等离子体未点火状态判别装置和等离子体未点火状态判别方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种等离子体未点火状态判别装置和等离子体未点火状态判别方法。在基于反射波的等离子体的未点火状态的检测中，防止正常的等离子体点火时的误检测，检测等离子体异常时的未点火状态。在从高频电源通过脉冲驱动对等离子体负载供给脉冲输出时，根据反射波的持续状态来进行等离子体异常时的未点火状态的检测，由此，与在正常点火状态下产生的反射波相区别地检测等离子体异常时的未点火状态下产生的全反射波。由此，在基于反射波的波高值与阈值的比较的未点火状态的检测中，能够防止将正常的点火状态下产生的反射波误检测为异常的未点火状态下产生的全反射。

Plasma non ignition state discrimination device and plasma non ignition state discrimination method

The invention provides a plasma non ignition state discrimination device and a plasma non ignition state discrimination method. In the detection of the non ignition state of the plasma based on the reflected wave, the normal ignition of the plasma is prevented, and the non ignition state of the plasma is detected. Through the pulse driving load supply pulse output from a high-frequency power supply of plasma, plasma abnormal detection, to the ignition condition according to the continuous state of reflection and reflection which, in the normal state of the ignition wave phase difference detection of total reflection wave under the condition of plasma ignition is not unusual when. Thus, in the reflection wave height based on the comparison with the threshold value of the unignited state detection, reflection error detection can prevent the ignition condition generated under abnormal ignition without being fully reflected.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体未点火状态判别装置和等离子体未点火状态判别方法
本专利技术涉及等离子体的未点火状态检测，涉及在基于来自高频电源(RF电源)的高频电力供给的等离子体生成中，检测等离子体的未点火状态的检测装置和检测方法。
技术介绍
已知在半导体制造装置或电子器件制造装置等的等离子体处理装置、CO2激光加工机等等离子体发生装置中，使用通过高频(RF)产生的等离子体。已知通过对高频电源(RF电源)进行CW驱动(连续波(Continuouswave)：非调制连续波)或脉冲驱动来进行等离子体的生成。图20是用于说明基于高频电源(RF电源)的等离子体负载的驱动的概略图。在图20中，从高频电源(RF电源)100输出的脉冲输出，经由匹配器101被供给到等离子体处理装置或CO2激光加工机等等离子体负载102。基于高频电源的脉冲驱动的脉冲输出是以高频来重复断开状态和导通状态的高频(RF)输出。在高频电源(RF电源)的脉冲驱动中，由于间歇性地对等离子体负载供给脉冲输出的行波电压，因此等离子体负载的等离子体重复进行点亮和熄灭。当高频(RF)输出在导通状态和断开状态之间切换时，即使脉冲驱动状态正常也会产生反射波。从高频(RF)输出由断开状态切换为导通状态的时刻起到等离子体点火的期间，反射系数Г基本为1(Г≈1)，发生不匹配状态，因此暂时为全反射状态。此时，从等离子体负载向高频电源产生反射波。作为产生反射波的原因，例如有匹配器的固有振动、等离子体的点火动作等。在等离子体点火动作中，在等离子体正常点火后的状态、和等离子体未正常点火的未点火状态的某一状态下，也产生该脉冲驱动时的反射波。当向高频电源输入所产生的反射波时，有时由于反射波的高电压导致高频电源具备的RF功率放大元件发生元件损坏。为了防止这样的基于反射波的元件损坏，已知检测从负载返回高频电源的反射波的产生，并根据反射波的检测来使高频电源的输出下降或停止。作为对产生反射波的一个原因即等离子体的未点火状态进行检测的技术，已知通过功率监视器来监视从负载返回高频电源的反射波，当反射波的波高值低于阈值时判断为等离子体发生了点火，当反射波的波高值高于阈值时判断为等离子体为未点火(参照专利文献1)。此外，已知为了保护高频振荡装置免受反射波影响，在反射波超过规定值的情况下使高频输出下降或使输出暂时停止(参照专利文献2)，根据反射波功率和设定反射波功率的偏差来使行波功率降低(下降)(参照专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平9-260096号公报(段落[0043]、段落[0044])专利文献2：日本特开2004-39844号公报(段落[0010]、段落[0044])专利文献3：日本特开2004-8893号公报(段落[0011]、段落[0019])
技术实现思路
专利技术要解决的课题(a)在基于脉冲驱动的等离子体点火中的高频电力的供给中，对于不匹配导致的反射波，在等离子体未点火状态下，要求通过降低输出或停止输出来防止RF功率放大元件的损坏的保护动作，另一方面，在正常的等离子体点火状态下，要求持续高频电力而不降低输出或停止输出。在这样的等离子体点火状态和未点火状态下要求不同的处理，然而，在现有的根据反射波的波高值进行的等离子体未点火状态的检测中，并未区分在正常点火状态下重复产生的反射波和在未点火状态下产生的反射波地进行检测，因此，可能会将在等离子体点火状态下产生的反射波误检测为等离子体未点火状态的全反射波。当根据这样的等离子体点火状态下的误检测来进行降低输出或停止输出的保护动作时，尽管等离子体正常点火也会限制高频电力的供给，因此，正常点火的等离子体可能会暂时变为不稳定状态或变为等离子体消失这样的故障状态。这样的等离子体的不稳定动作，例如成为在半导体制造中产品的质量劣化的原因。(b)另外，以往的根据反射波的波高值进行的等离子体未点火状态的检测，对反射波的暂时的突出变动进行检测，然而无法检测跨越预定期间的输出状态，因此，无法检测如等离子体未点火状态这样全反射波跨越预定期间而持续的状态。因此，存在如下问题：持续预定时间地向RF功率放大元件施加反射波而进行加热，针对由该加热的蓄热导致的RF功率放大元件的热损坏无法进行元件保护。因此，在根据反射波的波高值进行的等离子体未点火状态的检测中，存在如下问题：(a)等离子体点火状态中的误检测问题，以及(b)等离子体未点火状态中防止由于RF放大元件的蓄热导致的元件损坏的元件保护问题。因此，本专利技术的目的在于，解决上述的现有的问题点，在基于反射波的等离子体未点火状态的检测中，防止正常的等离子体点火时的误检测来检测等离子体异常时的未点火状态。此外，目的在于，在等离子体未点火状态的检测中，检测在等离子体未点火状态下跨越预定时间而持续的全反射波。此外，目的在于，通过检测在等离子体未点火状态下跨越预定时间而持续的全反射波，保护元件免受在等离子体未点火状态下由于RF放大元件的蓄热导致的元件损坏。用于解决课题的手段本专利技术鉴于上述课题，在从高频电源通过脉冲驱动对等离子体负载供给脉冲输出时，检测从等离子体负载返回高频电源的反射波的反射波电压，并根据从检测出的反射波电压得到反射波的持续状态来检测等离子体异常时的未点火状态。本专利技术通过根据反射波的持续状态来进行等离子体异常时的未点火状态的检测，与在正常点火状态下产生的反射波相区别地检测等离子体异常时的未点火状态下产生的全反射波。由此，在基于反射波电压的波高值与阈值的比较的未点火状态的检测中，能够防止将正常的点火状态下产生的反射波作为异常的未点火状态下产生的全反射波而进行误检测。本专利技术从输出高频输出(RF输出)的时刻起，在高频电源(RF电源)能够允许的全反射波状态的持续时间以内，检测等离子体未点火状态(异常)。高频电源(RF电源)当接收检测未点火状态而输出的输出信号(异常信号)时，能够进行降低输出或停止输出的保护动作的处理来保护高频电源。根据本专利技术，针对在等离子体正常点火的状态下重复产生的瞬间的反射，判断为正常，不输出未点火状态检出信号。然而，在保持等离子体未点火状态而施加高频输出(RF输出)的情况下，针对在施加高频输出的期间持续产生的全反射波，判断为异常，输出未点火状态检出信号。根据本专利技术，由于将在等离子体正常点火的状态下重复产生的瞬间的反射判断为正常状态，因此能够防止作为未点火状态而进行误检测。根据本专利技术，在等离子体处于未点火状态时，向负载施加高频输出(RF输出)，持续产生全反射波的情况下，通过求取与向RF功率放大元件施加的热量对应的换算值，能够在超过RF功率放大元件的允许反射波耐受量之前检测出未点火状态，并输出异常信号。通过不受正常点火状态下产生的反射波影响地检测等离子体异常时的未点火状态，能够同时解决：确保在正常点火状态下稳定的等离子体、防止在等离子体负载异常时的RF功率放大元件的损坏。根据本专利技术，由于能够在超过高频电源(RF电源)的RF功率放大元件的允许反射波耐受量之前进行保护动作，因此，高频电源(RF电源)的功率放大元件的结构不需要考虑异常时的损失，只要考虑正常运转时的损失即足够，因此以所需要的最小限的结构即可。本专利技术可以是方法的形态和装置的形态。[等离子体未点火状态检测方法]本专利技术的等离子体未点火状态检测方法的形态是，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体未点火状态判别方法，在从高频电源通过脉冲驱动进行的对等离子体负载的脉冲输出的供给中，判别所述等离子体负载的等离子体的未点火状态，其特征在于，具备以下工序：检测工序，检测从等离子体负载向高频电源的反射波电压；第一换算工序，根据所述反射波电压和持续时间，求取与对高频电源的RF功率放大元件施加的热量对应的第一换算值；第二换算工序，在脉冲驱动的各周期中，根据从反射波电压V

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.29 JP 2013-2476601.一种等离子体未点火状态判别方法，在从高频电源通过脉冲驱动进行的对等离子体负载的脉冲输出的供给中，判别所述等离子体负载的等离子体的未点火状态，其特征在于，具备以下工序：检测工序，检测从等离子体负载向高频电源的反射波电压；第一换算工序，根据所述反射波电压和持续时间，求取与对高频电源的RF功率放大元件施加的热量对应的第一换算值；第二换算工序，在脉冲驱动的各周期中，根据从反射波电压Vr的波高值变为零起的经过时间或从脉冲输出的施加开始起的经过时间，求取与从高频电源的RF功率放大元件放出的放热量对应的第二换算值；第三换算工序，根据所述第一换算值和所述第二换算值的差值，求取与高频电源的RF功率放大元件中蓄热的蓄热量对应的第三换算值；以及比较工序，将所述第三换算值与对应于所述RF功率放大元件的允许热量的阈值进行比较，在所述比较工序中，所述第三换算值超过所述阈值时，判别为等离子体的未点火状态。2.根据权利要求1所述的等离子体未点火状态判别方法，其特征在于，在充放电中将正常时的脉冲驱动的脉冲频率设为能够设定的最大值，并且将脉冲驱动的一个周期内的RFon区间的占空比设为能够设定的最大值的脉冲驱动的驱动条件下，以比充电时间常数(τc)长，且使得充放电电压不达到器件保护检测水平的电压水平的方式选定放电时间常数(τdisc)，在所述第一换算工序中，将以充电时间常数(τc)充电反射波电压的波高值而得的充电电压设为第一换算值，在所述第二换算工序和所述第三换算工序中，将以放电时间常数(τdisc)在所述反射波的波高值为零的时间宽度中从所述充电电压进行放电而得的电压设为第三换算值，在所述比较工序中，将与所述RF功率放大元件的允许热量对应的充电电压设为所述阈值。3.根据权利要求1所述的等离子体未点火状态判别方法，其特征在于，当在等离子体驱动的一个周期中，设输出脉冲的区间的时间宽度为RFon，设不输出脉冲的区间的时间宽度为RFoff时，通过反射波电压的波高值Vr和对应于RF功率放大元件的发热系数的系数k1的乘积(Vr×k1)的时间积分来计算所述第一换算值；通过对应于RF功率放大元件的放热系数的系数k2的时间积分来计算所述第二换算值；在从所述第一换算值减去所述第二换算值的的运算中设零为最低值来计算所述第三换算值，针对等离子体驱动的每一个周期，计算所述第一换算值、第二换算值和第三换算值，下一个周期的第一换算值以前一个周期的第三换算作为初始值。4.一种等离子体未点火状态判别装置，在从高频电源通过脉冲驱动进行的对等离子体负载的脉冲输出的供给中，判别所述等离子体负载的等离子体的未点火状态，其特征在于，所述等离子体未点火状态判别装置具备：检测单元，其检测从等离子体负载向高频电源的反射波电...

【专利技术属性】
技术研发人员：让原逸男，相川谕，大间亮介，
申请(专利权)人：株式会社京三制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP