等離子體未點火狀態(tài)判別裝置和等離子體未點火狀態(tài)判別方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術提供一種等離子體未點火狀態(tài)判別裝置和等離子體未點火狀態(tài)判別方法。在基于反射波的等離子體的未點火狀態(tài)的檢測中，防止正常的等離子體點火時的誤檢測，檢測等離子體異常時的未點火狀態(tài)。在從高頻電源通過脈沖驅動對等離子體負載供給脈沖輸出時，根據反射波的持續(xù)狀態(tài)來進行等離子體異常時的未點火狀態(tài)的檢測，由此，與在正常點火狀態(tài)下產生的反射波相區(qū)別地檢測等離子體異常時的未點火狀態(tài)下產生的全反射波。由此，在基于反射波的波高值與閾值的比較的未點火狀態(tài)的檢測中，能夠防止將正常的點火狀態(tài)下產生的反射波誤檢測為異常的未點火狀態(tài)下產生的全反射。

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.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】等離子體未點火狀態(tài)判別裝置和等離子體未點火狀態(tài)判別方法
本專利技術涉及等離子體的未點火狀態(tài)檢測，涉及在基于來自高頻電源(RF電源)的高頻電力供給的等離子體生成中，檢測等離子體的未點火狀態(tài)的檢測裝置和檢測方法。
技術介紹
已知在半導體制造裝置或電子器件制造裝置等的等離子體處理裝置、CO2激光加工機等等離子體發(fā)生裝置中，使用通過高頻(RF)產生的等離子體。已知通過對高頻電源(RF電源)進行CW驅動(連續(xù)波(Continuouswave)：非調制連續(xù)波)或脈沖驅動來進行等離子體的生成。圖20是用于說明基于高頻電源(RF電源)的等離子體負載的驅動的概略圖。在圖20中，從高頻電源(RF電源)100輸出的脈沖輸出，經由匹配器101被供給到等離子體處理裝置或CO2激光加工機等等離子體負載102。基于高頻電源的脈沖驅動的脈沖輸出是以高頻來重復斷開狀態(tài)和導通狀態(tài)的高頻(RF)輸出。在高頻電源(RF電源)的脈沖驅動中，由于間歇性地對等離子體負載供給脈沖輸出的行波電壓，因此等離子體負載的等離子體重復進行點亮和熄滅。當高頻(RF)輸出在導通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間切換時，即使脈沖驅動狀態(tài)正常也會產生反射波。從高頻(RF)輸出由斷開狀態(tài)切換為導通狀態(tài)的時刻起到等離子體點火的期間，反射系數Г基本為1(Г≈1)，發(fā)生不匹配狀態(tài)，因此暫時為全反射狀態(tài)。此時，從等離子體負載向高頻電源產生反射波。作為產生反射波的原因，例如有匹配器的固有振動、等離子體的點火動作等。在等離子體點火動作中，在等離子體正常點火后的狀態(tài)、和等離子體未正常點火的未點火狀態(tài)的某一狀態(tài)下，也產生該脈沖驅動時的反射波。當向高頻電源輸入所產生的反射波時，有時由于反射波的高電壓導致高頻電源具備的RF功率放大元件發(fā)生元件損壞。為了防止這樣的基于反射波的元件損壞，已知檢測從負載返回高頻電源的反射波的產生，并根據反射波的檢測來使高頻電源的輸出下降或停止。作為對產生反射波的一個原因即等離子體的未點火狀態(tài)進行檢測的技術，已知通過功率監(jiān)視器來監(jiān)視從負載返回高頻電源的反射波，當反射波的波高值低于閾值時判斷為等離子體發(fā)生了點火，當反射波的波高值高于閾值時判斷為等離子體為未點火(參照專利文獻1)。此外，已知為了保護高頻振蕩裝置免受反射波影響，在反射波超過規(guī)定值的情況下使高頻輸出下降或使輸出暫時停止(參照專利文獻2)，根據反射波功率和設定反射波功率的偏差來使行波功率降低(下降)(參照專利文獻3)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開平9-260096號公報(段落[0043]、段落[0044])專利文獻2：日本特開2004-39844號公報(段落[0010]、段落[0044])專利文獻3：日本特開2004-8893號公報(段落[0011]、段落[0019])
技術實現思路
專利技術要解決的課題(a)在基于脈沖驅動的等離子體點火中的高頻電力的供給中，對于不匹配導致的反射波，在等離子體未點火狀態(tài)下，要求通過降低輸出或停止輸出來防止RF功率放大元件的損壞的保護動作，另一方面，在正常的等離子體點火狀態(tài)下，要求持續(xù)高頻電力而不降低輸出或停止輸出。在這樣的等離子體點火狀態(tài)和未點火狀態(tài)下要求不同的處理，然而，在現有的根據反射波的波高值進行的等離子體未點火狀態(tài)的檢測中，并未區(qū)分在正常點火狀態(tài)下重復產生的反射波和在未點火狀態(tài)下產生的反射波地進行檢測，因此，可能會將在等離子體點火狀態(tài)下產生的反射波誤檢測為等離子體未點火狀態(tài)的全反射波。當根據這樣的等離子體點火狀態(tài)下的誤檢測來進行降低輸出或停止輸出的保護動作時，盡管等離子體正常點火也會限制高頻電力的供給，因此，正常點火的等離子體可能會暫時變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)或變?yōu)榈入x子體消失這樣的故障狀態(tài)。這樣的等離子體的不穩(wěn)定動作，例如成為在半導體制造中產品的質量劣化的原因。(b)另外，以往的根據反射波的波高值進行的等離子體未點火狀態(tài)的檢測，對反射波的暫時的突出變動進行檢測，然而無法檢測跨越預定期間的輸出狀態(tài)，因此，無法檢測如等離子體未點火狀態(tài)這樣全反射波跨越預定期間而持續(xù)的狀態(tài)。因此，存在如下問題：持續(xù)預定時間地向RF功率放大元件施加反射波而進行加熱，針對由該加熱的蓄熱導致的RF功率放大元件的熱損壞無法進行元件保護。因此，在根據反射波的波高值進行的等離子體未點火狀態(tài)的檢測中，存在如下問題：(a)等離子體點火狀態(tài)中的誤檢測問題，以及(b)等離子體未點火狀態(tài)中防止由于RF放大元件的蓄熱導致的元件損壞的元件保護問題。因此，本專利技術的目的在于，解決上述的現有的問題點，在基于反射波的等離子體未點火狀態(tài)的檢測中，防止正常的等離子體點火時的誤檢測來檢測等離子體異常時的未點火狀態(tài)。此外，目的在于，在等離子體未點火狀態(tài)的檢測中，檢測在等離子體未點火狀態(tài)下跨越預定時間而持續(xù)的全反射波。此外，目的在于，通過檢測在等離子體未點火狀態(tài)下跨越預定時間而持續(xù)的全反射波，保護元件免受在等離子體未點火狀態(tài)下由于RF放大元件的蓄熱導致的元件損壞。用于解決課題的手段本專利技術鑒于上述課題，在從高頻電源通過脈沖驅動對等離子體負載供給脈沖輸出時，檢測從等離子體負載返回高頻電源的反射波的反射波電壓，并根據從檢測出的反射波電壓得到反射波的持續(xù)狀態(tài)來檢測等離子體異常時的未點火狀態(tài)。本專利技術通過根據反射波的持續(xù)狀態(tài)來進行等離子體異常時的未點火狀態(tài)的檢測，與在正常點火狀態(tài)下產生的反射波相區(qū)別地檢測等離子體異常時的未點火狀態(tài)下產生的全反射波。由此，在基于反射波電壓的波高值與閾值的比較的未點火狀態(tài)的檢測中，能夠防止將正常的點火狀態(tài)下產生的反射波作為異常的未點火狀態(tài)下產生的全反射波而進行誤檢測。本專利技術從輸出高頻輸出(RF輸出)的時刻起，在高頻電源(RF電源)能夠允許的全反射波狀態(tài)的持續(xù)時間以內，檢測等離子體未點火狀態(tài)(異常)。高頻電源(RF電源)當接收檢測未點火狀態(tài)而輸出的輸出信號(異常信號)時，能夠進行降低輸出或停止輸出的保護動作的處理來保護高頻電源。根據本專利技術，針對在等離子體正常點火的狀態(tài)下重復產生的瞬間的反射，判斷為正常，不輸出未點火狀態(tài)檢出信號。然而，在保持等離子體未點火狀態(tài)而施加高頻輸出(RF輸出)的情況下，針對在施加高頻輸出的期間持續(xù)產生的全反射波，判斷為異常，輸出未點火狀態(tài)檢出信號。根據本專利技術，由于將在等離子體正常點火的狀態(tài)下重復產生的瞬間的反射判斷為正常狀態(tài)，因此能夠防止作為未點火狀態(tài)而進行誤檢測。根據本專利技術，在等離子體處于未點火狀態(tài)時，向負載施加高頻輸出(RF輸出)，持續(xù)產生全反射波的情況下，通過求取與向RF功率放大元件施加的熱量對應的換算值，能夠在超過RF功率放大元件的允許反射波耐受量之前檢測出未點火狀態(tài)，并輸出異常信號。通過不受正常點火狀態(tài)下產生的反射波影響地檢測等離子體異常時的未點火狀態(tài)，能夠同時解決：確保在正常點火狀態(tài)下穩(wěn)定的等離子體、防止在等離子體負載異常時的RF功率放大元件的損壞。根據本專利技術，由于能夠在超過高頻電源(RF電源)的RF功率放大元件的允許反射波耐受量之前進行保護動作，因此，高頻電源(RF電源)的功率放大元件的結構不需要考慮異常時的損失，只要考慮正常運轉時的損失即足夠，因此以所需要的最小限的結構即可。本專利技術可以是方法的形態(tài)和裝置的形態(tài)。[等離子體未點火狀態(tài)檢測方法]本專利技術的等離子體未點火狀態(tài)檢測方法的形態(tài)是，在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等離子體未點火狀態(tài)判別方法，在從高頻電源通過脈沖驅動進行的對等離子體負載的脈沖輸出的供給中，判別所述等離子體負載的等離子體的未點火狀態(tài)，其特征在于，具備以下工序：檢測工序，檢測從等離子體負載向高頻電源的反射波電壓；第一換算工序，根據所述反射波電壓和持續(xù)時間，求取與對高頻電源的RF功率放大元件施加的熱量對應的第一換算值；第二換算工序，在脈沖驅動的各周期中，根據從反射波電壓V

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.11.29 JP 2013-2476601.一種等離子體未點火狀態(tài)判別方法，在從高頻電源通過脈沖驅動進行的對等離子體負載的脈沖輸出的供給中，判別所述等離子體負載的等離子體的未點火狀態(tài)，其特征在于，具備以下工序：檢測工序，檢測從等離子體負載向高頻電源的反射波電壓；第一換算工序，根據所述反射波電壓和持續(xù)時間，求取與對高頻電源的RF功率放大元件施加的熱量對應的第一換算值；第二換算工序，在脈沖驅動的各周期中，根據從反射波電壓Vr的波高值變?yōu)榱闫鸬慕涍^時間或從脈沖輸出的施加開始起的經過時間，求取與從高頻電源的RF功率放大元件放出的放熱量對應的第二換算值；第三換算工序，根據所述第一換算值和所述第二換算值的差值，求取與高頻電源的RF功率放大元件中蓄熱的蓄熱量對應的第三換算值；以及比較工序，將所述第三換算值與對應于所述RF功率放大元件的允許熱量的閾值進行比較，在所述比較工序中，所述第三換算值超過所述閾值時，判別為等離子體的未點火狀態(tài)。2.根據權利要求1所述的等離子體未點火狀態(tài)判別方法，其特征在于，在充放電中將正常時的脈沖驅動的脈沖頻率設為能夠設定的最大值，并且將脈沖驅動的一個周期內的RFon區(qū)間的占空比設為能夠設定的最大值的脈沖驅動的驅動條件下，以比充電時間常數(τc)長，且使得充放電電壓不達到器件保護檢測水平的電壓水平的方式選定放電時間常數(τdisc)，在所述第一換算工序中，將以充電時間常數(τc)充電反射波電壓的波高值而得的充電電壓設為第一換算值，在所述第二換算工序和所述第三換算工序中，將以放電時間常數(τdisc)在所述反射波的波高值為零的時間寬度中從所述充電電壓進行放電而得的電壓設為第三換算值，在所述比較工序中，將與所述RF功率放大元件的允許熱量對應的充電電壓設為所述閾值。3.根據權利要求1所述的等離子體未點火狀態(tài)判別方法，其特征在于，當在等離子體驅動的一個周期中，設輸出脈沖的區(qū)間的時間寬度為RFon，設不輸出脈沖的區(qū)間的時間寬度為RFoff時，通過反射波電壓的波高值Vr和對應于RF功率放大元件的發(fā)熱系數的系數k1的乘積(Vr×k1)的時間積分來計算所述第一換算值；通過對應于RF功率放大元件的放熱系數的系數k2的時間積分來計算所述第二換算值；在從所述第一換算值減去所述第二換算值的的運算中設零為最低值來計算所述第三換算值，針對等離子體驅動的每一個周期，計算所述第一換算值、第二換算值和第三換算值，下一個周期的第一換算值以前一個周期的第三換算作為初始值。4.一種等離子體未點火狀態(tài)判別裝置，在從高頻電源通過脈沖驅動進行的對等離子體負載的脈沖輸出的供給中，判別所述等離子體負載的等離子體的未點火狀態(tài)，其特征在于，所述等離子體未點火狀態(tài)判別裝置具備：檢測單元，其檢測從等離子體負載向高頻電源的反射波電...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：讓原逸男，相川諭，大間亮介，
申請(專利權)人：株式會社京三制作所，
類型：發(fā)明
國別省市：日本,JP