JP4777647B2 - プラズマ診断システムおよびその制御方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、本出願が優先権を主張する、２００１年１月２５日に発行された同時係属の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３９号、国際公開第ＷＯ０１／０６４０２号、２００１年１月２５日に発行された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３６号、国際公開第ＷＯ０１／０６５４４号、２００１年１月２５日に発行された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３５号、国際公開第ＷＯ０１／０６２６８号、２００１年７月２０日に出願された国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５４０号、２００１年１０月２４日に出願された、代理人名簿番号２１２９６１ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶの「壁部膜のモニタリングのための方法及び装置（Method and apparatus for wall film monitoring）」というタイトルの係属出願第６０／３３０，５１８号、２００１年１０月２４日に出願された、代理人名簿番号２１２７５９ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶの「電子密度測定のための方法及び装置（Method and apparatus for electron density measurement）」というタイトルの係属出願第６０／３３０，５５５号、２００２年１月３１日に出願された、代理人名簿番号２１８２１７ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶの「電子密度測定及びプロセス状態検証のための方法及び装置（Method and apparatus for electron density measurement and verifying process status）」というタイトルの係属出願第６０／３５２，５０２号、２００２年１月３１日に出願された、代理人名簿番号２１４４６０ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶの「プラズマ状態の判断及び制御のための方法及び装置（Method and apparatus for determination and control of plasma state）」というタイトルの係属出願第６０／３５２，５４６号、２００２年１月３１日に出願された、代理人名簿番号２１７７１６ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶの「装置状態のモニタリング及び検証のための方法及び装置（Method and apparatus for monitoring and verifying equipment status）」というタイトルの係属出願第６０／３５２，５０４号、２０
０２年１月３１日に出願された、代理人名簿番号２１６９４９ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶの「共振空洞へのマイクロ波結合を改善する装置及び方法（Apparatus and method for improving microwave coupling to a resonant cavity）」というタイトルの係属出願第６０／３５２，５０３号、および２００２年７月２３日に出願された、代理人名簿番号２２５３５５ＵＳ６ＹＡ ＰＲＯＶの「電子密度測定のための方法及びシステム（Method and system for electron density measurement）」というタイトルの係属出願第６０／３９７，６６１号に関連する。これらの出願の内容は参照してここに組み込まれる。

本発明は、プラズマ処理に関し、より具体的には、マンマシンインタフェース（ｍａｎ−ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＭＭＩ）及びリモートＭＭＩを備えるプラズマ処理のための診断システムに関する。

半導体産業における集積回路（ＩＣ）の製造は、一般に、基板から材料を除去し、また基板に材料を堆積させるのに必要なプラズマ処理チャンバ内での表面化学作用を生じさせかつ促進するために、プラズマを用いる。一般に、プラズマは、電子を加熱して、供給されるプロセスガスによってイオン化衝突を持続するのに十分なエネルギを与えることにより、真空条件下で、該処理チャンバ内に生成される。また、加熱された電子は、電離衝突を持続するのに十分なエネルギを有することができ、そのため、所定の条件（例えば、チャンバ圧力、ガスフローレート等）下での特定のガスの組合せは、該チャンバ内で実行される特定のプロセス（例えば、基板から材料が除去されるエッチングプロセスや基板に材料が添加される成膜プロセス等）に適した荷電活性種、及び化学的反応性活性種からなる集団を生じるように選択される。

半導体業界は、より小さいＩＣを生産するように、および見込みのあるＩＣの歩留りを向上させるように、絶えず努力している。そのため、ＩＣを処理するのに使用される材料処理装置は、エッチング及び成膜プロセスに対して強まる厳しい性能要求（例えば、レート、選択性、微少寸法等）を満たすことを要求されている。

上述した要求を満たすため、プラズマ処理システムは、プロセスを厳密に制御するのに必要な幅広いデータを生成するために、様々な診断システムを備えている。しかし、半導体製造に用いられる該診断システムは、複雑になる可能性があり、一般に、操作するのに熟練者を必要とする。従って、そのような診断システムの使用を単純化しおよび／または自動化するユーザインタフェースを提供することが必要である。

本発明は、プラズマ処理中に、電子密度をモニタする方法及びシステムに関する。本発明は、有利には、半導体製造者が、半導体産業で使用される材料処理装置に対する厳しい性能要求を満たすことができる方法及びシステムを提供する。

本発明は、マルチモーダル共振器と、該マルチモーダル共振器に結合された電源と、マルチモーダル共振器に結合された検出器と、該電源と該検出器とに結合されたコントローラとを備え、該コントローラが、少なくとも１つの機能を備え、該少なくとも１つの機能は、ガンダイオード電圧モニタ、ガンダイオード電流モニタ、バラクタ電圧モニタ、検出器電圧モニタ、バラクタ電圧制御、バラクタ電圧スイープ制御、共振ロックオン制御、グラフィカルユーザ制御及び電子密度モニタを含む、プラズマ処理のための診断システムを提供する。

本発明の目的は、上記コントローラが、上記少なくとも１つの機能を実行するマンマシンインタフェースをさらに備えることである。

本発明の目的は、上記コントローラが、上記少なくとも１つの機能を実行するグラフィカルユーザインタフェースをさらに備えることである。

本発明は、さらに、上記コントローラを起動する工程と、上記電源のバラクタ電圧を制御するためにバラクタ電圧制御を選択する工程と、上記検出器からの電圧をモニタするために、検出器電圧モニタを選択する工程と、前記コントローラを用いて、上記電源に対するバラクタ電圧を調整する工程とを含む、上記診断システムを制御する方法を提供する。

本発明は、さらに、上記コントローラを起動する工程と、上記電源のバラクタ電圧を自動制御するために、バラクタ電圧スイープ制御を選択する工程と、バラクタ電圧をディスプレイに結合する工程と、上記検出器からの伝送信号を該ディスプレイに結合する工程とを含む、上記診断システムを制御する別の方法を提供する。

本発明は、さらに、上記コントローラを起動する工程と、共振ロックオン制御を選択する工程と、上記電源のバラクタ電圧に対するバラクタ電圧設定値を設定する工程と、該コントローラを用いて、該バラクタ電圧設定値を活性化することにより、上記マルチモーダル共振器の空洞共振に対して、該電源の出力周波数をロックする工程とを含む、上記診断システムを制御する他の方法を提供する。

本発明の一実施形態においては、上記診断システムは、さらに、上記コントローラに結合されたリモートコントローラを備え、該リモートコントローラは、上記少なくとも１つの機能を実行するリモートマンマシンインタフェースを備える。

本発明は、さらに、上記リモートマンマシンインタフェースを用いて上記診断システムをリモート制御する方法であって、上記コントローラを起動する工程と、該リモートマンマシンインタフェースを起動する工程と、バラクタ電圧スイープ制御を選択する工程と、デフォルト設定を用いて該バラクタ電圧スイープ制御を起動する工程とを含む方法を提供する。

本発明の別の目的は、上記バラクタ電圧スイープ制御を起動する前に、該デフォルト設定を変更することである。

本発明は、さらに、上記リモートマンマシンインタフェースを用いて上記診断システムをリモート制御する別の方法であって、上記コントローラを起動する工程と、上記リモートマンマシンインタフェースを起動する工程と、共振ロックオン制御を選択する工程と、デフォルト設定を用いて、該共振ロックオン制御を起動する工程とを含む別の方法を提供する。

本発明の別の目的は、共振ロックオン機能を起動する前に、該デフォルト設定を変更することである。

本発明のこれら及び他の効果は、添付図面と共に解釈すれば、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明からより容易に明白になり、より容易に認識されよう。

本発明は、一般に、半導体産業における集積回路の製造に関する。本発明は、有利には、半導体製造者が、半導体産業で使用される材料処理装置に対する厳しい性能要求を満たすことができる方法及び装置を提供する。

材料処理装置の性能を改善する方法は、製造プロセス中に、処理チャンバ内のプラズマ電子密度をモニタリングして制御することである。典型的には、プラズマ電子密度は、実行されるプロセスが、プロセスが実行される基板の全面に作用して一様になるように維持される。

プラズマ電子密度を測定するのに使用される例示的な装置は、電子プラズマ周波数を超える適度に高い周波数のマイクロ波システムである。該装置は、プラズマ中に浸された一組のミラーを含む。マイクロ波パワーは、第１のミラー上の第１のマイクロ波ポートに結合され、対向するミラーによって形成された共振空洞を通るマイクロ波パワーの伝送をモニタするために、検出器が用いられる。該検出器は、該第１のミラー上の第２のポートまたは第２のミラー上の第２のポートのいずれかに結合される。ガウス形ビームの場合、空洞伝播は、個別の周波数で生じる。該個別の周波数は、次の等式で表わされるように、各ミラーのアペックス間の半波長の整数に相当する。

ただし、ν_{０，０，ｑ}は、（モード次数の共振周波数であり（縦モードのみを仮定し、すなわち、ｍ＝ｎ＝０）、ｃは、真空中の光の速度であり、ｎは、上記ミラーによって制限された媒質に対する屈折率であり、ｄはミラー間隔（アペックス間）である。真空の場合、ｎ＝１であるが、プラズマの存在は、または、より具体的には、自由電子の集団は、該屈折率の低減、あるいは、空洞共振周波数ν_{０，０，ｑ}の観察可能な増加（ずれ）につながる。所定のモードｑの場合、該周波数のずれは、屈折率ｎと関連付けることができ、（積分した）電子密度＜ｎ_ｅ＞は、ν_０≫ω_ｐｅ／２πの場合、次の等式で表わされる。

より詳細には、プラズマ電子密度を測定する上記システムの使用は、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３９号（米国特許出願第６０／１４４，８８０号に基づく）、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３６号（米国特許出願第６０／１４４，８８３号に基づく）、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５３５号（米国特許出願第６０／１４４，８７８号に基づく）、および国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／１９５４０号（米国特許出願第６０／１６６，４１８号に基づく）に記載されており、これらの出願の各々は、その全体が参照してここに組み込まれる。

本発明によるプラズマ処理システム１の一実施形態を図１に示す。プラズマ処理システム１は、プラズマチャンバ２０と、プラズマチャンバ２０内での使用のための診断システム３０とを含む。診断システム３０は、一般に、少なくとも１つのマルチモーダル共振器３５と、電源６０と、検出器７０と、コントローラ８０とを含む。コントローラ８０は、例えば、コンピュータまたはディジタル信号プロセッサを含むことができる。また、診断システム３０は、コントローラ８０に結合されたマンマシンインタフェース（ＭＭＩ）８２と、コントローラ８０に結合されたリモートコントローラ８４と、リモートコントローラ８４に結合されたリモートＭＭＩ８６とを備えることができる。リモートコントローラ８４は、例えば、コンピュータまたはディジタル信号プロセッサとすることができる。好ましくは、マルチモーダル共振器３５は、少なくとも１つの反射面を有する開共振空洞を備え、反射面は、平面および／または非平面の外形を有することが可能である。好適な実施形態において、該反射面は、プラズマチャンバ２０内に設けられている。別法として、少なくとも１つの反射面を、プラズマチャンバ２０の外部に設けることができる。

プラズマチャンバ２０は、一般に、底部壁部２２と、上部壁部２４と、第１の側壁２６及び第２の側壁２７を含む側壁とを含む。また、プラズマチャンバ２０は、プラズマチャンバ２０内で処理するために基板１４がその上に配置される基板ホルダ２８の上面等の、ウェーハ面２９を有する基板ホルダ２８（またはチャックアセンブリ）も含む。

好適な実施形態において、マルチモーダル共振器３５は、マイクロ波ウィンドウアセンブリ９０を介して電源６０に結合された第１のマイクロ波ミラー４０と、別のマイクロ波ウィンドウアセンブリ９０を介して検出器７０に結合された第２のマイクロ波ミラー５０とを備える。マルチモーダル共振器は、プラズマチャンバ２０内の基板ホルダのウェーハ面に概して平行な軸に沿って伸びている。

好適な実施形態において、第１のマイクロ波ミラー４０は、凹状面４２を有し、プラズマチャンバ２０内に設けられている。第２のマイクロ波ミラー５０は、凹状面５２を有し、プラズマチャンバ２０内に設けられている。別法として、該ミラー面は、平坦なおよび／または凸状の面を有することが可能である。

図１に示す実施形態において、第１のミラー４０は、プラズマチャンバ２０の側壁２６に一体化されており、また第２のミラー５０は、プラズマチャンバ２０の側壁２７に一体化されている。第２のマイクロ波ミラー５０の凹状面５２は、第１のマイクロ波ミラー４０の凹状面４２と対向して向けられている。この構造は、該ミラー間の間隔が該ミラーの曲率半径に等しい場合、共焦構造と呼ぶことができる。代替の実施形態においては、該ミラーは、（曲率半径Ｒの凹状面を備える）第１のミラーが、平坦面を備える第２のミラーから距離ｄ＝Ｒに配置されている、半共焦構造で配置されている。代替の実施形態においては、間隔ｄは、共焦構成において、両ミラーの曲率半径と、または、半共焦構成において、両ミラーの曲率半径と、異なるように調整される。代替の実施形態において、各ミラーの曲率半径は、任意である。上記間隔及び各ミラーの曲率半径の選定は、共振空洞を設計する当業者には公知である。

電源６０は、第１のマイクロ波ミラー４０を含むマイクロ波ウィンドウアセンブリ９０に結合されており、マイクロ波信号を生成するように構成されている。好ましくは、マルチモーダル共振器３５内の該マイクロ波信号は、基板ホルダ２８のウェーハ面２９に概して平行な軸４５に沿って伝わる。しかし、マルチモーダル共振器３５内の該マイクロ波信号が、基板ホルダ２８のウェーハ面２９に概して平行な方向に伝わらないことも可能である。コントローラ８０は、電源６０に結合されており、電源６０の出力周波数、出力電力、出力位相及び動作状態のうちの少なくとも１つを変更するようになっている。例えば、コントローラ８０は、プラズマが、プラズマチャンバ２０内に生成される前、間及び後の様々な時点で、電源６０にその動作状態を変更させることができる。

また、コントローラ８０は、検出器７０にも結合されている。好ましくは、検出器７０は、少なくとも１つの伝送されたマイクロ波信号を測定し、かつ伝送された信号測定データを生成するように構成されており、検出器７０は、少なくとも１つの反射されたマイクロ波信号を測定し、かつ反射信号測定データを生成するように構成されている。別法として、検出器７０は、少なくとも１つの伝送されたマイクロ波信号を測定し、かつ伝送された信号測定データを生成するように構成され、あるいは、検出器７０は、少なくとも１つの反射されたマイクロ波信号を測定し、かつ反射された信号測定データを生成するように構成されている。

図１に示す実施形態において、マイクロ波ミラー４０及び５０は、凹状面４２及び５２が、それぞれ、互いに対向するように、プロセス領域１２内に浸すことができる。マイクロ波パワーは、マイクロ波ウィンドウアセンブリを介して、電源６０から第１のミラー４０に入力され、検出器７０は、第２のマイクロ波ウィンドウアセンブリ９０を用いて、対向する第２のミラー５０に結合することによって、空洞伝播をモニタするように構成されている。検出器７０は、図１の場合のように、マイクロ波パワーが入力されるミラーと対向するミラーに結合することができ、または、該検出器は、マイクロ波パワーが入力される同じミラー（例えば、図１の第１のミラー）に結合することができ、あるいは、検出器は、両ミラーに結合することができる。以下に、より詳細に説明するように、マイクロ波ウィンドウは、マイクロ波入力と該検出器との間に挿入されており、マイクロ波が入力される各ミラーと該検出器は、プラズマ処理チャンバ２０内の真空の完全性を保つために接続されている。

図２は、第１のミラー４０のためのマイクロ波ウィンドウアセンブリ９０の詳細図を示す。例えば、マイクロ波ウィンドウアセンブリは、電源６０からチャンバ壁２６内の開口４４を介した第１のミラー４０までの結合を形成するのに用いることができる。実質的に同じ構造を有するウィンドウアセンブリ９０を第２のミラー５０のために設けることができ、該アセンブリは、第２のミラー５０からチャンバ壁２７内の開口５４を介した検出器７０までの結合を形成するのに用いられる。

図２に示すマイクロ波ウィンドウアセンブリ９０は、ウィンドウフランジ９４と、第１のミラー４０の凹状面４７との間に設けられているマイクロ波ウィンドウ９２を含む。図２に示す実施形態において、ウィンドウ９２は、第１のミラー４０の後方面４６の凹状部４８内に設けられている。マイクロ波ウィンドウ９２は、ウィンドウフランジ９４に設けられた第１のＯリング９６と、第１のミラー４０の凹状面４７に設けられた第２のＯリング９７との間に設けられている。マイクロ波ウィンドウ９２が、第１のミラー４０の後方面４６の凹状部４８内に確実に設けられるように、ウィンドウフランジ９４を第１のミラー４０に接続するために、複数のファスナー９８が設けられている。ウィンドウ９２は、ウィンドウフランジ９４を貫通して伸びる導波管開口９５、および第１のミラー４０を貫通して伸びる導波管開口４４に対して中心に設けられる。矩形状の導波管開口４４及び９５は、工程に関する特定のマイクロ波帯のために一定の大きさに形成され、ＥＤＭを用いて製造される。代替の実施形態においては、矩形状の導波管開口４４は、可変の垂直および／または横方向の寸法を有する矩形状断面を備える。例えば、導波管開口４４は、ピラミッド形ホーン、Ｅ面ホーン、またはＨ面ホーン等のマイクロ波ホーンを備えることができる。マイクロ波ホーンのデザイン及び実装に関する詳細は、参照してここに組み込まれる（２００２年１月３１日に出願された）係属中の米国特許第６０／３５２，５０３号明細書に記載されている。代替の実施形態においては、導波管開口４４及び９５は、非矩形状（例えば、円形）である。一般に、処理材料は、真空またはウィンドウ９２のプロセス側で形成するが、該処理材料は、プラズマにさらされているミラー面に形成するのとは異なる速度で形成する。マイクロ波ウィンドウ９２は、アルミナ（サファイア）、窒化アルミニウム、石英、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ／テフロン）またはカプトン等の絶縁材料から製造される。ウィンドウ９２は、好ましくは、その酸化エッチングプロセスとの親和性により、サファイアから製造される。

ミラー４０及び５０は、好ましくは、アルミニウムから製造される。代替の実施形態においては、ミラー４０及び５０は、好ましくは、１０から５０ミクロン厚の陽極酸化で陽極処理され、または、イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、または該２つの材料の組合せ等の材料で被覆される。

マイクロ波電源６０は、好ましくは、電子工学的に調整可能な電源である。例えば、マイクロ波電源６０は、電圧制御ガンダイオードオシレータ（ＶＣＯ）とすることができる。該ＶＣＯのバラクタダイオードが直流電圧でバイアスされた場合、該ＶＣＯの出力周波数は、いくつかのスペクトル範囲にわたって変化させることができる。そのため、該ＶＣＯの仕様は、通常、中心周波数、帯域幅及び最少出力電力を含む。例えば、３５ＧＨｚで、一般的に入手可能なＶＣＯは、ミリテック社（Ｍｉｌｌｉｔｅｃｈ，ＬＬＣ）（２０ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｒｉｖｅ Ｅａｓｔ，Ｓｏｕｔｈ Ｄｅｅｒｆｉｅｌｄ，ＭＡ
０１３７３−０１０９）が提示したＷＢＶ−２８−２０１６０ＲＩ Ｇｕｎｎ ｄｉｏｄｅ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒである。このＶＣＯのための仕様は、３５ＧＨｚプラスまたはマイナス１ＧＨｚの帯域幅の中心周波数と、４０ｍＷの最少出力電力とを含む。バイアス調節範囲は、一般に、＋２５Ｖから−２５Ｖに及び、それにより、このバイアス電圧を調節することが、ＶＣＯの出力周波数の変化につながる。代替の実施形態において、７０ＧＨｚや１０５ＧＨｚ等のより高い周波数での動作は、上述したＶＣＯを有する周波数二倍器（ＭＵＤ−１５−１６Ｆ００）または周波数三倍器（ＭＵＴ−１０−１６Ｆ００）を用いて実施することができる。上記の構成を用いて、７０ＧＨｚの中心周波数±２ＧＨｚの帯域幅及び０．４から０．９ｍＷの最少出力電力と、１０５ＧＨｚの中心周波数±３ＧＨｚの帯域幅及び０．４から０．７ｍＷの最少出力電力をそれぞれ実現することができる。好適な実施形態においては、９４ＧＨｚ ＶＣＯ（Ｍｏｄｅｌ ＧＶ−１０）が用いられ、これは、ファラン社（Ｆａｒｒａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＴＤ）（Ｂａｌｌｉｎｃｏｌｌｉｇ，Ｃｏｒｋ，Ｉｒｅｌａｎｄ）から入手可能である。Ｍｏｄｅｌ ＧＶ−１０ ＶＣＯは、９４ＧＨｚの中心周波数±７５０ＭＨｚの帯域幅、１０ｍＷの最少出力電力及び−０から−２５Ｖのバラクタチューニング範囲を有する。

検出器７０は、好ましくは、例えば、ミリテック社（Ｍｉｌｌｉｔｅｃｈ，ＬＬＣ）から入手可能な汎用ダイオード検出器である。例えば、ＤＸＰ−１５−ＲＮＦＷ０やＤＸＰ−１０−ＲＮＦＷ０は、それぞれ、Ｖバンド（５０から７５ＧＨｚ）及びＷバンド（７５から１１０ＧＨｚ）における汎用ダイオードである。

再び図１について説明すると、コントローラ８０は、電源６０及び検出器７０に結合されており、作動中の電源６０、検出器７０及びマルチモーダル共振器３５に対して１つ以上の機能を実行できる。コントローラ８０は、ガンダイオード電圧モニタ、ガンダイオード電流モニタ、バラクタ電圧モニタ、検出器電圧モニタ及び電子密度モニタ等のモニタリング機能を実行することができる。さらに、コントローラ８０は、バラクタ電圧制御、バラクタ電圧スイープ制御、共振器ロックオン制御及びグラフィカルユーザ制御のうちの少なくとも１つを含む制御機能を実行することができる。

式（１）に関してすでに説明したように、マルチモーダル共振器３５を通る伝送は、個別周波数で、より具体的には、縦共振が存在する個別周波数で発生する。例えば、電圧制御オシレータ（ＶＣＯ）を備える電源６０を用いた場合、マルチモーダル共振器３５に結合されたマイクロ波エネルギの周波数は、上記バラクタダイオードのバイアス電圧を調節することにより、該ＶＣＯの帯域幅全域で変化させることができる。そのため、該バラクタバイアス電圧、すなわちＶＣＯ周波数を調節すること、および検出器７０からの信号出力をモニタすることは、図３に示すように伝送スペクトルを観察することができる。図３は、負極性検出器を用いて観察した典型的な伝送スペクトルを示し、周波数空間における縦共振及び共振の間隔または自由スペクトル範囲（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ；ＦＳＲ）を示す。一実施形態において、コントローラ８０は、オペレータが、上記バラクタ電圧を手動調節できるようにし、かつ例えば、各々が、ディスプレイを介してデータを表示することができる、内部または外部のオシロスコープまたはコンピュータを使用して、上記検出器出力をモニタすることを可能にするバラクタ電圧制御を実行できる。他の代替の実施形態においては、コントローラ８０は、内部に設けられた波形発生器を用いた該バラクタ電圧の自動スイープを可能にするバラクタ電圧スイープ制御を実行できる。同様に、例えば、上記検出器出力は、各々が、ディスプレイを介してデータを表示することができる、内部または外部のオシロスコープまたはコンピュータを使用して、モニタすることができる。両機能とも、以下にさらに詳細に説明する。

本発明の他の実施形態においては、コントローラ８０は、電源６０及び検出器７０に結合されたロックオン回路を含む共振ロックオン制御を実行できる。該ロックオン回路は、電源６０の出力周波数を空洞共振にロックするのに用いることができる。該ロックオン回路は、ディザ信号（例えば、１ｋＨｚ、１０ｍＶ振幅の方形波）を、該電圧に実質的に近い直流電圧及びマルチモーダル共振器３５の予め選定された縦周波数に相当する関連出力ＶＣＯ周波数に重ねる（例えば、該ＶＣＯの出力周波数は、選定された空洞縦共振の「エンベロープ」内に含まれる）。検出器７０によって検出された伝送信号は、上記ロックオン回路に供給され、そこで空洞伝送関数の第１の導関数を表わすことができる（伝送電力対周波数）。検出器７０から該ロックオン回路への信号入力は、それによってＶＣＯバイアス電圧の直流成分が、図３に示すような予め選定された縦共振のピークに関連する周波数に対してＶＣＯ出力周波数を駆動するように調節されるエラー信号を生成する。図３は、（負極性の検出器からの）例示的な空洞伝送スペクトルを示し、いくつかの縦共振及び各自由スペクトル範囲（ＦＳＲ）を示す。

上述したように、マルチモーダル共振器３５内へのプラズマの導入は、図３に示す共振の各々に対して周波数のずれを生じさせる（例えば、電子密度が増加し、あるは、屈折率が式（１）に従って減少した場合、各共振は、図３の右へずれる）。従って、一旦、上記ＶＣＯの出力周波数が、選定された空洞共振にロックされると、プラズマを伴う及び伴わない直流バイアス電圧を記録することができ、該選定された共振の周波数のずれは、電圧の差及び各ＶＣＯ較正から決定される。例えば、基板処理において、該直流バイアス電圧は、一旦、材料処理のためのプロセスツールによって、およびプラズマの点火前に、新たな基板が収容されると記録される。以後、この測定を、真空共振電圧と呼ぶことにする。プラズマが、一旦、生成されると、直流バイアス電圧は、与えられた基板に対する時間の関数として得られ、時変差または結局（式（２）によって）電子密度が記録される。

本発明の別の実施形態においては、コントローラ８０は、プラズマ処理システム１に対して局所的に、またはプラズマ処理システム１に対して遠隔に設けることができるグラフィカルユーザ制御を実現できる。例えば、該グラフィカルユーザ制御は、オペレータが、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を用いて、上述した制御機能を局所的にまたは遠隔的に実行できるようにする。

次に、上記のモニタリング及び制御機能の各々について詳細に説明する。図４は、コントローラ８０のためのマンマシンインタフェース（ＭＭＩ）８２の例示的な実施形態を示す。別法として、ＭＭＩ８２は、コンピュータのスクリーン上に表示されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を備えることができる。ＭＭＩ８２は、ガンダイオード電圧モニタ、ガンダイオード電流モニタ、バラクタ電圧モニタ及び検出器電圧モニタの選択を可能にするモニタ機能選択デバイス２１０を備えることができ、各信号をディスプレイメータ２２０に表示することができる。別法として、モニタ機能選択デバイス２１０及び／またはディスプレイメータ２２０は、ＧＵＩを備えることができる。また、ＭＭＩ８２は、バラクタ電圧制御、バラクタ電圧スイープ制御、共振ロックオン制御及びグラフィカルユーザ制御のうちの少なくとも１つの選択を可能にする制御機能選択デバイス２３０を備えることができる。別法として、制御機能選択デバイス２３０は、ＧＵＩを備えることができる。

コントローラ８０及びＭＭＩ８２は、オン／オフスイッチ２４０を入れることにより作動させることができる。オン／オフスイッチ２４０は、コントローラ８０を作動させることができ、かつ電源６０の製造者によって定められた手順に従って電源６０を作動させることができる。例えば、ファラン社（Ｆａｒｒａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）から入手可能な９４ＧＨｚ ＶＣＯ（Ｍｏｄｅｌ ＧＶ−１０）は、まず、上記バラクタダイオードに電圧が印加されてから、適切な電圧が上記ガンダイオードに印加されることが必要である。他の実施例においては、ミリテック社（Ｍｉｌｌｉｔｅｃｈ，ＬＬＣ）から入手可能な３５ＧＨｚ ＶＣＯ（ＷＢＶ−２８−２０１６０ＲＩ）及び周波数三倍器（ＭＵＴ−１０−１６Ｆ００）を用いた１０５ＧＨｚ ＶＣＯシステムは、上記バラクタダイオード及びガンダイオードにバイアスをかけるいかなる指示も要しない。コントローラ８０は、両タイプのＶＣＯのためのソフトウェアプログラムを備える。

また、ＭＭＩ８２は、複数のステータスインジケータを備えることができる。例えば、ＭＭＩ８２は、コントローラ８０への電力を確かめる第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、上記バラクタダイオードへのバイアス電圧の印加を確かめる第２のＬＥＤ２４４と、上記ガンダイオードへのバイアス電圧の印加を確かめる第３のＬＥＤ２４６とを備えることができる。一般に、電源６０は、該ダイオードを保護し、かつ該ダイオードの故障を防ぐために、さらに、該バラクタダイオード及びガンダイオードに印加される最少及び最大電圧に対する制限を設定することを要する。それらの電圧制限は、コントローラ８０で設定することができる。別法として、ステータスインジケータは、ＧＵＩを備えることができる。

ＭＭＩ８０は、さらに、バラクタ電圧を表示する第２のディスプレイメータ２５０を備えることができる。制御機能選択デバイス２２０が上記バラクタ電圧制御機能に設定されている場合、バラクタ電圧設定値デバイス２６０は、上記バラクタダイオードに印加される電圧を手動調節するのに用いることができる。また、モニタ機能選択デバイス２１０が上記検出器電圧モニタに設定されている場合、該検出器電圧（または空洞伝送）は、モニタすることができると共に、該バラクタダイオード電圧を手動でスイープすることができる。別法として、第２のディスプレイメータ２５０は、ＧＵＩを備えることができる。モニタ機能選択デバイス２１０が上記共振ロックオン制御に設定されている場合には、該バラクタダイオードに印加される電圧は、バラクタ電圧設定値デバイス２６０を用いて調節することができ、上記ロックオン回路によって用いられるディザ電圧の振幅は、ディザ振幅設定値デバイス２７０を用いて設定することができる。バラクタ電圧設定値デバイス２６０及びディザ振幅設定値デバイス２７０は、例えば、電位差計とすることができる。別法として、バラクタ電圧設定値デバイス２６０及びディザ振幅設定値デバイス２７０は、ＧＵＩを備えることができる。空洞共振をロックオンしようとする場合、バラクタ電圧設定値は、空洞共振に対応するバラクタ電圧に近い電圧に調節される（例えば、図３に示すような空洞共振の間のどこかにある電圧を選択する）。該バラクタ電圧及びディザ振幅が、一旦、設定されると、該バラクタ電圧設定値は、例えば、ロックオン設定値スイッチ２８０を作動させることにより、作動可能にすることができる。該バラクタ電圧設定値の作動化は、該バラクタ電圧を該設定値に設定し、それにより、上記ロックオン回路が、電源６０の出力周波数を選定された空洞共振にロックできるようにする。該バラクタ電圧が、空洞共振の共振エンベロープに近づくと、該ロックオン回路は、該回路が各空洞共振にロックオンできるようにするエラー信号を決めることができる。空洞共振に対する良好なロックは、モニタ機能選択デバイス２１０をバラクタダイオード電圧に設定して、ディスプレイメータ２２０のこの電圧をモニタすることにより決めることができる。バラクタバイアス電圧が、一旦、（上記最少または最大電圧制限におけるものではない）定常値に達すると、電源６０の出力周波数は、空洞共振にロックするように決めることができる。

図５は、コントローラ８０の例示的なパネルを示す。電源レセプタクル２８２は、電源ケーブルを使用して、コントローラ８０を（ＡＣ）電源アウトレットに結合するために設けられている。バラクタ電圧出力テストポイント２８４は、バラクタ電圧信号を、オシロスコープや電圧計等の他の測定装置に結合するために設けることができる。バラクタ電圧出力テストポイント２８４は、例えば、ＳＭＡまたはＢＮＣ接続とすることができる。グラフィカルユーザ制御接続部２８６は、コントローラ８０をリモートコントローラ８４に結合するために設けることができる。リモート制御接続部２８６は、例えば、１５ピンコネクタとすることができる。電源接続部２８８は、コントローラ８０を電源６０に結合するために設けられている。１組の検出器接続部２９０及び２９２、および極性トグルスイッチ２９４は、コントローラ８０を検出器７０に結合するために設けることができる。検出器７０の極性（例えば、正または負）により、適切な検出器接続部２９０、２９２を選択することができ、該極性トグルスイッチを正しく設定することができる。

図６は、図４及び図５に示したモニタリング及び機能制御を可能にするフロー論理を説明するための、コントローラ８０の例示的なフロー図３００を示す。上述したように、制御機能選択デバイス２３０は、次の制御機能、すなわち、バラクタ電圧制御、バラクタ電圧スイープ制御、共振ロックオン制御及びグラフィカルユーザ制御のうちの一つの選択を可能にすることができる。

該バラクタ電圧スイープ制御が選択された場合、絶縁出力３５０に結合された信号は、バラクタ電圧設定値デバイス２６０から生じる。絶縁出力３５０は、（必要に応じて）バラクタ電圧を接地電位以外の電圧に参照することを可能にする。例えば、ファラン社（Ｆａｒｒａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）から入手可能な９４ＧＨｚ ＶＣＯ（Ｍｏｄｅｌ ＧＶ−１０）は、該バラクタ電圧が、上記ガンダイオード電圧の正のノードに参照されることを要する。別の実施例においては、ミリテック社（Ｍｉｌｌｉｔｅｃｈ，ＬＬＣ）から入手可能な３５ＧＨｚ ＶＣＯ（ＷＢＶ−２８−２０１６０ＲＩ）及び周波数三倍器（ＭＵＴ−１０−１６Ｆ００）を用いた１０５ＧＨｚ ＶＣＯシステムは、該バラクタ電圧が接地電位に参照されることを要する。上記バラクタ電圧スイープ機能が選択された場合には、絶縁出力３５０に結合された信号は、スイープジェネレータ３４０から生じる。スイープジェネレータ３４０は、例えば、のこぎり波発生器を備えることができる。

上記共振ロックオン制御機能が選択された場合には、絶縁出力３５０に結合された信号は、ロックオン回路３１０から生じる。ロックオン回路３１０は、方形波ディザの正の半周期の間に、検出器７０から第１の信号３２２を、および方形波ディザの負の半周期の間に、検出器７０から第２の信号３２４サンプリングするクロック及びディザ回路３１０を備えることができる。第１の信号３２２及び第２の信号３２４は、エラージェネレータ回路３３０に入力され、エラー信号３３２が生成されて、絶縁出力３５０に結合される。

すでに説明したように、オン／オフスイッチ２４０は、コントローラ８０を起動することができ、電源６０の製造者によって決められた手順に従って電源６０を起動することができる。例えば、ファラン社（Ｆａｒｒａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）から入手可能な９４ＧＨｚ ＶＣＯ（Ｍｏｄｅｌ ＧＶ−１０）は、まず、上記バラクタダイオードに電圧が印加された後、適切な電圧が上記ガンダイオードに印加されることを要する。他の実施例においては、ミリテック社（Ｍｉｌｌｉｔｅｃｈ，ＬＬＣ）から入手可能な３５ＧＨｚ ＶＣＯ（ＷＢＶ−２８−２０１６０ＲＩ）及び周波数三倍器（ＭＵＴ−１０−１６Ｆ００）を用いた１０５ＧＨｚ ＶＣＯシステムは、上記バラクタダイオード及びガンダイオードにバイアスをかけるいかなる指示も要しない。図６において、タイミング回路３６０は、電源オンの間に上記バラクタダイオードが上記ガンダイオードの前にバイアスをかけられ、かつ電源オフの間は、該ガンダイオードへのバイアスは、該バラクタダイオードへのバイアスの前に除かれることを確実にするために、絶縁出力３５０に結合されている。

タイミング回路３６０の出力は、電源６０及び電流モニタ３７０に結合され、該ガン電流を決めることができる。

また、図６は、検出器７０に結合された入力回路３８０を示し、入力回路３８０は、検出器７０から受取った信号にゲインを与えることができる。

上記グラフィカルユーザ制御が選択された場合、絶縁出力３５０への信号入力は、リモート制御接続２８６を介した信号コマンド入力から生じる。例えば、リモートコントローラ８４は、制御部８０によって実行できるモニタリング及び制御機能を実行するために、リモート制御接続２８６に結合することができる。次に、この実施例を用いて、以下、グラフィカルユーザ制御について詳細に説明する。

再び図１について説明すると、リモートコントローラ８４は、コントローラ８０に結合されており、リモートコントローラ８４は、制御機能選択デバイス２３０がグラフィカルユーザ制御に設定されている場合に、診断システム３０をリモート制御するために、オペレータのためのリモートＭＭＩ８６を備える。

好適な実施形態においては、リモートＭＭＩ８６は、リモートコントローラ８４に対してインストールされるソフトウェアを含む。好ましくは、該ソフトウェアのリモートコントローラ８４に対するインストールは、該リモートコントローラのディスプレイ上にアイコンを表示させる。例えば、該アイコンをダブルクリックすると、該ソフトウェアが、リモートＭＭＩ８６の実行を開始する。好ましくは、ログインスクリーンが表示され、該ログインスクリーンは、リモートＭＭＩ８６へのアクセスを制御するのに使用される。

好適な実施形態においては、コンピュータ８４は、リモートＭＭＩ８６を制御するＭＭＩソフトウェアを含む。リモートＭＭＩ８６は、上記バラクタ電圧スイープ機能を実行し、かつ上記共振ロックオン機能を実行するＧＵＩスクリーン４００を含む。ＧＵＩスクリーン４００は、見やすいステータスディスプレイであり、かつコントローラ８０との使用のための制御インタフェースである。目に見える警告信号は、該ＧＵＩスクリーン上に表示され、ＭＭＩソフトウェアによって、インタロックを実行することができる。また、リモートＭＭＩ８６は、タッチスクリーン、マウスおよび／またはキーボード等の入力デバイスを含む。

図７は、オペレータが、マルチモーダル共振器３５における空洞共振を観察するために、上記バラクタ電圧スイープ機能を実行できるようにするＧＵＩスクリーン４００を示す。上記グラフィカルユーザ制御を用いた場合、該スイープ機能は、図６に示すように、リモートコントローラ８４内に、あるいは、コントローラ８０内に生成することができる。ＧＵＩスクリーン４００は、設定パネル４１０と、データディレクトリパネル４２０と、グラフパネル４３０と、ロックオンサンプルパネル４４０と、プロットパネル４５０と、モードパネル４６０と、ディスプレイパネル４７０とを備えることができる。

設定パネル４１０は、複数の設定パラメータを表示する。該複数の設定パラメータは、最少バラクタダイオードスイープ電圧４１２及び最大バラクタダイオードスイープ電圧４１４を設定することを含むことができる。設定パネル４１０は、さらに、ディザ振幅４１６及びバラクタ電圧設定値４１８を設定することを含む設定パラメータを表示することができる。

データディレクトリパネル４２０は、リモートＭＭＩ８６を用いて取得したデータを格納するディレクトリロケーションを設定することを可能にする。

グラフパネル４３０は、データ基準化因子４３２及びデータファイルネーム４３４を設定すること、およびプリント動作４３６、コピー動作４３７及びスケール動作４３８を実行することを可能にする。データ基準化因子４３２は、データ取得中に記録されたデータポイントの数を設定するのに用いることができる。例えば、データポイントの最大数は、該基準化因子に整数（１）が与えられた場合、８１９２とすることができ、また、取得したデータポイントの数は、基準化因子４３２の整数を増加させることにより低減することができ、例えば、ポイントの数Ｎ＝８１９２／｛２^{（ｊ−１）}｝、ただし、ｊは、基準化因子４３２の整数値を表わす。データファイルネーム４３４のためのデフォルトネーミングは、「ＭＭＤＤＹＹＹＹｈｈｍｍｓｓｔ」で示されるデータスタンプを含むことができ、ただし、ＭＭ＝０１から１２の月、ＤＤ＝０１から３１の日、ＹＹＹＹ＝年、ｈｈ＝００から２４の時、ｍｍ＝００から６０の分、ｓｓ＝００から６０の秒、およびｔ＝０から９の１０分の１秒（例えば、「０３２９２００２０９３０１０１」は、２００２年３月２９日０９：３０ＡＭ１０．１秒過ぎを表わす）。プリント動作４３６は、ディスプレイ４７０に表示されたプロットを直接、プリンタ、またはポストスクリプト、密閉型ポストスクリプト、ＰＤＦ、ＴＩＦＦ、ＪＰＧ、ＢＭＰ等のプリントレディファイルにプリントすることを可能にする。コピー動作４３７は、ディスプレイパネル４７０内にあるプロットをコピーすること、および該プロットをバッファメモリに格納することを可能にする。そして、格納されたプロットは、ＷＯＲＤドキュメント、ＰＯＷＥＲＰＯＩＮＴドキュメント等のドキュメント内に移動させることができる。スケール動作４３８は、取得データから決定した縦座標及び横座標範囲に基づいて、ディスプレイパネル４７０内にあるプロットを基準化することを可能にする。

プロットパネル４５０は、オペレータが、バラクタダイオード電圧、ガンダイオード電圧、ガンダイオード電流、およびディスプレイパネル４７０にプロットする検出器電圧を含む１つ以上のデータパラメータを選択できるようにする。

モードパネル４６０は、オペレータが、制御機能モード４６２及びデータ取得モード４６４を選択できるようにする。上記バラクタ電圧スイープ機能が選択された場合、制御機能モード４６２は、「ＳＷＥＥＰ」を読取ることができ、また、上記共振ロックオン機能が選択された場合には、制御機能モード４６２は、「ＬＯＣＫ−ＯＮ」を読取ることができる。図７は、制御機能モード４６２が「ＳＷＥＥＰ」に設定されているときのＧＵＩスクリーン４００を示す。データ取得モード４６４は、例えば、取得したデータを、ディレクトリロケーション４２２によって形成されたファイルディレクトリ内のデータファイルネーム４３４によって形成されたデータファイルに記録するために「Ｌｏｇ」に、あるいは、記録データをデータファイルに対して無効にするために「Ｎｏ Ｌｏｇ」に設定することができる。

ＧＵＩスクリーン４００は、さらに、例えばオペレータが診断システム３０の状態を診断できるようにするために、バラクタ電圧ディスプレイ４８０と、ガンダイオード電圧ディスプレイ４８２と、ガンダイオード電流ディスプレイ４８４と、検出器電圧ディスプレイ４８６とを備えることができる。ディスプレイ４８０、４８２、４８４、４８６は、予め設定した周期で更新することができ、そのため、電源６０の状態を診断するために、オペレータにリアルタイムデータを提供できる。

ディスプレイパネル４７０は、プロットパネル４５０で選択されたデータの表示を可能にする。例えば、プロットパネル４５０内のデータは、バラクタ電圧プロット４５２、ガンダイオード電圧プロット４５４、ガンダイオード電流プロット４５６及び検出器電圧プロット４５８を含むプロット変数のうちの１つ以上を活動化することによって選択することができる。図７において、ディスプレイパネル４７０は、例示的な空洞伝送スペクトルを示す。

ＧＵＩスクリーン４００は、さらに、オペレータが、上記バラクタダイオード電圧スイープを実行することができ、かつデータをディスプレイパネル４７０に表示することができるようにする動作モード４９０を実行できる。

図８は、制御機能モード４６２が「ＬＯＣＫ−ＯＮ」に設定されている場合のＧＵＩスクリーン４００を示す。制御機能モード４６２を「ＬＯＣＫ−ＯＮ」に設定すると、オペレータが共振ロックオン制御を実行できるようになる。

設定パネル４１０は、さらに、ディザ振幅４１６及びバラクタ電圧設定値４１８を設定することを含む設定パラメータを表示することができる。ディザ振幅４１６及びバラクタ電圧設定値は共に、上述したのと同様の方法で設定することができる。

ロックオンパネル４４０は、１つ以上のデータ取得パラメータを設定することを可能にする。該データ取得パラメータは、サンプルレート４４２、サンプル持続期間４４４及びサンプルモード４４６を含むことができる。サンプルレート４４２は、例えば、毎秒取得されるデータポイントの数を含むことができる。サンプル持続期間４４４は、例えば、サンプルに対する持続時間を含むことができる。サンプルモード４４６は、例えば、取得したデータを固定記憶装置に格納するために「ＯＮ」に設定することができ、あるいは、取得したデータを固定記憶装置に格納することを不能にするために「ＯＦＦ」に設定することができる。

ディスプレイパネル４７０は、プロットパネル４５０で選択されたデータの表示を可能にする。図８において、ディスプレイパネル４７０は、約１２秒におけるプラズマ「ＯＮ」状態中の、および約２４秒におけるプラズマ「ＯＦＦ」状態中のバラクタダイオード電圧の例示的なタイムトレースを示す。式（２）で説明したように、電子密度は、空洞共振の周波数のずれ、あるいは、ロックオン中の、プラズマを伴うバラクタ電圧とプラズマを伴わないバラクタ電圧との差に比例する。

図９は、本発明の一実施形態による診断システムを制御する方法を示す。フロー図６００は、６１０において、該診断システムのためのコントローラを起動することによって始まる。該診断システムは、プラズマ診断システムとすることができ、例えば、該システムは、上述したマルチモーダル共振器と、電源と、検出器と、コントローラとを備えることができる。該コントローラの起動は、例えば、上記オン／オフスイッチを入れることによって行うことができる。別法として、該コントローラの起動は、例えば、さらに、リモートコントローラを起動することを含むことができる。

６２０において、上記制御機能が上記バラクタ電圧制御に設定される。６３０において、上記モニタ機能が上記検出器電圧に設定される。６４０において、上記バラクタ電圧は、上記バラクタ電圧設定値デバイスを用いて調節することができる。別法として、該バラクタ電圧は、該コントローラに結合されたＧＵＩを用いて調節することができる。別法として、該バラクタ電圧は、上記リモートコントローラに結合されたリモートＭＭＩによって実行できるＧＵＩを用いて調節することができる。

図１０は、本発明の他の実施形態による診断システムを制御する方法を示す。フロー図７００は、７１０において、該診断システムのためのコントローラを起動することによって始まる。該診断システムは、プラズマ診断システムとすることができ、例えば、該システムは、上述したマルチモーダル共振器と、電源と、検出器と、コントローラとを備えることができる。該コントローラの起動は、例えば、上記オン／オフスイッチを入れることによって行うことができる。別法として、該コントローラの起動は、例えば、さらに、リモートコントローラを起動することを含むことができる。

７２０において、上記制御機能は、上記バラクタ電圧スイープ制御に設定される。本発明の一実施形態において、該バラクタ電圧スイープ制御は、上記コントローラハードウェアの最少及び最大スイープ電圧設定に対する予め設定された範囲を用いた、該コントローラ内での内部のスイープ波形発生器の使用を可能にする。代替の実施形態においては、該最少及び最大スイープ電圧は、ＧＵＩを用いて設定される。代替の実施形態において、該最少及び最大スイープ電圧は、リモートコントローラに結合されたリモートＭＭＩによって実行できるＧＵＩを用いて設定される。別法として、該最少及び最大スイープ電圧は、該コントローラによって設けられたメモリに格納されたデフォルト値とすることができる。７３０において、該バラクタ電圧は、ディスプレイに結合される。例えば、該ディスプレイは、内部または外部のオシロスコープまたはコンピュータによって実現できる。該バラクタ電圧は、例えば、バラクタ電圧出力テストポイントに接続され、かつ該オシロスコープの前面パネル（例えば、チャネル１）に接続された同軸ケーブルを用いて、該コントローラから該オシロスコープに結合することができる。７４０において、検出器電圧がディスプレイに結合される。同様に、例えば、該ディスプレイは、内部または外部のオシロスコープまたはコンピュータによって実現できる。該検出器電圧は、例えば、検出器接続部に接続され、かつ該オシロスコープの前面パネル（例えば、チャネル２）に接続された同軸ケーブルを用いて、該コントローラから該オシロスコープに結合することができる。

図１１は、本発明の他の実施形態による診断システムを制御する方法を示す。フロー図８００は、８１０において、該診断システムのためのコントローラを起動することによって始まる。該診断システムは、プラズマ診断システムとすることができ、例えば、該システムは、上述したマルチモーダル共振器と、電源と、検出器と、コントローラとを備えることができる。該コントローラの起動は、例えば、上記オン／オフスイッチを入れることによって行うことができる。別法として、該コントローラの起動は、例えば、さらに、リモートコントローラを起動することを含むことができる。

８２０において、上記制御機能は、上記共振ロックオン機能に設定される。本発明の一実施形態において、該共振ロックオン制御は、予め設定されたディザ振幅及びバラクタ電圧設定値を用いた、該コントローラに設けられたロックオン回路の使用を可能にする。代替の実施形態においては、該ディザ振幅及びバラクタ電圧設定値は、ＧＵＩを用いて設定される。代替の実施形態において、該ディザ振幅及びバラクタ電圧設定値は、リモートコントローラに結合されたリモートＭＭＩによって実行できるＧＵＩを用いて設定される。別法として、該ディザ振幅及びバラクタ電圧設定値は、該コントローラによって設けられたメモリに格納されたデフォルト値とすることができる。８３０において、該バラクタ電圧設定値が設定される。一般に、該バラクタ電圧設定値は、選択された空洞共振に近い値に設定される。８４０において、ロックオン設定値スイッチが入れられて、バラクタ電圧設定値電圧が該バラクタダイオードに印加される。そして、該バラクタ電圧は、ロックオンが実現されるまでドリフトする。一旦、ロックオンが実現されると、上記診断システムは、例えば、上記マルチモーダル共振器内の電子密度をモニタするのに用いることができる。

図１２は、本発明の別の実施形態によるマルチモーダル共振器内の電子密度を計算する方法を示す。フロー図８５０は、８６０において、例えば、図１１で説明した方法を用いて、上記電源を空洞共振にロックすることによって始まる。８７０において、上記バラクタ電圧は、オシロスコープ、Ａ／Ｄ変換器、コンピュータ、オペレータ等のデータ取得システムを介して記録される。８８０において、バラクタ電圧差は、上記マルチモーダル共振器内にプラズマがない場合に観測されたバラクタ電圧と、該マルチモーダル共振器内にプラズマがある場合に観測されたバラクタ電圧との差を計算することによって決まる。８９０において、電子密度は、上記電源のバラクタの電圧、周波数較正及び式（２）を用いて、該バラクタ電圧差から計算される。該バラクタ電圧は、一時記憶装置に記録及び格納することができ、該バラクタ電圧差及び電子密度が計算され、また該電子密度が表示されおよび／または固定記憶装置に格納される。代替の実施形態において、該バラクタ電圧は、固定記憶装置に記録されかつ格納され、該バラクタ電圧差及び電子密度は、処理中または後処理中のいずれかに計算されて、該電子密度が表示されおよび／または固定記憶装置に格納される。

図１３は、本発明の別の実施形態による診断システムを制御する方法を示す。フロー図９００は、９１０において、該診断システムのためのコントローラを起動することによって始まる。該診断システムは、プラズマ診断システムとすることができ、例えば、該システムは、上述したマルチモーダル共振器と、電源と、検出器と、コントローラとを備えることができる。該コントローラの起動は、例えば、上記オン／オフスイッチを入れることによって行うことができる。

９２０において、上記リモートＭＭＩが作動される。該リモートＭＭＩの作動は、例えば、該リモートＭＭＩのためのＧＵＩスクリーンを起動するために、該リモートコントローラを作動させることと、該ＭＭＩソフトウェアをホストとすることと、該ＭＭＩソフトウェアを実行することとを含むことができる。９３０において、上記制御機能モードを起動することにより、該制御機能モードがスイープモードに設定される。例えば、該制御機能モードは、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて「ＳＷＥＥＰ」を読取るために、ＧＵＩスクリーンのモードパネルで設定することができる。一般に、該リモートＭＭＩのバラクタ電圧スイープ機能は、デフォルト構成として設定することができる。

９４０において、上記バラクタ電圧スイープ機能のためのデフォルト設定をチェックすることができる。該設定が受け入れ可能な場合、該バラクタ電圧スイープは、上記リモートＭＭＩ動作モードを入れることによって作動させることができる。該バラクタ電圧スイープ機能が実行されると、デフォルトプロット変数がＧＵＩスクリーンのディスプレイパネルに表示される。変更が必要な場合には、該設定は、９６０から９９５で調整することができる。９６０において、スイープのための最少及び最大バラクタ電圧は、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンの設定パネルで変更することができる。９７０において、取得したデータを格納するデータディレクトリを、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのデータディレクトリパネルで変更することができる。９８０において、プロット基準化因子（例えば、バラクタ電圧スイープにおけるデータポイントの数）は、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのグラフパネルで変更することができる。９９０において、プロット変数（例えば、バラクタダイオード電圧、ガンダイオード電圧、ガンダイオード電流、または検出器電圧）は、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのプロットパネルで選択することができる。９９５において、（例えば、データ取得の固定記憶装置への記録を可能にする、またはデータ取得の固定記憶装置への記録を不能にする）データ取得モードは、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのモードパネルで変更することができる。

上記設定に対する調整の後、９５０において、上記バラクタ電圧スイープ機能が実行され、選択されたプロット変数が、ＧＵＩスクリーンのディスプレイパネルに表示される。

図１４は、本発明の他の実施形態による診断システムを制御する方法を示す。フロー図１０００は、１０１０において、該診断システムのためのコントローラを作動させることによって始まる。該診断システムは、プラズマ診断システムとすることができ、例えば、該システムは、上述したマルチモーダル共振器、電源、検出器及びコントローラを備えることができる。該コントローラの起動は、例えば、上記オン／オフスイッチを入れることによって行うことができる。

１０２０において、リモートＭＭＩが作動される。該リモートＭＭＩの作動は、例えば、該リモートＭＭＩのためのＧＵＩスクリーンを起動するために、該リモートコントローラを起動することと、該ＭＭＩソフトウェアをホストとすることと、該ＭＭＩソフトウェアを実行することとを含むことができる。１０３０において、上記制御機能モードは、該制御機能モードを作動させることにより、ロックオンモードに設定される。例えば、該制御機能モードは、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて「ＬＯＣＫ−ＯＮ」を読取るために、ＧＵＩスクリーンのモードパネルで設定することができる。一般に、該リモートＭＭＩの共振器ロックオン機能は、デフォルト構成として設定することができる。

１０４０において、該共振器ロックオン機能のためのデフォルト設定をチェックすることができる。該設定が受け入れられる場合には、該共振器ロックオン機能は、上記リモートＭＭＩ動作モードを入れることによって作動させることができる。該共振器ロックオンが実行されると、デフォルトプロット変数のプロットが、ＧＵＩスクリーンのディスプレイパネルに表示される。変更が必要な場合、該設定は、１０６０から１０９５で調整することができる。１０６０において、ディザ振幅および／またはバラクタ電圧設定値は、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンの設定パネルで変更することができる。１０７０において、取得したデータを格納するデータディレクトリは、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのデータディレクトリパネルで変更することができる。１０８０において、プロット基準化因数（バラクタ電圧スイープにおけるデータポイントの数）は、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのグラフパネルで変更することができる。１０９０において、サンプル及びプロット変数（例えば、サンプルレートおよび／またはサンプル期間、およびバラクタダイオード電圧、ガンダイオード電圧、ガンダイオード電流、または検出器電圧）は、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのグラフ及びプロットパネルで選択することができる。１０９５において、（例えば、データ取得の固定記憶装置への記録を可能にする、またはデータ取得の固定記憶装置への記録を不能にする）データ取得モードは、例えば、キーボード入力、マウス入力等を用いて、ＧＵＩスクリーンのサンプルおよび／またはモードパネルで設定することができる。

上記設定に対する調整の後、１０５０において、上記共振ロックオン機能が実行され、選択されたプロット変数のプロットが、ＧＵＩスクリーンのディスプレイパネルに表示される。

この発明のある例示的な実施形態のみを詳細に説明してきたが、当業者は、該例示的な実施形態において、この発明の新規な教示及び効果から著しく逸脱することなく、多くの変更例が可能であることを容易に認識するであろう。従って、そのような変更例の全ては、この発明の範囲に含まれると解釈される。

本発明の一実施形態に係る診断システムの単純化したブロック図である。 本発明の一実施形態に係る、開口、マイクロ波ウィンドウ及び関連する取付け構造を有するマイクロ波ミラーの拡大分解組立て断面図である。 いくつかの長手方向共振及び各自由スペクトル範囲を示す例示的な空洞伝送スペクトルのグラフである。 本発明の一実施形態に係る、診断コントローラのためのマンマシンインタフェース（ＭＭＩ）を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る、診断コントローラのためのマンマシンインタフェース（ＭＭＩ）を示す図である。 本発明の一実施形態に係るコントローラの例示的なフロー図である。 本発明の一実施形態に係る、リモートコントローラのリモートＭＭＩのためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）スクリーンを示す図である。 本発明の他の実施形態に係る、リモートコントローラのリモートＭＭＩのためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）スクリーンを示す図である。 本発明の一実施形態に係る診断システムを制御する方法を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る診断システムを制御する方法を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る診断システムを制御する方法を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る診断システムを制御する方法を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る診断システムを制御する方法を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る診断システムを制御する方法を示す図である。

Claims (38)

1. マルチモーダル共振器と、
   前記マルチモーダル共振器に結合され、かつガンダイオードに結合され前記ガンダイオードの振動周波数を制御するように構成されたバラクタを含むガンダイオード電圧制御オシレータを含む電源と、
   前記マルチモーダル共振器に結合された、バラクタ電圧差で電子密度を検出する検出器と、
   前記電源及び前記検出器に結合されたコントローラとを備え、
   前記コントローラは、ガンダイオード電圧モニタ機能、ガンダイオード電流モニタ機能、バラクタ電圧モニタ機能、検出器電圧モニタ機能、バラクタ電圧制御機能、バラクタ電圧スイープ制御機能、前記マルチモーダル共振器の共振周波数に前記電圧制御オシレータの振動周波数をロックするための共振ロックオン制御機能、グラフィカルユーザ制御及び前記マルチモーダル共振器内のプラズマの電子密度をモニタするための電子密度モニタ機能の全てを備えており、
   前記コントローラに結合され、前記コントローラの前記機能の全てを手動にて操作するように構成されている統合されたマンマシンインタフェースを更に具備するプラズマ処理のためのプラズマ診断システム。
2. 前記コントローラは、さらにリモートコントローラに結合され、このリモートコントローラを用いて前記コントローラのリモート制御を可能にする、請求項１に記載のプラズマ診断システム。
3. 前記リモートコントローラは、前記コントローラによって実行される前記少なくとも１つの機能をリモート実行するリモートマンマシンインタフェースを備える請求項２に記載のプラズマ診断システム。
4. 前記リモートマンマシンインタフェースは、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を備える請求項３に記載のプラズマ診断システム。
5. 前記リモートマンマシンインタフェースは、前記リモートコントローラ上でソフトウェアを実行することを備える請求項３に記載のプラズマ診断システム。
6. 前記マンマシンインタフェースは、ガンダイオード電圧、ガンダイオード電流、バラクタ電圧及び検出器電圧のうちの少なくとも１つを表示する請求項１に記載のプラズマ診断システム。
7. 前記バラクタ電圧制御機能は、前記マンマシンインタフェースを用いて、前記ガンダイオード電圧制御オシレータに対してバラクタ電圧を変化させることを備える請求項１に記載のプラズマ診断システム。
8. 前記バラクタ電圧スイープ制御機能は、前記マンマシンインタフェースを用いて、前記ガンダイオード電圧制御オシレータに対してバラクタ電圧を自動的に変化させることを備える請求項１に記載のプラズマ診断システム。
9. 前記ガンダイオード電圧制御オシレータに対してバラクタ電圧を前記自動的に変化させることは、前記マンマシンインタフェースを用いて、前記コントローラ内に収容されたスイープジェネレータを作動させることを備える請求項８に記載のプラズマ診断システム。
10. 前記共振ロックオン制御機能は、前記コントローラ内に収容されたロックオン回路を作動させることと、バラクタ電圧設定値を設定することと、前記バラクタ電圧設定値を作動させることとを備える請求項１に記載のプラズマ診断システム。
11. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、複数の設定パラメータを表示する設定パネルを備える請求項４に記載のプラズマ診断システム。
12. 前記複数の設定パラメータは、最少バラクタダイオードスイープ電圧、最大バラクタダイオードスイープ電圧、時間で変化するディザ電圧信号のディザ振幅及びバラクタ電圧設定値のうちの少なくとも１つを備える請求項１１に記載のプラズマ診断システム。
13. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記リモートマンマシンインタフェースを用いて取得したデータを格納するディレクトリロケーションを設定することを可能にするデータディレクトリパネルを備える請求項４に記載のプラズマ診断システム。
14. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、データ基準化因子を設定すること、データファイル名を設定すること、プリント動作を実行すること、コピー動作を実行すること及びスケール動作を実行することのうちの少なくとも１つを可能にするグラフパネルを備える請求項４に記載のプラズマ診断システム。
15. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、少なくとも１つのデータパラメータを表示するディスプレイパネルを備える請求項４に記載のプラズマ診断システム。
16. 前記データパラメータは、ガンダイオード電圧、ガンダイオード電流、バラクタダイオード電圧及び検出器電圧を含む請求項１５に記載のプラズマ診断システム。
17. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記少なくとも１つのデータパラメータを選択するためのプロットパネルをさらに備える請求項１５に記載のプラズマ診断システム。
18. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、制御機能モードとデータ取得モードのうちの少なくとも一方を選択するためのモードパネルを備える請求項４に記載のプラズマ診断システム。
19. 前記制御機能モードは、前記バラクタ電圧スイープ制御機能と前記共振ロックオン制御機能のうちの少なくとも一方を備える請求項１８に記載のプラズマ診断システム。
20. 前記データ取得モードは、データファイルへのデータ格納を可能にすること、及びデータファイルへのデータ格納を不可能にすることのうちの少なくとも一方を備える請求項１８に記載のプラズマ診断システム。
21. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、オペレータが前記制御機能モードを実行できるようにする動作モードを備える請求項１８に記載のプラズマ診断システム。
22. 前記グラフィカルユーザインタフェースは、少なくとも１つのデータ取得パラメータを設定するロックオンパネルを備える請求項１８に記載のプラズマ診断システム。
23. 前記データ取得パラメータは、サンプルレート、サンプル期間及びサンプルモードを含む請求項２２に記載のプラズマ診断システム。
24. 前記コントローラは、前記全ての機能のうちの少なくとも１つの機能を実行するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を備える請求項１に記載のプラズマ診断システム。
25. 空洞共振を発生させるマルチモーダル共振器と、ガンダイオードに結合され前記ガンダイオードの振動周波数を制御するように構成されたバラクタを含むガンダイオード電圧制御オシレータを含む電源と、伝送信号を生成するバラクタ電圧差で電子密度を検出する検出器と、前記電源及び前記検出器に結合されたコントローラと、前記コントローラに結合されている統合されたマンマシンインタフェースとを備えるプラズマ診断システムを制御する方法であって、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記コントローラを手動で起動することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記電源のバラクタ電圧を制御するように、バラクタ電圧制御を手動で選択することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記検出器からの前記伝送信号をモニタするように、検出器電圧モニタを手動で選択することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記コントローラを用いて、前記電源のための前記バラクタ電圧を手動で調節することとを備える方法。
26. 前記コントローラは、前記バラクタ電圧を調節することを実行するグラフィカルユーザインタフェースを備える請求項２５に記載の方法。
27. 空洞共振を発生させるマルチモーダル共振器と、ガンダイオードに結合され前記ガンダイオードの振動周波数を制御するように構成されたバラクタを含むガンダイオード電圧制御オシレータを含む電源と、伝送信号を生成するバラクタ電圧差で電子密度を検出する検出器と、前記電源及び前記検出器に結合されたコントローラと、前記コントローラに結合されている統合されたマンマシンインタフェースとを備えるプラズマ診断システムを制御する方法であって、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記コントローラを手動で起動することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記電源のバラクタ電圧を自動制御するように、バラクタ電圧スイープ制御を手動で選択することと、
    前記バラクタ電圧をディスプレイに結合することと、
    前記検出器からの前記伝送信号を前記ディスプレイに結合することとを備える方法。
28. 前記ディスプレイは、コンピュータ、ディジタル信号プロセッサ及びオシロスコープのうちの少なくとも１つを備える請求項２７に記載の方法。
29. 空洞共振を発生させるマルチモーダル共振器と、ガンダイオードに結合され前記ガンダイオードの振動周波数を制御するように構成されたバラクタを含むガンダイオード電圧制御オシレータを含む電源と、伝送信号を生成するバラクタ電圧差で電子密度を検出する検出器と、前記電源及び前記検出器に結合され、かつ前記検出器からの前記伝送信号を受取り、前記電源の前記出力周波数を前記マルチモーダル共振器の前記空洞共振にロックするロックオン回路を形成するように構成されたコントローラと、前記コントローラに結合されている統合されたマンマシンインタフェースとを備えるプラズマ診断システムを制御する方法であって、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記コントローラを起動することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて共振ロックオン機能を手動で選択することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記電源のバラクタ電圧を手動で選択することと、
    前記コントローラを用いてバラクタ電圧設定値を調整することにより、前記電源の前記出力周波数を、前記マルチモーダル共振器の前記空洞共振にロックすることとを備える方法。
30. 前記方法は、
    前記マルチモーダル共振器内のプラズマの電子密度を測定する工程をさらに備え、前記電子密度を測定することは、
    前記電源の前記出力周波数を前記マルチモーダル共振器の前記空洞共振にロックすることに対応して前記バラクタ電圧を記録する工程と、
    前記マルチモーダル共振器内にプラズマを伴う前記バラクタ電圧と、前記マルチモーダル共振器内にプラズマを伴わない前記バラクタ電圧との差を決める工程と、
    前記差から前記電子密度を計算する工程とを備える、請求項２９に記載の方法。
31. 前記コントローラは、前記バラクタ電圧設定値を設定し、かつ前記バラクタ電圧設定値を調整するマンマシンインタフェースを備える請求項２９に記載の方法。
32. 前記コントローラは、前記バラクタ電圧設定値を設定し、かつ前記バラクタ電圧設定値を調整するグラフィカルユーザインタフェースを備える請求項２９に記載の方法。
33. 空洞共振を発生させるマルチモーダル共振器と、ガンダイオードに結合され前記ガンダイオードの振動周波数を制御するように構成されたバラクタを含むガンダイオード電圧制御オシレータを含む電源と、伝送信号を生成するバラクタ電圧差で電子密度を検出する検出器と、前記電源及び前記検出器に結合されたコントローラと、前記コントローラに結合され、かつ統合されたリモートマンマシンインタフェースを形成するように構成されたリモートコントローラとを備えるプラズマ診断システムを制御する方法であって、
    前記コントローラを起動することと、
    前記統合されたリモートマンマシンインタフェースを手動で起動することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて前記バラクタ電圧スイープ制御を手動で選択することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにてデフォルト設定を用いて、前記バラクタ電圧スイープ制御を作動させることとを備える方法。
34. 前記方法は、前記バラクタ電圧スイープ機能を起動する前に、前記リモートマンマシンインタフェースによって前記デフォルト設定を変更することをさらに備える請求項３３に記載の方法。
35. 前記デフォルト設定を変更することは、最少バラクタダイオード電圧、最大バラクタダイオード電圧、取得したデータを格納するデータディレクトリ、スケール、プロット変数及びデータ取得モードのうちの少なくとも１つを変更することを備える請求項３４に記載の方法。
36. 空洞共振を発生させるマルチモーダル共振器と、ガンダイオードに結合され前記ガンダイオードの振動周波数を制御するように構成されたバラクタを含むガンダイオード電圧制御オシレータを含む電源と、伝送信号を生成するバラクタ電圧差で電子密度を検出する検出器と、前記電源及び前記検出器に結合され、かつ前記検出器からの前記伝送信号を受取り、前記電源の前記出力周波数を前記マルチモーダル共振器の前記空洞共振にロックするロックオン回路を形成するように構成されたコントローラと、前記コントローラに結合され、かつ統合されたリモートマンマシンインタフェースを形成するように構成されたリモートコントローラとを備えるプラズマ診断システムを制御する方法であって、
    前記コントローラを起動することと、
    前記統合されたリモートマンマシンインタフェースを手動で起動することと、
    前記統合されたマンマシンインタフェースにて共振ロックオン制御を手動で選択することと、
    デフォルト設定を用いて、前記共振ロックオン制御を作動させることとを備える方法。
37. 前記方法は、前記共振ロックオン制御を作動させる前に、前記リモートマンマシンインタフェースによって前記デフォルト設定を変更することをさらに備える請求項３６に記載の方法。
38. 前記デフォルト設定を変更することは、時間で変化するディザ電圧信号のディザ振幅、バラクタ電圧設定値、取得したデータを格納するデータディレクトリ、スケール、プロット変数、サンプルレート、サンプル期間及びデータ取得モードのうちの少なくとも１つを変更することを備える請求項３７に記載の方法。

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