[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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])

发明内容

发明要解决的课题

(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。