JPH0714696A - シングルプローブによるプラズマ測定方法とその装置 - Google Patents

シングルプローブによるプラズマ測定方法とその装置

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JPH0714696A
JPH0714696A JP5155895A JP15589593A JPH0714696A JP H0714696 A JPH0714696 A JP H0714696A JP 5155895 A JP5155895 A JP 5155895A JP 15589593 A JP15589593 A JP 15589593A JP H0714696 A JPH0714696 A JP H0714696A
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唯夫 植月
Noriyuki Taguchi
典幸 田口
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】一回の測定でプラズマの諸特性の時間的な変化
(位相に対する変化)を測定することができるシングル
プローブによるプラズマ測定方法及びその装置を提供す
るにある。 【構成】プローブ用電源5の電圧はコンピュータ8の制
御の下で変化させられる。この変化に応じてトリガ信号
発生装置9はトリガ信号を発生させる。このトリガ信号
を受けたデジタルオシロスコープ7はプローブ電位、プ
ローブ電流のデータのサンプリングを開始する。このサ
ンプリングの間隔、サンプル数はコンピュータ8で制御
設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体プロセスや照明
用光源等の気体プラズマの性質を測定するシングルプロ
ーブによるプラズマ測定方法とその装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体プロセスや照明用光源等
の気体プラズマの性質を測定する場合に用いられるプロ
ーブとしては、シングルプローブ、ダブルプローブ、ト
リプルプローブがある。夫々のプローブには特徴がある
が、ダブルプローブはプラズマ電位が評価しにくいこ
と、またトリプルプローブは、プラズマ電位、プラズマ
の電子エネルギー密度(電子温度)、電子密度等の一連
の情報が得られるという利点がある。
【0003】そのシングルプローブを使用しての高周波
におけるプローブ特性の測定方法としてはボックスカー
積分器を用いて行われる方法が従来ある。しかしこの方
法は図10に示すようにある特定の位相(図集の点の部
分)でのプローブ特性は正確に測定できるが、一回の測
定ではその特定位相での現象しか測定することができな
い、というデメリットがある。勿論、測定時間も可なり
長くかかるという問題もある。
【0004】またその他の従来例として、プラズマ特性
を高速に(つまり短時間に)測定する方法が特公昭57
−28111号、特開平1−95496号、特開平2−
30098号に述べれられているが、これらは各位相の
変化を測定しようとするものではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】シングルプローブを使
用しての高周波におけるプローブ特性の測定において、
従来の方法では、ある特定の位相(図10の実線部分)
でのプローブ特性は正確に測定できるが、一回の測定で
はその特定位相での現象しか測定することができなかっ
た。
【0006】これは各位相でのプラズマの変化を調べる
には何度も測定を繰り返さねばならず、測定時間がかか
るという問題がある。またプラズマが非常に安定してい
る場合は良いが、そいでない場合は位相間のプラズマ特
性を正確に比較できない、という問題があった。本発明
は上記の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とす
るところは一回の測定でプラズマの諸特性の時間的な変
化(位相に対する変化)を測定することができるシング
ルプローブによるプラズマ測定方法及びその装置を提供
するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、気体プラズマの性質をシング
ルプローブにより測定するプラズマ測定方法において、
シングルプローブ用電源電圧を変化させ、その変化の直
後に時間的に変動しているプラズマの特定位相を検知
し、その検知に応じてオシロスコープのデータサンプリ
ング開始のトリガ信号を発生させ、このトリガ信号の発
生後、任意に設定した時間毎にプローブ電位及びプロー
ブ電流のデータをオシロスコープに取り込んで測定を行
うことを特徴とする。
【0008】請求項2の発明は、シングルプローブ用電
源電圧を変化させる手段と、シングルプローブ用電源電
圧の変化の直後、時間的に変動しているプラズマの特定
位相を検知する手段と、プラズマの特定位相の検知に応
じてオシロスコープのデータサンプリング開始のトリガ
信号を発生させる手段と、このトリガ信号の発生後、任
意に設定して時間毎にデータをサンプリングして取り込
むオシロスコープとから成る。
【0009】請求項3の発明は、一定の期間サンプリン
グによりオシロスコープにデータを取り込んだ後に、オ
シロスコープ次のオシロスコープのデータサンプリング
開始用のトリガ信号を発生させる手段を備えたものであ
る。
【0010】
【作用】請求項1の発明によれば、変動プラズマの特定
位相から一定期間オシロスコープにプローブ電位及びプ
ローブ電流からなるデータをサンプングにより取り込む
ことができるため、一回の測定でプラズマの諸特性の時
間的な変化を測定できる。
【0011】請求項2の発明によれば、シングルプロー
ブ用電源電圧の変化に同期させて時間的に変動している
プラズマの特定位相を検知することができ、この検知し
た特定位相から一回の測定でプラズマの諸特性の時間的
な変化を自動的に測定できる。請求項3の発明によれ
ば、請求項2の発明において、自動的に測定を繰り返し
て行うことができ、平均化した測定結果を簡単に得るこ
とができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の実施例装置の全体構成を示して
おり、この実施例ではプラズマ点灯用電源3の電圧がカ
プラ(又はバラスト)2を介して電圧が印加される放電
灯1のプラズマPを被測定対象としており、この放電灯
1内にシングルプロープ4が挿入される。
【0013】このシングルプロープ4は、プローブ用電
源5から電流計(又は抵抗)6を介して電圧が印加され
るようになっている。シングルプローブ4の電位及びプ
ローブ電流(電流計6の測定値)のデータはデジタルオ
シロスコープ7に取り込まれるようになっている。この
デジタルオシロスコープ7のデータのサンプリング開始
はプラズマ点灯用電源3の電圧の特定位相に同期して、
つまりプラズマ点灯用電源3の電圧で発生するプラズマ
Pの特定位相に同期してトリガ信号発生装置9から発生
するトリガ信号により設定される。
【0014】またデジタルオシロスコープ7のデータの
サンプリング間隔とサンプル数はコンピュータ8により
制御される。コンピュータ8は上記プローブ用電源5を
制御して出力電圧を変化させる制御手段をも構成してお
り、この電圧変化のタイミングはデジタルオシロスコー
プ7がデータをサプンリングする動作と関連付けて制御
される。
【0015】図2は上記トリガ信号発生装置9の構成を
示しており、図3(a)に示すプローブ電源電圧の変化
点を検出して図3(c)に示す微分出力を発生する微分
回路10と、図3(b)に示すプラズマ点灯用電源3の
電源同期波形と上記微分回路10の出力を取り込み、微
分回路10の出力の立ち上がりがあってからの最初の電
源同期波形の立ち上がりで出力を図3(d)に示すよう
に一定時間発生させるシーケンスン回路11と、このシ
ーケンス回路11の出力と電源同期波形とを入力してシ
ーケンス回路11の出力発生期間中において電源同期波
形の最初の立ち下がりで一定幅のパルスを図3(e)に
示すようにトリガ信号として発生する論理回路12とか
ら構成される。
【0016】而して、今コンピュータ8の制御の下で、
プローブ用電源5の電圧が変化すると、この変化に応じ
てトリガ信号発生装置9は図4に示すタイミングt0
トリガ信号を発生させる。このトリガ信号を受けたデジ
タルオシロスコープ7はプローブ電位、プローブ電流の
データのサンプリングを開始する。このサンプリングの
間隔、サンプル数はコンピュータ8で制御設定される。
図4の黒点はサンプリングのタイミングを示している。
本実施例の場合サンプリングの開始から終了までは丁度
電源電圧波形の一周期に対応させている。このようにし
て1回の測定で時間的に変動するプラズマの任意の特定
位相でのプローブ特性が測定できるのである。
【0017】ここでその測定結果を平均化するために、
特定位相毎にコンピュータ8は図3(a)に示すように
プローブ用電源電圧を一定値上昇させる制御を行って上
述の同様にトリガ信号発生装置9からトリガ信号を発生
させ、デジタルオシロスコープ7のデータサンプンリン
グを繰り返すのである。この繰り返しはプローブ電源電
圧がプローブ電位よりも大きくなるまで行う。
【0018】図5は実施例におけるプラズマ点灯電源波
形とデータのサンプリング点の関係を示しており、また
図6は各サンプリング点におけるプローブ電位Vpとプ
ローブ電流Ipの測定結果を示す。ところで上記実施例
ではプローブ電源電圧を段階的に上昇させて変化させる
ようにしているが、図7(a)に示すように一定周期で
一定期間プローブ電源電圧を上昇させるようにプローブ
電源5をコンピュータ8が制御するようにしてもよい。
つまりトリガ信号発生装置9の微分回路10が電圧変化
を検出することができればよいのである。
【0019】図7(a)はプラズマの特定位相で上記の
プローブ電源5の制御を3回行って、3回の測定結果に
基づいて平均化する場合に対応しているが、平均化の回
数はコンピュータ8で任意に設定できる。図7(b)〜
(e)は図3(b)〜(e)に対応する各部の信号を示
す。上記実施例ではトリガ信号発生装置9はプローブ電
源電圧の変化を変化を電圧の立ち下がりで検出するよう
になっているが、立ち上がりを検出するようにしてもよ
い。図8はこの場合に対応してプローブ電源電圧をコン
ピュータ8で変化させた状態を示す。
【0020】更に上記実施例では平均化をとるためにプ
ローブ電源電圧を変化させ、その変化を検出することに
よりデジタルオシロスコープ7のデータサンプリング開
始のトリガ信号を発生させるようにしているが、平均化
するための測定回数を予めコンピュータ8に設定し、図
9(a)に示すようにプローブ電源電圧の投入時の立ち
上がりに対応してトリガ信号を図9(e)に示すように
発生させた後は、コンピュータ8の制御の下で任意の周
期Tでトリガ信号を測定回数分だけ発生させるようにし
ても良い。この場合トリガ信号のインターバル(T)は
点灯周波数と(同一プローブ電源電圧の場合の)データ
のサンプリング数によって異なるが数秒あれば充分であ
るので、そのように設計すれば良い。尚図9(b)〜
(d)は図3(b)〜(d)に対応する波形である。
【0021】尚本発明の実施例で用いるデジタルオシロ
スコープ7の定義は、ある信号を時間の変化に応じて測
定出来るものであるという意味であり、例えば高性能ア
ナログオシロスコープと高性能コンピュータの組み合わ
せで同等のことができるように構成されるものでも良
い。
【0022】
【発明の効果】請求項1の発明は、気体プラズマの性質
をシングルプローブにより測定するプラズマ測定方法に
おいて、シングルプローブ用電源電圧を変化させ、その
変化の直後に時間的に変動しているプラズマの特定位相
を検知し、その検知に応じてオシロスコープのデータサ
ンプリング開始のトリガ信号を発生させ、このトリガ信
号の発生後、任意に設定した時間毎にプローブ電位及び
プローブ電流のデータをオシロスコープに取り込んで測
定を行うので、変動プラズマの特定位相から一定期間オ
シロスコープにプローブ電位及びプローブ電流からなる
データをサンプングにより取り込むことができ、そのた
め一回の測定でプラズマの諸特性の時間的な変化を正確
に測定できるという効果がある。
【0023】請求項2の発明は、シングルプローブ用電
源電圧を変化させる手段と、シングルプローブ用電源電
圧の変化の直後、時間的に変動しているプラズマの特定
位相を検知する手段と、プラズマの特定位相の検知に応
じてオシロスコープのデータサンプリング開始のトリガ
信号を発生させる手段と、このトリガ信号の発生後、任
意に設定して時間毎にデータをサンプリングして取り込
むオシロスコープとからなるので、シングルプローブ用
電源電圧の変化に同期させて時間的に変動しているプラ
ズマの特定位相を検知することができ、この検知した特
定位相から一回の測定でプラズマの諸特性の時間的な変
化を自動的に測定できるという効果がある。
【0024】請求項3の発明は、一定の期間サンプリン
グによりオシロスコープにデータを取り込んだ後に、次
のオシロスコープのデータサンプリング開始用のトリガ
信号を発生させる手段を備えたものであるから、自動的
に測定を繰り返して行うことができ、平均化した測定結
果を簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例装置の全体構成図である。
【図2】同上に用いるトリガ信号発生装置の構成図であ
る。
【図3】同上のトリガ信号発生装置の動作説明用タイミ
ングチャートである。
【図4】同上のトリガ信号とデータサンプリングの説明
図である。
【図5】同上のサンプリング点と電源電圧の関係説明図
である。
【図6】同上の測定結果を示すプローブ電流−プローブ
電位の特性図である。
【図7】本発明の他の実施例のプローブ電源電圧の変化
制御の説明図である。
【図8】本発明の他の実施例のプローブ電源電圧の別の
例の変化制御の説明図である。
【図9】本発明のその他の実施例のトリガ信号発生装置
の動作説明用タイミングチャートである。
【図10】従来例の説明図である。
【符号の説明】
1 放電灯 2 カプラ 3 プラズマ点灯用電源 4 シングルプローブ 5 プローブ用電源 6 電流計 7 デジタルオシロスコープ 8 コンピュータ 9 トリガ信号発生装置 P プラズマ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体プロセスや照明用光源等
の気体プラズマの性質を測定する場合に用いられるプロ
ーブとしては、シングルプローブ、ダブルプローブ、ト
リプルプローブがある。夫々のプローブには特徴がある
が、ダブルプローブはプラズマ電位が評価しにくいこ
と、またトリプルプローブは電子温度の瞬時測定が可能
であるが電子エネルギー分布状態を評価できない。これ
に対してシングルプローブは、プラズマ電位、プラズマ
の電子エネルギー密度(電子温度)、電子密度等の一連
の情報が得られるという利点がある。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】そのシングルプローブを使用しての高周波
におけるプローブ特性の測定方法としてはボックスカー
積分器を用いて行われる方法が従来ある。しかしこの方
法は図10に示すようにある特定の位相(図10の点の
部分)でのプローブ特性は正確に測定できるが、一回の
測定ではその特定位相での現象しか測定することができ
ない、というデメリットがある。勿論、測定時間も
り長くかかるという問題もある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】請求項3の発明は、一定の期間サンプリン
グによりオシロスコープにデータを取り込んだ後に、オ
シロスコープの次のデータサンプリング開始用のトリガ
信号を発生させる手段を備えたものである。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】請求項3の発明は、一定の期間サンプリン
グによりオシロスコープにデータを取り込んだ後に、オ
シロスコープの次のデータサンプリング開始用のトリガ
信号を発生させる手段を備えたものであるから、自動的
に測定を繰り返して行うことができ、平均化して測定結
果を簡単に得ることができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気体プラズマの性質をシングルプローブに
    より測定するプラズマ測定方法において、シングルプロ
    ーブ用電源電圧を変化させ、その変化の直後に時間的に
    変動しているプラズマの特定位相を検知し、その検知に
    応じてオシロスコープのデータサンプリング開始のトリ
    ガ信号を発生させ、このトリガ信号の発生後、任意に設
    定した時間毎にプローブ電位及びプローブ電流のデータ
    をオシロスコープに取り込んで測定を行うことを特徴と
    するシングルプローブによるプラズマ測定方法。
  2. 【請求項2】シングルプローブ用電源電圧を変化させる
    手段と、シングルプローブ用電源電圧の変化の直後、時
    間的に変動しているプラズマの特定位相を検知する手段
    と、プラズマの特定位相の検知に応じてオシロスコープ
    のデータサンプリング開始のトリガ信号を発生させる手
    段と、このトリガ信号の発生後、任意に設定して時間毎
    にデータをサンプリングして取り込むオシロスコープと
    から成ることを特徴とするシングルプローブによるプラ
    ズマ測定装置。
  3. 【請求項3】一定の期間サンプリングによりオシロスコ
    ープにデータを取り込んだ後に、次のオシロスコープの
    データサンプリング開始用のトリガ信号を発生させる手
    段を備えたことを特徴とする請求項2記載のシングルプ
    ローブによるプラズマ測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013187218A1 (ja) * 2012-06-11 2013-12-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプローブ装置
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