KR20180061033A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마에 외란을 부여하지 않고 흡수 주파수를 산출한다.
플라즈마 처리 장치는, 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파를, 설정 주파수 범위에서 주파수 변조시키면서 출력하는 마이크로파 출력부와, 마이크로파 출력부에 의하여 출력된 마이크로파를 챔버 본체의 안테나로 유도하는 도파관과, 도파관에 마련되어, 마이크로파 출력부측의 임피던스와 안테나측의 임피던스를 정합하도록 가동판의 위치를 조정하는 튜너와, 도파관에 마련되어, 도파관 내를 진행하는 진행파의 파워인 진행파 파워, 및 안테나측으로부터의 반사파의 파워인 반사파 파워를 주파수마다 취득하는 복조부와, 진행파 파워 및 반사파 파워에 근거하여 산출된 주파수마다의 반사 계수가 극소점이 되는 주파수를 흡수 주파수로서 산출하는 산출부를 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 전자 디바이스의 제조에 있어서는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 마이크로파를 이용하여 가스를 여기시킨다. 이 장치는, 마이크로파 출력부, 튜너, 및 플라즈마에 고주파 파워를 방출하여 가스를 여기시키기 위한 제1 안테나를 구비하고 있다. 또한, 이 장치에서는, 플라즈마 상태를 모니터링하기 위하여 플라즈마 공간 내에 제2 안테나가 배치된다. 제2 안테나는, 공진 안테나로서 작용하고, 플라즈마로부터의 반사파 파워를 검출하는 프로브로서 이용된다. 이 장치는, 반사파 파워가 극솟값이 되는 주파수를 흡수 주파수로서 산출한다.
특허문헌 1: 일본 특허공보 제4619468호
그러나, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치와 같이 플라즈마 공간 내에 프로브가 배치되는 경우에는, 당해 프로브가 플라즈마에 외란을 부여할 우려가 있다. 이로 인하여, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마가 불안정해지는 경우가 있다.
본 기술 분야에 있어서는, 플라즈마에 외란을 부여하지 않고 흡수 주파수를 산출할 수 있는 플라즈마 처리 장치가 요망되고 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 마이크로파 출력부, 도파관, 튜너, 복조부 및 산출부를 구비한다. 마이크로파 출력부는, 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파를, 설정 주파수 범위에서 주파수 변조시키면서 출력한다. 도파관은, 마이크로파 출력부에 의하여 출력된 마이크로파를 챔버 본체의 안테나로 유도한다. 튜너는, 도파관에 마련되어, 마이크로파 출력부측의 임피던스와 안테나측의 임피던스를 정합하도록 가동판의 위치를 조정한다. 복조부는, 도파관에 마련되어, 도파관 내를 진행하는 진행파의 파워인 진행파 파워, 및 안테나측으로부터의 반사파의 파워인 반사파 파워를 주파수마다 취득한다. 산출부는, 진행파 파워 및 반사파 파워에 근거하여 산출된 주파수마다의 반사 계수가 극소점이 되는 주파수를 흡수 주파수로서 산출한다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 진행파 파워 및 반사파 파워를 주파수마다 취득하는 복조부가 도파관에 마련된다. 그리고, 산출부에 의하여, 주파수마다의 반사 계수가 극소점이 되는 주파수가 흡수 주파수로서 산출된다. 이와 같이, 이 장치는, 플라즈마 공간 내에 프로브를 배치할 필요가 없기 때문에, 플라즈마에 외란을 부여하지 않고 흡수 주파수를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 마이크로파 출력부, 도파관, 튜너, 복조부 및 산출부를 구비한다. 마이크로파 출력부는, 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파를 설정 주파수 범위에서 주파수 변조시키면서 출력한다. 도파관은, 마이크로파 출력부에 의하여 출력된 마이크로파를 챔버 본체의 안테나로 유도한다. 튜너는, 도파관에 마련되어, 마이크로파 출력부측의 임피던스와 안테나측의 임피던스를 정합하도록 가동판의 위치를 조정한다. 복조부는, 도파관에 마련되어, 안테나측으로부터의 반사파의 파워인 반사파 파워를 주파수마다 취득한다. 산출부는, 반사파 파워가 극소점이 되는 주파수를 흡수 주파수로서 산출한다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 반사파 파워를 주파수마다 취득하는 복조부가 도파관에 마련된다. 그리고, 산출부에 의하여, 반사파 파워가 극소점이 되는 주파수가 흡수 주파수로서 산출된다. 이와 같이, 이 장치는, 플라즈마 공간 내에 프로브를 배치할 필요가 없기 때문에, 플라즈마에 외란을 부여하지 않고 흡수 주파수를 산출할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분에 따른 메인터넌스 정보를 출력하는 통지부를 더 구비해도 된다. 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는, 사용에 따라 천판(天板) 등이 소모되어, 흡수 주파수가 변화한다. 이로 인하여, 출하 시, 메인터넌스 후, 클리닝 후 등의 기준시에 있어서 미리 취득된 기준 흡수 주파수와, 산출부에 의하여 산출된 흡수 주파수의 차분의 크기는, 기준시부터 현재까지의 플라즈마 처리 장치의 구성 요소의 소모 정도를 나타내게 된다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 통지부에 의하여, 당해 차분에 따라, 장치가 기준시부터 소모되고 있는지 여부 등의 정보를 포함하는 메인터넌스 정보가 출력된다. 따라서, 이 플라즈마 처리 장치는, 사용자 등에게 메인터넌스 정보를 통지할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 통지부는, 흡수 주파수와 기준 흡수 주파수의 차분이 제1 임곗값 이상인 경우에는 메인터넌스가 필요하다는 내용의 메인터넌스 정보를 출력해도 된다. 이 경우, 이 플라즈마 처리 장치는, 메인터넌스가 필요하다는 것을 사용자 등에게 통지할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는, 흡수 주파수와 마이크로파 출력부의 전원 주파수의 차분에 따라 마이크로파 출력부의 전원 주파수를 변경하는 주파수 설정부를 더 구비해도 된다. 플라즈마의 흡수 주파수가 마이크로파 출력부의 전원 주파수에 가까워진 경우, 플라즈마가 불안정해질 우려가 있다. 이 플라즈마 처리 장치의 주파수 설정부는, 차분에 따라 마이크로파 출력부의 전원 주파수를 변경하기 때문에, 플라즈마가 불안정해지는 것을 회피할 수 있다.
일 실시형태에 있어서는, 주파수 설정부는, 흡수 주파수와 전원 주파수의 차분이 제2 임곗값 이하인 경우에는 전원 주파수를 소정의 주파수만큼 증가시키거나 또는 감소시켜도 된다. 이 경우, 이 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마의 흡수 주파수가 마이크로파 출력부의 전원 주파수에 가까워지는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 이 플라즈마 처리 장치는 플라즈마가 불안정해지는 것을 회피할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 플라즈마에 외란을 부여하지 않고 흡수 주파수를 산출할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도이다.
도 2는 마이크로파 출력 장치, 튜너 및 복조부의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 파형(波形) 발생부에 있어서의 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다.
도 4는 파형 발생부에 입력되는 파형 데이터의 일례이다.
도 5는 주파수 변조된 마이크로파를 설명하는 도이다.
도 6은 제1예의 복조 제어부의 구성도이다.
도 7은 제2예의 복조 제어부의 구성도이다.
도 8은 각 구성 요소에 있어서의 진행파 파워 및 반사파 파워의 일례이다.
도 9는 복조부에서 취득된 진행파 파워의 일례이다.
도 10은 복조부에서 취득된 반사파 파워의 일례이다.
도 11은 복조부를 마련하는 것에 의한 진행파 파워 및 반사파 파워에 주는 영향을 설명하는 도이다.
도 12는 진행파 파워 및 반사파 파워 각각의 파워 비율 및 보정 계수를 나타내는 그래프이다.
도 13은 보정 계수의 취득 처리의 플로차트이다.
도 14는 진행파 파워에 대한 보정 전후의 반사파 파워의 일례이다.
도 15는 반사 계수의 산출 처리의 플로차트이다.
도 16은 반사 계수의 산출 처리의 플로차트이다.
도 17은 제어기의 기능 블록도이다.
도 18은 반사 계수의 극소점을 설명하는 도이다.
도 19는 반사 계수의 극값 산출 처리의 플로차트이다.
도 20은 반사 계수의 극값 산출 처리의 플로차트이다.
도 21은 반사파 파워의 극값 산출 처리의 플로차트이다.
도 22는 반사파 파워의 극값 산출 처리의 플로차트이다.
도 23은 기준 흡수 주파수(초기 흡수 주파수)의 기억 처리의 플로차트이다.
도 24는 정보 출력 처리의 플로차트이다.
도 25는 마이크로파 출력 장치의 전원의 주파수 변경 처리의 플로차트이다.
도 26은 반사파 파워의 측정 결과이다.
도 27은 플라즈마의 발광 강도의 측정 결과이다.
도 28은 반사파 파워의 측정 결과이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
[플라즈마 처리 장치의 개요]
도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도이다. 도 1에 나타나는 플라즈마 처리 장치(1)는, 챔버 본체(12), 및 마이크로파 출력 장치(16)(마이크로파 출력부의 일례)를 구비하고 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 스테이지(14), 안테나(18), 및 유전체창(20)을 더 구비할 수 있다.
챔버 본체(12)는, 그 내부에 처리 공간(S)을 제공하고 있다. 챔버 본체(12)는, 측벽(12a) 및 바닥부(12b)를 갖고 있다. 측벽(12a)은, 대략 통 형상으로 형성되어 있다. 이 측벽(12a)의 중심 축선은, 연직 방향으로 연장된 축선(Z)과 대략 일치하고 있다. 바닥부(12b)는, 측벽(12a)의 하단측에 마련되어 있다. 바닥부(12b)에는, 배기용 배기 구멍(12h)이 마련되어 있다. 또, 측벽(12a)의 상단부는 개구되어 있다.
측벽(12a)의 상단부 위에는 유전체창(20)이 마련되어 있다. 이 유전체창(20)은, 처리 공간(S)에 대향하는 하면(20a)을 갖는다. 유전체창(20)은, 측벽(12a)의 상단부의 개구를 폐쇄하고 있다. 이 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부와의 사이에는 O링(19)이 개재되어 있다. 이 O링(19)에 의하여, 챔버 본체(12)의 밀폐가 보다 확실한 것이 된다.
스테이지(14)는, 처리 공간(S) 내에 수용되어 있다. 스테이지(14)는, 연직 방향에 있어서 유전체창(20)과 대면하도록 마련되어 있다. 또, 스테이지(14)는, 유전체창(20)과 당해 스테이지(14)의 사이에 처리 공간(S)을 두도록 마련되어 있다. 이 스테이지(14)는, 그 위에 재치되는 피가공물(WP)(예를 들면, 웨이퍼)을 지지하도록 구성되어 있다.
일 실시형태에 있어서, 스테이지(14)는, 기대(基臺)(14a) 및 정전 척(14c)을 포함하고 있다. 기대(14a)는, 대략 원반 형상을 갖고 있으며, 알루미늄과 같은 도전성의 재료로 형성되어 있다. 기대(14a)의 중심 축선은, 축선(Z)과 대략 일치하고 있다. 이 기대(14a)는, 통형 지지부(48)에 의하여 지지되어 있다. 통형 지지부(48)는, 절연성의 재료로 형성되어 있으며, 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 통형 지지부(48)의 외주에는, 도전성의 통형 지지부(50)가 마련되어 있다. 통형 지지부(50)는, 통형 지지부(48)의 외주를 따라 챔버 본체(12)의 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 이 통형 지지부(50)와 측벽(12a)의 사이에는 환형의 배기로(51)가 형성되어 있다.
배기로(51)의 상부에는 배플판(52)이 마련되어 있다. 배플판(52)은 환 형상을 갖고 있다. 배플판(52)에는, 당해 배플판(52)을 판두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 배플판(52)의 하방에는 상술한 배기 구멍(12h)이 마련되어 있다. 배기 구멍(12h)에는, 배기관(54)을 통하여 배기 장치(56)가 접속되어 있다. 배기 장치(56)는, 자동 압력 제어 밸브(APC: Automatic Pressure Control valve)와, 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 갖고 있다. 이 배기 장치(56)에 의하여, 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.
기대(14a)는 고주파 전극을 겸하고 있다. 기대(14a)에는, 급전봉(62) 및 매칭 유닛(60)을 통하여, RF 바이어스용 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은, 피가공물(WP)에 끌어 들이는 이온 에너지를 제어하는 데에 적합한 일정한 주파수, 예를 들면 13.65MHz의 고주파(이하 적절히 "바이어스용 고주파"라고 함)를, 설정된 파워로 출력한다. 매칭 유닛(60)은, 고주파 전원(58)측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 챔버 본체(12)와 같은 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다. 이 정합기 중에는 자기 바이어스 생성용 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.
기대(14a)의 상면에는 정전 척(14c)이 마련되어 있다. 정전 척(14c)은 피가공물(WP)을 정전 흡착력으로 유지한다. 정전 척(14c)은, 전극(14d), 절연막(14e), 및 절연막(14f)을 포함하고 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 정전 척(14c)의 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치하고 있다. 이 정전 척(14c)의 전극(14d)은, 도전막에 의하여 구성되어 있으며, 절연막(14e)과 절연막(14f)의 사이에 마련되어 있다. 전극(14d)에는, 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(14c)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의하여 발생하는 쿨롱력에 의하여, 피가공물(WP)을 흡착 유지할 수 있다. 또, 기대(14a) 상에는, 포커스 링(14b)이 마련되어 있다. 포커스 링(14b)은, 피가공물(WP) 및 정전 척(14c)을 둘러싸도록 배치된다.
기대(14a)의 내부에는, 냉매실(14g)이 마련되어 있다. 냉매실(14g)은, 예를 들면 축선(Z)을 중심으로 연장되도록 형성되어 있다. 이 냉매실(14g)에는, 칠러 유닛으로부터의 냉매가 배관(70)을 통하여 공급된다. 냉매실(14g)에 공급된 냉매는, 배관(72)을 통하여 칠러 유닛으로 되돌아간다. 이 냉매의 온도가 칠러 유닛에 의하여 제어됨으로써, 정전 척(14c)의 온도, 나아가서는 피가공물(WP)의 온도가 제어된다.
또, 스테이지(14)에는, 가스 공급 라인(74)이 형성되어 있다. 이 가스 공급 라인(74)은, 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(14c)의 상면과 피가공물(WP)의 이면의 사이에 공급하기 위하여 마련되어 있다.
마이크로파 출력 장치(16)는, 챔버 본체(12) 내에 공급되는 처리 가스를 여기시키기 위한 마이크로파를 출력한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 주파수, 파워, 및 대역폭을 가변으로 조정하도록 구성되어 있다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파를, 설정 주파수 범위에서 주파수 변조시키면서 발생시킬 수 있다. 주파수 변조란, 시간에 따라 주파수를 변경시키는 것이다. 주파수 변조된 마이크로파에 대해서는 후술한다. 일례에 있어서, 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 파워를 0W~5000W의 범위 내에서 조정할 수 있고, 마이크로파의 주파수를 2400MHz~2500MHz의 범위 내에서 조정할 수 있으며, 마이크로파의 대역폭을 0MHz~100MHz의 범위에서 조정할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 도파관(21), 튜너(26), 모드 변환기(27), 및 동축 도파관(28)을 더 구비하고 있다. 마이크로파 출력 장치(16)의 출력부는 도파관(21)의 일단에 접속되어 있다. 도파관(21)의 타단은 모드 변환기(27)에 접속되어 있다. 즉, 도파관(21)은, 마이크로파 출력 장치(16)에 의하여 출력된 마이크로파를, 후술하는 챔버 본체(12)의 안테나(18)로 유도하는 관로로서 구성되어 있다. 도파관(21)은, 예를 들면 직사각형 도파관이다. 도파관(21)에는 튜너(26)가 마련되어 있다. 튜너(26)는, 일례로서, 가동판(26a) 및 가동판(26b)을 갖고 있다. 가동판(26a) 및 가동판(26b) 각각은, 도파관(21)의 내부 공간에 대한 그 돌출량을 조정 가능하도록 구성되어 있다. 튜너(26)는, 기준 위치에 대한 가동판(26a) 및 가동판(26b) 각각의 돌출 위치를 조정함으로써, 마이크로파 출력 장치(16)의 임피던스(마이크로파 출력부측의 임피던스)와 부하를 정합시킨다. 예를 들면, 튜너(26)는, 마이크로파 출력 장치(16)의 임피던스와 챔버 본체(12)의 임피던스(안테나측의 임피던스)를 정합하도록 가동판의 위치를 조정한다.
모드 변환기(27)는, 도파관(21)으로부터의 마이크로파의 모드를 변환하여, 모드 변환 후의 마이크로파를 동축 도파관(28)에 공급한다. 동축 도파관(28)은 외측 도체(28a) 및 내측 도체(28b)를 포함하고 있다. 외측 도체(28a)는, 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 그 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치하고 있다. 내측 도체(28b)는, 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 외측 도체(28a)의 내측에서 연장되어 있다. 내측 도체(28b)의 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치하고 있다. 이 동축 도파관(28)은, 모드 변환기(27)로부터의 마이크로파를 안테나(18)에 전송한다.
안테나(18)는 유전체창(20)의 하면(20a)의 반대측의 면(20b) 상에 마련되어 있다. 안테나(18)는, 슬롯판(30), 유전체판(32), 및 냉각 재킷(34)을 포함하고 있다.
슬롯판(30)은 유전체창(20)의 면(20b) 상에 마련되어 있다. 이 슬롯판(30)은, 도전성을 갖는 금속으로 형성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 슬롯판(30)의 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치하고 있다. 슬롯판(30)에는 복수의 슬롯 구멍(30a)이 형성되어 있다. 복수의 슬롯 구멍(30a)은, 일례에 있어서는, 복수의 슬롯쌍을 구성하고 있다. 복수의 슬롯쌍 각각은, 서로 교차하는 방향으로 연장하는 대략 긴 구멍 형상의 2개의 슬롯 구멍(30a)을 포함하고 있다. 복수의 슬롯쌍은, 축선(Z)을 중심으로 한 1 이상의 동심원을 따라 배열되어 있다. 또, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 통과 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다.
유전체판(32)은 슬롯판(30) 상에 마련되어 있다. 유전체판(32)은, 석영과 같은 유전체 재료로 형성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 이 유전체판(32)의 중심 축선은 축선(Z)과 대략 일치하고 있다. 냉각 재킷(34)은 유전체판(32) 상에 마련되어 있다. 유전체판(32)은 냉각 재킷(34)과 슬롯판(30)의 사이에 마련되어 있다.
냉각 재킷(34)의 표면은 도전성을 갖는다. 냉각 재킷(34)의 내부에는 유로(34a)가 형성되어 있다. 이 유로(34a)에는 냉매가 공급되도록 되어 있다. 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속되어 있다. 또, 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 유전체판(32)의 중앙 부분에 형성된 구멍을 통과하여, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 유전체판(32) 내를 전반하여, 슬롯판(30)의 복수의 슬롯 구멍(30a)으로부터 유전체창(20)에 공급된다. 유전체창(20)에 공급된 마이크로파는 처리 공간(S)에 도입된다.
동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 내측 구멍에는, 도관(36)이 통과하고 있다. 또, 상술한 바와 같이, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 도관(36)이 통과 가능한 관통 구멍(30d)이 형성되어 있다. 도관(36)은, 내측 도체(28b)의 내측 구멍을 통과하여 연장되어 있으며, 가스 공급계(38)에 접속되어 있다.
가스 공급계(38)는, 피가공물(WP)을 처리하기 위한 처리 가스를 도관(36)에 공급한다. 가스 공급계(38)는, 가스원(38a), 밸브(38b), 및 유량 제어기(38c)를 포함할 수 있다. 가스원(38a)은 처리 가스의 가스원이다. 밸브(38b)는, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(38c)는, 예를 들면 매스 플로 컨트롤러이며, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
플라즈마 처리 장치(1)는 인젝터(41)를 더 구비할 수 있다. 인젝터(41)는, 도관(36)으로부터의 가스를 유전체창(20)에 형성된 관통 구멍(20h)에 공급한다. 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)에 공급된 가스는 처리 공간(S)에 공급된다. 그리고, 유전체창(20)으로부터 처리 공간(S)에 도입되는 마이크로파에 의하여, 당해 처리 가스가 여기된다. 이로써, 처리 공간(S) 내에서 플라즈마가 생성되고, 당해 플라즈마로부터의 이온 및/또는 라디칼과 같은 활성종에 의하여, 피가공물(WP)이 처리된다.
플라즈마 처리 장치(1)는 제어기(100)를 더 구비하고 있다. 제어기(100)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 통괄 제어한다. 제어기(100)는, CPU와 같은 프로세서, 유저 인터페이스, 및 기억부를 구비할 수 있다.
프로세서는, 기억부에 기억된 프로그램 및 프로세스 레시피를 실행함으로써, 마이크로파 출력 장치(16), 스테이지(14), 가스 공급계(38), 배기 장치(56) 등의 각 부를 통괄 제어한다.
유저 인터페이스는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드 또는 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황 등을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 포함하고 있다.
기억부에는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서의 제어에 의하여 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어), 및 처리 조건 데이터 등을 포함하는 프로세스 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세서는, 유저 인터페이스로부터의 지시 등, 필요에 따라서, 각종 제어 프로그램을 기억부로부터 호출하여 실행한다. 이와 같은 프로세서의 제어하에서, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 원하는 처리가 실행된다.
[마이크로파 출력 장치(16), 튜너(26) 및 복조부(29)의 구성예]
이하, 마이크로파 출력 장치(16), 튜너(26) 및 복조부(29)의 상세를 설명한다. 도 2는 마이크로파 출력 장치(16), 튜너(26) 및 복조부(29)의 일례를 나타내는 도이다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파 발생부(16a), 도파관(16b), 서큘레이터(16c), 도파관(16d), 도파관(16e), 제1 방향성 결합기(16f), 제1 측정부(16g), 제2 방향성 결합기(16h), 제2 측정부(16i), 및 더미 로드(16j)를 갖고 있다.
마이크로파 발생부(16a)는, 파형 발생부(161), 파워 제어부(162), 감쇠기(163), 증폭기(164), 증폭기(165), 및 모드 변환기(166)를 갖고 있다.
파형 발생부(161)는 마이크로파를 발생시킨다. 파형 발생부(161)는, 예를 들면 소정의 주파수의 범위 내에 있어서 소정의 속도(주사 속도)로 주파수를 변경하면서, 소정 대역폭을 갖는 마이크로파를 발생시킨다. 일례로서, 파형 발생부(161)는, 제어기(100)에 의하여 지정되는 설정 주파수 범위(예를 들면 개시 주파수 및 종료 주파수), 설정 변조 방식, 설정 대역폭, 및 설정 주사 속도에 따라, 마이크로파를 발생시킨다. 변조 방식이란, 주파수의 변조 방식이며, 예를 들면 주파수의 시간 의존성의 파형을 나타낸다. 파형의 상세는 후술한다.
도 3은 파형 발생부에 있어서의 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다. 파형 발생부(161)는, 예를 들면 고주파 발진기인 PLL(Phase Locked Loop) 발진기와, PLL 발진기에 접속된 IQ 디지털 변조기를 갖는다. 파형 발생부(161)는, PLL 발진기에 있어서 발진되는 마이크로파의 주파수를 제어기(100)로부터 지정된 설정 주파수 범위 내의 주파수로 설정한다. 그리고, 파형 발생부(161)는, PLL 발진기로부터의 마이크로파와, 당해 PLL 발진기로부터의 마이크로파와는 90°의 위상차를 갖는 마이크로파를, IQ 디지털 변조기를 이용하여 변조한다. 이로써, 파형 발생부(161)는, 설정 주파수 범위 내의 주파수의 마이크로파를 생성한다. 파형 발생부(161)는, PLL 발진기에 있어서 발진되는 마이크로파의 주파수를 제어기(100)로부터 지정된 설정 주사 속도로 변경한다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 파형 발생부(161)는, 예를 들면 개시 주파수로부터 종료 주파수까지의 N개의 파형 데이터를 주사 속도에 따라 순차 입력하고, 양자화 및 역푸리에 변환함으로써, 주파수 변조된 마이크로파를 생성하는 것이 가능하다.
일례에서는, 파형 발생부(161)는, 미리 디지털화된 부호의 열로 나타난 파형 데이터를 갖고 있다. 파형 발생부(161)는, 파형 데이터를 양자화하고, 양자화된 데이터에 대하여 역푸리에 변환을 적용함으로써, I 데이터(In-phase 데이터)와 Q 데이터(Quadrature 데이터)를 생성한다. 그리고, 파형 발생부(161)는, I 데이터 및 Q 데이터 각각에, D/A(Digital/Analog) 변환을 적용하여, 2개의 아날로그 신호를 얻는다. 파형 발생부(161)는, 이들 아날로그 신호를, 저주파 성분만을 통과시키는 LPF(로 패스 필터)에 입력한다. 파형 발생부(161)는, LPF로부터 출력된 2개의 아날로그 신호를, PLL 발진기로부터의 마이크로파, PLL 발진기로부터의 마이크로파와는 90°의 위상차를 갖는 마이크로파와 각각 믹싱한다. 그리고, 파형 발생부(161)는 믹싱에 의하여 생성된 마이크로파를 합성한다. 이로써, 파형 발생부(161)는 주파수 변조된 마이크로파를 생성한다.
파형 발생부(161)는, 상술한 IQ 변조를 이용한 파형 발생부에 한정되는 것은 아니며, DDS(Direct Digital Synthesizer) 및 VCO(Voltage Controlled Ocillator)를 이용한 파형 발생부여도 된다.
파형 발생부(161)는 반복 주기의 파형을 갖는 파형 데이터를 입력한다. 도 4는 파형 발생부(161)에 입력되는 파형 데이터의 일례이다. 도 4에 나타나는 데이터는, 가로축이 시간, 세로축이 주파수의 파형 데이터이며, (A) 삼각파, (B) 정현파, (C) 톱니파 등의 형상을 갖는다. 파형 데이터는, 시간 t1부터 시간 t2까지를 1주기로 하는 반복 주기를 갖는다. 파형 데이터의 형상은, 제어기(100)에 의하여 변조 방식으로서 지정된다. 예를 들면, 제어기(100)에 의하여 삼각파의 변조 방식이 지정된 경우, 파형 발생부(161)는, (A)에 나타나는 삼각파의 파형 데이터를 이용하여 마이크로파를 발생시킨다.
도 5는 주파수 변조된 마이크로파를 설명하는 도이다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 주파수 변조된 마이크로파에 있어서는, 소정 파워의 단파형이, 시간(스캔 속도)에 따라 주파수 변경되어 있다.
도 2로 되돌아가, 파형 발생부(161)의 출력은 감쇠기(163)에 접속되어 있다. 감쇠기(163)에는 파워 제어부(162)가 접속되어 있다. 파워 제어부(162)는, 예를 들면 프로세서일 수 있다. 파워 제어부(162)는, 제어기(100)로부터 지정된 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파가 마이크로파 출력 장치(16)로부터 출력되도록, 감쇠기(163)에 있어서의 마이크로파의 감쇠율을 제어한다. 감쇠기(163)의 출력은, 증폭기(164) 및 증폭기(165)를 통하여 모드 변환기(166)에 접속되어 있다. 증폭기(164) 및 증폭기(165)는, 마이크로파를 각각 소정의 증폭률로 증폭하도록 되어 있다. 모드 변환기(166)는, 증폭기(165)로부터 출력되는 마이크로파의 모드를 변환하도록 되어 있다. 이 모드 변환기(166)에 있어서의 모드 변환에 의하여 생성된 마이크로파는, 마이크로파 발생부(16a)의 출력 마이크로파로서 출력된다.
마이크로파 발생부(16a)의 출력은 도파관(16b)의 일단에 접속되어 있다. 도파관(16b)의 타단은 서큘레이터(16c)의 제1 포트(261)에 접속되어 있다. 서큘레이터(16c)는, 제1 포트(261), 제2 포트(262), 및 제3 포트(263)를 갖고 있다. 서큘레이터(16c)는, 제1 포트(261)에 입력된 마이크로파를 제2 포트(262)로부터 출력하고, 제2 포트(262)에 입력한 마이크로파를 제3 포트(263)로부터 출력하도록 구성되어 있다. 서큘레이터(16c)의 제2 포트(262)에는 도파관(16d)의 일단이 접속되어 있다. 도파관(16d)의 타단은 마이크로파 출력 장치(16)의 출력부(16t)이다.
서큘레이터(16c)의 제3 포트(263)에는 도파관(16e)의 일단이 접속되어 있다. 도파관(16e)의 타단은 더미 로드(16j)에 접속되어 있다. 더미 로드(16j)는, 도파관(16e)을 전반하는 마이크로파를 받아, 당해 마이크로파를 흡수하도록 되어 있다. 더미 로드(16j)는, 예를 들면 마이크로파를 열로 변환한다.
제1 방향성 결합기(16f)는, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되어, 출력부(16t)에 전반하는 마이크로파(즉, 진행파)의 일부를 분기시켜, 당해 진행파의 일부를 출력하도록 구성되어 있다. 제1 측정부(16g)는, 제1 방향성 결합기(16f)로부터 출력된 진행파의 일부에 근거하여, 출력부(16t)에 있어서의 진행파의 파워를 나타내는 제1 측정값을 결정한다.
제2 방향성 결합기(16h)는, 출력부(16t)로 되돌아 간 마이크로파(즉, 반사파)의 일부를 분기시켜, 당해 반사파의 일부를 출력하도록 구성되어 있다. 제2 측정부(16i)는, 제2 방향성 결합기(16h)로부터 출력된 반사파의 일부에 근거하여, 출력부(16t)에 있어서의 반사파의 파워를 나타내는 제2 측정값을 결정한다.
제1 측정부(16g) 및 제2 측정부(16i)는 파워 제어부(162)에 접속되어 있다. 제1 측정부(16g)는 제1 측정값을 파워 제어부(162)에 출력하고, 제2 측정부(16i)는 제2 측정값을 파워 제어부(162)에 출력한다. 파워 제어부(162)는, 제1 측정값과 제2 측정값의 차, 즉, 로드 파워가, 제어기(100)에 의하여 지정되는 설정 파워와 일치하도록, 감쇠기(163)를 제어하고, 필요에 따라서 파형 발생부(161)를 제어한다.
제1 방향성 결합기(16f)는 도파관(16b)의 일단과 타단의 사이에 마련되어 있다. 제2 방향성 결합기(16h)는 도파관(16e)의 일단과 타단의 사이에 마련되어 있다. 또한, 제1 방향성 결합기(16f)가 도파관(16d)의 일단과 타단의 사이에 마련되어 있어도 되고, 제1 방향성 결합기(16f) 및 제2 방향성 결합기(16h)의 쌍방이 도파관(16d)의 일단과 타단의 사이에 마련되어 있어도 된다.
튜너(26)는 도파관(21)에 마련된다. 튜너(26)는, 제어기(100)의 신호에 근거하여, 마이크로파 출력 장치(16)측의 임피던스와 안테나(18)측의 임피던스를 정합하도록 가동판의 돌출 위치를 조정한다. 튜너(26)는, 도시하지 않은 드라이버 회로 및 액추에이터에 의하여, 가동판을 동작시킨다. 또한, 가동판의 돌출 위치의 조정은 스터브 구조로 실현해도 된다.
복조부(29)는, 예를 들면 도파관(21)에 있어서의 튜너(26)와 안테나(18)의 사이에 마련된다. 복조부(29)는, 도파관(21) 내를 진행하는 진행파의 파워인 진행파 파워, 및 안테나(18)측으로부터의 반사파의 파워인 반사파 파워를 주파수마다 취득한다. 또한, 복조부(29)는, 도파관(21)에 있어서의 서큘레이터(16c)(제2 포트(262))와 튜너(26)의 사이에 마련되어도 된다.
복조부(29)는 방향성 결합기(29a) 및 복조 제어부(29b)를 갖는다. 방향성 결합기(29a)는 4개의 포트를 갖는 쌍방향성 결합기이다. 방향성 결합기(29a)는, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되어, 도파관(21) 내에 전반하는 마이크로파(즉, 진행파)의 일부를 분기시켜, 당해 진행파의 일부를 출력하도록 구성되어 있다. 마찬가지로, 방향성 결합기(29a)는, 모드 변환기(27)로부터 되돌아오는 마이크로파(즉, 반사파)의 일부를 분기시켜, 당해 반사파의 일부를 출력하도록 구성되어 있다.
복조 제어부(29b)는 프로세서 및 메모리를 갖는 연산기이다. 복조 제어부(29b)는, 방향성 결합기(29a)로부터 출력된 진행파의 일부에 근거하여, 방향성 결합기(29a)에 있어서의 진행파 파워 Pf를 측정한다. 마찬가지로, 복조 제어부(29b)는, 방향성 결합기(29a)로부터 출력된 반사파의 일부에 근거하여, 방향성 결합기(29a)에 있어서의 반사파 파워 Pr을 측정한다.
이하에서는, 복조 제어부(29b)에 대하여, 2개의 구성예를 개시한다.
[제1예의 복조 제어부(29b)]
도 6은 제1예의 복조 제어부(29b)의 구성도이다. 제1예의 복조 제어부(29b)는 IQ 복조를 행한다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 제1예의 복조 제어부(29b)는, 감쇠기(301), RF 스위치(302), 밴드 패스 필터(303), 믹서(304), PLL 발진기(305), 주파수 시프터(306), 믹서(307), 로 패스 필터(308, 309), A/D 변환기(310, 311), 믹서(312)(FFT(Fast Fourier Transform)용) 및 믹서(313)(패럴렐-시리얼 변환용)를 갖고 있다.
감쇠기(301), RF 스위치(302), 밴드 패스 필터(303), 믹서(304), PLL 발진기(305), 주파수 시프터(306), 믹서(307), 로 패스 필터(308, 309), A/D 변환기(310, 311), 믹서(312, 313)는, 제1 스펙트럼 해석부를 구성하고 있다. 제1 스펙트럼 해석부는, 상술한 진행파 파워 또는 반사파 파워에 각각 상당하는 디지털값 Pf(f), Pr(f)를 산출한다.
감쇠기(301)의 입력에는, 방향성 결합기(29a)로부터 출력된 진행파의 일부 또는 반사파의 일부가 입력된다. 감쇠기(301)에 의하여 감쇠된 아날로그 신호는, RF 스위치(302) 및 밴드 패스 필터(303)에 의하여 소정의 신호로 필터링된다. 필터링된 신호는, PLL 발진기(305)로부터의 마이크로파와, 주파수 시프터(306)에 의하여 90°의 위상차가 부여된 마이크로파를 이용하여 믹서(304, 307)에 의하여 믹싱되어, I 신호 및 Q 신호로 변조된다. I 신호 및 Q 신호는, 각각 로 패스 필터(308, 309)로 필터링되어, A/D 변환기(310, 311)에 의하여 디지털 신호로 각각 변경된다. 디지털 변환된 I 신호 및 Q 신호는, 믹서(312)에 있어서 이산 고속 푸리에 변환이 행해지고, 믹서(313)에 있어서 패럴렐-시리얼 변환된 디지털값 Pf(f), Pr(f)가 출력된다. 디지털값 Pf(f), Pr(f)는, 주파수 f와 대응지어진 진행파 파워 Pf 또는 반사파 파워 Pr을 나타내고 있다. 주파수와 대응지어진 진행파 파워 또는 반사파 파워는, 제어기(100)에 출력된다.
[제2예의 복조 제어부(29b)]
도 7은, 제2예의 복조 제어부(29b)의 구성도이다. 제2예의 복조 제어부(29b)는, 슈퍼헤테로다인 방식으로 복조를 행한다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 제2예의 복조 제어부(29b)는, 감쇠기(321), 로 패스 필터(322), 믹서(323), 국부 발진기(324), 주파수 소인(掃引) 컨트롤러(325), IF 앰프(326)(중간 주파수 증폭기), IF 필터(327)(중간 주파수 필터), 로그 앰프(328), 다이오드(329), 커패시터(330), 버퍼 앰프(331), A/D 변환기(332), 및 제2 처리부(333)를 갖고 있다.
감쇠기(321), 로 패스 필터(322), 믹서(323), 국부 발진기(324), 주파수 소인 컨트롤러(325), IF 앰프(326), IF 필터(327), 로그 앰프(328), 다이오드(329), 커패시터(330), 버퍼 앰프(331), 및 A/D 변환기(332)는, 제2 스펙트럼 해석부를 구성하고 있다. 제2 스펙트럼 해석부는, 상술한 진행파 파워 또는 반사파 파워에 각각 상당하는 디지털값 Pf(f), Pr(f)를 산출한다.
감쇠기(321)의 입력에는, 방향성 결합기(29a)로부터 출력된 진행파의 일부 또는 반사파의 일부가 입력된다. 감쇠기(321)에 의하여 감쇠된 아날로그 신호는, 로 패스 필터(322)에 있어서 필터링된다. 로 패스 필터(322)에 있어서 필터링된 신호는, 믹서(323)에 입력된다. 한편, 국부 발진기(324)는, 감쇠기(321)에 입력되는 진행파의 일부 또는 반사파의 일부의 대역 내에 있어서의 주파수 성분을 소정의 주파수의 신호로 변환하기 위하여, 주파수 소인 컨트롤러(325)에 의한 제어하에서, 발신하는 신호의 주파수를 변경한다. 믹서(323)는, 로 패스 필터(322)로부터의 신호와 국부 발진기(324)로부터의 신호를 믹싱함으로써, 소정의 주파수의 신호를 생성한다.
믹서(323)로부터의 신호는 IF 앰프(326)에 의하여 증폭되고, IF 앰프(326)에 의하여 증폭된 신호는 IF 필터(327)에 있어서 필터링된다. IF 필터(327)에 있어서 필터링된 신호는, 로그 앰프(328)에 있어서 증폭된다. 로그 앰프(328)에 있어서 증폭된 신호는, 다이오드(329)에 의한 정류, 커패시터(330)에 의한 평활화, 및 버퍼 앰프(331)에 의한 증폭에 의하여, 아날로그 신호(전압 신호)로 변경된다. 그리고, 버퍼 앰프(331)로부터의 아날로그 신호가 A/D 변환기(332)에 의하여 디지털값 Pf(f) 또는 디지털값 Pr(f)로 변경된다. 이들 디지털값은 진행파 파워 또는 반사파 파워를 나타내고 있다. 제2 스펙트럼 해석부에서 산출된 디지털값은 제2 처리부(333)에 입력된다.
제2 처리부(333)는 CPU와 같은 프로세서로 구성되어 있다. 제2 처리부(333)에는 기억 장치(334)가 접속되어 있다. 일례에 있어서, 기억 장치(334)에는, 주파수에 관련지어 미리 설정된 제2 보정 계수가 기억되어 있다. 복수의 제2 보정 계수는, 디지털값 Pf(f) 또는 디지털값 Pr(f)를, 진행파 파워 또는 반사파 파워로 보정하기 위한 계수이다. 제2 처리부(333)는, 주파수와 대응지어진 진행파 파워 또는 반사파 파워를 제어기(100)에 출력한다.
또한, 후술하는 바와 같이, 흡수 주파수를 반사파 파워의 최솟값으로부터 산출하는 경우에는, 복조부(29)는 반사파 파워만을 취득하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 방향성 결합기(29a)는, 제2 방향성 결합기(16h)와 같이 반사파만을 분기시키는 단일 방향성 결합기이며, 복조 제어부(29b)는 반사파 파워 Pr만을 측정한다.
[진행파 파워 및 반사파 파워]
이하에서는, 파형 발생부(161)로부터 출력된 진행파의 파워, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력된 진행파의 파워, 및 복조부(29)에 있어서 측정된 진행파 파워 및 반사파 파워의 관계성에 대하여 설명한다.
도 8은, 각 구성 요소에 있어서의 진행파 파워 및 반사파 파워의 일례이다. 도 8에 있어서, 각 그래프의 가로축은 주파수, 세로축은 파워이다. (A)의 그래프는, 파형 발생부(161)에 의하여 출력된 진행파(증폭 전)의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타낸다. (A)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 파형 발생부(161)로부터 출력된 진행파의 진행파 파워 Pfa는 일정값이며, 개시 주파수 f0부터 종료 주파수 f1까지의 주파수 범위에 있어서 도면 중 화살표로 나타내는 바와 같이 주파수 변조된다. 또한, (A)의 그래프는, 스위프 평균으로 얻어진 그래프이다. 스위프 평균이란, 정현파의 신호를 이용하여 주파수를 순차 변경하여 스펙트럼을 얻는 수법이다.
(B)의 그래프는, 마이크로파 발생부(16a)에 의하여 출력된 진행파(증폭 후)의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타낸다. (B)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력된 진행파의 진행파 파워 Pfb는, 증폭기(164) 및 증폭기(165) 등에 의하여, 파형 발생부(161)로부터 출력된 진행파의 진행파 파워 Pfa보다 증폭된다. 또한, (B)의 그래프는, 스위프 평균으로 얻어진 그래프이다. (C)의 그래프는, (B)의 그래프와 마찬가지로, 마이크로파 발생부(16a)에 의하여 출력된 진행파(증폭 후)의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타내고, 맥스 홀드 기능을 이용하여 얻어진 그래프이다. 맥스 홀드 기능이란, 최댓값을 보존하여 플롯하는 기능이다. (C)에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력된 진행파의 진행파 파워 Pfc의 파형을 얻을 수 있다.
(D)의 그래프는, 복조부(29)에 의하여 얻어진 진행파의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타내고, 스위프 평균으로 얻어진 진행파 파워 Pfd의 그래프이며, (E)의 그래프는, 복조부(29)에 의하여 얻어진 진행파의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타내고, 맥스 홀드 기능을 이용하여 얻어진 진행파 파워 Pfe의 그래프이다.
(F)의 그래프는, 복조부(29)에 의하여 얻어진 반사파의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타내고, 스위프 평균으로 얻어진 반사파 파워 Pra의 그래프이며, (G)의 그래프는, 복조부(29)에 의하여 얻어진 반사파의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타내고, 맥스 홀드 기능을 이용하여 얻어진 반사파 파워 Prb의 그래프이다.
(C)의 그래프로 나타난 파형과 (E)의 그래프로 나타난 파형을 비교하면, 마이크로파 발생부(16a)에 의하여 출력된 진행파는, 복조부(29)에 손실 없이 도달한 것을 알 수 있다. 또, (E)의 그래프로 나타난 파형과 (G)의 그래프로 나타난 파형을 비교하면, 마이크로파의 반사의 정도를 이해할 수 있다.
[복조부(29)에 있어서의 취득 파형]
복조부(29)에서 취득되는 파형의 상세를 설명한다. 도 9는, 복조부(29)에서 취득된 진행파 파워의 일례이다. 도 9에 있어서, 각 그래프의 가로축은 주파수, 세로축은 파워이다. 도 9의 (A)의 복수의 그래프에 나타나는 바와 같이, 주파수 2400MHz~2500MHz의 주파수 범위에 있어서, 주파수마다 진행파 파워 Pf(n)(n은 자연수)이 취득된다. (A)에 나타나는 바와 같이, Pf(1)~Pf(n)까지의 n개의 파워 스펙트럼이 주파수를 변경하여 순차 취득된다. (B)의 그래프는, Pf(1)~Pf(n)까지의 n개의 파워 스펙트럼을 머지한 것이다. (C)의 그래프는, Pf(1)~Pf(n)까지의 n개의 파워 스펙트럼을, 맥스 홀드 기능을 이용하여 플롯한 것이다. 이와 같이, 복조부(29)는 주파수와 진행파 파워 Pf를 관련지어 검출한다.
도 10은 복조부(29)에서 취득된 반사파 파워의 일례이다. 도 10에 있어서, 각 그래프의 가로축은 주파수, 세로축은 파워이다. 도 10의 (A)의 복수의 그래프에 나타나는 바와 같이, 주파수 2400MHz~2500MHz의 주파수 범위에 있어서, 주파수마다 반사파 파워 Pr(n)(n은 자연수)이 취득된다. Pr(1)~Pr(n)까지의 n개의 파워 스펙트럼이 주파수를 변경하여 순차 취득된다. (B)의 그래프는, Pr(1)~Pr(n)까지의 n개의 파워 스펙트럼을 머지한 것이다. (C)의 그래프는, Pr(1)~Pr(n)까지의 n개의 파워 스펙트럼을, 맥스 홀드 기능을 이용하여 플롯한 것이다. 이와 같이, 복조부(29)는, 주파수와 반사파 파워 Pr을 관련지어 검출한다.
[진행파 파워 및 반사파 파워의 교정]
도 9, 도 10에서 얻어진 파형은, 복조부(29)를 마련하는 것에 의한 영향을 받고 있다. 구체적으로는, 파워의 파형은, 복조부(29)의 방향성 결합기(29a)를 배치한 것에 의한 영향과, 복조 제어부(29b)의 복조 회로의 주파수 특성의 영향을 받는다. 도 11은 복조부(29)를 마련하는 것에 의한 진행파 파워 및 반사파 파워에 주는 영향을 설명하는 도이다. 도 11에 있어서, 각 그래프의 가로축은 주파수, 세로축은 파워이다. 또, 진행파의 설정 파워는 일정값(여기에서는 1500W)으로 하고 있다. (A)의 그래프는, 파형 발생부(161)에 의하여 출력된 진행파(증폭 전)의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타낸다. (B), (C)의 그래프는, 복조부(29)에 의하여 얻어진 진행파의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타내고, (B)의 그래프에서는 파워를 데시벨 단위로 나타내고 있으며, (C)의 그래프에서는 파워를 와트 단위로 나타내고 있다. (D), (E)의 그래프는, 복조부(29)에 의하여 얻어진 반사파의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타내고, (D)의 그래프에서는 파워를 데시벨 단위로 나타내고 있으며, (E)의 그래프에서는 파워를 와트 단위로 나타내고 있다.
진행파 파워는, 설정 파워가 일정한 경우, 주파수에 의존하지 않고 평탄한 것이 요구되며, 일반적으로 와트 환산으로 ±1W 정도의 정밀도가 요구된다. (A)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 파형 발생부(161)에 의하여 출력된 진행파의 진행파 파워 Pf는, 대략 2.0dBm이며, 대략 일정하다. (B)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 복조부(29)에서 측정된 진행파 파워 Pf는, 다소의 변동이 존재하고 있다. (C)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 진행파 파워 Pf를 와트 환산한 경우에는, 설정 파워 1500W에 대하여 1300W~1700W의 범위에서 변동하고 있는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, (D)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 복조부(29)에서 측정된 반사파 파워 Pr은, 다소의 변동이 존재하고 있다. (E)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 반사파 파워 Pr을 와트 환산한 경우에는, 설정 파워 1500W에 대하여 1300W~1700W의 범위에서 변동하고 있는 것을 알 수 있다.
도 12는 진행파 파워 및 반사파 파워 각각의 파워 비율 및 보정 계수를 나타내는 그래프이다. (A)의 그래프는, 가로축이 주파수, 세로축이 파워 비율이다. 파워 비율은, 도 11에 있어서의 (C)의 그래프를, 파워가 1500W일 때에 100%가 되도록 규격화한 것이다. (A)의 그래프에서는, 진행파 파워의 파워 비율 Pfr(f)를 파선(破線)으로 나타내고, 반사파 파워의 파워 비율 Prr(f)를 실선으로 나타내고 있다. (B)의 그래프는, 가로축이 주파수, 세로축이 보정 계수이다. 보정 계수는, (A)로 나타내는 파워 비율에 적산함으로써 100%가 되는 계수이다. (B)의 그래프에서는, 진행파 파워의 파워 비율 Pfr(f)의 보정 계수 kf(f)를 파선으로 나타내고, 반사파 파워의 파워 비율 Prr(f)의 보정 계수 kr(f)를 실선으로 나타내고 있다. 보정 계수 kf(f)는 파워 비율 Pfr(f)의 역수이다. 마찬가지로, 보정 계수 kr(f)는 파워 비율 Prr(f)의 역수이다. 이와 같이, 보정 계수 kf(f), kr(f)를 이용함으로써, 진행파 파워 및 반사파 파워의 교정을 행할 수 있다.
도 13은 보정 계수의 취득 처리의 플로차트이다. 도 13에 나타나는 플로차트는, 제어기(100)에 의하여 실행되고, 예를 들면 장치 관리자의 개시 조작에 따라 처리가 개시된다. 또, 플로차트는, 진행파 및 반사파의 각각에 대하여 실행된다. 이하에서는, 진행파의 진행파 파워의 보정 계수를 산출하는 예를 설명한다.
도 13에 나타나는 바와 같이, 제어기(100)는, 설정 정보 취득 처리(S10)로서, 진행파 파워 Pf의 파형 및 주파수를 취득한다. 제어기(100)는, 예를 들면 장치 관리자로부터 유저 인터페이스를 통하여 파형 및 주파수를 취득한다.
다음으로, 제어기(100)는, 설정 처리(S12)로서, 변조 방식, 주파수 범위 및 파워를 설정한다. 제어기(100)는, 설정 정보 취득 처리(S10)에서 취득된 파형 및 주파수로부터 변조 방식 및 주파수 범위를 결정하고, 결정된 변조 방식 및 주파수 범위를 파형 발생부(161)에 출력한다. 제어기(100)는 소정의 파워를 파워 제어부(162)에 출력한다.
다음으로, 제어기(100)는, 튜너 포지션 설정 처리(S14)로서, 튜너(26)를 동작시킨다. 제어기(100)는, 임피던스가 정합하는 위치에 튜너(26)의 가동판(26a) 및 가동판(26b)을 이동시킨다.
다음으로, 제어기(100)는, 모드 설정 처리(S16)로서, 진행파의 보정 계수를 취득하는 모드로 설정한다. 제어기(100)는, 복조부(29)에 대하여 진행파를 취득하도록 지령을 출력한다. 다음으로, 제어기(100)는, 마이크로파의 발생 처리(S18)로서, 마이크로파 발생부(16a)에 마이크로파를 출력시킨다.
마이크로파가 출력되면, 복조부(29)는, 측정 처리(S20)로서, 진행파 파워 Pf의 주파수 의존성을 취득한다. 복조부(29)는, 예를 들면 도 11의 (C)의 그래프를 취득한다.
다음으로, 제어기(100)는, 보정 계수 취득 처리(S22)로서, 측정 처리(S20)에서 얻어진 진행파 파워 Pf의 주파수 의존성에 근거하여, 보정 계수 kf(f)를 취득한다. 제어기(100)는, 예를 들면 도 12의 (A)의 그래프에 나타나는 바와 같이, 측정 처리(S20)에서 얻어진 진행파 파워 Pf를 설정 파워로 규격화함으로써 파워 비율로 변환하여, 주파수 의존성이 있는 파워 비율 Pfr(f)를 얻는다. 그리고, 제어기(100)는, 파워 비율 Pfr(f)의 역수를 보정 계수 kf(f)로 한다. 이상으로 도 13에 나타난 보정 계수의 취득 처리를 종료한다.
반사파의 반사파 파워 Pr의 보정 계수 kr(f)를 취득하는 처리는, 진행파의 진행파 파워 Pf의 보정 계수 kf(f)를 취득하는 예와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
제어기(100)는, 얻어진 보정 계수 kf(f), kr(f)를 이용하여, 진행파 파워 Pf 및 반사파 파워 Pr을 보정한다(교정 처리). 이하에서는 일례로서, 반사파 파워 Pr의 교정 처리에 대하여 설명한다. 도 14는, 진행파 파워에 대한 보정 전후의 반사파 파워의 일례이다. (A)의 그래프는, 가로축은 주파수, 세로축은 파워이며, 마이크로파 발생부(16a)에 의하여 출력된 진행파(증폭 후)의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타낸다(설정 파워는 1500W). 이때 얻어지는 반사파 파워의 그래프가 (B)이다. (B)의 그래프는, 가로축은 주파수, 세로축은 파워이며, 복조부(29)에 의하여 얻어진 반사파의 파워 스펙트럼의 주파수 의존성을 나타낸다.
제어기(100)는, (B)의 그래프에 나타난 반사파 파워에 대하여 도 13의 보정 계수의 취득 처리에서 얻어진 보정 계수 kr(f)를 적산한다. 이로써, (C)의 그래프로 나타나는 바와 같이, 보정 반사파 파워 Pr(보정 Pr)을 얻을 수 있다. 보정 반사파 파워 Pr을 이용함으로써, 보정 전의 반사파 파워 Pr을 이용하는 경우와 비교하여, 흡수 주파수 FP를 보다 정확하게 산출할 수 있다. 흡수 주파수 FP란, 반사파 파워가 최솟값(극솟값)이 되는 주파수이다. 또한, (D)의 그래프는, (C)의 그래프를 변환한 것이며, 가로축은 주파수, 세로축은 반사 계수이다. 반사 계수는, 전체 반사를 1로 하여 규격화한 것이다. 교정 처리를 실행함으로써, 반사 계수의 정밀도도 향상된다.
도 15 및 도 16은 반사 계수의 산출 처리의 플로차트이다. 도 15에 나타나는 플로차트는, 제어기(100)에 의하여 실행되고, 예를 들면 장치 관리자의 개시 조작에 따라 처리가 개시된다.
도 15에 나타나는 바와 같이, 제어기(100)는, 설정 처리(S30)로서, 변조 방식, 주파수 범위, 파워 및 소인 속도를 설정한다. 제어기(100)는, 예를 들면 장치 관리자 등에 의하여 미리 설정된 변조 방식 및 주파수 범위 및 소인 속도를 파형 발생부(161)에 출력한다. 제어기(100)는, 소정의 파워를 파워 제어부(162)에 출력한다.
제어기(100)는, 변조 개시 처리(S32)로서, 각 구성 요소에 변조를 개시하는 내용의 신호를 출력한다. 다음으로, 제어기(100)는, 횟수 설정 처리(S34)로서, 평균 횟수 n을 1로 설정한다. 그리고, 제어기(100)는, 주파수 설정 처리(S36)로서, 주파수 f를 개시 주파수 fsta로 설정한다. 그리고, 제어기(100)는, 파워 취득 처리(S37)로서, 각 구성 요소를 동작시켜, 진행파 파워 Pf(f) 및 반사파 파워 Pr(f)를 취득한다. 계속해서, 제어기(100)는, 보정 처리(S38)로서, 파워 취득 처리(S37)에서 취득된 진행파 파워 Pf(f) 및 반사파 파워 Pr(f)에 각각의 보정 계수를 적산한다. 그리고, 제어기(100)는, 종료 판정(S40)으로서, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인지 여부를 판정한다. 제어기(100)는, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상이 아닌 경우, 즉, 설정 주파수 범위 내인 경우에는, 증가 처리(S42)로서, 현재 주파수 f에 소정의 주파수 Δf를 가산한다. Δf는 예를 들면 0.1MHz를 이용할 수 있다. 그 후, 제어기(100)는, 파워 취득 처리(S37), 보정 처리(S38) 및 종료 판정(S40)을 실행한다. 이와 같이, 제어기(100)는, 현재 주파수가 종료 주파수 fsto를 초과할 때까지, 증가 처리(S42), 파워 취득 처리(S37) 및 보정 처리(S38)를 반복 실행한다. 즉, 제어기(100)는, 설정 주파수 범위 내의 Δf 간격의 파워를 측정한다.
제어기(100)는, 종료 판정(S40)에 있어서 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인 경우, 종료 판정(S44)으로서, 현재 평균 횟수 n이 임곗값보다 큰지 여부를 판정한다. 임곗값은 미리 설정된 값이며, 예를 들면 화이트 노이즈를 제거 가능한 횟수가 설정된다. 임곗값으로서, 예를 들면 128회를 설정할 수 있다. 제어기(100)는, 현재 평균 횟수 n이 임곗값보다 크지 않은 경우에는, 증가 처리(S46)로서, 현재 평균 횟수 n을 인크리먼트한다(1회 증가). 그 후, 제어기(100)는, 주파수 설정 처리(S36), 파워 취득 처리(S37), 보정 처리(S38), 종료 판정(S40) 및 종료 판정(S44)을 실행한다. 이와 같이, 제어기(100)는, 평균 횟수 n이 임곗값이 될 때까지, 주파수 설정 처리(S36), 파워 취득 처리(S37), 보정 처리(S38) 및 종료 판정(S40)을 반복 실행한다. 즉, 제어기(100)는, 설정 주파수 범위 내의 Δf 간격의 파워 측정을, 임곗값으로 설정된 횟수 실행한다.
제어기(100)는, 종료 판정(S44)에 있어서 현재 평균 횟수 n이 임곗값보다 큰 경우, 도 16에 나타나는 바와 같이, 주파수 설정 처리(S48)로서, 주파수 f를 개시 주파수 fsta로 설정한다. 이 처리는, 임곗값 횟수만큼 측정한 데이터를 평균화하기 위한 전처리이다. 다음으로, 제어기(100)는, 횟수 설정 처리(S50)로서, 평균 횟수 n을 1로 설정한다. 이 처리는, 임곗값 횟수만큼 측정한 데이터를 평균화하기 위한 전처리이다.
제어기(100)는, 평균화 처리(S52)로서, 임곗값 횟수만큼 측정한 데이터를 평균화한다. 평균 횟수 n 또한 주파수 f에 있어서의 진행파 파워를 Pf(n,f), 주파수 f에 있어서의 평균화된 진행파 파워를 Pfa(f), 평균 횟수 n 또한 주파수 f에 있어서의 반사파 파워를 Pr(n,f), 주파수 f에 있어서의 평균화된 반사파 파워를 Pra(f)로 했을 때, 제어기(100)는, 예를 들면 이하의 수학식을 이용하여, 평균화한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
계속해서, 제어기(100)는, 종료 판정(S54)으로서, 현재 평균 횟수 n이 임곗값보다 큰지 여부를 판정한다. 임곗값은, 종료 판정(S44)에서 이용한 임곗값과 동일한 임곗값이 이용된다. 제어기(100)는, 현재 평균 횟수 n이 임곗값보다 크지 않은 경우에는, 증가 처리(S56)로서, 현재 평균 횟수 n을 인크리먼트한다(1회 증가). 그 후, 제어기(100)는, 평균화 처리(S52) 및 종료 판정(S54)을 실행한다. 이와 같이, 제어기(100)는, 평균 횟수 n이 임곗값이 될 때까지, 평균화 처리(S52)를 반복 실행한다. 즉, 제어기(100)는, 취득된 데이터 모두를 이용하여 평균화될 때까지 처리를 반복한다.
종료 판정(S54)에 있어서 현재 평균 횟수 n이 임곗값보다 큰 경우, 소정의 주파수의 모든 데이터를 이용하여 평균화한 것을 의미한다. 이로 인하여, 제어기(100)는, 반사 계수 산출 처리(S58)로서, 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)를 산출한다. 제어기(100)는, 예를 들면 이하의 수학식을 이용하여 반사 계수 Γ(f)를 산출한다.
[수학식 2]
Figure pat00002
제어기(100)는, 종료 판정(S60)으로서, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인지 여부를 판정한다. 제어기(100)는, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상이 아닌 경우, 즉, 설정 주파수 범위 내인 경우에는, 증가 처리(S62)로서, 현재 주파수 f에 소정의 주파수 Δf를 가산한다. Δf는 예를 들면 0.1MHz를 이용할 수 있다. 그 후, 제어기(100)는, 횟수 설정 처리(S50), 평균화 처리(S52), 종료 판정(S54), 증가 처리(S56), 반사 계수 산출 처리(S58) 및 종료 판정(S60)을 실행한다. 이와 같이, 제어기(100)는, 현재 주파수가 종료 주파수 fsto를 초과할 때까지, 횟수 설정 처리(S50), 평균화 처리(S52), 종료 판정(S54), 증가 처리(S56) 및 반사 계수 산출 처리(S58)를 반복 실행한다. 즉, 제어기(100)는, 설정 주파수 범위 내의 Δf 간격의 파워를 주파수마다 각각 평균화한다.
제어기(100)는, 종료 판정(S40)에 있어서 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인 경우, 도 15, 16에 나타나는 반사 계수의 취득 처리를 종료한다.
[제어기(100)의 기능]
제어기(100)는, 반사 계수 Γ(f)가 극소점이 되는 주파수인 흡수 주파수를 산출한다. 제어기(100)는, 흡수 주파수의 변화에 근거하여 메인터넌스의 필요 여부를 판정하거나, 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수를 변경해도 된다.
도 17은 제어기(100)의 기능 블록도이다. 도 17에 나타나는 바와 같이, 제어기(100)는, 산출부(101), 통지부(102) 및 주파수 설정부(103)를 구비한다.
산출부(101)는, 진행파 파워 Pf(f) 및 반사파 파워 Pr(f)에 근거하여 산출된 주파수 f별 반사 계수 Γ(f)가 극소점이 되는 주파수 f를 흡수 주파수로서 산출한다. 혹은, 산출부(101)는, 반사파 파워 Pr(f)가 극소점이 되는 주파수를 흡수 주파수로서 산출해도 된다.
도 18은 반사 계수 Γ(f)의 극소점을 설명하는 도이다. 도면 중의 세로축은 반사 계수, 가로축은 주파수이다. 개시 주파수 fsta와 종료 주파수 fsto의 사이가, 극솟값을 구하는 주파수의 유효 범위 Xf이다. 도면 중에서는, P(2), P(4)로 나타내는 2개의 극소점이 존재한다. 극소점이 되는 주파수가 흡수 주파수이다. 극소점의 산출 처리에 대해서는 후술한다.
도 17로 되돌아가, 통지부(102)는, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분에 따른 메인터넌스 정보를 출력한다. 기준 흡수 주파수란, 흡수 주파수를 평가하기 위하여 이용되는 임곗값이며, 미리 취득된 흡수 주파수이다. 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는, 사용에 따라 천판 등이 소모되어, 흡수 주파수가 변화한다. 즉, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분이 작을수록, 현재의 장치 상태가 기준 흡수 주파수를 취득한 장치 상태에 가까운 것을 의미한다. 또, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분이 클수록, 현재의 장치 상태가 기준 흡수 주파수를 취득한 장치 상태에 가깝지 않은 것을 의미한다. 메인터넌스 정보란, 장치 상태에 관한 정보, 또는 메인터넌스의 필요 여부를 나타내는 정보를 포함한다. 장치 상태에 관한 정보란, 장치의 정상 상태 또는 이상 상태를 나타내는 정보이다. 통지부(102)는, 예를 들면 디스플레이, 스피커 등을 통하여, 영상, 화상, 음성 등에 의하여, 메인터넌스 정보를 출력한다.
기준 흡수 주파수는, 예를 들면 출하 시, 메인터넌스 후, 클리닝 후 등의 기준시에 있어서 미리 취득된다. 이 경우, 통지부(102)는, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분이 작을수록, 출하 시, 메인터넌스 후, 클리닝 후의 장치 상태가 정상적인 장치 상태에 가깝다고 판정할 수 있다. 그리고, 통지부(102)는, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분이 제1 임곗값 이상인 경우에는, 현재의 장치 상태가 정상적인 장치 상태가 아니라고 판정하여, 메인터넌스가 필요하다는 내용의 메인터넌스 정보를 출력할 수 있다. 제1 임곗값은, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분을 판정하기 위하여 미리 설정된 임곗값이다.
또한, 기준 흡수 주파수는 장치의 이상 시에 취득되어도 된다. 이 경우, 통지부(102)는, 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분이 임곗값 이하인 경우에는, 현재의 장치 상태가 정상적인 장치 상태가 아니라고 판정하여, 메인터넌스가 필요하다는 내용의 메인터넌스 정보를 출력할 수 있다.
주파수 설정부(103)는, 흡수 주파수와 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수의 차분에 따라, 프로세스 처리에 이용되는 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수를 변경한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 전원 주파수를 가변으로 조정하도록 구성되어 있다. 주파수 설정부(103)는 마이크로파 출력 장치(16)에 대하여 신호를 출력함으로써, 전원 주파수를 제어한다. 주파수 설정부(103)는, 제어기(100)의 기억부에 기억된 레시피를 참조하여, 프로세스 처리 중에 있어서의 전원 주파수를 설정한다. 예를 들면, 주파수 설정부(103)는, 흡수 주파수와 전원 주파수의 차분이 제2 임곗값 이하인 경우에는 전원 주파수를 소정의 주파수만큼 증가시키거나 또는 감소시킨다. 제2 임곗값은, 흡수 주파수와 전원 주파수의 차분을 판정하기 위하여 미리 설정된 임곗값이다. 플라즈마의 흡수 주파수가 마이크로파 출력부의 전원 주파수에 가까워진 경우, 플라즈마가 불안정해질 우려가 있다. 주파수 설정부(103)는, 흡수 주파수와 전원 주파수가 일치되는 것을 피하도록 동작함으로써, 플라즈마가 불안정해지는 것을 회피한다.
[극소점 산출 처리: 반사 계수]
도 19 및 도 20은 반사 계수의 극값 산출 처리의 플로차트이다. 도 19 및 도 20에 나타나는 플로차트는, 제어기(100)의 산출부(101)에 의하여 실행되고, 예를 들면 장치 관리자의 개시 조작에 따라 처리가 개시된다.
먼저, 산출부(101)는, 조건 설정 처리(S70)로서, 초깃값의 설정을 행한다. 산출부(101)는, 주파수 f, 흡수 주파수 FP 및 잠정 흡수 주파수 FT를, 개시 주파수 fsta로 설정한다. 또, 산출부(101)는, 반사 계수의 극값 GP 및 잠정 극값 GT를, 개시 주파수 fsta의 반사 계수 Γ(fsta)로 설정한다. 또한 산출부(101)는 n에 1을 설정한다.
다음으로, 산출부(101)는, 차분 판정 처리(S72)로서, 현재 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)와 반사 계수의 극값 GP의 차분의 절댓값이 임곗값 ΔΓa 이하인지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 3]
Figure pat00003
임곗값 ΔΓa는, 극값을 판정하기 위한 소정의 임곗값이며, 예를 들면 0.05를 이용할 수 있다.
산출부(101)는, 차분 판정 처리(S72)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)와 반사 계수의 극값 GP의 차분의 절댓값이 임곗값 ΔΓa 이하인 경우에는, 종료 판정 처리(S74)로서, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인지 여부를 판정한다. 산출부(101)는, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상이 아닌 경우, 즉, 설정 주파수 범위 내인 경우에는, 증가 처리(S76)로서, 현재 주파수 f에 소정의 주파수 Δf를 가산한다. Δf는 예를 들면 0.1MHz를 이용할 수 있다. 산출부(101)는, 증가 처리(S76) 실행 후, 차분 판정 처리(S72)를 다시 실행한다. 이와 같이, 산출부(101)는, 종료 판정(S74)을 충족시킬 때까지, 증가 처리(S76) 및 차분 판정 처리(S72)가 반복 실행된다.
한편, 산출부(101)는, 차분 판정 처리(S72)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)와 반사 계수의 극값 GP의 차분의 절댓값이 임곗값 ΔΓa 이하가 아닌 경우에는, 도 20의 감소 판정 처리(S80)로 이행된다.
산출부(101)는, 감소 판정 처리(S80)로서, 현재 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)와 반사 계수의 극값 GP의 차분이 임곗값 -ΔΓa보다 작은지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 4]
Figure pat00004
산출부(101)는, 감소 판정 처리(S80)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)와 반사 계수의 극값 GP의 차분이 임곗값 -ΔΓa보다 작은 경우에는, 잠정 극솟값 판정 처리(S82)로 이행된다.
산출부(101)는, 잠정 극솟값 판정 처리(S82)로서, 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)가 반사 계수의 잠정 극값 GT보다 작은지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 5]
Figure pat00005
산출부(101)는, 잠정 극솟값 판정 처리(S82)에 있어서 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)가 반사 계수의 잠정 극값 GT보다 작은 경우, 잠정 극솟값 기억 처리(S84)로 이행된다. 산출부(101)는, 잠정 극솟값 기억 처리(S84)로서, 반사 계수의 잠정 극값 GT를, 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)로 설정함과 함께, 흡수 주파수 FT를 현재 주파수 f로 설정한다.
산출부(101)는, 잠정 극솟값 판정 처리(S82)에 있어서 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)가 반사 계수의 잠정 극값 GT보다 작지 않은 경우, 또는 잠정 극솟값 기억 처리(S84)가 종료된 경우, 노이즈 판정 처리(S86)로서, 반사 계수의 잠정 극값 GT와 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)의 차분이 임곗값 ΔΓb보다 큰지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 6]
Figure pat00006
임곗값 ΔΓb는, 노이즈 레벨인지 여부를 판정하기 위한 소정의 임곗값이며, 예를 들면 0.02를 이용할 수 있다.
산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S86)에 있어서 반사 계수의 잠정 극값 GT와 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)의 차분이 임곗값 ΔΓb보다 큰 경우, 극솟값 기억 처리(S88)로 이행된다. 산출부(101)는, 극솟값 기억 처리(S88)로서, P(n)을 "극솟값"으로 설정함과 함께, 극값 GP(n)에 잠정 극값 GT를 설정하고, 흡수 주파수 FP(n)에 흡수 주파수 FT를 설정한다.
계속해서, 산출부(101)는, 갱신 처리(S100)로서, 극값 GP에 잠정 극값 GT를 설정하고, 흡수 주파수 FP에 흡수 주파수 FT를 설정하며, n에 n+1을 설정한다. 그 후, 산출부(101)는 도 19에 기재된 증가 처리(S76)를 실행한다. 증가 처리(S76) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
마찬가지로, 산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S86)에 있어서 반사 계수의 잠정 극값 GT와 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)의 차분이 임곗값 ΔΓb보다 크지 않은 경우, 도 19에 기재된 증가 처리(S76)를 실행한다. 증가 처리(S76) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
또, 산출부(101)는, 상승 판정 처리(S90)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)와 반사 계수의 극값 GP의 차분이 임곗값 ΔΓa보다 큰 경우에는, 잠정 극댓값 판정 처리(S92)로 이행된다.
산출부(101)는, 잠정 극댓값 판정 처리(S92)로서, 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)가 반사 계수의 잠정 극값 GT보다 큰지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 7]
Figure pat00007
산출부(101)는, 잠정 극댓값 판정 처리(S92)에 있어서 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)가 반사 계수의 잠정 극값 GT보다 큰 경우, 잠정 극댓값 기억 처리(S94)로 이행된다. 산출부(101)는, 잠정 극댓값 기억 처리(S94)로서, 반사 계수의 잠정 극값 GT를, 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)로 설정함과 함께, 흡수 주파수 FT를 현재 주파수 f로 설정한다.
산출부(101)는, 잠정 극댓값 판정 처리(S92)에 있어서 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)가 반사 계수의 잠정 극값 GT보다 크지 않은 경우, 또는 잠정 극댓값 기억 처리(S94)가 종료된 경우, 노이즈 판정 처리(S96)로서, 반사 계수의 잠정 극값 GT와 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)의 차분이 임곗값 -ΔΓb보다 큰지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 8]
Figure pat00008
임곗값 -ΔΓb는, 노이즈 레벨인지 여부를 판정하기 위한 소정의 임곗값이며, 예를 들면 -0.02를 이용할 수 있다.
산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S96)에 있어서 반사 계수의 잠정 극값 GT와 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)의 차분이 임곗값 -ΔΓb보다 큰 경우, 극댓값 기억 처리(S98)로 이행된다. 산출부(101)는, 극댓값 기억 처리(S98)로서, P(n)을 "극댓값"으로 설정함과 함께, 극값 GP(n)에 잠정 극값 GT를 설정하고, 흡수 주파수 FP(n)에 흡수 주파수 FT를 설정한다.
계속해서, 산출부(101)는, 갱신 처리(S100)로서, 극값 GP에 잠정 극값 GT를 설정하고, 흡수 주파수 FP에 흡수 주파수 FT를 설정하며, n에 n+1을 설정한다. 그 후, 산출부(101)는, 도 19에 기재된 증가 처리(S76)를 실행한다. 증가 처리(S76) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
마찬가지로, 산출부(101)는, 상승 판정 처리(S90)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사 계수 Γ(f)와 반사 계수의 극값 GP의 차분이 임곗값 ΔΓa보다 크지 않은 경우, 도 19에 기재된 증가 처리(S76)를 실행한다. 증가 처리(S76) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
마찬가지로, 산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S96)에 있어서 반사 계수의 잠정 극값 GT와 현재 주파수 f의 반사 계수 Γ(f)의 차분이 임곗값 -ΔΓb보다 크지 않은 경우, 도 19에 기재된 증가 처리(S76)를 실행한다. 증가 처리(S76) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
산출부(101)는, 도 19에 기재된 종료 판정(S74)에 있어서 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인 경우, 도 19, 20에 나타나는 극값의 취득 처리를 종료한다.
이상, 도 19, 20에 나타나는 극값의 취득 처리에 의하여, 반사 계수의 극댓값, 극솟값이 취득된다.
[극소점 산출 처리: 반사파 파워]
도 21 및 도 22는 반사파 파워의 극값 산출 처리의 플로차트이다. 도 21 및 도 22에 나타나는 플로차트는, 제어기(100)의 산출부(101)에 의하여 실행되고, 예를 들면 장치 관리자의 개시 조작에 따라 처리가 개시된다.
먼저, 산출부(101)는, 조건 설정 처리(S170)로서, 초깃값의 설정을 행한다. 산출부(101)는, 주파수 f, 흡수 주파수 FP 및 잠정 흡수 주파수 FT를, 개시 주파수 fsta로 설정한다. 또, 산출부(101)는, 반사파 파워의 극값 RP 및 잠정 극값 RT를, 개시 주파수 fsta의 반사파 파워 Pr(fsta)로 설정한다. 또한 산출부(101)는 n에 1을 설정한다.
다음으로, 산출부(101)는, 차분 판정 처리(S172)로서, 현재 주파수 f에 있어서의 반사파 파워 Pr(f)와 반사파 파워의 극값 RP의 차분의 절댓값이 임곗값 ΔPa 이하인지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 9]
Figure pat00009
임곗값 ΔPa는, 극값을 판정하기 위한 소정의 임곗값이며, 예를 들면 5dB를 이용할 수 있다.
산출부(101)는, 차분 판정 처리(S172)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사파 파워 Pr(f)와 반사파 파워의 극값 RP의 차분의 절댓값이 임곗값 ΔPa 이하인 경우에는, 종료 판정 처리(S174)로서, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인지 여부를 판정한다. 산출부(101)는, 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상이 아닌 경우, 즉, 설정 주파수 범위 내인 경우에는, 증가 처리(S176)로서, 현재 주파수 f에 소정의 주파수 Δf를 가산한다. Δf는 예를 들면 0.1MHz를 이용할 수 있다. 산출부(101)는, 증가 처리(S176) 실행 후, 차분 판정 처리(S172)를 다시 실행한다. 이와 같이, 산출부(101)는, 종료 판정(S174)을 충족시킬 때까지, 증가 처리(S176) 및 차분 판정 처리(S172)가 반복 실행된다.
한편, 산출부(101)는, 차분 판정 처리(S172)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사파 파워 Pr(f)와 반사파 파워의 극값 RP의 차분의 절댓값이 임곗값 ΔPa 이하가 아닌 경우에는, 도 22의 감소 판정 처리(S180)로 이행된다.
산출부(101)는, 감소 판정 처리(S180)로서, 현재 주파수 f에 있어서의 반사파 파워 Pr(f)와 반사파 파워의 극값 RP의 차분이 임곗값 -ΔPa보다 작은지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 10]
Figure pat00010
산출부(101)는, 감소 판정 처리(S180)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사파 파워 Pr(f)와 반사파 파워의 극값 RP의 차분이 임곗값 -ΔPa보다 작은 경우에는, 잠정 극솟값 판정 처리(S182)로 이행된다.
산출부(101)는, 잠정 극솟값 판정 처리(S182)로서, 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)가 반사파 파워의 잠정 극값 RT보다 작은지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 11]
Figure pat00011
산출부(101)는, 잠정 극솟값 판정 처리(S182)에 있어서 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)가 반사파 파워의 잠정 극값 RT보다 작은 경우, 잠정 극솟값 기억 처리(S184)로 이행된다. 산출부(101)는, 잠정 극솟값 기억 처리(S184)로서, 반사파 파워의 잠정 극값 RT를, 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)로 설정함과 함께, 흡수 주파수 FT를 현재 주파수 f로 설정한다.
산출부(101)는, 잠정 극솟값 판정 처리(S182)에 있어서 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)가 반사파 파워의 잠정 극값 RT보다 작지 않은 경우, 또는 잠정 극솟값 기억 처리(S184)가 종료된 경우, 노이즈 판정 처리(S186)로서, 반사파 파워의 잠정 극값 RT와 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)의 차분이 임곗값 ΔPb보다 큰지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 12]
Figure pat00012
임곗값 ΔPb는, 노이즈 레벨인지 여부를 판정하기 위한 소정의 임곗값이며, 예를 들면 2dB를 이용할 수 있다.
산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S186)에 있어서 반사파 파워의 잠정 극값 RT와 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)의 차분이 임곗값 ΔPb보다 큰 경우, 극솟값 기억 처리(S188)로 이행된다. 산출부(101)는, 극솟값 기억 처리(S188)로서, P(n)을 "극솟값"으로 설정함과 함께, 극값 RP(n)에 잠정 극값 RT를 설정하고, 흡수 주파수 FP(n)에 흡수 주파수 FT를 설정한다.
계속해서, 산출부(101)는, 갱신 처리(S1100)로서, 극값 RP에 잠정 극값 RT를 설정하고, 흡수 주파수 FP에 흡수 주파수 FT를 설정하며, n에 n+1을 설정한다. 그 후, 산출부(101)는 도 21에 기재된 증가 처리(S176)를 실행한다. 증가 처리(S176) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
마찬가지로, 산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S186)에 있어서 반사파 파워의 잠정 극값 RT와 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)의 차분이 임곗값 ΔPb보다 크지 않은 경우, 도 21에 기재된 증가 처리(S176)를 실행한다. 증가 처리(S176) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
또, 산출부(101)는, 상승 판정 처리(S190)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사파 파워 Pr(f)와 반사파 파워의 극값 RP의 차분이 임곗값 ΔPa보다 큰 경우에는, 잠정 극댓값 판정 처리(S192)로 이행된다.
산출부(101)는, 잠정 극댓값 판정 처리(S192)로서, 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)가 반사파 파워의 잠정 극값 RT보다 큰지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 13]
Figure pat00013
산출부(101)는, 잠정 극댓값 판정 처리(S192)에 있어서 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)가 반사파 파워의 잠정 극값 RT보다 큰 경우, 잠정 극댓값 기억 처리(S194)로 이행된다. 산출부(101)는, 잠정 극댓값 기억 처리(S194)로서, 반사파 파워의 잠정 극값 RT를, 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)로 설정함과 함께, 흡수 주파수 FT를 현재 주파수 f로 설정한다.
산출부(101)는, 잠정 극댓값 판정 처리(S192)에 있어서 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)가 반사파 파워의 잠정 극값 RT보다 크지 않은 경우, 또는 잠정 극댓값 기억 처리(S194)가 종료된 경우, 노이즈 판정 처리(S196)로서, 반사파 파워의 잠정 극값 RT와 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)의 차분이 임곗값 -ΔPb보다 큰지 여부를 판정한다. 수학식으로 나타내면 이하와 같이 된다.
[수학식 14]
Figure pat00014
임곗값 -ΔPb는, 노이즈 레벨인지 여부를 판정하기 위한 소정의 임곗값이며, 예를 들면 -2dB를 이용할 수 있다.
산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S196)에 있어서 반사파 파워의 잠정 극값 RT와 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)의 차분이 임곗값 -ΔPb보다 큰 경우, 극댓값 기억 처리(S198)로 이행된다. 산출부(101)는, 극댓값 기억 처리(S198)로서, P(n)을 "극댓값"으로 설정함과 함께, 극값 RP(n)에 잠정 극값 RT를 설정하고, 흡수 주파수 FP(n)에 흡수 주파수 FT를 설정한다.
계속해서, 산출부(101)는, 갱신 처리(S1100)로서, 극값 RP에 잠정 극값 RT를 설정하고, 흡수 주파수 FP에 흡수 주파수 FT를 설정하며, n에 n+1을 설정한다. 그 후, 산출부(101)는 도 21에 기재된 증가 처리(S176)를 실행한다. 증가 처리(S176) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
마찬가지로, 산출부(101)는, 상승 판정 처리(S190)에 있어서 현재 주파수 f에 있어서의 반사파 파워 Pr(f)와 반사파 파워의 극값 RP의 차분이 임곗값 ΔPa보다 크지 않은 경우, 도 21에 기재된 증가 처리(S176)를 실행한다. 증가 처리(S176) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
마찬가지로, 산출부(101)는, 노이즈 판정 처리(S196)에 있어서 반사파 파워의 잠정 극값 RT와 현재 주파수 f의 반사파 파워 Pr(f)의 차분이 임곗값 -ΔPb보다 크지 않은 경우, 도 21에 기재된 증가 처리(S176)를 실행한다. 증가 처리(S176) 이후의 설명은 상술한 바와 같다.
산출부(101)는, 도 21에 기재된 종료 판정(S174)에 있어서 현재 주파수 f가 종료 주파수 fsto 이상인 경우, 도 21, 22에 나타나는 극값의 취득 처리를 종료한다.
이상, 도 21, 22에 나타나는 극값의 취득 처리에 의하여, 반사파 파워의 극댓값, 극솟값이 취득된다.
[기준 흡수 주파수(초기 흡수 주파수)의 기억 처리]
다음으로, 흡수 주파수의 초깃값을 기억하는 처리를 설명한다. 도 23은 기준 흡수 주파수(초기 흡수 주파수)의 기억 처리의 플로차트이다. 도 23에 나타나는 플로차트는, 제어기(100)에 의하여 실행되고, 예를 들면 메인터넌스 실행 후에 있어서, 장치 관리자의 개시 조작에 따라 처리가 개시된다.
제어기(100)는, 모드 설정 처리(S202)로서, 초기 데이터를 기억하는 모드로 장치를 설정한다. 예를 들면, 제어기(100)는, 초기 데이터의 기억 영역을 확보하고, 장치 구성 요소가 동작 가능하도록 온라인으로 하여, 복조부가 초기 데이터를 취득하는 모드가 되도록 설정한다.
다음으로, 제어기(100)는, 설정 처리(S204)로서, 변조 방식, 주파수 범위, 파워, 소인 속도를 설정한다. 그리고, 제어기(100)는, 프로세스 조건 설정 처리(S206)로서, 미리 기억부에 기억된 프로세스 조건을 읽어 들여, 가스종 및 프로세스 시간 등을 설정한다. 계속해서, 제어기(100)는, 마이크로파의 발생 처리(S208)로서, 설정 처리(S204) 및 프로세스 조건 설정 처리(S206)에 있어서의 설정에 근거하여 마이크로파를 발생시킨다. 그리고, 제어기(100)는, 기억 처리(S210)로서, 흡수 주파수를 측정하여, 기억한다. 제어기(100)는, 예를 들면 기억부에 프로세스 조건과 관련지어 흡수 주파수를 기억한다. 흡수 주파수는, 반사 계수 또는 반사파 파워 중 어느 것으로부터 산출하면 된다. 제어기(100)는, 기억 처리(S210)가 종료되면, 도 23에 나타난 플로차트를 종료한다.
이와 같이, 도 23에 나타난 플로차트를 실행함으로써, 프로세스 조건마다 기억부에 흡수 주파수가 기억된다. 기억된 흡수 주파수는, 메인터넌스 직후의 장치 상태를 반영한 값이기 때문에, 기준 흡수 주파수(초기 흡수 주파수)로서 이용된다.
[정보 출력 처리]
다음으로, 정보 출력 처리를 설명한다. 도 24는 정보 출력 처리의 플로차트이다. 도 24에 나타나는 플로차트는, 제어기(100)에 의하여 실행되고, 예를 들면 장치 관리자의 개시 조작에 따라 처리가 개시된다.
제어기(100)는, 모드 설정 처리(S302)로서, 데이터를 측정하는 모드로 장치를 설정한다. 예를 들면, 제어기(100)는, 측정 데이터의 기억 영역을 확보하고, 장치 구성 요소가 동작 가능하도록 온라인으로 하여, 복조부가 측정 데이터를 취득하는 모드가 되도록 설정한다.
다음으로, 제어기(100)는, 설정 처리(S304)로서, 변조 방식, 주파수 범위, 파워, 소인 속도를 설정한다. 그리고, 제어기(100)는, 프로세스 조건 설정 처리(S306)로서, 미리 기억부에 기억된 프로세스 조건을 읽어 들여, 가스종 및 프로세스 시간 등을 설정한다. 계속해서, 제어기(100)는, 마이크로파의 발생 처리(S308)로서, 설정 처리(S304) 및 프로세스 조건 설정 처리(S306)에 있어서의 설정에 근거하여 마이크로파를 발생시킨다. 그리고, 제어기(100)는, 기억 처리(S310)로서, 흡수 주파수를 측정하여, 기억한다. 제어기(100)는, 예를 들면 기억부에 프로세스 조건과 관련지어 흡수 주파수를 기억한다.
계속해서, 제어기(100)의 통지부(102)는, 차분 판정 처리(S312)로서, 초기 흡수 주파수와 측정 흡수 주파수를 비교한다. 예를 들면, 통지부(102)는, 초기 흡수 주파수와 측정 흡수 주파수의 차분의 절댓값이 제1 임곗값 이하인지 여부를 판정한다. 제1 임곗값으로서, 예를 들면 5MHz 등이 설정될 수 있다.
통지부(102)는, 차분 판정 처리(S312)에 있어서 초기 흡수 주파수와 측정 흡수 주파수의 차분의 절댓값이 제1 임곗값 이하인 경우, 정보 출력 처리(S314)로서, 메인터넌스가 불필요하다는 내용을 나타내는 메인터넌스 정보(판정 OK)를 출력한다. 한편, 통지부(102)는, 차분 판정 처리(S312)에 있어서 초기 흡수 주파수와 측정 흡수 주파수의 차분의 절댓값이 제1 임곗값 이하가 아닌 경우, 정보 출력 처리(S316)로서, 메인터넌스가 필요하다는 내용을 나타내는 메인터넌스 정보(판정 NG)를 출력한다. 제어기(100)는, 정보 출력 처리(S314, S316)가 종료되면, 도 24에 나타나는 플로차트를 종료한다.
[마이크로파 출력 장치(16)의 전원의 주파수 변경 처리]
다음으로, 정보 출력 처리를 설명한다. 도 25는 마이크로파 출력 장치(16)의 전원의 주파수 변경 처리의 플로차트이다. 도 25에 나타나는 플로차트는, 제어기(100)에 의하여 실행되고, 예를 들면 장치 관리자의 개시 조작에 따라 처리가 개시된다.
제어기(100)는, 모드 설정 처리(S402)로서, 데이터를 측정하는 모드로 장치를 설정한다. 예를 들면, 제어기(100)는, 측정 데이터의 기억 영역을 확보하고, 장치 구성 요소가 동작 가능하도록 온라인으로 하여, 복조부가 측정 데이터를 취득하는 모드가 되도록 설정한다.
다음으로, 제어기(100)는, 설정 처리(S404)로서, 변조 방식, 주파수 범위, 파워, 소인 속도를 설정한다. 그리고, 제어기(100)는, 프로세스 조건 설정 처리(S406)로서, 미리 기억부에 기억된 프로세스 조건을 읽어 들여, 가스종 및 프로세스 시간 등을 설정한다. 계속해서, 제어기(100)는, 마이크로파의 발생 처리(S408)로서, 설정 처리(S404) 및 프로세스 조건 설정 처리(S406)에 있어서의 설정에 근거하여 마이크로파를 발생시킨다. 그리고, 제어기(100)는, 기억 처리(S410)로서, 흡수 주파수를 측정하여, 기억한다. 제어기(100)는, 예를 들면 기억부에 프로세스 조건과 관련지어 흡수 주파수를 기억한다.
계속해서, 제어기(100)의 주파수 설정부(103)는, 차분 판정 처리(S412)로서, 초기 흡수 주파수와 측정 흡수 주파수를 비교한다. 예를 들면, 주파수 설정부(103)는, 초기 흡수 주파수와 측정 흡수 주파수의 차분의 절댓값이 제2 임곗값 이하인지 여부를 판정한다. 제2 임곗값으로서, 예를 들면 5MHz 등이 설정될 수 있다.
주파수 설정부(103)는, 차분 판정 처리(S412)에 있어서 초기 흡수 주파수와 측정 흡수 주파수의 차분의 절댓값이 제2 임곗값 이하인 경우, 발진 주파수 변경 처리(S414)로서, 마이크로파 출력 장치(16)의 전원의 주파수를 변경한다. 주파수 설정부(103)는, 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수를, 예를 들면 현재 전원 주파수에 10MHz 가산하거나 10MHz 감산한다. 제어기(100)는, 발진 주파수 변경 처리(S414)가 종료되면, 도 25에 나타나는 플로차트를 종료한다.
이상, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 도파관(21)에 있어서의 튜너(26)와 안테나(18)의 사이에, 진행파 파워 및 반사파 파워를 주파수마다 취득하는 복조부(29)가 마련된다. 그리고, 산출부(101)에 의하여, 주파수별 반사 계수가 극소점이 되는 주파수가 흡수 주파수로서 산출된다. 이와 같이, 이 장치는, 플라즈마 공간 내에 프로브를 배치할 필요가 없기 때문에, 플라즈마에 외란을 부여하지 않고 흡수 주파수를 산출할 수 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 도파관(21)에 있어서의 튜너(26)와 안테나(18)의 사이에, 반사파 파워를 주파수마다 취득하는 복조부(29)가 마련된다. 그리고, 산출부(101)에 의하여, 반사파 파워가 극소점이 되는 주파수가 흡수 주파수로서 산출된다. 이와 같이, 이 장치는, 플라즈마 공간 내에 프로브를 배치할 필요가 없기 때문에, 플라즈마에 외란을 부여하지 않고 흡수 주파수를 산출할 수 있다.
또, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 사용에 따라 천판 등이 소모되어, 흡수 주파수가 변화한다. 이로 인하여, 출하 시, 메인터넌스 후, 클리닝 후 등의 기준시에 있어서 미리 취득된 기준 흡수 주파수와, 산출부에 의하여 산출된 흡수 주파수의 차분의 크기는, 기준시부터 현재까지의 플라즈마 처리 장치의 구성 요소의 소모 정도를 나타내게 된다. 이 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 통지부(102)에 의하여, 당해 차분에 따라, 장치가 기준시부터 소모되고 있는지 여부 등의 정보를 포함하는 메인터넌스 정보가 출력된다. 따라서, 이 플라즈마 처리 장치는, 사용자 등에게 메인터넌스 정보를 통지할 수 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마의 흡수 주파수가 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수에 가까워진 경우, 플라즈마가 불안정해질 우려가 있다. 이는, 이른바 모드 점프로서 알려져 있는 현상이다. 모드 점프는, 구체적으로는, 주파수 등의 파라미터를 연속적으로 변경해 가면 플라즈마 상태가 소정의 파라미터에서 급격하게 시프트되는 현상이다. 이 플라즈마 처리 장치의 주파수 설정부는, 차분에 따라 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수를 변경하기 때문에, 모드 점프를 회피할 수 있다. 이로 인하여, 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마가 불안정해지는 것을 회피할 수 있다.
이상, 다양한 실시형태에 대하여 설명해 왔지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형 양태를 구성 가능하다. 예를 들면, 각 실시형태를 조합해도 된다. 예를 들면, 통지부(102) 및 주파수 설정부(103)는, 이용 용도에 따라 구비할 수 있다. 예를 들면, 흡수 주파수의 변화에 근거하여 메인터넌스의 필요 여부를 판정하는 기능만 필요한 경우에는, 제어기(100)는 통지부(102)를 구비함과 함께 주파수 설정부(103)를 구비하지 않아도 된다. 예를 들면, 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수를 변경하는 기능만 필요한 경우에는, 제어기(100)는 주파수 설정부(103)를 구비함과 함께 통지부(102)를 구비하지 않아도 된다.
실시예
이하, 발명자가 행한 실시예에 대하여 설명한다.
(마이크로파 흡수 효율의 주파수 의존성)
도 26은, 반사파 파워의 측정 결과이며, 가로축이 주파수, 세로축이 반사파 파워이다. (A)는, 플라즈마를 발생시키지 않은 상태에서 반사파 파워를 측정한 결과이다. (B)는, 20mTorr(2.66Pa)의 Ar 분압에 있어서 플라즈마를 발생시킨 상태에서 반사파 파워를 측정한 결과, (C)는, 100mTorr(13.3Pa)의 Ar 분압에 있어서 플라즈마를 발생시킨 상태에서 반사파 파워를 측정한 결과이다. (B) 및 (C)에서는, 파워를 1000W~2000W의 범위로 설정했다. 도 26에 나타나는 바와 같이, (A), (B), (C) 모두 주파수 특성이 존재하고, 흡수 주파수가 장치 조건에서 변화하는 것이 확인되었다. 즉, 흡수 주파수를 이용하여 장치 상태를 파악할 수 있는 것이 시사되었다.
(주파수 소인에 의한 플라즈마 상태의 파악)
도 27은, 플라즈마의 발광 강도의 측정 결과이며, 가로축이 시간, 세로축이 발광 강도이다. 발광 강도란, 수광 소자 등에 의하여 얻어진 플라즈마의 발광의 세기이다. 마이크로파 출력 장치(16)의 전원의 파워는, 각 주파수에 있어서 2400W이며, 각 주파수에 있어서의 발광 강도는 대략 동일하다. 도 27에서는 주파수마다 발광 강도를 세로 방향으로 분할하여 기입하고 있다. 도 27에 나타나는 바와 같이, 주파수 2440~2458MHz일 때에는, 발광에 깜박거림이 있는 것이 확인되었다. 이와 같이, 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수에 가까운 경우에는 플라즈마가 불안정해지고, 마이크로파 출력 장치(16)의 전원 주파수와의 차분이 큰 경우에는 플라즈마가 안정되는 것이 확인되었다.
(플라즈마 상태의 변화)
도 28은, 반사파 파워의 측정 결과이며, 가로축이 주파수, 세로축이 반사파 파워이다. 반사파 파워 Pr1은 소모품(장치 파츠)이 신품일 때에 측정된 측정 결과이며, 반사파 파워 Pr2는 소모품이 소모되었을 때에 측정된 측정 결과이다. 이와 같이, 소모 전후로 반사파 파워의 극솟값이 크게 다른 것이 확인되었다. 즉, 반사파 파워의 극솟값을 이용하여 장치 상태를 파악할 수 있는 것이 확인되었다.
1…플라즈마 처리 장치
12…챔버 본체
14…스테이지
16…마이크로파 출력 장치
16a…마이크로파 발생부
16f…제1 방향성 결합기
16g…제1 측정부
16h…제2 방향성 결합기
16i…제2 측정부
16t…출력부
18…안테나
20…유전체창
26…튜너
27…모드 변환기
28…동축 도파관
29…복조부
29a…방향성 결합기
29b…복조 제어부
30…슬롯판
32…유전체판
34…냉각 재킷
38…가스 공급계
58…고주파 전원
60…매칭 유닛
100…제어기
161…파형 발생부
162…파워 제어부
163…감쇠기
164…증폭기
165…증폭기
166…모드 변환기

Claims (6)

  1. 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파를, 설정 주파수 범위에서 주파수 변조시키면서 출력하는 마이크로파 출력부와,
    상기 마이크로파 출력부에 의하여 출력된 마이크로파를 챔버 본체의 안테나로 유도하는 도파관과,
    상기 도파관에 마련되어, 상기 마이크로파 출력부측의 임피던스와 상기 안테나측의 임피던스를 정합하도록 가동판의 위치를 조정하는 튜너와,
    상기 도파관에 마련되어, 상기 도파관 내를 진행하는 진행파의 파워인 진행파 파워, 및 상기 안테나측으로부터의 반사파의 파워인 반사파 파워를 주파수마다 취득하는 복조부와,
    상기 진행파 파워 및 상기 반사파 파워에 근거하여 산출된 주파수마다의 반사 계수가 극소점이 되는 주파수를 흡수 주파수로서 산출하는 산출부를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파를, 설정 주파수 범위에서 주파수 변조시키면서 출력하는 마이크로파 출력부와,
    상기 마이크로파 출력부에 의하여 출력된 마이크로파를 챔버 본체의 안테나로 유도하는 도파관과,
    상기 도파관에 마련되어, 상기 마이크로파 출력부측의 임피던스와 상기 안테나측의 임피던스를 정합하도록 가동판의 위치를 조정하는 튜너와,
    상기 도파관에 마련되어, 상기 안테나측으로부터의 반사파의 파워인 반사파 파워를 주파수마다 취득하는 복조부와,
    상기 반사파 파워가 극소점이 되는 주파수를 흡수 주파수로서 산출하는 산출부를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 흡수 주파수와 미리 취득된 기준 흡수 주파수의 차분에 따른 메인터넌스 정보를 출력하는 통지부를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 통지부는, 상기 흡수 주파수와 상기 기준 흡수 주파수의 상기 차분이 제1 임곗값 이상인 경우에는 메인터넌스가 필요하다는 내용의 메인터넌스 정보를 출력하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 흡수 주파수와 상기 마이크로파 출력부의 전원 주파수의 차분에 따라, 프로세스 처리에 이용되는 상기 마이크로파 출력부의 전원 주파수를 변경하는 주파수 설정부를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 주파수 설정부는, 상기 흡수 주파수와 상기 전원 주파수의 상기 차분이 제2 임곗값 이하인 경우에는 상기 전원 주파수를 소정의 주파수만큼 증가시키거나 또는 감소시키는 플라즈마 처리 장치.
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