JP2019091526A - パルスモニタ装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯域幅を有するマイクロ波のパワーがパルス変調された場合に、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタする。【解決手段】装置は、プラズマ処理装置に備わるマイクロ波出力装置によって発生されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタする。プラズマ処理装置は、チャンバ本体、マイクロ波出力装置、導波管、及び、チューナを備える。マイクロ波出力装置は、パワーがパルス変調された該マイクロ波を発生する。装置は、検波部及び取得部を備える。検波部は、導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する。取得部は、検波部により検出された測定値に基づいて、進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。【選択図】図２

Description

本開示は、パルスモニタ装置及びプラズマ処理装置に関する。

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においてはプラズマ処理装置が利用される。プラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置、誘導結合型のプラズマ処理装置といった種々のタイプがある。近年、マイクロ波を用いてガスを励起させるタイプのプラズマ処理装置が用いられるようになってきている。

特許文献１は、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置を開示する。このプラズマ処理装置は、帯域幅を有するマイクロ波を出力するマイクロ波出力装置を備える。この装置は、帯域幅を有するマイクロ波を出力することにより、プラズマの安定化を図ることができる。

特許文献２は、プラズマ励起用のマイクロ波をパルス変調する装置を開示する。この装置は、プラズマの不安定性を抑えて電子温度及びイオン温度を低下させることができる。

特開２０１２−１０９０８０号公報 特開平６−２６７９００号公報

電子デバイスの製造分野において、被処理体へのダメージを一層低減させるために、マイクロ波の低パワー化が進んでいる。しかしながら、マイクロ波のパワーを小さくし過ぎるとプラズマが不安定となったり失火したりするおそれがある。つまり、低パワー化のアプローチには限界がある。別なアプローチとして、プラズマの電子温度をより低くすることが考えられる。

プラズマの安定化を図りつつ、電子温度を低温化するためには、特許文献１記載の装置のように、帯域幅を有するマイクロ波を採用しつつ、特許文献２に記載の装置のように、マイクロ波のパワーをパルス変調することが考えられる。このようなパルス変調をするにあたっては、マイクロ波出力装置から出力された進行波のパワーがパルス変調されていることを確認する必要がある。

本技術分野では、帯域幅を有するマイクロ波のパワーがパルス変調された場合に、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタすることができるパルスモニタ装置及びプラズマ処理装置が求められている。

一態様においては、パルスモニタ装置が提供される。パルスモニタ装置は、プラズマ処理装置に備わるマイクロ波出力装置によって発生されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタする。プラズマ処理装置は、チャンバ本体、マイクロ波出力装置、導波管、及び、チューナを備える。マイクロ波出力装置は、制御器から指示された設定周波数及び設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波であって、制御器から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調された該マイクロ波を発生する。導波管は、マイクロ波出力装置とチャンバ本体とを接続する。チューナは、導波管に設けられる。パルスモニタ装置は、検波部及び取得部を備える。検波部は、導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する。取得部は、検波部により検出された測定値に基づいて、進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。

このパルスモニタ装置では、検波部によって導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値が検出され、取得部によって進行波パワーの周波数及びデューティ比が取得される。このため、パルスモニタ装置は、帯域幅を有するマイクロ波のパワーがパルス変調された場合に、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタすることができる。

一実施形態において、取得部は、検波部によって検出されたマイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルをそれぞれ判定するためのヒステリシス閾値を数式（１）で定義した場合、縦軸がヒステリシス比率であり横軸が移動平均時間である座標平面上の第１領域内に含まれるヒステリシス比率及び移動平均時間で、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得してもよい。第１領域は、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点、ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点、ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点、ヒステリシス比率が３７％かつ移動平均時間が０．７５μｓとなる第４点、並びに、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．６μｓとなる第５点を、第１点、第２点、第３点、第４点、第５点、及び、第１点の順に線分で結んで得られる閉領域であってもよい。

ただし、ＨｙｓＨは、マイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベルを判定するための閾値、ＨｙｓＬは、マイクロ波の進行波パワーのＬｏｗレベルを判定するための閾値、Ｐｓｅｔは、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー、Ｈｙｓは、ヒステリシス比率であり０％以上５０％以下である。

このパルスモニタ装置では、ヒステリシス閾値を数式（１）で定義した場合、第１領域内に含まれるヒステリシス比率及び移動平均時間で、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。ヒステリシス比率及び移動平均時間が上記条件を満たす場合、このパルスモニタ装置は、設定パルス周波数に対する検出パルス周波数の誤差、及び、設定デューティ比に対する検出デューティ比の誤差をそれぞれ１％以下にすることができる。よって、このパルスモニタ装置は、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比を精度良くモニタすることができる。

一実施形態においては、パルスモニタ装置は、第１領域に替えて第２領域を用いてもよい。第２領域は、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点、ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点、ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点、ヒステリシス比率が３５％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第６点、並びに、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第７点を、第１点、第２点、第３点、第６点、第７点、及び、第１点の順に線分で結んで得られる閉領域であってもよい。この場合、パルスモニタ装置は、設定パルス周波数に対する検出パルス周波数の誤差、及び、設定デューティ比に対する検出デューティ比の誤差をそれぞれ３％以下にすることができる。

一実施形態においては、Ｌｏｗレベルの設定パワーは、０Ｗ以上４００Ｗ以下であってもよい。つまり、設定されたパルスは、パルスＯＮ時以外は０ＷとなるＯＮ／ＯＦＦパルスであってもよいし、Ｌｏｗレベルにおいてプラズマ励起がなされない程度のＨｉｇｈ／Ｌｏｗパルスであってもよい。

一実施形態においては、検波部は、マイクロ波出力装置とチューナとの間の導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出してもよい。この場合、パルスモニタ装置は、チューナの一次側におけるマイクロ波の進行パワーをモニタすることができる。

一実施形態においては、検波部は、チューナの検波信号に基づいてマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出してもよい。この場合、パルスモニタ装置は、チューナの検波信号を利用してマイクロ波の進行パワーをモニタすることができる。

一実施形態においては、検波部は、チューナとチャンバ本体との間の導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出してもよい。この場合、パルスモニタ装置は、チューナの二次側におけるマイクロ波の進行パワーをモニタすることができる。

一実施形態においては、パルスモニタ装置は、前記検波部により検出されたパルス周波数又はデューティ比と所定の閾値とを比較し、比較結果に基づいて警報を出力する警報部を有してもよい。この場合、パルスモニタ装置は、マイクロ波が設定通りに出力されていないことを検知することができる。

他態様においては、上述したパルスモニタ装置を備えるプラズマ処理装置が提供される。

本開示の種々の態様および実施形態によれば、帯域幅を有するマイクロ波のパワーがパルス変調された場合に、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタすることができるパルスモニタ装置が提供される。

一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図である。 マイクロ波出力装置の一例を示す図である。 波形発生器におけるマイクロ波の生成原理を説明する図である。 パワーがパルス変調されたマイクロ波の一例である。 パルス変調されたマイクロ波を検波器を介してアナログ出力した一例である。 増幅前のマイクロ波、同期信号、及び、変調及び増幅されたマイクロ波の対応関係を説明する図である。 移動平均の一例を説明する図である。 ヒステリシスのある閾値を用いた判定の一例を説明する図である。 パルスモニタ装置の他の例を示す図である。 パルスモニタ装置の他の例を示す図である。 パルス変調されたマイクロ波（設定パワー２５００Ｗ）のパワー振幅と時間との関係を、移動平均時間ごとにシミュレーションした結果である。 パルス変調されたマイクロ波（設定パワー５００Ｗ）のパワー振幅と時間との関係を、移動平均時間ごとにシミュレーションした結果である。 パルス変調されたマイクロ波（移動時間０．１μｓ）のパワー振幅と時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。 パルス変調されたマイクロ波（移動時間１．０μｓ）のパワー振幅と時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。 パルス変調されたマイクロ波（移動時間１０．０μｓ）のパワー振幅と時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。 移動平均時間と周波数精度との関係を、ヒステリシス比率（０％〜２０％）ごとにシミュレーションした結果である。 移動平均時間と周波数精度との関係を、ヒステリシス比率（３０％〜５０％）ごとにシミュレーションした結果である。 移動平均時間とデューティ比誤差との関係を、ヒステリシス比率（０％〜２０％）ごとにシミュレーションした結果である。 移動平均時間とデューティ比誤差との関係を、ヒステリシス比率（３０％〜５０％）ごとにシミュレーションした結果である。 ヒステリシス比率、移動平均時間及び最大誤差の関係を、パルス周波数（１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ）ごとにシミュレーションした結果である。 ヒステリシス比率、移動平均時間及び最大誤差の関係を、パルス周波数（２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ）ごとにシミュレーションした結果である。 ヒステリシス比率、移動平均時間及び最大誤差の関係を、パルス周波数（５０ｋＨ）でシミュレーションした結果である。 ヒステリシス比率と移動平均時間との関係を示すシミュレーション結果である。 ヒステリシス比率と移動平均時間との関係を示すシミュレーション結果において、第１領域及び第２領域を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附す。

［第１実施形態］
［プラズマ処理装置］
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図１に示されるように、プラズマ処理装置１は、チャンバ本体１２、及び、マイクロ波出力装置１６を備える。プラズマ処理装置１は、ステージ１４、アンテナ１８、及び、誘電体窓２０を更に備え得る。

チャンバ本体１２は、その内部に処理空間Ｓを提供する。チャンバ本体１２は、側壁１２ａ及び底部１２ｂを有する。側壁１２ａは、略筒形状に形成される。この側壁１２ａの中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線Ｚに略一致する。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられる。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられる。また、側壁１２ａの上端部は開口である。

側壁１２ａの上端部の上には誘電体窓２０が設けられる。この誘電体窓２０は、処理空間Ｓに対向する下面２０ａを有する。誘電体窓２０は、側壁１２ａの上端部の開口を閉じている。この誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング１９が介在する。このＯリング１９により、チャンバ本体１２がより確実に密閉される。

ステージ１４は、処理空間Ｓ内に収容される。ステージ１４は、鉛直方向において誘電体窓２０と対面するように設けられる。また、ステージ１４は、誘電体窓２０と当該ステージ１４との間に処理空間Ｓを挟むように設けられる。このステージ１４は、その上に載置される被加工物ＷＰ（例えば、ウエハ）を支持するように構成される。

一実施形態において、ステージ１４は、基台１４ａ及び静電チャック１４ｃを含む。基台１４ａは、略円盤形状を有しており、アルミニウムといった導電性の材料から形成されている。基台１４ａの中心軸線は、軸線Ｚに略一致する。この基台１４ａは、筒状支持部４８によって支持される。筒状支持部４８は、絶縁性の材料から形成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びる。筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられる。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿ってチャンバ本体１２の底部１２ｂから垂直上方に延びる。この筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成される。

排気路５１の上部には、バッフル板５２が設けられる。バッフル板５２は、環形状を有する。バッフル板５２には、当該バッフル板５２を板厚方向に貫通する複数の貫通孔が形成される。このバッフル板５２の下方には上述した排気孔１２ｈが設けられる。排気孔１２ｈには、排気管５４を介して排気装置５６が接続される。排気装置５６は、自動圧力制御弁（ＡＰＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）と、ターボ分子ポンプといった真空ポンプとを有する。この排気装置５６により、処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

基台１４ａは、高周波電極を兼ねる。基台１４ａには、給電棒６２及びマッチングユニット６０を介して、高周波バイアス用の高周波電源５８が電気的に接続される。高周波電源５８は、被加工物ＷＰに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を、設定されたパワーで出力する。

さらに、高周波電源５８は、パルス生成器を有し、高周波パワー（ＲＦパワー）をパルス変調して基台１４ａに印加してもよい。この場合、高周波電源５８は、ＨｉｇｈレベルのパワーとＬｏｗレベルのパワーとが周期的に繰り返される高周波パワーとなるようにパルス変調する。高周波電源５８は、パルス生成器により生成された同期信号ＰＳＳ−Ｒに基づいてパルス調整する。同期信号ＰＳＳ−Ｒは、高周波パワーの周期及びデューティ比を決定する信号である。パルス変調時の設定の一例として、パルス周波数は１０Ｈｚ〜２５０ｋＨｚであり、パルスのデューティ比（パルス周期に対するＨｉｇｈレベルパワー時間の比）は１０％〜９０％である。

マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、チャンバ本体１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容する。この整合器の中には自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれる。マッチングユニット６０は、高周波パワーがパルス変調される場合、同期信号ＰＳＳ−Ｒに基づいて整合をとるように動作する。

基台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられる。静電チャック１４ｃは、被加工物ＷＰを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ｃは、電極１４ｄ、絶縁膜１４ｅ、及び、絶縁膜１４ｆを含んでおり、概ね円盤形状である。静電チャック１４ｃの中心軸線は軸線Ｚに略一致する。この静電チャック１４ｃの電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆとの間に設けられる。電極１４ｄには、直流電源６４がスイッチ６６及び被覆線６８を介して電気的に接続される。静電チャック１４ｃは、直流電源６４より印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、被加工物ＷＰを吸着保持することができる。また、基台１４ａ上には、フォーカスリング１４ｂが設けられる。フォーカスリング１４ｂは、被加工物ＷＰ及び静電チャック１４ｃを囲むように配置される。

基台１４ａの内部には、冷媒室１４ｇが設けられる。冷媒室１４ｇは、例えば、軸線Ｚを中心に延在するように形成される。この冷媒室１４ｇには、チラーユニットからの冷媒が配管７０を介して供給される。冷媒室１４ｇに供給された冷媒は、配管７２を介してチラーユニットに戻される。この冷媒の温度がチラーユニットによって制御されることにより、静電チャック１４ｃの温度、ひいては被加工物ＷＰの温度が制御される。

また、ステージ１４には、ガス供給ライン７４が形成される。このガス供給ライン７４は、伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスを、静電チャック１４ｃの上面と被加工物ＷＰの裏面との間に供給するために設けられる。

マイクロ波出力装置１６は、チャンバ本体１２内に供給される処理ガスを励起させるためのマイクロ波を出力する。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波の周波数、パワー、及び、帯域幅を可変に調整するよう構成される。マイクロ波出力装置１６は、例えば、マイクロ波の帯域幅を略０に設定することによって、単一周波数のマイクロ波を発生することができる。また、マイクロ波出力装置１６は、その中に複数の周波数成分を有する帯域幅を有したマイクロ波を発生することができる。これら複数の周波数成分のパワーは同一のパワーであってもよく、帯域内の中央周波数成分のみが他の周波数成分のパワーよりも大きいパワーを有していてもよい。一例において、マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波のパワーを０Ｗ〜５０００Ｗの範囲内で調整することができ、マイクロ波の周波数又は中央周波数を２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの範囲内で調整することでき、マイクロ波の帯域幅を０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で調整することができる。また、マイクロ波出力装置１６は、帯域内におけるマイクロ波の複数の周波数成分の周波数のピッチ（キャリアピッチ）を０〜２５ｋＨｚの範囲内で調整することができる。

マイクロ波出力装置１６は、パルス生成器を有し、マイクロ波のパワーをパルス変調して出力してもよい。この場合、マイクロ波出力装置１６は、ＨｉｇｈレベルのパワーとＬｏｗレベルのパワーとが周期的に繰り返されるパワーとなるようにマイクロ波をパルス変調する。マイクロ波出力装置１６は、パルス生成器により生成された同期信号ＰＳＳ−Ｍに基づいてパルス調整する。同期信号ＰＳＳ−Ｍは、マイクロ波パワーの周期及びデューティ比を決定する信号である。パルス変調時の設定の一例として、パルス周波数は１Ｈｚ〜５０ｋＨｚであり、パルスのデューティ比（パルス周期に対するＨｉｇｈレベルパワー時間の比）は１０％〜９０％である。マイクロ波出力装置１６は、高周波電源５８により出力される、パルス変調させた高周波パワーと同期させるように、マイクロ波パワーをパルス変調してもよい。

プラズマ処理装置１は、導波管２１、チューナ２６、モード変換器２７、及び、同軸導波管２８を更に備える。マイクロ波出力装置１６の出力部は、導波管２１の一端に接続される。導波管２１の他端は、モード変換器２７に接続される。導波管２１は、例えば、矩形導波管である。導波管２１には、チューナ２６が設けられる。チューナ２６は、スタブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有する。スタブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各々は、導波管２１の内部空間に対するその突出量を調整可能なように構成される。チューナ２６は、基準位置に対するスタブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各々の突出位置を調整することにより、マイクロ波出力装置１６のインピーダンスと負荷、例えば、チャンバ本体１２のインピーダンスとを整合させる。

モード変換器２７は、導波管２１からのマイクロ波のモードを変換して、モード変換後のマイクロ波を同軸導波管２８に供給する。同軸導波管２８は、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂを含む。外側導体２８ａは、略円筒形状を有しており、その中心軸線は軸線Ｚに略一致する。内側導体２８ｂは、略円筒形状を有しており、外側導体２８ａの内側で延在する。内側導体２８ｂの中心軸線は、軸線Ｚに略一致する。この同軸導波管２８は、モード変換器２７からのマイクロ波をアンテナ１８に伝送する。

アンテナ１８は、誘電体窓２０の下面２０ａの反対側の面２０ｂ上に設けられる。アンテナ１８は、スロット板３０、誘電体板３２、及び、冷却ジャケット３４を含む。

スロット板３０は、誘電体窓２０の面２０ｂ上に設けられる。このスロット板３０は、導電性を有する金属から形成されており、略円盤形状を有する。スロット板３０の中心軸線は軸線Ｚに略一致する。スロット板３０には、複数のスロット孔３０ａが形成される。複数のスロット孔３０ａは、一例においては、複数のスロット対を構成する。複数のスロット対の各々は、互いに交差する方向に延びる略長孔形状の二つのスロット孔３０ａを含む。複数のスロット対は、軸線Ｚ周りの一以上の同心円に沿って配列される。また、スロット板３０の中央部には、後述する導管３６が通過可能な貫通孔３０ｄが形成される。

誘電体板３２は、スロット板３０上に設けられる。誘電体板３２は、石英といった誘電体材料から形成されており、略円盤形状である。この誘電体板３２の中心軸線は軸線Ｚに略一致する。冷却ジャケット３４は、誘電体板３２上に設けられる。誘電体板３２は、冷却ジャケット３４とスロット板３０との間に設けられる。

冷却ジャケット３４の表面は、導電性を有する。冷却ジャケット３４の内部には、流路３４ａが形成される。この流路３４ａには、冷媒が供給されるように構成される。冷却ジャケット３４の上部表面には、外側導体２８ａの下端が電気的に接続される。また、内側導体２８ｂの下端は、冷却ジャケット３４及び誘電体板３２の中央部分に形成された孔を通って、スロット板３０に電気的に接続される。

同軸導波管２８からのマイクロ波は、誘電体板３２内を伝搬して、スロット板３０の複数のスロット孔３０ａから誘電体窓２０に供給される。誘電体窓２０に供給されたマイクロ波は、処理空間Ｓに導入される。

同軸導波管２８の内側導体２８ｂの内孔には、導管３６が通っている。また、上述したように、スロット板３０の中央部には、導管３６が通過可能な貫通孔３０ｄが形成される。導管３６は、内側導体２８ｂの内孔を通って延在しており、ガス供給系３８に接続される。

ガス供給系３８は、被加工物ＷＰを処理するための処理ガスを導管３６に供給する。ガス供給系３８は、ガス源３８ａ、弁３８ｂ、及び、流量制御器３８ｃを含み得る。ガス源３８ａは、処理ガスのガス源である。弁３８ｂは、ガス源３８ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器３８ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源３８ａからの処理ガスの流量を調整する。

プラズマ処理装置１は、インジェクタ４１を更に備え得る。インジェクタ４１は、導管３６からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通孔２０ｈに供給する。誘電体窓２０の貫通孔２０ｈに供給されたガスは、処理空間Ｓに供給される。そして、誘電体窓２０から処理空間Ｓに導入されるマイクロ波によって、当該処理ガスが励起される。これにより、処理空間Ｓ内でプラズマが生成され、当該プラズマからのイオン及び／又はラジカルといった活性種により、被加工物ＷＰが処理される。

プラズマ処理装置１は、制御器１００を更に備える。制御器１００は、プラズマ処理装置１の各部を統括制御する。制御器１００は、ＣＰＵといったプロセッサ、ユーザインタフェース、及び、記憶部を備え得る。

プロセッサは、記憶部に記憶されたプログラム及びプロセスレシピを実行することにより、マイクロ波出力装置１６、ステージ１４、ガス供給系３８、排気装置５６等の各部を統括制御する。

ユーザインタフェースは、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボード又はタッチパネル、プラズマ処理装置１の稼働状況等を可視化して表示するディスプレイ等を含んでいる。

記憶部には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセッサの制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）、及び、処理条件データ等を含むプロセスレシピ等が保存される。プロセッサは、ユーザインタフェースからの指示等、必要に応じて、各種の制御プログラムを記憶部から呼び出して実行する。このようなプロセッサの制御下で、プラズマ処理装置１において所望の処理が実行される。

［マイクロ波出力装置１６の構成例］
図２は、マイクロ波出力装置の一例を示す図である。図２に示されるように、マイクロ波出力装置１６は、演算装置１００ａに接続されている。演算装置１００ａは、制御器１００、波形発生器１０１、第１パルス生成器１０２、第２パルス生成器１０３、第３パルス生成器１０４、及び、第４パルス生成器１０５を有する。

波形発生器１０１は、マイクロ波の波形を発生する。波形発生器１０１は、制御器１００により指定された設定周波数及び設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波の波形を発生する。波形発生器１０１は、マイクロ波の波形をマイクロ波出力装置１６へ出力する。

第１パルス生成器１０２は、マイクロ波出力装置１６にてマイクロ波パワーをパルス変調する際に利用される同期信号を生成する。第１パルス生成器１０２は、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおけるマイクロ波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−Ｍを生成する。第１パルス生成器１０２は、同期信号ＰＳＳ−Ｍをマイクロ波出力装置１６へ出力する。

第２パルス生成器１０３は、パワーがパルス変調されたマイクロ波をチューナ２６にてインピーダンス整合する際に利用される同期信号を生成する。第２パルス生成器１０３は、第１パルス生成器１０２と同様に、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおけるマイクロ波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−ＭＴを生成する。同期信号ＰＳＳ−ＭＴは、同期信号ＰＳＳ−Ｍと同一のパルス周波数及びデューティ比を有する。第２パルス生成器１０３は、同期信号ＰＳＳ−ＭＴをチューナ２６へ出力する。

第３パルス生成器１０４は、高周波電源５８にて高周波パワーをパルス変調する際に利用される同期信号を生成する。第３パルス生成器１０４は、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおける高周波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−Ｒを生成する。第３パルス生成器１０４は、同期信号ＰＳＳ−Ｒを高周波電源５８へ出力する。

第４パルス生成器１０５は、パワーがパルス変調された高周波をマッチングユニット６０にてインピーダンス整合する際に利用される同期信号を生成する。第４パルス生成器１０５は、第３パルス生成器１０４と同様に、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおける高周波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−ＲＭを生成する。同期信号ＰＳＳ−ＲＭは、同期信号ＰＳＳ−Ｒと同一のパルス周波数及びデューティ比を有する。第４パルス生成器１０５は、同期信号ＰＳＳ−ＲＭをマッチングユニット６０へ出力する。

第１パルス生成器１０２は、同期信号ＰＳＳ−Ｒと同期した同期信号ＰＳＳ−Ｍを生成してもよい。この場合、マイクロ波パワーのパルス変調と高周波パワーのパルス変調とを同期させることができるので、安定したプラズマ生成が可能となる。

マイクロ波出力装置１６は、波形発生器１０１により発生されたマイクロ波の波形を、制御器１００の設定に応じてパルス変調し、マイクロ波として出力する。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波発生部１６ａ、導波管１６ｂ、サーキュレータ１６ｃ、導波管１６ｄ、導波管１６ｅ、第１の方向性結合器１６ｆ、第２の方向性結合器１６ｈ、測定部１６ｋ（測定部の一例）、及び、ダミーロード１６ｊを有する。

マイクロ波発生部１６ａは、制御器１００から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調された該マイクロ波を発生する。

マイクロ波発生部１６ａは、パワー制御部１６２、減衰器１６３、増幅器１６４、増幅器１６５、及び、モード変換器１６６を有する。

波形発生器１０１は、減衰器１６３に接続される。減衰器１６３は、一例として、印加電圧値によって減衰量（減衰率）を変更可能な機器である。減衰器１６３には、パワー制御部１６２が接続される。パワー制御部１６２は、印加電圧値を用いて減衰器１６３におけるマイクロ波の減衰率（減衰量）を制御する。パワー制御部１６２は、波形発生器１０１により出力されたマイクロ波が、制御器１００により指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波となるように、減衰器１６３におけるマイクロ波の減衰率（減衰量）を制御する。

パワー制御部１６２は、一例として、制御部１６２ａを有する。制御部１６２ａは、プロセッサであり得る。制御部１６２ａは、制御器１００から設定プロファイルを取得する。制御部１６２ａは、第１パルス生成器１０２から同期信号ＰＳＳ−Ｍを取得する。制御部１６２ａは、同期信号ＰＳＳ−Ｍ、及び、制御器１００によって設定された設定プロファイルに基づいてマイクロ波の減衰率（減衰量）を決定する。

減衰器１６３の出力は、増幅器１６４及び増幅器１６５を介してモード変換器１６６に接続される。増幅器１６４及び増幅器１６５は、マイクロ波をそれぞれに所定の増幅率で増幅する。モード変換器１６６は、増幅器１６５から出力されるマイクロ波の伝搬モードをＴＥＭからＴＥ０１に変換する。このモード変換器１６６におけるモード変換によって生成されたマイクロ波は、マイクロ波発生部１６ａの出力マイクロ波として出力される。

マイクロ波発生部１６ａの出力は導波管１６ｂの一端に接続される。導波管１６ｂの他端は、サーキュレータ１６ｃの第１ポート２６１に接続される。サーキュレータ１６ｃは、第１ポート２６１、第２ポート２６２Ａ、及び、第３ポート２６３Ａを有する。サーキュレータ１６ｃは、第１ポート２６１に入力されたマイクロ波を第２ポート２６２Ａから出力し、第２ポート２６２Ａに入力したマイクロ波を第３ポート２６３Ａから出力するように構成される。サーキュレータ１６ｃの第２ポート２６２Ａには導波管１６ｄの一端が接続される。導波管１６ｄの他端は、マイクロ波出力装置１６の出力部１６ｔである。

サーキュレータ１６ｃの第３ポート２６３Ａには、導波管１６ｅの一端が接続される。導波管１６ｅの他端はダミーロード１６ｊに接続される。ダミーロード１６ｊは、導波管１６ｅを伝搬するマイクロ波を受けて、当該マイクロ波を吸収する。ダミーロード１６ｊは、例えば、マイクロ波を熱に変換する。

第１の方向性結合器１６ｆは、導波管１６ｂの一端と他端との間に設けられる。第１の方向性結合器１６ｆは、マイクロ波発生部１６ａから出力されて、出力部１６ｔに伝搬するマイクロ波（即ち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を出力するように構成される。

第２の方向性結合器１６ｈは、導波管１６ｅの一端と他端との間に設けられる。第２の方向性結合器１６ｈは、出力部１６ｔに戻されたマイクロ波（即ち、反射波）について、サーキュレータ１６ｃの第３ポート２６３Ａに伝送された反射波の一部を分岐させて、当該反射波の一部を出力するように構成される。

測定部１６ｋは、導波管内のマイクロ波を測定する機器である。測定部１６ｋは、測定制御部１６７（取得部の一例）、第１検波部１６８（検波部の一例）及び第２検波部１６９を有する。

第１検波部１６８は、導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する。第１検波部１６８は、第１の方向性結合器１６ｆから出力された進行波を入力する。第２検波部１６９は、導波管内のマイクロ波の反射波パワーに応じた測定値を検出する。第２検波部１６９は、第２の方向性結合器１６ｈから出力された反射波を入力する。

測定制御部１６７は、第１検波部１６８により取得された進行波の一部に基づき、出力部１６ｔにおける進行波のパワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第１のＨｉｇｈ測定値ｐｆ（Ｈ）及び第１のＬｏｗ測定値ｐｆ（Ｌ）を決定する。測定制御部１６７は、第２検波部１６９により取得された反射波の一部に基づき、出力部１６ｔにおける反射波のパワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第２のＨｉｇｈ測定値ｐｒ（Ｈ）及び第２のＬｏｗ測定値ｐｒ（Ｌ）を決定する。

測定制御部１６７は、第１検波部１６８により検出された測定値に基づいて、進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。測定制御部１６７による進行波パワーの周波数及びデューティ比の取得方法については後述する。

測定部１６ｋは、パワー制御部１６２に接続される。測定部１６ｋは、測定値をパワー制御部１６２に出力する。パワー制御部１６２は、進行波と反射波との測定値の差、即ちロードパワー（実効パワー）が、制御器１００によって指定される設定パワーに一致するように、減衰器１６３を制御する（パワーフィードバック制御）。

本実施形態に係るパルスモニタ装置１０は、測定制御部１６７及び第１検波部１６８を備えて構成される。つまり、パルスモニタ装置１０は、パワーフィードバック制御に用いられる方向性結合器の信号を分岐させてモニタしている。なお、パルスモニタ装置１０は、パワーフィードバック制御の構成と兼用されることが必須ではなく、パワーフィードバック制御の構成とは別に追加されていてもよい。

チューナ２６は、チューナ制御部２６０及びチューナ検波部２６４を有する。チューナ制御部２６０は、制御器１００の信号及びチューナ検波部２６４の検出結果に基づいて、マイクロ波出力装置１６側のインピーダンスとアンテナ１８側のインピーダンスとを整合するようにスタブ２６ａ、２６ｂ，２６ｃの突出位置を調整する。チューナ検波部２６４は、一例として三探針検波器であり、３本のダイオード付きプローブを有する。チューナ制御部２６０は、図示しないドライバ回路及びアクチュエータにより、スタブ２６ａ、２６ｂ，２６ｃを動作させる。

チューナ制御部２６０は、第２パルス生成器１０３により生成されたマイクロ波パワー用の同期信号ＰＳＳ−ＭＴを取得する。チューナ制御部２６０は、同期信号を考慮して、スタブ２６ａ、２６ｂ，２６ｃを動作させる。高周波電源５８は、第３パルス生成器１０４により生成された高周波パワー用の同期信号ＰＳＳ−Ｒを取得する。高周波電源５８は、同期信号ＰＳＳ−Ｒに基づいて高周波パワーをパルス変調する。マッチングユニット６０は、第４パルス生成器１０５により生成された高周波パワー用の同期信号ＰＳＳ−ＭＴを取得する。マッチングユニット６０は、同期信号ＰＳＳ−ＭＴに基づいて、パルス変調された高周波パワーを整合する。

［波形発生器の詳細］
図３は、波形発生器におけるマイクロ波の生成原理を説明する図である。図３に示されるように、波形発生器１０１は、例えば、基準周波数と位相を同期させたマイクロ波を発振することが可能なＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）発振器と、ＰＬＬ発振器に接続されたＩＱデジタル変調器とを有する。波形発生器１０１は、ＰＬＬ発振器において発振されるマイクロ波の周波数を制御器１００により指定された設定周波数に設定する。そして、波形発生器１０１は、ＰＬＬ発振器からのマイクロ波と、当該ＰＬＬ発振器からのマイクロ波とは９０°の位相差を有するマイクロ波とを、ＩＱデジタル変調器を用いて変調する。これにより、波形発生器１０１は、帯域内において複数の周波数成分を有するマイクロ波、又は、単一周波数のマイクロ波を生成する。

波形発生器１０１は、例えば、Ｎ個の複素データシンボルに対する逆離散フーリエ変換を行って連続信号を生成することにより、複数の周波数成分を有するマイクロ波を生成することが可能である。この信号の生成方法は、ディジタルテレビ放送等で用いられるＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）変調方式と同様の方法であり得る（例えば特許５３２０２６０号参照）。

一例では、波形発生器１０１は、予めデジタル化された符号の列で表された波形データを有する。波形発生器１０１は、波形データを量子化し、量子化したデータに対して逆フーリエ変換を適用することにより、ＩデータとＱデータとを生成する。そして、波形発生器１０１は、Ｉデータ及びＱデータの各々に、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換を適用して、二つのアナログ信号を得る。波形発生器１０１は、これらアナログ信号を、低周波成分のみを通過させるＬＰＦ(ローパスフィルタ）へ入力する。波形発生器１０１は、ＬＰＦから出力された二つのアナログ信号を、ＰＬＬ発振器からのマイクロ波、ＰＬＬ発振器からのマイクロ波とは９０°の位相差を有するマイクロ波とそれぞれミキシングする。そして、波形発生器１０１は、ミキシングによって生成されたマイクロ波を合成する。これにより、波形発生器１０１は、一又は複数の周波数成分を有するマイクロ波を生成する。

［マイクロ波の一例］
マイクロ波発生部１６ａから出力されるマイクロ波パワーは、ＨｉｇｈレベルのパワーとＬｏｗレベルのパワーとを繰り返すようにパルス状に変調された波形となる。図４は、パワーがパルス変調されたマイクロ波の一例である。図４に示されるように、マイクロ波は、制御器１００から指示された設定周波数及び設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有し、制御器１００から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベルのパワー及びＬｏｗレベルのパワーを有する。Ｌｏｗレベルのパワーは、Ｈｉｇｈレベルのパワーよりも低いパワーである。

Ｌｏｗレベルのパワーは、プラズマ生成状態を維持するのに必要な最も低いレベルより低いパワーであってもよい。一例として、Ｌｏｗレベルの設定パワーは、０Ｗ以上４００Ｗ以下であってもよい。Ｌｏｗレベルの設定パワーが０Ｗのとき、マイクロ波パワーは、ＯＮ／ＯＦＦ制御となる。なお、Ｌｏｗレベルの設定パワーが０Ｗのときは、ノイズレベルを考慮した値として設定されてもよい。つまり、ＯＮ／ＯＦＦ制御は、０Ｗ及び設定パワーの正確な繰り返しのみならず、ノイズレベルも含み得る。Ｌｏｗレベルの設定パワーが０Ｗを超えて４００Ｗ以下のとき、マイクロ波パワーは、Ｌｏｗレベルにおいてプラズマ励起がなされない程度のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ制御となる。以下では、Ｌｏｗレベルの設定パワーが０Ｗである例を説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。

［マイクロ波の同期信号の一例］
図５は、パルス変調されたマイクロ波を検波器を介してアナログ出力した一例である。図５に示されるように、同期信号ＰＳＳ−Ｍは、ＯＮ状態（Ｈｉｇｈ状態）とＯＦＦ状態（Ｌｏｗ状態）とが交互に出現するパルス信号となる。同期信号ＰＳＳ−Ｍのパルス周期ＰＴ１は、Ｈｉｇｈレベルとなるタイミングの間隔で定義する。ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとの差分をΔとすると、Ｈｉｇｈ時間ＨＴは、パルスの立ち上がり期間ＰＵにおいて０．５Δとなるタイミングからパルスの立ち下がり期間ＰＤにおいて０．５Δとなるタイミングまでの期間として定義する。パルス周期ＰＴ１に対するＨｉｇｈ時間ＨＴの比がデューティ比である。第１パルス生成器１０２は、制御器１００により指定されたパルス周波数（１／ＰＴ１）及びデューティ比（ＨＴ／ＰＴ１×１００［％］）に基づいて、図５に示されるような同期信号を生成する。

［マイクロ波パワーのパルス変調の一例］
図６は、増幅前のマイクロ波、同期信号、及び、変調及び増幅されたマイクロ波の対応関係を説明する図である。図６の信号（Ａ）は、波形発生器１０１により生成された増幅前のマイクロ波の波形である。図６の信号（Ｂ）は、第１パルス生成器１０２により生成された同期信号ＰＳＳ−Ｍの波形である。図６の信号（Ｃ）は、信号（Ａ）及び信号（Ｂ）に基づいて変調され、かつ、増幅されたマイクロ波の波形である。それぞれの横軸は時間である。信号（Ａ）は、パワー制御部１６２及び減衰器１６３によって、信号（Ｂ）に基づいて減衰される。例えば、信号（Ａ）は、同期信号ＰＳＳ−ＭのＨｉｇｈ時間ＨＴ以外において０Ｗに減衰される。減衰された信号は、増幅器１６４及び増幅器１６５によって増幅され、信号（Ｃ）となる。信号（Ｃ）は、ＯＮ状態のパワーが設定パワーＰｓｅｔとなるように増幅される。信号（Ｃ）のＯＮ状態は、同期信号ＰＳＳ−ＭのＨｉｇｈ時間ＨＴと一致する。信号（Ｃ）のパルス周期は、同期信号ＰＳＳ−Ｍのパルス周期ＰＴ１と一致する。つまり、マイクロ波のパワーのデューティ比（％）は、同期信号ＰＳＳ−Ｍと一致する。

［測定制御部のデータサンプリングの一例］
測定制御部１６７は、パルス変調された進行波パワーを正確に測定するためにデータを平均化してもよい。図７は、移動平均の一例を説明する図である。図７において、ａはサンプリング間隔［μｓ］、ｂは移動平均時間［μｓ］、ｃはサンプル数である。なお，サンプリング間隔は、０．１μｓ以下である。サンプル数ｃはｂ/ａで表現される。測定制御部１６７は、時刻ｔ＝０のとき、Ｐｆ（１）〜Ｐｆ（ｃ）までのｃ個のサンプルをサンプリング間隔ａで取得し、平均化する。測定制御部１６７は、時刻ｔ＝１のとき、Ｐｆ（２）〜Ｐｆ（ｃ＋１）までのｃ個のサンプルをサンプリング間隔ａで取得し、平均化する。測定制御部１６７は、時刻ｔ＝ｋのとき、Ｐｆ（ｋ＋１）〜Ｐｆ（ｃ＋ｋ）までのｃ個のサンプルをサンプリング間隔ａで取得し、平均化する。数式で表すと以下の通りである。

これにより、強弱を有するパワー波形が平均化される。なお、上記例では進行波の例を示したが、反射波も同一の手法で平均化することができる。

［測定制御部による進行波パワーのＯＮ／ＯＦＦ判定の一例］
測定制御部１６７は、パルス変調された進行波パワーのＯＮ状態とＯＦＦ状態とを正確に判定するためにＯＮ状態を判定するための閾値と、ＯＦＦ状態を判定するための閾値とにヒステリシスを設けてもよい。マイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベルを判定するための閾値をＨｙｓＨ、マイクロ波の進行波パワーのＬｏｗレベルを判定するための閾値をＨｙｓＬ、Ｈｉｇｈレベルの設定パワーをＰｓｅｔ、ヒステリシス比率をＨｙｓ（０％以上５０％以下）とすると、ヒステリシスは、以下の数式（１）で表現される。

なお、上記は一例である。例えば、ヒステリシス閾値はＰｓｅｔ／２に対して等間隔である必要はない。Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ及びＬｏｗレベル閾値ＨｙｓＬは、個別に設定されてもよい。Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨは、設定パワーＰｓｅｔよりも大きくてもよい。

図８は、ヒステリシスのある閾値を用いた判定の一例を説明する図である。図８では、マイクロ波の進行波パワーと、ＯＮ／ＯＦＦの判定結果が示されている。図８に示されるように、０ＷとＨｉｇｈレベルの設定パワーＰｓｅｔとの間に、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ及びＬｏｗレベル閾値ＨｙｓＬが設定される。測定制御部１６７は、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ及びＬｏｗレベル閾値ＨｙｓＬを用いて、マイクロ波の進行波パワーのＯＮ／ＯＦＦを判定する。

波形（Ａ）では、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下の信号が、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ及びＨｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨを超えて立ち上がっている。この場合、測定制御部１６７は、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上となったときに、信号がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わった、と判定する。

波形（Ｂ）では、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上の信号が、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上の領域で減少及び増加している。この場合、測定制御部１６７は、ＯＮ状態が維持されている、と判定する。

波形（Ｃ）では、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上の信号が、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下及びＬｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上となるまで減少し、再び、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上に増加している。この場合、測定制御部１６７は、ＯＮ状態が維持されている、と判定する。つまり、測定制御部１６７は、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下となっても、ＯＮ状態であると判定する。

波形（Ｄ）では、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上の信号が、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下及びＬｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上となるまで減少し、その値で一定値となっている。この場合、測定制御部１６７は、ＯＮ状態が維持されている、と判定する。つまり、測定制御部１６７は、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下となっても、ＯＮ状態であると判定する。

波形（Ｅ）では、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上の信号が、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下となるまで減少し、その後、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上及びＨｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下となるように増加している。この場合、測定制御部１６７は、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下となったときに信号がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと切り替わった、と判定する。そして、測定制御部１６７は、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上となっても、ＯＦＦ状態であると判定する。

波形（Ｆ）では、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上の信号が、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下に減少している。この場合、測定制御部１６７は、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下となったときに、信号がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと切り替わった、と判定する。

波形（Ｇ）では、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下の信号が、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上とならずに減少及び増加している。この場合、測定制御部１６７は、ＯＦＦ状態が維持されている、と判定する。

波形（Ｈ）では、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下の信号が、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上及びＨｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下となるまで増加し、再び、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下に減少している。この場合、測定制御部１６７は、ＯＮ状態が維持されている、と判定する。つまり、測定制御部１６７は、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上となっても、ＯＦＦ状態であると判定する。

波形（Ｉ）では、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下の信号が、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上及びＨｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下となるまで増加し、その値で一定値となっている。この場合、測定制御部１６７は、ＯＦＦ状態が維持されている、と判定する。つまり、測定制御部１６７は、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上となっても、ＯＦＦ状態であると判定する。

波形（Ｊ）では、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下の信号が、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上となるまで増加し、その後、Ｌｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以上及びＨｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下となるように減少している。この場合、測定制御部１６７は、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上となったときに信号がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わった、と判定する。そして、測定制御部１６７は、Ｈｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以下となっても、ＯＮ状態であると判定する。

以上のように、測定制御部１６７は、ヒステリシス閾値処理として、信号が増加しながらＨｉｇｈレベル閾値ＨｙｓＨ以上となったときのみ、信号がＯＦＦ状態からＯＮ状態へ切り替わったと判定する。測定制御部１６７は、ヒステリシス閾値処理として、信号が減少しながらＬｏｗレベル閾値ＨｙｓＬ以下となったときのみ、信号がＯＮ状態からＯＦＦ状態へ切り替わったと判定する。

［測定制御部の設定の一例］
測定制御部１６７は、測定誤差が小さくなる範囲で測定するように設定されていてもよい。測定誤差は、周波数精度及びデューティ比誤差を含む。周波数精度は、設定パルス周波数に対する検出パルス周波数の誤差である。具体的な一例として、周波数精度は、以下の数式（２）で表現される。

ただし、数式（２）の右辺の計算値が１００％以上となった場合は、周波数精度は１００％とする。デューティ比誤差は、設定デューティ比に対する検出デューティ比の誤差である。具体的な一例として、デューティ比誤差は、以下の数式（３）で表現される。

測定制御部１６７は、周波数精度及びデューティ比誤差のうち大きい方を最大誤差として採用してもよい。

測定制御部１６７は、最大誤差が小さくなるように、例えば以下の範囲で動作するように設定される。測定制御部１６７は、第１検波部１６８によって検出されたマイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルをそれぞれ判定するためのヒステリシス閾値を数式（１）で定義した場合、縦軸がヒステリシス比率であり横軸が移動平均時間である座標平面上の第１領域Ｒ１内、又は、第２領域Ｒ２内に含まれるヒステリシス比率及び移動平均時間で、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。

図２４は、ヒステリシス比率と移動平均時間との関係を示すシミュレーション結果において、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を示す図である。図２４の（Ａ）は、縦軸が移動平均時間であり、横軸がヒステリシス比率Ｈｙｓであり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。第１領域Ｒ１は、最大誤差が１％以下となる領域である。具体的には、第１領域Ｒ１は、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点Ｐ１、ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点Ｐ２、ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点Ｐ３、ヒステリシス比率が３７％かつ移動平均時間が０．７５μｓとなる第４点Ｐ４、並びに、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．６μｓとなる第５点Ｐ５を、第１点Ｐ１、第２点Ｐ２、第３点Ｐ３、第４点Ｐ４、第５点Ｐ５、及び、第１点Ｐ１の順に線分で結んで得られる閉領域である。

図２４の（Ｂ）は、縦軸が移動平均時間であり、横軸がヒステリシス比率Ｈｙｓであり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。第２領域Ｒ２は、最大誤差が３％以下となる領域である。具体的には、第２領域Ｒ２は、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点Ｐ１、ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点Ｐ２、ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点Ｐ３、ヒステリシス比率が３５％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第６点Ｐ６、並びに、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第７点Ｐ７を、第１点Ｐ１、第２点Ｐ２、第３点Ｐ３、第６点Ｐ６、第７点Ｐ７、及び、第１点Ｐ１の順に線分で結んで得られる閉領域である。

［第１実施形態のまとめ］
パルスモニタ装置１０では、第１検波部１６８によって導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値が検出され、測定制御部１６７によって進行波パワーの周波数及びデューティ比が取得される。このため、パルスモニタ装置１０は、帯域幅を有するマイクロ波のパワーがパルス変調された場合に、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタすることができる。

パルスモニタ装置１０では、ヒステリシス閾値を数式（１）で定義した場合、第１領域Ｒ１内、あるいは、第２領域Ｒ２内に含まれるヒステリシス比率及び移動平均時間で、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。これにより、パルスモニタ装置１０は、設定パルス周波数に対する検出パルス周波数の誤差、及び、設定デューティ比に対する検出デューティ比の誤差をそれぞれ１％〜３％以下にすることができる。よって、パルスモニタ装置１０は、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比を精度良くモニタすることができる。

また、パルスモニタ装置１０によれば、チューナ２６の一次側におけるマイクロ波の進行パワーをモニタすることができる。また、パルスモニタ装置１０を備えるプラズマ処理装置１は、パルスモニタ装置１０と同一の効果を奏する。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るパルスモニタ装置１０Ａは、第１実施形態に係るパルスモニタ装置１０と比べて、チューナ２６の制御部がパルスモニタ装置として機能する点が相違し、その他は同一である。以下では、パルスモニタ装置１０Ａとパルスモニタ装置１０との相違点を中心に説明し、重複する説明は繰り返さない。

図９は、パルスモニタ装置の他の例を示す図である。図９に示されるように、測定部１６ｋは、測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａを備える。測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａは、測定制御部１６７及び第１検波部１６８と比較して、パルスモニタ機能を有しない点で相違し、その他は同一である。

チューナ２６は、チューナ制御部２６０Ａ（取得部の一例）及びチューナ検波部２６４Ａ（検波部の一例）を有する。チューナ制御部２６０Ａ及びチューナ検波部２６４Ａは、チューナ制御部２６０及びチューナ検波部２６４と比較して、パルスモニタ機能を有する点で相違し、その他は同一である。つまり、チューナ制御部２６０Ａは、チューナ検波部２６４Ａによって検出された検波信号を分岐して、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。このように、パルスモニタ装置１０Ａは、チューナ制御部２６０Ａ及びチューナ検波部２６４Ａを備えて構成される。なお、パルスモニタ装置１０Ａは、チューナ２６と兼用されることが必須ではなく、チューナ２６の構成とは別に追加されていてもよい。また、モニタの仕方、つまり、ヒステリシス比率、移動平均時間及びヒステリシス閾値については、第１実施形態と同一である。

上記以外のプラズマ処理装置１Ａの構成は、プラズマ処理装置１と同一である。

［第２実施形態のまとめ］
パルスモニタ装置１０Ａによれば、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタすることができる。パルスモニタ装置１０Ａによれば、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比を精度良くモニタすることができる。パルスモニタ装置１０Ａによれば、チューナ２６におけるマイクロ波の進行パワーをモニタすることができる。また、パルスモニタ装置１０Ａを備えるプラズマ処理装置１Ａは、パルスモニタ装置１０Ａと同一の効果を奏する。

［第３実施形態］
第３実施形態に係るパルスモニタ装置１０Ｂは、第１実施形態に係るパルスモニタ装置１０と比べて、復調部８０及び復調制御部８１を備える点が相違し、その他は同一である。以下では、パルスモニタ装置１０Ｂとパルスモニタ装置１０との相違点を中心に説明し、重複する説明は繰り返さない。

図１０は、パルスモニタ装置の他の例を示す図である。図１０に示されるように、測定部１６ｋは、測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａを備える。測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａは、測定制御部１６７及び第１検波部１６８と比較して、パルスモニタ機能を有しない点で相違し、その他は同一である。

プラズマ処理装置１Ｂは、復調部８０（検波部の一例）及び復調制御部８１（取得部の一例）を備える。復調部８０は、例えば導波管２１におけるチューナ２６とアンテナ１８（図１参照）との間に設けられる。復調部８０は、導波管２１内を進行する進行波のパワーである進行波パワー、及び、アンテナ１８側からの反射波のパワーである反射波パワーを周波数ごとに取得する。

復調部８０は、方向性結合器を有する。方向性結合器は、一例として、４つのポートを有する双方向性結合器である。方向性結合器は、マイクロ波発生部１６ａから出力されて、導波管２１内に伝搬するマイクロ波（即ち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を出力するように構成されている。同様に、方向性結合器は、モード変換器から戻ってくるマイクロ波（即ち、反射波）の一部を分岐させて、当該反射波の一部を出力するように構成されている。

復調制御部８１は、プロセッサ及びメモリを有する演算器である。復調制御部８１は、方向性結合器から出力された進行波の一部に基づき、方向性結合器における進行波パワーを測定する。同様に、復調制御部８１は、方向性結合器から出力された反射波の一部に基づき、方向性結合器における反射波パワーを測定する。

パルスモニタ装置１０Ｂは、復調部８０及び復調制御部８１を備えて構成される。なお、パルスモニタ装置１０Ｂは、復調部８０及び復調制御部８１と兼用されることが必須ではなく、復調部８０及び復調制御部８１の構成とは別に追加されていてもよい。また、モニタの仕方、つまり、ヒステリシス比率、移動平均時間及びヒステリシス閾値については、第１実施形態と同一である。

上記以外のプラズマ処理装置１Ｂの構成は、プラズマ処理装置１と同一である。

［第３実施形態のまとめ］
パルスモニタ装置１０Ｂによれば、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタすることができる。パルスモニタ装置１０Ａによれば、処理容器へ投入されるマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比を精度良くモニタすることができる。パルスモニタ装置１０Ｂによれば、チューナ２６の二次側におけるマイクロ波の進行パワーをモニタすることができる。また、パルスモニタ装置１０Ｂを備えるプラズマ処理装置１Ｂは、パルスモニタ装置１０Ｂと同一の効果を奏する。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。

上述した実施形態では、マイクロ波発生部１６ａと波形発生器１０１とが分離している例を説明したが、一つの装置として構成されていてもよい。また、演算装置１００ａが第１パルス生成器１０２〜第４パルス生成器１０５を備える例を説明したが、これに限定されない。例えば、パワー制御部１６２が第１パルス生成器１０２を備えてもよい。

プラズマ処理装置がマイクロ波の進行波パワーを利用するモードのみ用いる場合、測定部１６ｋは反射波を測定する構成を備えていなくてもよい。

パルスモニタ装置１０の測定制御部１６７、パルスモニタ装置１０Ａのチューナ制御部２６０Ａ、及び、パルスモニタ装置１０Ｂの復調制御部８１は、警報機能を有していてもよい。以下では、測定制御部１６７を警報部の一例として説明する。測定制御部１６７は、第１検波部１６８により検出されたパルス周波数又はデューティ比に対して予め設定された閾値を参照することができる。閾値は、パルス周波数及びデューティ比のそれぞれ個別に設定されていてもよいし、何れか一方に設定されてもよい。閾値は、シミュレーション結果あるいは過去の測定結果に基づいて設定され得る。測定制御部１６７は、モニタ中のパルス周波数又はデューティ比と所定の閾値とを比較する。測定制御部１６７は、比較結果に基づいて警報を出力する。警報の種類は限定されない。例えば、モニタ画面に警報画面が表示されてもよいし、アラーム音が出力されてもよい。あるいは、異常である旨のログが記録装置に記憶されてもよいし、異常を検知した旨の信号がプラズマ処理装置の演算装置１００ａへ出力されてもよい。チューナ制御部２６０Ａ及び復調制御部８１は、上述した測定制御部１６７の警報機能と同一の機能を有してもよい。このような警報機能を有することで、パルスモニタ装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、マイクロ波が設定通りに出力されていないことを検知することができる。なお、上述した警報機能は、装置側の制御器１００が有してもよい。

パルスモニタ装置１０，１０Ａ，１０Ｂ又は制御器１００が警報機能を有することで、パルス設定に対して不適切な処理のとき異常を検出することができる。このため、設定に対してウェハに対する処理が確実に実行されたことと、異常発生のままウェハ処理が実行されることを未然に防ぐことができる。

以下、本開示の効果を説明するシミュレーション結果を説明する。
［進行波パワーの波形と移動平均時間との関係］
帯域幅を有するマイクロ波のパワー、及び、帯域幅を有するマイクロ波のパワーがパルス変調された場合の波形をシミュレーションにより確認した。また、移動平均時間が波形に与える影響をシミュレーションにより検証した。シミュレーションの条件として、設定パワーＰｓｅｔを２５００Ｗ、帯域幅を１０ＭＨｚとした。パルス変調の設定デューティ比は１０％、設定パルス周波数は２０ｋＨｚとした。パルス変調方式は、ＯＮ／ＯＦＦ変調とした。移動平均時間は、０．１μｓ〜４０μｓとした。結果を図１１に示す。

図１１は、パルス変調されたマイクロ波（設定パワー２５００Ｗ）のパワー振幅と時間との関係を、移動平均時間ごとにシミュレーションした結果である。図１１のグラフ（Ａ）は、帯域幅を有するマイクロ波の波形であって、パルス変調していない波形である。横軸は時間、縦軸は進行波パワーである。設定パワー２５００Ｗの場合、進行波パワーは、０Ｗ〜８２００Ｗの範囲で上下に振動していることが確認された。パワーの上限となっている８２００Ｗは、測定制御部１６７の電子回路を構成するＡ／Ｄコンバータでの検出範囲となる。なお、上下する時間は１０ｎｓ程度であった。

図１１のグラフ（Ｂ）〜（Ｅ）は、グラフ（Ａ）のマイクロ波をパルス変調した場合の波形である。グラフ（Ｂ）は移動平均時間が０．１μｓのときの波形である。グラフ（Ｃ）は移動平均時間が１．０μｓのときの波形である。グラフ（Ｄ）は移動平均時間が１０．０μｓのときの波形である。グラフ（Ｅ）は移動平均時間が４０．０μｓのときの波形である。グラフ（Ｂ）〜（Ｅ）に示されるように、パルスごとに上限及び下限の値が異なることがわかった。また、移動平均時間を長くすると、振動が平均化されてパルス形状がはっきりしてくることがわかった。また、移動平均時間を長くすると、ＯＦＦ時間時の進行波パワーのなまりが一定になる傾向にあることが確認された。

同様に、設定パワー５００Ｗの場合をシミュレーションした。シミュレーション条件は、設定パワー以外は同一である。結果を図１２に示す。

図１２は、パルス変調されたマイクロ波（設定パワー５００Ｗ）のパワー振幅と時間との関係を、移動平均時間ごとにシミュレーションした結果である。図１２のグラフ（Ａ）は、帯域幅を有するマイクロ波の波形であって、パルス変調していない波形である。横軸は時間、縦軸は進行波パワーである。設定パワー５００Ｗの場合、進行波パワーは、０Ｗ〜３０００Ｗの範囲で上下に振動していることが確認された。上下する時間は１０ｎｓ程度であった。

図１２のグラフ（Ｂ）〜（Ｅ）は、グラフ（Ａ）のマイクロ波をパルス変調した場合の波形である。グラフ（Ｂ）は移動平均時間が０．１μｓのときの波形である。グラフ（Ｃ）は移動平均時間が１．０μｓのときの波形である。グラフ（Ｄ）は移動平均時間が１０．０μｓのときの波形である。グラフ（Ｅ）は移動平均時間が４０．０μｓのときの波形である。グラフ（Ｂ）〜（Ｅ）に示されるように、設定パワー２５００Ｗの場合と同様の傾向が確認された。つまり、移動平均時間を長くすると、振動が平均化されてパルス形状がはっきりしてくること、ＯＦＦ時間時の進行波パワーのなまりが一定になる傾向にあることが確認された。

［進行波パワーの波形とデューティ比との関係］
デューティ比が波形に与える影響をシミュレーションにより検証した。シミュレーションの条件として、設定パワーＰｓｅｔを２５００Ｗ、帯域幅を１０ＭＨｚとした。パルス変調の設定パルス周波数は２０ｋＨｚとした。パルス変調方式は、ＯＮ／ＯＦＦ変調とした。移動平均時間は、０．１μｓとした。パルス変調の設定デューティ比を１０％、５０％、９０％に設定し、波形を確認した。結果を図１３に示す。

図１３は、パルス変調されたマイクロ波（移動時間０．１μｓ）のパワー振幅と時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。図１３のグラフ（Ａ）はデューティ比１０％の波形である。図１３のグラフ（Ｂ）はデューティ比５０％の波形である。図１３のグラフ（Ｃ）はデューティ比９０％の波形である。図１３のグラフ（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、デューティ比を大きくすると波形のＯＦＦ時の判定が困難になる傾向にあることが確認された。

同様に、移動時間１μｓの場合をシミュレーションした。シミュレーション条件は、デューティ比以外は同一である。結果を図１４に示す。

図１４は、パルス変調されたマイクロ波（移動時間１．０μｓ）のパワー振幅と時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。図１４のグラフ（Ａ）はデューティ比１０％の波形である。図１４のグラフ（Ｂ）はデューティ比５０％の波形である。図１４のグラフ（Ｃ）はデューティ比９０％の波形である。図１４のグラフ（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、パワーの強弱が未だ平均化されておらず、デューティ比が大きくすると波形のＯＦＦ時の判定が困難になる傾向にあることが確認された。

同様に、移動時間１０．０μｓの場合をシミュレーションした。シミュレーション条件は、デューティ比以外は同一である。結果を図１５に示す。

図１５は、パルス変調されたマイクロ波（移動時間１０．０μｓ）のパワー振幅と時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。図１５のグラフ（Ａ）はデューティ比１０％の波形である。図１５のグラフ（Ｂ）はデューティ比５０％の波形である。図１５のグラフ（Ｃ）はデューティ比９０％の波形である。図１５のグラフ（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、移動時間０．１μｓ及び１．０μｓと比較して、パワーの強弱が改善されており、デューティ比１０％、５０％においてはパルス形状を確認することができた。しかし、デューティ比が大きくすると波形のＯＦＦ時の判定が困難になる傾向にあることが確認された。

［移動平均時間及びヒステリシス比率の最適な組み合わせ］
設定パワー及び設定デューティ比を変化させても、所定値以下の最大誤差を満たす移動平均時間及びヒステリシス比率の組み合わせが存在するか否かをシミュレーションにより検証した。

シミュレーション条件として、設定パワー及び設定デューティ比を複数用意した。設定パワーを５００Ｗ〜２５００Ｗ、設定デューティ比を１０％〜９０％とした。より具体的には、条件Ａは、設定パワー２５００Ｗかつ設定デューティ比１０％、条件Ｂは、設定パワー１５００Ｗかつ設定デューティ比１０％、条件Ｃは、設定パワー５００Ｗかつ設定デューティ比１０％、条件Ｄは、設定パワー２５００Ｗかつ設定デューティ比５０％、条件Ｅは、設定パワー１５００Ｗかつ設定デューティ比５０％、条件Ｆは、設定パワー５００Ｗかつ設定デューティ比５０％、条件Ｇは、設定パワー２５００Ｗかつ設定デューティ比９０％、条件Ｈは、設定パワー１５００Ｗかつ設定デューティ比９０％、条件Ｉは、設定パワー５００Ｗかつ設定デューティ比９０％とした。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、帯域幅を１０ＭＨｚとした。パルス変調の設定パルス周波数は２０ｋＨｚとした。パルス変調方式は、ＯＮ／ＯＦＦ変調とした。上記条件で、最大誤差を評価した。結果を図１６〜図１９に示す。図１６、１７は、周波数誤差に関するグラフであり、図１８、１９はデューティ比誤差に関するグラフである。

図１６は、移動平均時間と周波数精度との関係を、ヒステリシス比率（０％〜２０％）ごとにシミュレーションした結果である。横軸は移動平均時間、縦軸は周波数精度である。図１６のグラフ（Ａ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率０％における移動平均時間と周波数精度との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲で周波数精度が高いことが確認された。図１６のグラフ（Ｂ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率１０％における移動平均時間と周波数精度との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲で周波数精度が高いことが確認された。図１６のグラフ（Ｃ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率２０％における移動平均時間と周波数精度との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲で周波数精度が高いことが確認された。

図１７は、移動平均時間と周波数精度との関係を、ヒステリシス比率（３０％〜５０％）ごとにシミュレーションした結果である。横軸は移動平均時間、縦軸は周波数精度である。図１７のグラフ（Ａ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率３０％における移動平均時間と周波数精度との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲で周波数精度が高いことが確認された。図１７のグラフ（Ｂ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率４０％における移動平均時間と周波数精度との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲で周波数精度が高いことが確認された。図１７のグラフ（Ｃ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率５０％における移動平均時間と周波数精度との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲で周波数精度が高いことが確認された。

図１８は、移動平均時間とデューティ比誤差との関係を、ヒステリシス比率（０％〜２０％）ごとにシミュレーションした結果である。横軸は移動平均時間、縦軸はデューティ比誤差である。図１８のグラフ（Ａ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率０％における移動平均時間とデューティ比誤差との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲でデューティ比誤差が低減していることが確認された。図１８のグラフ（Ｂ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率１０％における移動平均時間とデューティ比誤差との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲でデューティ比誤差が低減していることが確認された。図１８のグラフ（Ｃ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率２０％における移動平均時間とデューティ比誤差との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲でデューティ比誤差が低減していることが確認された。

図１９は、移動平均時間とデューティ比誤差との関係を、ヒステリシス比率（３０％〜５０％）ごとにシミュレーションした結果である。横軸は移動平均時間、縦軸はデューティ比誤差である。図１９のグラフ（Ａ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率３０％における移動平均時間とデューティ比誤差との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲でデューティ比誤差が低減していることが確認された。図１９のグラフ（Ｂ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率４０％における移動平均時間とデューティ比誤差との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲でデューティ比誤差が低減していることが確認された。図１９のグラフ（Ｃ）は、条件Ａ〜条件Ｉについて、ヒステリシス比率５０％における移動平均時間とデューティ比誤差との関係を示している。条件Ａ〜条件Ｉにおいて、移動平均時間が０．１〜５μｓの範囲でデューティ比誤差が低減していることが確認された。

図１６〜図１９は、設定パルス周波数２０ｋＨｚのシミュレーション結果である。設定パルス周波数を１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚにおいて、同一のシミュレーションを行った。そして、シミュレーション結果を用いて、横軸を移動平均時間、縦軸をヒステリシス比率とし、誤差をパラメータとしたコンター図に変換した。結果を図２０〜図２２に示す。

図２０は、ヒステリシス比率、移動平均時間及び最大誤差の関係を、パルス周波数（１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ）ごとにシミュレーションした結果である。図２０のグラフ（Ａ）〜グラフ（Ｃ）は、設定パルス周波数が１ｋＨｚである。図２０の（Ａ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。図２０のグラフ（Ｂ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、周波数精度をパラメータとしたコンター図である。図２０のグラフ（Ｃ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、デューティ比誤差をパラメータとしたコンター図である。図２０のグラフ（Ａ）は、グラフ（Ｂ）及びグラフ（Ｃ）の最大をとることで導出される。パルス周波数１ｋＨｚにおいては、図２０のグラフ（Ａ）の色が濃い領域になるようにヒステリシス比率及び移動平均時間が設定されることで、最大誤差を少なくとも５％以下にすることができることがわかった。

図２０のグラフ（Ｄ）〜グラフ（Ｆ）は、設定パルス周波数が１０ｋＨｚである。図２０の（Ｄ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。図２０のグラフ（Ｅ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、周波数精度をパラメータとしたコンター図である。図２０のグラフ（Ｆ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、デューティ比誤差をパラメータとしたコンター図である。図２０のグラフ（Ｄ）は、グラフ（Ｅ）及びグラフ（Ｆ）の最大をとることで導出される。パルス周波数１０ｋＨｚにおいては、図２０のグラフ（Ｄ）の色が濃い領域になるようにヒステリシス比率及び移動平均時間が設定されることで、最大誤差を少なくとも５％以下にすることができることがわかった。

図２１は、ヒステリシス比率、移動平均時間及び最大誤差の関係を、パルス周波数（２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ）ごとにシミュレーションした結果である。図２１のグラフ（Ａ）〜グラフ（Ｃ）は、設定パルス周波数が２０ｋＨｚである。図２１の（Ａ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。図２１のグラフ（Ｂ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、周波数精度をパラメータとしたコンター図である。図２１のグラフ（Ｃ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、デューティ比誤差をパラメータとしたコンター図である。図２１のグラフ（Ａ）は、グラフ（Ｂ）及びグラフ（Ｃ）の最大をとることで導出される。パルス周波数２０ｋＨｚにおいては、図２１のグラフ（Ａ）の色が濃い領域になるようにヒステリシス比率及び移動平均時間が設定されることで、最大誤差を少なくとも５％以下にすることができることがわかった。

図２１のグラフ（Ｄ）〜グラフ（Ｆ）は、設定パルス周波数が４０ｋＨｚである。図２１の（Ｄ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。図２１のグラフ（Ｅ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、周波数精度をパラメータとしたコンター図である。図２１のグラフ（Ｆ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、デューティ比誤差をパラメータとしたコンター図である。図２１のグラフ（Ｄ）は、グラフ（Ｅ）及びグラフ（Ｆ）の最大をとることで導出される。パルス周波数４０ｋＨｚにおいては、図２１のグラフ（Ｄ）の色が濃い領域になるようにヒステリシス比率及び移動平均時間が設定されることで、最大誤差を少なくとも５％以下にすることができることがわかった。

図２２は、ヒステリシス比率、移動平均時間及び最大誤差の関係を、周波数（５０ｋＨ）でシミュレーションした結果である。図２２の（Ａ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。図２２のグラフ（Ｂ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、周波数精度をパラメータとしたコンター図である。図２２のグラフ（Ｃ）は、横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、デューティ比誤差をパラメータとしたコンター図である。図２２のグラフ（Ａ）は、グラフ（Ｂ）及びグラフ（Ｃ）の最大をとることで導出される。パルス周波数５０ｋＨｚにおいては、図２２のグラフ（Ａ）の色が濃い領域になるようにヒステリシス比率及び移動平均時間が設定されることで、最大誤差を少なくとも５％以下にすることができることがわかった。

図２０のグラフ（Ａ）及びグラフ（Ｄ）、図２１のグラフ（Ａ）及びグラフ（Ｄ）、並びに、図２２のグラフ（Ａ）を重ねることで、設定パルス周波数１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、設定デューティ比１０％〜９０％、設定パワー５００Ｗ〜２５００Ｗの範囲において、最大誤差が小さくなる最適な移動平均時間及びヒステリシス比率の組み合わせを導出することができる。結果を図２３に示す。

図２３は、ヒステリシス比率と移動平均時間との関係を示すシミュレーション結果である。横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。図２２のグラフ（Ａ）の色が濃い領域になるようにヒステリシス比率及び移動平均時間が設定されることで、設定パルス周波数１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、設定デューティ比１０％〜９０％、設定パワー５００Ｗ〜２５００Ｗの範囲において、最大誤差を少なくとも５％以下にすることができることが確認された。

図２４は、図２３の一部拡大図であり、ヒステリシス比率と移動平均時間との関係を示すシミュレーション結果において、第１領域及び第２領域を示す図である。横軸は移動平均時間、縦軸はヒステリシス比率であり、最大誤差をパラメータとしたコンター図である。図２４のグラフ（Ａ）は、最大誤差が１％以下となる第１領域Ｒ１を示している。第１領域は、第１領域Ｒ１は、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点Ｐ１、ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点Ｐ２、ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点Ｐ３、ヒステリシス比率が３７％かつ移動平均時間が０．７５μｓとなる第４点Ｐ４、並びに、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．６μｓとなる第５点Ｐ５を、第１点Ｐ１、第２点Ｐ２、第３点Ｐ３、第４点Ｐ４、第５点Ｐ５、及び、第１点Ｐ１の順に線分で結んで得られる閉領域である。図２４のグラフ（Ｂ）は、最大誤差が３％以下となる第２領域Ｒ２を示している。第２領域Ｒ２は、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点Ｐ１、ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点Ｐ２、ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点Ｐ３、ヒステリシス比率が３５％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第６点Ｐ６、並びに、ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第７点Ｐ７を、第１点Ｐ１、第２点Ｐ２、第３点Ｐ３、第６点Ｐ６、第７点Ｐ７、及び、第１点Ｐ１の順に線分で結んで得られる閉領域である。

以上のように、シミュレーション結果によって、最大誤差が１％以下又は３％以下となる移動平均時間及びヒステリシス比率の組み合わせが示された。

１，１Ａ，１Ｂ…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１６…マイクロ波出力装置、１６ａ…マイクロ波発生部、１６ｆ…第１の方向性結合器、１６ｈ…第２の方向性結合器、１６ｋ…測定部、１６ｔ…出力部、１８…アンテナ、２０…誘電体窓、２６…チューナ、２７…モード変換器、２８…同軸導波管、３０…スロット板、３２…誘電体板、３４…冷却ジャケット、３８…ガス供給系、５８…高周波電源、６０…マッチングユニット、１００…制御器、１０１…波形発生器、１０２…第１パルス生成器、１６２…パワー制御部、１６３…減衰器、１６４…増幅器、１６５…増幅器、１６６…モード変換器。

Claims (9)

1. プラズマ処理装置に備わるマイクロ波出力装置によって発生されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタするパルスモニタ装置であって、
   前記プラズマ処理装置は、
   チャンバ本体と、
   制御器から指示された設定周波数及び設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波であって、制御器から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調された該マイクロ波を発生する前記マイクロ波出力装置と、
   前記マイクロ波出力装置と前記チャンバ本体とを接続する導波管と、
   前記導波管に設けられたチューナと、
   を備え、
   前記パルスモニタ装置は、
   前記導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する検波部と、
   前記検波部により検出された前記測定値に基づいて、進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する取得部と、
   を備える、パルスモニタ装置。
2. 前記取得部は、
   前記検波部によって検出されたマイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルをそれぞれ判定するためのヒステリシス閾値を数式（１）で定義した場合、縦軸がヒステリシス比率であり横軸が移動平均時間である座標平面上の第１領域内に含まれるヒステリシス比率及び移動平均時間で、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得し、
   前記第１領域は、
   前記ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点、前記ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点、前記ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点、前記ヒステリシス比率が３７％かつ移動平均時間が０．７５μｓとなる第４点、並びに、前記ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．６μｓとなる第５点を、前記第１点、前記第２点、前記第３点、前記第４点、前記第５点、及び、前記第１点の順に線分で結んで得られる閉領域である、
   請求項１に記載のパルスモニタ装置。
   
   ただし、ＨｙｓＨは、マイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベルを判定するための閾値、ＨｙｓＬは、マイクロ波の進行波パワーのＬｏｗレベルを判定するための閾値、Ｐｓｅｔは、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー、Ｈｙｓは、前記ヒステリシス比率であり０％以上５０％以下である。
3. 前記取得部は、
   前記検波部によって検出されたマイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルをそれぞれ判定するためのヒステリシス閾値を数式（１）で定義した場合、縦軸がヒステリシス比率であり横軸が移動平均時間である座標平面上の第２領域内に含まれるヒステリシス比率及び移動平均時間で、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得し、
   前記第２領域は、
   前記ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が０．１μｓとなる第１点、前記ヒステリシス比率が４５％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第２点、前記ヒステリシス比率が４０％かつ移動平均時間が０．５μｓとなる第３点、前記ヒステリシス比率が３５％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第６点、並びに、前記ヒステリシス比率が５０％かつ移動平均時間が１．０μｓとなる第７点を、前記第１点、前記第２点、前記第３点、前記第６点、前記第７点、及び、前記第１点の順に線分で結んで得られる閉領域である、
   請求項１に記載のパルスモニタ装置。
   
   ただし、ＨｙｓＨは、マイクロ波の進行波パワーのＨｉｇｈレベルを判定するための閾値、ＨｙｓＬは、マイクロ波の進行波パワーのＬｏｗレベルを判定するための閾値、Ｐｓｅｔは、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー、Ｈｙｓは、前記ヒステリシス比率であり０％以上５０％以下である。
4. 前記Ｌｏｗレベルの設定パワーは、０Ｗ以上４００Ｗ以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載のパルスモニタ装置。
5. 前記検波部は、前記マイクロ波出力装置と前記チューナとの間の導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する、請求項１〜４の何れか一項に記載のパルスモニタ装置。
6. 前記検波部は、前記チューナの検波信号に基づいてマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する、請求項１〜４の何れか一項に記載のパルスモニタ装置。
7. 前記検波部は、前記チューナと前記チャンバ本体との間の導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する、請求項１〜４の何れか一項に記載のパルスモニタ装置。
8. 前記検波部により検出されたパルス周波数又はデューティ比と所定の閾値とを比較し、比較結果に基づいて警報を出力する警報部を有する、請求項１〜７の何れか一項に記載のパルスモニタ装置。
9. チャンバ本体と、
   制御器から指示された設定周波数及び設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波であって、制御器から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調された該マイクロ波を発生するマイクロ波出力装置と、
   前記マイクロ波出力装置と前記チャンバ本体とを接続する導波管と、
   前記導波管に設けられたチューナと、
   前記マイクロ波出力装置によって発生されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタするパルスモニタ装置と、
   を備え、
   前記パルスモニタ装置は、
   前記導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する検波部と、
   前記検波部により検出された前記測定値に基づいて、進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する取得部と、
   を有する、プラズマ処理装置。