(57)【要約】【課題】プラズマチャンバのインピーダンスを高精度で測定することができる、小型、高精度かつ安価なインピーダンス測定装置を提供する。【解決手段】高周波測定信号を発生する信号源１、３、４ａ、７を備える。また、プラズマ発生装置の測定部位が接続される測定端子を有し、高周波測定信号が測定部位に適用されたとき、測定部位の高周波電流信号および高周波電圧信号を検出し、高周波電流信号および高周波電圧信号をそれぞれ低周波電流信号および低周波電圧信号に変換する信号検出部２、３、４ｂ、５、７を備える。さらに、１測定毎に、信号検出部から低周波電流信号および低周波電圧信号を交互に受信し、低周波電流信号および低周波電圧信号のベクトル比を求め、測定部位のインピーダンスを算出する演算部６、７を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波測定信号を発生する信号源と、
プラズマ発生装置の測定部位が接続される測定端子を有し、前記高周波測定信号を前記測定部位に適用したとき、前記測定部位の高周波電流信号および高周波電圧信号を検出し、前記高周波電流信号および前記高周波電圧信号をそれぞれ低周波電流信号および低周波電圧信号に変換する信号検出部と、
１測定毎に、前記信号検出部から前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号を交互に受信し、前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号のベクトル比を求め、前記測定部位のインピーダンスを算出する演算部と、を備えたことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項２】
前記信号検出部はヘテロダイン回路を有することを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス測定装置。
【請求項３】
前記信号源は、
第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）と、
前記第１のＤＤＳを駆動する水晶発振子と、
前記第１のＤＤＳの動作を制御するＣＰＵと、
前記第１のＤＤＳの出力端子に接続された第１の高周波用ローパスフィルタと、を有し、
前記信号検出部は、
第２のＤＤＳと、
前記第２のＤＤＳを駆動させる前記水晶発振子と、
前記第２のＤＤＳの動作を制御する前記ＣＰＵと、
前記第２のＤＤＳの出力端子に接続された第２の高周波用ローパスフィルタと、
前記第１の高周波用ローパスフィルタの出力端子に接続された抵抗網と、を有し、前記抵抗網には前記測定端子が接続され、
前記信号検出部は、さらに、
前記第２の高周波ローパスフィルタの出力端子および前記抵抗網にそれぞれ接続され、前記高周波測定信号が前記測定部位に適用されたとき、前記測定部位の高周波電流信号を低周波電流信号に変換し、前記低周波電流信号を出力する第１の混合器と、
前記第２の高周波用ローパスフィルタの出力端子および前記抵抗網にそれぞれ接続され、前記高周波測定信号が前記測定部位に適用されたとき、前記測定部位の高周波電圧信号を低周波電圧信号に変換し、前記低周波電圧信号を出力する第２の混合器と、
前記第１の混合器の出力端子に接続された第１のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタと、
前記第２の混合器の出力端子に接続された第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタと、を有し、
前記演算部は、
前記ＣＰＵと、
前記第１および第２のオペアンプ用いた低周波用ローパスフィルタの出力端子と前記ＣＰＵとの間に接続されたスイッチ回路と、を有し、
前記ＣＰＵは、前記スイッチ回路の動作を制御し、１測定毎に、前記第１および第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタから出力される前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号を交互に受信し、受信した前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号のベクトル比を求め、前記測定部位のインピーダンスを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス測定装置、特に、プラズマ発生装置のプラズマチャンバのインピーダンスを測定するのに適した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶ディスプレイ等の製造工程においては、エッチングや薄膜形成等のプラズマによる処理プロセスが多数存在し、そのため、高周波放電によって発生させたプラズマを用いる複数のプラズマ処理装置が使用されているが、この場合、製品の歩留りを向上させるためには、プラズマ処理装置間の機差をできるだけ小さくする必要がある。
【０００３】
このプラズマ処理装置間の機差を評価する方法として、プラズマチャンバの電極と整合器の間にネットワークアナライザを配置し、ネットワークアナライザからプラズマチャンバに対して高周波信号を与え、プラズマチャンバからの反射波を測定してインピーダンスを測定すること、また、このネットワークアナライザを用いて、高周波信号の周波数を掃引することによって高周波特性の周波数特性を測定することにより、プラズマ処理装置の放電していない状態における装置インピーダンスを測定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、ネットワークアナライザ等の高周波回路に対するインピーダンス測定装置においては、通常、特性インピーダンスが５０Ωの方向性結合器を用いて測定がなされる。このため、この種のインピーダンス測定装置によれば、インピーダンス値が５０Ω近傍の測定に際しては、測定精度が高くなるが、５０Ωから上下に離れたインピーダンス値の測定に際しては、測定精度が低下するという欠点を有している。
【０００５】
一方、プラズマチャンバは、通常、０．１〜１０Ωの範囲の非常に低いインピーダンス値をとる。このため、通常のインピーダンス測定装置によっては、プラズマチャンバのインピーダンスを高精度で測定することができないという問題を有していた。加えて、これらのインピーダンス測定装置は、大型で重量もあって持ち運びが容易でなく、また、非常に高価であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９６６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、プラズマチャンバのインピーダンスを高精度で測定することができる、小型、軽量かつ安価なインピーダンス測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、プラズマ発生装置の測定部位が接続される測定端子と、高周波測定信号を発生する信号源と、プラズマ発生装置の測定部位が接続される測定端子を有し、前記高周波測定信号が前記測定部位に適用されたとき、前記測定部位の高周波電流信号および高周波電圧信号を検出し、前記高周波電流信号および前記高周波電圧信号をそれぞれ低周波電流信号および低周波電圧信号に変換する信号検出部と、１測定毎に、前記信号検出部により前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号を交互に受信し、前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号のベクトル比を求め、前記測定部位のインピーダンスを算出する演算部と、を備えたことを特徴とするインピーダンス測定装置を構成したものである。
【０００９】
上記構成において、前記信号検出部はヘテロダイン回路を有することが好ましい。
上記課題を解決するため、また好ましくは、前記信号源は、第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）と、前記第１のＤＤＳを駆動する水晶発振子と、前記第１のＤＤＳの動作を制御するＣＰＵと、前記第１のＤＤＳの出力端子に接続された第１の高周波用ローパスフィルタと、を有し、前記信号検出部は、第２のＤＤＳと、前記第２のＤＤＳを駆動させる前記水晶発振子と、前記第２のＤＤＳの動作を制御する前記ＣＰＵと、前記第２のＤＤＳの出力端子に接続された第２の高周波用ローパスフィルタと、前記第１の高周波用ローパスフィルタの出力端子に接続された抵抗網と、を有し、前記抵抗網には前記測定端子が接続され、前記信号検出部は、さらに、前記第２の高周波ローパスフィルタの出力端子および前記抵抗網にそれぞれ接続され、前記高周波測定信号が前記測定部位に適用されたとき、前記測定部位の高周波電流信号を低周波電流信号に変換し、前記低周波電流信号を出力する第１の混合器と、前記第２の高周波用ローパスフィルタの出力端子および前記抵抗網にそれぞれ接続され、前記高周波測定信号が前記測定部位に適用されたとき、前記測定部位の高周波電圧信号を低周波電圧信号に変換し、前記低周波電圧信号を出力する第２の混合器と、前記第１の混合器の出力端子に接続された第１のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタと、前記第２の混合器の出力端子に接続された第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタを有し、前記演算部は、前記ＣＰＵと、前記第１および第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタの出力端子と前記ＣＰＵとの間に接続されたスイッチ回路を有し、前記ＣＰＵは、前記スイッチ回路の動作を制御し、１測定毎に、前記第１および第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタから出力される前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号を交互に受信し、受信した前記低周波電流信号および前記低周波電圧信号のベクトル比を求め、前記測定部位のインピーダンスを算出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プラズマ発生装置の測定部位（負荷）に高周波測定信号を適用したときの測定部位の高周波電流信号および高周波電圧信号をそれぞれ低周波信号に変換し、それらの低周波電流信号および低周波電圧信号を１測定毎に交互に受信し、受信した信号のベクトル比を求め、測定部位のインピーダンスを算出する構成とし、従来のネットワークアナライザ等のような反射係数測定法ではなく、ＲＦ  Ｉ−Ｖ法によってインピーダンスを測定するようにしたので、プラズマチャンバのような低インピーダンス値を有する測定部位のインピーダンスを高精度で測定することができる。さらに、ヘテロダイン回路により高周波信号を低周波信号に変換できることとなり、信号検出回路が非常に簡単かつ高精度の測定が可能となり、インピーダンス測定装置を小型および高精度化することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、測定部位の高周波電流信号および高周波電圧信号を、ＲＦトランスやダイオード検波器を使用せずに、抵抗網を用いて検出する構成としたので、原理上、検出信号の周波数帯域によらず、常に高精度のインピーダンス測定を行うことができる。さらに、ＲＦトランスのようにリアクタンス補正の必要がなく、また、ダイオード検波器に固有の非線形問題を生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施例によるインピーダンス測定装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に示した回路の回路部分５の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例によるインピーダンス測定装置の回路構成を示す図であり、図２は、図１に示した回路の回路部分５の詳細を示す図である。
図１を参照して、本発明によれば、第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）１と、第２のＤＤＳ２と、第１および第２のＤＤＳ１、２を駆動する水晶発振子３が備えられる。そして、第１および第２のＤＤＳ１、２の動作がＣＰＵ７によって制御される。
【００１４】
第１のＤＤＳ１の出力端子には、第１の高周波用ローパスフィルタ４ａが接続される。なお、この実施例では、第１の高周波用ローパスフィルタ４ａのカットオフ周波数ｆｃは１７０ＭＨｚに設定される。こうして、第１のＤＤＳ１、水晶発振子３、ＣＰＵ７および第１の高周波用ローパスフィルタ４ａから、高周波測定信号（ｆ１＝０．１〜１７０ＭＨｚ）を発生する信号源が構成される。
【００１５】
また、本発明によれば、第２のＤＤＳ２が備えられる。第２のＤＤＳ２は、第１のＤＤＳ１と同様に、水晶発振子３によって駆動され、ＣＰＵ７によって動作を制御される。この場合、第２のＤＤＳ２は、局部発振器として機能する。
第２のＤＤＳ２の出力端子には、第２の高周波用ローパスフィルタ４ｂが接続される。なお、この実施例では、第１の高周波用ローパスフィルタ４ａのカットオフ周波数ｆｃは１７０ＭＨｚに設定される。こうして、第２の高周波用ローパスフィルタ４ｂから、周波数がｆ２＝ｆ１＋１ｋＨｚの変調信号が出力される。
【００１６】
第１の高周波用ローパスフィルタ４ａの出力端子には、抵抗網１２が接続され、抵抗網１２には、測定端子１６が接続される。測定端子１６には、プラズマ発生装置の測定部位が接続される。
さらに、第１の混合器１３ａが、第２の高周波ローパスフィルタ４ｂの出力端子および抵抗網１６にそれぞれ接続される。第１の混合器１３ａは、高周波測定信号が測定部位に適用されたとき、測定部位の高周波電流信号を低周波電流信号に変換し、当該低周波電流信号を出力する。
また、第２の混合器１３ｂが、第２の高周波用ローパスフィルタの出力端子４ｂおよび抵抗網１６にそれぞれ接続される。第２の混合器１３ｂは、高周波測定信号が測定部位に適用されたとき、測定部位の高周波電圧信号を低周波電圧信号に変換し、低周波電圧信号を出力する。
【００１７】
そして、第１の混合器１３ａの出力端子には、第１のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ１４ａが接続され、第２の混合器１３ｂの出力端子には、第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ１４ｂが接続される。この実施例では、第１および第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ１４ａ、１４ｂのカットオフ周波数ｆｃはいずれも１ｋＨｚに設定される。
【００１８】
第２のＤＤＳ２と、水晶発振子３と、ＣＰＵ７と、第２の高周波用ローパスフィルタ４ｂと、抵抗網と１２と、第１および第２の混合器１３ａ、１３ｂと、第１および第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ１４ａ、１４ｂとから、高周波測定信号がプラズマ発生装置の測定部位に適用されたとき、測定部位の高周波電流信号および高周波電圧信号を、測定端子１６を通じて検出し、高周波電流信号および高周波電圧信号をそれぞれ低周波電流信号（ｆ＝1ｋＨｚ）および低周波電圧信号(ｆ＝1ｋＨｚ)に変換するヘテロダイン方式の信号検出部が構成される。
【００１９】
本発明によれば、さらに、第１および第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ１４ａ、１４ｂの出力端子１１ａ、１１ｂとＣＰＵ７との間にスイッチ回路６が接続される。
ＣＰＵ７は、スイッチ回路６の動作を制御し、１測定毎に、第１および第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ１４ａから出力される低周波電流信号および低周波電圧信号を交互に受信し、受信した低周波電流信号および低周波電圧信号を、ＣＰＵ７に内蔵されたＡ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換した後、それらの信号のベクトル比を求め、測定部位のインピーダンスを算出する。
【００２０】
スイッチ回路６およびＣＰＵ７から、１測定毎に、信号検出部から低周波電流信号および低周波電圧信号を交互に受信し、低周波電流信号および低周波電圧信号のベクトル比を求め、測定部位のインピーダンスを算出する演算部が構成される。
ＣＰＵ７によって算出されたインピーダンス値のデータは、パソコン８のディスプレイに表示される。
【００２１】
こうして、測定端子１６が、プラズマ発生装置の測定部位、例えば、プラズマチャンバに直接接続され、本発明のインピーダンス測定装置の信号源１、３、４ａ、７から、測定端子１６を通して高周波測定信号がプラズマチャンバに適用される。そして、プラズマチャンバの高周波電流信号および高周波電圧信号が、インピーダンス測定装置のヘテロダイン方式の信号検出部２、３、４ｂ、５、７によって検出され、低周波電流信号および低周波電圧信号に変換される。変換された低周波電流信号および低周波電圧信号は、演算部６、７によって、１測定毎に交互に受信され、演算部６、７は、それらのベクトル比を求め、プラズマチャンバのインピーダンスを算出する。
【符号の説明】
【００２２】
１  第１のＤＤＳ
２  第２のＤＤＳ
３  水晶発振子
４ａ  第１の高周波用ローパスフィルタ
４ｂ  第２の高周波用ローパスフィルタ
５  回路部分
６  スイッチ回路
７  ＣＰＵ
８  パソコン
１０ａ、１０ｂ  入力端子
１１ａ、１１ｂ  出力端子
１２  抵抗網
１３ａ  第１の混合器
１３ｂ  第２の混合器
１４ａ  第１のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ
１４ｂ  第２のオペアンプを用いた低周波用ローパスフィルタ
１６  測定端子
【図１】
2009295573.tif 000003
【図２】
2009295573.tif 000004