JP6814693B2 - マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、マイクロ波出力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。

特許文献２は、マイクロ波を発生させる際の高周波の発振源がマグネトロンであるマイクロ波出力装置を開示する。この装置は、電源により高周波発振器に供給される電圧を制御する電圧制御機構を含む。電圧制御機構は、マイクロ波の進行波の電力に、マイクロ波の反射波の電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するように制御するロード制御機構を含む。

特開２０１２−１０９０８０号公報 特開２０１４−１５４４２１号公報

電子デバイスの製造においては、安定したプラズマの発生が必要になる。特許文献１に記載の装置は、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。しかしながら、帯域幅を有するマイクロ波が用いられた場合であっても、プラズマが不安定となる条件が存在する。

プラズマ安定化を実現するために、特許文献１に記載の装置に対して、特許文献２に記載のロード制御を適用することが考えられる。具体的には、帯域幅を有するマイクロ波を出力しながら、チャンバ本体に供給されるマイクロ波の実効パワーが一定となるように制御する装置が考えられる。

しかしながら、特許文献１に記載の帯域幅を有するマイクロ波のパワーは、一定ではなく、常に強弱した波形となる。特許文献２に記載のロード制御においては、マイクロ波の実効パワーが減少したときに即座にパワーを補給してマイクロ波プラズマを安定にする必要があるため、強弱を有する波形に対して即座にパワーの補給をすることができないおそれがある。

このため、帯域幅を有するマイクロ波に対してロード制御を安定して行うことができるマイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置が求められている。

一態様においてはマイクロ波出力装置が提供される。マイクロ波出力装置は、マイクロ波発生部、出力部、第１の方向性結合器、第２の方向性結合器、及び、測定部を備える。マイクロ波発生部は、制御器から指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数、パワー、及び、帯域幅を有するマイクロ波を発生する。出力部は、マイクロ波発生部から伝搬されたマイクロ波を出力する。第１の方向性結合器は、マイクロ波発生部から出力部に伝搬される進行波の一部を出力する。第２の方向性結合器は、出力部に戻された反射波の一部を出力する。測定部は、第１の方向性結合器から出力される進行波の一部に基づいて出力部における進行波のパワーを示す第１の測定値を決定するとともに、第２の方向性結合器から出力される反射波の一部に基づいて出力部における反射波のパワーを示す第２の測定値を決定する。マイクロ波発生部は、第１の測定値及び第２の測定値を所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化する。そして、マイクロ波発生部は、平均化された第１の測定値から平均化された第２の測定値を減算した値が設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御する。所定の移動平均時間は６０μｓ以下であり、かつ、所定のサンプリング間隔をｘ、所定の移動平均時間をｙとすると、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たす。

このマイクロ波出力装置は、帯域幅を有するマイクロ波を発生しつつ、第１の測定値から第２の測定値を減算した値が設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御する。つまり、帯域幅を有するマイクロ波に対してロード制御が行われる。このとき、マイクロ波発生部により、第１の測定値及び第２の測定値が所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化される。平均化処理においては、所定の移動平均時間は６０μｓ以下である。さらに、平均化処理においては、所定のサンプリング間隔ｘと、所定の移動平均時間ｙとが、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たす。そして、平均化された第１の測定値から平均化された第２の測定値を減算した値が設定パワーに近づくようにマイクロ波が制御される。移動平均時間が６０μｓ以下、かつ、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たすという条件下でロード制御を行うことにより、帯域幅を有するマイクロ波に対してロード制御を安定して行うことができる。

一実施形態においては、測定部は、ダイオード検波を用いて進行波の一部のパワーに応じたアナログ信号を生成する第１の検波部と、第１の検波部によって生成されるアナログ信号をデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、第１のＡ／Ｄ変換器によって生成されるデジタル値を出力部における進行波のパワーに補正するために予め定められた複数の第１の補正係数から、制御器によって指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対応付けられた一以上の第１の補正係数を選択し、選択された該一以上の第１の補正係数を第１のＡ／Ｄ変換器によって生成されたデジタル値に乗算することにより、第１の測定値を決定するよう構成された第１の処理部と、を有してもよい。

第１の検波部によって生成されるアナログ信号を第１のＡ／Ｄ変換器によって変換することにより得られるデジタル値は、出力部における進行波のパワーに対して誤差を有する。当該誤差は、マイクロ波の設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対して依存性を有する。上記実施形態のマイクロ波出力装置では、設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に依存する上記誤差を低減させるための一以上の第１の補正係数を選択可能とするために、複数の第１の補正係数が予め準備されている。このマイクロ波出力装置では、当該複数の第１の補正係数から、制御器によって指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対応付けられた一以上の第１の補正係数が選択され、当該一以上の第１の補正係数が第１のＡ／Ｄ変換器によって生成されたデジタル値に乗算されることにより第１の測定値が求められる。したがって、出力部における進行波のパワーと第１の方向性結合器から出力される進行波の一部に基づいて求められる第１の測定値との間の誤差が低減される。

一実施形態においては、測定部は、ダイオード検波を用いて反射波の一部のパワーに応じたアナログ信号を生成する第２の検波部と、第２の検波部によって生成されるアナログ信号をデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、第２のＡ／Ｄ変換器によって生成されるデジタル値を出力部における反射波のパワーに補正するために予め定められた複数の第２の補正係数から、制御器によって指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対応付けられた一以上の第２の補正係数を選択し、選択された該一以上の第２の補正係数を第２のＡ／Ｄ変換器によって生成されたデジタル値に乗算することにより、第２の測定値を決定するよう構成された第２の処理部と、を有してもよい。

第２の検波部によって生成されるアナログ信号を第２のＡ／Ｄ変換器によって変換することにより得られるデジタル値は、出力部における反射波のパワーに対して誤差を有する。当該誤差は、マイクロ波の設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対して依存性を有する。上記実施形態のマイクロ波出力装置では、設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に依存する上記誤差を低減させるための一以上の第２の補正係数を選択可能とするために、複数の第２の補正係数が予め準備されている。このマイクロ波出力装置では、当該複数の第２の補正係数から、制御器によって指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対応付けられた一以上の第２の補正係数が選択され、当該一以上の第２の補正係数が第２のＡ／Ｄ変換器によって生成されたデジタル値に乗算されることにより第２の測定値が求められる。したがって、出力部における反射波のパワーと第２の方向性結合器から出力される反射波の一部に基づいて求められる第２の測定値との間の誤差が低減される。

一実施形態においては、マイクロ波発生部は、制御器から指示された制御モードが第１の制御モードである場合には、平均化された第１の測定値から平均化された第２の測定値を減算した値が設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御し、制御器から指示された制御モードが第２の制御モードである場合には、平均化された第１の測定値が設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御してもよい。

このように、マイクロ波発生部が制御モードを切り替え可能に構成されていることにより、プロセス条件に応じてロード制御の実行可否を切り替えることができる。

別の態様においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体及びマイクロ波出力装置を備える。マイクロ波出力装置は、チャンバ本体内に供給されるガスを励起させるためのマイクロ波を出力するように構成されている。このマイクロ波出力装置は、上述の複数の態様及び複数の実施形態のうち何れかのマイクロ波出力装置である。

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に対してロード制御を安定して行うマイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置が提供される。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。 第１例のマイクロ波出力装置を示す図である。 第２例のマイクロ波出力装置を示す図である。 波形発生部におけるマイクロ波の生成原理を説明する図である。 波形発生部により生成されたマイクロ波の一例である。 第１例の第１の測定部を示す図である。 第１例の第２の測定部を示す図である。 パワーフィードバックに関する構成の一例を示す図である。 移動平均の一例を説明する図である。 プラズマ処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 パワー制御部によるフィードバック処理の一例を示すフローチャートである。 マイクロ波の進行波のパワーと時間との関係を示すグラフである。 マイクロ波の進行波のパワーと時間との関係を示すグラフである。 移動平均時間とパワーのふらつきとの関係を示すグラフである。 サンプリング間隔と移動平均時間との関係を示すグラフである。 マイクロ波のパワーのシミュレーション結果である。 マイクロ波のパワーのシミュレーション結果である。

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。

［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、ＲＦ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。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。

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。

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が設けらる。チューナ２６は、可動板２６ａ及び可動板２６ｂを有する。可動板２６ａ及び可動板２６ｂ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、基準位置に対する可動板２６ａ及び可動板２６ｂ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］
以下、マイクロ波出力装置１６の二つの例の詳細について説明する。

［マイクロ波出力装置１６の第１例］
図２は、第１例のマイクロ波出力装置を示す図である。図２に示されるように、マイクロ波出力装置１６は、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１の測定部１６ｇ（測定部の一例）、第２の方向性結合器１６ｈ、第２の測定部１６ｉ（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、波形発生部１６１、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。波形発生部１６１は、マイクロ波を発生する。波形発生部１６１は、制御器１００及びパワー制御部１６２に接続される。制御器１００によって指定される設定周波数、設定帯域幅、及び、設定ピッチにそれぞれ応じた周波数（又は中央周波数）、帯域幅、及び、キャリアピッチを有するマイクロ波を発生する。なお、制御器１００が帯域内の複数の周波数成分のパワーをパワー制御部１６２を介して指定している場合には、波形発生部１６１は、制御器１００によって指定された複数の周波数成分のパワーを反映したパワーをそれぞれ有する複数の周波数成分を含むマイクロ波を発生してもよい。

波形発生部１６１の出力は、減衰器１６３に接続される。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、例えば、プロセッサであり得る。パワー制御部１６２は、制御器１００から指定された設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波がマイクロ波出力装置１６から出力されるように、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。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２６２、及び、第３ポート２６３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２６２から出力し、第２ポート２６２に入力したマイクロ波を第３ポート２６３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２６２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２６３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、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１の測定部１６ｇは、第１の方向性結合器１６ｆから出力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を示す第１の測定値を決定する。

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２６３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。第２の測定部１６ｉは、第２の方向性結合器１６ｈから出力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を示す第２の測定値を決定する。

第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉはパワー制御部１６２に接続される。第１の測定部１６ｇは、第１の測定値をパワー制御部１６２に出力し、第２の測定部１６ｉは、第２の測定値をパワー制御部１６２に出力する。パワー制御部１６２は、第１の測定値と第２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を制御し、必要に応じて波形発生部１６１を制御する。

第１例においては、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。

［マイクロ波出力装置１６の第２例］
図３は、第２例のマイクロ波出力装置を示す図である。図３に示されるように、第２例のマイクロ波出力装置１６は、第１例のマイクロ波出力装置１６と比べて、第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉが一体化された測定部１６ｋ（測定部の一例）を備える点が相違し、その他の構成は同一である。

［マイクロ波出力装置の構成要素の詳細］
［波形発生部の詳細］
図４は、波形発生部におけるマイクロ波の生成原理を説明する図である。図４に示されるように、波形発生部１６１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。波形発生部１６１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から指定された設定周波数に設定する。そして、波形発生部１６１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、波形発生部１６１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。

波形発生部１６１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、波形発生部１６１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。波形発生部１６１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、波形発生部１６１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。波形発生部１６１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。波形発生部１６１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、波形発生部１６１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、波形発生部１６１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。

図５は、波形発生部により生成されたマイクロ波の一例である。図５に示されるように、波形発生部１６１は、制御器１００から指示された設定パワー、設定周波数、及び、設定帯域幅にそれぞれ応じたパワー、中央周波数、及び、帯域幅（ＢＢ幅）を有するマイクロ波を発生する。

［第１の測定部１６ｇの一例］
図６は、第１例の第１の測定部を示す図である。図６に示されるように、第１例において、第１の測定部１６ｇは、第１の検波部２００、第１のＡ／Ｄ変換器２０５、及び、第１の処理部２０６を有する。第１の検波部２００は、ダイオード検波を用いて第１の方向性結合器１６ｆから出力される進行波の一部のパワーに応じたアナログ信号を生成する。第１の検波部２００は、抵抗素子２０１、ダイオード２０２、キャパシタ２０３、及び、増幅器２０４を含んでいる。抵抗素子２０１の一端は、第１の測定部１６ｇの入力に接続される。この入力には、第１の方向性結合器１６ｆから出力された進行波の一部が入力される。抵抗素子２０１の他端は、グランドに接続される。ダイオード２０２は、例えば、低バリアショットキーダイオードである。ダイオード２０２のアノードは、第１の測定部１６ｇの入力に接続される。ダイオード２０２のカソードは、増幅器２０４の入力に接続される。また、ダイオード２０２のカソードには、キャパシタ２０３の一端が接続される。キャパシタ２０３の他端は、グランドに接続される。増幅器２０４の出力は、第１のＡ／Ｄ変換器２０５の入力に接続される。第１のＡ／Ｄ変換器２０５の出力は、第１の処理部２０６に接続される。

第１例の第１の測定部１６ｇでは、ダイオード２０２による整流、キャパシタ２０３による平滑化、及び、増幅器２０４による増幅によって、第１の方向性結合器１６ｆからの進行波の一部のパワーに応じたアナログ信号（電圧信号）が得られる。このアナログ信号は、第１のＡ／Ｄ変換器２０５において、デジタル値Ｐ_ｆｄに変換される。デジタル値Ｐ_ｆｄは、第１の方向性結合器１６ｆからの進行波の一部のパワーに応じた値を有する。このデジタル値Ｐ_ｆｄは第１の処理部２０６に入力される。

第１の処理部２０６は、ＣＰＵといったプロセッサから構成される。第１の処理部２０６には、記憶装置２０７が接続される。記憶装置２０７には、デジタル値Ｐ_ｆｄを、出力部１６ｔにおける進行波のパワーに補正するための複数の第１の補正係数が記憶される。また、第１の処理部２０６には、マイクロ波発生部１６ａに対して指定された設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔが制御器１００によって指定される。第１の処理部２０６は、複数の第１の補正係数から、設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔに対応付けられた一以上の第１の補正係数を選択し、選択した第１の補正係数とデジタル値Ｐ_ｆｄとの乗算を実行することにより、第１の測定値Ｐ_ｆｍを決定する。

一例において、記憶装置２０７には、予め設定された複数の第１の補正係数ｋ_ｆ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）が記憶される。ここで、Ｆは周波数であり、Ｆの個数は、マイクロ波発生部１６ａに指定可能な複数の周波数の個数である。Ｐはパワーであり、Ｐの個数はマイクロ波発生部１６ａに指定可能な複数のパワーの個数である。Ｗは帯域幅であり、Ｗの個数はマイクロ波発生部１６ａに指定可能な複数の帯域幅の個数である。なお、マイクロ波発生部１６ａに指定可能な複数の帯域幅には、略０の帯域幅も含まれる。略０の帯域幅を有するマイクロ波は、単一周波数のマイクロ波、即ち、シングルモード（ＳＰ）のマイクロ波である。

複数の第１の補正係数ｋ_ｆ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）が記憶装置２０７に記憶されている場合には、第１の処理部２０６は、ｋ_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）を選択し、Ｐ_ｆｍ＝ｋ_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）×Ｐ_ｆｄの演算を実行することにより、第１の測定値Ｐ_ｆｍを決定する。

別の例において、記憶装置２０７には、複数の第１の補正係数として、複数の第１の係数ｋ１_ｆ（Ｆ）、複数の第２の係数ｋ２_ｆ（Ｐ）、及び、複数の第３の係数ｋ３_ｆ（Ｗ）が記憶されている。ここで、Ｆ，Ｐ，Ｗは、第１の補正係数ｋ_ｆ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）におけるＦ，Ｐ，Ｗと同じである。

複数の第１の補正係数として、複数の第１の係数ｋ１_ｆ（Ｆ）、複数の第２の係数ｋ２_ｆ（Ｐ）、及び、複数の第３の係数ｋ３_ｆ（Ｗ）が記憶装置２０７に記憶されている場合には、第１の処理部２０６は、ｋ１_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ）、ｋ２_ｆ（Ｐ_ｓｅｔ）、及び、ｋ３_ｆ（Ｗ_ｓｅｔ）を選択し、Ｐ_ｆｍ＝ｋ１_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ）×ｋ２_ｆ（Ｐ_ｓｅｔ）×ｋ３_ｆ（Ｗ_ｓｅｔ）×Ｐ_ｆｄの演算を実行することにより、第１の測定値Ｐ_ｆｍを決定する。

図６に示された第１例の第１の測定部１６ｇの第１の検波部２００によって生成されるアナログ信号を第１のＡ／Ｄ変換器２０５によって変換することにより得られるデジタル値Ｐ_ｆｄは、出力部１６ｔにおける進行波のパワーに対して誤差を有する。当該誤差は、マイクロ波の設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対して依存性を有する。この依存性の一因は、ダイオード検波にある。第１例の第１の測定部１６ｇでは、この誤差を低減させるために予め準備された複数の第１の補正係数から、制御器１００によって指示された設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔに対応付けられた一以上の第１の補正係数、即ち、ｋ_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）、又は、ｋ１_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ）、ｋ２_ｆ（Ｐ_ｓｅｔ）、及び、ｋ３_ｆ（Ｗ_ｓｅｔ）が選択される。そして、選択された一以上の第１の補正係数がデジタル値Ｐ_ｆｄに乗算される。これにより、第１の測定値Ｐ_ｆｍが求められる。したがって、出力部１６ｔにおける進行波のパワーと第１の方向性結合器１６ｆから出力される進行波の一部に基づいて求められる第１の測定値Ｐ_ｆｍとの間の誤差が低減される。

なお、複数の第１の補正係数ｋ_ｆ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）の個数は、設定周波数として指定可能な周波数の個数と、設定パワーとして指定可能なパワーの個数と、設定帯域幅として指定可能な帯域幅の個数との積となる。一方、複数の第１の係数ｋ１_ｆ（Ｆ）、複数の第２の係数ｋ２_ｆ（Ｐ）、及び、複数の第３の係数ｋ３_ｆ（Ｗ）が用いられる場合には、複数の第１の補正係数の個数は、複数の第１の係数ｋ１_ｆ（Ｆ）の個数と、複数の第２の係数ｋ２_ｆ（Ｐ）の個数と、複数の第３の係数ｋ３_ｆ（Ｗ）の個数との和となる。したがって、複数の第１の係数ｋ１_ｆ（Ｆ）、複数の第２の係数ｋ２_ｆ（Ｐ）、及び、複数の第３の係数ｋ３_ｆ（Ｗ）を用いる場合には、複数の第１の補正係数ｋ_ｆ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）を用いる場合に比して、複数の第１の補正係数の個数を少なくすることができる。

上記の補正を行わない場合には、マイクロ波出力装置は第１の処理部２０６を備えなくてもよい。

［第２の測定部１６ｉの第１例］
図７は、第１例の第２の測定部を示す図である。図７に示されるように、第１例において、第２の測定部１６ｉは、第２の検波部２１０、第２のＡ／Ｄ変換器２１５、及び、第２の処理部２１６を有する。第２の検波部２１０は、第１の検波部２００と同様に、ダイオード検波を用いて第２の方向性結合器１６ｈから出力される反射波の一部のパワーに応じたアナログ信号を生成する。第２の検波部２１０は、抵抗素子２１１、ダイオード２１２、キャパシタ２１３、及び、増幅器２１４を含む。抵抗素子２１１の一端は、第２の測定部１６ｉの入力に接続される。この入力には、第２の方向性結合器１６ｈから出力された反射波の一部が入力される。抵抗素子２１１の他端は、グランドに接続される。ダイオード２１２は、例えば、低バリアショットキーダイオードである。ダイオード２１２のアノードは、第２の測定部１６ｉの入力に接続される。ダイオード２１２のカソードは、増幅器２１４の入力に接続される。また、ダイオード２１２のカソードにはキャパシタ２１３の一端が接続される。キャパシタ２１３の他端は、グランドに接続される。増幅器２１４の出力は、第２のＡ／Ｄ変換器２１５の入力に接続される。第２のＡ／Ｄ変換器２１５の出力は、第２の処理部２１６に接続される。

第１例の第２の測定部１６ｉでは、ダイオード２１２による整流、キャパシタ２１３による平滑化、及び、増幅器２１４による増幅によって、第２の方向性結合器１６ｈからの反射波の一部のパワーに応じたアナログ信号（電圧信号）が得られる。このアナログ信号は、第２のＡ／Ｄ変換器２１５において、デジタル値Ｐ_ｒｄに変換される。デジタル値Ｐ_ｒｄは、第２の方向性結合器１６ｈからの反射波の一部のパワーに応じた値を有する。このデジタル値Ｐ_ｒｄは第２の処理部２１６に入力される。

第２の処理部２１６は、ＣＰＵといったプロセッサから構成される。第２の処理部２１６には、記憶装置２１７が接続される。記憶装置２１７には、デジタル値Ｐ_ｒｄを、出力部１６ｔにおける反射波のパワーに補正するための複数の第２の補正係数が記憶される。また、第２の処理部２１６には、マイクロ波発生部１６ａに対して指定された設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔが制御器１００によって指定される。第２の処理部２１６は、複数の第２の補正係数から、設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔに対応付けられた一以上の第２の補正係数を選択し、選択した第２の補正係数とデジタル値Ｐ_ｒｄとの乗算を実行することにより、第２の測定値Ｐ_ｒｍを決定する。

一例において、記憶装置２１７には、予め設定された複数の第２の補正係数ｋ_ｒ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）が記憶される。Ｆ，Ｐ，Ｗは、第１の補正係数ｋ_ｆ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）におけるＦ，Ｐ，Ｗと同じである。

複数の第２の補正係数ｋ_ｒ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）が記憶装置２１７に記憶されている場合には、第２の処理部２１６は、ｋ_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）を選択し、Ｐ_ｒｍ＝ｋ_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）×Ｐ_ｒｄの演算を実行することにより、第２の測定値Ｐ_ｒｍを決定する。

別の例において、記憶装置２１７には、複数の第２の補正係数として、複数の第４の係数ｋ１_ｒ（Ｆ）、複数の第５の係数ｋ２_ｒ（Ｐ）、及び、複数の第６の係数ｋ３_ｒ（Ｗ）が記憶される。Ｆ，Ｐ，Ｗは、第１の補正係数ｋ_ｆ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）におけるＦ，Ｐ，Ｗと同じである。

複数の第２の補正係数として、複数の第４の係数ｋ１_ｒ（Ｆ）、複数の第５の係数ｋ２_ｒ（Ｐ）、及び、複数の第６の係数ｋ３_ｒ（Ｗ）が記憶装置２１７に記憶されている場合には、第２の処理部２１６は、ｋ１_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ）、ｋ２_ｒ（Ｐ_ｓｅｔ）、及び、ｋ３_ｒ（Ｗ_ｓｅｔ）を選択し、Ｐ_ｒｍ＝ｋ１_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ）×ｋ２_ｒ（Ｐ_ｓｅｔ）×ｋ３_ｒ（Ｗ_ｓｅｔ）×Ｐ_ｒｄの演算を実行することにより、第２の測定値Ｐ_ｒｍを決定する。

図７に示された第１例の第２の測定部１６ｉの第２の検波部２１０によって生成されるアナログ信号を第２のＡ／Ｄ変換器２１５によって変換することにより得られるデジタル値Ｐ_ｒｄは、出力部１６ｔにおける反射波のパワーに対して誤差を有する。当該誤差は、マイクロ波の設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対して依存性を有する。この誤差の一因は、ダイオード検波にある。第１例の第２の測定部１６ｉでは、この誤差を低減させるために予め準備された複数の第２の補正係数から、制御器１００によって指示された設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔに対応付けられた一以上の第２の補正係数、即ち、ｋ_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）、又は、ｋ１_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ）、ｋ２_ｒ（Ｐ_ｓｅｔ）、及び、ｋ３_ｒ（Ｗ_ｓｅｔ）が選択される。そして、選択された一以上の第２の補正係数がデジタル値Ｐ_ｒｄに乗算される。これにより、第２の測定値Ｐ_ｒｍが求められる。したがって、出力部１６ｔにおける反射波のパワーと第２の方向性結合器１６ｈから出力される反射波の一部に基づいて求められる第２の測定値Ｐ_ｒｍとの間の誤差が低減される。

なお、複数の第２の補正係数ｋ_ｒ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）の個数は、設定周波数として指定可能な周波数の個数と、設定パワーとして指定可能なパワーの個数と、設定帯域幅として指定可能な帯域幅の個数との積となる。一方、複数の第４の係数ｋ１_ｒ（Ｆ）、複数の第５の係数ｋ２_ｒ（Ｐ）、及び、複数の第６の係数ｋ３_ｒ（Ｗ）が用いられる場合には、複数の第２の補正係数の個数は、複数の第４の係数ｋ１_ｒ（Ｆ）の個数と、複数の第５の係数ｋ２_ｒ（Ｐ）の個数と、複数の第６の係数ｋ３_ｒ（Ｗ）の個数との和となる。したがって、複数の第４の係数ｋ１_ｒ（Ｆ）、複数の第５の係数ｋ２_ｒ（Ｐ）、及び、複数の第６の係数ｋ３_ｒ（Ｗ）を用いる場合には、複数の第２の補正係数ｋ_ｒ（Ｆ，Ｐ，Ｗ）を用いる場合に比して、複数の第２の補正係数の個数を少なくすることができる。

上記の補正を行わない場合には、マイクロ波出力装置は第２の処理部２１６を備えなくてもよい。

［測定部１６ｋ］
測定部１６ｋは、上述のとおり、第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉが一体化されることで構成される。測定部１６ｋは、第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉに対応する機能（同一の機能）を備える。

［パワーフィードバックの一例］
マイクロ波出力装置１６では、上述の第１の測定値Ｐ_ｆｍと第２の測定値Ｐ_ｒｍとの差を制御器１００によって指定された設定パワーに近づけるように、パワー制御部１６２がマイクロ波出力装置１６から出力されるマイクロ波のパワーを制御するので、出力部１６ｔに結合される負荷に供給されるマイクロ波のロードパワーが、設定パワーに近づけられる。

図８は、パワーフィードバックに関する構成の一例を示す図である。マイクロ波出力装置１６の第１例と第２例との違いは、第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉが一体化されているか否かの違いだけである。したがって、以下では、マイクロ波出力装置１６の第２例を代表例として説明する。

図８に示されるように、パワーフィードバックは、第１の方向性結合器１６ｆ、第２の方向性結合器１６ｈ、測定部１６ｋ、パワー制御部１６２、及び、減衰器１６３によって実現する。

上述のとおり、第１の方向性結合器１６ｆ及び第２の方向性結合器１６ｈは、測定部１６ｋに接続される。測定部１６ｋは、第１の検波部２００、第１のＡ／Ｄ変換器２０５、第２の検波部２１０及び第２のＡ／Ｄ変換器２１５を有する。なお、図中では、上述した第１の処理部２０６及び第２の処理部２１６は省略される。

第１の検波部２００は、第１の方向性結合器１６ｆからの進行波の一部のパワーＰｆに応じたアナログ信号（電圧信号）を得る。このアナログ信号は、第１のＡ／Ｄ変換器２０５において、デジタル値Ｐｆ（ｔ）に変換される。第２の検波部２１０は、第２の方向性結合器１６ｈからの反射波の一部のパワーＰｒに応じたアナログ信号（電圧信号）を得る。このアナログ信号は、第２のＡ／Ｄ変換器２１５において、デジタル値Ｐｒ（ｔ）に変換される。

パワー制御部１６２は、パワー処理部１６２ａ、記憶部１６２ｂ、及び、Ｄ／Ａ変換器１６２ｃを備える。

パワー処理部１６２ａは、ＣＰＵといったプロセッサから構成される。パワー処理部１６２ａには、記憶装置３１４が接続される。パワー処理部１６２ａは、制御器１００によって指定された設定パワー、設定周波数、制御モード（ＰＬモード（第１の制御モードの一例）、Ｐｆモード（第２の制御モードの一例））、帯域幅（ＢＢ幅）を取得する。パワー処理部１６２ａは、測定部１６ｋからデジタル値Ｐｆ（ｔ）及びデジタル値Ｐｒ（ｔ）を取得する。そして、パワー処理部１６２ａは、制御モードがＰＬモード（第１の制御モードの一例）の場合には、制御すべき値の現在値ＰＭを、デジタル値Ｐｆ（ｔ）からデジタル値Ｐｒ（ｔ）を減算した値とする。パワー処理部１６２ａは、制御モードがＰｒモードの場合には、制御すべき値の現在値ＰＭを、デジタル値Ｐｆ（ｔ）とする。そして、パワー処理部１６２ａは、制御すべき値の現在値ＰＭと設定パワーとを比較して、減衰器１６３の減衰量（減衰率）を調整する。これにより、出力部１６ｔに結合される負荷に供給されるマイクロ波のロードパワーが、設定パワーに近づけられる。

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。パワー処理部１６２ａは、制御すべき値の現在値ＰＭと設定パワーとを比較して、減衰器１６３の印加電圧値を決定し、Ｄ／Ａ変換器１６２ｃを介して減衰器１６３へ印加電圧値を出力する。例えば、パワー処理部１６２ａは、デジタル値Ｐｆ（ｔ）と設定パワーとが同一である場合には、デジタル値Ｐｆ（ｔ）とデジタル値Ｐｒ（ｔ）とを加算した値に相当する電力に相当する印加電圧値を出力する。

［パワー処理部のデータサンプリングの一例］
図９は、移動平均の一例を説明する図である。図９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。サンプル数ｃはｂ/ａで表現される。パワー処理部１６２ａ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。パワー処理部１６２ａ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。パワー処理部１６２ａ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。

［プラズマ処理装置の動作］
図１０は、プラズマ処理装置の動作の異例を示すフローチャートである。図１０に示されるフローチャートは、例えばプラズマ処理装置１のオペレータがマイクロ波出力を指示したときに開始される。

プラズマ処理装置１の制御器１００は、初期化処理（Ｓ１０）として、カウンタｔを０に設定する。続いて、制御器１００は、設定情報取得処理（Ｓ１２）として、オペレータなどによる入力操作又はレシピ情報に基づいて、パワー設定情報（設定パワー、中央周波数、変調波形（帯域幅）及び制御モード）を取得する。

制御器１００は、設定処理（Ｓ１４）として、マイクロ波の中央周波数及び帯域幅を、マイクロ波出力装置１６の波形発生部１６１へ出力する。波形発生部１６１は、情報を受信すると、発生処理（Ｓ１６）として、設定された中央周波数及び帯域幅のマイクロ波を発生する。

続いて、制御器１００は、パワー設定処理として、マイクロ波の設定パワー、中央周波数、変調波形（帯域幅）及び制御モードを、マイクロ波出力装置１６のパワー制御部１６２へ出力する。

パワー制御部１６２は、フィードバック処理（Ｓ２０）として、マイクロ波のパワーのフィードバック処理を行う。詳細については後述する。

続いて、制御器１００は、制御器１００は、終了判定（Ｓ２４）として、終了条件を満たすか否かを判定する。終了条件は、マイクロ波の出力を遮断する終了条件であり、予め定められる。例えば、制御器１００は、オペレータによる終了操作信号又はレシピ情報に基づいて、マイクロ波の出力を遮断する終了条件を満たすか否かを判定する。

終了条件が満たされていないと判定された場合（Ｓ２４：ＮＯ）、パワー制御部１６２は、フィードバック処理（Ｓ２０）を再実行する。終了条件が満たされたと判定された場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、プラズマ処理装置１は、図１０に示される処理を終了する。

［フィードバック処理の詳細］
図１１は、パワー制御部によるフィードバック処理の一例を示すフローチャートである。図１１に示されるフローチャートは、図１０のフィードバック処理（Ｓ２０）の詳細である。

パワー制御部１６２は、時間判定処理（Ｓ２００）として、前回のサンプリングからの経過時間がサンプリング時間ａになったか否かを判定する。経過時間がサンプリング時間ａに満たないと判定された場合（Ｓ２００：ＮＯ）、パワー制御部１６２は、一定期間待機し、時間判定処理（Ｓ２００）を再実行する。経過時間がサンプリング時間ａになったと判定された場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）、パワー制御部１６２は、カウント処理（Ｓ２０２）として、カウンタｔを１だけインクリメントする（ｔ＝ｔ＋１）。

続いて、測定部（第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉ、又は、測定部１６ｋ）は、検波処理（Ｓ２０４）として、検波を行う。一例として、測定部１６ｋの第１の検波部２００は、第１の方向性結合器１６ｆからの進行波の一部のパワーＰｆに応じたアナログ信号（電圧信号）を得る。このアナログ信号は、第１のＡ／Ｄ変換器２０５において、デジタル値Ｐｆ（ｔ）に変換される。測定部１６ｋの第２の検波部２１０は、第２の方向性結合器１６ｈからの反射波の一部のパワーＰｒに応じたアナログ信号（電圧信号）を得る。このアナログ信号は、第２のＡ／Ｄ変換器２１５において、デジタル値Ｐｒ（ｔ）に変換される。

続いて、測定部（第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉ、又は、測定部１６ｋ）は、パワー補正処理（Ｓ２０６）として、補正を行う。例えば、測定部１６ｋは、予め準備された複数の第１の補正係数から、制御器１００によって指示された設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔに対応付けられた一以上の第１の補正係数、即ち、ｋ_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）、又は、ｋ１_ｆ（Ｆ_ｓｅｔ）、ｋ２_ｆ（Ｐ_ｓｅｔ）、及び、ｋ３_ｆ（Ｗ_ｓｅｔ）を選択する。そして、測定部１６ｋは、選択された一以上の第１の補正係数をデジタル値Ｐ_ｆｄに乗算する。これにより、第１の測定値Ｐ_ｆｍが求められる。同様に、測定部１６ｋは、予め準備された複数の第２の補正係数から、制御器１００によって指示された設定周波数Ｆ_ｓｅｔ、設定パワーＰ_ｓｅｔ、及び、設定帯域幅Ｗ_ｓｅｔに対応付けられた一以上の第２の補正係数、即ち、ｋ_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ，Ｐ_ｓｅｔ，Ｗ_ｓｅｔ）、又は、ｋ１_ｒ（Ｆ_ｓｅｔ）、ｋ２_ｒ（Ｐ_ｓｅｔ）、及び、ｋ３_ｒ（Ｗ_ｓｅｔ）を選択する。そして、測定部１６ｋは、選択された一以上の第２の補正係数をデジタル値Ｐ_ｒｄに乗算する。これにより、第２の測定値Ｐ_ｒｍが求められる。

続いて、パワー制御部１６２は、演算処理（Ｓ２０８）として、移動平均を演算する。パワー制御部１６２は、図９を用いて説明された数式を用いて、第１の測定値Ｐ_ｆｍ及び第２の測定値Ｐ_ｒｍの移動平均を演算する。

続いて、パワー制御部１６２は、パワー演算処理（Ｓ２１０）として、制御すべき値の現在値ＰＭを演算する。パワー処理部１６２ａは、制御モードがＰＬモード（第１の制御モードの一例）の場合には、制御すべき値の現在値ＰＭを、第１の測定値Ｐ_ｆｍから第２の測定値Ｐ_ｒｍを減算した値とする。一方、パワー制御部１６２は、制御モードがＰ_ｆモードの場合には、制御すべき値の現在値ＰＭを、第１の測定値Ｐ_ｆｍとする。

続いて、パワー制御部１６２は、パワー判定処理（Ｓ２１２）として、現在値ＰＭと設定パワーとを比較する。設定パワーが現在値ＰＭより小さいと判定された場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、パワー制御部１６２は、減少処理（Ｓ２１４）として、減衰器１６３の減衰量（減衰率）を小さくする。設定パワーが現在値ＰＭより小さくないと判定された場合（Ｓ２１２：ＮＯ）、パワー制御部１６２は、増加処理（Ｓ２１６）として、減衰器１６３の減衰量（減衰率）を大きくする。

減少処理（Ｓ２１４）又は増加処理（Ｓ２１６）が終了すると、プラズマ処理装置１は、図１１に示される処理を終了する。

［サンプリング間隔と移動平均時間との関係］
図１２及び図１３は、マイクロ波の進行波のパワーと時間との関係を示すグラフである。グラフの縦軸はマイクロ波の進行波のパワーであり、横軸は時間である。図１２の（Ａ）は、サンプリング間隔が０．１［μｓ］、移動平均時間が０．１［μｓ］、２０［μｓ］、５０［μｓ］、８０［μｓ］、１００［μｓ］の場合のグラフである。図１２の（Ｂ）は、サンプリング間隔が０．５［μｓ］、移動平均時間が０．５［μｓ］、２０［μｓ］、５０［μｓ］、８０［μｓ］、１００［μｓ］の場合のグラフである。図１２の（Ｃ）は、サンプリング間隔が１．０［μｓ］、移動平均時間が１［μｓ］、２０［μｓ］、５０［μｓ］、８０［μｓ］、１００［μｓ］の場合のグラフである。図１３の（Ｄ）は、サンプリング間隔が５［μｓ］、移動平均時間が５［μｓ］、２０［μｓ］、５０［μｓ］、８０［μｓ］、１００［μｓ］の場合のグラフである。図１３の（Ｅ）は、サンプリング間隔が１０［μｓ］、移動平均時間が１０［μｓ］、２０［μｓ］、５０［μｓ］、８０［μｓ］、１００［μｓ］の場合のグラフである。

図１２及び図１３に示されるように、移動平均時間を長くするほど、サンプリング時間に関わらず、波形の変動が小さくなることが確認された。

図１４は、移動平均時間とパワーのふらつきとの関係を示すグラフである。図１４の元データは、図１２及び図１３に示される波形データである。図１４においては、横軸が移動平均時間であり、縦軸がふらつきである。ふらつきは、標準偏差を平均値で除算した値として定義される。図１４においては、サンプリング間隔ごとに、移動平均時間とパワーのふらつきとの関係を示すグラフを示している。

図１４に示されるように、移動平均時間を長くするほど、サンプリング時間に関わらず、波形の変動が小さくなる傾向を確認することができた。一方、プラズマの安定化を図るためには、パワーのふらつきを３％以下に抑える必要がある。つまり、サンプリング間隔と移動平均時間とが所定の関係を満たすときに、プラズマを安定化させることができる。

図１５は、サンプリング間隔と移動平均時間との関係を示すグラフである。図１５の元データは、図１４に示されるデータである。図１５においては、横軸が移動平均時間であり、縦軸がふらつきである。また、各データは近似曲線で近似されている。例えば、ふらつき３％のデータについては、近似曲線であるｙ＝７８．１７８ｘ^{０．１７７５}で近似される。ここで、ふらつき３％以下となるパワーは、サンプリング間隔をｘ、移動平均時間をｙとすると、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}となる範囲で得られたデータである。さらに、ＰＬモードでの制御の動作開始時間は６０μｓ必要であるため、移動平均時間は、６０μｓ以下となる。つまり、移動平均時間は６０μｓ以下であり、かつ、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たすサンプリング間隔及び移動平均時間であれば、プラズマが安定することが確認された（図中の領域ＴＳ）。

［シミュレーション結果］
図１６及び図１７は、マイクロ波のパワーのシミュレーション結果である。グラフの縦軸はマイクロ波のパワーであり、横軸は時間である。サンプリング時間を０．１［μｓ］とし、移動平均時間を増加させたときのパワー波形の挙動を示している。

シミュレーションにおいては、設定パワーを２０００Ｗとし、進行波のパワーＰｆから反射波のパワーＰｒを減算した値をロードパワーＰＬ（現在値ＰＭ）とした。反射波パワーＰｒは、ｔ＜０．０５（ｔは時間）のときには、Ｐｒ＝Ｐｆ／１０００とした。反射波パワーＰｒは、ｔ≧０．０５（ｔは時間）のときには、Ｐｒ＝Ｐｆ／１０とした。上記条件で、サンプリング時間と移動平均時間とを変更し、ロードパワーＰＬ、進行波パワーＰｆ、及び、反射波パワーＰｒを算出した。

図１６の（Ａ）は、サンプリング間隔が０．１［μｓ］、移動平均時間が０．１［μｓ］、サンプル数が１の場合における、ロードパワーＰＬ、進行波パワーＰｆ、及び、反射波パワーＰｒの波形である。図１６の（Ｂ）は、サンプリング間隔が０．１［μｓ］、移動平均時間が１［μｓ］、サンプル数が１０の場合における、ロードパワーＰＬ、進行波パワーＰｆ、及び、反射波パワーＰｒの波形である。図１６の（Ｃ）は、サンプリング間隔が０．１［μｓ］、移動平均時間が１０［μｓ］、サンプル数が１００の場合における、ロードパワーＰＬ、進行波パワーＰｆ、及び、反射波パワーＰｒの波形である。図１７の（Ｄ）は、サンプリング間隔が０．１［μｓ］、移動平均時間が５０［μｓ］、サンプル数が５００の場合における、ロードパワーＰＬ、進行波パワーＰｆ、及び、反射波パワーＰｒの波形である。図１７の（Ｅ）は、サンプリング間隔が０．１［μｓ］、移動平均時間が１００［μｓ］、サンプル数が１０００の場合における、ロードパワーＰＬ、進行波パワーＰｆ、及び、反射波パワーＰｒの波形である。

また、各条件において、ふらつき（標準偏差を平均値で除算した値）を算出した。図１６の（Ａ）のふらつきは５６．２％、図１６の（Ｂ）のふらつきは２４．７％、図１６の（Ｃ）のふらつきは７．５％、図１７の（Ｄ）のふらつきは２．７％、図１７の（Ｅ）のふらつきは０．４％であった。このため、図１７の（Ｄ）及び（Ｅ）の条件において、ふらつきが３％以下に防止されることが確認された。また、図１７の（Ｄ）の条件は、移動平均時間は６０μｓ以下であり、かつ、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たすことが確認された。

［実施形態の作用効果］
以上、実施形態に係るマイクロ波出力装置１６は、帯域幅を有するマイクロ波を発生しつつ、第１の測定値から第２の測定値を減算した値が設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御する。つまり、帯域幅を有するマイクロ波に対してロード制御が行われる。このとき、マイクロ波発生部１６ａにより、第１の測定値及び第２の測定値が所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化される。平均化処理においては、所定の移動平均時間は６０μｓ以下である。さらに、平均化処理においては、所定のサンプリング間隔ｘと、所定の移動平均時間ｙとが、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たす。そして、平均化された第１の測定値から平均化された第２の測定値を減算した値が設定パワーに近づくようにマイクロ波が制御される。移動平均時間が６０μｓ以下、かつ、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たすという条件下でロード制御を行うことにより、帯域幅を有するマイクロ波に対してロード制御を安定して行うことができる。

また、実施形態に係るマイクロ波出力装置１６では、設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に依存する上記誤差を低減させるための一以上の第１の補正係数を選択可能とするために、複数の第１の補正係数が予め準備されている。このマイクロ波出力装置１６では、当該複数の第１の補正係数から、制御器１００によって指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対応付けられた一以上の第１の補正係数が選択され、当該一以上の第１の補正係数が第１のＡ／Ｄ変換器によって生成されたデジタル値に乗算されることにより第１の測定値が求められる。したがって、出力部１６ｔにおける進行波のパワーと第１の方向性結合器１６ｆから出力される進行波の一部に基づいて求められる第１の測定値との間の誤差が低減される。

また、実施形態に係るマイクロ波出力装置１６では、設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に依存する上記誤差を低減させるための一以上の第２の補正係数を選択可能とするために、複数の第２の補正係数が予め準備されている。このマイクロ波出力装置では、当該複数の第２の補正係数から、制御器１００によって指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅に対応付けられた一以上の第２の補正係数が選択され、当該一以上の第２の補正係数が第２のＡ／Ｄ変換器によって生成されたデジタル値に乗算されることにより第２の測定値が求められる。したがって、出力部１６ｔにおける反射波のパワーと第２の方向性結合器１６ｈから出力される反射波の一部に基づいて求められる第２の測定値との間の誤差が低減される。

また、実施形態に係るマイクロ波出力装置１６では、マイクロ波発生部１６ａが制御モードを切り替え可能に構成されていることにより、プロセス条件に応じてロード制御の実行可否を切り替えることができる。

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。

１…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１４…ステージ、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、１６ｇ…第１の測定部（測定部の一例）、１６ｈ…第２の方向性結合器、１６ｉ…第２の測定部（測定部の一例）、１６ｋ…測定部（測定部の一例）、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、１６１…波形発生部、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、２００…第１の検波部、２０２…ダイオード、２０３…キャパシタ、２０５…第１のＡ／Ｄ変換器、２０６…第１の処理部、２０７…記憶装置、２１０…第２の検波部、２１２…ダイオード、２１３…キャパシタ、２１５…第２のＡ／Ｄ変換器、２１６…第２の処理部、２１７…記憶装置。

Claims (5)

1. 制御器から指示された設定周波数、設定パワー、及び、設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数、パワー、及び、帯域幅を有するマイクロ波を発生するマイクロ波発生部と、
   前記マイクロ波発生部から伝搬されたマイクロ波を出力する出力部と、
   前記マイクロ波発生部から前記出力部に伝搬される進行波の一部を出力する第１の方向性結合器と、
   前記出力部に戻された反射波の一部を出力する第２の方向性結合器と、
   前記第１の方向性結合器から出力される前記進行波の前記一部に基づいて前記出力部における前記進行波のパワーを示す第１の測定値を決定するとともに、前記第２の方向性結合器から出力される前記反射波の一部に基づいて前記出力部における前記反射波のパワーを示す第２の測定値を決定する測定部と、
   を備え、
   前記マイクロ波発生部は、前記第１の測定値及び前記第２の測定値を所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化し、かつ、平均化された前記第１の測定値から平均化された前記第２の測定値を減算した値が前記設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御し、
   前記所定の移動平均時間は６０μｓ以下であり、かつ、前記所定のサンプリング間隔をｘ、前記所定の移動平均時間をｙとすると、ｙ≧７８．１７８ｘ^{０．１７７５}の関係を満たす、
   マイクロ波出力装置。
2. 前記測定部は、
   ダイオード検波を用いて前記進行波の前記一部のパワーに応じたアナログ信号を生成する第１の検波部と、
   前記第１の検波部によって生成されるアナログ信号をデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換器によって生成されるデジタル値を前記出力部における進行波のパワーに補正するために予め定められた複数の第１の補正係数から、前記制御器によって指示された前記設定周波数、前記設定パワー、及び、前記設定帯域幅に対応付けられた一以上の第１の補正係数を選択し、選択された該一以上の第１の補正係数を前記第１のＡ／Ｄ変換器によって生成された前記デジタル値に乗算することにより、前記第１の測定値を決定するよう構成された第１の処理部と、
   を有する、請求項１に記載のマイクロ波出力装置。
3. 前記測定部は、
   ダイオード検波を用いて前記反射波の一部のパワーに応じたアナログ信号を生成する第２の検波部と、
   前記第２の検波部によって生成されるアナログ信号をデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
   前記第２のＡ／Ｄ変換器によって生成されるデジタル値を前記出力部における反射波のパワーに補正するために予め定められた複数の第２の補正係数から、前記制御器によって指示された前記設定周波数、前記設定パワー、及び、前記設定帯域幅に対応付けられた一以上の第２の補正係数を選択し、選択された該一以上の第２の補正係数を前記第２のＡ／Ｄ変換器によって生成された前記デジタル値に乗算することにより、前記第２の測定値を決定するよう構成された第２の処理部と、
   を有する、請求項１又は２に記載のマイクロ波出力装置。
4. 前記マイクロ波発生部は、
   前記制御器から指示された制御モードが第１の制御モードである場合には、平均化された前記第１の測定値から平均化された前記第２の測定値を減算した値が前記設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御し、
   前記制御器から指示された制御モードが第２の制御モードである場合には、平均化された前記第１の測定値が前記設定パワーに近づくようにマイクロ波を制御する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載のマイクロ波出力装置。
5. チャンバ本体と、
   請求項１〜４の何れか一項に記載のマイクロ波出力装置であり、前記チャンバ本体内に供給されるガスを励起させるためのマイクロ波を出力する該マイクロ波出力装置と、
   を備えるプラズマ処理装置。