JPH0665193B2 - Contamination detection device for probe surface - Google Patents
Contamination detection device for probe surfaceInfo
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- JPH0665193B2 JPH0665193B2 JP62320898A JP32089887A JPH0665193B2 JP H0665193 B2 JPH0665193 B2 JP H0665193B2 JP 62320898 A JP62320898 A JP 62320898A JP 32089887 A JP32089887 A JP 32089887A JP H0665193 B2 JPH0665193 B2 JP H0665193B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、プラズマ内にプローブ電極を挿入して種々の
情報を取得するプローブ測定装置に係わり、特に、プラ
ズマ内の電離物質等によって汚染されたプローブ電極の
表面の汚染度合いを検出するプローブ表面の汚染検出装
置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a probe measuring device that inserts a probe electrode into plasma to obtain various kinds of information, and is particularly contaminated by ionized substances in plasma. The present invention also relates to a probe surface contamination detection device for detecting the degree of contamination of the probe electrode surface.
(従来技術) プラズマ化学の分野では、プラズマを利用して固体表面
の改質、洗浄、物質の合成・分解等の技術開発が行われ
ている。このようなプラズマを利用した各種装置では、
プラズマを高精度に制御するため、その媒質中のイオン
分布、電子密度、電子温度等の情報を正確に把握するこ
とが重要であり、すでに、プラズマ中に単一あるいは複
数のプローブを挿入して種々のパラメータを計測するプ
ローブ測定法が知られている。しかし、プラズマ中に設
置されたプローブは、常時電離気体にさらされているた
めプローブ表面に電離物質、スパッタ物質、解離物質等
が付着して徐々に表面の清浄度を悪化し、正確かつ高精
度な測定結果が得られないという問題があった。(Prior Art) In the field of plasma chemistry, technological developments such as modification of solid surface using plasma, cleaning, and synthesis / decomposition of substances are being carried out. In various devices using such plasma,
In order to control the plasma with high accuracy, it is important to accurately grasp information such as ion distribution, electron density, and electron temperature in the medium, and it is already necessary to insert single or multiple probes into the plasma. A probe measuring method for measuring various parameters is known. However, since the probe installed in the plasma is constantly exposed to the ionized gas, ionization substances, sputtered substances, dissociated substances, etc. adhere to the probe surface and gradually deteriorate the cleanliness of the surface. There was a problem that various measurement results could not be obtained.
従来、上記問題を解決するため、以下に述べるようなプ
ローブ表面の汚染度合いを検出する方法が用いられてい
た。Conventionally, in order to solve the above problem, a method for detecting the degree of contamination on the probe surface as described below has been used.
第5図は、プローブ電極の表面汚染をチェックするため
のブロック図であり、P1、P2はプローブ電極である。シ
ングルプローブ法においては、P1をプローブ電極とし
て、P2を基準電極として用い、また、ダブルプローブ法
ではP1とP2を同一のプローブとしてプラズマ内に挿入し
て測定を行う。プローブ電極に掃引電圧発生器1の出力
電圧VPを与え、このとき流れるプローブ電流IPを電流検
出回路2で検出し、X−Yレコーダーまたはオシロスコ
ープに描かせる。この方法で得られたプローブ電圧対プ
ローブ電流特性の典型的な例を、シングルプローブ法の
場合には第4図に、ダブルプローブ法の場合には第3図
に示す。第4図および第3図において、その曲線1は、
プローブ表面が汚染されていない場合の掃引電圧の上昇
時および下降時に得られる特性である。一方、プローブ
表面が汚染されている場合には掃引電圧の上昇時には曲
線2の、そして掃引電圧の下降時には曲線3の、それぞ
れ経路をたどる。換言すると、プローブ表面が清浄な場
合には、掃引電圧の上昇時、下降時とも同一の特性とな
るが、プローブ表面が汚染されるとプローブ電圧対プロ
ーブ電流特性にヒステリシスループが観測される。そこ
で、これらプローブ特性上のヒステリシスループの有無
からプローブ表面が汚染されているか否かをチェックす
るものであった。FIG. 5 is a block diagram for checking the surface contamination of the probe electrode, where P 1 and P 2 are probe electrodes. In the single probe method, P 1 is used as a probe electrode and P 2 is used as a reference electrode, and in the double probe method, P 1 and P 2 are inserted into the plasma as the same probe for measurement. The output voltage V P of the sweep voltage generator 1 is applied to the probe electrode, and the probe current I P flowing at this time is detected by the current detection circuit 2 and drawn on an XY recorder or an oscilloscope. Typical examples of the probe voltage-probe current characteristics obtained by this method are shown in FIG. 4 in the case of the single probe method and in FIG. 3 in the case of the double probe method. In FIGS. 4 and 3, the curve 1 is
This is a characteristic obtained when the sweep voltage rises and falls when the probe surface is not contaminated. On the other hand, when the probe surface is contaminated, it follows the path of curve 2 when the sweep voltage rises, and the curve 3 when the sweep voltage falls. In other words, when the probe surface is clean, the characteristics are the same when the sweep voltage rises and when the sweep voltage falls, but when the probe surface is contaminated, a hysteresis loop is observed in the probe voltage-probe current characteristic. Therefore, whether or not the probe surface is contaminated is checked from the presence or absence of a hysteresis loop on these probe characteristics.
(発明が解決しようとする問題点) 一般に、試料表面に均質な素材の膜を形成させるような
プラズマプロセッシングにおいては、プローブ法により
プラズマ内部のパラメータを正確に監視する必要がある
が、原料ガスの種類によっては、プローブ表面に付着す
る不純物の堆積速度が速いために、従来のプローブ表面
の汚染検査方法では高価な表示機器を用いた上にその操
作に手間を要するなど、その実用性に問題があった。こ
のため、内部パラメータの測定時以外にはプローブを加
熱するなどの方法で付着物の除去に努めている。このよ
うな場合においても、測定された内部パラメータを評価
する際にはプローブ表面の清浄度合いの確認が不可欠で
あり、要するに、プローブ表面の汚染度合いを迅速に直
読し得る検出装置の開発が求められていた。(Problems to be Solved by the Invention) Generally, in plasma processing such as forming a film of a homogeneous material on the sample surface, it is necessary to accurately monitor the parameters inside the plasma by the probe method. Depending on the type, the deposition rate of impurities adhering to the probe surface is high, so that the conventional probe surface contamination inspection method uses an expensive display device and requires time and effort for its operation. there were. For this reason, efforts are made to remove the deposits by heating the probe, etc., except when measuring the internal parameters. Even in such a case, confirmation of the degree of cleanliness of the probe surface is indispensable when evaluating the measured internal parameters, and in short, the development of a detection device that can quickly directly read the degree of contamination of the probe surface is required. Was there.
(問題を解決するための手段) 上述した問題点は、掃引電圧発生回路からの出力電圧に
応じて流れるプローブ電流の検出回路、この検出回路の
出力振幅に関し、所定のしきい値と比較し、しきい値と
一致したときに出力パルスを生じる振幅弁別回路、前記
掃引電圧発生回路の出力電圧に関し、その上昇時に前記
振幅弁別回路の出力パルスを受けて掃引出力電圧を抽
出、保持する第1のサンプルホールド回路、同じくその
下降時に前記振幅弁別回路の出力パルスを受けて掃引出
力電圧を抽出保持する第2のサンプルホールド回路、上
記第1および第2のサンプルホールド回路の両出力差を
求める減算回路を備えるプローブ表面の汚染検出装置に
よって解決することができる。(Means for Solving the Problem) The above-mentioned problem is that the detection circuit of the probe current flowing according to the output voltage from the sweep voltage generation circuit, the output amplitude of this detection circuit, is compared with a predetermined threshold value, An amplitude discriminating circuit that generates an output pulse when it matches a threshold value, and an output voltage of the sweep voltage generating circuit, which receives an output pulse of the amplitude discriminating circuit when the voltage rises, and extracts and holds the sweep output voltage. Similarly, a sample-hold circuit, a second sample-hold circuit that receives the output pulse of the amplitude discrimination circuit when the voltage drops, and extracts and holds a sweep output voltage, and a subtraction circuit that obtains the output difference between the first and second sample-hold circuits. Can be solved by a contamination detection device on the probe surface.
すなわち、本発明によれば掃引電圧発生器の一周期の期
間内で検出された結果がメーターまたは数字表示素子上
に指示され、掃引電圧発生器の掃引周期は、プローブダ
イナミックス特性が生じない範囲において短縮できるの
で、その検出時間を短縮することが可能となる。That is, according to the present invention, the result detected within the period of one cycle of the sweep voltage generator is indicated on the meter or the numerical display element, and the sweep cycle of the sweep voltage generator is within a range where the probe dynamics characteristic does not occur. Therefore, the detection time can be shortened.
(作用および発明の効果) 一般に、プローブ表面が汚染されると、プラズマの内部
パラメータ、特に、電子温度の真の値より高く見積もる
ことになる。また、プラズマ電位の判定や電子密度の評
価を曖昧にさせる。従って、プローブ法によるプラズマ
内部パラメータの計測においては、プローブ表面の清浄
性が保証されねばならないが、これの検査に対して従来
方法では、オシロスコープによる場合が数秒以上、ま
た、X−Yレコーダによる場合には数分以上を要し、高
密度の反応性プラズマでは検査期間中にプローブ表面の
汚染が進行する可能性があった。しかし、本発明の検出
装置によれば、プラズマイオン振動周波数が高い場合に
は検出時間を1,000分の1秒以下にすることも容易で、
検出期間中における表面汚染は無視し得る。更に、いず
れの検査方法による場合においても、プローブ表面の汚
染を検出したならば、汚染物質の除去と再度の検査の過
程が必要で、このような最検査の場合に本発明の効果が
より一層発揮されるものである。(Operation and Effect of the Invention) In general, when the probe surface is contaminated, it is estimated to be higher than the true value of the internal parameter of plasma, especially the electron temperature. It also makes the determination of the plasma potential and the evaluation of the electron density ambiguous. Therefore, in the measurement of the plasma internal parameter by the probe method, the cleanliness of the probe surface must be guaranteed. In contrast to this, the conventional method uses an oscilloscope for several seconds or longer, and an XY recorder for the inspection. It takes a few minutes or longer, and there is a possibility that the probe surface may be contaminated during the inspection period with the high density reactive plasma. However, according to the detection apparatus of the present invention, when the plasma ion vibration frequency is high, it is easy to set the detection time to 1/1000 second or less,
Surface contamination during the detection period is negligible. Further, in any of the inspection methods, if contamination of the probe surface is detected, it is necessary to remove contaminants and re-inspect, and the effect of the present invention is further enhanced in the case of such re-inspection. It is demonstrated.
(実施例) 以下に、本発明の一実施例である第1図のブロック図を
用いて詳細に説明する。(Embodiment) A detailed description will be given below with reference to the block diagram of FIG. 1, which is an embodiment of the present invention.
掃引電圧発生器1よりプローブ電極P1、P2にプローブ電
圧VPを与え、この時流れるプローブ電流IPを電流検出回
路2で検出し、振幅弁別回路12へ送る。振幅弁別回路で
はあらかじめ設定したしきい値電流IPSと検出電流出力I
Pを比較し、両者が等しく(IP=IPS)なった時刻にパル
スを発生する。2つのサンプルホールド回路14、15はと
もに掃引電圧発生器のある時刻における出力電圧を保持
するためのものであるが、上記振幅弁別回路の出力パル
スはゲート回路13により、掃引電圧の上昇時にはサンプ
ルホールド回路14のサンプリング信号となり、また、掃
引電圧の下降時にはサンプルホールド回路15のサンプリ
ング信号となる。第2図は、プローブ表面が汚染された
場合に生じるヒステリシス特性と上記振幅弁別回路のし
きい値との関係を示したものである。掃引電圧がその上
昇時にプローブ電流IPが増加してしきい値PPSに達する
とサンプルホールド回路14がこの時刻における掃引出力
VP1を保持し、また、その下降時に再度しきい値に達す
るとサンプルホールド回路15がこの時刻における掃引出
力VP2を保持する。減算回路16は、これらのサンプルホ
ールド回路の両出力の差(VP2−VP1)を与える。以上に
より、プローブ表面が汚染されてプローブ特性にヒシテ
リシスが現れると検出信号(VP2−VP1)を生じる。The sweep voltage generator 1 applies a probe voltage V P to the probe electrodes P 1 and P 2, and the probe current I P flowing at this time is detected by the current detection circuit 2 and sent to the amplitude discrimination circuit 12. In the amplitude discrimination circuit, preset threshold current I PS and detected current output I
P is compared, and a pulse is generated at the time when both are equal (I P = I PS ). The two sample and hold circuits 14 and 15 are both for holding the output voltage of the sweep voltage generator at a certain time. The output pulse of the amplitude discrimination circuit is sampled and held by the gate circuit 13 when the sweep voltage rises. It becomes the sampling signal of the circuit 14, and becomes the sampling signal of the sample hold circuit 15 when the sweep voltage falls. FIG. 2 shows the relationship between the hysteresis characteristic generated when the probe surface is contaminated and the threshold value of the amplitude discrimination circuit. When the sweep voltage rises and the probe current I P increases to reach the threshold P PS , the sample and hold circuit 14 outputs the sweep output at this time.
When V P1 is held, and when the threshold value is reached again during the fall, the sample hold circuit 15 holds the sweep output V P2 at this time. The subtraction circuit 16 gives the difference (V P2 −V P1 ) between the outputs of these sample and hold circuits. As described above, when the probe surface is contaminated and the hysteresis of the probe characteristic appears, a detection signal (V P2 −V P1 ) is generated.
第1図は、本発明の一実施例を示すブロッグ回路図、 第2図は、プローブ表面が汚染された場合のヒステリシ
ス特性と振幅弁別回路のしきい値との関係を示す曲線
図、 第3図は、第5図のプローブ測定におけるダブルプロー
ブを用いたプローブ電圧対プローブ電流特性曲線図、 第4図は、第5図のプローブ測定におけるシングルプロ
ーブを用いたプローブ電圧対プローブ電流特性曲線図、 第5図は、従来法によるプローブ電極の表面汚染を検査
するためのブロック回路図。 (符号の説明) P1……プローブ電極、 P2……基準電極またはプローブ電極、 1……掃引電圧発生器、 2……電流検出回路、 3……X−Yレコーダまたはオシロスコープ、 12……振幅弁別回路、 13……ゲート回路、 14、15……サンプルホールド回路、 16……減算回路。FIG. 1 is a blog circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a curve diagram showing the relationship between the hysteresis characteristic and the threshold value of the amplitude discrimination circuit when the probe surface is contaminated. Fig. 5 is a probe voltage vs. probe current characteristic curve diagram using a double probe in the probe measurement of Fig. 5, Fig. 4 is a probe voltage vs. probe current characteristic curve diagram using a single probe in the probe measurement of Fig. 5, FIG. 5 is a block circuit diagram for inspecting the surface contamination of the probe electrode by the conventional method. (Explanation of symbols) P 1 ... probe electrode, P 2 ... reference electrode or probe electrode, 1 ... sweep voltage generator, 2 ... current detection circuit, 3 ... XY recorder or oscilloscope, 12 ... Amplitude discrimination circuit, 13 …… Gate circuit, 14,15 …… Sample hold circuit, 16 …… Subtraction circuit.
Claims (1)
流れるプローブ電流の検出回路、この検出回路の出力振
幅に関し、所定のしきい値と比較し、しきい値と一致し
た時に出力を生じる振幅弁別回路、前記掃引電圧発生回
路の出力電圧に関し、その上昇時に、前記振幅弁別回路
の出力を受けて掃引出力電圧を抽出保持する第1のサン
プルホールド回路、同じくその下降時に、前記振幅弁別
回路の出力を受けて掃引出力電圧を抽出保持する第2サ
ンプルホールド回路、上記、第1および第2のサンプル
ホールド回路の両出力の差を求める減算回路を備えるプ
ローブ表面の汚染検出装置。1. A sweep voltage generation circuit, a detection circuit of a probe current flowing according to this output voltage, and an output amplitude of this detection circuit are compared with a predetermined threshold value, and an output is generated when they match the threshold value. An amplitude discriminating circuit, a first sample-hold circuit that receives the output of the amplitude discriminating circuit and extracts and holds the sweep output voltage when the output voltage of the sweep voltage generating circuit rises, and also the amplitude discriminating circuit when it descends. Of the probe surface, which includes a second sample hold circuit for receiving and outputting the output of the sweep output voltage and a subtraction circuit for obtaining the difference between the outputs of the first and second sample hold circuits.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62320898A JPH0665193B2 (en) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | Contamination detection device for probe surface |
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| JPH01162141A JPH01162141A (en) | 1989-06-26 |
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| JP62320898A Expired - Fee Related JPH0665193B2 (en) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | Contamination detection device for probe surface |
Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992009185A1 (en) * | 1990-11-16 | 1992-05-29 | Nichimen Kabushiki Kaisha | Device for diagnosing plasma |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62320898A patent/JPH0665193B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH01162141A (en) | 1989-06-26 |
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