KR102357456B1 - 고주파 전력 공급 장치 및 고주파 전력의 공급 방법 - Google Patents

고주파 전력 공급 장치 및 고주파 전력의 공급 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 고주파 전력을 공급함에 있어서 증폭부의 열화 또는 검출기의 이상을 파악하는 기술을 제공하는 것.
(해결 수단) 발진기로부터 공급되는 고주파를 증폭하여 부하에 공급하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터 상기 부하에 공급되는 전류, 전압 또는 전력의 파라미터를 검출하는 파워 검출부와, 상기 증폭부를 구동시키는 구동 전류를 공급하는 전류 공급부와, 검출된 상기 파라미터에 근거하여, 상기 증폭부의 증폭도를 변경하는 지령 신호를, 그 파라미터가 목표치가 되도록 출력하는 지령 신호 출력부와, 상기 지령 신호를 감시하여 이상의 유무를 검출하는 제 1 이상 검출부, 혹은 상기 구동 전류를 검출하는 전류 검출부와 그 구동 전류의 상한치 및 하한치를 기억하는 전류 데이터 기억부를 포함하고, 그 상한치 및 하한치에 근거하여 이상의 유무를 검출하는 제 2 이상 검출부를 구비하도록 고주파 전력 공급 장치를 구성한다.

Description

고주파 전력 공급 장치 및 고주파 전력의 공급 방법{HIGH FREQUENCY POWER SUPPLY DEVICE AND HIGH FREQUENCY POWER SUPPLY METHOD}
본 개시는, 고주파 전력 공급 장치 및 고주파 전력의 공급 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 예컨대 기판에 대하여 성막 처리나 에칭 처리를 행함에 있어서, 플라즈마를 이용하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 이와 같은 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 플라즈마 전극에 앰프에 의해 증폭한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 장치를 구비하고 있다. 그리고 예컨대 처리 용기 내에 처리 가스를 공급함과 아울러, 플라즈마 전극에 고주파 전력을 공급하여 처리 용기 내에 고주파 전계를 형성하고, 처리 가스를 플라즈마화하여 기판에 플라즈마 처리를 행한다.
예컨대 특허문헌 1에는, 복수 병렬 접속된 진공관을 구비한 고주파 전원 장치가 기재되어 있다. 이 고주파 전원 장치에 있어서는, 복수의 진공관의 캐소드 전압의 평균치에 대한 각 진공관의 전압 변화율을 연산하는 전압 연산부와, 복수의 진공관의 전류의 평균치에 대한 각 진공관의 전류 변화율을 연산하는 전류 연산부를 마련하고 있다. 그리고 각 진공관의 전압 변화율과, 전압 수명 설정치를 비교함과 아울러, 전류 변화율과, 전류 수명 설정치를 비교함으로써 각 진공관이 수명을 다했는지 여부를 판정하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2018-143368호 공보
본 개시는, 고주파 전력을 공급함에 있어서 증폭부의 열화 또는 검출부의 이상을 파악하는 기술을 제공한다
본 개시의 고주파 전력 공급 장치는, 발진기로부터 공급되는 고주파를 증폭하여 부하에 공급하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터 상기 부하에 공급되는 전류, 전압 또는 전력의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부와, 상기 증폭부를 구동시키는 구동 전류를 공급하는 전류 공급부와, 검출된 상기 파라미터에 근거하여, 상기 증폭부의 증폭도를 변경하는 지령 신호를, 그 전력이 목표치가 되도록 출력하는 지령 신호 출력부와, 상기 지령 신호를 감시하여 이상의 유무를 검출하는 제 1 이상 검출부, 혹은 상기 구동 전류를 검출하는 전류 검출부와 그 구동 전류의 상한치 및 하한치를 기억하는 전류 데이터 기억부를 포함하고, 그 상한치 및 하한치에 근거하여 이상의 유무를 검출하는 제 2 이상 검출부를 구비한다.
본 개시에 의하면, 고주파 전력을 공급함에 있어서 증폭부의 열화 또는 검출부의 이상을 파악할 수 있다.
도 1은 일 실시의 형태와 관련되는 고주파 전력 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 상기 고주파 전력 공급 장치에 마련되는 컨트롤러를 나타내는 블록도이다.
도 3은 전력의 목표치에 대응한 조작량의 상한치와 하한치를 나타내는 그래프 도면이다.
도 4는 전력의 목표치에 대응한 전류치의 상한치와 하한치를 나타내는 그래프 도면이다.
도 5는 상기 고주파 전력 공급 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 6은 다른 실시 형태와 관련되는 고주파 전력 공급 장치를 나타내는 구성도이다.
도 7은 전력의 목표치에 대응한 온도의 상한치와 하한치를 나타내는 그래프 도면이다.
본 개시와 관련되는 고주파 전력 공급 장치에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이 고주파 전력 공급 장치(1)는 고주파 전력을, 앰프(2)에 의해 증폭하여 부하(4)에 공급하도록 구성되어 있다. 후단 측의 증폭부인 앰프(2)는 트랜지스터를 복수 조합하여 구성되어 있고, 도 1 중의 22는, 앰프(2)에 구동 전류인 직류 전류를 공급하는 전류 공급부이다. 본 예의 고주파 전력 공급 장치(1)는, 부하(4)에 입력되는 고주파의 전력을 측정하고, 고주파 전력의 측정치에 근거하여, 앰프(2)의 증폭률을 증감시켜 고주파의 전력이 설정된 목표치가 되도록 조정한다.
도 1에 나타내는 바와 같이 고주파 전력 공급 장치(1)는, 파라미터 검출부의 일례인 고주파의 전력을 측정하는 파워 검출부(6)를 구비하고 있다. 파워 검출부(6)는, 예컨대 고주파의 전압치를 측정하고, 전압치의 진폭에 근거하여, 전력 측정치를 산출한다.
또한 고주파 전력 공급 장치(1)는, 지령 신호 출력부인 컨트롤러(제어 기기)(5)를 구비하고 있다. 컨트롤러(5)에 대해서는 자세하게는 후술하지만, 상위 장치(100)에 의해 설정된 전력의 목표치와 파워 검출부(6)에 있어서의 전력 측정치의 차분치에 근거하여, 증폭 소자(3)에 있어서의 고주파 신호의 증폭도를 변경하기 위한 지령 신호인 디지털 신호를 출력한다.
그리고 고주파 전력 공급 장치(1)는, 고주파 발진기(20)와, 고주파 발진기(20)로부터 앰프(2)에 공급되는 고주파의 출력을 증감시키는 증폭 소자(3)를 구비하고 있다. 전단 측의 증폭부인 증폭 소자(3)는, D/A 컨버터(31)와, 트랜지스터 등에 의해 구성되는 증폭 회로(32)를 구비하고 있다. 증폭 소자(3)에 있어서는, 디지털 신호인 지령치(지령 신호)를 D/A 컨버터(31)에서 아날로그 전압으로 변환한다. 이 아날로그 전압에 따른 증폭도로, 증폭 회로(32)는 고주파 신호의 증폭을 행한다.
여기서 고주파 전력 공급 장치(1)에 있어서는, 고주파의 공급을 행하고 있는 동안에 앰프(2)가 서서히 열화되어, 머지않아 고장이 발생하여 버리는 일이 있다. 종래에는, 예컨대 전력 측정치의 값을 감시하고 있고, 전력 측정치가 임계치를 하회했을 때에 알람을 발하거나, 장치를 정지하도록 제어하고 있었다. 그렇지만 이와 같은 제어의 경우에는, 장치의 동작 중에 있어서 부하(4)에 공급되는 고주파의 전력이 낮아진 것을 가지고 판단하기 때문에, 부하(4) 측의 전력이 불충분하게 되어, 부하(4) 측의 처리에 실패가 발생하여 버리는 문제가 있다. 후술하는 바와 같이 부하(4)가 반도체 웨이퍼 W의 처리 장치를 구성하는 부품인 경우에는, 그 반도체 웨이퍼 W의 처리가 불량이 되어 버려, 수율이 저하되어 버린다. 그리고, 그와 같이 앰프(2)에 고장이 발생하여 사용 불가가 되었을 때에, 그 시점으로부터 교환용의 부품이나 교환 작업의 준비를 행한다고 하면, 고주파 전력 공급 장치(1)의 복구에 긴 시간이 걸려 버리고, 그 동안, 반도체 웨이퍼 W의 처리가 정체되어 버린다.
그래서 본 개시와 관련되는 고주파 전력 공급 장치(1)에 있어서는, 컨트롤러(5)에 있어서, 후술하는 조작량을 감시함과 아울러, 전류 공급부(22)로부터 앰프(2)에 공급되는 구동 전류의 전류치를 감시하는 것에 의해, 앰프(2)로부터 출력되는 전력이 크게 저하되기 전에, 앰프(2)의 열화를 파악하도록 구성하고 있다.
도 2는 컨트롤러(5)를 나타내는 블록도이다. 컨트롤러(5)는 CPU(91)를 구비함과 아울러, 전력 제어부(93A), 제 1 이상 검출부인 조작량 이상 검출부(93B), 및 제 2 이상 검출부인 전류 이상 검출부(93C)를 구비하고 있다. 또 도 2 중의 90은, 버스이다. 또한, 메모리(92)를 구비하고, 메모리(92) 내에는, 지령치 기억부(92A), 조작량 데이터 기억부(92B), 및 전류 데이터 기억부(92C)가 격납되어 있다. 또한 컨트롤러(5)에는, 알람(94)이 접속됨과 아울러, 상위 장치(100)로부터 전력의 목표치가 입력되고, 파워 검출부(6)로부터 전력 측정치가 입력되도록 구성되어 있다. 또한, 컨트롤러(5)는, 도 1에 나타내는 앰프(2)를 구동하기 위한 직류 전류(DC)의 전류치를 검출하도록 마련된 전류 검출부(21)로부터 전류치가 입력되도록 구성되어 있다.
전력 제어부(93A)는, 상술한 바와 같이 상위 장치(100)로부터 입력되는 전력의 목표치와 파워 검출부(6)로부터 입력되는 전력 측정치의 차분치에 근거하여 디지털 신호를 조작량으로서 출력한다. 이 차분치가 클수록, 증폭 소자(3)에 있어서의 증폭률이 커지도록(조작량이 커지도록) 디지털 신호가 출력된다. 이와 같이 컨트롤러(5)로부터는 디지털 신호가 출력되고, 그 디지털 신호의 변화에 의해 상기의 증폭률이 변화하지만, 설명의 편의상, 후술하는 각 그래프에서는, 이 디지털 신호의 변화가, 아날로그의 수치의 파라미터의 변화인 것으로 하고, 이 아날로그의 수치의 파라미터를 조작량으로서 설명한다.
본 예의 조작량 이상 검출부(93B)는, 조작량과, 조작량 데이터 기억부(92B)에 기억된 조작량의 상한 임계치 및 하한 임계치에 근거하여 앰프(2)의 이상을 판정한다. 도 3은 조작량 데이터 기억부(92B)에 기억된 관계식을 모식적으로 나타낸 그래프 도면이고, 도 3 중의 사선으로 나타낸 범위가 조작량의 제 1 상한 임계치와 제 1 하한 임계치의 사이에 포함되는 값을 나타내고, 사선으로 나타낸 영역의 바깥쪽의 도트를 부여한 영역이 제 2 상한 임계치와 제 2 하한 임계치의 사이에 포함되는 값을 나타내고 있다.
조작량의 제 1 하한 임계치 S1min은, 예컨대 전력의 목표치를 P로 하여 신품의 앰프(2)를 이용하여 고주파를 출력하고, 전력 제어부(93A)에 의해, 고주파의 전력을 제어했을 때에 상정되는 조작량의 하한치에 근거하여 설정된다. 또한 조작량의 제 2 하한 임계치 S2min은, 제 1 하한 임계치 S1min보다 낮은 값이고, 분명하게 고주파 전력 공급 장치의 문제라고 판정할 수 있는 조작량의 값에 근거하여 설정된다.
또한 조작량의 제 1 상한 임계치 S1max는, 예컨대 전력의 목표치를 P로 하여, 충분한 전압의 고주파를 출력할 수 있지만, 사용에 의해 열화된 앰프(2)를 이용하여 고주파를 출력하고, 전력 제어부(93A)에 의해, 고주파의 전력을 제어했을 때에 상정되는 조작량의 상한치에 근거하여 설정된다. 또한 조작량의 제 2 상한 임계치 S2max는, 제 1 상한 임계치 S1max보다 높은 값이고, 앰프(2)에 고장이 발생하고 있다고 판단할 수 있는 조작량의 값에 근거하여 설정된다.
고주파 전력 공급 장치(1)에 있어서는, 전력의 목표치 P가 커지면, 증폭도를 크게 할 필요가 있기 때문에, 조작량도 커진다. 따라서 조작량의 상한 임계치와, 조작량의 하한 임계치는, 상위 장치(100)로부터 입력되는 전력의 목표치 P가 커짐에 따라 큰 값이 되도록 설정되어 있다.
조작량 이상 검출부(93B)는, 증폭 회로(32)로부터 출력되고 있는 조작량과, 전력의 목표치 P에 근거하여 설정되는 조작량의 제 1 상한 임계치 S1max, 제 1 하한 임계치 S1min, 제 2 상한 임계치 S2max, 제 2 하한 임계치 S2min을 비교하여 이상의 유무를 검출한다.
그리고 조작량이, 제 1 상한 임계치 S1max를 넘고 있는 경우, 혹은 제 1 하한 임계치 S1min을 하회하고 있는 경우에는, 앰프(2)의 열화를 알리는 알람(94)을 발하는 기능을 구비하고 있다. 또한 조작량이, 제 2 상한 임계치 S2max를 넘고 있는 경우, 혹은 제 2 하한 임계치 S2min을 하회하고 있는 경우에는, 앰프(2)의 교환 등의 메인터넌스를 위해 고주파 전력 공급 장치를 정지하는 기능을 구비하고 있다.
또한 본 예의 전류 이상 검출부(93C)는, 앰프(2)를 구동하는 구동 전류의 전류치와 전류 데이터 기억부(92C)에 기억된 전류치의 상한 임계치 및 하한 임계치를 비교하여 앰프(2)의 이상을 판정한다. 도 4는 전류 데이터 기억부(92C)에 기억된 관계식을 모식적으로 나타낸 그래프 도면이고, 도 4 중의 사선으로 나타낸 범위가 전류치의 제 1 상한 임계치와 제 1 하한 임계치의 사이에 포함되는 값을 나타내고, 사선으로 나타낸 영역의 바깥쪽의 도트를 부여한 영역이 전류치의 제 2 상한 임계치와 제 2 하한 임계치의 사이에 포함되는 값을 나타내고 있다.
전류치의 제 1 하한 임계치 A1min은, 예컨대 전력의 목표치를 P로 하여 신품의 앰프(2)를 이용하여 고주파를 출력하고, 전력 제어부(93A)에 의해, 고주파의 전력을 제어했을 때에 상정되는 전류치의 하한치에 근거하여 설정된다. 또한 전류치의 제 2 하한 임계치 A2min은, 제 1 하한 임계치 A1min보다 낮은 값이고, 분명하게 고주파 전력 공급 장치의 문제라고 판정할 수 있는 전류치에 근거하여 설정된다.
또한 전류치의 제 1 상한 임계치 A1max는, 예컨대 전력의 목표치를 P로 하여, 충분한 전압의 고주파를 출력할 수 있지만, 사용에 의해 열화된 앰프(2)를 이용하여 고주파를 출력하고, 전력 제어부(93A)에 의해, 고주파의 전력을 제어했을 때에 상정되는 전류치의 상한치에 근거하여 설정된다. 또한 전류치의 제 2 상한 임계치 A2max는, 제 1 상한 임계치 A1max보다 높은 값이고, 앰프(2)에 고장이 발생하고 있다고 판단할 수 있는 전류치의 값에 근거하여 설정된다.
또한 고주파 전력 공급 장치(1)에 있어서는, 전력의 목표치 P가 커지면, 증폭도를 크게 할 필요가 있기 때문에, 전류치도 커진다. 따라서 전류치의 상한 임계치와, 전류치의 하한 임계치는, 상위 장치(100)로부터 입력되는 전력의 목표치 P가 커짐에 따라 큰 값이 되도록 설정되어 있다.
전류 이상 검출부(93C)는, 앰프(2)에 공급되는 구동 전류의 전류치와, 전력의 목표치 P에 근거하여 설정되는 전류치의 제 1 상한 임계치 A1max, 제 1 하한 임계치 A1min, 제 2 상한 임계치 A2max, 제 2 하한 임계치 A2min을 비교하여 이상의 유무를 검출한다.
그리고 전류치가, 제 1 상한 임계치 A1max를 넘고 있는 경우, 혹은 제 1 하한 임계치 A1min을 하회하고 있는 경우에는, 앰프(2)의 열화를 알리는 알람(94)을 발하는 기능을 구비하고 있다. 또한 전류치가, 제 2 상한 임계치 A2max를 넘고 있는 경우, 혹은 제 2 하한 임계치 A2min을 하회하고 있는 경우에는, 앰프(2)의 교환 등의 메인터넌스를 위해 고주파 전력 공급 장치(1)를 정지하는 기능을 구비하고 있다.
본 개시와 관련되는 고주파 전력 공급 장치(1)의 작용에 대하여 설명한다. 고주파 전력 공급 장치(1)의 전원이 투입되면 상위 장치(100)로부터 컨트롤러(5)에 전력의 목표치 P가 입력된다. 이때 고주파 전력은, 부하(4)에 공급되고 있지 않기 때문에, 컨트롤러(5)에서, 전력의 목표치 P와 파워 검출부(6)에 있어서의 전력 측정치의 차분치에 근거하여, 조작량이 증폭 소자(3)에 출력된다. 증폭 소자(3)에 있어서, 이 조작량에 따른 증폭도로 고주파가 증폭되어 앰프(2)에 출력되고, 또한 그 고주파는 앰프(2)에서 증폭되어 부하(4)에 출력된다.
조작량은 급격하게 상승하고, 전력의 목표치 P와 전력 측정치의 편차가 작아짐에 따라, 일정한 값이 되도록 안정화된다. 예컨대, 컨트롤러(5)로부터 증폭 소자(3)에 지령치의 출력을 개시하고 나서, 예컨대 소정의 시간 경과 후, 그 컨트롤러(5)는, 그 조작량을 소정의 간격으로 취득하고, 예컨대 평균치를 산출한다. 이하의 설명에서 각 임계치에 대한 비교에 이용하는 조작량은, 이 평균치인 것으로 한다.
그리고 조작량 이상 검출부(93B)에 의해, 그 조작량(평균치)과, 전력의 목표치 P에 근거하여 미리 설정되어 있는 조작량의 상한 임계치, 및 하한 임계치를 비교한다. 또한 전류 검출부(21)에서 검출된 앰프(2)의 구동 전류의 전류치가 컨트롤러(5)에 입력된다. 그리고 전류 이상 검출부(93C)에 의해, 그 전류치와, 전력의 목표치 P에 근거하여 설정되어 있는 전류치의 상한 임계치, 및 하한 임계치를 비교한다.
그리고 앰프(2)가 그만큼 열화되어 있지 않고 정상적으로 기능하고 있는 경우에는, 조작량은, 도 3에 나타내는 전력의 목표치 P에 있어서의 미리 설정된 조작량의 제 1 상한 임계치 S1max와 제 1 하한 임계치 S1min의 사이에 들어간다. 또한 전류치는, 도 4에 나타내는 전력의 목표치 P에 있어서의 미리 설정된 전류치의 제 1 상한 임계치 A1max와 제 1 하한 임계치 A1min의 사이의 값에 들어간다. 따라서 조작량 이상 검출부(93B) 및 전류 이상 검출부(93C)는, 알람(94)을 발하지 않고서 부하(4) 측에 고주파의 공급이 계속된다.
여기서 고주파 전력 공급 장치(1)를 사용하고 있는 동안에 앰프(2)는, 서서히 열화된다. 이것에 의해 앰프(2)에 입력되는 조작량에 대하여 출력하는 고주파의 전력이 낮아지는 경향이 있다(다시 말해, 고주파 전력은 조작량에 비례하여 출력되지 않는다). 그 때문에 전력의 목표치 P와 전력 측정치의 차이가 커지고, 조작량은 증폭 소자(3)에 있어서의 증폭도를 보다 크게 하도록 큰 값이 출력된다. 또한 앰프(2)가 열화되는 것에 의해, 앰프(2)의 저항이 상승하는 것으로부터, 앰프(2)의 구동 전류의 전류치가 상승하여 간다.
그리고 앰프(2)의 열화 정도가 커지면, 예컨대 조작량 이상 검출부(93B)에서, 앰프(2)에 입력되고 있는 조작량과, 전력의 목표치 P에 대하여 미리 설정된 조작량의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위를 비교했을 때에, 상기 조작량이, 예컨대 제 1 상한 임계치 S1max를 넘어 버린다. 이 결과 조작량 이상 검출부(93)는, 앰프(2)의 열화를 알리는 알람(94)을 발한다.
또한 예컨대 앰프(2)에 입력되고 있는 조작량이, 조작량의 제 1 상한 임계치 S1max와 제 1 하한 임계치 S1min의 범위에 있는 경우에 있어서도, 앰프(2)의 구동 전류의 전류치가 전력의 목표치 P에 근거하여 설정된 전류치의 제 1 상한 임계치 A1max를 넘고 있는 경우에는, 앰프(2)의 열화를 알리는 알람(94)을 발한다.
이와 같이 앰프(2)에 입력되는 조작량이 소정의 상한 임계치를 넘을 때, 혹은 앰프(2) 구동 전류의 전류치가 소정의 상한 임계치를 넘을 때 알람(94)이 발하여져, 유저는, 앰프(2)의 열화를 파악할 수 있다. 이때 앰프(2)에 있어서는, 전력의 목표치 P에 대하여 미리 설정된 조작량의 상한 임계치 S1max보다 큰 조작량이 입력된다. 그 때문에 앰프(2)는 열화에 따른 큰 조작량을 수신한다. 이것에 의해 앰프(2)는 열화되어 있지만 전력이 큰 고주파를 출력할 수 있기 때문에, 부하(4) 측에는, 충분한 전력의 고주파가 공급된다. 이와 같이 부하(4) 측에 공급되는 고주파의 전력이 충분한 단계에서, 유저는 앰프(2)의 열화를 파악할 수 있고, 예컨대 대체가 되는 고주파 전력 공급 장치의 준비나, 계획적인 처리의 정지를 행할 수 있다.
또한 알람(94)이 발하여진 후에도 고주파 전력 공급 장치(1)의 구동을 계속한 경우에, 앰프(2)의 열화가 진행되면, 전력의 목표치 P에 대한 조작량은 더 커진다. 그리고 머지않아 조작량이 제 2 상한 임계치 S2max를 상회한다. 이때 조작량 이상 검출부(93B)는, 예컨대 알람(94)을 발함과 아울러 고주파 전력 공급 장치(1)를 정지한다.
또한, 앰프(2)의 열화가 진행되면, 전력의 목표치 P에 대한 전류치도 더 커지는 것으로부터, 전류치가 제 2 상한 임계치 A2max를 상회한 경우에도 예컨대 알람(94)을 발함과 아울러 고주파 전력 공급 장치(1)를 정지한다.
또한 예컨대 파워 검출부(6)에 불량이 있는 경우에는, 예컨대 전력 측정치가 커져 버리는 일이 있다. 이 경우에는, 전력의 목표치 P와 전력 측정치의 차분치가 작아지고, 지령치가 작아지기 때문에, 조작량이 작아진다.
본 실시의 형태에 있어서는, 조작량을 감시함에 있어서, 전력의 목표치 P에 대한 증폭도의 하한 임계치 이상인지도 감시하고 있다. 그 때문에 이와 같이 증폭량이 너무 작은 경우에도 조작량이 제 1 하한 임계치 S1min을 하회했을 때에는, 알람(94)이 발하여지고, 유저는, 파워 검출부(6)의 불량을 파악할 수 있다. 또한 조작량이 제 2 하한 임계치 S2min을 하회했을 때에는, 고주파 전력 공급 장치(1)를 정지한다.
또한 조작량이 작아지는 것에 의해 앰프(2)로부터 출력되는 전력이 작아지는 것으로부터 구동 전류의 전류치도 감소한다. 본 개시와 관련되는 고주파 전력 공급 장치(1)에 있어서는, 전류치를 감시함에 있어서, 전력의 목표치 P에 대한 전류치의 하한 임계치 이상인지도 감시하고 있기 때문에, 마찬가지로 파워 검출부(6)의 불량을 파악할 수 있다.
이와 같은 본 실시의 형태와 관련되는 고주파 전력 공급 장치(1)는, 예컨대 기판인 반도체 웨이퍼(이하 "웨이퍼"라고 부르는 것으로 한다)에 플라즈마에 의해 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다. 플라즈마 처리 장치(40)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 처리 용기(10)를 구비하고, 처리 용기(10) 내에는 웨이퍼 W를 대략 수평으로 유지하기 위한 탑재대(15)가 지지 기둥(16)을 통해서 마련되어 있다. 처리 용기(10)의 측면에 마련된 11은, 웨이퍼 W의 반입출구이고, 12는, 게이트 밸브이다. 처리 용기(10)에는, 배기관(13)을 거쳐서 진공 배기부(14)가 접속되어 있다.
또한 처리 용기(10)의 천정면에는, 웨이퍼 W를 향해 기판을 처리하는 처리 가스를 공급하기 위한 금속제의 샤워 헤드(17)가 절연 부재(17a)를 사이에 두고 마련되고, 처리 가스 공급원(18)으로부터 공급되는 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하도록 구성되어 있다. 또한 샤워 헤드(17)에는, 정합기(19)를 거쳐서 고주파 전력 공급 장치(1)가 접속되어 있다. 따라서, 도 1에서 나타낸 부하(4)가, 이 예에서는 샤워 헤드(17)에 상당한다.
이와 같은 장치에 있어서는, 진공 분위기로 한 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 공급함과 아울러, 샤워 헤드(17)에 고주파 전력을 공급하여, 처리 용기(10) 내에 고주파 전계를 형성함으로써 처리 가스를 플라즈마화하여, 웨이퍼 W의 처리를 행한다. 그렇지만 고주파 전력 공급 장치(1)의 열화, 예컨대 앰프(2)의 열화를 파악하지 못하고 웨이퍼 W의 처리를 행하고 있으면, 웨이퍼 W의 처리 때에 앰프(2)에 고장이 발생하여 버리는 일이 있다. 이와 같이 웨이퍼 W의 처리 중에 앰프(2)에 고장이 발생하여 버리면, 처리 용기(10) 내에 고주파 전계를 형성할 수 없고, 처리 가스를 충분히 플라즈마화할 수 없고 웨이퍼 W의 처리가 불충분하게 되어, 웨이퍼 W의 제품 불량이 발생하는 일이 있다.
그 때문에 본 개시와 관련되는 고주파 전력 공급 장치(1)를 플라즈마 처리 장치(40)에 적용함으로써, 앰프(2)에 고장이 발생하여 버리기 전에, 앰프(2)의 열화를 파악할 수 있다. 따라서 웨이퍼 W의 처리 중의 앰프(2)의 고장에 따른 제품 불량을 억제할 수 있다. 또한 앰프(2)에 고장이 발생하기 전에, 미리 대체의 고주파 전력 공급 장치(1)의 준비나 계획적인 제품 처리 정지를 행할 수 있는 것으로부터, 웨이퍼 W의 처리 중의 고장에 따라 발생하는 불필요한 다운 타임의 삭감을 실현할 수 있다. 또, 부하(4)의 예로서는 상기의 샤워 헤드(17)로는 한정되지 않고, 탑재대(15)에 마련된, 전극이더라도 좋다. 고주파가 공급되는 그 전극은, 상기와 같이 생성한 플라즈마 중의 이온을 탑재대(15) 상의 웨이퍼 W로 끌어들이기 위한 것이다.
상술한 실시의 형태는, 고주파를 증폭하여 부하(4)에 공급하는 고주파 전력 공급 장치(1)에 있어서, 출력되는 고주파의 전력이, 설정된 전력의 목표치 P가 되도록 앰프(2)의 증폭도를 제어하도록 구성하고 있다. 그리고 증폭도를 조작하는 조작량을 감시하고, 조작량이, 전력의 목표치 P에 대응하도록 미리 설정된 조작량의 상한 임계치와 하한 임계치의 사이의 값으로부터 벗어났을 때에 알람(94)을 발한다. 또한 앰프(2)를 구동하기 위한 전류의 전류치를 감시하고, 전류치가, 전력의 목표치 P에 대응하도록 설정된 전류치의 상한 임계치와 하한 임계치의 사이의 값으로부터 벗어났을 때에 알람(94)을 발한다. 이것에 의해 앰프(2)의 열화를 파악할 수 있다.
또한 조작량을 감시하여 이상의 유무를 검출하는 조작량 이상 검출부(93B)와 앰프(2)의 전류치를 검출하여 이상의 유무를 검출하는 전류 이상 검출부(93C) 중 한쪽을 구비한 구성이면, 앰프(2)의 열화를 검출할 수 있지만, 조작량 이상 검출부(93B)와 전류 이상 검출부(93C)의 양쪽을 구비함으로써, 앰프(2)의 이상의 검출 정확도가 보다 향상된다.
또한 파라미터 검출부는, 앰프(2)로부터 출력되는 고주파의 전압 혹은 전류의 측정치를 구하는 전압 검출부, 혹은 전류 검출부를 이용할 수 있다. 그리고 검출된 전류 혹은 전압에 근거하여, 상기의 조작량이 결정되고, 그것에 근거하여 이상이 검출되는 구성이더라도 좋다. 전류를 검출한 경우에는, 전압으로 변환되어 측정치가 산출되고, 상술한 바와 같이 전력을 검출한 경우에도 마찬가지이다. 단, 정확도를 높게 제어하기 위해서는 전력을 검출하는 것이 바람직하다.
또한 앰프(2)가 정상인 상태에 있어서, 앰프(2)에 입력되는 조작량의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위는, 전력의 목표치 P에 따라 상이하다. 또한 앰프(2)가 정상인 상태에 있어서, 앰프(2)를 구동하는 구동 전류의 전류치의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위는, 전력의 목표치 P에 따라 상이하다.
예컨대 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 웨이퍼 W에 행하는 레시피마다, 예컨대 처리 시간이 상이한 경우가 있고, 요구되는 고주파 전력의 목표치 P가 상이한 경우가 있다. 그 때문에 레시피마다, 조작량의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위 및 구동 전류의 전류치의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위의 적절한 값이 상이하다. 따라서 조작량의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위, 및 구동 전류의 전류치의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위를 전력의 목표치 P마다 설정하는 것이 바람직하다.
또한 예컨대 조작량의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위, 및 구동 전류의 전류치의 상한 임계치와 하한 임계치의 범위를 레시피마다 설정하도록 하더라도 좋다. 또, 상기의 특허문헌 1에 대해서는 진공관에 공급되는 전류에 근거하여 진공관의 열화 상태를 검출하고 있지만, 본 개시와 같이 공급되는 전류의 상한 임계치 및 하한 임계치를 설정하고, 그 상한 임계치 및 하한 임계치와의 비교로 이상의 유무를 검출하는 것은 행하여지고 있지 않다.
또한 앰프(2)의 온도 변화에 의해, 앰프(2)의 이상의 유무를 검출하도록 구성하더라도 좋다. 파워 검출부(6), 컨트롤러(5), 증폭 소자(3), 전압 공급원(33), 고주파 발진기(20), 앰프(2)는, 하우징(201) 내에 마련되어 있다. 그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이 앰프(2)를 구성하는 회로는, 예컨대 집적 회로의 칩(200)에 포함되어 있다. 그 칩(200)은 하우징(201) 내에 마련된 기판인 회로 기판(202)에 탑재되어 있다. 그리고 칩(200)의 표면에 온도 센서(203)를 마련하도록 구성하고, 컨트롤러(5)에서, 온도 센서(203)의 검출 온도를 취득할 수 있도록 구성한다.
컨트롤러(5)는, 예컨대 온도 기억부(92D)를 구비하고, 전력의 목표치 P에 대응한 온도 센서(203)의 검출 온도의 상한 임계치, 하한 임계치가 기억된 온도 기억부(92D)와, 온도 센서(203)의 검출 온도와, 전력의 목표치 P에 대응한 검출 온도의 상한 임계치, 하한 임계치를 비교하기 위한 제 3 이상 검출부(93D)를 구비하고 있다. 또 도 6에 나타내는 컨트롤러(5)는, 도 2에 나타낸 컨트롤러(5)의 구성에 더하여, 온도 기억부(92D)와, 제 3 이상 검출부(93D)를 구비한 구성이지만, 생략하여 기재하고 있다. 도 7은 온도 기억부(92D)에 기억된 관계식을 모식적으로 나타낸 그래프도이다. 이와 같이 온도 기억부(92D)에는, 전력의 목표치 P마다 설정된 온도의 상한 임계치 Tmax와 하한 임계치 Tmin이 기억되어 있다.
예컨대 앰프(2)가 열화되어 앰프(2)를 구성하는 회로의 저항이 상승했을 때에는, 발열이 커져 검출 온도가 높아지는 것으로부터, 각각의 전력의 목표치 P에 있어서 앰프(2)가 열화되었다고 판단할 수 있는 온도를 온도의 상한 임계치로서 기억한다. 또한 앰프(2)가 정상적으로 구동되고 있을 때에 검출되는 온도의 범위의 하한 임계치를 그 전력의 목표치 P에 대응한 온도의 하한 임계치로서 기억한다.
그리고 제 3 이상 검출부(93D)는, 칩(200)의 온도가 전력의 목표치 P에 대응하여 설정된 온도의 상한 임계치를 넘고 있을 때에는, 알람(94)을 발한다. 이와 같이 구성함으로써 앰프(2)의 발열에 의해서도 앰프의 열화를 파악할 수 있어, 앰프(2)의 열화를 확실히 파악할 수 있다. 또한, 온도 센서(203)의 불량에 의해, 검출 온도가 하한 임계치를 하회하는 경우가 있다. 이 경우에는, 그 온도 센서(203)의 불량을 추정할 수 있다.
이 온도 센서(203)에 의해 검출되는 온도 범위에 대해서도, 조작량의 범위와 마찬가지로 제 1 상한 임계치, 제 2 상한 임계치, 제 1 하한 임계치, 제 2 하한 임계치를 설정할 수 있다. 그리고, 검출 온도와 각 임계치의 비교 결과에 의해, 알람의 출력과, 고주파 전력 공급 장치(1)의 동작 정지를 구별하여 행하도록 할 수 있다. 온도 센서(203)에 대해서는, 검출 온도가 앰프(2)를 구성하는 칩(200)의 온도에 대응하면 되기 때문에, 하우징(201) 내에 있어서 칩(200)으로부터 떨어진 위치에 마련되어 있더라도 좋다. 단, 상술한 바와 같이 칩(200)에 마련함으로써 앰프(2)의 상태의 변화를 온도 변화로서 정밀하게 검출할 수 있으므로 바람직하다.
또한 조작량 이상 검출부(93B)에 있어서, 조작량을 감시하여 이상의 유무를 검출함에 있어서는, 조작량의 값과, 전력의 목표치 P에 대한 조작량의 상한 임계치 및 하한 임계치를 비교하는 것으로 한정되지 않는다. 예컨대 단위시간당 조작량의 변화율을 측정하고, 조작량의 변화율이 소정 임계치를 넘을 때, 앰프(2)의 열화라고 판단하도록 하더라도 좋다.
또한 종래 행하여지고 있던 바와 같이 전력 측정치의 값을 감시하고, 전력 측정치가 임계치를 하회했을 때에 알람(94)을 발하거나, 장치를 정지하도록 제어하는 것과 조합하더라도 좋다.
그런데, 증폭 소자(3) 중의 D/A 컨버터(31)는 컨트롤러(5)에 포함되어 있더라도 좋다. 또한, 앰프(2) 및 증폭 소자(3)는 일체화되어 있더라도 좋고, 각각이 2개 이상 복수로 분할되어 있더라도 좋다. 그 경우, 각각의 앰프(2), 증폭 소자(3)에 대하여 상술한 수법으로 열화의 검출을 행하더라도 좋다.
또한, 각 앰프(2), 증폭 소자(3)에 대하여 검출된 상술한 열화 상태를 나타내는 전류치나 조작량을 각각 합계하고, 이 합계치에 근거하여 이상인지 여부의 판정을 행하더라도 좋다. 앰프(2)의 증폭도를 증감함에 있어서, 상기의 예에서는 직류 전압(FET(Field effect transistor))의 소스 전압을 고정하고, 게이트 신호의 레벨을 증감시킴으로써 행하고 있다. 단, 게이트 신호의 레벨을 고정하고, 소스 전압의 증감에 의해 행하더라도 좋다.
이상에 검토한 바와 같이, 이번 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부된 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되더라도 좋다.
1 : 고주파 전력 공급 장치
2 : 앰프
3 : 증폭 소자
6 : 파워 검출부
20 : 고주파 발진기
22 : 전류 공급부
93B : 조작량 이상 검출부
93C : 전류 이상 검출부

Claims (9)

  1. 고주파 전력 공급 장치로서,
    발진기로부터 공급되는 고주파를 증폭하여 부하에 공급하는 증폭부와,
    상기 증폭부로부터 상기 부하에 공급되는 전류, 전압 또는 전력의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부와,
    상기 증폭부를 구동시키는 구동 전류를 공급하는 전류 공급부와,
    검출된 상기 파라미터에 근거하여, 상기 증폭부의 증폭도를 변경하는 지령 신호를, 그 파라미터가 목표치가 되도록 출력하는 지령 신호 출력부와,
    상기 구동 전류를 검출하는 전류 검출부를 구비하고,
    상기 지령 신호 출력부는, 상기 구동 전류의 상한치 및 하한치를 기억하는 전류 데이터 기억부와, 상기 구동 전류의 상한치 및 하한치 중 적어도 하나에 근거하여 이상의 유무를 검출하는 제 2 이상 검출부를 구비하는
    고주파 전력 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지령 신호 출력부는 상기 지령 신호를 감시하여 이상의 유무를 검출하는 제 1 이상 검출부를 더 구비하는
    고주파 전력 공급 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증폭부는 전단 측의 증폭부와, 후단 측의 증폭부를 구비하고,
    상기 지령 신호에 의해, 상기 전단 측의 증폭부의 증폭도가 변경되고,
    상기 전류 검출부는, 상기 후단 측의 증폭부에 공급되는 구동 전류를 검출하는
    고주파 전력 공급 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 이상 검출부는, 상기 목표치에 근거하여, 미리 설정된 증폭도의 상한치를 넘는 증폭도에 상당하는 지령 신호가 출력될 때에 이상을 검출하는 고주파 전력 공급 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 전류의 상한치 및 하한치와, 목표 전력치에 따라 미리 설정된 상기 증폭도의 상한치 중 적어도 한쪽은, 상기 전력의 목표치마다 설정되어 있는 고주파 전력 공급 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증폭부를 격납하는 하우징과,
    상기 하우징 내의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    검출된 온도에 근거하여 이상의 유무를 판정하는 제 3 이상 검출부
    가 마련되는 고주파 전력 공급 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 증폭부는, 기판에 탑재되는 집적 회로의 칩에 포함되고, 상기 온도 센서는 그 칩의 표면에 마련되는 고주파 전력 공급 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부하는, 반도체 기판을 격납하여 플라즈마 처리하는 처리 용기에 마련되는 부재인 고주파 전력 공급 장치.
  9. 고주파 전력의 공급 방법으로서,
    발진기로부터 공급되는 고주파를 증폭부에서 증폭하여 부하에 공급하는 공정과,
    상기 증폭부로부터 상기 부하에 공급되는 전류, 전압 또는 전력의 파라미터를 검출하는 공정과,
    검출된 상기 파라미터에 근거하여, 상기 증폭부의 증폭도를 변경하는 지령 신호를, 그 파라미터가 목표치가 되도록 출력하는 공정과,
    상기 증폭부를 구동시키는 구동 전류를 검출하고, 미리 전류 데이터 기억부에 기억된 상기 구동 전류의 상한치 및 하한치 중 적어도 하나에 근거하여 이상의 유무를 검출하는 공정을 포함하는
    고주파 전력의 공급 방법.
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