KR20200124159A

KR20200124159A - 보정 함수를 결정하는 방법

Info

Publication number: KR20200124159A
Application number: KR1020200044121A
Authority: KR
Inventors: 가즈시 가네코; 요헤이 이시다
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2020-11-02
Also published as: JP2020181650A; US11249126B2; US20200341043A1

Abstract

검파부의 계측 결과를 보정하는 보정 함수를 결정하는 방법을 제공한다.
방법은, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 제1 진행파 파워와 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 제2 진행파 파워를 교정용 측정기를 이용하여 측정하는 공정과, 측정값과 제1 판정 임곗값에 근거하여 제1 진행파 파워 및 제2 진행파 파워의 듀티비를 취득하는 공정과, 대역폭을 갖는 마이크로파의 제3 진행파 파워와 대역폭을 갖는 마이크로파의 제4 진행파 파워를 검파부를 이용하여 측정하는 공정과, 측정값과 제2 판정 임곗값에 근거하여 제3 진행파 파워 및 제4 진행파 파워의 듀티비를 취득하는 공정과, 제1 진행파 파워와 제3 진행파 파워의 펄스폭 오차와, 제2 진행파 파워와 제4 진행파 파워의 펄스폭 오차를 1차 함수로 근사하는 공정과, 1차 함수에 근거하여 보정 함수를 결정하는 공정을 포함한다.

Description

보정 함수를 결정하는 방법{METHOD OF DETERMINING CORRECTION FUNCTION}

본 개시는, 보정 함수를 결정하는 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1은, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치를 개시한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 대역폭을 갖는 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력 장치를 구비한다. 이 장치는, 대역폭을 갖는 마이크로파를 출력함으로써, 플라즈마의 안정화를 도모할 수 있다. 특허문헌 2는, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 펄스 변조하는 장치를 개시한다. 이 장치는, 플라즈마의 불안정성을 억제하여 전자 온도 및 이온 온도를 저하시킬 수 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2012-109080호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 평6-267900호

본 개시는, 대역폭을 갖고, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파의 모니터 정밀도를 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다.

본 개시의 일 양태에 있어서는, 보정 함수를 결정하는 방법이 제공된다. 보정 함수는, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파를 계측하는 검파부의 계측 결과를 보정하기 위하여 이용된다. 방법은, 제1 측정 공정, 제1 취득 공정, 제2 측정 공정, 제2 취득 공정, 근사하는 공정 및 결정하는 공정을 포함한다. 제1 측정 공정에서는, 교정용 측정기를 이용하여 마이크로파의 제1 진행파 파워 및 제2 진행파 파워를 측정한다. 제1 진행파 파워는, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 파워이며, 제1 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 펄스 변조된다. 제2 진행파 파워는, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 파워이며, 제2 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 펄스 변조된다. 제1 취득 공정에서는, 제1 측정 공정의 측정값과, 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제1 판정 임곗값에 근거하여, 제1 진행파 파워의 듀티비와 제2 진행파 파워의 듀티비를 취득한다. 제2 측정 공정에서는, 검파부를 이용하여 마이크로파의 제3 진행파 파워 및 제4 진행파 파워를 측정한다. 제3 진행파 파워는, 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워이며, 제1 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된다. 제4 진행파 파워는, 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워이며, 제2 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된다. 제2 취득 공정에서는, 제2 측정 공정의 측정값과, 설정 파워의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정되어 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제2 판정 임곗값에 근거하여, 제3 진행파 파워의 듀티비와 제4 진행파 파워의 듀티비를 취득한다. 근사하는 공정에서는, 제1 설정 파워에 대응하는 제1 진행파 파워와 제3 진행파 파워의 펄스폭 오차와, 제2 설정 파워에 대응하는 제2 진행파 파워와 제4 진행파 파워의 펄스폭 오차를 1차 함수로 근사한다. 1차 함수는, 설정 파워와, 펄스폭 오차를 좌표축으로 하는 함수이다. 펄스폭 오차는, 교정용 측정기의 측정값으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭과 검파부의 측정값으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭과의 오차이다. 결정하는 공정에서는, 1차 함수에 근거하여 보정 함수를 결정한다.

본 개시의 일 양태에 의하면, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파의 모니터 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 마이크로파 출력 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 파형 발생기에 있어서의 마이크로파의 생성 원리의 일례를 설명하는 도이다.
도 4는 측정부의 제1 검파부 및 측정 제어부의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 파워가 펄스 변조된 마이크로파의 일례이다.
도 6은 ON/OFF 제어에 관한 신호 파형의 일례이다.
도 7은 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 펄스 주파수 및 듀티비의 일례이다.
도 8은 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 펄스 주파수 및 듀티비와, 대역폭을 갖는 마이크로파의 펄스 주파수 및 듀티비와의 비교의 일례이다.
도 9는 마이크로파 모니터 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 10은 제2 실시형태에 관한 마이크로파 출력 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 보정 함수를 결정하는 방법의 플로차트의 일례이다.
도 12는 마이크로파 모니터 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 13은 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 듀티비 오차의 출력 전압 의존성의 측정 결과, 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 듀티비 오차의 출력 전압 의존성의 측정 결과이다.
도 14는 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 듀티비 오차의 출력 전압 의존성의 측정 결과, 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 듀티비 오차의 출력 전압 의존성의 측정 결과이다.
도 15는 대역폭을 갖는 마이크로파의 설정 듀티비에 대한 듀티비 오차의 측정 결과, 및 설정 펄스 주파수에 대한 듀티비 오차의 측정 결과이다.
도 16은 설정 파워에 대한 펄스폭 오차의 측정 결과이다.
도 17은 보정 전의 듀티비를 이용하여 얻어진, 설정 파워에 대한 듀티비 오차의 측정 결과이다.
도 18은 보정 후의 듀티비를 이용하여 얻어진, 설정 파워에 대한 듀티비 오차의 측정 결과이다.

이하, 다양한 예시적 실시형태에 대하여 설명한다.

전자 디바이스의 제조 분야에 있어서, 피처리체에 대한 대미지를 한층 저감시키기 위하여, 마이크로파의 저파워화가 진행되고 있다. 그러나, 마이크로파의 파워를 너무 작게 하면 플라즈마가 불안정해지거나 실화(失火)되거나 할 우려가 있다. 즉, 저파워화의 어프로치에는 한계가 있다. 다른 어프로치로서, 플라즈마의 전자 온도를 보다 낮게 하는 것을 생각할 수 있다.

플라즈마의 안정화를 도모하면서, 전자 온도를 저온화하기 위해서는, 특허문헌 1에 기재된 장치와 같이, 대역폭을 갖는 마이크로파를 채용하면서, 특허문헌 2에 기재된 장치와 같이, 마이크로파의 파워를 펄스 변조하는 것을 생각할 수 있다. 이와 같은 펄스 변조를 함에 있어서는, 마이크로파 출력 장치로부터 출력된 진행파의 파워가 펄스 변조되고 있는 것을 양호한 정밀도로 확인할 필요가 있다.

본 개시는, 대역폭을 갖고, 펄스 변조된 마이크로파의 모니터 정밀도를 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

본 개시의 일 양태에 있어서는, 마이크로파 모니터 장치가 제공된다. 마이크로파 모니터 장치는, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파를 모니터한다. 마이크로파 모니터 장치는, 검파부 및 취득부를 구비한다. 검파부는, 마이크로파 발생부의 출력 측에 마련되며, 마이크로파의 진행파 파워에 따른 측정값을 검출한다. 마이크로파 발생부는, 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파를 발생시킨다. 이 마이크로파는, 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비, 및 ON 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, 및 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된다. 취득부는, 검파부에 의하여 검출된 측정값과, 판정 임곗값에 근거하여, 마이크로파의 진행파 파워의 펄스 주파수 및 듀티비를 취득한다. 판정 임곗값은, 설정 파워의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정되어, 파워의 ON 레벨을 판정하기 위하여 이용된다.

단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 경우, 일반적으로는 설정 전력의 50%의 전력이 ON 레벨의 판정 임곗값으로서 채용된다. 그러나, 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 경우, 펄스마다 파워가 다를 뿐만 아니라, ON 레벨의 파워도 변동될 우려가 있다. 이 때문에, 설정 전력의 50%의 전력을 ON 레벨의 판정 임곗값으로서 채용한 경우에는, 파워 변동에 기인하여 ON 레벨을 검지할 수 없을 우려가 있다.

이 마이크로파 모니터 장치에 의하면, 설정 파워의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정된 판정 임곗값을 이용하여 진행파 파워의 ON 레벨이 판정된다. 이로써, 이 마이크로파 모니터 장치는, 50%의 전력을 ON 레벨의 판정 임곗값으로서 채용하는 경우와 비교하여, 보다 작은 파워로 ON 레벨이 되는 것을 검지할 수 있다. 이 때문에, 이 마이크로파 모니터 장치는, ON 레벨이 되는 시간을 보다 정확하게 파악할 수 있다. 따라서, 이 마이크로파 모니터 장치는, 대역폭을 갖고, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파의 모니터 정밀도를 향상시킬 수 있다.

일 실시형태에 있어서는, 판정 임곗값은, 설정 파워의 0%보다 크고 0.4% 이하의 범위로 미리 설정되어도 된다. 이 경우, 마이크로파 모니터 장치는, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파의 모니터 정밀도를 한층 향상시킬 수 있다.

일 실시형태에 있어서는, 마이크로파 모니터 장치는, 기억부 및 보정부를 구비해도 된다. 기억부는, 설정 파워와 펄스폭 오차와의 대응 관계를 미리 기억한다. 보정부는, 설정 파워와 기억부에 기억된 대응 관계에 근거하여 취득부에 의하여 취득된 듀티비를 보정한다. ON 레벨의 판정 임곗값을 50%보다 작게 한 경우, 듀티비에 오차가 발생할 우려가 있다. 이 마이크로파 모니터 장치에 의하면, 측정 결과인 펄스폭을 설정 파워에 따라 보정할 수 있다.

본 개시의 다른 양태에 있어서는, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파를 모니터하는 방법이 제공된다. 그 방법은, 파워가 펄스 변조된 마이크로파의 진행파 파워에 따른 측정값을 검출하는 공정과, 마이크로파의 진행파 파워의 주파수 및 듀티비를 취득하는 공정을 포함한다. 마이크로파는, 중앙 주파수 및 대역폭을 갖고, 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비, 및 ON 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, 및 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된다. 취득하는 공정에서는, 측정값과, 설정 파워의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정되어 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 판정 임곗값에 근거하여, 마이크로파의 진행파 파워의 펄스 주파수 및 듀티비를 취득한다.

일 실시형태에 있어서는, 판정 임곗값은, 설정 파워의 0%보다 크고 0.4% 이하의 범위로 미리 설정되어도 된다.

일 실시형태에 있어서는, 모니터하는 방법은, 설정 파워와, 설정 파워와 듀티비의 보정 계수와의 대응 관계에 근거하여, 취득된 듀티비를 보정하는 공정을 더 구비해도 된다.

펄스 변조된 마이크로파를 모니터하는 방법에 의하면, 마이크로파 모니터 장치와 동일한 효과를 나타낸다.

본 개시의 다른 양태에 있어서는, 보정 함수를 결정하는 방법이 제공된다. 보정 함수는, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파를 계측하는 검파부의 계측 결과를 보정하기 위하여 이용된다. 방법은, 제1 측정 공정, 제1 취득 공정, 제2 측정 공정, 제2 취득 공정, 근사하는 공정 및 결정하는 공정을 포함한다. 제1 측정 공정에서는, 교정용 측정기를 이용하여 마이크로파의 제1 진행파 파워 및 제2 진행파 파워를 측정한다. 제1 진행파 파워는, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 파워이며, 제1 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 펄스 변조된다. 제2 진행파 파워는, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 파워이며, 제2 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 펄스 변조된다. 제1 취득 공정에서는, 제1 측정 공정의 측정값과, 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제1 판정 임곗값에 근거하여, 제1 진행파 파워의 듀티비와 제2 진행파 파워의 듀티비를 취득한다. 제2 측정 공정에서는, 검파부를 이용하여 마이크로파의 제3 진행파 파워 및 제4 진행파 파워를 측정한다. 제3 진행파 파워는, 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워이며, 제1 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된다. 제4 진행파 파워는, 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워이며, 제2 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된다. 제2 취득 공정에서는, 제2 측정 공정의 측정값과, 설정 파워의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정되어 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제2 판정 임곗값에 근거하여, 제3 진행파 파워의 듀티비와 제4 진행파 파워의 듀티비를 취득한다. 근사하는 공정에서는, 제1 설정 파워에 대응하는 제1 진행파 파워와 제3 진행파 파워의 펄스폭 오차와, 제2 설정 파워에 대응하는 제2 진행파 파워와 제4 진행파 파워의 펄스폭 오차를 1차 함수로 근사한다. 1차 함수는, 설정 파워와, 펄스폭 오차를 좌표축으로 하는 함수이다. 펄스폭 오차는, 교정용 측정기의 측정값으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭과 검파부의 측정값으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭과의 오차이다. 결정하는 공정에서는, 1차 함수에 근거하여 보정 함수를 결정한다.

파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조되어 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워의 ON 레벨을 제2 판정 임곗값을 이용하여 판정하는 경우, 동일 조건으로 펄스 변조된 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 파워의 ON 레벨과 비교하여 펄스폭에 오차가 발생한다. 이 때문에, 이 방법에서는, 교정용 측정기로 측정된 펄스폭이 되도록 검파부에서 측정된 펄스폭을 보정한다. 연구의 결과, 펄스폭의 오차는, 설정 파워에 의존한다는 발견이 얻어졌다. 즉, 보정의 정확성을 향상시키기 위해서는, 설정 파워에 따른 보정 계수를 준비할 필요가 있다. 그러나, 프로세스마다 설정 파워는 다르기 때문에, 임의의 프로세스에 대응하기 위해서는, 모든 설정 파워에 대하여 교정용 측정기로 측정된 펄스폭과 비교하는 것이 필요하다. 연구의 결과, 펄스폭의 오차는, 검파부의 개체차가 있지만 설정 파워에 1차 함수적으로 의존한다는 발견을 얻었다. 따라서, 이 방법에서는, 제1 설정 파워에 대응하는 제1 진행파 파워와 제3 진행파 파워의 펄스폭 오차와, 제2 설정 파워에 대응하는 제2 진행파 파워와 제4 진행파 파워의 펄스폭 오차가 1차 함수로 근사된다. 그리고, 1차 함수에 근거하여 보정 함수가 결정된다. 이로써, 이 방법에 의하면, 적어도 2개의 데이터를 이용함으로써, 임의의 설정 파워에 대하여 펄스폭의 오차를 보정할 수 있는 보정 함수를 결정할 수 있다.

일 실시형태에 있어서는, 제1 설정 파워 및 제2 설정 파워는, 1000W 이상이어도 된다. 이 경우, 1차 함수의 근사의 정밀도가 향상된다.

이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 각 도면에 있어서, 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 반복하지 않는다. 도면의 치수 비율은, 설명의 것과 반드시 일치하고는 있지 않다. "상" "하" "좌" "우"의 용어는, 도시하는 상태에 근거하는 것이며, 편의적인 것이다.

[제1 실시형태]

[플라즈마 처리 장치]

도 1은, 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는, 챔버 본체(12), 및 마이크로파 출력 장치(16)를 구비한다. 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 제공한다. 챔버 본체(12)는, 측벽(12a) 및 바닥부(12b)를 갖는다. 측벽(12a)은, 대략 통 형상으로 형성된다. 이 측벽(12a)의 중심 축선은, 연직 방향으로 연장된 축선(Z)에 대략 일치한다. 바닥부(12b)는, 측벽(12a)의 하단 측에 마련된다. 바닥부(12b)에는, 배기용의 배기 구멍(12h)이 마련된다. 또, 측벽(12a)의 상단부는 개구이다.

측벽(12a)의 상단부 위에는 유전체창(20)이 마련된다. 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 상단부의 사이에는 O링(19)이 개재된다. 이 O링(19)에 의하여, 챔버 본체(12)가 보다 확실히 밀폐된다.

스테이지(14)는, 처리 공간(S) 내에 수용된다. 스테이지(14)는, 연직 방향에 있어서 유전체창(20)과 대면하도록 마련된다. 또, 스테이지(14)는, 유전체창(20)과 해당 스테이지(14)의 사이에 처리 공간(S)을 두도록 마련된다. 이 스테이지(14)는, 그 위에 재치되는 피가공물(WP)(예를 들면, 웨이퍼)을 지지하도록 구성된다.

일 실시형태에 있어서, 스테이지(14)는, 기대(基臺)(14a) 및 정전 척(14c)을 포함한다. 기대(14a)는, 대략 원반 형상을 갖고 있고, 알루미늄과 같은 도전성의 재료로 형성되어 있다. 기대(14a)의 중심 축선은, 축선(Z)에 대략 일치한다. 이 기대(14a)는, 통형 지지부(48)에 의하여 지지된다. 통형 지지부(48)는, 절연성의 재료로 형성되어 있고, 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 뻗어 있다. 통형 지지부(48)의 외주(外周)에는, 도전성의 통형 지지부(50)가 마련된다. 통형 지지부(50)는, 통형 지지부(48)의 외주를 따라 챔버 본체(12)의 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 뻗어 있다. 이 통형 지지부(50)와 측벽(12a)의 사이에는, 환상(環狀)의 배기로(51)가 형성된다.

배기로(51)의 상부에는, 배플판(52)이 마련된다. 배플판(52)은, 환 형상을 갖는다. 배플판(52)에는, 해당 배플판(52)을 판두께 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성된다. 이 배플판(52)의 하방에는 상술한 배기 구멍(12h)이 마련된다. 배기 구멍(12h)에는, 배기관(54)을 통하여 배기 장치(56)가 접속된다. 배기 장치(56)는, 자동 압력 제어 밸브(APC: Automatic Pressure Control valve)와, 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 갖는다. 이 배기 장치(56)에 의하여, 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.

기대(14a)는, 고주파 전극을 겸한다. 기대(14a)에는, 급전봉(62) 및 매칭 유닛(60)을 통하여, 고주파 바이어스용의 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속된다. 고주파 전원(58)은, 피가공물(WP)에 주입하는 이온의 에너지를 제어하기에 적합한 일정한 주파수, 예를 들면 13.56MHz의 고주파를, 설정된 파워로 출력한다.

또한, 고주파 전원(58)은, 펄스 생성기를 갖고, 고주파 파워(RF 파워)를 펄스 변조하여 기대(14a)에 인가해도 된다. 이 경우, 고주파 전원(58)은, High 레벨의 파워와 Low 레벨의 파워가 주기적으로 반복되는 고주파 파워가 되도록 펄스 변조한다. 고주파 전원(58)은, 펄스 생성기에 의하여 생성된 동기 신호 PSS-R에 근거하여 펄스 조정한다. 동기 신호 PSS-R은, 고주파 파워의 주기 및 듀티비를 결정하는 신호이다. 펄스 변조 시의 설정의 일례로서, 펄스 주파수는 10Hz~250kHz이며, 펄스의 듀티비(펄스 주기에 대한 High 레벨 파워 시간의 비)는 10%~90%이다.

매칭 유닛(60)은, 고주파 전원(58) 측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 챔버 본체(12)와 같은 부하 측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용한다. 이 정합기 중에는 자기(自己) 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함된다. 매칭 유닛(60)은, 고주파 파워가 펄스 변조되는 경우, 동기 신호 PSS-R에 근거하여 정합을 취하도록 동작한다.

기대(14a)의 상면에는, 정전 척(14c)이 마련된다. 정전 척(14c)은, 피가공물(WP)을 정전 흡착력으로 유지한다. 정전 척(14c)은, 전극(14d), 절연막(14e), 및 절연막(14f)을 포함하고 있고, 대략 원반 형상이다. 정전 척(14c)의 중심 축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 이 정전 척(14c)의 전극(14d)은, 도전막에 의하여 구성되어 있고, 절연막(14e)과 절연막(14f)의 사이에 마련된다. 전극(14d)에는, 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 통하여 전기적으로 접속된다. 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 마련된다. 포커스 링(14b)은, 피가공물(WP) 및 정전 척(14c)을 둘러싸도록 배치된다.

기대(14a)의 내부에는, 냉매실(14g)이 마련된다. 냉매실(14g)은, 예를 들면 축선(Z)을 중심으로 연장되도록 형성된다. 이 냉매실(14g)에는, 칠러 유닛으로부터의 냉매가 배관(70)을 통하여 공급된다. 냉매실(14g)에 공급된 냉매는, 배관(72)을 통하여 칠러 유닛으로 되돌려진다. 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 형성된다. 이 가스 공급 라인(74)은, 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(14c)의 상면과 피가공물(WP)의 이면의 사이에 공급하기 위하여 마련된다.

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 구성된다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 예를 들면 마이크로파의 대역폭을 대략 0으로 설정함으로써, 단일 주파수의 마이크로파를 발생시킬 수 있다. 또, 마이크로파 출력 장치(16)는, 그 중에 복수의 주파수 성분을 갖는 대역폭을 가진 마이크로파를 발생시킬 수 있다. 이들 복수의 주파수 성분의 파워는 동일한 파워여도 되고, 대역 내의 중앙 주파수 성분만이 다른 주파수 성분의 파워보다 큰 파워를 갖고 있어도 된다. 일례에 있어서, 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 파워를 0W~5000W의 범위 내에서 조정할 수 있다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 주파수 또는 중앙 주파수를 2400MHz~2500MHz의 범위 내에서 조정할 수 있다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 대역폭을 0MHz~400MHz의 범위에서 조정할 수 있다. 또, 마이크로파 출력 장치(16)는, 대역 내에 있어서의 마이크로파의 복수의 주파수 성분의 주파수의 피치(캐리어 피치)를 0~25kHz의 범위 내에서 조정할 수 있다.

마이크로파 출력 장치(16)는, 펄스 생성기를 갖고, 마이크로파의 파워를 펄스 변조하여 출력해도 된다. 이 경우, 마이크로파 출력 장치(16)는, High 레벨의 파워와 Low 레벨의 파워가 주기적으로 반복되는 파워가 되도록 마이크로파를 펄스 변조한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 펄스 생성기에 의하여 생성된 동기 신호 PSS-M에 근거하여 펄스 조정한다. 동기 신호 PSS-M은, 마이크로파 파워의 주기 및 듀티비를 결정하는 신호이다. 펄스 변조 시의 설정의 일례로서, 펄스 주파수는 1Hz~50kHz이고, 펄스의 듀티비(펄스 주기에 대한 High 레벨 파워 시간의 비)는 10%~90%이다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 고주파 전원(58)에 의하여 출력되는, 펄스 변조시킨 고주파 파워와 동기시키도록, 마이크로파 파워를 펄스 변조해도 된다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 도파관(21), 튜너(26), 모드 변환기(27), 및 동축 도파관(28)을 더 구비한다. 마이크로파 출력 장치(16)의 출력부는, 도파관(21)의 일단에 접속된다. 도파관(21)의 타단은, 모드 변환기(27)에 접속된다. 도파관(21)은, 예를 들면 직사각형 도파관이다. 도파관(21)에는, 튜너(26)가 마련된다. 튜너(26)는, 스터브(26a, 26b, 26c)를 갖는다. 스터브(26a, 26b, 26c)의 각각은, 도파관(21)의 내부 공간에 대한 그 돌출량을 조정 가능하도록 구성된다. 튜너(26)는, 기준 위치에 대한 스터브(26a, 26b, 26c)의 각각의 돌출 위치를 조정함으로써, 마이크로파 출력 장치(16)의 임피던스와 부하, 예를 들면 챔버 본체(12)의 임피던스를 정합시킨다.

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 포함한다. 외측 도체(28a)는, 대략 원통 형상을 갖고 있고, 그 중심 축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 내측 도체(28b)는, 대략 원통 형상을 갖고 있고, 외측 도체(28a)의 내측에서 뻗어 있다. 내측 도체(28b)의 중심 축선은, 축선(Z)에 대략 일치한다. 이 동축 도파관(28)은, 모드 변환기(27)로부터의 마이크로파를 안테나(18)에 전송한다.

안테나(18)는, 유전체창(20)의 하면(20a)의 반대 측의 면(20b) 상에 마련된다. 안테나(18)는, 슬롯판(30), 유전체판(32), 및 냉각 재킷(34)을 포함한다.

슬롯판(30)은, 유전체창(20)의 면(20b) 상에 마련된다. 이 슬롯판(30)은, 도전성을 갖는 금속으로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 갖는다. 슬롯판(30)의 중심 축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 슬롯판(30)에는, 복수의 슬롯 구멍(30a)이 형성된다. 복수의 슬롯 구멍(30a)은, 일례에 있어서는, 복수의 슬롯쌍을 구성한다. 복수의 슬롯쌍의 각각은, 서로 교차하는 방향으로 연장된 대략 긴 구멍 형상의 2개의 슬롯 구멍(30a)을 포함한다. 복수의 슬롯쌍은, 축선(Z) 둘레의 1 이상의 동심원을 따라 배열된다. 또, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 통과 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다.

유전체판(32)은, 슬롯판(30) 상에 마련된다. 유전체판(32)은, 석영과 같은 유전체 재료로 형성되어 있고, 대략 원반 형상이다. 이 유전체판(32)의 중심 축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 냉각 재킷(34)은, 유전체판(32) 상에 마련된다. 유전체판(32)은, 냉각 재킷(34)과 슬롯판(30)의 사이에 마련된다.

냉각 재킷(34)의 표면은, 도전성을 갖는다. 냉각 재킷(34)의 내부에는, 유로(34a)가 형성된다. 이 유로(34a)에는, 냉매가 공급되도록 구성된다. 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는, 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속된다. 또, 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 유전체판(32)의 중앙 부분에 형성된 구멍을 통과하여, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속된다.

동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 유전체판(32) 내를 전파하여, 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) 내부 구멍에는, 도관(36)이 통과하고 있다. 또, 상술한 바와 같이, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 도관(36)이 통과 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다. 도관(36)은, 내측 도체(28b) 내부 구멍을 통과하여 연장되어 있고, 가스 공급계(38)에 접속된다.

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 컨트롤러이고, 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, 해당 처리 가스가 여기된다. 이로써, 처리 공간(S) 내에서 플라즈마가 생성되고, 해당 플라즈마로부터의 이온 및/또는 라디칼과 같은 활성종에 의하여, 피가공물(WP)이 처리된다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 제어기(100)를 더 구비한다. 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 보존된다. 프로세서는, 유저 인터페이스로부터의 지시 등, 필요에 따라, 각종 제어 프로그램을 기억부로부터 호출하여 실행한다. 이와 같은 프로세서의 제어하에서, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 원하는 처리가 실행된다.

[마이크로파 출력 장치(16)의 구성예]

도 2는, 마이크로파 출력 장치의 일례를 나타내는 도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 출력 장치(16)는, 연산 장치(100a)에 접속되어 있다. 연산 장치(100a)는, 제어기(100), 파형 발생기(101), 제1 펄스 생성기(102), 제2 펄스 생성기(103), 제3 펄스 생성기(104), 및 제4 펄스 생성기(105)를 갖는다.

파형 발생기(101)는, 마이크로파의 파형을 발생시킨다. 파형 발생기(101)는, 제어기(100)에 의하여 지정된 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 파형을 발생시킨다. 파형 발생기(101)는, 마이크로파의 파형을 마이크로파 출력 장치(16)에 출력한다.

제1 펄스 생성기(102)는, 마이크로파 출력 장치(16)에서 마이크로파 파워를 펄스 변조할 때에 이용되는 동기 신호를 생성한다. 제1 펄스 생성기(102)는, 제어기(100)에 의하여 설정된 설정 프로파일에 있어서의 마이크로파 파워의 설정 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거하여, 동기 신호 PSS-M을 생성한다. 제1 펄스 생성기(102)는, 동기 신호 PSS-M을 마이크로파 출력 장치(16)에 출력한다.

제2 펄스 생성기(103)는, 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 튜너(26)에서 임피던스 정합할 때에 이용되는 동기 신호를 생성한다. 제2 펄스 생성기(103)는, 제1 펄스 생성기(102)와 마찬가지로, 제어기(100)에 의하여 설정된 설정 프로파일에 있어서의 마이크로파 파워의 설정 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거하여, 동기 신호 PSS-MT를 생성한다. 동기 신호 PSS-MT는, 동기 신호 PSS-M과 동일한 펄스 주파수 및 듀티비를 갖는다. 제2 펄스 생성기(103)는, 동기 신호 PSS-MT를 튜너(26)에 출력한다.

제3 펄스 생성기(104)는, 고주파 전원(58)에서 고주파 파워를 펄스 변조할 때에 이용되는 동기 신호를 생성한다. 제3 펄스 생성기(104)는, 제어기(100)에 의하여 설정된 설정 프로파일에 있어서의 고주파 파워의 설정 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거하여, 동기 신호 PSS-R을 생성한다. 제3 펄스 생성기(104)는, 동기 신호 PSS-R을 고주파 전원(58)에 출력한다.

제4 펄스 생성기(105)는, 파워가 펄스 변조된 고주파를 매칭 유닛(60)에서 임피던스 정합할 때에 이용되는 동기 신호를 생성한다. 제4 펄스 생성기(105)는, 제3 펄스 생성기(104)와 마찬가지로, 제어기(100)에 의하여 설정된 설정 프로파일에 있어서의 고주파 파워의 설정 펄스 주파수 및 설정 듀티비에 근거하여, 동기 신호 PSS-RM을 생성한다. 동기 신호 PSS-RM은, 동기 신호 PSS-R과 동일한 펄스 주파수 및 듀티비를 갖는다. 제4 펄스 생성기(105)는, 동기 신호 PSS-RM을 매칭 유닛(60)에 출력한다.

제1 펄스 생성기(102)는, 동기 신호 PSS-R과 동기한 동기 신호 PSS-M을 생성해도 된다. 이 경우, 마이크로파 파워의 펄스 변조와 고주파 파워의 펄스 변조를 동기시킬 수 있으므로, 안정된 플라즈마 생성이 가능해진다.

마이크로파 출력 장치(16)는, 파형 발생기(101)에 의하여 발생된 마이크로파의 파형을, 제어기(100)의 설정에 따라 펄스 변조하여, 마이크로파로서 출력한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파 발생부(16a), 도파관(16b), 서큘레이터(16c), 도파관(16d), 도파관(16e), 제1 방향성 결합기(16f), 제2 방향성 결합기(16h), 측정부(16k)(측정부의 일례), 및 더미 로드(16j)를 갖는다.

마이크로파 발생부(16a)는, 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 발생부(16a)는, 제어기(100)로부터 지시된 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워를 취득한다. 마이크로파 발생부(16a)는, 제어기(100)로부터 지시된 설정에 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 발생시킨다. 또한, Low 레벨의 설정 파워가 0W인 경우, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된다. 이하에서는, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조되는 예를 설명한다.

마이크로파 발생부(16a)는, 파워 제어부(162), 감쇠기(163), 증폭기(164), 증폭기(165), 및 모드 변환기(166)를 갖는다.

파형 발생기(101)는, 감쇠기(163)에 접속된다. 감쇠기(163)는, 일례로서 인가 전압값에 의하여 감쇠량(감쇠율)을 변경 가능한 기기이다. 감쇠기(163)에는, 파워 제어부(162)가 접속된다. 파워 제어부(162)는, 인가 전압값을 이용하여 감쇠기(163)에 있어서의 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)을 제어한다. 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)은, 파형 발생기(101)에 의하여 출력된 마이크로파가, 제어기(100)에 의하여 지시된 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비 및 ON 레벨의 설정 파워에 따른 파워를 갖는 마이크로파가 되도록 제어된다.

파워 제어부(162)는, 일례로서 제어부(162a)를 갖는다. 제어부(162a)는, 프로세서일 수 있다. 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 설정 프로파일을 취득한다. 제어부(162a)는, 제1 펄스 생성기(102)로부터 동기 신호 PSS-M을 취득한다. 제어부(162a)는, 동기 신호 PSS-M, 및 제어기(100)에 의하여 설정된 설정 프로파일에 근거하여 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)을 결정한다.

감쇠기(163)의 출력은, 증폭기(164) 및 증폭기(165)를 통하여 모드 변환기(166)에 접속된다. 증폭기(164) 및 증폭기(165)는, 마이크로파를 각각에 소정의 증폭률로 증폭시킨다. 모드 변환기(166)는, 증폭기(165)로부터 출력되는 마이크로파의 전파 모드를 TEM으로부터 TE01로 변환한다. 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 접속된다. 도파관(16b)의 타단은, 서큘레이터(16c)의 제1 포트(261)에 접속된다. 서큘레이터(16c)는, 제1 포트(261), 제2 포트(262A), 및 제3 포트(263A)를 갖는다. 서큘레이터(16c)는, 제1 포트(261)에 입력된 마이크로파를 제2 포트(262A)로부터 출력하고, 제2 포트(262A)에 입력된 마이크로파를 제3 포트(263A)로부터 출력하도록 구성된다. 서큘레이터(16c)의 제2 포트(262A)에는 도파관(16d)의 일단이 접속된다. 도파관(16d)의 타단은, 마이크로파 출력 장치(16)의 출력부(16t)이다.

서큘레이터(16c)의 제3 포트(263A)에는, 도파관(16e)의 일단이 접속된다. 도파관(16e)의 타단은 더미 로드(16j)에 접속된다. 더미 로드(16j)는, 도파관(16e)을 전파하는 마이크로파를 받아, 해당 마이크로파를 흡수한다. 더미 로드(16j)는, 예를 들면 마이크로파를 열로 변환한다.

제1 방향성 결합기(16f)는, 도파관(16b)의 일단과 타단의 사이에 마련된다. 제1 방향성 결합기(16f)는, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되어, 출력부(16t)로 전파되는 마이크로파(즉, 진행파)의 일부를 분기시켜, 해당 진행파의 일부를 출력하도록 구성된다.

제2 방향성 결합기(16h)는, 도파관(16e)의 일단과 타단의 사이에 마련된다. 제2 방향성 결합기(16h)는, 출력부(16t)로 되돌려진 마이크로파(즉, 반사파)에 대하여, 서큘레이터(16c)의 제3 포트(263A)에 전송된 반사파의 일부를 분기시켜, 해당 반사파의 일부를 출력하도록 구성된다.

측정부(16k)는, 도파관 내의 마이크로파를 측정하는 기기이다. 측정부(16k)는, 측정 제어부(167)(취득부의 일례), 제1 검파부(168)(검파부의 일례) 및 제2 검파부(169)를 갖는다.

제1 검파부(168)는, 도파관 내의 마이크로파의 진행파 파워에 따른 측정값을 검출한다. 제1 검파부(168)는, 마이크로파 발생부(16a)의 출력 측에 마련되며, 제1 방향성 결합기(16f)로부터 출력된 진행파를 입력한다. 측정부(16k)의 제1 검파부(168)의 상세에 대해서는 후술한다. 제2 검파부(169)는, 도파관 내의 마이크로파의 반사파 파워에 따른 측정값을 검출한다. 제2 검파부(169)는, 제2 방향성 결합기(16h)로부터 출력된 반사파를 입력한다.

측정 제어부(167)는, 제1 검파부(168)에 의하여 검출된 측정값에 근거하여, 진행파 파워의 주파수 및 듀티비를 취득한다. 측정 제어부(167)에 의한 진행파 파워의 주파수 및 듀티비의 취득 방법에 대해서는 후술한다.

측정부(16k)는, 파워 제어부(162)에 접속된다. 측정부(16k)는, 측정값을 파워 제어부(162)에 출력한다. 파워 제어부(162)는, 진행파와 반사파와의 측정값의 차, 즉 로드 파워(실효 파워)가, 제어기(100)에 의하여 지정되는 설정 파워에 일치하도록, 감쇠기(163)를 제어한다(파워 피드백 제어).

본 실시형태에 관한 마이크로파 모니터 장치(10)는, 측정 제어부(167) 및 제1 검파부(168)를 구비하여 구성된다. 즉, 마이크로파 모니터 장치(10)는, 파워 피드백 제어에 이용되는 방향성 결합기의 신호를 분기시켜 모니터하고 있다. 또한, 마이크로파 모니터 장치(10)는, 파워 피드백 제어의 구성과 겸용되는 것이 필수는 아니고, 파워 피드백 제어의 구성과는 별도로 추가되어 있어도 된다.

튜너(26)는, 튜너 제어부(260) 및 튜너 검파부(264)를 갖는다. 튜너 제어부(260)는, 제어기(100)의 신호 및 튜너 검파부(264)의 검출 결과에 근거하여, 마이크로파 출력 장치(16) 측의 임피던스와 안테나(18) 측의 임피던스를 정합시키도록 스터브(26a, 26b, 26c)의 돌출 위치를 조정한다. 튜너 검파부(264)는, 일례로서 3탐침 검파기이며, 3개의 다이오드 장착 프로브를 갖는다. 튜너 제어부(260)는, 도시하지 않은 드라이버 회로 및 액추에이터에 의하여, 스터브(26a, 26b, 26c)를 동작시킨다.

튜너 제어부(260)는, 제2 펄스 생성기(103)에 의하여 생성된 마이크로파 파워용의 동기 신호 PSS-MT를 취득한다. 튜너 제어부(260)는, 동기 신호를 고려하여, 스터브(26a, 26b, 26c)를 동작시킨다. 고주파 전원(58)은, 제3 펄스 생성기(104)에 의하여 생성된 고주파 파워용의 동기 신호 PSS-R을 취득한다. 고주파 전원(58)은, 동기 신호 PSS-R에 근거하여 고주파 파워를 펄스 변조한다. 매칭 유닛(60)은, 제4 펄스 생성기(105)에 의하여 생성된 고주파 파워용의 동기 신호 PSS-MT를 취득한다. 매칭 유닛(60)은, 동기 신호 PSS-MT에 근거하여, 펄스 변조된 고주파 파워를 정합시킨다.

[파형 발생기의 상세]

도 3은, 파형 발생기에 있어서의 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 파형 발생기(101)는, 예를 들면 기준 주파수와 위상을 동기시킨 마이크로파를 발진하는 것이 가능한 PLL(Phase Locked Loop) 발진기와, PLL 발진기에 접속된 IQ 디지털 변조기를 갖는다. 파형 발생기(101)는, PLL 발진기에 있어서 발진되는 마이크로파의 주파수를 제어기(100)에 의하여 지정된 설정 주파수로 설정한다. 그리고, 파형 발생기(101)는, PLL 발진기로부터의 마이크로파와, 해당 PLL 발진기로부터의 마이크로파와는 90°의 위상차를 갖는 마이크로파를, IQ 디지털 변조기를 이용하여 변조한다. 이로써, 파형 발생기(101)는, 대역 내에 있어서 복수의 주파수 성분을 갖는 마이크로파, 또는 단일 주파수의 마이크로파를 생성한다.

파형 발생기(101)는, 예를 들면 N개의 복소 데이터 심볼에 대한 역이산 푸리에 변환을 행하여 연속 신호를 생성함으로써, 복수의 주파수 성분을 갖는 마이크로파를 생성하는 것이 가능하다. 이 신호의 생성 방법은, 디지털 TV 방송 등에서 이용되는 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) 변조 방식과 동일한 방법일 수 있다.

일례에서는, 파형 발생기(101)는, 미리 디지털화된 부호의 열로 나타난 파형 데이터를 갖는다. 파형 발생기(101)는, 파형 데이터를 양자화하고, 양자화한 데이터에 대하여 역푸리에 변환을 적용함으로써, I 데이터와 Q 데이터를 생성한다. 그리고, 파형 발생기(101)는 I 데이터 및 Q 데이터의 각각에, D/A(Digital/Analog) 변환을 적용하여, 2개의 아날로그 신호를 얻는다. 파형 발생기(101)는, 이들 아날로그 신호를, 저주파 성분만을 통과시키는 LPF(로우 패스 필터)에 입력한다. 파형 발생기(101)는, LPF로부터 출력된 2개의 아날로그 신호를, PLL 발진기로부터의 마이크로파, PLL 발진기로부터의 마이크로파와는 90°의 위상차를 갖는 마이크로파와 각각 믹싱한다. 그리고, 파형 발생기(101)는, 믹싱에 의하여 생성된 마이크로파를 합성한다. 이로써, 파형 발생기(101)는, 1 또는 복수의 주파수 성분을 갖는 마이크로파를 생성한다.

[측정부의 제1 검파부 및 측정 제어부의 상세]

도 4는, 측정부(16k)의 제1 검파부(168) 및 측정 제어부(167)의 일례를 나타내는 도이다. 도 4에서는, 측정부(16k) 중, 진행파 파워를 검파하는 부분만을 도시하고 있다. 측정부(16k)는, 마이크로파의 진행파 파워(Pf)를 포트를 통하여 입력한다. 측정부(16k)는, 로우 패스 필터(LPF)를 이용하여, 진행파 파워(Pf)의 불필요한 주파수 성분을 제거한다. 계속해서, 측정부(16k)는, 어테뉴에이터(ATT)를 이용하여, 진행파 파워(Pf)를 후속의 회로(IC)에 적절한 신호 레벨로 감쇠한다. 계속해서, 측정부(16k)는, 회로(IC)에 의하여, 진행파 파워(Pf)를, 파워에 따른 아날로그 전압으로 변환한다. 계속해서, 측정부(16k)는, 회로를 이용하여, 진행파 파워(Pf)를 평균화하여 노이즈 성분을 제거한다. 회로에 의한 평균화의 샘플링은, 여기에서는 0.1μs 이하가 된다. 측정부(16k)는, 노이즈 성분을 제거한 후, A/D 변환기를 이용하여, 진행파 파워(Pf)를 디지털 신호로 변환한다. 여기까지의 처리가 제1 검파부(168)의 기능이 된다. 계속해서, 측정부(16k)는, CPU에 의하여 디지털 신호를 전력으로 환산하여, 포트로부터 출력한다. 출력처의 일례는 파워 제어부(162)이다. 이 CPU의 처리가 측정 제어부(167)의 기능이 된다. 이와 같이, 측정부(16k)는 진행파 파워를 검출하여, 파워 제어부(162)로 출력할 수 있다.

[마이크로파의 일례]

마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되는 마이크로파 파워는, ON 레벨의 파워와 OFF 레벨의 파워(0W)를 반복하도록 펄스상(pulse狀)으로 변조된 파형이 된다. 도 5는, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파의 일례이다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 마이크로파는 제어기(100)로부터 지시된 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭(BB폭)을 갖는다. 마이크로파는, 제어기(100)로부터 지시된 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비, ON 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수(PT1), 듀티비(HT), ON 레벨의 파워를 갖는다. 단일 주파수 피크의 마이크로파의 경우에는, 도 5에 나타나는 동일 시간대에 있어서의 ON 레벨의 복수의 파형이 중심 주파수를 중심으로 한 하나의 파형이 되고, ON/OFF를 반복한다.

[파워의 ON/OFF 제어에 관한 신호 파형]

도 6은, ON/OFF 제어에 관한 신호 파형의 일례이다. 도 6에 나타나는 복수의 파형은, 시간축의 타이밍을 일치시키고 있다. 도 6의 신호 (A)는, 제1 펄스 생성기(102)에 의하여 생성된 동기 신호 PSS-M의 파형이다. 도 6의 신호 (B)는, 파형 발생기(101)에 의하여 생성된 마이크로파의 파형이다. 도 6의 신호 (C)는, 신호 (A) 및 신호 (B)에 근거하여 변조된 마이크로파의 파형이다. 도 6의 신호 (D)는, 신호 (C)를 검파하여 얻어진 파형이다. 각각의 가로축은 시간이다. 신호 (B)는, 파워 제어부(162) 및 감쇠기(163)에 의하여, 신호 (A)에 근거하여 감쇠된다. 예를 들면, 신호 (B)는 동기 신호 PSS-M의 OFF 시간에 있어서 0W로 감쇠된다. 감쇠된 신호는, 증폭기(164) 및 증폭기(165)에 의하여 증폭되어, 신호 (C)가 된다. 신호 (C)는, ON 상태의 파워가 설정 파워 Pset가 되도록 증폭된다. 신호 (C)의 ON 상태는, 신호 (A)에 나타나는 동기 신호 PSS-M의 ON 시간과 일치한다. 신호 (C)를 제1 검파부(168)에 의하여 검파하면, 신호 (D)의 파형이 된다. 신호 (D)를 이용하여, 측정 제어부(167)에 의하여, 진행파 파워의 듀티비 및 펄스 주기(펄스 주파수)가 결정된다.

[단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 파형]

도 7은, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 펄스 주파수 및 듀티비의 일례이다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 경우, 동기 신호 PSS-M과 마찬가지로, 노이즈가 적은 ON/OFF의 펄스 파형이 된다. ON 레벨의 파워는, 설정 파워 Pset가 된다. 파형은, ON/OFF의 전환 지점, 즉 파형 상승 부분 및 파형 하강 부분을 포함한다. 이 때문에, 듀티비는, 판정 임곗값 P1(제1 판정 임곗값의 일례)을 이용하여 결정된다. 판정 임곗값 P1은, 여기에서는 설정 파워에 대하여 비율 T%를 승산하여 얻어진다. 일례로서, 비율 T가 50%인 경우에는, 판정 임곗값 P1은, 설정 파워 Pset×0.5가 된다. 파워가 판정 임곗값 P1 이상이 되었을 때부터 파워가 판정 임곗값 P1 이하가 되는 타이밍까지가 ON 레벨이다. OFF 레벨은 그 반대이며, 하나의 ON 레벨과 하나의 OFF 레벨로 구성되는 구간이 펄스 주파수 PRF1이다. 하나의 펄스 주파수 PRF1에 있어서의 ON 레벨의 구간이 듀티비 Duty1이다. 이와 같이, 측정 제어부(167)는, 판정 임곗값 P1을 이용하여 펄스를 모니터한다.

[대역폭을 갖는 마이크로파의 파형]

대역폭을 갖는 마이크로파의 파형의 경우도, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파와 마찬가지로, 판정 임곗값을 이용하여 듀티비 및 펄스 주파수를 모니터할 수 있다. 그러나, 판정 임곗값을 설정 파워 Pset×0.5로 한 경우, 펄스의 모니터 정밀도가 저하된다. 정밀도 저하의 요인은, 대역폭을 갖는 마이크로파의 파형의 경우, 펄스마다 측정되는 파워가 다르기 때문에, 펄스의 ON 레벨의 파워가 안정되지 않기 때문(변동하기 때문)이다. 이 때문에, 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 판정 임곗값은, 설정 파워 Pset의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정된다. 예를 들면, 설정 파워 Pset가 0~2700W의 범위를 취할 수 있는 경우, 판정 임곗값은, 0W보다 크고 1350W보다 작은 값이 된다. 판정 임곗값은, 설정 파워 Pset의 0%보다 크고 0.4% 이하의 범위로 미리 설정되어도 된다. 이 경우, 판정 임곗값은, 0W보다 크고 11W 이하의 값이 된다. 판정 임곗값을 0에 근접시킬수록, 약간의 파워로 ON 레벨이라고 판정되기 때문에, ON 시간을 보다 정확하게 할 수 있다.

도 8은, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 펄스 주파수 및 듀티비와, 대역폭을 갖는 마이크로파의 펄스 주파수 및 듀티비와의 비교의 일례이다. 도 8에는, 도 7과 마찬가지로, 단일 주파수 피크의 판정 임곗값 P1, 듀티비 Duty1, 펄스 주파수 PRF1이 나타나 있다. 대역폭을 갖는 마이크로파의 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 판정 임곗값은, 판정 임곗값 P2(제2 판정 임곗값의 일례)로 나타난다. 판정 임곗값 P2는, 설정 파워 Pset의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 설정되며, 예를 들면 설정 파워 Pset의 0%보다 크고 0.4% 이하의 범위로 미리 설정된다. 측정 제어부(167)는, 판정 임곗값 P2를 이용하여, 듀티비 Duty2 및 펄스 주파수 PRF2를 취득한다. 듀티비 Duty2는, 듀티비 Duty1과 비교하면, δ1+δ2만큼 커진다. 한편, 펄스 주파수 PRF2는, 타이밍이 δ1만큼 어긋나 있지만, 펄스 주파수 PRF1과 일치한다. 이 때문에, 측정 제어부(167)는, 판정 임곗값 P2를 이용하여 적어도 정확한 펄스 주파수를 취득할 수 있다.

[마이크로파 모니터 장치의 동작]

도 9는, 마이크로파 모니터 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 9에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 작업원의 조작에 의하여 펄스 모니터 기능을 ON시키는 지시가 입력되었을 때에 개시된다. 도 9에 나타나는 바와 같이, 처음에, 마이크로파 출력 장치(16)의 제1 검파부(168)는, 검파 신호의 취득 처리(스텝 S10)로서, 진행파 파워(Pf)의 검파 신호를 취득한다(도 6의 신호 (D) 참조). 계속해서, 마이크로파 출력 장치(16)의 측정 제어부(167)는, 펄스 정보의 취득 처리(스텝 S12)로서, 판정 임곗값 P2를 이용하여 진행파 파워(Pf)의 듀티비, 및 펄스 주파수를 취득한다. 판정 임곗값 P2는, 설정 파워 Pset의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정되어 있다. 펄스 정보의 취득 처리(스텝 S12)가 종료되면, 도 9에 나타나는 처리가 종료된다. 도 9에 나타나는 플로차트의 종료 후, 종료 조건이 충족될 때까지, 다시 도 9에 나타나는 처리를 처음부터 실행해도 된다. 종료 조건의 일례는, 예를 들면 작업원의 조작에 의하여 펄스 모니터 기능을 OFF시키는 지시가 입력되었을 때이다.

[제1 실시형태의 정리]

제1 실시형태에 관한 마이크로파 모니터 장치(10)에 의하면, 설정 파워 Pset의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정된 판정 임곗값 P2를 이용하여 진행파 파워(Pf)의 ON 레벨이 판정된다. 혹은, 판정 임곗값 P2는, 설정 파워의 0%보다 크고 0.4% 이하의 범위로 설정된다. 이로써, 이 마이크로파 모니터 장치(10)는, 50%의 전력을 ON 레벨의 판정 임곗값으로서 채용하는 경우와 비교하여, 보다 작은 파워로 ON 레벨이 되는 것을 검지할 수 있다. 이 때문에, 이 마이크로파 모니터 장치(10)는, ON 레벨이 되는 시간을 보다 정확하게 파악할 수 있다. 따라서, 이 마이크로파 모니터 장치(10)는, 대역폭을 갖고, 파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파의 모니터 정밀도를 향상시킬 수 있다.

[제2 실시형태]

제2 실시형태에 관한 마이크로파 모니터 장치(10A)는, 제1 실시형태에 관한 마이크로파 모니터 장치(10)와 비교하여, 보정부(170) 및 기억부(171)를 구비하는 점이 다르고, 그 외에는 동일하다. 이하에서는, 마이크로파 모니터 장치(10A)와 마이크로파 모니터 장치(10)와의 상이점을 중심으로 설명하며, 중복되는 설명은 반복하지 않는다.

도 10은, 제2 실시형태에 관한 마이크로파 출력 장치의 일례를 나타내는 도이다. 도 10에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)는, 보정부(170) 및 기억부(171)를 구비한다. 기억부(171)는, 설정 파워 Pset와 펄스폭 오차와의 대응 관계를 미리 기억한다. 보정부(170)는, 설정 파워 Pset와 기억부(171)에 기억된 대응 관계에 근거하여 측정부(16k)에 의하여 취득된 듀티비를 보정한다. 도 8을 이용하여 설명된 바와 같이, 판정 임곗값 P2를 이용하여 진행파 파워(Pf)를 모니터한 경우, 듀티비에 오차가 발생한다. 이 오차는, 설정 파워 Pset에 의존한다. 따라서, 설정 파워 Pset와 펄스폭 오차와의 대응 관계를 미리 취득해 둠으로써, 설정 파워 Pset에 따라 듀티비를 보정하여, 펄스의 모니터 정밀도를 더 향상시킬 수 있다. 상기 이외의 구성은, 제1 실시형태와 동일하다. 또한, 보정부(170) 및 기억부(171)는, 마이크로파 발생부(16a)가 아닌, 측정부(16k)를 구비해도 된다.

[대응 관계의 취득 처리]

도 11은, 보정 함수를 결정하는 방법의 플로차트의 일례이다. 도 11에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 마이크로파 모니터 장치(10A)를 갖는 플라즈마 처리 장치(1)의 출하 전에 실행된다. 도 11에 나타나는 플로차트의 실행 시에 있어서, 플라즈마 처리 장치(1)의 마이크로파 발생부(16a)의 출력 측이 되는 도파관에, 측정용이 되는 방향성 결합기와 더미 로드를 별도로 장착한다. 이 방향성 결합기의 진행파 출력을 피크 파워 애널라이저(교정용 측정기)에 접속하여 시간축에서 파워 파형을 측정한다.

처음에, 제1 측정 공정(스텝 S20)으로서, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 진행파 파워가 피크 파워 애널라이저를 이용하여 레퍼런스로서 측정된다. 여기에서는, 적어도 2개의 설정 파워에 대응하는 진행파 파워가 측정된다. 일례로서, 제1 설정 파워 Pset1에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 제1 진행파 파워 Pf1과, 제2 설정 파워 Pset2에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 제2 진행파 파워 Pf2가 측정된다. 제1 설정 파워 Pset1 및 제2 설정 파워 Pset2는, 1000W 이상으로 설정할 수 있다.

계속해서, 제1 취득 공정(스텝 S22)으로서, 제1 측정 공정(스텝 S20)의 측정 결과에 근거하여, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 진행파 파워의 듀티비 및 펄스 주기가 레퍼런스로서 취득된다. 일례로서, 제1 측정 공정(스텝 S20)의 측정값과, 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제1 판정 임곗값에 근거하여, 제1 진행파 파워 Pf1의 듀티비와 제2 진행파 파워 Pf2의 듀티비가 취득된다. 제1 판정 임곗값은, 일례로서, 설정 파워의 50%의 값이다. 또한, 제1 취득 공정(스텝 S22)에서는, 펄스 주기는 취득되지 않아도 된다.

계속해서, 제2 측정 공정(스텝 S24)으로서, 대역폭을 갖는 마이크로파의 진행파 파워가 측정부(16k)를 이용하여 측정된다. 여기에서는, 제1 측정 공정(스텝 S20)과 동일한 설정 파워에 대응하는 진행파 파워가 측정된다. 일례로서, 제1 설정 파워 Pset1에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 제3 진행파 파워 Pf3과, 제2 설정 파워 Pset2에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 제4 진행파 파워 Pf4가 측정된다.

계속해서, 제2 취득 공정(스텝 S26)으로서, 제2 측정 공정(스텝 S24)의 측정 결과에 근거하여, 대역폭을 갖는 마이크로파의 진행파 파워의 듀티비 및 펄스 주기가 취득된다. 일례로서, 제2 측정 공정(스텝 S24)의 측정값과, 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제2 판정 임곗값에 근거하여, 제3 진행파 파워 Pf3의 듀티비와 제4 진행파 파워 Pf4의 듀티비가 취득된다. 제2 판정 임곗값은, 일례로서, 설정 파워의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정된 값이다. 또한, 제2 취득 공정(스텝 S26)에서는, 펄스 주기는 취득되지 않아도 된다.

계속해서, 근사 공정(스텝 S28)으로서, 제1 취득 공정(스텝 S22) 및 제2 취득 공정(스텝 S26)에서 취득된 듀티비를 비교하여, 펄스폭 오차를 산출한다. 펄스폭 오차는, 피크 파워 애널라이저의 측정값(단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파)으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭과, 제1 검파부(168)의 측정값(대역폭을 갖는 마이크로파)으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭과의 오차이다. 여기에서는, 동일한 설정 파워로 취득된 펄스폭끼리가 비교된다. 구체적으로는, 제1 설정 파워 Pset1에 대응하는 제1 진행파 파워 Pf1과 제3 진행파 파워 Pf3과의 펄스폭 오차가 취득된다. 마찬가지로, 제2 설정 파워 Pset2에 대응하는 제2 진행파 파워 Pf2와 제4 진행파 파워 Pf4의 펄스폭 오차가 취득된다. 이들 펄스폭 오차는, 설정 파워와 펄스폭 오차를 좌표축으로 하는 좌표 공간에 플롯되어, 1차 함수로 근사된다.

계속해서, 결정 공정(스텝 S30)으로서, 근사 공정(스텝 S28)에서 얻어진 1차 함수에 근거하여 보정 함수가 결정된다. 일례로서, 보정 함수는 설정 파워가 지정되었을 때에, 1차 함수를 이용하여 얻어진 펄스폭 오차를 오프셋시키는 함수가 된다. 결정 공정(스텝 S30)이 종료되면, 도 11에 나타나는 플로차트는 종료된다. 이와 같이 하여 얻어진 대응 관계(1차 함수 또는 보정 함수)는, 기억부(171)에 기억되고, 보정부(170)에 의하여 참조된다.

[마이크로파 모니터 장치의 동작]

도 12는, 마이크로파 모니터 장치(10A)의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 12에 나타나는 플로차트는, 예를 들면 작업원의 조작에 의하여 펄스 모니터 기능을 ON시키는 지시가 입력되었을 때에 개시된다. 도 12에 나타나는 바와 같이, 처음에, 마이크로파 출력 장치(16)의 제1 검파부(168)는, 검파 신호의 취득 처리(스텝 S30)로서, 진행파 파워(Pf)의 검파 신호를 취득한다(도 6의 신호 (D) 참조). 계속해서, 마이크로파 출력 장치(16)의 측정 제어부(167)는, 펄스 정보의 취득 처리(스텝 S32)로서, 판정 임곗값 P2를 이용하여 진행파 파워(Pf)의 듀티비, 및 펄스 주파수를 취득한다. 판정 임곗값 P2는, 설정 파워 Pset의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정되어 있다. 계속해서, 마이크로파 출력 장치(16)의 보정부(170)는, 듀티비의 보정 처리(스텝 S34)로서, 기억부(171)에 기억된 대응 관계와 설정 파워에 근거하여 보정 계수를 취득한다. 그리고, 보정부(170)는, 보정 계수에 근거하여, 펄스 정보의 취득 처리(스텝 S32)에서 취득된 듀티비를 보정한다. 보정 처리(스텝 S34)가 종료되면, 도 12에 나타나는 처리가 종료된다. 도 12에 나타나는 플로차트의 종료 후, 종료 조건이 충족될 때까지, 다시 도 12에 나타나는 처리를 처음부터 실행해도 된다. 종료 조건의 일례는, 예를 들면 작업원의 조작에 의하여 펄스 모니터 기능을 OFF시키는 지시가 입력되었을 때이다.

[제2 실시형태의 정리]

대역폭을 갖는 마이크로파의 ON 레벨의 제2 판정 임곗값을 50%보다 작게 한 경우, 듀티비에 오차가 발생할 우려가 있다. 마이크로파 모니터 장치(10A)에 의하면, 측정 결과인 펄스폭을 설정 파워에 따라 보정할 수 있다. 이 때문에, 펄스의 모니터 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 적어도 2개의 데이터를 이용함으로써, 임의의 설정 파워에 대하여 펄스폭의 오차를 보정할 수 있는 보정 함수를 결정할 수 있다.

이상, 다양한 실시형태에 대하여 설명해 왔지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형 양태를 구성 가능하다.

상술한 실시형태에서는, 마이크로파 발생부(16a)와 파형 발생기(101)가 분리되어 있는 예를 설명했지만, 하나의 장치로서 구성되어 있어도 된다. 또, 연산 장치(100a)가 제1 펄스 생성기(102)~제4 펄스 생성기(105)를 구비하는 예를 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 파워 제어부(162)가 제1 펄스 생성기(102)를 구비해도 된다.

플라즈마 처리 장치가 마이크로파의 진행파 파워를 이용하는 모드만 이용하는 경우, 측정부(16k)는 반사파를 측정하는 구성을 구비하지 않아도 된다.

실시예

이하, 본 개시의 효과를 설명하는 시뮬레이션 결과를 설명한다.

[듀티비 오차]

듀티비 오차를 시뮬레이션했다. 시뮬레이션의 조건으로서, 설정 파워 Pset를 500W~2700W, 대역폭을 10MHz로 했다. 펄스 변조의 설정 듀티비는 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%로 하고, 설정 펄스 주파수는 1kHz, 2kHz, 3kHz, 4kHz, 5kHz, 6kHz, 7kHz, 8kHz, 9kHz, 10kHz, 12kHz, 14kHz, 16kHz, 18kHz, 20kHz로 했다. 펄스 변조 방식은, ON/OFF 변조로 했다. 또, 듀티비에 대해서는, 도 8을 이용하여 설명된 제1 판정 임곗값 P1 및 제2 판정 임곗값 P2를 이용하여 산출했다. 제1 판정 임곗값 P1은 설정 파워의 50%로 하고, 제2 판정 임곗값 P2는, 설정 파워의 0.4%로 했다. 결과를 도 13의 (A)~(F), 도 14의 (A)~(F)에 나타낸다. 또한, 이하에서는, 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파를 SP 모드(single peak mode)로 하고, 대역폭을 갖는 마이크로파를 BB 모드(broad band mode)로 하여 설명한다.

도 13의 (A)~(F)는, 가로축이 출력 전압 측정값(설정 파워 상당)이며, 세로축이 듀티비 오차이다. 도 13에 있어서의 오차는, 설정 듀티비에 대한 측정부(16k)의 측정값의 오차이며, 측정값으로부터 설정값을 감산하고, 추가로 소수점 첫째 자리를 반올림함으로써 도출되는 표시 모니터값이다. 도 13의 (A)는, SP 모드 또한 펄스 주파수 9kHz의 시뮬레이션 결과이며, 도 13의 (B)는, BB 모드 또한 펄스 주파수 9kHz의 시뮬레이션 결과이다. 도 13의 (C)는, SP 모드 또한 펄스 주파수 10kHz의 시뮬레이션 결과이며, 도 13의 (D)는, BB 모드 또한 펄스 주파수 10kHz의 시뮬레이션 결과이다. 도 13의 (E)는, SP 모드 또한 펄스 주파수 20kHz의 시뮬레이션 결과이며, 도 13의 (F)는, BB 모드 또한 펄스 주파수 20kHz의 시뮬레이션 결과이다. 각각의 시뮬레이션에 있어서, 듀티비마다 오차를 시뮬레이션했다.

도 13의 (A), (C), (E)에 나타나는 바와 같이, SP 모드의 경우에는, 듀티비 오차는 확인되지 않았다. 도 13의 (B)에 나타나는 바와 같이, BB 모드의 경우에서도, 펄스 주파수 9kHz일 때에는 오차는 확인되지 않았다. 그러나, BB 모드의 경우, 도 13의 (D), (F)에 나타나는 바와 같이, 펄스 주파수 10kHz, 20kHz일 때에 오차가 확인되었다. 구체적으로는, 출력 전압 측정값 500W 또한 펄스 주파수 10kHz 이상일 때에, 1%의 오차가 확인되었다. 이와 같이, BB 모드의 경우, 제2 판정 임곗값 P2를 이용한 경우에서도, SP 모드의 경우와 비교하여 오차가 발생해 버리는 것이 확인되었다.

도 14의 (A)~(F)는, 가로축이 출력 전압 측정값(설정 파워 상당)이며, 세로축이 듀티비 오차이다. 도 14에 있어서의 오차는, 피크 파워 애널라이저의 측정값에 대한 측정부(16k)의 측정값의 오차이며, 측정부(16k)의 측정값으로부터 피크 파워 애널라이저의 측정값을 감산함으로써 도출된다. 도 14의 (A)는, SP 모드 또한 펄스 주파수 9kHz의 시뮬레이션 결과이며, 도 14의 (B)는, BB 모드 또한 펄스 주파수 9kHz의 시뮬레이션 결과이다. 도 14의 (C)는, SP 모드 또한 펄스 주파수 10kHz의 시뮬레이션 결과이며, 도 14의 (D)는, BB 모드 또한 펄스 주파수 10kHz의 시뮬레이션 결과이다. 도 14의 (E)는, SP 모드 또한 펄스 주파수 20kHz의 시뮬레이션 결과이며, 도 14의 (F)는, BB 모드 또한 펄스 주파수 20kHz의 시뮬레이션 결과이다. 각각의 시뮬레이션에 있어서, 듀티비마다 오차를 시뮬레이션했다.

도 14의 (A), (C), (E)에 나타나는 바와 같이, SP 모드의 경우에는, 듀티비가 80%까지는 듀티비 오차는 0.5% 이내이며, 오차는 거의 없는 것이 확인되었다. 그러나, 도 14의 (E) 듀티비가 90%일 때에는 0.5% 이하가 된다. 도 14의 (B)에 나타나는 바와 같이, BB 모드의 경우에서도, 펄스 주파수 9kHz일 때에는 오차는 확인되지 않았다. 그러나, BB 모드의 경우, 도 14의 (D), (F)에 나타나는 바와 같이, 펄스 주파수 10kHz, 20kHz일 때에 오차가 확인되었다. 구체적으로는, 출력 전압 측정값 500W 또한 펄스 주파수 10kHz 이상일 때에, 1%의 오차가 확인되었다. 이와 같이, BB 모드의 경우, 제2 판정 임곗값 P2를 이용한 경우에서도, SP 모드의 경우와 비교하여 오차가 발생해 버리는 것이 확인되었다. 또, 출력 전압 측정값이 높아질수록 오차가 커지는 것이 확인되었다.

도 15의 (A)는, 도 14의 (F)에 나타나는 데이터를 좌표 변환하여 듀티비의 간격을 1%로 한 그래프이며, 가로축이 설정 듀티비, 세로축이 오차이다. 도 15의 (A)에 나타나는 바와 같이, BB 모드에서는, 설정 듀티비가 높아질수록 오차가 커지는 것이 확인되었다. 도 15의 (B)는, 도 14의 (B), (D), (F) 등에 나타나는 듀티비 90%의 데이터를 다시 플롯하여 펄스 주파수를 0.1kHz로 한 그래프이며, 가로축이 설정 펄스 주파수, 세로축이 오차이다. 도 15의 (B)에 나타나는 바와 같이, BB 모드에서는, 설정 펄스 주파수가 높아질수록 오차가 커지는 것이 확인되었다.

계속해서, 펄스폭의 오차를 시뮬레이션했다. 시뮬레이션의 조건으로서, 설정 파워 Pset를 500W~2700W, 대역폭을 10MHz로 했다. 펄스 변조의 설정 듀티비는 10, 50, 90%로 하고, 설정 펄스 주파수는 1, 5, 10, 20kHz로 했다. 펄스 변조 방식은, ON/OFF 변조로 했다. 또, 듀티비에 대해서는, 도 8을 이용하여 설명된 제1 판정 임곗값 P1 및 제2 판정 임곗값 P2를 이용하여 산출했다. 제1 판정 임곗값 P1은 설정 파워의 50%로 하고, 제2 판정 임곗값 P2는, 설정 파워의 0.4%로 했다. 이 조건으로 4개의 측정부(16k)의 펄스폭 오차를 측정했다. 결과를 도 16의 (A)~(D)에 나타낸다.

도 16의 (A)~(D)는, 4개의 측정부(16k)마다의 시뮬레이션 결과이며, 가로축이 설정 파워, 세로축이 펄스폭 오차이다. 도 16의 (A)~(D)에 나타나는 바와 같이, 측정부(16k)마다 개체차가 있지만, 설정 파워에 의존하여 펄스폭 오차가 커지는 것이 확인되었다. 또한, 펄스폭 오차는 설정 파워 1000W 이상의 영역에서 단조 증가하는 것이 확인되었다. 즉, 펄스폭 오차는, 설정 파워 1000W 이상의 영역에서 1차 함수로 근사 가능하다는 것이 확인되었다(도면 중의 직선 참조). 따라서, 임의의 설정 파워와 펄스폭 오차와의 대응 관계를 1차 함수를 이용하여 도출 가능하다는 것이 확인되었다.

[펄스 모니터 정밀도의 향상의 확인]

도 17의 (A)~(D)는, 도 16의 (A)~(D)에 대응하는 측정부(16k)에 의하여 측정된 결과이며, 가로축이 설정 파워, 세로축이 듀티비 오차이다. 도 17의 (A)~(D)에서는, 설정 펄스 주파수는 1kHz, 5kHz, 10kHz, 20kHz이다. 도 17의 (A)~(D)에 나타나는 바와 같이, 최대 5% 정도의 오차가 있는 것이 확인되었다. 도 17의 (A)~(D)를, 도 16의 (A)~(D)에 나타나는 1차 함수를 이용하여 보정한 결과를 도 18의 (A)~(D)에 나타낸다.

도 18의 (A)~(D)는, 도 17의 (A)~(D)의 데이터를 보정한 결과이며, 가로축이 설정 파워, 세로축이 듀티비 오차이다. 보정 데이터는 설정 펄스 주파수가 5kHz이며 펄스 변조의 듀티비를 90%로 하고 설정 파워를 1000W와 2500W로 하여 1차 근사로 산출했다. 도 18의 (A)~(D)에 나타나는 바와 같이, 설정 펄스 주파수가 1kHz, 5kHz, 10kHz, 20kHz에서 설정 파워가 500W 이상에서 듀티비 오차는 1% 이하로 억제되어 있는 것이 확인되었다. 특히, 설정 파워 1000W 이상의 범위에서는 오차가 확인되지 않을만큼 개선되는 것을 알 수 있었다.

1…플라즈마 처리 장치
10, 10A…마이크로파 모니터 장치
12…챔버 본체
16…마이크로파 출력 장치
16a…마이크로파 발생부
16f…제1 방향성 결합기
16h…제2 방향성 결합기
16k…측정부
16t…출력부
18…안테나
20…유전체창
26…튜너
27…모드 변환기
28…동축 도파관
30…슬롯판
32…유전체판
34…냉각 재킷
38…가스 공급계
58…고주파 전원
60…매칭 유닛
100…제어기
101…파형 발생기
102…제1 펄스 생성기
162…파워 제어부
163…감쇠기
164…증폭기
165…증폭기
166…모드 변환기

Claims

파워가 ON/OFF되도록 펄스 변조된 마이크로파를 계측하는 검파부의 계측 결과를 보정하기 위한 보정 함수를 결정하는 방법으로서,
제1 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조되어 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 제1 진행파 파워와, 제2 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조되어 단일 주파수 피크를 갖는 마이크로파의 제2 진행파 파워를, 교정용 측정기를 이용하여 측정하는 제1 측정 공정과,
상기 제1 측정 공정의 측정값과, 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제1 판정 임곗값에 근거하여, 상기 제1 진행파 파워의 듀티비와 상기 제2 진행파 파워의 듀티비를 취득하는 제1 취득 공정과,
상기 제1 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조되어 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 제3 진행파 파워와, 상기 제2 설정 파워에 따른 ON 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조되어 중앙 주파수 및 대역폭을 갖는 마이크로파의 제4 진행파 파워를, 상기 검파부를 이용하여 측정하는 제2 측정 공정과,
상기 제2 측정 공정의 측정값과, 상기 설정 파워의 0%보다 크고 50%보다 작은 범위로 미리 설정되어 파워의 ON 레벨을 판정하기 위한 제2 판정 임곗값에 근거하여, 상기 제3 진행파 파워의 듀티비와 상기 제4 진행파 파워의 듀티비를 취득하는 제2 취득 공정과,
상기 설정 파워와, 교정용 측정기의 측정값으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭과 상기 검파부의 측정값으로부터 얻어진 듀티비에 근거한 펄스폭의 오차인 펄스폭 오차를 좌표축으로 하고, 상기 제1 설정 파워에 대응하는 상기 제1 진행파 파워와 상기 제3 진행파 파워의 펄스폭 오차와, 상기 제2 설정 파워에 대응하는 상기 제2 진행파 파워와 상기 제4 진행파 파워의 펄스폭 오차를 1차 함수로 근사하는 공정과,
상기 1차 함수에 근거하여 상기 보정 함수를 결정하는 공정을 포함하는, 보정 함수를 결정하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 설정 파워 및 상기 제2 설정 파워는, 1000W 이상인 보정 함수를 결정하는 방법.