TW480414B - Electron density measurement and plasma process control system using a microwave oscillator locked to an open resonator containing the plasma - Google Patents

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480414 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 ___ 五、發明說明（1 ) 相關申諸之交互參考 本發明與共同申請”利用電漿感應一微波振盪器之頻率 改變之電子密度量測及控制系統"，律師案號2312-0711-2YA PROV及”利用含電聚之開放共振器之共振頻率改變 之電子密度量測及電漿處理控制系統"，律師案號2312-0710-2 YA PRO V，二申請均同時提出。二申請均以參考方 式併入此間。 發明詳細説明 發明範圍 本發明提供一方法及一系統用以量測電漿處理系統中， 如半導體處理系統中之電子密度。 背景説明 一次大戰之後，數個大學研究組利用在戰時發展之微波 技術，研究部份離子化之氣體。特別是，麻省理工學院之 伯朗敎授一組，發展出及利用所謂”空腔”技術以量測部 份離子化，電氣半中性氣體，稱爲電漿之電子密度。 在此程序中，由於在空腔中出現電衆之結果，微波空腔 之共振行爲之改變被加以研究。特別是，利用一圓筒型以 其最低或接近最低之共振模式作業之空腔，氣體包含在一 同軸硼矽酸玻璃或石英管中。在每一平面末端表面^備有 一孔隙以使經由空腔通過此管。 在微波空腔中出現電漿通常將影響，特別空 振頻率及共振之銳度（Q)，如欲使共振模式被激勵:、 微波信號頻率之準確度必須固定。利用一擾動原理，可能 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 训414 A7 B7 五、發明說明（2 ) 將此等參數中之改變與電子密度及電漿中電子撞擊頻率有 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 種關係。擾動原理僅在把滿足下列條件之（孤度）頻率時 有效： ω2 >> ωρ2 三 3.18 X 1〇9 Νβ 其中ωρ爲電漿（弧度）頻率，及队爲電子/cm3之電子密度。 結果，爲診斷具有1〇12 cm·3範圍之電子密度之電漿。重要 問題是，需要一微波信號頻率（ω /2 π )超過數十個GH z。 數十個G Η z之#號頻率需求構成一極大問題。設計以其 取低或接近最低共振模式作業之空腔之實際尺寸，係在信 號波長之範圍。因此以約35 GHz頻率共振之空腔之尺寸 約爲一公分。使用此極小之空腔作電子密度之量測十分困 難。 原則上可能利用一空腔，其設計以較高範圍模式共振以 克服最低或低範園模式共振之微小尺寸有關之問題。如採 取此方法’確切瞭解一特別激勵之空腔模式乏實體，極端 困難。結果應用擾動原理以決定電子密度及電子撞擊頻 率，如非不可能亦極端困難。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 應付此一問題之方法爲利用一 ”開放，，共振器，即一共振 器’其電磁場未受完全（接近完全）包封之導電表面所限 定。開放共振器之一實際例子，爲一對大孔隙，圓形對稱 心端鏡’其具有平面或曲表面，在其間並無限制圓形對稱 導電表面。此型共振器曾由A. G F〇x&T Li_細揭示於，· 在MASER干涉儀中之共振模式"，刊於Bdl System

Technical J〇urnai，卷 4〇，453-488 頁，1961，3 月版。彼 -5- 本紙張尺度適用中_冢標準（CNS)A4規格⑽χ 297公髮） H6U414 A7

五、發明說明（3 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 等W爲任何模式’如能被認爲包括一平面波成份，與對稱 軸成一角度傳播，將不會被激勵，即有一低(5値。事實 ^，以開放共振器而τ，具有在特殊頻率範圍内之共振頻 率之可用模式之數目，較小型閉合之共振器之等値數目少 得多。開放共振器之此一特性提供研究者許多機會，以擴 展高於35 GHz頻率之共振電漿診斷技術。 一微波能I可自一波導饋送器，利用波導饋送器耦合至閉 合共振器之同一原理，耦合至開放共振器。共振器鏡中之 隸合孔隙之位置，頻譜旋轉及尺寸，必須與電磁場之構型 適切相關，以達理想共振模式。輸入及輸出耦合孔隙可在 同一鏡上’亦可使輸入孔隙在一鏡，而輸出孔隙在另一鏡 上。 巳知電子可碉譜微波振盪器係由共振空腔及微波鐘頻器 之助而達到頻率穩定。其基本觀念由不同之Μ·Ι Τ輻射實 驗時報告及輻射實驗時系列詳細刊於1947年之McGraw_ Hill公司。利用此等振盪器可使電可調諧振盪器，以便在 頻率改變時追蹤微波共振器之共振頻率。此一技術之廣泛 討論刊於Μ·Ι·Τ·附設研究室系列之微波量測技術之卷丨j，

Carol Η· Montgomery，所編輯，1947 年由 McGraw-Hill 出 版公司，58-78頁刊出（此後稱爲"Montgomery")。其内容 全部以參考方式併入此間。圖1所示爲一穩定電路i 〇 2之 方塊圖。圖1與Montgomery之圖2.29，6 0頁之圖相似。利 用微波干涉儀亦揭示於二知名刊物：（1)"在處理電漿中密 度量測穩定用之微波干涉儀”，pearson等人所寫，刊於材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — I11II — — — — I I I I I I I I ^ --------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480414 A7 ____________ 五、發明說明（4 ) 料研究學會月刊，卷m (編輯Hays等人），DM， 3 17頁及（2)"供在TFTR上量測線積體電子密度之卜毫米微 波干涉儀”，猶innno等人所寫，刊於Rev ^工恤腿 56(5)，1 9 8 5，5 月，908-910 頁。 當振盪器100之頻率與微波空腔1〇5之共振頻率不同 時，鑑頻器1 1 0產生一信號。鑑頻器i i 〇之輸出由放大器 115加以放大。放大之鑑頻器信號12〇於是被饋送至振盪 器1 0 0，孩信號並具有所需之極性以使振盪器i 〇 〇之頻 率’向微波空腔105之共振頻率移動。 如振盪器1 00之頻率利用穩定電路i 〇2鎖住微波空腔 1 0 5之頻率，調諧微波空腔i 〇 5可使振盪器丨〇 〇追蹤共振 頻率在一範圍内，該範圍受到放大器1 i 5之電子調諧能 力，及附屬微波電路之頻率靈敏度所限制。M〇ntg〇meryi 6 9頁中揭示一可調諧振盪器。 如圖1所示，穩定系統1 02之主要組件爲微波鑑頻器 110及放大器115。鑑頻器11〇有二種構型’。圖2顯示鑑 頻器110心第一實施例，其包括一方向性轉合器15〇及一 橋路160 (即知名之魔術T)。橋路160將短路，長度爲X 之波導165反射之信號’與由長度爲x_Ag/8之線175所饋 送之微波空腔1 〇 5反射之信號加以比較，其中λ爲波導波 長。此微波信號在臂部1 8 0 (Η平面手臂）通過方向性摘合 器150，進入橋路160。方向性耦合器15〇之臂部係自微 波振盡器1〇〇至鑪頻器之輸入。在橋路160之Τ型接點 1 8 5，自接點離開之相同波幅及相位之各波在短路波導 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ，丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨·丨丨丨丨丨丨丨訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 6 5及線1 7 5 (總稱爲S臂部）所激勵。 时=二實施例中’微波鏗頻器11G可由取代方向性搞合 二… 魔術T而實現。此點並不驚奇，因爲魔術 T係3 dB方向性耦合器之等値品。 本發明概诚 本發明之一目的爲利用一鎖住本雨、 %漿<開路共振器之一 摧微波共振器，提供一改進之電漿 統。 …子欲度量測及控制系 本發明另-目的爲提供一堅強之電漿電子密度之控制， 其万法屙當振盪器不能鎖住一共振模式時，追蹤另一乒振 模式。 八 本發明此等目的可利用頻率穩定系統將本地振盈器之 率、’鎖住-開放微波共振器之預選共振頻率達成，此係 由於引進電漿於開放共振器内而引起之共振頻 實施。 圖式簡略説明 — 1 _一 ,本發明之更佳瞭解及其伴隨之優點，將可自以下之詳 氣明及參考附圖而更爲清楚，其中： 圖1爲一知名穩定電路之方塊圖，該電路用以匹配一 波空腔及本地振盪器之頻率； 圖2爲用於圖丨中之穩定電路之知名鑑頻器之立 明； 圖3爲爲圖2之鑑頻器之立體説明，其已應用在含電 之開路共振器上，其中之開路共振料爲_穩定共^器 頻 在 時 微 説 漿 -----------^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -8 - 五、發明說明（6 圖Μ根據變化之頻率之鑑頻器ιι〇之輸出曲線； 圖5爲本發明一振盪器穩定電路之方塊圖； 圖 請 圖6局本發明電漿產生控制系統之第一實施例之方塊 、圖7爲本發明利用一數位信號處理器之電漿產生控制系 統之第一實施例之方塊圖； 圖8爲只施本發明控制系統之一部份之電腦方塊圖； 圖9顯示本發明一實施例之自微波橋路獲得之示波器圖 形。 輕佳實施例詳知囀明 參考各圖式，其中相同參考號碼代表各圖中之相同或對 應零件。圖3爲圖2之鑣頻器之立體説明，其已應用在一 〇 %水之開放共振器上，該開放共振器作爲穩定共振器之 用，。圖3中之大部份元件均已參考圖2説明，故此處不再 贅述。但，圖2中之微波空腔1〇5已由含電漿·之開放共振 器1 7 0所取代’整個系統之作業説明如下。 在與其共振頻率甚爲不同之頻率，共振器17〇將其反 射，幾乎如在耦合膜片之平面中有一短路存在一樣，即球 形鏡中之一圓洞，作爲線175及共振器17〇間之介面。精 於此技藝人士可瞭解，圓洞之尺寸及形狀可由實驗方式決 定。此外，球形鏡上之耦合膜片之位置必須不激勵共振器 170内足理想共振模式。結果，在此頻率下，向短路波導 1 6 5及線1 7 5中之接點反射之波，到達接點〗8 5成π /2反 相。竊合至端點200及205之已匹配檢波器（未示出）將輸 9 本紙張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480414 五、 發明說明（7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 出相同電壓，電壓間之差爲零。 但，在共振器170之共振頻率，共振器17〇之導纳之作 用恰似其爲位於耦合模片之平面之純電導一樣。自丑振器 ^與短路波導165反射之波相結合，俾相同波幅之波^ 出現在端點200及205。檢波器之輸出再度相等（雖然虚 共㈣率甚遠之値不同）。以頻㈣自共振頻㈣位之頻 率T ’共振器17G之導納有―非零電纳，其對小於共振頻 率又頻率爲電感，大於共振頻率之頻率爲電容。在业振之 一側，耦合至端點205之檢波器接收較多功率，耦合至端 點200之檢波器則接收較少之功率；故輸出功率不平等。 結果，其間之差異爲非零。在共振之另_侧，耦合至端 2〇 5之檢波器接收較少功率，耦合至端點2㈣之檢波器 收車义夕功率。纟差異再度爲非零’但代數符號相反 M〇ntgomery之M頁有一數學分析。自鑑頻器ιι〇之代 輸出電壓見圖4所示。 頻率在fA&fB間之本地振盪器之穩定係可能的，因該 率範圍對應圖4所示之鑑頻器特性之極端電壓^及％。 下説明頻率控制之分析。在fA#fB間之㈣^⑽之輸 斜，:以_p表之，p爲一正値，其單位爲伏特/赫兹。奇 振盪器100有一單調調諧特性，當加至調諧輸入之電壓更 士時，頻率增加，於是，調諧特性可爲-近似直線，斜率 AR，其中之R爲一正數單位爲赫茲/伏特。此外，放大器 1 1 5之增益如圖1所示，此後由G表之。 如系統調整後，俾（1)鑑頻器110之輸出電壓在頻率心時 點 接 表 頻 以 出 當 I i^w— ^--------^----I---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10 - 480414 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 爲0，如圖4所示，（2)振盪器1〇〇在匕鎖住共振器17()之 共振頻率’及（3)共振器170之共振頻率由於引進電漿而 增加’作用在鑑頻器之效益將轉換爲向較高頻率，故零交 叉點自f〇移至頻率f0，>f〇。結果鑑頻器11〇之輸出爲一正電 展’其使鎖住振盤器1 0 0之頻率增加。系統穩定後，鐘頻 器1 10之輸出電壓爲：

Vdisc = p(f - f〇f)? 其中f爲振盧器頻率，係空腔共振頻率改變之結果。注 意，Γ必須小於f0’，否則將無改正電壓，振盪器頻率將保 留在f〇。放大電壓爲： 一

Vamp = Gvdisc =Gp(f〇丨-f丨）。 放大之電壓使頻率改變；故Vamp可寫爲：

Vamp - R(f’ - f〇) 如放大器之增益甚大，R/PG<<1，則：

pG

(/Λ pG 十 R 此式代表鎖住（即已穩定）振靈器之頻率改變事實上與共振 器1 7 0之共振頻率改變相同。 圖5爲圖形説明一利用開放共振器作爲頻率決定元件之 振盪器穩定電路。此元件連接至開放共振器丨7 〇 ,作爲一 微波鑑頻器，與圖3之微波鑑頻器相似。在此實施例中， 共振器有一輸出模片，其與輸入模片分開，並自其解除耦 合，除微波信號之頻率與開放共振器之共振頻率對應之外 (即在共振器Q値限制之内）。雖然無法保證耦合孔隙僅激 -11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） II---I ^ ------11 ^ — --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i 480414

五、發明說明（9 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 勵理想共振模式，鏡之直徑與曲率半徑及鏡與鏡間之距 離’可加以選擇以引入模式退化之方法，以降低與不同共 振頻率之模式特性之激勵有關之複雜性。 在本發明之一實施例中，輸入及輸出微波至開放共振器 之連接均連接至同一反射器上。此點在製造上較爲方便， 較私路之輸入微波連接在一反射器上，而輸出微波連接 則在另一反射器上。事實上在二構型之電性能上，並無大 差別。因此，另一實施例中，連接係連至相對反射器上。 圖5中之鑑頻器構型較圖3中之鑑頻器爲優。圖3之鐘頻 為中’自穩定共振器反射之微波信號，在共振及離共振實 均大，除非共振器偶合接近臨界。此意義爲，追蹤通常以 大信號中之小改變實施。以圖5之傳輸共振器言，傳輸之 微波信號在離共振時爲零，共振時則甚大；故比較爲共振 時之大信號與離共振時之小信號。 圖5之結構爲開放共振器i 7 〇經輸出模片耦合至魔術 T160底臂（即E臂）。輸入可供至Η或E。視其連接何者， 波導長度可予調整以適應魔術Τ160之交互方向。檢波器 500Α及500Β分別連接至魔術Τι60之左及右臂。檢波器 500Α及500Β連接至一不同放大器510之正及負輸入。在 另一實施例中，不同放大器510爲一直接耦合放大器。在 又一實施例中，不同放大器5 1 0爲一 IF放大器，其用途如 Montgomery之2·17節中之；"I_F穩定系統"所述。—不同放 大器5 1 0的輸出作爲一施加至電壓受控振盪器5 2 〇 (例如 一 35 GHz電壓受控振盪器）頻率控制電壓。不同放大器 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） •ϋ i· fl—· n iaf n imam n I · n —Bi tmmmm n« lm§ ϋ n .1 ，· I I I ·* mt I 靡 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480414 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（1〇) :1 〇之輸出連接至方向耦合器5 3 0，其將信號耦合至相移 。耦合信號移相之後，相移器5 4 0將移位信號加至 罘衰減器550Α，其將相移之衰減信號加至魔術Τ160之 Η臂。 一微波橋路之動作視二微波信號之相關相加而定，一參考 信號及另-通過共振ΙΜ羑，自帛放共振器傳輸之信號，如 圖5所示。爲使微波橋路適當發揮功能，參考其信號路徑 之電長度（即與對應物理長度相關之相位改變）必須有適= 關係，取理想，此關係應於頻率無關。此外，重要的是， 一路徑之電長度必須與橋路中使用之魔術了之參考平面位 置有關而決定。如此方面未加注意，橋路輸出信號機不會 具有爲頻率之函數之理想特性，橋路亦不會發揮理想功 能。雖然電路僅能在機械尺寸適當相關之後予以裝配，僅 在電長度能適當相關之後，才能適當作業。 此外，由晶體檢波器反射回至魔術Τ之寄生信號，該信 號僅稍爲不匹配，或自開路共振器之輸出埠，此等寄生信 號乃潛在問題，並可能造成實際橋路輸出特性與理想形狀 有大幅不同。在一實施例中，配置在魔術τ之輸入臂中之 隔離器，用來使此問題緩和。 b參考及#號路徑之電長度甚短，與二路徑相關之相位 差之需求，對頻率改變並不敏感，對有關頻率時常可以滿 足而無太大困難。換言之，當某些重要元件由於實際限制 必須甚長，此問題更爲困難。在此情況下，實際電路之設 計必須使與二路徑之電長度相關之所需相位差，必須保持 13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---I--I---^--------^------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

480414 五、發明說明（11 ) 在最大可能程度。例如，如電路中之二路徑長度之差大於 波長I四刀I一（冗/2弧度或9〇度之相差），將此二路徑構 造成彼此相似，但四分之—波長之差異除外，即使可能使 了分支較另一分支短一設計頻率波長之一整數。雖然後面 之選擇在β又计頻率上，並無實際之電結果，二路徑間相位 差之頻率依存關係將大於接近相等電長度之路徑。 在一微電腦橋路電路之實施例中，利用一相移器以建立 參考及信號路徑間所需之相位差。此系統亦包括在信號路 徑中I隔離器，其可使僅能在自開放共振器之方向傳輸至 魔術τ。此舉可消除在信號路徑中之魔術τ埠開始之反 射，而引起之不理想效應之可能性。第二個隔離器可包括 在參考信號路應内，理由相同。二衰減器包括在參考路徑 内以方便，經由參考及信號路徑入射在魔術τ上信號之波 幅之相等化。 圖9之視波器説明根據本發明一實施例之微波橋路而獲 得之仏號。鐘頻器輸出由最下方之曲線標記爲所 代表。在該曲線中之二較大波形代表，對應理想開放共振 器模式之鑑頻器輸出。位於二較大波形間之較小之鑑頻器 輸出係由於所謂”偏軸"模式値之不理想激勵所致。在另 一實施例中，鏡直徑降低，一吸收孔隙加在鏡中，及/或 一耗合孔隙配置在鏡之實際中心以降低不理想之激勵。 全部信號處理均由耦合電壓控制5 2 0不僅至相移器5 4 0 並且至第二衰減器550B及至頻率計5 7 〇而加以控制。衰減 器55 0B之衰減輸出加在開放共振器（含電漿），因此，導 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） ϋ n H ϋ n n n n ϋ n · n I 1 >1 n ϋ n^OJa ημβ mv w w mm mm 曾 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 04 8 A7 B7 五、發明說明（12 ) 致之内部電場利用輸出膜片加以取樣。 圖0爲本發明電漿產生器控制系統之第一個實施例之方 塊圖。爲提供此一控制系統，必須考慮以下額外之限制。 1·鎖住振盪器之頻率改變必須經常小於共振器共振頻 率改變之範圍，但如放大器增益夠大，差異亦可使其爲 相當小。但，爲防止不穩定問題，放大器增益選擇爲不 致太大。 1 ---- 2·最好，在整個作業期間之電漿電子密度之全部範 圍，振盪器應鎖住（即被穩定）同一共振器模式（即振盪 頻率）。一適當振盪器1〇〇 (實態振盪器）之控制電壓之範 圍應在+ /-5 V供所述之頻率範圍。此舉代表放大器乏輸 出應爲一線性動態範圍，在+/-2〇 V。 3· 振盪器1〇〇，在一特殊程序期間，最好不移位至不 同振蓋模式，雖然無需知道振盪器1〇〇鎖住之特殊模 式。模式移位可導致加在振盪器100之調諧元件之電壓 改變之辨認。調諧電極電壓甚易監視，即檢查加至振還 器1 0 0之電壓改變即可。 模式數不需知道，是因爲一開放共振器 、佩杂〈共振頻率間之 關係。例如一共焦共振器之共振頻率可由下式表之·

C 2nd t 其中之11爲共振器中媒體之拆射率，C爲眞空中之光速，d 爲反射器175間之距離（圖6)。及q爲軸模式數。自此式了 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

J 1 — — — — — — — — — - I I I I I I I ^ ·11111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 480414 A7 B7 五 ___ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（13) 得： ㈣=η· Hqtn) 其與軸模式q無關，因爲η與模式數無關。但q必須在分子 與分母中爲同値，代表振盪器保持鎖住同一模式。 如折射率在反射器間區域不均勻，f(q，n)由f(q，<n>)所取 代，其中之<n>爲沿二反射器間一路徑以作業頻率之平吟 折射率。結果 (η) J ndx ί(ς,υ d - f(qt(n)) 已知折射錄與電漿密度N之關係可以下式表之 . Λ/Θ2 1 _ —--- 1 - Ί\ e〇m(2n〇2 N Jj 其中之e爲一電子之電荷強度，m爲電子質量，s。爲自由 空間之介電常數，f爲信號頻率，fp爲電漿頻率。如 則 8n2e0mf2 ------裝·-------訂--I------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 結果得： -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480414 A7 B7 五、發明說明（14 ! ndx =r d j Ndx. 自前所得之值 可得： d fndx, d f(q^) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上式提供以簡單頻率量測方式，沿反射器____ 忿度近似値。反之，單一量測系統提供該系統反射器間之 路板I平均電装密度之値，多系統，即二或多個系統可在 同、程序至同時提供電將密度頻譜變化之額外資訊。不用 一 、、之量測系統，另一實施例利用（1 )處理室外部 之同量’則系統及（2 )室内之不同組之鏡，其連接至室外 部，量測系统。又一實施例，經由利用一處理室外部之控 制器，以提供在處理室内可移動反射器。如使用非硬式波 導，在處理室内移動是可能的。 微波鑑頻器電路對振盪器失去控制之可能性，可能造成 更複雜之問題。如振盪器頻率無法鎖住，假定頻率 f(q，<n>)，在失去控制時，將移向f(q，1}。如發生此事，開 放共振器内之電磁場將衰退，直到振盪器頻率趨^ f(q-l，<n>)。在該點時，開放共振器内之電磁場將擗加， 頻率控制電路可再度獲得控制，而.穩定振盪器^率^於 f(q-l，<n>)。如在時，未能重獲控制，頻率衰減 間路徑之電漿 ---— Ill--... ·丨丨丨丨丨丨丨訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -17

五、發明說明（15 將持續，直到振盪器頻率到達f(q-2，<n>)。此一程序應當 ^續直到振盪器頻率鎖住共振頻率f(q-w，<n>)，其中w 爲一正數，其範園由1至3。 、 、局説明自此系統獲得之實驗資料，整數w必須已知。爲 決走W ’小里功率自開放共振器1 7 0耦合並饋至檢波器 2 2 0 ’（晶體檢波器）及計數器2 3 〇，如圖6所示。如開放 =振器170之電場由於失去振堡器頻率控制而崩潰，檢波 器2 2 0 i輸出將爲零，計數器2 3 〇記錄i事件。例如，如 振盧器100在f(q，<n>)時，失去控制，其頻率在 時再度捕捉，計數器2 3 0將記錄1事件。如直到£(^2’，<η>) ，控制未能再度獲得，計數器2 3 〇將記錄2事件。如檢波 器2 2 0之輸出爲零，控制可再度建立。 假定此暫時之頻率失控導致由模式q改變至模式q-w。 此時，平均折射率< n >可以下式表之： (n) = H. f(q-w,(n)) 以一空共焦共振器言，[(q-wj)可以下式表之： f(q-w^) = f(q,1)-w 結果， 〈n〉= f{qA)-w(c!2d) f(q-wt(n)) 由於決定<n>之必要資訊均爲已知，本發明之系統及（方 法）可用以產生一控制電壓，由其控制電漿產生器24〇(使 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝i I丨 訂---------參. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480414 五、發明說明（16 ) 用或不用控制電壓信號整形）。如圖6之實施例所示，電 漿產生器2 4 0利用第二頻率鑑頻器丨1〇，加以控制。第二鑑 頻器110’將振盪器100之頻率與電漿產生器參考共振器 2 4 5 (即頻率計）之共振頻率加以比較，其以電腦設定至理 想鎖住振皇器頻率，如下式： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中之<nd>爲此程序之理想平均折射率。較佳之作業模式 時，振盥器100在整個程序w = 〇期間保持鎖 式。但，爲普遍性之理由，假定振盛器100之頻;最= 住模式q之頻率，隨後鎖住模式q_w之頻率。如上所討論 者，W假定爲已知。、 第二鑑頻器110,作用爲電槳產生器控制鑑頻器，及有一 輸出，其特性與圖4所示之特性相似。鐘頻器11〇1可加以 選擇’、俾其具有一 f(q_w，<n>) < ^之正電壓，一 〉之負‘電壓及f(q-w，<n>) = f〇sc之零電壓。 々艮據本發明，系統可控制如下： 1·將電漿產生器240之電源關掉，調整鑑頻器 」放大器1〇5及振盪器100，俾振盪器1〇〇鎖住開放共振 器之方便模式。 2·計算對應<^>，<n>之理想値之振盪器丨⑽之頻 率。 〆、 3；當電浆產生器控制電路102,脱離時，將電漿產生器 控亲!Γ共振器245設定在步驟2所計算之頻率 口 --裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —訂---------. -19- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480414 A7 B7_____ _ 五、發明說明（17 ) 4.將（1)電腦250，（2)控制電路元件及電漿產生器 240激勵。 5·監視電漿產生器控制放大器115,之輸出電壓，以證 實全部控制系統之功能正常。

在圖7所示本發明之另一實施例中，圖6之實施例之一 部份由一數位信號處理器（DSp) 290及支援電路所取代。 特別是（1)電腦，（2)第二穩定器1〇2,及（3)電漿產生器參 考共振器245，由（1) DSP 290，（2)至少A/D轉換器 (270A)及（3)二 D/A 轉換器（280A 及 280B)所取代。DSP 290響應三個輸入：（1 )供振盪器頻率之振盪器控制電 壓，該頻率對應理想電漿密度，該電壓經資料輸入裝置 27 5進入（經A/D轉換器270B之一電位表或一键盤）；（2) 具有由A/D轉換器270A轉換之穩定器電路1〇2之電壓之數 位等値；及（3 )由連接至開放共振器i 7 〇之輸出線之檢波 器220讀送之計數器230之輸出。 如開放共振器1 7 0之電磁場因爲振盪器頻率之失控而崩 潰，在開路共振器170之輸出線中之檢波器220之輸出將 降至零’計數器2 3 0將記錄此一事件。鎖住失去時可用以 通知DSP 290開始一算法，以再度建立以下所述之鎖住， 及/或警告裝備作業員關於已失去鎖住，及裝備失效之可 能性。應注意，檢波器220之零輸出意指振盪器頻率未能 鎖住開放共振器170之共振頻率。 DSP 290之一輸出由D/A轉換器28ΌΑ轉換爲一類比信 號’該信號用來作爲振堡器1 〇 〇之控制電壓。DSP 290之 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------^ --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480414 A7 B7_ 五、發明說明（18 ) 第二輸出由D/A轉換器280B轉換爲一類比信號，用來控 制電漿產生器240。 電漿產生器控制電壓之改變可造成電漿密度之改變，因 而造成鑑頻器110，鑑頻器放大器115及A/D轉換器270A 之輸出改變。DSP 290經由D/A轉換器280A響應控制電壓 之改變，因此共振器1 0 0之頻率亦改變。振盪器控制電壓 之更新値爲更新之電漿密度之量度。DSP 290將供應至振 盪器1 0 0之控制終端之電壓之數位等値，與經輸入裝置 2 7 5進入之資料加以比較，及經由D / A轉換器280B發出一 適當控制信號至電漿產生器240。鎖住之振盪器100之輸 出於是供應至電漿室。 系統之取樣期間加以選擇，以確保失去控制之情況可被 DSP 290辨認。DSP 290於是利用不同算法以再度建立振 盪器頻率及開放共振器之共振頻率間之鎖住。第一個算 法，根據一或多個測得之參數，如射頻頻率（RF )功率， 氣體壓力，氣體流速，室溫度及電漿光信號調，計算期望 之電漿密度。DSP 290於是在計算之頻率限制内，搜尋鑑 頻器零。第二個算法，量測模式間之空間以決定適當電漿 f 密度，於是以決定之密度執行搜尋一鑑頻器零。 圖8爲圖6中所示之電腦2 5 0之一實施例之立體説明，用 以控制電漿產生器2 4 0。電腦2 5 0包括一電腦外殼4 0 2， 其包含一主機板404，主機板含CPU 406，記憶體40 8 (如 DRAM，ROM，EPROM，EEPROM，SRAM，SDRAM 及 閃光RAM)，及其他光學目的邏輯裝置（如ASICs)或可構 21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂----- 蠢· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480414

五、發明說明（19) 型邏輯裝置（如GAL可程式之FPGA)。電腦25〇亦包括許 多輸入裝置（如鍵盤422及滑鼠424)，及顯示卡410用以 控制監視器4 2 0。此外，電腦系統2 5 〇尚包括一軟磁碟機 414 ’其他可拆下媒體裝置（如cd 419磁片，及可拆下光 電媒體（未示出））；及一硬碟412或其他固定高密度媒體 裝置，利用適當之匯流排（如SCSI匯流排，改進之IDE匯 流排，超級D Μ A匯流排）連接。亦連接至同一裝置匯流排 或另一裝置匯流排，電腦25〇可額外包括一 CD讀取器 418，CD讀取/寫入單元（未示出）或CD投幣式電唱機（未 示出）。雖然CD 419顯示於一 CD罐中，CD 419可直接插 入CD-ROM驅動機中，其不需該罐。此外，一印表機（未 示出）可提供印出之表，顯示振盪器1〇〇之頻率及共振之 共振器170之良好匹配。、 如上所述，系統包括至少一電腦可讀媒體。電腦可讀媒 體之例如CD 419，硬碟4 1 2，軟碟，磁帶，光電磁碟， PROMs (EPROM，EEPROM，閃光 EPROM)，DRAM， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 SRAM，SDRAM等。儲存在任何一個或電腦可讀媒體或其 結合，本發明包括軟體用以控制電腦2 5 0之硬體及啓動電 腦2 5 0，與使用人互動。此種軟體包括但勿限於，裝置驅 動機，作業系統及用户應用，如發展之工具。此一電腦可 讀媒體尚包含本發明之電腦程式產品用以控制電漿產生器 2 4 0。本發明之電腦碼裝置可爲任何翻譯之或可執行之碼 機構，包括但不限於原文，翻譯，動態鏈路圖書館，爪哇 級，及元全可執行程式。此外，前述之各別DSp 29〇，電 細2 5 0可經由程式以執行上述功能而取代D s p。電腦2 〇 -22- 480414 A7 B7_ 五、發明說明（2Q ) 尚可控制一次以上之程序，而不致有悖本發明精神。 很明顯，本發明之各種修改及變化鑑於上述原則均屬可 行。因此吾人瞭解，在申請專利範圍之範圍内本發明可由 所述方法以外之方式實施。 —----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 480414 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六 、申清專利範圍|8|；Ills

   控制-電漿產生纂手、統包含： 一開_隱振器以共振頻率漏籲 一振ill具有可變頻率之輸出； 拴制％路用以量測共振頻率及變化頻率間之差異， 及用以將改正信號加在振盪器以改變可變頻率，與共振 頻率匹配。 2·如申請專利範圍第Η之系統，其中之鑑頻器包含一鑑 頻器用以量測在範圍1〇1〇至1〇12(：111-3之電漿密度。 3·如申4專利範圍第1項之系統，其中之鑑頻器包含一鑑 頻器用以量測在範圍1〇ι〇至1〇u cm-3之電子密度。 4. 如申請專利範圍第"頁之系統，其中之開放^振器爲浸 於電漿中。 5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中之開放共振器尚包 含一反射器，用以接受輸入及輸出之微波連接。 6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中之控制電路包含： 一微波頻率鑑頻器；及 一連接至微波頻率鑑頻器之放大器，其中放大器輸出 一改主信號。 7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中控制電路包含： 一電漿產生器參考共振器·，及 一微波頻率鑑頻器用以比較電漿產生器參考共振器之 共振頻率，以產生改正信號。 8. 如申請專利範圍第7項之系統，其中控制電路尚含一電 腦’在施加控制信號至電漿產生器前，以處理改正^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X ： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I ϋ n I 一一OJ1 n ·ϋ n ϋ i p -24- 480414 A8 B8 C8 ___D8 六、申請專利範圍 9·如申請專利範圍第7項之系統，其中控制電路尚含數位 信號處理器，用以比較微波鑑頻器之輸出與輸入資料， 以控制電漿產生器。 10·如申請專利範園第· 1項之系統，其中開放丑 組反射器，用以接收多個獨立可控制組之輸入及輸:連 接0 -----------裝---- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁}

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）