JP2012208036A - 模擬負荷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波測定装置の測定値の精度を可及的に高くするように校正するために使用される模擬負荷装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置のチャンバー内に配置されたときに、正電極板７０およびグランド電極板６０をプラズマ処理装置の２つの電極にそれぞれ押し付けるコイルばね４０を、模擬負荷装置１に設けた。したがって、正電極板７０をプラズマ処理装置の正電極に接続し、グランド電極板６０をグランド電極に接続するようにして、模擬負荷装置１をプラズマ処理装置の正電極とグランド電極との間に配置することができる。これにより、高周波測定装置による検出値をプラズマ処理装置の電極間における値に校正する校正パラメータを算出することができる。当該校正パラメータを用いることで、高周波測定装置の測定値の精度を高くすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、所定のインピーダンスを有する負荷を擬似的に再現するための模擬負荷装置に関する。

従来、高周波電源装置から出力される高周波電力をプラズマ処理装置に供給し、エッチング等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するプラズマ処理システムが開発されている。

図８は、一般的なプラズマ処理システムの構成を示すブロック図である。

プラズマ処理システムＡには、プラズマ処理中のプラズマ処理装置４００のインピーダンスなどを監視するための高周波測定装置３００が、プラズマ処理装置４００の入力端に設けられている。高周波測定装置３００は、プラズマ処理装置４００の入力端における高周波電圧および高周波電流をセンサによって検出し、その検出値からインピーダンス等の各種高周波パラメータを演算によって算出する。

一般に、計測装置や測定装置は、センサの感度がばらつき当該センサで検出される検出値が正しい値と異なるため、予め基準となる被測定物を測定して検出値を正しい値に換算する校正パラメータを取得しておき、実際の測定では検出値を当該校正パラメータで正しい検出値に校正して出力する構成となっている。

高周波測定装置３００が検出した高周波電圧ｖおよび高周波電流ｉの校正では、例えば、ＳＯＬＴ（Short-Open-Load-Thru）校正が用いられる。ＳＯＬＴ校正では、まず、インピーダンスの真値があらかじめ特定された模擬負荷装置（ダミーロード）５００を高周波測定装置３００に接続して、高周波測定装置３００によってインピーダンスを測定する（図９参照）。このときの模擬負荷装置としては、測定系の特性インピーダンス（測定のために高周波を伝送する伝送線路の特性インピーダンスであり、一般的には５０Ω又は７５Ω）を有する模擬負荷装置、開放状態のインピーダンス（無限大）に近いインピーダンスを有する模擬負荷装置、および、短絡状態のインピーダンス（ゼロ）に近いインピーダンスを有する模擬負荷装置が用いられる。次に、高周波測定装置３００によって測定された各模擬負荷装置のインピーダンス測定値と各模擬負荷装置のインピーダンスの真値とから、高周波電圧ｖおよび高周波電流ｉを校正するための校正パラメータを算出して、高周波測定装置３００のメモリ（図示せず）に記録する。実際の測定では、検出された高周波電圧ｖおよび高周波電流ｉを、メモリに記録されている校正パラメータで校正してから、各種高周波パラメータを算出する。

特開２００７−１６３３０８号公報 特開２００４−３０９１３２号公報

しかしながら、上記校正では、高周波測定装置３００に各模擬負荷装置５００を直接接続してインピーダンスを測定し、このインピーダンス測定値に基づいて校正パラメータを算出している。つまり、当該校正パラメータは、高周波測定装置３００による検出値を高周波測定装置３００の出力端における値に校正するものである。したがって、当該校正パラメータに基づいて校正されたインピーダンスは高周波測定装置３００の出力端から負荷側をみたインピーダンスである。しかし、プラズマ処理装置４００の監視のためには、プラズマ処理装置４００のチャンバー内の電極間におけるインピーダンスを測定する必要がある。

高周波測定装置３００とプラズマ処理装置４００とが直接接続されている場合、高周波測定装置３００の出力端から負荷側をみたインピーダンスがプラズマ処理装置４００の電極間におけるインピーダンスに相当すると考えることもできる。しかし、両者が完全に同一とはならないので、高周波測定装置３００の測定値の精度は低くなる。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、高周波測定装置の測定値の精度を可及的に高くするように校正するために使用される模擬負荷装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される模擬負荷装置は、１以上の受動素子と、前記受動素子に接続された２つの電極板と、前記２つの電極板のうち少なくとも一方を所定の方向に付勢する付勢手段とを備えていることを特徴とする。

なお、「模擬負荷装置」とは、所定のインピーダンスを有する負荷を擬似的に再現するための装置である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記２つの電極板は互いに略平行となるように配置されており、前記付勢手段は、前記２つの電極板を互いに離れる方向に付勢する。

プラズマ処理装置のチャンバー内に配置されたときに、前記付勢手段は、前記２つの電極板を前記チャンバー内の２つの電極にそれぞれ押し付けるように付勢する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記付勢手段は、前記２つの電極板の間に配置されたコイルばねである。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受動素子および前記受動素子と前記電極板とを接続する配線を有する回路が、前記２つの電極板の間に配置され、前記回路を囲むように配置された絶縁手段をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記２つの電極板は銅板である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電極板の一方と前記受動素子とは、可撓性がある導体を介して電気的に接続されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記導体は銅箔である。なお、「銅箔」とは、均一な肉厚（例えば、０．１ｍｍ未満）で、長方形断面を有する銅の圧延製品である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記２つの電極板に接続された同軸構造のコネクタをさらに備えている。

本発明によれば、付勢手段によって電極板が付勢されるので、電極板を所定の方向に押し付けることができる。したがって、本発明に係る模擬負荷装置は、プラズマ処理装置のチャンバー内の２つの電極間に配置して使用することができる。これにより、例えば、プラズマ処理装置の入力端に配置される高周波測定装置の校正を行う場合に、本発明に係る模擬負荷装置をプラズマ処理装置の２つの電極間に配置して、高周波測定装置によってインピーダンスを測定し、当該測定されたインピーダンス測定値と模擬負荷装置のインピーダンスの真値とに基づいて、校正パラメータを算出することができる。当該校正パラメータは、高周波測定装置による検出値をプラズマ処理装置の電極間における値に校正することができる。したがって、当該校正パラメータを用いることにより、高周波測定装置の測定値の精度を高くすることができる。

また、付勢手段によって電極板がプラズマ処理装置の電極に押し付けられるので、２つの電極間の距離が異なるプラズマ処理装置にも用いることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る模擬負荷装置を高周波測定装置の校正処理に用いる場合の使用例を説明するための図である。 本発明に係る模擬負荷装置の構成を説明するための平面図である。 本発明に係る模擬負荷装置の構成を説明するための図であり、図２に示すＢ−Ｂ’線での断面側面図である。 本発明に係る模擬負荷装置のコイルばねの部分の構造を説明するための図である。 本発明に係る模擬負荷装置を回路図で表した図である。 校正パラメータを説明するための図である。 高周波測定装置の校正の手順を説明するためのフローチャートである。 一般的なプラズマ処理システムの構成を示すブロック図である。 従来の模擬負荷装置を高周波測定装置の校正処理に用いる場合の使用例を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、高周波測定装置の校正に用いられる模擬負荷装置を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本実施形態に係る模擬負荷装置を説明するための図である。図１は、模擬負荷装置１を高周波測定装置３００の校正処理に用いる場合の使用例を説明するための図である。図２〜図５は、模擬負荷装置１の構成を説明するための図である。

模擬負荷装置１には抵抗器２１およびコンデンサ２２などの受動素子が配置されており（図２参照）、模擬負荷装置１のインピーダンスは所定のインピーダンス値とされている。これにより、模擬負荷装置１は、所定のインピーダンスを有する負荷を擬似的に再現することができる。模擬負荷装置１は、プラズマ処理装置４００のチャンバー内の２つの電極４０１，４０２の間に配置されて、高周波測定装置３００の校正に用いられる（図１参照）。すなわち、図１に示すように、模擬負荷装置１が配置されたプラズマ処理装置４００の入力端ｃに高周波測定装置３００を接続し、高周波測定装置３００で測定されたインピーダンス測定値と模擬負荷装置１に設定されているインピーダンスの真値とに基づいて校正パラメータを算出する。校正パラメータの算出方法は後述する。

図２は、模擬負荷装置１の平面図である。同図においては、後述する正電極板７０を省略している。図３は、模擬負荷装置１の断面側面図であり、図２に示すＢ−Ｂ’線での断面を示している。図４は、模擬負荷装置１のコイルばね４０の部分の構造を説明するための図である。

図２および図３に示すように、模擬負荷装置１は、プリント基板１０、抵抗器２１、コンデンサ２２、絶縁樹脂３０、コイルばね４０、同軸コネクタ５０、グランド電極板６０、および、正電極板７０を備えている。

プリント基板１０は、例えばガラスエポキシ等の絶縁材料からなる略矩形状の基板にプリント配線を行ったものであり、抵抗器２１およびコンデンサ２２などの受動素子が搭載される。図２に示すように、プリント基板１０には、グランド配線１１、接続配線１２、および、正極側配線１３が設けられている。

グランド配線１１は、コンデンサ２２の一方の端子と同軸コネクタ５０の負極側の端子とを電気的に接続するものである。プリント基板１０は、４つのネジ１４でグランド電極板６０に固定されている。導電性のあるネジ１４のうちの１つがグランド配線１１上でグランド電極板６０への固定を行うので、当該ネジ１４を介してグランド配線１１とグランド電極板６０とが電気的に接続される。グランド電極板６０は、模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたときに、グランド電極４０２に電気的に接続する。プラズマ処理装置４００のグランド電極４０２は接地されて、０ボルトの基準（グランド）電位となる。したがって、グランド配線１１の電位も、基準（グランド）電位となる。なお、プリント基板１０をグランド電極板６０にネジ１４で固定しない場合は、プリント基板１０に設けたスルーホール（基板を貫通した穴にメッキなどを施して基板の両面を電気的に接続させるための穴）を介してグランド配線１１とグランド電極板６０とを電気的に接続するようにしてもよい。また、他の方法で、グランド配線１１をグランド電極板６０に電気的に接続してもよい。

接続配線１２は、抵抗器２１の一方の端子とコンデンサ２２の他方の端子とを電気的に接続するものである。これにより、抵抗器２１とコンデンサ２２とが直列接続される。

正極側配線１３は、抵抗器２１の他方の端子と同軸コネクタ５０の正極側の端子とを電気的に接続するものである。正極側配線１３と正電極板７０とは、後述する接続導体７２を介して電気的に接続されている。正電極板７０は、模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたときに、正電極４０１に電気的に接続する。したがって、プラズマ処理装置４００の正電極４０１に供給される高周波電力が、正極側配線１３に供給される。

なお、プリント基板１０の構成はこれに限られない。例えば、プリント基板１０の形状は矩形状に限られないし、抵抗器２１およびコンデンサ２２の配置や各配線の形状も限定されない。

抵抗器２１は、抵抗値が約５０Ωの抵抗を有する受動素子である。抵抗器２１の抵抗値は、各配線などによる寄生抵抗も合わせて模擬負荷装置１全体での抵抗値が５０Ωとなるように設定されている。抵抗器２１はグランド電極板６０に固定され、一方の端子が接続配線１２に接続され、他方の端子が正極側配線１３に接続されている。抵抗器２１から発生する熱は、グランド電極板６０によって放熱される。なお、抵抗器２１から発生する熱を放熱する必要がない場合は抵抗器２１をグランド電極板６０に固定する必要はない。したがって、抵抗器２１をプリント基板１０に固定するようにしてもよい。

コンデンサ２２は、所定の静電容量を有する受動素子である。コンデンサ２２の静電容量は各配線などによる寄生インダクタンスを打ち消すための静電容量であって、高周波電源装置１００（図１参照）から高周波電力が供給されたときに模擬負荷装置１全体でのリアクタンスがｊ０Ωとなるように設定されている。

図５は、模擬負荷装置１を回路図で表した図である。同図に示すように、正電極板７０とグランド電極板６０との間で、抵抗器２１とコンデンサ２２とが接続配線１２で直列接続されている。

模擬負荷装置１は、全体としてのインピーダンスが５０＋ｊ０Ωとなるように設計されている。後述する高周波測定装置３００の校正では、３つの模擬負荷装置を用いる。模擬負荷装置１は、特性インピーダンス（５０＋ｊ０Ω）を有する模擬負荷装置であり、３つの模擬負荷装置を区別して説明する場合には模擬負荷装置１ａと記載する。また、開放状態のインピーダンス（無限大）に近いインピーダンスを有する模擬負荷装置を模擬負荷装置１ｂとし、短絡状態のインピーダンス（ゼロ）に近いインピーダンスを有する模擬負荷装置を模擬負荷装置１ｃとする。模擬負荷装置１ｂおよび１ｃも模擬負荷装置１ａと同様の構成であるが、抵抗器２１の抵抗値およびコンデンサ２２の静電容量が模擬負荷装置１ａの場合と異なる。なお、模擬負荷装置１ｂおよび１ｃの抵抗器２１の抵抗値およびコンデンサ２２の静電容量は、適宜設計すればよい。

なお、模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃに用いられる受動素子は、抵抗器２１およびコンデンサ２２に限定されない。コンデンサ２２に代えてインダクタを用いるようにしてもよいし、抵抗器２１およびコンデンサ２２に加えてインダクタも用いるようにしてもよい。また、各受動素子を直列接続する場合に限定されず、並列接続するようにしてもよい。模擬負荷装置１ａ〜１ｃが所定のインピーダンスを有する負荷を擬似的に再現できるように、各受動素子の配列および接続の方法は適宜設計すればよい。

絶縁樹脂３０は、正電極板７０とグランド電極板６０とが短絡しないように絶縁するためのものである。本実施形態では、絶縁樹脂３０の素材として、テフロン（登録商標）を用いている。なお、絶縁樹脂３０の素材は絶縁性のある素材であればよく、他の合成樹脂などであってもよい。図２に示すように、絶縁樹脂３０は、平面視ロの字形状の一部分が欠けた形状となっている。なお、絶縁樹脂３０の形状は限定されない。欠けた部分のない平面視ロの字形状として、同軸コネクタ５０を配置するための穴を設けたものでもよい。また、平面視がリング状であってもよいし、平面視の外形がロの字形状で内形が円状であってもよい。また、上面（図２において、紙面手前側の面）が塞がった箱形状であってもよい。

絶縁樹脂３０は、外周を合わせる様に、グランド電極板６０に固定されている。プリント基板１０、抵抗器２１、およびコンデンサ２２は、絶縁樹脂３０の平面視中央の空洞部分に配置されている。これにより、プリント基板１０、抵抗器２１、およびコンデンサ２２は、絶縁樹脂３０によって囲まれた状態となる。絶縁樹脂３０で囲まれていない場合、模擬負荷装置１をプラズマ処理装置４００に配置したときに、プリント基板１０上の各配線とプラズマ処理装置４００のチャンバーの壁との間で浮遊容量が生じる場合がある。浮遊容量が生じるとインピーダンスが変化する。したがって、プラズマ処理装置４００に配置する前と後とで、模擬負荷装置１のインピーダンスが異なることとなる。このように、絶縁樹脂３０は、浮遊容量の発生を抑制して、模擬負荷装置１のインピーダンスの変化を抑制する機能も備えている。

また、絶縁樹脂３０は、上面の四隅に穴３１がそれぞれ設けられている。各穴３１には、それぞれコイルばね４０が挿入されている（図４参照）。絶縁樹脂３０は、コイルばね４０を固定する役割も担っている。なお、穴３１の数は４つに限定されない。

なお、絶縁樹脂３０の構成はこれに限られない。模擬負荷装置１をプラズマ処理装置４００に配置したときに生じる浮遊容量が無視できるようであれば、プリント基板１０などを絶縁樹脂３０で覆う必要はない。したがって、絶縁樹脂３０を設ける代わりに、グランド電極板６０の四隅に絶縁物の柱を設けるようにしてもよい。また、グランド電極板６０の中央に絶縁物の柱を設けて、プリント基板１０などをその周りに配置するようにしてもよい。

コイルばね４０は、弾性力によって正電極板７０とグランド電極板６０とを引き離す方向に付勢するものである。コイルばね４０は、絶縁樹脂３０の上面の四隅に設けられた４つの穴３１にそれぞれ挿入されている（図４参照）。模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたとき、コイルばね４０は弾性力によって、正電極板７０を正電極４０１に押し付け、グランド電極板６０をグランド電極４０２に押し付ける（図１および図３参照）。なお、コイルばね４０に代えて他の弾性体を用いてもよい。弾性力によって正電極板７０とグランド電極板６０とを引き離す方向に付勢すればよいので、例えば、板ばねやゴムなどを用いた構成としてもよい。

また、プラズマ処理装置４００の正電極４０１とグランド電極４０２との距離（以下では、「電極間距離」とする）Ｈ（図１参照）と模擬負荷装置１の高さｈ（正電極板７０の上面とグランド電極板６０の下面との距離、図３参照）とが一致するのであれば、コイルばね４０などの付勢のための構成は必要ない。したがって、高さｈが高さＨと一致するように模擬負荷装置１を設計するか、高さｈを調整するための構成を設けるようにしてもよい。ただし、正電極４０１と正電極板７０とを密着させ、グランド電極４０２とグランド電極板６０とを密着させるためには、厳密な設計または調整が必要となる。また、高さＨはプラズマ処理装置４００ごとに異なる場合があり、チャンバーの蓋に正電極４０１が配置されている場合は蓋の開け閉めにより高さＨが変化する場合もある。したがって、コイルばね４０などの付勢のための構成を有する方が望ましい。

同軸コネクタ５０は、インピーダンスアナライザで模擬負荷装置１のインピーダンスを測定するときに使用される。模擬負荷装置１はインピーダンスが所定のインピーダンス値となるように設計されている。すなわち、インピーダンスを測定しながら受動素子の選択や各配線の調整を行ったり、測定したインピーダンスを所定のインピーダンス値に決定する。インピーダンスを測定するときに、インピーダンスアナライザの測定端子のコネクタを同軸コネクタ５０に接続する。なお、他の方法でインピーダンスを測定する場合は、同軸コネクタ５０を設ける必要はない。

グランド電極板６０は、模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたときに、グランド電極４０２に電気的に接続するためのものである。グランド電極板６０は、矩形状の銅板であり、導電性および導熱性を有する。本実施形態において、グランド電極板６０は放熱板としても機能し、グランド電極板６０に固定されている抵抗器２１から発生する熱を放出する。模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたとき、グランド電極板６０はコイルばね４０によってグランド電極４０２に押し付けられる。これにより、グランド電極板６０とグランド電極４０２とが密着するので、グランド電極板６０の電位を基準（グランド）電位とすることができる。なお、グランド電極板６０の形状は限定されない。例えば、プラズマ処理装置４００のグランド電極４０２の形状に合わせてもよい。また、グランド電極板６０の素材も限定されず、導電性を有する素材であればよい。

正電極板７０は、模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたときに、正電極４０１に電気的に接続するためのものである。本実施形態では、正電極板７０をグランド電極板６０と同様の形状の銅板としている。模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたとき、正電極板７０はコイルばね４０によって正電極４０１に押し付けられる。これにより、正電極板７０と正電極４０１とが密着するので、高周波電源装置１００からプラズマ処理装置４００に入力される高周波電力を、模擬負荷装置１に適切に供給することができる。なお、正電極板７０の形状は限定されない。例えば、プラズマ処理装置４００の正電極４０１の形状に合わせてもよい。また、正電極板７０の素材も限定されず、導電性を有する素材であればよい。

正電極板７０は、ガイド７１によって、グランド電極板６０に対する位置を規定されている（図３および図４参照）。本実施形態では、正電極板７０の四隅に設けられた穴にネジを螺合し、正電極板７０の下面（図３における下方の面）から突き出た部分をガイド７１としている。ガイド７１は、絶縁樹脂３０の上面の四隅の穴３１の位置にあわせるように設けられている。正電極板７０は、４つのガイド７１をそれぞれコイルばね４０および穴３１に挿入するようにして（図４参照）、絶縁樹脂３０の上方（図３および図４における上方）に、グランド電極板６０に対して略平行となるように配置される。ガイド７１によって、正電極板７０のグランド電極板６０に対する水平位置（図２における上下左右方向の位置）の変化が制限される。なお、ガイド７１を設ける代わりに、コイルばね４０を正電極板７０に固着するようにしてもよい。

また、正電極板７０は、接続導体７２によって、正極側配線１３と電気的に接続されている（図３参照）。コイルばね４０によって正電極板７０とグランド電極板６０との距離が変化可能になっているので、グランド電極板６０に固定されたプリント基板１０と正電極板７０との距離も変化する。したがって、接続導体７２には可撓性がある導体を用いている。本実施形態では、可撓性に優れた銅箔を導体とし、この銅箔を接続導体７２として利用できるように加工して用いている。例えば、銅箔を基材とし、銅箔の片面に導電性粘着剤を塗布してテープ状に形成した銅箔テープを用い、この銅箔テープの導電性粘着剤が塗布された面を内側にして折り曲げたものを接続導体７２とすればよい。なお、上記のように、プリント基板１０と正電極板７０との距離が変化する。そのため、このプリント基板１０と正電極板７０との距離が変化することを考慮して接続導体７２の長さや形状を設計すればよい。

また、接続導体７２はこれに限られず、導電性がある素材を可撓性があるように加工したものであればよい。例えば、銅線などでもよい。ただし、接続導体７２の断面積が小さく、長さが長いと接続導体７２自体の抵抗値も大きくなる。したがって、接続導体７２自体の抵抗値の影響を小さくするためには、断面積が大きく、長さが短い方が適している。また、接続導体７２を設ける代わりに、コイルばね４０の素材を導電性のあるものとし、コイルばね４０の一方端を正電極板７０に固定し、他方端を正極側配線１３に接続するようにしてもよい。

模擬負荷装置１の高さは、コイルばね４０によって変化可能になっている。すなわち、模擬負荷装置１に力を加えない状態（正電極板７０自身による重力のみが働く状態）の高さｈから、正電極板７０の下面と絶縁樹脂３０の上面とが接する状態の高さｈ’まで、模擬負荷装置１の高さは変化する。したがって、模擬負荷装置１は、電極間距離Ｈがこの変化範囲（ｈ’＜Ｈ＜ｈ）に入るプラズマ処理装置４００に対して使用することができる。また、使用する可能性のあるプラズマ処理装置４００の電極間距離Ｈに応じて、絶縁樹脂３０の高さ（図３における上下方向の寸法）やコイルばね４０の長さなどを調整して、模擬負荷装置１を設計すればよい。

模擬負荷装置１の水平方向（図２における上下左右方向）の大きさ、すなわち、正電極板７０およびグランド電極板６０の大きさは、使用する可能性のあるプラズマ処理装置４００の電極４０１，４０２の大きさに応じて設計すればよい。この場合、電極４０１，４０２の大きさより少し小さいものとしてもよいし（図１参照）、十分小さいものとしてもよい。

次に、模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃを用いた、高周波測定装置３００の校正方法について説明する。

高周波測定装置３００は、プラズマ処理中のプラズマ処理装置４００の状態を監視するために、プラズマ処理装置４００のチャンバー内のインピーダンス、反射係数、高周波電圧、高周波電流、進行波電力および反射波電力などの高周波パラメータを測定する、いわゆるＲＦセンサである。図１に示すように、高周波測定装置３００はプラズマ処理装置４００の入力端に配置される。高周波測定装置３００は、プラズマ処理装置４００の入力端における高周波電圧ｖおよび高周波電流ｉをセンサによって検出し、その検出値からインピーダンス等の高周波パラメータを演算によって算出する。なお、高周波測定装置３００の詳細な説明は省略する。

高周波測定装置３００の校正では、まず、各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃを順にプラズマ処理装置４００の電極４０１，４０２の間に配置して、高周波測定装置３００によってそれぞれのインピーダンスを測定する（図１参照）。各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれ所定のインピーダンスとなるように設計されている。次に、高周波測定装置３００によって測定された各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンス測定値と各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンスの真値とから、高周波電圧ｖおよび高周波電流ｉを校正するための校正パラメータを算出する。高周波測定装置３００による実際の測定では、検出された高周波電圧ｖおよび高周波電流ｉを、校正パラメータで校正してから、各種高周波パラメータを算出する。

高周波測定装置３００が検出して出力する電流信号Ｉ₀および電圧信号Ｖ₀と、プラズマ処理装置４００の電極間に流れる電流信号Ｉ₁および電極間に生じる電圧信号Ｖ₁との関係を２端子対回路に置き換えると、電流信号Ｉ₀および電圧信号Ｖ₀を電流信号Ｉ₁および電圧信号Ｖ₁に校正する校正パラメータＸを、図６に示す２次元のベクトル行列と考えることができる。

各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンスの真値と、高周波測定装置３００によって測定された各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンス測定値とから、校正パラメータＸの各要素Ｘ₁₁、Ｘ₁₂、Ｘ₂₁、Ｘ₂₂を算出することができる。なお、当該算出を行うためには、基準となる電圧値と電流値の絶対値が必要となる。電圧値と電流値の絶対値を基準値として利用するには、精度の高い電力測定値が必要となる。精度の高い電力測定値を測定するには、反射電力が「０」となる負荷を接続して測定するのが最もよい。したがって、本実施形態では、反射電力「０」を実現するために、特性インピーダンスと同一のインピーダンス（すなわち、５０＋ｊ０Ω）を有する負荷である模擬負荷装置１ａを用いている。

算出された校正パラメータＸを用いて、図６より、電流信号Ｉ₀および電圧信号Ｖ₀を校正後の電流信号Ｉ₁および電圧信号Ｖ₁に変換することができる。すなわち、図６より導かれる下記（１）、（２）式より、校正後の電流信号Ｉ₁および電圧信号Ｖ₁を算出することができる。

次に、高周波測定装置３００の校正を行う手順について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。

図７は、高周波測定装置３００の校正の手順を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートは、高周波測定装置３００でプラズマ処理装置４００のチャンバー内の電極間のインピーダンスを測定する場合の、検出された電流信号Ｉ₀および電圧信号Ｖ₀の校正を行う処理手順を示している。

まず、各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃを順にプラズマ処理装置４００の電極４０１，４０２の間に配置して（図１参照）、高周波測定装置３００でそれぞれインピーダンスを測定する(Ｓ１)。次に、高周波測定装置３００によって測定された各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンス測定値と、各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンスの真値とから、校正パラメータＸを算出して、高周波測定装置３００のメモリに記録する（Ｓ２）。本実施形態では、高周波測定装置３００の図示しない演算回路が、各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンス測定値をメモリに記録してゆき、３つのインピーダンス測定値を測定した後に、あらかじめ記録された各模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンスの真値を用いて、校正パラメータＸの各要素を算出してメモリに記録する。なお、校正パラメータＸの算出は高周波測定装置３００の演算回路が行う場合に限定されず、例えば、作業者が別途行うようにしてもよい。この場合、作業者が高周波測定装置３００の図示しない入力手段で校正パラメータＸを入力することで、メモリに記録すればよい。

次に、実際にプラズマ処理を行っているときのプラズマ処理装置４００のチャンバー内の電極間のインピーダンスを測定する（Ｓ３）。このとき、高周波測定装置３００は、検出した電流信号Ｉ₀および電圧信号Ｖ₀をメモリに記録された校正パラメータＸで校正して、校正後の電流信号Ｉ₁および電圧信号Ｖ₁に基づいてインピーダンスを算出する。

なお、上記校正の処理手順は、高周波測定装置３００のメモリに校正パラメータＸが記録されていない場合の処理手順である。上記処理手順のうちステップＳ１およびＳ２については毎回行なう必要はなく、１度行ってメモリに校正パラメータＸを記録しておけばよい。この処理は、高周波測定装置３００の製造時に、製造メーカーが行っておいてもよい。

本実施形態によると、模擬負荷装置１の正電極板７０とグランド電極板６０とは、互いに平行となるように配置されている。したがって、正電極板７０をプラズマ処理装置４００の正電極４０１に接続し、グランド電極板６０をグランド電極４０２に接続するようにして、模擬負荷装置１をプラズマ処理装置４００の正電極４０１とグランド電極４０２との間に配置することができる。これにより、高周波測定装置３００の校正において、模擬負荷装置１をプラズマ処理装置４００の２つの電極４０１，４０２の間に配置して、高周波測定装置３００でインピーダンスを測定することができる。当該測定値と模擬負荷装置１のインピーダンスの真値とから校正パラメータＸが算出される。当該校正パラメータＸは、高周波測定装置３００による検出値をプラズマ処理装置４００のチャンバー内の電極間における値に校正することができる。したがって、当該校正パラメータＸを用いることにより、高周波測定装置３００に模擬負荷装置５００を直接接続して測定したインピーダンス測定値に基づく校正パラメータを用いる場合より、高周波測定装置３００の測定値の精度を高くすることができる。

また、模擬負荷装置１がプラズマ処理装置４００に配置されたとき、模擬負荷装置１の正電極板７０およびグランド電極板６０は、コイルばね４０によって、プラズマ処理装置４００の正電極４０１およびグランド電極４０２にそれぞれ押し付けられる。したがって、正電極板７０と正電極４０１とを密着し、グランド電極板６０とグランド電極４０２とを密着することができる。また、模擬負荷装置１の高さｈは変化するので、電極間距離Ｈが所定の範囲であれば、いずれのプラズマ処理装置４００にも配置することができる。

なお、上記実施形態では、３つの模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃを用いて校正を行う場合について説明したが、これに限られない。模擬負荷装置１の抵抗器２１およびコンデンサ２２をそれぞれ可変抵抗器および可変コンデンサとして、３種類のインピーダンスの切り替えができるようにしてもよい。この場合、模擬負荷装置１をチャンバーから取り外して交換することなく、インピーダンスの切り替えにより各インピーダンスを有する負荷を再現することができる。

上記実施形態では、インピーダンスの広い範囲で校正を行うことができるように、模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンスを極限値に近いインピーダンス値とするように設定しているが、これに限られない。高周波測定装置３００が測定するインピーダンスの範囲に応じて、模擬負荷装置１ａ，１ｂ，１ｃのインピーダンスを設定するようにしてもよい。

上記実施形態では、プラズマ処理装置４００の正電極４０１およびグランド電極４０２が平行平板電極である場合について説明したが、これに限られない。正電極４０１またはグランド電極４０２が平板でない場合や、正電極４０１およびグランド電極４０２が平行でない場合は、正電極板７０またはグランド電極板６０の形状や固定の仕方を変更すればよい。例えば、正電極４０１が平板でなく曲面板である場合は、正電極板７０の正電極４０１に対向する面を同様の曲面にすればよい。

本発明に係る模擬負荷装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る模擬負荷装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 模擬負荷装置
１０ プリント基板
１１ グランド配線
１２ 接続配線
１３ 正極側配線
１４ ネジ
２１ 抵抗器
２２ コンデンサ
３０ 絶縁樹脂
３１ 穴
４０ コイルばね
５０ 同軸コネクタ
６０ グランド電極板
７０ 正電極板
７１ ガイド
７２ 接続導体
Ａ プラズマ処理システム
１００ 高周波電源装置
２００ インピーダンス整合装置
３００ 高周波測定装置
４００ プラズマ処理装置
４０１ 正電極
４０２ グランド電極

Claims (9)

1. １以上の受動素子と、
   前記受動素子に接続された２つの電極板と、
   前記２つの電極板のうち少なくとも一方を所定の方向に付勢する付勢手段と、
   を備えていることを特徴とする模擬負荷装置。
2. 前記２つの電極板は互いに略平行となるように配置されており、
   前記付勢手段は、前記２つの電極板を互いに離れる方向に付勢する、
   請求項１に記載の模擬負荷装置。
3. プラズマ処理装置のチャンバー内に配置されたときに、前記付勢手段は、前記２つの電極板を前記チャンバー内の２つの電極にそれぞれ押し付けるように付勢する、
   請求項１または２に記載の模擬負荷装置。
4. 前記付勢手段は、前記２つの電極板の間に配置されたコイルばねである、請求項１ないし３のいずれかに記載の模擬負荷装置。
5. 前記受動素子および前記受動素子と前記電極板とを接続する配線を有する回路が、前記２つの電極板の間に配置され、
   前記回路を囲むように配置された絶縁手段をさらに備えている、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の模擬負荷装置。
6. 前記２つの電極板は銅板である、請求項１ないし５のいずれかに記載の模擬負荷装置。
7. 前記電極板の一方と前記受動素子とは、可撓性がある導体を介して電気的に接続されている、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の模擬負荷装置。
8. 前記導体は銅箔である、
   請求項７に記載の模擬負荷装置。
9. 前記２つの電極板に接続された同軸構造のコネクタをさらに備えている、
   請求項１ないし８のいずれかに記載の模擬負荷装置。

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