JP2020181650A - 補正関数を決定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検波部の計測結果を補正する補正関数を決定する方法を提供する。【解決手段】方法は、単一周波数ピークを有するマイクロ波の第１進行波パワーと単一周波数ピークを有するマイクロ波の第２進行波パワーとを校正用測定器を用いて測定する工程と、測定値と第１判定閾値とに基づいて第１進行波パワー及び第２進行波パワーのデューティ比を取得する工程と、帯域幅を有するマイクロ波の第３進行波パワーと帯域幅を有するマイクロ波の第４進行波パワーとを検波部を用いて測定する工程と、測定値と第２判定閾値とに基づいて第３進行波パワーおよび第４進行波パワーのデューティ比を取得する工程と、第１進行波パワーと第３進行波パワーとのパルス幅誤差と、第２進行波パワーと第４進行波パワーとのパルス幅誤差とを一次関数で近似する工程と、一次関数に基づいて補正関数を決定する工程とを含む。【選択図】図２

Description

本開示は、補正関数を決定する方法に関する。

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

本開示は、帯域幅を有し、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波のモニタ精度を向上させることができる方法を提供する。

本開示の一態様においては、補正関数を決定する方法が提供される。補正関数は、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波を計測する検波部の計測結果を補正するために利用される。方法は、第１測定工程、第１取得工程、第２測定工程、第２取得工程、近似する工程及び決定する工程を含む。第１測定工程では、校正用測定器を用いてマイクロ波の第１進行波パワー及び第２進行波パワーを測定する。第１進行波パワーは、単一周波数ピークを有するマイクロ波のパワーであり、第１設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパルス変調される。第２進行波パワーは、単一周波数ピークを有するマイクロ波のパワーであり、第２設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパルス変調される。第１取得工程では、第１測定工程の測定値と、パワーのＯＮレベルを判定するための第１判定閾値とに基づいて、第１進行波パワーのデューティ比と第２進行波パワーのデューティ比とを取得する。第２測定工程では、検波部を用いてマイクロ波の第３進行波パワー及び第４進行波パワーを測定する。第３進行波パワーは、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波のパワーであり、第１設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調される。第４進行波パワーは、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波のパワーであり、第２設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調される。第２取得工程では、第２測定工程の測定値と、設定パワーの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定されパワーのＯＮレベルを判定するための第２判定閾値とに基づいて、第３進行波パワーのデューティ比と第４進行波パワーのデューティ比とを取得する。近似する工程では、第１設定パワーに対応する第１進行波パワーと第３進行波パワーとのパルス幅誤差と、第２設定パワーに対応する第２進行波パワーと第４進行波パワーとのパルス幅誤差とを一次関数で近似する。一次関数は、設定パワーと、パルス幅誤差とを座標軸とする関数である。パルス幅誤差は、校正用測定器の測定値から得られたデューティ比に基づいたパルス幅と検波部の測定値から得られたデューティ比に基づいたパルス幅との誤差である。決定する工程では、一次関数に基づいて補正関数を決定する。

本開示の一態様によれば、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波のモニタ精度を向上させることができる。

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の一例を説明する図である。 測定部の第１検波部及び測定制御部の一例を示す図である。 パワーがパルス変調されたマイクロ波の一例である。 ＯＮ／ＯＦＦ制御に関する信号波形の一例である。 単一周波数ピークを有するマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比の一例である。 単一周波数ピークを有するマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比と、帯域幅を有するマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比との比較の一例である。 マイクロ波モニタ装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るマイクロ波出力装置の一例を示す図である。 補正関数を決定する方法のフローチャートの一例である。 マイクロ波モニタ装置の動作の一例を示すフローチャートである。 単一周波数ピークを有するマイクロ波のデューティ比誤差の出力電圧依存性の測定結果、及び、帯域幅を有するマイクロ波のデューティ比誤差の出力電圧依存性の測定結果である。 単一周波数ピークを有するマイクロ波のデューティ比誤差の出力電圧依存性の測定結果、及び、帯域幅を有するマイクロ波のデューティ比誤差の出力電圧依存性の測定結果である。 帯域幅を有するマイクロ波の設定デューティ比に対するデューティ比誤差の測定結果、及び、設定パルス周波数に対するデューティ比誤差の測定結果である。 設定パワーに対するパルス幅誤差の測定結果である。 補正前のデューティ比を用いて得られた、設定パワーに対するデューティ比誤差の測定結果である。 補正後のデューティ比を用いて得られた、設定パワーに対するデューティ比誤差の測定結果である。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

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精度良く確認する必要がある。

本開示は、帯域幅を有し、パルス変調されたマイクロ波のモニタ精度を向上させることができる装置及び方法を提供する。

本開示の一態様においては、マイクロ波モニタ装置が提供される。マイクロ波モニタ装置は、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波をモニタする。マイクロ波モニタ装置は、検波部及び取得部を備える。検波部は、マイクロ波発生部の出力側に設けられ、マイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する。マイクロ波発生部は、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を発生する。このマイクロ波は、設定パルス周波数、設定デューティ比、及びＯＮ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、及びＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調される。取得部は、検波部により検出された測定値と、判定閾値とに基づいて、マイクロ波の進行波パワーのパルス周波数及びデューティ比を取得する。判定閾値は、設定パワーの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定され、パワーのＯＮレベルを判定するために用いられる。

単一周波数ピークを有するマイクロ波のパワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調された場合、一般的には設定電力の５０％の電力がＯＮレベルの判定閾値として採用される。しかしながら、帯域幅を有するマイクロ波のパワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調された場合、パルスごとにパワーが異なる上に、ＯＮレベルのパワーも変動するおそれがある。このため、設定電力の５０％の電力をＯＮレベルの判定閾値として採用した場合には、パワー変動に起因してＯＮレベルを検知できないおそれがある。

このマイクロ波モニタ装置によれば、設定パワーの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定された判定閾値を用いて進行波パワーのＯＮレベルが判定される。これにより、このマイクロ波モニタ装置は、５０％の電力をＯＮレベルの判定閾値として採用する場合と比較して、より小さいパワーでＯＮレベルとなることを検知することができる。このため、このマイクロ波モニタ装置は、ＯＮレベルとなる時間をより正確に把握することができる。よって、このマイクロ波モニタ装置は、帯域幅を有し、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波のモニタ精度を向上させることができる。

一実施形態においては、判定閾値は、設定パワーの０％よりも大きく０．４％以下の範囲に予め設定されてもよい。この場合、マイクロ波モニタ装置は、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波のモニタ精度を一層向上させることができる。

一実施形態においては、マイクロ波モニタ装置は、記憶部及び補正部を備えてもよい。記憶部は、設定パワーとパルス幅誤差との対応関係を予め記憶する。補正部は、設定パワーと記憶部に記憶された対応関係とに基づいて取得部により取得されたデューティ比を補正する。ＯＮレベルの判定閾値を５０％よりも小さくした場合、デューティ比に誤差が生じるおそれがある。このマイクロ波モニタ装置によれば、測定結果であるパルス幅を設定パワーに応じて補正することができる。

本開示の他の態様においては、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波をモニタする方法が提供される。該方法は、パワーがパルス変調されたマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する工程と、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工程とを含む。マイクロ波は、中央周波数及び帯域幅を有し、設定パルス周波数、設定デューティ比、及びＯＮ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、及びＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調される。取得する工程では、測定値と、設定パワーの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定されパワーのＯＮレベルを判定するための判定閾値とに基づいて、マイクロ波の進行波パワーのパルス周波数及びデューティ比を取得する。

一実施形態においては、判定閾値は、設定パワーの０％よりも大きく０．４％以下の範囲に予め設定されてもよい。

一実施形態においては、モニタする方法は、設定パワーと、設定パワーとデューティ比の補正係数との対応関係とに基づいて、取得されたデューティ比を補正する工程をさらに備えてもよい。

パルス変調されたマイクロ波をモニタする方法によれば、マイクロ波モニタ装置と同一の効果を奏する。

本開示の他の態様においては、補正関数を決定する方法が提供される。補正関数は、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波を計測する検波部の計測結果を補正するために利用される。方法は、第１測定工程、第１取得工程、第２測定工程、第２取得工程、近似する工程及び決定する工程を含む。第１測定工程では、校正用測定器を用いてマイクロ波の第１進行波パワー及び第２進行波パワーを測定する。第１進行波パワーは、単一周波数ピークを有するマイクロ波のパワーであり、第１設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパルス変調される。第２進行波パワーは、単一周波数ピークを有するマイクロ波のパワーであり、第２設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパルス変調される。第１取得工程では、第１測定工程の測定値と、パワーのＯＮレベルを判定するための第１判定閾値とに基づいて、第１進行波パワーのデューティ比と第２進行波パワーのデューティ比とを取得する。第２測定工程では、検波部を用いてマイクロ波の第３進行波パワー及び第４進行波パワーを測定する。第３進行波パワーは、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波のパワーであり、第１設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調される。第４進行波パワーは、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波のパワーであり、第２設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調される。第２取得工程では、第２測定工程の測定値と、設定パワーの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定されパワーのＯＮレベルを判定するための第２判定閾値とに基づいて、第３進行波パワーのデューティ比と第４進行波パワーのデューティ比とを取得する。近似する工程では、第１設定パワーに対応する第１進行波パワーと第３進行波パワーとのパルス幅誤差と、第２設定パワーに対応する第２進行波パワーと第４進行波パワーとのパルス幅誤差とを一次関数で近似する。一次関数は、設定パワーと、パルス幅誤差とを座標軸とする関数である。パルス幅誤差は、校正用測定器の測定値から得られたデューティ比に基づいたパルス幅と検波部の測定値から得られたデューティ比に基づいたパルス幅との誤差である。決定する工程では、一次関数に基づいて補正関数を決定する。

パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調され帯域幅を有するマイクロ波のパワーのＯＮレベルを第２判定閾値を用いて判定する場合、同一条件でパルス変調された単一周波数ピークを有するマイクロ波のパワーのＯＮレベルと比べてパルス幅に誤差が生じる。このため、この方法では、校正用測定器で測定されたパルス幅となるように検波部で測定されたパルス幅を補正する。研究の結果、パルス幅の誤差は、設定パワーに依存するという知見が得られた。つまり、補正の正確性を向上させるためには、設定パワーに応じた補正係数を用意する必要がある。しかしながら、プロセスごとに設定パワーは異なるため、任意のプロセスに対応するためには、全ての設定パワーに対して校正用測定器で測定されたパルス幅と比較することが必要となる。研究の結果、パルス幅の誤差は、検波部の個体差があるものの設定パワーに一次関数的に依存するという知見を得た。したがって、この方法では、第１設定パワーに対応する第１進行波パワーと第３進行波パワーとのパルス幅誤差と、第２設定パワーに対応する第２進行波パワーと第４進行波パワーとのパルス幅誤差とが一次関数で近似される。そして、一次関数に基づいて補正関数が決定される。これにより、この方法によれば、少なくとも２点のデータを用いることで、任意の設定パワーに対してパルス幅の誤差を補正することができる補正関数を決定することができる。

一実施形態においては、第１設定パワー及び第２設定パワーは、１０００Ｗ以上であってもよい。この場合、一次関数の近似の精度が向上する。

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。なお、以下の説明及び各図面において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

［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る。マイクロ波出力装置１６は、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る。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波の帯域幅を０ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ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、パワーがパルス変調されたマイクロ波を発生する。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を取得する。マイクロ波発生部１６ａは、制御器１００から指示された設定に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マイクロ波を発生する。なお、Ｌｏｗレベルの設定パワーが０Ｗの場合、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調される。以下では、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調される例を説明する。

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。マイクロ波の減衰率（減衰量）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、設定デューティ比及びＯＮ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制御される。

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、マイクロ波発生部１６ａの出力側に設けられ、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。測定部１６ｋの第１検波部１６８の詳細については後述する。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）。

本実施形態に係るマイクロ波モニタ装置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、マイクロ波モニタ装置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、マイクロ波モニタ装置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。

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。

［測定部の第１検波部及び測定制御部の詳細］
図４は、測定部１６ｋの第１検波部１６８及び測定制御部１６７の一例を示す図である。図４では、測定部１６ｋのうち、進行波パワーを検波する部分のみを図示している。測定部１６ｋは、マイクロ波の進行波パワーＰｆをポートを介して入力する。測定部１６ｋは、ローパスフィルタＬＰＦを用いて、進行波パワーＰｆの不要な周波数成分を除去する。続いて、測定部１６ｋは、アッテネータＡＴＴを用いて、進行波パワーＰｆを後続の回路ＩＣに適した信号レベルに減衰する。続いて、測定部１６ｋは、回路ＩＣにより、進行波パワーＰｆを、パワーに応じたアナログ電圧に変換する。続いて、測定部１６ｋは、回路を用いて、進行波パワーＰｆを平均化してノイズ成分を除去する。回路による平均化のサンプリングは、ここでは０．１μｓ以下とされる。測定部１６ｋは、ノイズ成分を除去したのち、Ａ／Ｄ変換器を用いて、進行波パワーＰｆをデジタル信号へと変換する。ここまでの処理が第１検波部１６８の機能となる。続いて、測定部１６ｋは、ＣＰＵによってデジタル信号を電力に換算し、ポートから出力する。出力先の一例はパワー制御部１６２である。このＣＰＵの処理が測定制御部１６７の機能となる。このように、測定部１６ｋは進行波パワーを検出し、パワー制御部１６２へと出力することができる。

［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、ＯＮレベルのパワーとＯＦＦレベルのパワー（０Ｗ）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５は、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波の一例である。図５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（ＢＢ幅）を有する。マイクロ波は、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、ＯＮレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数ＰＴ１、デューティ比ＨＴ、ＯＮレベルのパワーを有する。単一周波数ピークのマイクロ波の場合には、図４に示される同一時間帯におけるＯＮレベルの複数の波形が中心周波数を中心とした１つの波形となり、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。

［パワーのＯＮ／ＯＦＦ制御に関する信号波形］
図６は、ＯＮ／ＯＦＦ制御に関する信号波形の一例である。図６に示される複数の波形は、時間軸のタイミングを一致させている。図６の信号（Ａ）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（Ｂ）は、波形発生器１０１により生成されたマイクロ波の波形である。図６の信号（Ｃ）は、信号（Ａ）及び信号（Ｂ）に基づいて変調されたマイクロ波の波形である。図６の信号（Ｄ）は、信号（Ｃ）を検波して得られた波形である。それぞれの横軸は時間である。信号（Ｂ）は、パワー制御部１６２及び減衰器１６３によって、信号（Ａ）に基づいて減衰される。例えば、信号（Ｂ）は、同期信号ＰＳＳ−ＭのＯＦＦ時間において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、信号（Ａ）に示される同期信号ＰＳＳ−ＭのＯＮ時間と一致する。信号（Ｃ）を第１検波部１６８により検波すると、信号（Ｄ）の波形となる。信号（Ｄ）を用いて、測定制御部１６７により、進行波パワーのデューティ比及びパルス周期（パルス周波数）が決定される。

［単一周波数ピークを有するマイクロ波の波形］
図７は、単一周波数ピークを有するマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比の一例である。図７に示されるように、単一周波数ピークを有するマイクロ波の場合、同期信号ＰＳＳ−Ｍと同様に、ノイズの少ないＯＮ／ＯＦＦのパルス波形となる。ＯＮレベルのパワーは、設定パワーＰｓｅｔとなる。波形は、ＯＮ／ＯＦＦの切り替わり箇所、つまり、波形立ち上がり部分及び波形立ち下がり部分を含む。このため、デューティ比は、判定閾値Ｐ１（第１判定閾値の一例）を用いて決定される。判定閾値Ｐ１は、ここでは設定パワーに対して割合Ｔ％を乗算して得られる。一例として、割合Ｔが５０％である場合には、判定閾値Ｐ１は、設定パワーＰｓｅｔ×０．５となる。パワーが判定閾値Ｐ１以上となったときからパワーが判定閾値Ｐ１以下となるタイミングまでがＯＮレベルである。ＯＦＦレベルはその逆であり、１つのＯＮレベルと１つのＯＦＦレベルで構成される区間がパルス周波数ＰＲＦ１である。１つのパルス周波数ＰＲＦ１におけるＯＮレベルの区間がデューティ比Ｄｕｔｙ１である。このように、測定制御部１６７は、判定閾値Ｐ１を用いてパルスをモニタする。

［帯域幅を有するマイクロ波の波形］
帯域幅を有するマイクロ波の波形の場合も、単一周波数ピークを有するマイクロ波と同様に、判定閾値を用いてデューティ比及びパルス周波数をモニタすることができる。しかしながら、判定閾値を設定パワーＰｓｅｔ×０．５とした場合、パルスのモニタ精度が低下する。精度低下の要因は、帯域幅を有するマイクロ波の波形の場合、パルスごとに測定されるパワーが異なるため、パルスのＯＮレベルのパワーが安定しないため（変動するため）である。このため、帯域幅を有するマイクロ波のパワーのＯＮレベルを判定するための判定閾値は、設定パワーＰｓｅｔの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定される。例えば、設定パワーＰｓｅｔが０〜２７００Ｗの範囲をとり得る場合、判定閾値は、０Ｗよりも大きく１３５０Ｗよりも小さい値となる。判定閾値は、設定パワーＰｓｅｔの０％よりも大きく０．４％以下の範囲に予め設定されてもよい。この場合、判定閾値は、０Ｗよりも大きく１１Ｗ以下の値となる。判定閾値を０に近づけるほど、少しのパワーでＯＮレベルと判定されるため、ＯＮ時間をより正確にすることができる。

図８は、単一周波数ピークを有するマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比と、帯域幅を有するマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比との比較の一例である。図８には、図７と同様に、単一周波数ピークの判定閾値Ｐ１、デューティ比Ｄｕｔｙ１、パルス周波数ＰＲＦ１が示されている。帯域幅を有するマイクロ波のパワーのＯＮレベルを判定するための判定閾値は、判定閾値Ｐ２（第２判定閾値の一例）で示される。判定閾値Ｐ２は、設定パワーＰｓｅｔの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に設定され、例えば設定パワーＰｓｅｔの０％よりも大きく０．４％以下の範囲に予め設定される。測定制御部１６７は、判定閾値Ｐ２を用いて、デューティ比Ｄｕｔｙ２及びパルス周波数ＰＲＦ２を取得する。デューティ比Ｄｕｔｙ２は、デューティ比Ｄｕｔｙ１と比べてを比較すると、δ１＋δ２だけ大きくなる。一方、パルス周波数ＰＲＦ２は、タイミングがδ１だけずれているものの、パルス周波数ＰＲＦ１と一致する。このため、測定制御部１６７は、判定閾値Ｐ２を用いて少なくとも正確なパルス周波数を取得することができる。

［マイクロ波モニタ装置の動作］
図９は、マイクロ波モニタ装置の動作の一例を示すフローチャートである。図９に示されるフローチャートは、例えば作業員の操作によってパルスモニタ機能をＯＮさせる指示が入力されたときに開始される。図９に示されるように、最初に、マイクロ波出力装置１６の第１検波部１６８は、検波信号の取得処理（ステップＳ１０）として、進行波パワーＰｆの検波信号を取得する（図６の信号（Ｄ）参照）。続いて、マイクロ波出力装置１６の測定制御部１６７は、パルス情報の取得処理（ステップＳ１２）として、判定閾値Ｐ２を用いて進行波パワーＰｆのデューティ比、及びパルス周波数を取得する。判定閾値Ｐ２は、設定パワーＰｓｅｔの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定されている。パルス情報の取得処理（ステップＳ１２）が終了すると、図９に示される処理が終了する。図９に示されるフローチャートの終了後、終了条件が満たされるまで、再び図９に示される処理を最初から実行してもよい。終了条件の一例は、例えば作業員の操作によってパルスモニタ機能をＯＦＦさせる指示が入力されたときである。

［第１実施形態のまとめ］
第１実施形態に係るマイクロ波モニタ装置１０によれば、設定パワーＰｓｅｔの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定された判定閾値Ｐ２を用いて進行波パワーＰｆのＯＮレベルが判定される。あるいは、判定閾値Ｐ２は、設定パワーの０％よりも大きく０．４％以下の範囲に設定される。これにより、このマイクロ波モニタ装置１０は、５０％の電力をＯＮレベルの判定閾値として採用する場合と比較して、より小さいパワーでＯＮレベルとなることを検知することができる。このため、このマイクロ波モニタ装置１０は、ＯＮレベルとなる時間をより正確に把握することができる。よって、このマイクロ波モニタ装置１０は、帯域幅を有し、パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波のモニタ精度を向上させることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るマイクロ波モニタ装置１０Ａは、第１実施形態に係るマイクロ波モニタ装置１０と比べて、補正部１７０及び記憶部１７１を備える点が相違し、その他は同一である。以下では、マイクロ波モニタ装置１０Ａとマイクロ波モニタ装置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、第２実施形態に係るマイクロ波出力装置の一例を示す図である。図１０に示されるように、マイクロ波発生部１６ａは、補正部１７０及び記憶部１７１を備える。記憶部１７１は、設定パワーＰｓｅｔとパルス幅誤差との対応関係を予め記憶する。補正部１７０は、設定パワーＰｓｅｔと記憶部１７１に記憶された対応関係とに基づいて測定部１６ｋにより取得されたデューティ比を補正する。図８を用いて説明されたとおり、判定閾値Ｐ２を用いて進行波パワーＰｆをモニタした場合、デューティ比に誤差が生じる。この誤差は、設定パワーＰｓｅｔに依存する。したがって、設定パワーＰｓｅｔとパルス幅誤差との対応関係を予め取得しておくことで、設定パワーＰｓｅｔに応じてデューティ比を補正し、パルスのモニタ精度をさらに向上させることができる。上記以外の構成は、第１実施形態と同一である。なお、補正部１７０及び記憶部１７１は、マイクロ波発生部１６ａではなく、測定部１６ｋが備えてもよい。

［対応関係の取得処理］
図１１は、補正関数を決定する方法のフローチャートの一例である。図１１に示されるフローチャートは、例えばマイクロ波モニタ装置１０を有するプラズマ処理装置１の出荷前に実行される。図１１に示されるフローチャートの実行時において、プラズマ処理装置１のマイクロ波発生部１６ａの出力側となる導波管に、測定用となる方向性結合器とダミーロードを別途取り付ける。この方向性結合器の進行波出力をピークパワーアナライザ（校正用測定器）に接続して時間軸でパワー波形を測定する。

最初に、第１測定工程（ステップＳ２０）として、単一周波数ピークを有するマイクロ波の進行波パワーがピークパワーアナライザを用いてリファレンスとして測定される。ここでは、少なくとも２つの設定パワーに対応する進行波パワーが測定される。一例として、第１設定パワーＰｓｅｔ１に応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調された第１進行波パワーＰｆ１と、第２設定パワーＰｓｅｔ２に応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調された第２進行波パワーＰｆ２とが測定される。第１設定パワーＰｓｅｔ１及び第２設定パワーＰｓｅｔ２は、１０００Ｗ以上に設定することができる。

続いて、第１取得工程（ステップＳ２２）として、第１測定工程（ステップＳ２０）の測定結果に基づいて、単一周波数ピークを有するマイクロ波の進行波パワーのデューティ比及びパルス周期がリファレンスとして取得される。一例として、第１測定工程（ステップＳ２０）の測定値と、パワーのＯＮレベルを判定するための第１判定閾値とに基づいて、第１進行波パワーＰｆ１のデューティ比と第２進行波パワーＰｆ２のデューティ比とが取得される。第１判定閾値は、一例として、設定パワーの５０％の値である。なお、第１取得工程（ステップＳ２２）では、パルス周期は取得されなくてもよい。

続いて、第２測定工程（ステップＳ２４）として、帯域幅を有するマイクロ波の進行波パワーが測定部１６ｋを用いて測定される。ここでは、第１測定工程（ステップＳ２０）と同一の設定パワーに対応する進行波パワーが測定される。一例として、第１設定パワーＰｓｅｔ１に応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調された第３進行波パワーＰｆ３と、第２設定パワーＰｓｅｔ２に応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調された第４進行波パワーＰｆ４とが測定される。

続いて、第２取得工程（ステップＳ２６）として、第２測定工程（ステップＳ２４）の測定結果に基づいて、帯域幅を有するマイクロ波の進行波パワーのデューティ比及びパルス周期が取得される。一例として、第２測定工程（ステップＳ２４）の測定値と、パワーのＯＮレベルを判定するための第２判定閾値とに基づいて、第１進行波パワーＰｆ１のデューティ比と第２進行波パワーＰｆ２のデューティ比とが取得される。第２判定閾値は、一例として、設定パワーの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定された値である。なお、第２取得工程（ステップＳ２６）では、パルス周期は取得されなくてもよい。

続いて、近似工程（ステップＳ２８）として、第１取得工程（ステップＳ２２）及び第２取得工程（ステップＳ２６）で取得されたデューティ比を比較して、パルス幅誤差を算出する。パルス幅誤差は、ピークパワーアナライザの測定値（単一周波数ピークを有するマイクロ波）から得られたデューティ比に基づいたパルス幅と、第１検波部１６８の測定値（帯域幅を有するマイクロ波）から得られたデューティ比に基づいたパルス幅との誤差である。ここでは、同一の設定パワーで取得されたパルス幅同士が比較される。具体的には、第１設定パワーＰｓｅｔ１に対応する第１進行波パワーＰｆ１と第３進行波パワーＰｆ３とのパルス幅誤差が取得される。同様に、第２設定パワーＰｓｅｔ２に対応する第２進行波パワーＰｆ２と第４進行波パワーＰｆ４とのパルス幅誤差が取得される。これらのパルス幅誤差は、設定パワーとパルス幅誤差とを座標軸とする座標空間にプロットされ、一次関数で近似される。

続いて、決定工程（ステップＳ３０）として、近似工程（ステップＳ２８）で得られた一次関数に基づいて補正関数が決定される。一例として、補正関数は、設定パワーが指定されたときに、一次関数を用いて得られたパルス幅誤差をオフセットさせる関数となる。決定工程（ステップＳ３０）が終了すると、図１１に示されるフローチャートは終了する。このようにして得られた対応関係（一次関数又は補正関数）は、記憶部１７１に記憶され、補正部１７０によって参照される。

［マイクロ波モニタ装置の動作］
図１２は、マイクロ波モニタ装置１０Ａの動作の一例を示すフローチャートである。図１２に示されるフローチャートは、例えば作業員の操作によってパルスモニタ機能をＯＮさせる指示が入力されたときに開始される。図１０に示されるように、最初に、マイクロ波出力装置１６の第１検波部１６８は、検波信号の取得処理（ステップＳ３０）として、進行波パワーＰｆの検波信号を取得する（図６の信号（Ｄ）参照）。続いて、マイクロ波出力装置１６の測定制御部１６７は、パルス情報の取得処理（ステップＳ３２）として、判定閾値Ｐ２を用いて進行波パワーＰｆのデューティ比、及びパルス周波数を取得する。判定閾値Ｐ２は、設定パワーＰｓｅｔの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定されている。続いて、マイクロ波出力装置１６の補正部１７０は、デューティ比の補正処理（ステップＳ３４）として、記憶部１７１に記憶された対応関係と、設定パワーとに基づいて補正係数を取得する。そして、補正部１７０は、補正係数に基づいて、パルス情報の取得処理（ステップＳ３２）にて取得されたデューティ比を補正する。補正処理（ステップＳ３４）が終了すると、図１２に示される処理が終了する。図１２に示されるフローチャートの終了後、終了条件が満たされるまで、再び図１２に示される処理を最初から実行してもよい。終了条件の一例は、例えば作業員の操作によってパルスモニタ機能をＯＦＦさせる指示が入力されたときである。

［第２実施形態のまとめ］
帯域幅を有するマイクロ波のＯＮレベルの第２判定閾値を５０％よりも小さくした場合、デューティ比に誤差が生じるおそれがある。マイクロ波モニタ装置１０Ａによれば、測定結果であるパルス幅を設定パワーに応じて補正することができる。このため、パルスのモニタ精度を向上させることができる。さらに、少なくとも２点のデータを用いることで、任意の設定パワーに対してパルス幅の誤差を補正することができる補正関数を決定することができる。

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。

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。
［デューティ比誤差］
デューティ比誤差をシミュレーションした。シミュレーションの条件として、設定パワーＰｓｅｔを５００Ｗ〜２７００Ｗ、帯域幅を１０ＭＨｚとした。パルス変調の設定デューティ比は１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％とし、設定パルス周波数は１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、３ｋＨｚ、４ｋＨｚ、５ｋＨｚ、６ｋＨｚ、７ｋＨｚ、８ｋＨｚ、９ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１２ｋＨｚ、１４ｋＨｚ、１６ｋＨｚ、１８ｋＨｚ、２０ｋＨｚとした。パルス変調方式は、ＯＮ／ＯＦＦ変調とした。また、デューティ比については、図８を用いて説明された第１判定閾値Ｐ１及び第２判定閾値Ｐ２を用いて算出した。第１判定閾値Ｐ１は設定パワーの５０％とし、第２判定閾値Ｐ２は、設定パワーの０．４％とした。結果を図１３の（Ａ）〜（Ｆ）、図１４の（Ａ）〜（Ｆ）に示す。なお、以下では、単一周波数ピークを有するマイクロ波をＳＰモード（single peak mode）とし、帯域幅を有するマイクロ波をＢＢモード（broadband mode）として説明する。

図１３の（Ａ）〜（Ｆ）は、横軸が出力電圧測定値（設定パワー相当）であり、縦軸がデューティ比誤差である。図１３における誤差は、設定デューティ比に対する測定部１６ｋの測定値の誤差であり、測定値から設定値を減算し、さらに小数点第１位を四捨五入することで導出される表示モニタ値である。図１３の（Ａ）は、ＳＰモードかつパルス周波数９ｋＨｚのシミュレーション結果であり、図１３の（Ｂ）は、ＢＢモードかつパルス周波数９ｋＨｚのシミュレーション結果である。図１３の（Ｃ）は、ＳＰモードかつパルス周波数１０ｋＨｚのシミュレーション結果であり、図１３の（Ｄ）は、ＢＢモードかつパルス周波数１０ｋＨｚのシミュレーション結果である。図１３の（Ｅ）は、ＳＰモードかつパルス周波数２０ｋＨｚのシミュレーション結果であり、図１３の（Ｆ）は、ＢＢモードかつパルス周波数２０ｋＨｚのシミュレーション結果である。それぞれのシミュレーションにおいて、デューティ比ごとに誤差をシミュレーションした。

図１３の（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示されるように、ＳＰモードの場合には、デューティ比誤差は確認されなかった。図１３の（Ｂ）に示されるように、ＢＢモードの場合でも、パルス周波数９ｋＨｚのときには誤差は確認されなかった。しかしながら、ＢＢモードの場合、図１３の（Ｄ）、（Ｆ）に示されるように、パルス周波数１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚのときに誤差が確認された。具体的には、出力電圧測定値５００Ｗかつパルス周波数１０ｋＨｚ以上のときに、１％の誤差が確認された。このように、ＢＢモードの場合、第２判定閾値Ｐ２を用いた場合でも、ＳＰモードの場合と比べて誤差が生じてしまうことが確認された。

図１４の（Ａ）〜（Ｆ）は、横軸が出力電圧測定値（設定パワー相当）であり、縦軸がデューティ比誤差である。図１４における誤差は、ピークパワーアナライザの測定値に対する測定部１６ｋの測定値の誤差であり、測定部１６ｋの測定値からピークパワーアナライザの設定値を減算することで導出される。図１４の（Ａ）は、ＳＰモードかつパルス周波数９ｋＨｚのシミュレーション結果であり、図１４の（Ｂ）は、ＢＢモードかつパルス周波数９ｋＨｚのシミュレーション結果である。図１４の（Ｃ）は、ＳＰモードかつパルス周波数１０ｋＨｚのシミュレーション結果であり、図１４の（Ｄ）は、ＢＢモードかつパルス周波数１０ｋＨｚのシミュレーション結果である。図１４の（Ｅ）は、ＳＰモードかつパルス周波数２０ｋＨｚのシミュレーション結果であり、図１４の（Ｆ）は、ＢＢモードかつパルス周波数２０ｋＨｚのシミュレーション結果である。それぞれのシミュレーションにおいて、デューティ比ごとに誤差をシミュレーションした。

図１４の（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示されるように、ＳＰモードの場合には、デューティ比が８０％まではディーティ比誤差は０．５％以内であり、誤差はほぼ無いことが確認された。しかし、図１４の（Ｅ）ディーティ比が９０％のときは０．５％以下となる。図１４の（Ｂ）に示されるように、ＢＢモードの場合でも、パルス周波数９ｋＨｚのときには誤差は確認されなかった。しかしながら、ＢＢモードの場合、図１４の（Ｄ）、（Ｆ）に示されるように、パルス周波数１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚのときに誤差が確認された。具体的には、出力電圧測定値５００Ｗかつパルス周波数１０ｋＨｚ以上のときに、１％の誤差が確認された。このように、ＢＢモードの場合、第２判定閾値Ｐ２を用いた場合でも、ＳＰモードの場合と比べて誤差が生じてしまうことが確認された。また、出力電圧測定値が高くなるほど誤差が大きくなることが確認された。

図１５の（Ａ）は、図１４の（Ｆ）に示されるデータを座標変換してディーティ比の刻みを１％としたグラフであり、横軸が設定デューティ比、縦軸が誤差である。図１５の（Ａ）に示されるように、ＢＢモードでは、設定デューティ比が高くなるほど誤差が大きくなることが確認された。図１５の（Ｂ）は、図１４の（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）などに示されるデューティ比９０％のデータをプロットし直してパルス周波数を０．１ｋＨｚとしたグラフであり、横軸が設定パルス周波数、縦軸が誤差である。図１５の（Ｂ）に示されるように、ＢＢモードでは、設定パルス周波数が高くなるほど誤差が大きくなることが確認された。

続いて、パルス幅の誤差をシミュレーションした。シミュレーションの条件として、設定パワーＰｓｅｔを５００Ｗ〜２７００Ｗ、帯域幅を１０ＭＨｚとした。パルス変調の設定デューティ比は１０、５０、９０％とし、設定パルス周波数は１、５、１０、２０ｋＨｚとした。パルス変調方式は、ＯＮ／ＯＦＦ変調とした。また、デューティ比については、図８を用いて説明された第１判定閾値Ｐ１及び第２判定閾値Ｐ２を用いて算出した。第１判定閾値Ｐ１は設定パワーの５０％とし、第２判定閾値Ｐ２は、設定パワーの０．４％とした。この条件で４つの測定部１６ｋのパルス幅誤差を測定した。結果を図１６の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

図１６の（Ａ）〜（Ｄ）は、４つの測定部１６ｋごとのシミュレーション結果であり、横軸が設定パワー、縦軸がパルス幅誤差である。図１６の（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、測定部１６ｋごとに個体差があるものの、設定パワーに依存してパルス幅誤差が大きくなることが確認された。さらに、パルス幅誤差は、設定パワー１０００Ｗ以上の領域で単調増加することが確認された。つまり、パルス幅誤差は、設定パワー１０００Ｗ以上の領域で一次関数で近似可能であることが確認された（図中の直線参照）。よって、任意の設定パワーとパルス幅誤差との対応関係を一次関数を用いて導出可能であることが確認された。

［パルスモニタ精度の向上の確認］
図１７の（Ａ）〜（Ｄ）は、図１６の（Ａ）〜（Ｄ）に対応する測定部１６ｋによって測定された結果であり、横軸が設定パワー、縦軸がデューティ比誤差である。図１７の（Ａ）〜（Ｄ）では、設定パルス周波数は１ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚである。図１７の（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、最大５％程度の誤差があることが確認された。図１７の（Ａ）〜（Ｄ）を、図１６の（Ａ）〜（Ｄ）に示される一次関数を用いて補正した結果を図１８の（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

図１８の（Ａ）〜（Ｄ）は、図１７の（Ａ）〜（Ｄ）のデータを補正した結果であり、横軸が設定パワー、縦軸がデューティ比誤差である。補正データは設定パルス周波数が５ｋＨｚでパルス変調のデューティ比を９０％として設定パワーが１０００Ｗと２５００Ｗとして一次近似で算出した。図１８の（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、設定パルス周波数が１ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚにて設定パワーが５００Ｗ以上でデューティ誤差は１％以下に抑えられていることが確認された。特に、設定パワー１０００Ｗ以上の範囲では誤差が確認されないほど改善されることがわかった。

１…プラズマ処理装置、１０，１０Ａ…マイクロ波モニタ装置、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 (2)

1. パワーがＯＮ／ＯＦＦするようにパルス変調されたマイクロ波を計測する検波部の計測結果を補正するための補正関数を決定する方法であって、
   第１設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調され単一周波数ピークを有するマイクロ波の第１進行波パワーと、第２設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調され単一周波数ピークを有するマイクロ波の第２進行波パワーとを、校正用測定器を用いて測定する第１測定工程と、
   前記第１測定工程の測定値と、パワーのＯＮレベルを判定するための第１判定閾値とに基づいて、前記第１進行波パワーのデューティ比と前記第２進行波パワーのデューティ比とを取得する第１取得工程と、
   前記第１設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調され中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波の第３進行波パワーと、前記第２設定パワーに応じたＯＮレベルとなるようにパワーがパルス変調され中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波の第４進行波パワーとを、前記検波部を用いて測定する第２測定工程と、
   前記第２測定工程の測定値と、前記設定パワーの０％よりも大きく５０％よりも小さい範囲に予め設定されパワーのＯＮレベルを判定するための第２判定閾値とに基づいて、前記第３進行波パワーのデューティ比と前記第４進行波パワーのデューティ比とを取得する第２取得工程と、
   前記設定パワーと、校正用測定器の測定値から得られたデューティ比に基づいたパルス幅と前記検波部の測定値から得られたデューティ比に基づいたパルス幅との誤差であるパルス幅誤差とを座標軸とし、前記第１設定パワーに対応する前記第１進行波パワーと前記第３進行波パワーとのパルス幅誤差と、前記第２設定パワーに対応する前記第２進行波パワーと前記第４進行波パワーとのパルス幅誤差とを一次関数で近似する工程と、
   前記一次関数に基づいて前記補正関数を決定する工程と、
   を含む、補正関数を決定する方法。
2. 前記第１設定パワー及び前記第２設定パワーは、１０００Ｗ以上である請求項１に記載の補正関数を決定する方法。