２１】図６において、グラフィック表示フレーム２８は上端部を除く主要部がグラフ表示部である。画面上端の左側における矩形枠２９内には、ソース用高周波電力供給ラインにおける進行波電力（ＦＷＤ１）及び反射波電力（ＲＥＦ１）が表示され、上端の中央部における矩形枠３０内には、バイアス用高周波電力供給及びバイアス電圧印加ラインにおける進行波電力（ＦＷＤ２）及び反射波電力（ＲＥＦ２）がデジタル表示され、さらに、上端の右側矩形枠３１内には、直流バイアス電圧Ｖｄｃを示すＥＸＴ１及び高周波バイアスのピークツーピーク電圧（ＥＸＴ２）がそれぞれデジタル表示されるようになっている。表示フレーム２８のグラフ表示部において、これらの飽和又は定常値、例えば、ＦＷＤ１＝１０００Ｗ、ＲＥＦ１＝５Ｗ、ＦＷＤ２＝５００Ｗ、ＲＥＦ２＝３Ｗ、ＥＸＴ１＝−３００Ｖ、ＥＸＴ２＝４５０Ｖに至る各信号のスタート後の立ち上がりを含むグラフが瞬時値の変化に従って作図表示される。図示の各数値はこのような定常値を表したものである。この場合、縦軸は画面上部のデジタル表示を参照できるため、例えば“５”及び“１０”を表記した１０目盛りのみとされるが、横軸については同様な１〜１０までの目盛り線及びそれに対する倍率及び時間単位が例えば、ＴＩＭＥ：×１０ｓｅｃとして表示される。

【００２２】図７は図５に示した本考案装置の操作部２５の構成を含む装置正面を示す図である。操作部２５はグラフィック表示フレーム２８に隣接して設けられたキー配列からなり、キー配列は次の各キーからなっている。

【００２３】１．ＭＯＤＥスイッチ：表示モードを切り替えて、“グラフ表示”か“数値表示”（各パラメータの数値‐対‐時間表示、ＶＳＷＲ値等の表示）かを選択する。初期状態においては、“グラフ表示”が選択されるものとする。２．ＣＨスイッチ：センサからの入力チャンネルを切り替えるためのスイッチであり、初期状態においては、電力供給ラインにおけるＦＷＤ１及びＲＥＦ１が選択されるものとする。グラフ表示モードにおいては、選択した各チャンネルのレベル設定等に用いられ、数値表示モードにおいてはＩ₁／Ｉ₂選択（ＦＷＤ１、ＲＥＦ１の表示）、Ｉ₃／Ｉ₄選択（ＦＷＤ２、ＲＥＦ２の表示）、Ｉ ₅ ／Ｉ₆選択（Ｖｐｐ、Ｖｄｃの表示）に用いられる。３．ＳＴＡＲＴ／ＳＴＯＰスイッチ：グラフ表示モード中における計測開始・停止（終了）を指示するためのスイッチであり、初期設定される自動トリガモードにおいては、負荷への電力供給の立ち上がりと同時にグラフ表示が開始されているため、このスイッチを押すと、測定は“終了”する。また、手動トリガモードにおいて、このスイッチを最初に押すと、測定開始（任意時点からの測定表示）、もう一度押すと測定終了となる。４．上向きデルタスイッチ：グラフ表示モード時の垂直軸レンジ切り替え、カーソル移動及びメニュー表示時の数値アップ用スイッチである。５．下向きデルタスイッチ：上記の上向きデルタスイッチと逆方向の処理を行うスイッチである。６．右向きデルタスイッチ：グラフ表示モード時の水平軸レンジ切り替え、カーソル移動及びメニュー表示時の項目選択用スイッチである。７．左向きデルタスイッチ：上記の右向きデルタスイッチと逆方向の切り替え、移動及び逆順序におけるメニュー項目選択用スイッチである。８．ＦＵＮＣスイッチ：メニュー表示用スイッチであり、この計測及びグラフィック表示装置のキー操作項目のリスト（メニュー）を表示し、特定できるようにするものである。９．ＥＮＴスイッチ：メニュー項目選択時の決定及び数値変更時の確定を行うためのスイッチである。１０．ＳＡＶＥスイッチ：グラフ表示された画面データを保存するためのスイッチである。１１．ＬＯＤＥスイッチ：グラフ表示され、かつ保存された画面データを呼び出すためのスイッチである。１２．ＰＲＩＮＴスイッチ：本装置に好ましく併設し、もしくは接続したプリンタを駆動してグラフ表示、その他のデータを印字出力するためのスイッチである。

【００２４】本考案の実施例は以上の通りであるため、簡単な操作において高周波電力等の迅速かつ簡明なグラフィック表示を可能とするものである。

【００２５】

【考案の効果】

本考案は以上の通り、高周波電力測定における複数のパラメータを同時に時間軸に沿ってグラフィック表示し、併せて数値表示を行うことができるため、単なる瞬時値しか表示できなかった従来の測定方法に比べ、高周波電力負荷の状態を総合的に、しかも、簡単明瞭に把握することができる。また、記憶及び記録機能があるため、相互関係を含んだデータの保存及び比較が容易となり、特に、高周波電力についてはその曲線と横軸及び時間軸終端の縦軸とで囲まれた面積により電力量、すなわち仕事量の積分値を一読できるという顕著な効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の針メータ型電力計の一例を示す正面図で
ある。

【図２】従来の高周波電力計におけるデジタル表示装置
の表示画面を示す部分正面図である。

【図３】同じく従来のデジタル表示装置の表示画面及び
キー配列を含む正面パネルを示す図である。

【図４】本考案の高周波電力測定及びグラフィック表示
装置が測定及び表示しようとする電力供給ライン及びバ
イアス電圧印加ラインを示すブロック線図である。

【図５】本考案の好ましい実施例における高周波電力測
定及びグラフィック表示装置のブロック構成図である。

【図６】本考案装置の表示画面を示す部分正面図であ
る。

【図７】本考案装置の好ましい実施例における正面パネ
ルを示す図である。

【符号の説明】

２８グラフィック表示フレーム２９画面上端の左側における矩形枠３０画面上端の中央部における矩形枠３１画面上端の右側における矩形枠

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】負荷につながる高周波電力供給ケーブル
に結合された進行波電力及び反射波電力を検出するため
のライン検出回路に接続される複数の入力端子と、これ
らの入力端子から得られたアナログ信号入力を少なくと
もＡＤ変換、補正及び記憶することができるデータ処理
部と、前記記憶されたデジタルデータからなる前記進行
波電力及び反射波電力の瞬時値を時間軸に沿ってグラフ
ィック表示するための表示制御部、及び前記グラフィッ
ク表示の場を提供するための表示部を備えたことを特徴
とする高周波電力測定及びグラフィック表示装置。
【請求項２】負荷につながる高周波電力供給ケーブ
ル、及びバイアス電圧印加用ケーブルにそれぞれ結合さ
れた進行波電力と反射波電力、及び負荷関連バイアス電
圧を検出するための複数のライン検出回路に接続される
複数の入力端子と、これらの入力端子から得られたアナ
ログ信号入力を少なくともＡＤ変換、補正及び記憶する
ことができるデータ処理部と、前記記憶されたデジタル
データからなる前記進行波電力、反射波電力及び負荷関
連バイアス電圧の瞬時値を時間軸に沿ってグラフィック
表示するための表示制御部、及び前記グラフィック表示
の場を提供するための表示部を備えたことを特徴とする
高周波電力測定及びグラフィック表示装置。
【請求項３】前記負荷が半導体等の製造工程に用いる
高周波プラズマチャンバのプラズマ発生素子であり、前
記負荷関連バイアス電圧が半導体素材の支持電極に印加
された直流成分を含むバイアス電圧Ｖｄｃであることを
特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】前記負荷関連バイアス電圧が更に半導体
支持電極に高周波バイアス電圧を印加する場合のピーク
ツーピーク電圧Ｖｐｐを含み、前記進行波電力及び反射
波電力が、前記プラズマ発生素子としてのプラズマソー
スアンテナへの電力供給ライン及び前記高周波バイアス
電圧の印加ラインの各々において測定されるものである
ことを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】前記データ処理部が前記アンテナへの電
力供給ラインの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を演算する機
能を有し、前記表示制御部が前記表示部を数値表示モー
ドにおいて駆動することにより前記電圧定在波比（ＶＳ
ＷＲ）を表示させるようにしたことを特徴とする請求項
４記載の装置。