JP2006510918A - プロセス制御のためのトランスデューサパッケージ - Google Patents

Abstract

システム（１０）は、ＲＦ電源供給される装置（１３）に供給ＲＦ信号の高調波含有量をモニターするために提供される。該システムは、（ａ）ＲＦ信号の電圧のサンプリングし、また、それを表示する第１の信号を出力するように適合した電圧トランスデューサ（１６）と、（ｂ）ＲＦ信号の電流のサンプリングし、また、それを表示する第２の信号を出力するように適合した電流トランスデューサ（１７）と、（ｃ）上記トランスデューサ１６、１７の少なくとも一方と、好ましくは双方と通信し、該トランスデューサに特有な較正情報を含む記憶装置（６７）とを、備える。

Description

本発明は、概して、供給（ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ）ＲＦ電力の高調波含有量のモニタリングに関し、特に、供給ＲＦ電力の高調波含有量のモニタリングのシステムと方法に関する。

（関連出願のクロスレファレンス)
本出願は、以下の優先権を主張する；２００３年５月６日出願のＵ．Ｓ．Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．６０，４６８，４１、発明の名称「ＲＦセンサ電圧トランスデューサ（ＲＦ Ｓｅｎｓｏｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）」、２００３年５月６日出願のＵ．Ｓ．Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．６０／４６８，４１２，発明の名称「半導体処理のためのＲＦ検知器（ＲＦ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、２００３年５月６日出願のＵ．Ｓ．Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．６０／４６８，４１３、発明の名称「ＲＦセンサ電流トランスデューサトランスデューサ（ＲＦ Ｓｅｎｓｏｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）」、２００３年７月１４日出願のＵ．Ｓ．ＳｅｒｉａｌＮｏ．６０／４８６，９８３、発明の名称「既知の固定インピーダンス環境（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｋｎｏｗｎ Ｆｉｘｅｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ）」、２００３年７月１６日出願のＵ．Ｓ．Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．６０／４８７，７４５、発明の名称「ＲＦ供給診断システム（Ａｎ ＦＲ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ）」、および２００２年９月２３日出願のＵ．Ｓ．Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．６０／４１２，７５２、発明の名称「プロセス制御のためのＲＦセンサ（ＲＦ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）」。

プラズマエッチおよび堆積プロセスは、過去２０年で、半導体製造に使用される主要なパターン転写方法となった。ほとんどのプラズマを基にする処理はラジオ周波数（ＲＦ）電力の応用によるフィードガスの分離の基本原則を用いている。全プラズマ負荷と同様に、プラズマ負荷の主要な特性の１つはその非直線性である。負荷の非直線性は、流行性の高調波ひずみを産出することによって供給ＲＦ電力の電圧と電流の正弦波に影響を与える。高調波周波数の振幅と、電圧高調波に関する対応する電流高調波の位相角に示されているように、高調波ひずみの正確な量はそれらを産出するプラズマの独性である。より正確には、イオン、電子密度、エネルギー、衝突頻度、中立成分とそれらのそれぞれの密度を含むプラズマパラメーターはすべて、好ましい分離とそれに続く処理結果を達成するための電力供給源によって応用された基本周波数の特定高調波成分の振幅という独自の方法に寄与する一因となる。

このように、電力供給源によって応用された基本周波数の高調波成分をモニタリングすることで、プラズマ堆積のエンハンスド処理制御およびエッチ処理が維持されるのは明らかである。したがって、そのようなＲＦ高調波含有量をモニタリングすることでエンハンスド処理制御を提供するように設計されたいくつかの製品が作成された。残念なことに、この技術の幅広い普及は、利用可能な技術のいくつかの基本的制限のために、実現されていない。

既存技術のもっとも顕著な制限の１つは製品構造に関係する。既存製品は典型的に、通常測定位置に置かれているトランスデューサパッケージ、および、典型的に測定位置から離れて置かれている、対応する分析、制御、通信パッケージを含む。各トランスデューサパッケージは、独自の出力を提供するため、これら２つのパッケージは相互に作動するように特に較正されている。したがって、システムを較正することなく、１つのパッケージを他から独立させて置き換えることが可能でない。半導体処理ラインにおいて不動作時間はきわめて高価につくため、この欠陥は、必然的な維持およびこれらのＲＦセンサーを基にする処理制御ソリューションのユーザーにとってサポート問題を生み出す。

いくつかの装置は、供給ＲＦ電力の高調波含有量をモニタリングすることが知られているが、各装置は単一の構成部品の正確な較正を要求する。既存ソリューションのプラズマ処理制御ＲＦセンサーのために設計されたもとのハードウエアは次のうちのどれかひとつに基づいている：ａ）ＲＦスイッチがバンドパスフィルターに経路を定められる；ｂ）方向性結合器；ｃ）プログラム可能な局部発信器で有効になったヘテロダイン、またはデジタル信号処理回路。これらの設計の各々は、対応する分析と通信エレクトロニクスパッケージを有するトランスデューサパッケージを構成する。それぞれの場合において、全ＲＦセンサ装置（トランスデューサパッケージと分析／通信パッケージを備える）を再較正する必要なく、どちらか一方の構成パッケージを置換できる設計ではない。

したがって、能率の低下および再較正の必要なく、いかなるトランスデューサパッケージも、対応する分析および通信パッケージと適切に機能可能なフィールド交換戦略を有する方法および装置へに対して既存技術へのニーズが存在する。

供給ＲＦ電力の高調波含有量のモニタリングをする既存装置に関するもう１つの問題は自己バイアス電圧に関係している。プラズマエッチング反応炉のＲＦ電力は、容量結合された電極に送られるのが典型である。静電結合は電極表面に「自己バイアス」電圧を生み出すＲＦ電力供給回路の方向に向かうＤＣ電流の流れを停止させる。この「自己バイアス」電圧は常にマイナスで、基板に向かうプラズマイオンを促進させることでエッチ処理を助成する。そうして揮発、または重合処理に必要な活性化エネルギーを提供する。

有益な効果を鑑みて、供給ＲＦ電力の構成成分とともに、システムの自己バイアス電圧について知っておくことが望ましい。しかしながら、これまでに、この技術に関して、供給ＲＦ電力の高調波含有量をモニタリングするための電圧サンプリングスキームがいくつか提案されたが、これらのスキームのどれも自己バイアス電圧がモニターされることがない。例えば、米国特許出願第５，８６７，０２０（Ｍｏｏｒｅら）が一般に使用される容量性結合ＲＦ電圧プローブを開示している。こうして、供給ＲＦ電力高調波含もまた、自己バイアス電圧がモニターされるようなかたちで、モニタリングする方法ということがこの技術で求められている。

供給されたＲＦ電力の高調波含有量をモニタリングする既存の装置に関するさらなる問題は誘導性トランスデューサのシールディングに関係するものである。半導体処理で使用される圧流レジムと多くのガスの分子の安定性が起因になって、比較的高ＲＦ電圧がプロセスプラズマを初期化して維持するためにしばしば要求される。加えて、ダイオードに似た特性のプラズマは、点火温度が高くなるとＲＦ電流フローを引き起こす。ＤＣ電流フローが遮断される容量性結合電極にＲＦ電力が典型的に送られる結果、ＤＣ「自己バイアス」電圧が生じる。したがって、ＤＣ結合ＲＦ電流トランスデューサが供給ＲＦ電流の電流成分をモニターする必要がない。しかしながら、正確なＲＦ電流測定に著しく影響を与える可能性のある浮遊フィールド（磁気的および電気的）からファラディーの法則にしたがって作動する単純な誘導性のモニタリング装置を保護する絶対的な必要がある。

境界条件分析は接地したシールドは誘導性トランスデューサとＲＦ電力キャリアの間におかなければならないと示している。それは、主要（ｐｒｉｍａｒｙ）ＲＦ電流キャリアからの電界放射からの誘導性トランスデューサを適切に遮断し、それによって電圧と電流間のクロストークを避けるためである。さらに、測定の周囲（インピーダンスマッチング回路のコイルのような）にあり得る、浮遊電磁界から誘導性トランスデューサを遮断るために、誘導性トランスデューサは接地したシールドに入れられるべきである。不都合にも、トランスデューサを周囲の浮遊フィールドから保護する従来の遮蔽材の使用は、また好ましい主要ＲＦ電流磁場の測定を妨げる。

この技術のさまざまな遮蔽材の設計が提案されてきた。しかしながら、これらの設計はどれも上記の虚弱質を克服しない。したがって、たとえば、Ｕ．Ｓ．５，８０８，４１５（Ｈｏｐｋｉｎｓ）およびＵ．Ｓ．６，０６１，００６（Ｈｏｐｋｉｎｓ）は、ＲＦ電流をモニタリングするために二重ループアンテナアプローチを教示している。Ｕ．Ｓ．６，５０１，２８５（Ｈｏｐｋｉｎｓら）は、各レイヤ間に通信を提供するために金属が充填されビアを用いて相互に結合した各プリント回路基板を使用して誘導源を組み立てるアプローチを教示している。Ｕ．Ｓ．５，８３４，９３１（Ｍｏｏｒｅら）はファラディーの法則のシングルターンの第一の原理の実施を教示している。それは、不都合にも、主要ＲＦ電流キャリアと誘導性ループ間のアーチ作用の傾向によって制限される。

このように、この技術では、ファラディーの法則にしたがって作動する誘導性モニタリング装置を、正確なＲＦ電流測定に著しく影響を与える可能性のある浮遊フィールド（磁気的および電気的）から保護する方法のニーズがある。また、この技術では、好まれる主要ＲＦ電流磁場の測定を妨げないような装置のニーズもある。

ＲＦ電源の高調波含有量のモニタリングに関するさらなる問題は、終点（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ）検知に関するものである。化学気相成長（ＣＶＤ）およびプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）処理は過去２０年間で半導体製造の必要不可欠な成分となった。ＣＶＤおよびＰＥＣＶＤ処理は、犠牲層として、または、誘電体分離として金属層間で作用するために、低温度で誘電体膜を堆積するために一般的に使われる。

付加価値はないが、本質的に、ＣＶＤおよびＰＥＣＶＤの双方に関係するプロセス工程は、堆積処理のあとに残った残留膜を取り除くために、チャンバーの洗浄に基づくプラズマおよび関連する成分を含む。堆積処理の間、その膜は意図的に半導体基板の上に堆積される。半導体基板がチャンバーから取り除かれるとチャンバー洗浄が行われ、そのようにして堆積処理の成功には必要不可欠なのだが、実際は半導体装置製造の一部ではない。チャンバー洗浄工程のための一般的な方法はプラズマを基にした堆積された膜の揮発である。

プラズマを基にしたほとんどの処理で用いられる基本原則は、ラジオ周波（ＲＦ）電力の応用によってフィードガスを分離させるというものである。非付加価値イベントとして、チャンバー洗浄時間を最短にすることが重要である。また、延長した洗浄は実際、チャンバー成分を分解する可能性があり、その結果、生産制限粒子を作り出す。それゆえ、工程生産量を最大にしながら製造コストを最小にするために、洗浄処理を中止する時期を知ることが必要である。洗浄処理を中止させる正確な瞬間は終点と呼ばれる。

ＲＦ終点検知は供給ＲＦ電力の成分のモニタリングに基づいている。膜がチャンバー成分から取り除かれるとき、揮発した膜の副生成物はプラズマの中で容積測定的に減少する。プラズマ成分の中のこの容積測定変化が、ＲＦ電源回路によって見られるインピーダンス変化を生じさせる結果、引き続いてＲＦ電圧、電流、位相角、自己バイアス電圧で変化が見られる。これらの信号で見られる変化をモニタリングすることにより、ＲＦ終点の正しい決定が維持され得る。著しく、膜タイプ、膜厚、パターン密度が生産から生産まで一貫して、検知器が適切に機能する必要はない。なぜなら信号分析アルゴリズムが相補要素になるからである。

半導体処理で供給ＲＦ電力の成分をモニタリングするためにさまざまな装置が設計されてきた。そのような装置は、たとえば、Ｕ．Ｓ．５，７７０，９９２（Ｗａｔｅｒｓ）、Ｕ．Ｓ．５，５６５，７３７（Ｋｅａｎｅ）、Ｕ．Ｓ．６，０４６，５９４（Ｍａｖｒｅｔｉｃ）、Ｕ．Ｓ．５，８０８，４１５（Ｈｏｐｋｉｎｓ）、およびＵ．Ｓ．６，０６１，００６（Ｈｏｐｋｉｎｓ）などの中で議論されている。これらのすべての装置は、供給ＲＦ電力のＡＣ結合電圧および電流測定に基づく。供給さらたＲＦ電力のＡＣ結合電圧および電流の測定は、高調波分析のための周波数弁別検知回路への入力信号として機能する。そのような構成は、ブロードバンドや高調波的にゆがめられたＲＦ信号を分析するのに使われる検知回路に制限を設ける。さらに、これらの装置は、その後のアプリケーションに使われる前に、サンプル値信号を処理するためにインターフェース電気機器を必要とする。これらの各装置は、トランスデューサパッケージおよび、関連する分析またはインターフェース電気機器パッケージがともに較正されて全体の実行において失敗や劣化なしには、分離されないように構成されている。そのような構成の欠点はすでに議論した。このように、この技術において、装置がこれらの欠陥を克服する供給ＲＦ電力の高調波含有量をモニタリングするニーズがある。

プラズマ反応炉への電源回路に関する別の問題は、ＲＦ電力供給回路の成分の診断に関することである。半導体製造設備は建設して稼動させるのに大変高額になる。したがって、製造用具の停止時間を最短にするためにあらゆる努力がなされ、オフライン用具の維持と回復は常に超過時間の束縛にある。しばしば、仕様に合わずに用具がオフラインにされると、回復努力は診断の欠如によって被害をこうむる。したがって、そのような回復努力はしばしば大変高額になる。

図１４はそのようなシステムの典型的な構成を示している。システム１００はＲＦセンサー１０１、インピーダンスマッチング回路１３０、負荷１５０を構成する。ジェネレーター１００は、周知のインピーダンス１２０を介してインピーダンスマッチング回路１３０に結合している。このインピーダンスは５０オームのような典型的に公称特性値を有する。インピーダンス１２０はジェネレーターからインピーダンスマッチング回路１３０への最適な電力伝送装置である。マッチング回路１３０と負荷１５０の間のインピーダンス１４０は、通常知られていなく、時間経過によって変化する。

ほとんどのＲＦジェネレーターは、「内蔵」出力測定能力を有しているが、典型的にインピーダンスマッチング回路から離れて位置している。インピーダンスマッチング回路の出力時の入力電力の測定は、歴史的にボロメーター、熱量計、ダイオード、他の計測タイプによって提供されてきた。同軸環境でＲＦ電力測定を作成する方法の従来技術の例は、
Ｕ．Ｓ．４，５４７，７２８（Ｍｅｃｋｌｅｎｂｕｒｇ）、Ｕ．Ｓ．４，２６３，６５３（Ｍｅｃｋｌｅｎｂｕｒｇ）、およびＵ．Ｓ．４，０８０，５６６（Ｍｅｃｋｌｅｎｂｕｒｇ）、に見出され得る。これらすべては、ＲＦ電圧をサンプルするために誘導コイルのデザインに依存する。しかしながら、測定は、典型的には、維持とトラブル検出の間の診断と必要性によってのみ行われるため、設置の費用、軽便性および容易性は、主要な関心事である。

インピーダンス回路網出力の電力を測定する典型的な従来の方法は、負荷に供給されるＲＦ電力の、交流（ＡＣ）結合電圧および電流測定に依存する。これらの測定は、高調波分析を行うための周波数弁別回路に入力される。半導体プロセス内での、ＲＦ電力を供給するための部品をモニターする方法の従来技術の例は多くの特許に記載され、例えば、Ｕ．Ｓ．５，７７０，９９２（Ｗａｔｅｒｓ）、Ｕ．Ｓ．５，５６５，７３７（Ｋｅａｎｅ）、Ｕ．Ｓ．６，０４６，５９４（Ｍａｖｒｅｔｉｃ）、Ｕ．Ｓ．５，８０８，４１５（Ｈｏｐｋｉｎｓ）、およびＵ．Ｓ．６，０６１，００６（Ｈｏｐｋｉｎｓ）などである。これらのシステムは、また、ともに較正されるトランスデューサパッケージおよび、関連する分析、またはインターフェース電気パッケージを構成し、上記されたような虚弱質を有する（つまり、全体の実行の低下なしに、分離することができないということである）。

従来のＲＦ電力測定技術は、供給ネットワークの特性インピーダンス部分か、または２つの測定装置の統合なしに非特性インピーダンスセクションかのどちらかに、ソリューションを提供してきた。高価で、周波数弁別ＲＦセンサーをインストールするのが困難なものを統合する試みがいくつかなされてきたが、価格と導入問題によってあまり受け入れられてきていない。このように、フィールドエンジニアのために素早く、簡単に、安価に、正確にＲＦ電力供給回路の部品を診断して、もしあるとすれば、システムのどの成分に欠陥があるのかを決定する方法へのニーズがこの技術にある。

上記のニーズは、ここでの開示とこの後の記述によって示される装置と方法論により満たされている。

（発明の概要）
１つの局面で、ＲＦ電力供給される装置に供給されるＲＦ信号の高調波含有量をモニタリングするためにここにシステムが提供されている。このシステムは以下を備える：（ａ）ＲＦ信号の電圧をサンプリングし、その第１信号表示を出力するように適合された電圧トランスデューサと、（ｂ）ＲＦ信号の電流をサンプリングし、その第２信号表示を出力するように適合された電流トランスデューサと、（ｃ）電圧トランスデューサおよび電流トランスデューサの少なくとも一方と、好ましくは双方と通信する記憶装置。この記憶装置は、少なくとも一方の、好ましくは双方のトランスデューサに特有の較正情報を含む。較正情報はローカルに格納されているので、トランスデューサパッケージ、または分析および通信パッケージのどちらかの置き換えが、実行の劣化なしに、そして再較正の必要なしに、もう１つのパッケージから独立して起こる。

別の局面で、ＲＦ電力供給される装置に送られるＲＦ電力の高調波含有量をモニタリングするための方法と装置がここに提供される。ＡＣ結合されているために自己バイアス電圧の測定を防ぐ既存の電圧サンプルスキームとは異なり、ここに開示される方法と装置は、ＲＦ電圧のＤＣ結合サンプリングを利用する。したがって、ＲＦ電圧と自己バイアス電圧は同時に同一測定点で測定される。ＲＦ電圧波形のブロードバンドサンプルと自己バイアス電圧のコンビネーションは、プロセス制御のために設定されたより完全なデータを提供する。

また別の局面では、ここに提供されている方法と装置は、ファラディーの法則にしたがって作動する誘導性モニタリング装置を浮遊フィールド（磁気的および電気的）から保護するためのものである。浮遊磁界は好ましいＲＦ電流磁場の測定を妨げることなく、正確なＲＦ電流測定に著しく影響を与える可能性がある。好ましくは、本方法にしたがって作成された装置が、ＲＦ電流トランスデューサと、金属表面と金属側面を構成するトランスデューサのための筐体を構成することである。その筐体は、以下のように構成されることが好ましい。その筐体が平面基板の上に置かれるとき、側壁は上面から傾いてその基板の方に傾く。また、側壁がその上面から間隔を空けて側壁がトランスデューサを周囲の電界または磁場から絶縁させるように適合されることが好ましい。上面は、第１の端壁または第２の端壁で支えられ得ていて、好ましくは接地され、側壁よりも高い。装置は、ＲＦ電流キャリアと通信して次のように使用される得る。装置がＲＦ電流キャリアにもっとも近い磁性（ｍａｇｎｅｔｉｃ）に置かれていて、また、上面はＲＦ電流キャリアからの電界干渉によって起こるクロストークを防ぐように適合されている。そのような実施態様では、側壁は、ＲＦキャリアに関連する磁場を弱めることのないように配置されている可能性がある。

別の局面では、非高周波別弁ＲＦ堆積チャンバー洗浄終点検知器が、提供されている。この装置は、価格の点、導入、現場保全性、堆積チャンバー洗浄終点検知器の機能性制約を満たしている。ＲＦ検知器は周波数弁別を使用しないので、さまざまな検出回路はブロードバンドや高調波的にゆがめられたＲＦ信号を分析することが可能である。これらはピーク検出器、平均検出器、真のＲＭＳ検出器を含むがそれらに制限されていない。さらに、ＲＦ検出器は他の一般に見られるＲＦセンサーと異なるのは、その後のアプリケーションで使用される前に、サンプリングされた信号を処理する周波数弁別ユニットに要求されるインターフェース電子機器の必要がない点である。

さらに別の局面では、ここに提供されている方法と装置はインピーダンスマッチング回路の入力と出力でのＲＦ電力の測定のためのものである。その回路の効率は、回路の健全性を確認するため時間の経過とともに決定され、モニターされ得る。このように、好ましい実施態様では、周知のインピーダンス環境を介してジェネレーターに結合されているインピーダンス回路の入力での電力Ｐ_ｉを測定するために方法が提供されている。この方法は次の工程を構成する、（ａ）ＲＭＳ電圧信号（Ｖｒｍｓ）を生じさせるインピーダンス回路の入力での電圧に比例する信号を電圧検知器に接合させる、（ｂ）ＲＭＳ電圧信号を処理してインピーダンス回路の入力での電力を決定する。入力電力は単純な公式を用いて決定される
Ｐ_ｉ＝Ｖ^２ _ｒｍｓ／（Ｚ_ｃ）、ここで、Ｚ_ｃは特性インピーダンスとして知られる。

また別の局面では、インピーダンス回路の出力での電流を測定するため方法が提供されている。その方法は次の工程を構成する、（ａ）出力での電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）を決定する、（ｂ）測定された電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）の位相φの差を決定する、（ｃ）これらの測定から電力Ｐ_ｏを算出する。より詳しくは、その電力は次の公式から算出され得る：
Ｐ_ｏ＝ＶＩｃｏｓφ
別の局面では、方法が提供され、ここでは、Ｐ_ｉおよびＰ_ｏの測定値が、回路の効率ε：ε＝Ｐ_ｏ／Ｐ_ｉの測定を決定するのに利用される。インピーダンスマッチング回路の効率の評価は、回路の健全性を確証するのに利用される診断情報を提供する。

発明の別の局面によると、観側、記録、さらなる処理のために離れた位置への、インピーダンスマッチング回路の入力でのＲＦ電力を決定するための第１ＲＦセンサーによる入力電力値の通信のための測定法が提供されている。これは、ＭＯＤＢＵＳ基準プロトコル、またはＴＣＰ／ＩＰへの他の適切な通信プロトコル（たとえば、高スピードシリアルなど）を用いて達成されるのが好ましい。同様に、インピーダンスマッチング回路の出力でのＲＦ電力を決定する第２ＲＦセンサーによって算出される出力電力値は、また、観側、記録、さらなる処理のため離れた位置と通信している。これも、また、ＴＣＰ／ＩＰへのＭＯＤＢＵＳ基準プロトコルを用いて達成されるのが好ましい。その効率は、それから、離れた位置で算出される。

本発明のまた別の局面によると、イーサネット（登録商標）上の電力を経由して第１、および／または、第２センサーへ電力を提供するための、測定法が開示されている。この測定法のいくつかの実施態様においては、独自のＩＰアドレスが、各センサー近くの記憶装置に格納され得、観側されている特定の測定方法の位置を確認する、離れた観測位置に送信される。

前記は、後に続く発明の詳細がよりよく理解され得るように、ここに順番に、開示される装置および方法論のいくつかの局面、特徴、技術的優位性の概説をしている。本発明のさらなる局面、特徴、優位性については、この後に説明される。ここで提供されている開示は、他の構成が、本発明と同様の目的のために実施されるように修正されたり設計されたりするための基本として容易に利用され得るということを、同業者によって認められるべきである。同業者は、そのような均等な構成はここでの教示の精神と範囲からかけ離れていないということを認識するであろう。

同業者は、本開示のさまざまな局面はさまざまなコンビネーションとサブコンビネーションで使用され得、これらの各コンビネーションとサブコンビネーションはここで特に示されたかのように扱われるであろう。

本発明の好適な実施形態は図面に図示されている。類似の数字が使われており、さまざまな図面の類似および対応する部分を参照するために使用される。
Ａ．プロセス制御のためのＲＦセンサー
図１を参照すると、ここでの教示に基づいて作られたＲＦ制御された装置でのＲＦセンサーの利用を示すブロック図が示されている。この例示的なシステム１０では、ＲＦジェネレーター１１（ＲＦ源）の形式をとっている電源は、伝送線１４によってマッチング回路１２を介して処理反応炉１３と結合している。反応炉１３は、プラズマ反応炉のように、半導体ウェハーを含むさまざまな物質を処理するための、さまざまな反応炉であり得る。さらに、当業者は、電気またはマイクロ波エネルギー（ＲＦを含む）源を利用するさまざまな処理システムの技術が知られることを認め、また、これらのシステムのどれかひとつ、またはそのようなシステムのさまざまな組み合わせはここに記載されている教示の実際として利用されると認める。さらにまた、マッチング回路１２の使用が好ましい一方、ここに記載されているセンサーの全ての応用に必ずしも必要ではない。

図１に示されているように、トランスデューサパッケージ１５は反応炉１３に最も近い伝送線１４（典型的に同軸）に連続して挿入され、好ましくはマッチング回線１２の後に配列される。好ましくは、トランスデューサパッケージ１５を可能な限り反応炉１３に最も近い位置に配置される。その結果、トランスデューサパッケージ１５からの測量が反応炉１３に入る実際のＶとＩの値を表示できる。ＶとＩの両方の値が伝送線１４上の同位置で実質的に検知されるのは、反応炉１３に入る電力を決定し、ある場合にはＶとＩ間の位相関係を決定するためである。

適切なブロードバンド電圧トランスデューサ１６および電流トランスデューサ１７は、トランスデューサパッケージ１５に組み込まれている。これらのトランスデューサは、供給ＲＦ電力の電圧成分および電流成分をそれぞれサンプリングするように設計されている。トランスデューサパッケージはさらに、高速アナログーデジタル変換器（ＡＤＣ）６３、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）６５、（好ましくは不揮発性の）記憶装置６７を含む。トランスデューサパッケージ１５はＲＦ伝送線１４に近い測定位置に維持される。

図１に示されている構成は、さらにトランスデューサパッケージ１５から離れて位置する分析通信パッケージ６９を含む。トランスデューサパッケージ１５と遠隔分析通信パッケージ６９との間の通信は、典型的には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムの適切な動作に必要なＤＳＰに送信される設定コマンドと、ＤＳＰからのＦＦＴの結果とを含む。

トランスデューサパッケージに含まれる記憶装置６７は既存のトランスデューサパッケージに対して著しい改善が見られる。記憶装置はシステムによるアクセスのためのトランスデューサパッケージに特異な必要較正情報を格納し、また追跡目的のための通し番号や他の情報などのような他の適当な情報も格納し得る。トランスデューサのための較正情報がトランスデューサパッケージで有効なため、トランスデューサパッケージ、または関連した通信および分析パッケージのどちらかを置き換える必要があるときにシステムを再較正する必要がない。したがって、ここに公示されるトランスデューサパッケージは、トランスデューサパッケージ、または関連した通信および分析パッケージのどちらかを置き換える必要があるとき、較正維持に関するＲＦ検出器装置に共通の現場保持問題を解決する。図１を図２に合うように番号を付け替えることを推奨する。

図２と３を参照すると、トランスデューサパッケージ１５の１つの可能な実施態様が示されている。図２はトランスデューサパッケージ１５の各種構成部品の分解図である一方、図３は組み立て図である。筐体２０はトランスデューサパッケージ１５の各種構成部品を内蔵するために使用される。この実施態様の筐体２０は長方形型の箱で一方面に入力を、その反対面に出力を有する。筐体２０内に備えられている中心導体は、伝送線１４（図１参照）の中心（または内部）導体のための伝導媒体を提供する。このように、中心導体１９は、筐体２０の入力端と出力端間との間において、主要伝送線１４の駆動部分になる。筐体２０の各端部の入力／出力（Ｉ／Ｏ）コネクタ２１は各端板２２に取り付けられ、各端板２２はそれから筐体２０の各端部に取り付けられている。Ｉ／Ｏコネクタ２１の１つの端部は伝送回路１４と結合する一方、他の端部は端板２２の開口２５に伸びていて中心導体１９に結合している。伝導スリーブ２４はコネクタ２１のプラグの端部と、プラグ
より大きな開口を持つ伝導体１９とを結合するために利用される。中心開口２６を有する絶縁ワッシャ２３は、各コネクタ２１および各端板２２が筐体２０に取り付けられるとき、筐体２０内の各端部にある中心伝導体１９を中心的に支えるのに利用される。ネジ、ボルト、または他の留め具装置がコネクタ２１を端板２２に、端板２２を筐体２０に取り付けるのに利用される。

電圧トランスデューサ１６と電流トランスデューサ１７は筐体２０の両端の中ほどに実質的に取り付けられるが、筐体２０の反対側に配置される。図２、３に記されているように、電圧トランスデューサ１６と電流トランスデューサ１７は筐体２０に搭載され、それぞれ、アセンブリ１６、１７を筐体２０内に搭載するためのカバー板２８，２９を有する。電圧トランスデューサ１６と電流トランスデューサ１７は、それぞれ別々のコネクタ５３、４２を有している。コネクタ５３、４２は、Ｉ／Ｏコネクタ２１同様、それぞれカバー板２８，２９まで伸びている。

電流トランスデューサ１７のひとつの可能な実施態様が図５により詳細に示されている。この実施態様の電流トランスデューサはＵ字型ピックアップコイル（コイルループ）４０、平板２９、ターミネーション４１、コネクタ４２を含む。ピックアップコイル４０は同軸伝送線であり、伝導性リターンに囲まれた中心伝導体を有する。編み状のリターンを有する典型的な同軸ケーブルが使われるが、好ましい実施態様のコイルループ４０は、内部導体を囲む固体金属製の外部ケーシングを利用する。この外部ケーシングはターミネーション端部においてプレート２９と結合され、他の端部においてプレート２９およびコネクタ４２と結合されている。コイル４０の内部導体４３は１つの端部においてコネクタ４２の内部導体と結合され、他の端部においてターミネーション４１と結合されている。ターミネーション４１は回路部品（例えば、抵抗）であり、コイル４０端部においてマッチングした終端インピーダンスを提供する。終端インピーダンスはコイル４０の特性インピーダンスにマッチングしなくてはならなく（例えば、５０オーム）、また、同様のことがコネクタ４２に結合されている図１のトランスデューサパッケージ１５にもされる。このように、コイル４０の中心導体はその特性インピーダンスによって両端において終端される。コイル４０の外部ケーシングは、切り込み（スリット）４４をＵ字コイルの頂端に有し、頂端において外部ケーシングの電気接続を完全に中断する。このように、中心的に配置された切り込み４４はコイル４０の中心に位置する。外筒のみが切り込まれていて、コイル４０の内部導体は切り込まれていないことを言及しておく。

電流トランスデューサ１７が組み立てられて筐体４０内に配置されるとき、切り込み４４を有するコイル４０の中心部分は、図３に示されているように、中心導体１９の開口に挿入される。絶縁スリーブ４５が導体１９の開口に挿入され、Ｕ字型コイル４０（切り込み４４有り）の頂端はスリーブ４５に挿入される。絶縁スリーブは、導体１９からコイルケーシング（グランド電位にある）を電気的に絶断する。切り込み４４は絶縁スリーブ４５内に位置する。好ましくは、絶縁スリーブ４５がＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ブランドのフルオロポリマー、または変遷域にマッチングするインピーダンスを提供する所望の誘電率を提供できるような素材で製造される。

一部の実施形態においては、コイル４０は導体１９の中心に完全に挿入されないことがあることを言及しておく必要がある。この場合、絶縁スリーブ４５は必要でないかもしれない。そのような実施態様では、ファラデーの法則は完全には施行されないかもしれない。したがって、適切な較正を要する。しかしながら、それにもかかわらず、このタイプのアプローチは、アークの可能性を解決できる点において有利である。それが、絶縁スリーブ４５を使用する主な理由である。

プレート２９が筐体２０に取り付けられ、伝送線１４のリターンパスの一部を形成する。そのため、コイル４０のケーシングはその両端においてグランドされ、しかしながら、切り込み４４があるため、継続的なグランドパスを形成しない。そのため、プレート２９が筐体２０に取り付けられている。

電圧トランスデューサ１６の１つの可能な実施態様が図６に、より詳細に示されている。電圧トランスデューサは、同軸線５２の内部導体に結合されている平らな伝導プレート５０を含む。同軸線５２の他の端部は、カバー板２８に備えられているコネクタ５３に結合される。図１のトランスデューサパッケージ６１（おそらく１５）は、電圧トランスデューサ１６によって検知された電圧を計測するためにコネクタ５３に結合される。インストールされるとき、同軸線５２はコネクター５３に結合される外部線と同一のインピーダンスを有し、また（図２の）トランスデューサパッケージ１５はインピーダンスマッチングされる。したがって、インピーダンスは、トランスデューサパッケージ１５から、プレート５０と（典型的にはんだ接合を介して）結合する導体５１の先端までマッチングする。

カバー板２８を備えつけて電圧トランスデューサ１６が筐体２０に組み込まれるとき、平板５０は中心導体１９にもっとも近い位置に備えられるが、中心導体１９にふれることも、外部導体１８にふれることもない。プレート５０は電流プローブ１７と同様に、導体１９のほぼ中ほどに沿って置かれる。電圧トランスデューサ１６が導体１９を隔てて電流トランスデューサ１７の反対側に置かれることが好ましい。電流および電圧が中心導体１９の同一のライン位置で感知されるのが望ましいのは、正確な電力測定（Ｐ＝Ｖ×Ｉ）が得られるようにするためである。

従来から知られるこのタイプの既存の装置と方法論に対する、上記の装置と方法論の特徴のひとつは、高周波アナログ信号を、局部的に測定ポイントを処理するために、適切なデジタルプロトコルに変換することである。必要な較正情報の局部的な蓄積と組み合わされるとき、この特徴によって測定値の較正されたデジタル出力が提供される。
２．ＲＦセンサー電圧トランスデューサ
図７、８は、ここでの教示にしたがって形成されたＤＣ結合ＲＦセンサ電圧トランスデューサ１０１の実施態様の側面図、平面図である。電圧トランスデューサ１０１はＤＣ結合という点において、図２、３，４，６の電圧トランスデューサ１６と異なり、それが、ＤＣ自己バイアス電圧の測定を可能にする。ここに見られるように、このトランスデューサは主要ＲＦ電流キャリア（図示されていない）と直接的接触を有するベリリウム銅バネ１０３を備える。この構成は以上のように圧入接続が平坦、または円筒形電流キャリアのどちらかに維持される。ＤＣ結合ＲＦ電圧トランスデューサ１０１は、第１の高電圧用１０７と、第２の高電圧用１０９の無誘導性抵抗、およびＤＣ自己バイアス高電成分からＲＦを分離するために適合されたバイアスＴ字装置１１１から構成される。高電圧ＲＦおよび高電圧自己バイアス電圧は両方とも、比率（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））にしたがってサンプリングされる。ボンドパットは、ＲＦ電圧（Ｖ_ＲＦ）１１５、ＤＣ電圧（Ｖ_ＤＣ）１１７、アース端子（ＧＮＤ）１１９のための表面実装装置出力の接続を提供する。

ＤＣ結合ＲＦ電圧トランスデューサ１０１が適切な誘電体ケース（図示されていない）に入れられるのは、周囲の環境から保護するためである一方、負荷インピーダンスの影響を最小に抑えるためである。最小にできない場合、ＲＦ電力供給ネットワークによって見られる特性が変わり得る。ここに記されているように、電圧トランスデューサは、また適切な周波数依存分析電子機器と結合されて、高周波成分分析、関連する測定の検知器回路、適切に構成されたＲＦ電流トランスデューサを提供し得る。
３．半導体処理のためのＲＦ検知器
図９は、ここでの教示にしたがって作成されたＲＦ検知器４０１（図示されていない）の１つの可能な実施態様の機能構築を示している。ＲＦ検知器は、ＲＦ電力供給回路４０５とプラズマＲＦ負荷４０７の間のＲＦ電力供給線４０３に結合されている。適切なＤＣ結合ＲＦ電圧トランスデューサ４０９とＡＣ結合電流トランスデューサ４１１が使用ポイントのＲＦ電圧と電流信号をサンプリングするために使われる。これらのサンプルは、それから好ましい測定の正確さに応じてさまざまな手段の検知器に利用される。

ＲＦ検知器４０１は、電圧トランスデューサ４０９による信号出力をＤＣ成分とＲＦ成分に分離するバイアスＴ字装置４１３を含む。信号のＤＣ成分はＤＣバイアス検知器４１５に入力され、ＤＣバイアス検知器４１５はＤＣ電圧（Ｖ_ＤＣ）パラメーターを出力する。信号のＲＦ成分は、第１の２ウェイ０°スプリッタ４１７に入力される。第１の２ウェイ０°スプリッタ４１７は、ＲＦ電圧（Ｖ_ＲＦ）パラメーターを出力するＲＦ電圧検知器４１９および位相検出器４２１と通信する。

ＲＦ検知器４０１はさらに第２の２ウェイ０°スプリッタ４２３を含む。第２の２ウェイ０°スプリッタ４２３は、ＲＦ電流（Ｉ_ＲＦ）パラメーターを出力するＲＦ電流検知器４２５および、位相検出器４２１と、通信する。位相検出器４２１は、第１と第２の２ウェイ０°スプリッタ（４１７、４２３）からの入力に基づいたＲＦ電圧（ＰＨ_ＲＦ）パラメーターに関するＲＦ電流の位相角を出力する。

正確な規格を持たない共通のアプリケーション、また動作電力を備え付けることが好まれないアプリケーションには、検知器は、ピークの、または平均の性質であり得る。正確さが表明され、動作電力が備え付けられるアプリケーションには、検知器は「真のＲＭＳ」タイプであり得る。

周波数弁別能力を削除することで、コストと終点検知器の物理的大きさが共に最小となることにより、装置を円滑にさせて、装置のアプリケーションを広げる。出力された信号は、電圧と電流波形の高調波ひずみのために、ピークの、または平均的な検知器に典型的に相対的な正確性を有するのみになる。しかし、分析ソフトウエアで使われる較正係数を提供することで、真のＲＭＳ検知器が正確に作成される。

Ｕ．Ｓ．５，５７６，６２９（Ｔｏｍｐｋｉｎｓら）およびＵ．Ｓ．５，９３９３，８８６（Ｔｕｒｎｅｒら）は、供給ＲＦ電力成分を制御する方法とシステムを開示し、その方法とシステムが終点検知のためにどのように使われる可能性があるかを記述している。しかし、これらの関連特許に記載されているアプローチに反して、ここに記載されているアプローチには、供給ＲＦ電力成分は制御されていない。むしろ、対応する信号が実際の制御が、Ｕ．Ｓ．５，５７６，６２９（Ｔｏｍｐｋｉｎｓら）およびＵ．Ｓ．５，９３９，８８６（Ｔｕｒｎｅｒら）などに記載されているシステムに利用されるのを受けて、これらの成分は単に検知される。
４．ＲＦセンサ電流トランスデューサ
図１０〜図１２はここでの教示にしたがって作られたＲＦセンサの表面実装トランスデューサコイル３０３の筐体アセンブリ３０１を図示している。この筐体アセンブリは、上面３０５、第１側壁３０７と第２側壁３０９（図１１，１２を参照）、第１端壁３１１と第２端壁３１３（図１０、１１を参照）から成る。フランジ３１５と３１６で仕切られるこの端壁は、接続パッド３２１，３２３をそれぞれ経由して基板３１８に取り付けられている。同様に、側壁３０７、３０９は、それぞれ、接続パッド３２５および３２７を介して、基板３１８に搭載されている。

図１０では、筐体アセンブリ３０１内の側壁が、表面実装トランスデューサコイル３０３の設置が簡単にわかるように、明瞭さのために省略されている。トランスデューサコイル３０３はファラディーの法則に従って動作し、第１接続パッド３１７、第２接続パッド３１９を経由して基板３１８に取り付けられる。

上面３０５は、金属性であることが好ましいが、クロストークを防ぐために適合されている。クロストークは、トランスデューサコイル３０３に近い磁石に置かれているＲＦ電流キャリア（図示されていない）からの電界干渉が原因で起こる。側壁３０７，３０９もまた金属性であることが好ましい。側壁の主な目的は、トランスデューサコイル３０３を浮遊の電場あるいは磁場から絶縁させるためである。浮遊の電場あるいは磁場は周囲環境に存在する可能性があり、誘導エラーが原因で測定劣化を起こす。

筐体３０１アセンブリの平面図である図１１に示されているように、この筐体は基板３１８の上に置かれているので、第１側壁３０７と第２側壁３０９は基板３１８に対してある角度で置かれ、側壁は上面３０５に傾斜したかたちにある。側壁３０７，３０９が基板３１８に対して傾いている角度は、側壁が主なＲＦ電流キャリア（図示されていない）からの磁場を弱めることのない角度で定められる。さらに、図１２に見られるように、側壁３０７，３０９は上面３０５とは違う高さであることが好ましい。基板３１８に対する側壁３０７，３０９の角の配置と、側壁３０７，３０９の高さの低減の結果、主要ＲＦ伝導体からの磁場線に一種の漏れを創る。
５．ＲＦ電力供給診断システム
ここでの教示にしたがって作成される好ましいＲＦ電力供給診断システムの実施態様は図１３に図示されている。ここに示されているように、システム２０１はＲＦジェネレーター２０３、インピーダンスマッチング回路２０５、プラズマ負荷２０７を含む。プラズマ負荷２０７は、たとえばプラズマエッチング反応炉といった、さまざまなＲＦを原動力とする装置に反応する可能性がある。

第１ＲＦセンサ２０９はインピーダンスマッチング回路の入力におけるＲＦ電力を測定するために提供され、第２ＲＦセンサー２１１はインピーダンスマッチング回路の出力におけるＲＦ電力を測定するために提供されている。センサー２０９および２１１からの結果として生じる測定は隔たった位置で伝達され得る。

ＲＦ電力ジェネレーター２０３は、電力線２１３を介してインピーダンスマッチング回路２０５に結合している。電力線２１３はインピーダンスＺ_ｃを示すインピーダンス環境を有する。典型的に、Ｚ_ｃ値は約５０オームであるが、同業者は、他のインピーダンスを出す環境にしばしば遭遇することを認め、ここに示すシステムが特別なインピーダンス値に限られていないことを認める。

第１ＲＦセンサ２０９内に、別々のインピーダンスＺ_１、Ｚ_２を有するインピーダンス成分２１５、２１７を構成する電圧分圧回路がある。分圧回路は、ＲＭＳ ＲＦ電圧検知器２２１にインピーダンスマッチング回路２０５の入力時のＲＦ電力に比例した電圧を提供する。分圧回路のインピーダンス成分２１５および２１７は、抵抗成分、かつ／または、容量成分とともに導入される可能性があり、それによって、従来技術の誘導性コンポーネントに遭遇する実行の困難さが排除される。

分圧回路からの検知器２２１への電圧入力に応じて、検知器２２１はインピーダンスマッチング回路２０５の入力でのＲＭＳ電圧表示の出力アナログ信号を生成する。電圧検知器２２１は商業的に利用可能な集積回路を用いて導入され得る。

処理装置２２８はセンサ２０９内に組み込まれている。処理装置２２８はＲＦ電圧検知器２２１の出力を受け、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２２３を介してデジタル信号に変換する。処理ユニット２２５はＡＤＣ２２３からのデジタル信号を受ける。処理ユニット２２５は、マイクロプロセッサやここに記されている必要な機能達成する能力がある他のデジタル装置を用いて実施され得る。処理ユニット２２５は、また、較正係数を含む搭載されている記憶ユニット２２７に結合している。較正係数は、公称値からのコンポーネント偏差によって起こる誤差を修正するために用いられる。たとえば、もし抵抗が、インピーダンス成分２１７、２１９として、それぞれ分圧回路の成分Ｚ_１、Ｚ_２に用いられると、これらの抵抗は典型的に公称値からわずかにそれる。

較正係数は、たとえば、較正係数は、そのような誤差を修正するための多項式解法を実施するために選択され得る。

ｙ＝ｃ＋ｂｘ＋ａｘ^２ （方程式１）
ここで、ｘが検知器２２１からのＲＭＳ信号の入力デジタル表示で、ａ，ｂ，ｃは記憶ユニット２２７からの較正係数で、ｙが較正されたＲＭＳ信号、Ｖ_ｒｍｓである。そして、インピーダンスマッチング回路２０５への入力でのＲＭＳ ＲＦ電力は、方程式１にしたがって決定される：
Ｐ_ｉ＝Ｖ^２ _ｒｍｓ／（Ｚ_ｃ） （方程式２）
Ｚ_ｃはジェネレーター２０３をインピーダンスマッチング回路２０５に結合させる電力線２１３の特性インピーダンスとして知られる。

測定された入力電力は、それから、離れた位置と通信され得るか、もしくは、代わりに、または、加えて出力電力センサと通信され得るかのどちらかで、観側や記録、送信、さらなる処理がされる。離れた場所、および／または、出力電力センサと入力電力センサ間の通信は、ＴＣＰ／ＩＰに標準プロトコルを用いるＭＯＤＢＵＳ２２９によって実施されることが好ましい。さらに、同様の通信ポートがイーサネット（登録商標）への電力を用いる入力電力センサへ電力を提供して、センサ上の単一データおよび電力アクセス・ポイントを許容し得る。

記憶ユニット２２７は、また第１ＲＦセンサ２０９の特定の測定位置を確認するＩＰアドレスを格納し得る。このようにして、たとえば、異なった位置での複数のセンサを有する回路では、各位置への通信が提供されることで、電力測定が行われ、電力測定からの位置の確認を受ける場所の選択ができるようになる。

インピーダンス回路２０５の出力での電力は、出力電力センサ２１１によって測定される。回路２０５の出力での電圧は、ＤＣ結合電圧トランスデューサ２４１であり、好ましい実施態様では、感知された電圧を低減する電圧分圧器として基本的に作用する。電圧トランスデューサ２４１の出力は、供給電圧のＤＣ成分とＡＣ成分を分離する、バイアスＴ字装置２４３に送り込まれる。ＤＣ成分はＤＣバイアス検知器２４５によって検知され、ＡＣ成分は第１の２ウェイ電力スプリッタ２４７に送られる。第１の２ウェイ電力スプリッタ２４７の１つの分岐は、ＲＦ電圧検知器２５９に接続し、第１の２ウェイ電力スプリッタ２４７のもう１つの出力分岐は位相検出器２５１に接続する。

インピーダンスマッチング回路の出力時の電流はＡＣ結合された電流トランスデューサ２５３であり、この出力は第２の２ウェイ電力スプリッタ２５５に送られる。第２の２ウェイ電力スプリッタ２５５の１つの分岐はＲＦ電流検知器２５７に接続し、もう１つの出力分岐は位相検出器２５１に接続する。

位相検出器２５１は、第１の２ウェイ電力スプリッタ２４７から受ける電圧信号と第２の２ウェイ電力スプリッタ２５５から受ける電流信号との間の位相の違いを測定する。ＲＦ電圧検知器２５９は、インピーダンス回路２５９の出力での電圧のＲＭＳ値の表示信号を提供する。ＲＦ電流検知器２５７はインピーダンス回線２０５の出力での電流のＲＭＳ値の信号表示を提供する。ＤＣバイアス検知器２４５の出力、位相検出器２５１の出力、ＲＦ電圧検知器２５９の出力、およびＲＦ電流検知器２５７の出力は、アナログーデジタル変換器（ＡＤＣ）２６１への入力である。ＡＤＣは、組み込まれているＣＰＵ２３０内に配置され、処理ユニット２６３を用いてこれらの信号をデジタルに変換する。

処理ユニット２６３は、マイクロプロセッサ、または、ここに記されている必要な機能を遂行する能力のある他のデジタル装置を用いて実施され得る。処理ユニット２６３はまた較正パラメーターを含む搭載されている記憶ユニット２６５と結合している。較正パラメーターは、たとえば、公称値からの構成部品偏位が原因でのエラーを修正するために使用される。

較正係数は、たとえば、上記の方程式１のような多項式解法を実施して、次のような誤差を修正することがある。ここで、ｘがＲＦ電圧検知器２５７、またはＲＦ電流検知器２５９からのＲＭＳ信号の入力デジタル表示で、ａ，ｂ，ｃが特定の検知器からの信号のための記憶ユニット２６５からの較正係数で、ｙが較正されたＲＭＳ出力信号Ｖ_ｒｍｓ，またはＩ_ｒｍｓである。すると、インピーダンスマッチング回路２０５の出力時のＲＭＳ ＲＦ電力は計算によって決定される：
Ｐ_ｏ＝Ｖ_ｒｍｓＩ_ｒｍｓｃｏｓφ （方程式３）
ここで、ｃｏｓφは電圧と電力間の位相のコサインである。

測定された出力電力は、それから、離れた位置と通信され得るか、または、入力電力センサと代わりに、もしくは、加えて通信され得て、観測や記録、送信、さらなる処理がされる。離れた場所、および／または、入力電力センサと出力電力センサ間の通信は、ＴＣＰ／ＩＰに標準プロトコルを用いるＭＯＤＢＵＳ２６７によって実施されることが好ましい。さらに、同様の通信ポートがイーサネット（登録商標）技術への電力を用いる出力電力センサへ電力を提供して、第の２ＲＦセンサ２１１上の単一データおよび第２のＲＦセンサ２１１の電力アクセス・ポイントを許容し得る。記憶ユニット２６５はまた、位置を確認することによって、第２ＲＦセンサ２１１の特定の測定位置を確認するＩＰアドレスを格納し得る。このようにして、たとえば、異なった位置での複数のセンサを有する回路網での、各位置への通信が提供されることで、電力測定が行われ場所の選択、および電力測定を受け取る位置の識別ができるようになる。

入力電力をＰ_ｉ，出力電力をＰ_ｏと仮定してみると、インピーダンスマッチング回路２０５の健全性をトラックする時間中、効率ε（ｔ）が算出されて観測される。効率ε（ｔ）は離れた位置で算出され得るか、または、第１ＲＦセンサー２０９ユニット内か第２ＲＦセンサー２１１ユニット内で算出され得る。

同業者は上記の技術を認めるであろう。つまり、ここに記されているＲＦ電力供給診断システムが、インピーダンスマッチング回路の入力電力の測定と、インピーダンスマッチングの出力時の電力の両方の測定を提供することにより、インピーダンスマッチング回路を含む全ＲＦ電力供給回路の診断的特性を可能にするというものである。さらに、本発明は、各測定地点の較正情報を維持する能力を提供し、これまでの発明方法の周波数弁別および高調波分析を回避することが可能である。
６．コンビネーションとサブコンビネーション
ここに記されている装置および方法論は、相互にさまざまなコンビネーションとサブコンビネーションで使用されることがあり得、また、各種便利な装置に帰着している較正部品に使用されることもあり得る。たとえば、周知の技術として知られる各種周波数依存ＲＦセンサは、ここに開示されているＲＦ電圧トランスデューサとＲＦ電流トランスデューサの一方または両方のコンビネーションで使われ得、かつ、またはここに開示される電力供給診断システムとＲＦセンサの一方または双方とのコンビネーションで使われ得る。このように、特に、周知の技術として知られる各種周波数依存ＲＦセンサはここに開示されているＲＦ電圧トランスデューサとＲＦ電流トランスデューサのコンビネーションで使用され得る。また、周知の技術として知られる各種周波数依存ＲＦセンサはここに開示されるＲＦ電圧トランスデューサとＲＦ電流トランスデューサのコンビネーションで使用され得、さらにここに開示されている電力供給診断システムとＲＦセンサのコンビネーションで使用され得る。

同様に、ここに開示されている非周波数依存ＲＦ検知器は、ここに開示されているＲＦ電圧トランスデューサとＲＦ電流トランスデューサの一方または両方との通信に使われ得る。たとえば、ここに開示される非周波数依存ＲＦ検知器は、ここに開示されるＲＦ電流トランスデューサと電圧トランスデューサのコンビネーションで使用され得る。これらのコンビネーションは、ここに開示されるＲＦセンサと電力供給診断システムの一方または両方とのコンビネーションでさらに使用され得る。たとえば、ここに開示される非周波数依存ＲＦ検知器は、ここに開示されるＲＦ電流トランスデューサとＲＦ電圧トランスデューサのコンビネーションで使用され得、さらにはここに開示されるＲＦセンサと電力供給診断システムのコンビネーションで使用され得る。

加えて、ここに開示されるＲＦセンサは、ここに開示されるＲＦ電圧とＲＦ電圧トランスデューサの一方または両方のコンビネーションで使用され得る。たとえば、ここに開示されるＲＦセンサはここに開示されるＲＦ高周波とＲＦ電圧トランスデューサのコンビネーションで使用され得る。

ここに開示される各種装置と方法論が詳細に記述されてきたが、同業者は、ここに示される教示の精神と範囲から逸脱することなく、さまざまな変化、置換、変更がなされることを認めるだろう。

ここでの教示にしたがって作成されたＲＦ検知器の機能ブロック図である。 ここでの教示にしたがって作成されたＲＦ検知器の組立分解図である。 図２のＲＦ検知器の斜視図であり、装置の側壁は図解のために透明になっている。 図３のＲＦ検知器の、部分断面の、側面図である。 ここに開示される装置と方法論で用いられる電流トランスデゥーサの側面図である。 ここに開示される装置と方法論で用いられる電圧トランスデゥーサの側面図である。 ここでの教示にしたがって作成されたトランスデゥーサの側面図である。 ここでの教示にしたがって作成されたトランスデゥーサの平面図である。 ここでの教示にしたがって作成された終点の機能ブロック図である。 ここでの教示にしたがって作成されたＲＦセンサ電流トランスデゥーサのための遮蔽スキームの側面図である。 ここでの教示にしたがって作成されたＲＦセンサ電流トランスデゥーサのための遮蔽スキームの平面図である。 ここでの教示にしたがって作成されたＲＦセンサ電流トランスデゥーサのための遮蔽スキームの側面図である。 インピーダンスマッチングネットワークの入力時のＲＦ電力の測定のためのＲＦセンサの概略的な図である。 従来のＲＦ電力供給システムの図である。

Claims (52)

1. ＲＦ電源供給される装置に供給ＲＦ信号の高調波含有量をモニタリングするシステムであって、
   ＲＦ信号の電圧をサンプリングし、その第１の信号表示を出力するように適合された電圧トランスデューサと、
   ＲＦ信号の電流をサンプリングし、その第２の信号表示を出力するように適合された電流トランスデューサと、
   該電圧トランスデューサおよび該電流トランスデューサの少なくとも一方と通信する記憶装置であって、該記憶装置は該トランスデューサの少なくとも一方に特有な較正情報を含む、記憶装置と
   を備えた、システム。
2. 前記記憶装置は、前記電圧トランスデューサおよび前記電流トランスデューサの各々と通信し、前記記憶装置は、該電圧トランスデューサおよび該トランスデューサの各々に特有な較正情報を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電圧トランスデューサおよび前記電流トランスデューサと通信する制御装置であって、該電圧トランスデューサまたは電流トランスデューサからの入力に応答して前記ＲＦ信号を修正することにより、高調波ひずみを最小にするように適合された制御装置をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１および第２の信号は、第１および第２のアナログ信号であり、該第１および第２のアナログ信号をそれぞれ第１および第２のデジタル信号に変換するように適合されたデジタル変換器をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ＲＦ電力供給される装置は、半導体処理のためのプラズマ反応炉である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記記憶装置は、不揮発性の記憶装置である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記電圧トランスデューサおよび前記電流トランスデューサの両方からの入力に応答してＲＦ信号を修正することにより、高調波ひずみを最小にするように適合された制御器をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
8. デジタル信号処理装置をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
9. ＲＦ信号をＲＦ電源供給される装置に供給するために適合されたＲＦ電源をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
10. ＲＦ電源供給される装置に送られるＲＦ電力の高調波含有量をモニタリングするシステムであって、
    ＲＦ信号をＲＦ電力供給される装置に提供するように適合されたＲＦ電源と、
    該ＲＦ信号の電圧をサンプリングし、その第１のアナログ信号表示を出力するように適合された電圧トランスデューサと、
    該ＲＦ信号の電流をサンプリングし、その第２のアナログ信号表示を出力するように適合された電流トランスデューサと、
    該第１および第２のアナログ信号を第１および第２のデジタル信号に変換するように適合された変換器と、
    該電圧トランスデューサおよび電流トランスデューサに特有な較正情報を含む記憶装置と、
    該変換器および該記憶装置と通信するデジタル信号処理装置であって、該記憶装置に格納された該較正情報に基づいて該第１および該第２のデジタル信号を較正し、該較正された信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行するように適合されたデジタル信号処理装置と、
    該デジタル信号処理装置と通信する制御装置であって、該較正された信号をモニターし、必要に応じてＲＦ信号を修正することにより、高調波ひずみを最小にするように適合された制御装置と
    を備え、
    該制御装置は、該ＦＦＴの適切な実行のための設定コマンドを該処理装置に出力し、該処理装置は、該ＦＦＴの結果を該制御装置に出力する、システム。
11. ＲＦ電源によってＲＦ電力供給される装置に送られるＲＦ信号の高調波含有量をモニタリングする方法であって、
    該ＲＦ信号の電圧および電流をサンプリングし、その第１および第２のアナログ信号表示をそれぞれ出力するステップと、
    該第１および第２のアナログ信号を第１および第２のデジタル信号に変換するステップと、
    該第１および第２のデジタル信号をモニタリングし、該第１および第２デジタル信号に基づいて必要に応じてＲＦ信号を修正することにより、高周波ひずみを最小にするステップと、
    該第１および第２デジタル信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行するステップと、
    該デジタル信号処理装置と通信する記憶装置であって、該電圧および電流トランスデューサに特有な較正情報を含む記憶装置と、
    を包含し、
    該制御装置は、該ＦＦＴの適切な実行のための設定コマンドを該処理装置に出力し、該処理装置は、該ＦＦＴの結果を該制御装置に出力する、方法。
12. ＲＦ電力によってＲＦ電力供給される装置に送られるＲＦ信号の高調波含有量をモニタリングする方法であって、
    該ＲＦ信号の電圧をサンプリングし、その第１のアナログ信号表示を出力するステップと、
    該ＲＦ信号の電流をサンプリングし、その第２のアナログ信号表示を出力するステップと、
    該第１および第２のアナログ信号を第１および第２のデジタル信号に変換するステップと、
    該第１および第２のアナログ信号をモニタリングし、第１および第２のデジタル信号に基づいて必要に応じて該ＲＦ信号を修正することにより、高周波ひずみを最小にするステップと、
    該第１および第２のデジタル信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行するステップと、
    該デジタル信号処理装置と通信する記憶装置であって、該電圧および電流トランスデューサに特有な較正情報を含む、記憶装置と
    を包含し、
    該制御装置は、該ＦＦＴの適切な実行のための設定コマンドを該処理装置に出力し、該処理装置は、該ＦＦＴの結果を該制御装置に出力する、方法。
13. ＲＦ電力に送られる高調波含有量をモニタリングするシステムであって、
    入力ＲＦ信号をフィードガスに与えることによりプラズマを生成するように適合されたプラズマ反応炉と、
    ＲＦ信号を該反応炉に提供するように適合されたＲＦ電源と、
    該ＲＦ信号の電圧をサンプリングし、その第１のアナログ信号表示を出力するように適合された電圧トランスデューサと、
    該ＲＦ信号の電流をサンプリングし、その第２のアナログ信号表示を出力するように適合された電流トランスデューサと、
    該第１および第２のアナログ信号を第１および第２のデジタル信号に変換するように適合されたデジタル変換器と、
    該デジタル変換器と通信する分析制御通信（ＡＣＣ）パッケージであって、該第１および第２のデジタル信号をモニタリングし、必要に応じて該ＲＦ信号を修正することにより、高調派ひずみを最小にするように適合されたＡＣＣパッケージと、
    該デジタル信号処理装置と通信する不揮発性の記憶装置であって、該電圧トランスデューサおよび電流トランスデューサに特有な較正情報を含む、記憶装置と
    を備えた、システム。
14. 周知のインピーダンス環境を介してジェネレーターに結合されたインピーダンス回路の出力における電力を測定する方法であって、
    該インピーダンス回路の出力における電圧の信号表示を電圧検知器に結合することにより、ＲＭＳ電圧信号を生成するステップと、
    該インピーダンス回路の出力における電流の信号表示を電流検知器に結合するステップと、
    該ＲＭＳ電圧およびＲＭＳ電流信号を処理することにより、該インピーダンス回路の出力における電流を決定するステップと
    を包含する、方法。
15. 前記インピーダンス回路の入力における電圧の信号表示を電圧検知器に結合することにより、ＲＭＳ電圧信号を生成するステップをさらに包含する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記インピーダンス回路の入力と出力における電圧を用いて、該インピーダンス回路の入力と出力の間の電力の差を算出するステップをさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
17. 周知のインピーダンス環境を介してジェネレーターに結合されたインピーダンス回路の出力における電力を測定するシステムであって、
    インピーダンス回路の下流に結合され、ＲＭＳ電圧信号を生成するように適合された第１電圧検知器と、
    インピーダンス回路の下流に結合され、該インピーダンス回路の出力における電流の信号表示を生成するように適合された電流検知器と、
    インピーダンス回路の上流に結合され、ＲＭＳ電圧信号を生成するように適合された第２電圧検知器と
    を備えた、システム。
18. ＲＦ電圧を有するＲＦ電源供給される装置およびそれに関する自己バイアス電圧をモニタリングする方法であって、測定と同位置で、ＤＣ結合を経由して、該電圧と該自己バイアスをサンプリングするステップを包含する、方法。
19. 前記ＲＦ電源供給される装置がプラズマ反応炉である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ＲＦ電圧および前記自己バイアス電圧が第１および第２抵抗Ｒ_１およびＲ_２をそれぞれ有するプローブでそれぞれサンプリングされ、該ＲＦ電圧および該自己バイアス電圧が比率Ｒ_２／（Ｒ_１＋Ｒ_２）にしたがってサンプリングされる、請求項１８に記載の方法。
21. 前記第１および第２抵抗が高電圧で、非誘導性抵抗である、請求項２０に記載の方法。
22. バイアスＴ字装置を使用して前記ＲＦ自己バイアス成分を前記ＤＣ自己バイアス成分から分離させる、請求項２１に記載の方法。
23. ＲＦ電圧を有するＲＦ電力供給される装置およびそれに関する自己バイアス電圧をモニタリングするＤＣ結合電圧プローブであって、
    第１および第２の非誘導性抵抗と、
    該ＲＦを該ＤＣ自己バイアス電圧成分から分離させるように適合されたバイアスＴ字と
    を備えた、プローブ。
24. 前記プローブは前記ＲＦ電圧および前記自己バイアス電圧を同一測定点でサンプリングするように適合された、請求項２３に記載のプローブ。
25. 前記第１および第２抵抗は高電圧抵抗である、請求項２３に記載のプローブ。
26. 前記ＲＦ電力供給される装置がプラズマ反応炉である、請求項２３に記載のプローブ。
27. 前記プローブは、ＲＦ電流キャリアとの組み合わせで、前記ＲＦ電流キャリアと直接的接触をするバネをさらに備える、請求項２３に記載のプローブ。
28. 前記バネがベリリウム銅を備える、請求項２７に記載のプローブ。
29. 前記バネが前記ＲＦ電流キャリアと圧入接触を維持するように適合された、請求項２７に記載のプローブ。
30. ＲＦ電圧、ＤＣ電圧、グラウンドへの表面実装装置出力に接触を提供するように結合されたボンドパッドをさらに備えた、請求項２３に記載のプローブ。
31. ＲＦ電源の電圧および電流を検知するのに適した装置であって、
    ＤＣ接合電圧トランスデューサと通信するＲＦ電圧検知器と、
    ＡＣ結合電流トランスデューサを通信するＲＦ電流検知器と
    を備えた、装置。
32. 半導体処理装置と組み合わせの、請求項３１に記載の装置。
33. 前記ＲＦ電圧検知器および前記ＲＦ電流検知器が該ＲＦ電圧およびＲＦ電流をそれぞれ使用点でサンプリングするように適合された、請求項３２に記載の装置。
34. 前記ＲＦ電圧検知器および前記ＲＦ電流検知器がピーク値を検知するように構成された、請求項３１に記載の装置。
35. 前記ＲＦ電圧検知器および前記ＲＦ電流検知器が平均値を検知するように構成された、請求項３１に記載の装置。
36. 前記ＲＦ電圧検知器および前記ＲＦ電流検知器が真のＲＭＳ値を検知するように構成された、請求項３１に記載の装置。
37. 前記ソフトウエアが該ＲＦ電圧検知器およびＲＦ電流検知器の出力を分析するように適合されていて、前記ソフトウエアが前記ＲＦ電圧およびＲＦ電流検知器のための較正係数を維持するように適合されている、請求項３６に記載の前記装置との組み合わせのソフトウエアプログラム。
38. ＲＦ電源をモニタリングする方法であって、
    ＤＣ結合電圧トランスデューサを経由する該電源のＲＦ電圧を検知するステップと、
    ＡＣ結合電流トランスデューサを経由する該電源のＲＦ電流を検知するステップと
    を包含する、方法。
39. 前記ＲＦ電圧および前記ＲＦ電流が使用点でサンプリングされる、請求項３８に記載の方法。
40. 前記ＲＦ電圧および前記ＲＦ電流がピーク値として検知される、請求項３８に記載の方法。
41. 前記ＲＦ電圧および前記ＲＦ電流が平均値として検知される、請求項３８に記載の方法。
42. 前記ＲＦ電圧および前記ＲＦ電流が真のＲＭＳ値として検知される、請求項３８に記載の方法。
43. 前記ＲＦ電圧およびＲＦ電流がそれぞれＲＦ電圧検知器およびＲＦ電流検知器によって検知され、該電圧検知器および該ＲＦ電流検知器のために較正係数を維持するステップをさらに包含する、請求項４２に記載の方法。
44. 前記較正係数が前記ＲＦ電圧検知器および前記ＲＦ電流検知器の信号出力の分析に使用される、請求項４３に記載の方法。
45. ＲＦ電流トランスデューサと、
    該トランスデューサのための筐体であって、金属上面および金属側壁を備えた筐体と
    を備え、
    該筐体は、平面基板の上に置かれているとき、該側壁が該上面から傾斜して該基板に傾くように構成されている、装置。
46. 前記側壁が前記上面から間隔を空けてある、請求項４５に記載の装置。
47. 前記上面が前記側壁より高い、請求項４５に記載の装置。
48. 前記上面が第１および第２壁端に支えられている、請求項４５に記載の装置。
49. 前記上壁が接地された、請求項４５に記載の装置。
50. 前記装置が前記ＲＦ電流キャリアにもっとも近い位置の磁性に置かれていて、前記上面が前記ＲＦ電流キャリアからの電界干渉が原因によるクロストークを防ぐように適合された、ＲＦ電流キャリアとの組み合わせである、請求項４５に記載の装置。
51. 前記の側壁が前記トランスデューサを周囲の電界、または磁界から絶縁させるように適合された、請求項４５に記載の装置。
52. 前記側壁が前記ＲＦキャリアと関係した磁場を弱めることのないように配置された、請求項４５に記載の装置。

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