JPH02195698A - 高周波プラズマ発生検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、例えば高周波励振型プラズマＣＶＤ装置等の
高周波プラズマ発生装置におけるプラズマ発生の有無を
検出するための装置に関する。

〈従来の技術〉 一般に、高周波プラズマ発生検出装置は、プラズマ発生
装置とその高周波導入側の整合回路との間に接続され、
通常、整合装置内に組み込まれている。

従来の高周波プラズマ発生検出装置は、例えば第３図に
示すように、リアクタンス３４ａ１コンデンサ３４ｂか
らなるフィルタ、電圧分割用抵抗３４ｃ、３４ｄおよび
コンパレータ３４ｅ等を備え、高周波プラズマ発生装置
１においてプラズマの発生により高周波印加電極１ａに
負のバイアス電圧が生じたときに、コンパレータ３４ｅ
から信号が出力されるよう構成されている。すなわち、
高周波印加電極１ａに生じる負のバイアス電圧を検出す
ることによってプラズマの発生を検出し、その旨の信号
をコンパレータ３４ｅから出力するよう構成されている
。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、高周波励振型プラズマＣＶＤ装置では、ウェ
ハに絶縁膜を形成する過程等において、何らかの理由に
より、高周波印加電極の負のバイアス電圧がＯになるこ
とがある。このように、プラズマ発生装置においてプラ
ズマが発生しているのにもかかわらず、負のバイアス電
圧が０になった場合、このプラズマ発生を、従来のプラ
ズマ発生検出装置では検出できない。

また、例えば第４図に示すように、複数のプラズマ発生
領域が設けられたプラズマＣＶＤ装置４１においては、
一般に各高周波印加電極４１ａ、。

４１　ａ　ｚそれぞれにバランスコンデンサ４１　ｃ　
ｒ。

４１ｃ２が接続されており、このため、プラズマ発生時
に各電極４１　ａＩ＋　　４１　ａｘに負のバイアス電
圧が生じても、そのバイアス電圧はバランスコンデンサ
４１　ｃＩ、４１　Ｃｍによって遮断されてしまう。従
って、この種の装置のプラズマ発生の有無を、従来のプ
ラズマ発生検出装置によって検出することは不可能であ
った。

本発明の目的は、高周波プラズマ発生装置の構造もしく
はその使用状況等に影響されることなく、プラズマ発生
を確実に検出することのできる、高周波プラズマ発生検
出装置を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応する
第１図を参照しつつ説明すると、本発明は、高周波プラ
ズマ発生源（例えば容量結合型のプラズマ発生装置１）
への導入高周波の高周波電圧および電流を、それぞれ検
出するための電圧検出手段４ａおよび電流検出手段４ｂ
と、その電圧および電流検出手段４ａおよび４ｂによっ
て検出される電圧Ｖと電流■との位相差を検出する位相
検出手段４Ｃと、この位相検出手段４Ｃによる検出値と
あらかじめ設定した値とを比較し、その比較結果を出力
する比較手段（例えばコンパレータ４ｄ）を備え、その
比較手段の出力を高周波プラズマ発生源のプラズマ発生
の有無の検出情報として供するよう構成したことを特徴
としている。

く作用〉 例えば第１図、第３図に示す容量結合型のプラズマ発生
装置１において、プラズマが発生していない場合、この
装置には、第２図（ａ）の等価回路に示すように、高周
波印加電極１ａ自体の浮遊容量Ｃａによる容量性リアク
タンスのみが存在する。

従って、この場合の入力インピーダンスの位相ａｒｇＺ
ａは−９０６となる。

一方、プラズマが発生している場合には、第２図（ｂｌ
の等価回路に示すように、上記の浮遊容量Ｃａに発生プ
ラズマ自体のレジスタンスＲｂおよびキャパシタンスｃ
ｂが加わり、これにより入力インピーダンスの位相ａｒ
ｇＺｂは一９０°より大きくなる。

以上のことから、高周波プラズマ発生装置の入力インピ
ーダンスの位相を検出し、その位相検出値が一９０’よ
り大であるか否かを判断するによってプラズマ発生の有
無を知ることができる。

ここで、高周波プラズマ発生装置の入力インピーダンス
の位相ａｒｇＺは、導入高周波の電圧■、電流Ｉとの間
に次の関係がある。

ａｒｇ　Ｚ　＝ａｒｇＶ　−ａｒｇ　１従って、高周波
プラズマ発生装置の入力インピーダンスは、実際には装
置への入力高周波の電圧と電流との位相差を検出すれば
よい。

〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図である。

プラズマ発生装置１は、一般に知られている容量結合型
の高周波プラズマ発生装置であって、高周波電源２から
整合回路３ａを介して高周波を導入することによって、
高周波印加電極１ａと接地電極１ｂとの間にプラズマを
生成することができる。

さて、プラズマ発生装置１と整合回路３ａとの間の高周
波電力線路に、プラズマ発生装置１への高周波の電圧お
よび電流をそれぞれ検出するための電圧検出素子４ａお
よび電流検出素子４ｂが接続されている。

電圧および電流検出素子４ａおよび４ｂによって検出さ
れた電圧信号Ｖおよび電流信号■はそれぞれ位相検出器
４ｃに入力される。位相検出器４ｃは電圧信号Ｖと電流
信号■の位相差ａｒｇＶ　−ａｒｇ　１を検出し、その
位相差に比例した電圧信号Ｖｚをコンパレータ４ｄに供
給する。コンパレータ４ｄは、この入力電圧信号Ｖｚと
、あらかじめ設定された基準電圧を比較し、電圧信号Ｖ
２が基準電圧より大きいときにプラズマが発生している
旨の信号を出力するよう構成されている。

これらの電圧および電流検出素子４ａおよび４ｂ、位相
検出器４Ｃ、コンパレータ４ｄ等によって高周波プラズ
マ発生検出装置を構成し、この装置全体が整合装置３内
に組み込まれる。

次に、作用を第２図を参照して説明する。なお、第２図
は第１図に示すプラズマ発生装置１の等価回路図である
。

プラズマ発生装置１においてプラズマが発生していない
ときには、第２図（ａ）に示すように、容量Ｃａによる
容量性リアクタンスのみが存在し、従って、この場合の
プラズマ発生装置１における入力インピーダンスの位相
ａｒｇＺａは−９０”である。

なお、容量Ｃａは高周波印加電極１とそのシールド電極
（図示せず）との間に形成される空間の浮遊容量である
。

一方、プラズマが発生している場合には、上記の浮遊容
量Ｃａに、プラズマ自体のレジスタンスＲｂおよびキャ
パシタンスｃｂが加わることになり、この場合の入力イ
ンピーダンスの位相ａｒｇＺｂは一９０″より太き（な
る。

ここで、本発明実施例の位相検出器４ｃの出力は、プラ
ズマ発生装置１への導入高周波の電圧と電流との位相差
ａｒｇＶ　−ａｒｇ　Ｉ　、すなわち、プラズマ発生装
置１の入力インピーダンスの位相ａｒｇ　Ｚに比例した
電圧信号Ｖｚであり、従って、プラズマ発生装置１の入
力インピーダンスの位相ａｒｇ　Ｚ＝−９０°に対応す
る電圧信号Ｖｚを前もって調査しておき、その値をもっ
てコンパレータ４ｄの基準電圧としておけば、プラズマ
発生装置１においてプラズマが発生した時点で、コンパ
レータ４ｄから自動的にその旨の信号が出力されること
になる。

以上のように、本発明によると、高周波プラズマ発生装
置におけるプラズマ発生前後の入力インピーダンスの位
相の変化、換言すれば、発生プラズマ自体のレジスタン
スによる高周波電力の消費量を検出することによって、
プラズマ発生の有無を検出するので、例えば第４図に示
すような、バランスコンデンサ４１Ｃ１，４ｔｃｚが設
けられたプラズマＣＶＤ装置４１にも適用可能である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、高周波プラズマ
発生装置におけるプラズマ発生前後の入力インピーダン
スの位相の変化からプラズマ発生の有無を検出するよう
構成したから、高周波プラズマ発生装置の構造あるいは
使用状況に関係なく、プラズマ発生を確実に検出するこ
とができる。しかも、高周波プラズマ発生装置を改造す
る必要はなく、既存の高周波プラズマ発生装置にも容易
に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図、第２図
は第１図に示すプラズマ発生装置１の等価回路図である
。 第３図は従来のプラズマ発生検出装置の構成を示すブロ
ック図、 第４図は高周波プラズマＣＶＤ装置の構成例を示すブロ
ック図である。 ａ ｂ Ｃ ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高周波プラズマ発生源への導入高周波の高周波電圧およ
   び電流を、それぞれ検出するための電圧検出手段および
   電流検出手段と、その電圧および電流検出手段によって
   検出される電圧と電流との位相差を検出する位相検出手
   段と、この位相検出手段による検出値とあらかじめ設定
   した値とを比較し、その比較結果を出力する比較手段を
   備え、その比較手段の出力を当該高周波プラズマ発生源
   のプラズマ発生の有無の検出情報として供するよう構成
   した、高周波プラズマ発生検出装置。