KR20210105818A - 플라즈마 처리 장치 및 정합 방법 - Google Patents

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쇼 사토
겐 요시다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치의 전극에 공급하는 전력을 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽에서 다른 쪽으로 전환한 후의 부하로부터의 반사를 저감하는 기술을 제공한다.
하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 고주파 전원, 전극 및 정합기를 구비한다. 고주파 전원은, 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기는, 고주파 전원과 전극 사이에서 접속되어 있다. 고주파 전원은, 고주파 전력의 연속파 및 변조파를 전극에 공급한다. 변조파는, 고주파 전력의 파워 레벨을 교대로 증감시킴으로써 생성된다. 정합기는, 고주파 전원으로부터 전극에 공급되는 전력이 변조파 및 연속파 중 한쪽에서 다른 쪽으로 전환되기 전 또는 후의 연속파가 공급되는 기간에 있어서, 부하 임피던스를 목표 임피던스까지 단계적으로 변경한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 정합 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND MATCHING METHOD}
본 개시의 예시적 실시형태는, 플라즈마 처리 장치 및 정합 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 전극, 고주파 전원 및 정합기를 구비한다. 챔버 내의 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하기 위해, 고주파 전력이 고주파 전원으로부터 전극에 부여된다. 정합기는, 고주파 전원의 출력 임피던스에 고주파 전원의 부하측의 임피던스, 즉 부하 임피던스를 정합시키도록 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치에 있어서, 그 파워가 교대로 증감된 고주파 전력, 즉 고주파 전력의 변조파를 전극에 공급하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 기술은, 예컨대, 하기의 특허문헌 1 및 2에 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2015-90770호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2019-186099호 공보
본 개시는 플라즈마 처리 장치의 전극에 공급하는 전력을 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽에서 다른 쪽으로 전환한 후의 부하로부터의 반사를 저감하는 기술을 제공한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 전극, 고주파 전원 및 정합기를 구비한다. 고주파 전원은, 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서의 플라즈마 처리를 위해 전극에 공급되는 고주파 전력을 발생하도록 구성되어 있다. 정합기는, 고주파 전원과 전극 사이에서 접속되어 있다. 정합기는, 고주파 전원의 부하측의 임피던스인 부하 임피던스를 설정하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 2개의 연속하는 기간 중 선행 기간에 있어서 전극에 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽의 전력파를 공급하고, 2개의 연속하는 기간 중 후속 기간에 있어서 전극에 변조파 및 연속파 중 다른 쪽의 전력파를 공급하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 교대의 제1 부기간과 제2 부기간 중 제1 부기간에 있어서의 고주파 전력의 파워 레벨이 제2 부기간에 있어서의 고주파 전력의 파워 레벨보다 높아지도록, 변조파를 생성한다. 정합기는, 2개의 연속하는 기간 중 연속파가 공급되는 기간에 있어서 부하 임피던스를 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하도록 구성되어 있다.
하나의 예시적 실시형태에 따르면, 플라즈마 처리 장치의 전극에 공급하는 전력을 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽에서 다른 쪽으로 전환한 후의 부하로부터의 반사를 저감시키는 것이 가능해진다.
도 1은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 제1 고주파 전력 및 제2 고주파 전력의 타이밍 차트의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 제1 고주파 전력 및 제2 고주파 전력의 타이밍 차트의 별도의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제1 고주파 전원 및 제1 정합기의 구성의 일례를 예시하는 도면.
도 5는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제1 정합기의 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제2 고주파 전원 및 제2 정합기의 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제2 정합기의 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 반사 계수의 절대값의 변화의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 반사 계수의 절대값의 변화의 별도의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 하나의 예시적 실시형태에 따른 정합 방법의 흐름도.
이하, 여러 가지의 예시적 실시형태에 대해서 설명한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 전극, 고주파 전원 및 정합기를 구비한다. 고주파 전원은, 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서의 플라즈마 처리를 위해 전극에 공급되는 고주파 전력을 발생하도록 구성되어 있다. 정합기는, 고주파 전원과 전극 사이에서 접속되어 있다. 정합기는, 고주파 전원의 부하측의 임피던스인 부하 임피던스를 설정하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 2개의 연속하는 기간 중 선행 기간에 있어서 전극에 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽의 전력파를 공급하고, 2개의 연속하는 기간 중 후속 기간에 있어서 전극에 변조파 및 연속파 중 다른 쪽의 전력파를 공급하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 교대의 제1 부기간과 제2 부기간 중 제1 부기간에 있어서의 고주파 전력의 파워 레벨이 제2 부기간에 있어서의 고주파 전력의 파워 레벨보다 높아지도록, 변조파를 생성한다. 정합기는, 2개의 연속하는 기간 중 연속파가 공급되는 기간에 있어서 부하 임피던스를 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하도록 구성되어 있다.
상기 실시형태에서는, 정합기는, 고주파 전원으로부터 전극에 공급되는 전력이 한쪽의 전력파에서 다른 쪽의 전력파로 전환되기 전 또는 후의 연속파가 공급되는 기간에 있어서 부하 임피던스를 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경한다. 따라서, 정합기는, 고주파 전원으로부터 전극에 공급되는 전력이 한쪽의 전력파에서 다른 쪽의 전력파로 전환된 후에 설정해야 하는 부하 임피던스에 추종하는 것이 가능하다. 따라서, 고주파 전원으로부터 전극에 공급되는 전력이 변조파 및 연속파 중 한쪽에서 다른 쪽으로 전환된 후의 반사를 저감시키는 것이 가능하다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 정합기는, 연속파가 공급되는 기간에 있어서의 부하 임피던스의 단계적인 변경을, 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 후속 기간을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록 행하여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 정합기는, 고주파 전원으로부터 전극에 공급되는 전력이 변조파에서 연속파로 전환된 후에, 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로까지 감소시키도록, 부하 임피던스를 단계적으로 변경하도록 구성되어 있어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 정합기는, 전극에 공급되는 전력이 연속파에서 변조파로 전환되기 전의 부하 임피던스의 단계적인 변경을, 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로보다 큰 설정 목표값까지 증가시키도록 행하여도 좋다. 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 정합기는, 연속파가 공급되는 기간에 있어서 반사 계수의 절대값을 단계적으로 후속 기간을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록 구성되어 있어도 좋다. 복수의 부기간의 각각의 시간 길이가, 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 복수의 부기간에 포함되는 임의의 2개의 연속하는 부기간 중 한쪽의 부기간에 있어서의 반사 계수의 절대값의 목표값과 다른 쪽의 부기간에 있어서의 반사 계수의 절대값의 목표값의 차가, 0.2 이하로 설정된다. 또는, 상기 시간 길이가, 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차가, 0.1 이하로 설정된다. 상기 시간 길이는 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차는 0.05 이하로 설정되어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 정합기는, 2개의 연속하는 기간 중 변조파가 공급되는 기간에 있어서의 고주파 전원의 부하 임피던스를 고주파 전원의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정하도록 구성되어 있어도 좋다. 고주파 전원의 부하 임피던스는, 제1 부기간 내의 모니터 기간에 있어서의 부하 임피던스의 측정값에 의해 특정된다. 이 실시형태에 따르면, 변조파가 공급되는 기간에 있어서 변조파에 대한 부하로부터의 반사가 저감될 수 있다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 모니터 기간은, 제1 부기간의 개시 시점부터 미리 정해진 시간 길이의 경과 후에 개시하는 기간이어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 정합기는, 목표 임피던스를, 변조파가 공급되는 기간에 있어서의 변조파의 반사 계수의 절대값의 설정 목표값으로부터 특정하도록 구성되어 있어도 좋다. 하나의 예시적 실시형태에 있어서, 이 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전원은, 변조파가 공급되는 기간에 있어서의 로드 파워 레벨을 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록, 고주파 전력의 파워 레벨을 조정하도록 구성되어 있어도 좋다. 로드 파워 레벨은, 변조파의 진행파의 파워 레벨과 변조파의 반사파의 파워 레벨의 차이다. 목표 임피던스가 고주파 전원의 출력 임피던스와 다른 경우에는, 반사가 발생한다. 이 실시형태에 따르면, 반사가 발생하여도, 플라즈마에 목표 파워 레벨의 변조파가 결합될 수 있다.
별도의 예시적 실시형태에 있어서는, 정합 방법이 제공된다. 정합 방법은, 플라즈마 처리 장치에 있어서 실행된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 전극, 고주파 전원 및 정합기를 구비한다. 고주파 전원은, 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서의 플라즈마 처리를 위해 전극에 공급되는 고주파 전력을 발생하도록 구성되어 있다. 정합기는, 고주파 전원과 전극 사이에서 접속되어 있고, 고주파 전원의 부하측의 임피던스인 부하 임피던스를 설정하도록 구성되어 있다. 정합 방법은, 2개의 연속하는 기간 중 선행 기간에 있어서, 고주파 전원으로부터 전극에 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽의 전력파를 공급하는 공정을 포함한다. 변조파는, 교대의 제1 부기간과 제2 부기간 중 제1 부기간에 있어서의 고주파 전력의 파워 레벨이 제2 부기간에 있어서의 고주파 전력의 파워 레벨보다 높아지도록 생성된다. 정합 방법은, 2개의 연속하는 기간 중 후속 기간에 있어서 전극에 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 다른 쪽의 전력파를 공급하는 공정을 더 포함한다. 정합 방법은, 2개의 연속하는 기간 중 연속파가 공급되는 기간에 있어서, 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 부하 임피던스를 단계적으로 변경하는 공정을 더 포함한다.
하나의 예시적 실시형태에서는, 부하 임피던스를 단계적으로 변경하는 공정에 있어서, 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 후속 기간을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 부하 임피던스가 단계적으로 변경되어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에서는, 전극에 공급되는 전력이 변조파에서 연속파로 전환된 후에, 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로까지 감소시키도록 부하 임피던스가 단계적으로 변경되어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에서는, 전극에 공급되는 전력이 연속파에서 변조파로 전환되기 전에, 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로보다 큰 설정 목표값까지 증가시키도록 부하 임피던스가 단계적으로 변경되어도 좋다. 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 연속파가 공급되는 기간에 있어서, 연속하는 복수의 부기간을 거쳐 반사 계수의 절대값을 단계적으로 후속 기간을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 부하 임피던스가 단계적으로 변경되어도 좋다. 복수의 부기간의 각각의 시간 길이가, 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 복수의 부기간에 포함되는 임의의 2개의 연속하는 부기간 중 한쪽의 부기간에 있어서의 반사 계수의 절대값의 목표값과 다른 쪽의 부기간에 있어서의 반사 계수의 절대값의 목표값의 차가, 0.2 이하로 설정된다. 또는, 상기 시간 길이가, 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차가, 0.1 이하로 설정된다. 상기 시간 길이는 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차는 0.05 이하로 설정되어도 좋다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대하여는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 챔버(10)를 구비하고 있다. 챔버(10)는, 그 속에 내부 공간을 제공하고 있다.
챔버(10)는, 챔버 본체(12)를 포함하고 있다. 챔버 본체(12)는, 대략 원통 형상을 가지고 있다. 챔버(10)의 내부 공간은, 챔버 본체(12)의 내측에 제공되어 있다. 챔버 본체(12)는, 알루미늄이라고 하는 재료로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면에는, 내플라즈마성을 갖는 막이 형성되어 있다. 이 막은, 양극 산화 처리에 의해 형성된 막 또는 산화이트륨으로 형성된 막이라고 하는 세라믹제의 막일 수 있다. 챔버 본체(12)는, 접지되어 있다. 챔버 본체(12)의 측벽에는 개구(12p)가 형성되어 있다. 기판(W)은, 챔버(10)의 내부 공간과 챔버(10)의 외부 사이에서 반송될 때에, 개구(12p)를 통과한다. 개구(12p)는, 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐 가능하다. 게이트 밸브(12g)는, 챔버 본체(12)의 측벽을 따라 마련되어 있다.
챔버 본체(12)의 바닥부 상에는, 절연판(13)이 마련되어 있다. 절연판(13)은, 예컨대 세라믹으로 형성되어 있다. 절연판(13) 상에는, 지지대(14)가 마련되어 있다. 지지대(14)는, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 지지대(14)는, 그 위에 마련된 서셉터(16)를 지지하고 있다. 서셉터(16)는, 챔버(10) 내에 마련되어 있다. 서셉터(16)는, 알루미늄이라고 하는 도전성의 재료로 형성되어 있다. 서셉터(16)는, 하부 전극을 구성하고 있다.
서셉터(16)는, 그 위에 마련된 정전 척(18)을 지지하고 있다. 정전 척(18)은, 챔버(10) 내에 마련되어 있다. 정전 척(18)은, 그 위에 배치되는 기판(W)을 유지하도록 구성되어 있다. 정전 척(18)은, 본체 및 전극(20)을 가지고 있다. 정전 척(18)의 본체는, 유전체로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 전극(20)은, 도전막이고, 정전 척(18)의 본체 속에 마련되어 있다. 전극(20)에는, 스위치(22)를 통해 직류 전원(24)이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압이 전극(20)에 인가되면, 기판(W)과 정전 척(18) 사이에서 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 기판(W)은 정전 척(18)에 끌어당겨져, 정전 척(18)에 의해 유지된다.
서셉터(16) 및 정전 척(18)은, 기판 지지기를 구성하고 있다. 기판 지지기는, 그 위에 탑재되는 엣지 링(26)을 지지한다. 엣지 링(26)은, 기판(W)의 엣지를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 기판(W)은, 엣지 링(26)에 의해 둘러싸인 영역 내, 또한 정전 척(18) 상에 배치된다. 서셉터(16) 및 지지대(14)의 각각 외주면은, 원통형의 내벽 부재(28)에 의해 덮여 있다. 내벽 부재(28)는, 예컨대 석영으로 형성되어 있다.
지지대(14)의 내부에는, 유로(14f)가 형성되어 있다. 유로(14f)는, 예컨대, 연직 방향으로 연장되는 중심축선에 대하여 나선형으로 연장되어 있다. 유로(14f)에는, 챔버(10)의 외부에 마련된 공급 장치(예컨대 칠러 유닛)로부터 배관(32a)을 통해 열교환 매체(cw)(예컨대 냉각수라고 하는 냉매)가 공급된다. 유로(14f)에 공급된 열교환 매체는, 배관(32b)을 통해 공급 장치에 회수된다. 열교환 매체의 온도가 공급 장치에 의해 조정됨으로써, 기판(W)의 온도가 조정된다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 가스 공급 라인(34)을 제공하고 있다. 가스 공급 라인(34)은, 전열 가스(예컨대, He 가스)를, 정전 척(18)의 상면과 기판(W)의 이면 사이의 간극에 공급하기 위해 마련되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 하나 이상의 고주파 전원을 구비할 수 있다. 일실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(1)는, 제1 고주파 전원[즉, 고주파 전원(36)] 및 제2 고주파 전원[즉, 고주파 전원(38)]을 구비한다. 고주파 전원(36)은, 도체(44)(예컨대, 급전봉) 및 제1 정합기[즉, 정합기(40)]를 통해 서셉터(16)(즉, 하부 전극)에 접속되어 있다. 고주파 전원(38)은, 도체(44) 및 제2 정합기[즉, 정합기(42)]를 통해 서셉터(16)(즉, 하부 전극)에 접속되어 있다. 또한, 고주파 전원(36)은, 하부 전극이 아니라, 후술하는 상부 전극에 정합기(40)를 통해 접속되어 있어도 좋다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 고주파 전원(36)과 정합기(40)의 셋트 및 고주파 전원(38)과 정합기(42)의 셋트 중 한쪽의 셋트를 구비하지 않아도 좋다.
고주파 전원(36)은, 챔버(10) 내에서의 플라즈마 처리를 위해 제1 고주파 전력[즉, 고주파 전력(RF1)]을 발생하도록 구성되어 있다. 고주파 전력(RF1)은, 주로 플라즈마의 생성을 위해 이용된다. 고주파 전력(RF1)의 기본 주파수(fB1)는, 예컨대 100 ㎒이다. 고주파 전원(38)은, 챔버(10) 내에서의 플라즈마 처리를 위해 제2 고주파 전력[즉, 고주파 전력(RF2)]을 발생하도록 구성되어 있다. 고주파 전력(RF2)의 주파수는, 고주파 전력(RF1)의 주파수보다 낮다. 고주파 전력(RF2)의 기본 주파수(fB2)는, 예컨대 13.56 ㎒이다.
정합기(40)는, 고주파 전원(36)의 부하측(예컨대 하부 전극측)의 임피던스인 부하 임피던스를 설정하기 위한 회로를 가지고 있다. 정합기(42)는, 고주파 전원(38)의 부하측(하부 전극측)의 임피던스인 부하 임피던스를 설정하기 위한 회로를 가지고 있다. 정합기(40) 및 정합기(42)의 각각은, 전자 제어식의 정합기일 수 있다. 정합기(40) 및 정합기(42)의 각각의 상세에 대해서는 후술한다.
정합기(40) 및 도체(44)는, 급전 라인(43)의 일부를 구성하고 있다. 고주파 전력(RF1)은, 급전 라인(43)을 통해 서셉터(16)에 공급된다. 정합기(42) 및 도체(44)는, 급전 라인(45)의 일부를 구성하고 있다. 고주파 전력(RF2)은, 급전 라인(45)을 통해 서셉터(16)에 공급된다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 상부 전극(46)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(46)은, 챔버(10)의 천장부를 구성하고 있다. 상부 전극(46)은, 챔버 본체(12)의 상단의 개구를 폐쇄하도록 마련되어 있다. 챔버(10)의 내부 공간은, 처리 영역(PS)을 포함한다. 처리 영역(PS)은, 상부 전극(46)과 서셉터(16) 사이의 공간이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 상부 전극(46)과 서셉터(16) 사이에서 발생하는 고주파 전계에 의해, 처리 영역(PS)에 있어서 플라즈마를 생성한다. 상부 전극(46)은, 접지되어 있다. 또한, 고주파 전원(36)이, 하부 전극이 아니라 상부 전극(46)에 정합기(40)를 통해 접속되어 있는 경우에는, 상부 전극(46)은 접지되지 않고, 상부 전극(46)과 챔버 본체(12)는 전기적으로 분리된다.
상부 전극(46)은, 천장판(48) 및 지지체(50)를 가지고 있다. 천장판(48)에는, 복수의 가스 분출 구멍(48a)이 형성되어 있다. 천장판(48)은, 예컨대, Si, SiC라고 하는 실리콘계의 재료로 형성되어 있다. 지지체(50)는, 천장판(48)을 착탈 가능하게 지지하는 부재이고, 알루미늄이라고 하는 도체로 형성되어 있고, 그 표면에는 내플라즈마성을 갖는 막이 형성되어 있다.
지지체(50)의 내부에는, 가스 버퍼실(50b)이 형성되어 있다. 또한, 지지체(50)에는, 복수의 가스 구멍(50a)이 형성되어 있다. 복수의 가스 구멍(50a)은 각각, 가스 버퍼실(50b)로부터 연장되어, 복수의 가스 분출 구멍(48a)에 연통한다. 가스 버퍼실(50b)에는, 가스 공급관(54)이 접속되어 있다. 가스 공급관(54)에는, 유량 제어기(58)(예컨대, 매스 플로우 컨트롤러) 및 개폐 밸브(60)를 통해, 가스 소스(56)가 접속되어 있다. 가스 소스(56)로부터의 가스는, 유량 제어기(58), 개폐 밸브(60), 가스 공급관(54), 가스 버퍼실(50b) 및 복수의 가스 분출 구멍(48a)을 통해, 챔버(10)의 내부 공간에 공급된다. 가스 소스(56)로부터 챔버(10)의 내부 공간에 공급되는 가스의 유량은, 유량 제어기(58)에 의해 조정된다.
서셉터(16)와 챔버 본체(12)의 측벽 사이의 공간의 하방에서는, 챔버 본체(12)의 바닥부에 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(64)이 접속되어 있다. 배기관(64)은, 배기 장치(66)에 접속되어 있다. 배기 장치(66)는, 자동 압력 제어 밸브라고 하는 압력 조정기 및 터보 분자 펌프라고 하는 진공 펌프를 가지고 있다. 배기 장치(66)는, 챔버(10)의 내부 공간을 지정된 압력으로 감압한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 주제어부(70)를 더 구비하고 있다. 주제어부(70)는, 하나 이상의 마이크로 컴퓨터를 포함한다. 주제어부(70)는, 프로세서, 메모리라고 하는 기억 장치, 키보드라고 하는 입력 장치, 표시 장치, 신호의 입출력 인터페이스 등을 가질 수 있다. 주제어부(70)의 프로세서는, 기억 장치에 저장되어 있는 소프트웨어(프로그램)를 실행하여, 레시피 데이터에 따라, 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부의 개개의 동작 및 플라즈마 처리 장치(1)의 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다. 주제어부(70)는, 예컨대, 고주파 전원(36), 고주파 전원(38), 정합기(40), 정합기(42), 유량 제어기(58), 개폐 밸브(60), 배기 장치(66) 등을 제어한다.
플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 플라즈마 처리가 행해지는 경우에는, 먼저, 게이트 밸브(12g)가 개방된다. 계속해서, 기판(W)이, 개구(12p)를 경유하여 챔버(10) 내에 반입되어, 정전 척(18) 위에 배치된다. 그리고, 게이트 밸브(12g)가 폐쇄된다. 계속해서, 처리 가스가 가스 소스(56)로부터 챔버(10)의 내부 공간에 공급되고, 배기 장치(66)가 작동되어, 챔버(10)의 내부 공간에 있어서의 압력이 지정된 압력으로 설정된다. 또한, 고주파 전력(RF1) 및/또는 고주파 전력(RF2)이 서셉터(16)에 공급된다. 또한, 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압이 정전 척(18)의 전극(20)에 인가되어, 기판(W)이 정전 척(18)에 의해 유지된다. 그리고, 처리 가스가, 서셉터(16)와 상부 전극(46) 사이에서 형성된 고주파 전계에 의해 여기된다. 그 결과, 처리 영역(PS) 내에서 플라즈마가 생성된다.
이하, 도 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조한다. 도 2는 제1 고주파 전력 및 제2 고주파 전력의 타이밍 차트의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3은 제1 고주파 전력 및 제2 고주파 전력의 타이밍 차트의 별도의 일례를 나타내는 도면이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 기간(P1)에 있어서, 챔버(10) 내에서의 플라즈마 처리를 위해, 고주파 전력(RF1)의 변조파(MW1) 또는 고주파 전력(RF2)의 변조파(MW2) 중 적어도 한쪽을 이용하도록 구성되어 있다. 변조파(MW1)는, 고주파 전원(36)에 의해 생성된다. 변조파(MW2)는, 고주파 전원(38)에 의해 생성된다. 도 2 및 도 3에 있어서 점선으로 나타내는 바와 같이, 기간(P1)에 있어서, 고주파 전력(RF1)의 연속파(CW1) 또는 고주파 전력(RF2)의 연속파(CW2)가 이용되어도 좋다. 연속파(CW1)는, 고주파 전원(36)에 의해 생성된다. 연속파(CW2)는, 고주파 전원(38)에 의해 생성된다. 기간(P1)에 있어서 변조파(MW1) 및 변조파(MW2)가 이용되는 모드는, 제1 모드이다. 기간(P1)에 있어서 변조파(MW1) 및 연속파(CW2)가 이용되는 모드는, 제2 모드이다. 기간(P1)에 있어서 연속파(CW1) 및 변조파(MW2)가 이용되는 모드는, 제3 모드이다.
기간(P1)은, 교대의 제1 부기간(SP11)과 제2 부기간(SP12)을 포함한다. 변조파(MW1)는, 제1 부기간(SP11)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 파워 레벨이 제2 부기간(SP12)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 파워 레벨보다 높아지도록, 고주파 전원(36)에 의해 생성된다. 제2 부기간(SP12)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 파워 레벨은, 0[W]이어도 좋다. 변조파(MW2)는, 제1 부기간(SP11)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 파워 레벨이 제2 부기간(SP12)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 파워 레벨보다 높아지도록, 고주파 전원(38)에 의해 생성된다. 제2 부기간(SP12)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 파워 레벨은, 0[W]이어도 좋다.
제1 부기간(SP11)과 이에 이어지는 제2 부기간(SP12)은 일주기(CP)를 구성한다. 제1 부기간(SP11)이 일주기(CP)에 있어서 차지하는 비율, 즉 듀티비는, 임의의 값이어도 좋다. 예컨대, 듀티비는, 10％ 이상, 90％ 이하의 범위 내의 값으로 제어될 수 있다. 또한, 일주기(CP)의 역수, 즉 변조 주파수는, 임의의 주파수로 제어 가능하다. 단, 변조 주파수는, 기본 주파수(fB1) 및 기본 주파수(fB2)보다 낮다. 변조 주파수는, 예컨대, 0.1 ㎑ 이상, 100 ㎑ 이하의 범위 내의 주파수일 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기간(P2)에 있어서, 연속파(CW1) 및 연속파(CW2)를 이용하도록 구성되어 있다. 즉, 고주파 전력(RF1) 및 고주파 전력(RF2)은, 기간(P2)의 개시 시점과 기간(P2)의 종료 시점 사이에서 연속적으로 공급된다. 기간(P2)의 시간 길이는, 일주기(CP)의 시간 길이보다 길다.
기간(P1) 및 기간(P2)은, 2개의 연속하는 기간이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 2개의 연속하는 기간 중, 기간(P1)은 선행 기간(PA)이고, 기간(P2)은 후속 기간(PB)이어도 좋다. 또는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 2개의 연속하는 기간 중, 기간(P2)은 선행 기간(PA)이고, 기간(P1)은 후속 기간(PB)이어도 좋다. 기간(P1)과 기간(P2)은, 교대로 반복되어도 좋다. 즉, 고주파 전원(36)은, 선행 기간(PA)에 있어서 전력파(W11)를 공급한다. 전력파(W11)는, 변조파(MW1) 및 연속파(CW1) 중 한쪽이다. 고주파 전원(36)은, 후속 기간(PB)에 있어서 전력파(W11) 또는 전력파(W12)를 공급한다. 전력파(W12)는, 변조파(MW1) 및 연속파(CW1) 중 다른 쪽이다. 고주파 전원(38)은, 선행 기간(PA)에 있어서 전력파(W21)를 공급한다. 전력파(W21)는, 변조파(MW2) 및 연속파(CW2) 중 한쪽이다. 고주파 전원(38)은, 후속 기간(PB)에 있어서 전력파(W21) 또는 전력파(W22)를 공급한다. 전력파(W22)는, 변조파(MW2) 및 연속파(CW2) 중 다른 쪽이다. 후속 기간(PB)에서는, 전력파(W12) 또는 전력파(W22) 중 적어도 한쪽이 공급된다.
이하, 도 4∼도 7을 참조하여, 고주파 전원(36), 정합기(40), 고주파 전원(38) 및 정합기(42)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 4는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제1 고주파 전원 및 제1 정합기의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제1 정합기의 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제2 고주파 전원 및 제2 정합기의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 제2 정합기의 센서의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 일실시형태에 있어서, 고주파 전원(36)은, 발진기(36a), 파워 앰프(36b), 파워 센서(36c) 및 전원 제어부(36e)를 가지고 있다. 전원 제어부(36e)는, CPU라고 하는 프로세서로 구성되어 있다. 전원 제어부(36e)는, 발진기(36a), 파워 앰프(36b) 및 파워 센서(36c)의 각각에 제어 신호를 부여하여, 발진기(36a), 파워 앰프(36b) 및 파워 센서(36c)를 제어한다. 전원 제어부(36e)는, 주제어부(70)로부터 부여되는 신호 및 파워 센서(36c)로부터 부여되는 신호를 이용하여, 발진기(36a), 파워 앰프(36b) 및 파워 센서(36c)의 각각에 부여하는 제어 신호를 생성한다.
주제어부(70)로부터 전원 제어부(36e)에 부여되는 신호는, 제1 주파수 설정 신호 및 모드 설정 신호를 포함한다. 제1 주파수 설정 신호는, 고주파 전력(RF1)의 설정 주파수를 지정하는 신호이다. 모드 설정 신호는, 제1∼제3 모드 중 선택된 모드를 지정하는 신호이다. 제1 모드 또는 제2 모드가 지정되는 경우에는, 주제어부(70)로부터 전원 제어부(36e)에 부여되는 신호는, 제1 변조 설정 신호를 더 포함한다. 제1 변조 설정 신호는, 변조파(MW1)의 변조 주파수 및 듀티비를 지정하는 신호이다. 또한, 제1 변조 설정 신호는, 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW1)의 파워 레벨 및 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW1)의 파워 레벨을 지정하는 신호이기도 하다. 제3 모드가 지정되어 있는 경우에는, 주제어부(70)로부터 전원 제어부(36e)에 부여되는 신호는, 연속파(CW1)의 파워를 지정하는 제1 파워 레벨 설정 신호를 더 포함한다.
전원 제어부(36e)는, 제1 주파수 설정 신호에 의해 지정된 설정 주파수[예컨대 기본 주파수(fB1)]를 갖는 고주파 신호를 출력하도록 발진기(36a)를 제어한다. 발진기(36a)의 출력은, 파워 앰프(36b)의 입력에 접속되어 있다. 파워 앰프(36b)는, 발진기(36a)로부터 출력된 고주파 신호를 증폭함으로써 고주파 전력(RF1)을 생성한다. 파워 앰프(36b)는, 전원 제어부(36e)에 의해 제어된다.
제1 모드 또는 제2 모드가 지정되어 있는 경우에는, 전원 제어부(36e)는, 기간(P1)에 있어서, 제1 변조 설정 신호에 따라 고주파 신호로부터 변조파(MW1)를 생성하도록 파워 앰프(36b)를 제어한다. 제1 모드 또는 제2 모드가 지정되어 있는 경우에는, 전원 제어부(36e)는, 기간(P2)에 있어서, 제1 파워 레벨 설정 신호에 따라, 고주파 신호로부터 연속파(CW1)를 생성하도록 파워 앰프(36b)를 제어한다. 또한, 제3 모드가 지정되어 있는 경우에는, 전원 제어부(36e)는, 기간(P1) 및 기간(P2)에 있어서, 제1 파워 레벨 설정 신호에 따라, 고주파 신호로부터 연속파(CW1)를 생성하도록 파워 앰프(36b)를 제어한다.
파워 앰프(36b)의 후단에는, 파워 센서(36c)가 마련되어 있다. 파워 센서(36c)는, 방향성 결합기, 진행파 검출기 및 반사파 검출기를 가지고 있다. 방향성 결합기는, 고주파 전력(RF1)의 진행파의 일부를 진행파 검출기에 부여하고, 반사파를 반사파 검출기에 부여한다. 파워 센서(36c)에는, 고주파 전력(RF1)의 설정 주파수를 특정하는 제1 주파수 특정 신호가 전원 제어부(36e)로부터 부여된다. 진행파 검출기는, 진행파의 전체 주파수 성분 중 제1 주파수 특정 신호로부터 특정되는 설정 주파수와 동일한 주파수를 갖는 성분의 파워 레벨의 측정값, 즉, 진행파의 파워 레벨의 측정값(Pf11)을 생성한다. 측정값(Pf11)은, 전원 제어부(36e)에 부여된다.
제1 주파수 특정 신호는, 전원 제어부(36e)로부터 반사파 검출기에도 부여된다. 반사파 검출기는, 반사파의 전체 주파수 성분 중 제1 주파수 특정 신호로부터 특정되는 설정 주파수와 동일한 주파수를 갖는 성분의 파워 레벨의 측정값, 즉 반사파의 파워 레벨의 측정값(Pr11)을 생성한다. 측정값(Pr11)은, 전원 제어부(36e)에 부여된다. 또한, 반사파 검출기는, 반사파의 전체 주파수 성분의 토탈의 파워 레벨의 측정값, 즉 반사파의 파워 레벨의 측정값(Pr12)을 생성한다. 측정값(Pr12)은, 파워 앰프(36b)의 보호용으로, 전원 제어부(36e)에 부여된다.
일실시형태에서는, 고주파 전원(36)은, 기간(P1)에 있어서 로드 파워 제어를 실행하여도 좋다. 즉, 고주파 전원(36)은, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 로드 파워 레벨을 지정된 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록, 고주파 전력(RF1)의 파워 레벨을 조정하여도 좋다. 전원 제어부(36e)는, 고주파 전원(36)에 있어서의 로드 파워 제어에 있어서, 파워 앰프(36b)를 제어할 수 있다.
제1 모드 또는 제2 모드가 지정되어 있는 경우의 로드 파워 제어에 있어서, 전원 제어부(36e)는, 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW1)의 파워 레벨을 조정하도록 파워 앰프(36b)를 제어할 수 있다. 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW1)의 파워 레벨은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL11)을 지정된 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록 조정된다.
모니터 기간(MP1)은, 제1 부기간(SP11) 내의 기간이다. 모니터 기간(MP1)은, 제1 부기간(SP11)의 개시 시점부터 미리 정해진 시간 길이의 경과 후에 개시하는 기간일 수 있다. 모니터 기간(MP1)은, 주제어부(70)에 의해 지정된다. 로드 파워 레벨(PL11)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 진행파의 파워 레벨과 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 반사파의 파워 레벨의 차이다. 로드 파워 레벨(PL11)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 측정값(Pf11)과 측정값(Pr11)의 차로서 구해진다. 로드 파워 레벨(PL11)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 측정값(Pf11)의 평균값과 측정값(Pr11)의 평균값의 차로서 구해져도 좋다. 또는, 로드 파워 레벨(PL11)은, 복수의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 측정값(Pf11)의 이동 평균값과 측정값(Pr11)의 이동 평균값의 차로서 구해져도 좋다.
제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW1)의 파워 레벨이 0[W]이 아닌 경우에는, 고주파 전원(36)은, 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW1)의 로드 파워 제어를 실행하여도 좋다. 이 로드 파워 제어에 있어서, 전원 제어부(36e)는, 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW1)의 파워 레벨을 조정하도록 파워 앰프(36b)를 제어할 수 있다. 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW1)의 파워 레벨은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL12)을 지정된 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록 조정된다.
모니터 기간(MP2)은, 제2 부기간(SP12)과 일치하는 기간이어도 좋다. 또는, 모니터 기간(MP2)은, 제2 부기간(SP12) 내의 기간이고, 제2 부기간(SP12)의 개시 시점부터 미리 정해진 시간 길이의 경과 후에 개시하는 기간이어도 좋다. 모니터 기간(MP2)은, 주제어부(70)에 의해 지정된다. 로드 파워 레벨(PL12)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 진행파의 파워 레벨과 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 반사파의 파워 레벨의 차이다. 로드 파워 레벨(PL12)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 측정값(Pf11)과 측정값(Pr11)의 차로서 구해진다. 로드 파워 레벨(PL12)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 측정값(Pf11)의 평균값과 측정값(Pr11)의 평균값의 차로서 구해져도 좋다. 또는, 로드 파워 레벨(PL12)은, 복수의 모니터 기간(MP2)에 있어서의 측정값(Pf11)의 이동 평균값과 측정값(Pr11)의 이동 평균값의 차로서 구해져도 좋다.
제3 모드가 지정되어 있는 경우에도, 고주파 전원(36)은 로드 파워 제어를 실행하여도 좋다. 제3 모드가 지정되어 있는 경우의 로드 파워 제어에 있어서, 전원 제어부(36e)는, 기간(P1)에 있어서의 연속파(CW1)의 파워 레벨을 조정하도록 파워 앰프(36b)를 제어할 수 있다. 기간(P1)에 있어서의 연속파(CW1)의 파워 레벨은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL11)과 모니터 기간(MP2)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL12)의 평균값을, 지정된 목표 파워 레벨에 일치시키거나 근접시키도록 조정된다.
정합기(40)는, 고주파 전원(36)의 부하측의 임피던스, 즉 부하 임피던스를 설정하도록 구성되어 있다. 제1 및 제2 모드의 각각에서는, 정합기(40)는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 설정하여도 좋다. 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스는, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 측정값에 의해 특정되어도 좋다.
정합기(40)는, 제3 모드에서는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스에 정합시켜도 좋다. 또는, 정합기(40)는, 제1 및 제2 모드와 마찬가지로, 제3 모드에 있어서도, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 설정하여도 좋다.
정합기(40)는, 제1 모드 및 제2 모드의 각각에서는, 기간(P2)에 있어서 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경한다. 즉, 정합기(40)는, 고주파 전원(36)이 생성하는 전력이 전력파(W11)에서 전력파(W12)로 전환되기 전 또는 후의 기간(P2)에 있어서, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하도록 구성되어 있다.
정합기(40)는, 제1 및 제2 모드의 각각에서는, 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 기간(P2)에 있어서, 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)을 단계적으로 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 모드의 각각에 있어서 후속 기간(PB)이 기간(P2)인 경우에는, 후속 기간(PB)을 위한 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 설정 목표값은, 제로일 수 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 모드의 각각에 있어서 후속 기간(PB)이 기간(P1)인 경우에는, 후속 기간(PB)을 위한 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 설정 목표값은, 제로보다 크고, 예컨대 0.3 이상, 0.5 이하이다.
기간(P2)은, 연속하는 복수의 부기간(SP)을 포함한다. 복수의 부기간(SP)은, 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 포함한다. 정합기(40)는, 기간(P2)에 있어서 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 거쳐 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)을 단계적으로 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경할 수 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이 후속 기간(PB)이 기간(P2)인 경우에, 정합기(40)는, 후속 기간(PB)[기간(P2)]의 개시 후에 기간(P2) 내의 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 거쳐, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다. 도 9에 나타내는 바와 같이 후속 기간(PB)이 기간(P1)인 경우에, 정합기(40)는, 후속 기간(PB)[기간(P1)]의 개시 전의 기간(P2) 내의 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 거쳐, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다. 기간(P2)은, 부기간[SP(N+1)]을 더 포함한다. 부기간[SP(N+1)]은, 부기간(SPN)에 연속하는 기간이다. 정합기(40)는, 부기간[SP(N+1)]에 있어서의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)을 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값으로 설정하도록, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 설정한다. 이하, 부기간[SP1, SP2, ····, SPN, SP(N+1)]의 각각을 부기간(SPi)이라고 하는 경우가 있다. 「i」는, 1 이상, N+1 이하의 정수인 인덱스이다.
정합기(40)는, 제3 모드에서는, 기간(P2)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스에 정합시켜도 좋다. 정합기(40)는, 제1 및 제2 모드와 마찬가지로, 제3 모드에서도, 기간(P2)에 있어서 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하여도 좋다.
일실시형태에 있어서, 정합기(40)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 정합 회로(40a), 센서(40b), 컨트롤러(40c), 액츄에이터(40d) 및 액츄에이터(40e)를 가지고 있다. 정합 회로(40a)는, 가변 리액턴스 소자(40g) 및 가변 리액턴스 소자(40h)를 포함할 수 있다. 가변 리액턴스 소자(40g) 및 가변 리액턴스 소자(40h)의 각각은, 예컨대 가변 콘덴서이다. 또한, 정합 회로(40a)는, 인덕터 등을 더 포함하고 있어도 좋다.
컨트롤러(40c)는, 주제어부(70)의 제어 하에서 동작한다. 컨트롤러(40c)는, 센서(40b)로부터 부여되는 고주파 전원(36)의 부하측의 임피던스(즉, 부하 임피던스)의 측정값에 따라, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 조정한다. 컨트롤러(40c)는, 액츄에이터(40d) 및 액츄에이터(40e)를 제어하여, 가변 리액턴스 소자(40g) 및 가변 리액턴스 소자(40h) 각각의 리액턴스를 조정함으로써, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 조정한다. 액츄에이터(40d) 및 액츄에이터(40e)는, 예컨대, 모터이다.
센서(40b)는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 측정값을 취득하도록 구성되어 있다. 일실시형태에서는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 측정값은, 이동 평균값으로서 취득된다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 센서(40b)는, 전류 검출기(102A), 전압 검출기(104A), 필터(106A 및 108A), 평균값 연산기(110A 및 112A), 이동 평균값 연산기(114A 및 116A)와, 임피던스 연산기(118A)를 가지고 있어도 좋다.
전압 검출기(104A)는, 급전 라인(43) 상에서 전송되는 고주파 전력(RF1)의 전압 파형을 검출하고, 그 전압 파형을 나타내는 전압 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전압 파형 아날로그 신호는, 필터(106A)에 입력된다. 필터(106A)는, 입력된 전압 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전압 파형 디지털 신호를 생성한다. 필터(106A)는, 전원 제어부(36e)로부터 상기 제1 주파수 특정 신호를 받아, 전압 파형 디지털 신호로부터, 제1 주파수 특정 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 주파수 성분만을 추출함으로써, 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 필터(106A)는, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(106A)에 의해 생성된 여과 전압 파형 신호는, 평균값 연산기(110A)에 출력된다. 평균값 연산기(110A)는, 모니터 기간 설정 신호를 주제어부(70)로부터 받는다. 평균값 연산기(110A)는, 모니터 기간 설정 신호로부터 특정되는 기간 내의 전압의 평균값을 여과 전압 파형 신호로부터 구한다. 평균값 연산기(110A)는, 전압의 평균값으로서, 각 모니터 기간(MP1)에 있어서의 전압의 평균값(VA11)을 구한다. 제3 모드가 지정되어 있는 경우에, 평균값 연산기(110A)는, 전압의 평균값으로서, 각 모니터 기간(MP2)에 있어서의 전압의 평균값(VA12)을 더 구하여도 좋다. 또한, 평균값 연산기(110A)는, 예컨대, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
이동 평균값 연산기(114A)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VA11) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 전압으로부터 얻어진 평균값(VA11)의 이동 평균값(VMA11)을 구한다. 이동 평균값(VMA11)은, 임피던스 연산기(118A)에 출력된다.
제3 모드에 있어서, 이동 평균값 연산기(114A)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VA12) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 전압으로부터 얻어진 평균값(VA12)의 이동 평균값(VMA12)을 더 구하여도 좋다. 이동 평균값(VMA12)은, 임피던스 연산기(118A)에 출력된다.
전류 검출기(102A)는, 급전 라인(43) 상에서 전송되는 고주파 전력(RF1)의 전류 파형을 검출하고, 그 전류 파형을 나타내는 전류 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전류 파형 아날로그 신호는, 필터(108A)에 입력된다. 필터(108A)는, 입력된 전류 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전류 파형 디지털 신호를 생성한다. 필터(108A)는, 전원 제어부(36e)로부터 상기 제1 주파수 특정 신호를 받아, 전류 파형 디지털 신호로부터, 제1 주파수 특정 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 주파수 성분만을 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 필터(108A)는, 예컨대, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(108A)에 의해 생성된 여과 전류 파형 신호는, 평균값 연산기(112A)에 출력된다. 평균값 연산기(112A)는, 모니터 기간 설정 신호를 주제어부(70)로부터 받는다. 평균값 연산기(112A)는, 모니터 기간 설정 신호로부터 특정되는 기간 내의 전류의 평균값을 여과 전류 파형 신호로부터 구한다. 평균값 연산기(112A)는, 전류의 평균값으로서, 각 기간(P1) 내의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 전류의 평균값(IA11)을 구한다. 제3 모드가 지정되어 있는 경우에, 평균값 연산기(112A)는, 전류의 평균값으로서, 각 모니터 기간(MP2)에 있어서의 전류의 평균값(IA12)을 더 구하여도 좋다. 또,한 평균값 연산기(112A)는, 예컨대, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
이동 평균값 연산기(116A)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IA11) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 전류로부터 얻어진 평균값(IA11)의 이동 평균값(IMA11)을 구한다. 이동 평균값(IMA11)은, 임피던스 연산기(118A)에 출력된다.
제3 모드에 있어서, 이동 평균값 연산기(116A)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IA12) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 전류로부터 얻어진 평균값(IA12)의 이동 평균값(IMA12)을 더 구하여도 좋다. 이동 평균값(IMA12)은, 임피던스 연산기(118A)에 출력된다.
임피던스 연산기(118A)는, 이동 평균값(IMA11) 및 이동 평균값(VMA11)으로부터, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 이동 평균값(ZMA11)을 구한다. 이동 평균값(ZMA11)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 측정값이다. 제3 모드에서는, 임피던스 연산기(118A)는, 이동 평균값(IMA12) 및 이동 평균값(VMA12)으로부터, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 이동 평균값(ZMA12)을 더 구하여도 좋다. 이동 평균값(ZMA12)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 측정값이다.
컨트롤러(40c)는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 설정하기 위해, 정합 회로(40a)를 제어한다. 일실시형태에서는, 컨트롤러(40c)는, 액츄에이터(40d) 및 액츄에이터(40e)를 통하여, 가변 리액턴스 소자(40g) 및 가변 리액턴스 소자(40h) 각각의 리액턴스를 조정함으로써, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 설정한다.
컨트롤러(40c)는, 제1 및 제2 모드의 각각에 있어서는, 이동 평균값(ZMA11)에 의해 특정되는 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정한다.
일실시형태에서는, 컨트롤러(40c)는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 설정 목표값으로부터 목표 임피던스를 특정할 수 있다. 기간(P1)에 있어서의 절대값(|Γ1|)의 설정 목표값은, 0보다 큰 값일 수 있다. 예컨대, 기간(P1)에 있어서의 절대값(|Γ1|)의 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하이다. 반사 계수(Γ1)는, 이하의 (1)식에 의해 정의된다.
Γ1=(Z1-Z01)/(Z1+Z01)…(1)
(1)식에 있어서, Z01은 급전 라인(43)의 특성 임피던스이고, 일반적으로는, 50 Ω이다. (1)식에 있어서, Z1은, 목표 임피던스이다. 컨트롤러(40c)는, (1)식에 기초하여, 기간(P1)에 있어서의 절대값(|Γ1|)의 설정 목표값에 대응하는 목표 임피던스(Z1)를 결정한다. 컨트롤러(40c)는, 이동 평균값(ZMA11)에 의해 특정되는 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 목표 임피던스(Z1)에 근접시키거나 일치시키도록, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 설정한다.
제3 모드가 지정되어 있는 경우에, 컨트롤러(40c)는, 기간(P1)에 있어서, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 고주파 전원(36)의 출력 임피던스(정합 포인트)에 정합시켜도 좋다. 고주파 전원(36)의 부하 임피던스는, 이동 평균값(ZMA11)과 이동 평균값(ZMA12)의 평균값에 의해 특정될 수 있다. 또는, 컨트롤러(40c)는, 제1 및 제2 모드와 마찬가지로, 제3 모드에 있어서도, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정하여도 좋다.
전술한 바와 같이, 정합기(40)는, 제1 및 제2 모드의 각각에서는, 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)을 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값까지 단계적으로 변화시키도록, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경할 수 있다. 전술한 바와 같이, 정합기(40)는, 기간(P2) 내의 복수의 부기간(SP)을 거쳐, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다. 복수의 부기간(SP)(즉, SP1, SP2,····, SPN)의 각각의 시간 길이는 TL이다.
복수의 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 목표값은, 서로 다르다. 복수의 부기간(SP2)에 포함되는 임의의 2개의 연속하는 부기간 중 한쪽의 부기간에 있어서의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 목표값과 다른 쪽의 기간에 있어서의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 목표값의 차는, ΔΓ1이다. 또한, 도 8 및 도 9에 있어서는, ΔΓ1은, ΔΓ로서 나타내고 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 후속 기간(PB)이 기간(P2)인 경우에 부기간[SP(N+1)]에 있어서의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 목표값, 즉 설정 목표값은 제로이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 후속 기간(PB)이 기간(P1)인 경우에 부기간[SP(N+1)]에 있어서의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 목표값, 즉 설정 목표값은, 제로보다 크고, 예컨대 0.3 이상, 0.5 이하이다. 일실시형태에 있어서, TL이 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ1은 0.2 이하로 설정되어도 좋다. 또는, TL이 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ1은 0.1 이하로 설정되어도 좋다. 또는, TL 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ1이 0.05 이하로 설정되어도 좋다.
컨트롤러(40c)는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 설정한다. 구체적으로, 컨트롤러(40c)는, 부기간(SPi)에 있어서, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 부기간(SPi)에 있어서의 고주파 전력(RF1)의 반사 계수(Γ1)의 절대값(|Γ1|)의 목표값으로부터 (1)식에 기초하여 특정되는 목표 임피던스(Z1)로 조정한다. 또한, 컨트롤러(40c)는, 부기간(SPi)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 센서(40b)에 있어서 얻어지는 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 측정값으로부터 특정할 수 있다. 센서(40b)는, 전술한 여과 전압 파형 신호 및 여과 전류 파형 신호로부터, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스의 측정값을 구할 수 있다.
제3 모드가 지정되어 있는 경우에, 컨트롤러(40c)는, 기간(P2)에 있어서, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 고주파 전원(36)의 출력 임피던스(정합 포인트)에 정합시켜도 좋다. 컨트롤러(40c)는, 제1 및 제2 모드와 마찬가지로, 제3 모드에서도, 기간(P2)에 있어서, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를, 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하여도 좋다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 일실시형태에 있어서, 고주파 전원(38)은, 발진기(38a), 파워 앰프(38b), 파워 센서(38c) 및 전원 제어부(38e)를 가지고 있다. 전원 제어부(38e)는, CPU라고 하는 프로세서로 구성되어 있다. 전원 제어부(38e)는, 발진기(38a), 파워 앰프(38b) 및 파워 센서(38c)의 각각에 제어 신호를 부여하여, 발진기(38a), 파워 앰프(38b) 및 파워 센서(38c)를 제어한다. 전원 제어부(38e)는, 주제어부(70)로부터 부여되는 신호 및 파워 센서(38c)로부터 부여되는 신호를 이용하여, 발진기(38a), 파워 앰프(38b) 및 파워 센서(38c)의 각각에 부여하는 제어 신호를 생성한다.
주제어부(70)로부터 전원 제어부(38e)에 부여되는 신호는, 제2 주파수 설정 신호 및 전술한 모드 설정 신호를 포함한다. 제2 주파수 설정 신호는, 고주파 전력(RF2)의 설정 주파수를 지정하는 신호이다. 제1 모드 또는 제3 모드가 지정되는 경우에는, 주제어부(70)로부터 전원 제어부(38e)에 부여되는 신호는, 제2 변조 설정 신호를 더 포함한다. 제2 변조 설정 신호는, 변조파(MW2)의 변조 주파수 및 듀티비를 지정하는 신호이다. 또한, 제2 변조 설정 신호는, 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 레벨 및 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 레벨을 지정하는 신호이기도 하다. 또한, 제1 모드에 있어서, 변조파(MW1)의 변조 주파수와 변조파(MW2)의 변조 주파수는 서로 동일할 수 있다. 제2 모드가 지정되어 있는 경우에는, 주제어부(70)로부터 전원 제어부(38e)에 부여되는 신호는, 연속파(CW2)의 파워를 지정하는 제2 파워 레벨 설정 신호를 더 포함한다.
전원 제어부(38e)는, 제2 주파수 설정 신호에 의해 지정된 설정 주파수[예컨대 기본 주파수(fB2)]를 갖는 고주파 신호를 출력하도록 발진기(38a)를 제어한다. 발진기(38a)의 출력은, 파워 앰프(38b)의 입력에 접속되어 있다. 파워 앰프(38b)는, 발진기(38a)로부터 출력된 고주파 신호를 증폭함으로써 고주파 전력(RF2)을 생성한다. 파워 앰프(38b)는, 전원 제어부(38e)에 의해 제어된다.
제1 모드 또는 제3 모드가 지정되어 있는 경우에는, 전원 제어부(38e)는, 기간(P1)에 있어서, 제2 변조 설정 신호에 따라 고주파 신호로부터 변조파(MW2)를 생성하도록 파워 앰프(38b)를 제어한다. 제1 모드 또는 제3 모드가 지정되어 있는 경우에는, 전원 제어부(38e)는, 기간(P2)에 있어서, 제2 파워 레벨 설정 신호에 따라, 고주파 신호로부터 연속파(CW2)를 생성하도록 파워 앰프(38b)를 제어한다. 또한, 제2 모드가 지정되어 있는 경우에는, 전원 제어부(38e)는, 기간(P1) 및 기간(P2)에 있어서, 제2 파워 레벨 설정 신호에 따라, 고주파 신호로부터 연속파(CW2)를 생성하도록 파워 앰프(38b)를 제어한다.
파워 앰프(38b)의 후단에는, 파워 센서(38c)가 마련되어 있다. 파워 센서(38c)는, 방향성 결합기, 진행파 검출기 및 반사파 검출기를 가지고 있다. 방향성 결합기는, 고주파 전력(RF2)의 진행파의 일부를 진행파 검출기에 부여하고, 반사파를 반사파 검출기에 부여한다. 파워 센서(38c)에는, 고주파 전력(RF2)의 설정 주파수를 특정하는 제2 주파수 특정 신호가 전원 제어부(38e)로부터 부여된다. 진행파 검출기는, 진행파의 전체 주파수 성분 중 제2 주파수 특정 신호로부터 특정되는 설정 주파수와 동일한 주파수를 갖는 성분의 파워 레벨의 측정값, 즉, 진행파의 파워 레벨의 측정값(Pf21)을 생성한다. 측정값(Pf21)은, 전원 제어부(38e)에 부여된다.
제2 주파수 특정 신호는, 전원 제어부(38e)로부터 반사파 검출기에도 부여된다. 반사파 검출기는, 반사파의 전체 주파수 성분 중 제2 주파수 특정 신호로부터 특정되는 설정 주파수와 동일한 주파수를 갖는 성분의 파워 레벨의 측정값, 즉 반사파의 파워 레벨의 측정값(Pr21)을 생성한다. 측정값(Pr21)은, 전원 제어부(38e)에 부여된다. 또한, 반사파 검출기는, 반사파의 전체 주파수 성분의 토탈의 파워 레벨의 측정값, 즉 반사파의 파워 레벨의 측정값(Pr22)을 생성한다. 측정값(Pr22)은, 파워 앰프(38b)의 보호용으로, 전원 제어부(38e)에 부여된다.
일실시형태에서는, 고주파 전원(38)은, 기간(P1)에 있어서 로드 파워 제어를 실행하여도 좋다. 즉, 고주파 전원(38)은, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 로드 파워 레벨을 지정된 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록, 고주파 전력(RF2)의 파워 레벨을 조정하여도 좋다. 전원 제어부(38e)는, 고주파 전원(38)에 있어서의 로드 파워 제어에 있어서, 파워 앰프(38b)를 제어할 수 있다.
제1 모드 또는 제3 모드가 지정되어 있는 경우의 로드 파워 제어에 있어서, 전원 제어부(38e)는, 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 레벨을 조정하도록 파워 앰프(38b)를 제어할 수 있다. 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 레벨은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL21)을 지정된 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록 조정된다.
전술한 바와 같이, 모니터 기간(MP1)은, 제1 부기간(SP11) 내의 기간이다. 모니터 기간(MP1)은, 제1 부기간(SP11)의 개시 시점부터 미리 정해진 시간 길이의 경과 후에 개시하는 기간일 수 있다. 모니터 기간(MP1)은, 주제어부(70)에 의해 지정된다. 로드 파워 레벨(PL21)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 진행파의 파워 레벨과 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 반사파의 파워 레벨의 차이다. 로드 파워 레벨(PL21)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 측정값(Pf21)과 측정값(Pr21)의 차로서 구해진다. 로드 파워 레벨(PL21)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 측정값(Pf21)의 평균값과 측정값(Pr21)의 평균값의 차로서 구해져도 좋다. 또는, 로드 파워 레벨(PL21)은, 복수의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 측정값(Pf21)의 이동 평균값과 측정값(Pr21)의 이동 평균값의 차로서 구해져도 좋다.
제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 레벨이 0[W]이 아닌 경우에는, 고주파 전원(38)은, 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW2)의 로드 파워 제어를 실행하여도 좋다. 이 로드 파워 제어에 있어서, 전원 제어부(38e)는, 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 레벨을 조정하도록 파워 앰프(38b)를 제어할 수 있다. 제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 레벨은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL22)을 지정된 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록 조정된다.
전술한 바와 같이, 모니터 기간(MP2)은, 제2 부기간(SP12)과 일치하는 기간이어도 좋다. 또는, 모니터 기간(MP2)은, 제2 부기간(SP12) 내의 기간이고, 제2 부기간(SP12)의 개시 시점부터 미리 정해진 시간 길이의 경과 후에 개시하는 기간이어도 좋다. 모니터 기간(MP2)은, 주제어부(70)에 의해 지정된다. 로드 파워 레벨(PL22)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 진행파의 파워 레벨과 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 반사파의 파워 레벨의 차이다. 로드 파워 레벨(PL22)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 측정값(Pf21)과 측정값(Pr21)의 차로서 구해진다. 로드 파워 레벨(PL22)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 측정값(Pf21)의 평균값과 측정값(Pr21)의 평균값의 차로서 구해져도 좋다. 또한, 로드 파워 레벨(PL22)은, 복수의 모니터 기간(MP2)에 있어서의 측정값(Pf21)의 이동 평균값과 측정값(Pr21)의 이동 평균값의 차로서 구해져도 좋다.
제2 모드가 지정되어 있는 경우에도, 고주파 전원(38)은 로드 파워 제어를 실행하여도 좋다. 제2 모드가 지정되어 있는 경우의 로드 파워 제어에 있어서, 전원 제어부(38e)는, 기간(P1)에 있어서의 연속파(CW2)의 파워 레벨을 조정하도록 파워 앰프(38b)를 제어할 수 있다. 기간(P1)에 있어서의 연속파(CW2)의 파워 레벨은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL21)과 모니터 기간(MP2)에 있어서의 로드 파워 레벨(PL22)의 평균값을, 지정된 목표 파워 레벨에 일치시키거나 근접시키도록 조정된다.
정합기(42)는, 고주파 전원(38)의 부하측의 임피던스, 즉 부하 임피던스를 설정하도록 구성되어 있다. 제1 및 제3 모드의 각각에서는, 정합기(42)는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 설정하여도 좋다. 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스는, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 측정값에 의해 특정되어도 좋다.
정합기(42)는, 제2 모드에서는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스에 정합시켜도 좋다. 또는, 정합기(42)는, 제1 및 제3 모드와 마찬가지로, 제2 모드에 있어서도, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 설정하여도 좋다.
정합기(42)는, 제1 모드 및 제3 모드의 각각에서는, 기간(P2)에 있어서 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경한다. 즉, 정합기(42)는, 고주파 전원(38)이 생성하는 전력이 전력파(W21)에서 전력파(W22)로 전환되기 전 또는 후의 기간(P2)에 있어서, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하도록 구성되어 있다.
정합기(42)는, 제1 및 제3 모드의 각각에서는, 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 기간(P2)에 있어서, 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)을 단계적으로 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제3 모드의 각각에 있어서 후속 기간(PB)이 기간(P2)인 경우에는, 후속 기간(PB)을 위한 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 설정 목표값은, 제로일 수 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제3 모드의 각각에 있어서 후속 기간(PB)이 기간(P1)인 경우에는, 후속 기간(PB)을 위한 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 설정 목표값은, 제로보다 크고, 예컨대 0.3 이상, 0.5 이하이다.
전술한 바와 같이, 후속 기간(PB)은, 연속하는 복수의 부기간(SP)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 복수의 부기간(SP)은, 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 포함한다. 정합기(42)는, 기간(P2)에 있어서 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 거쳐 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)을 단계적으로 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경할 수 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이 후속 기간(PB)이 기간(P2)인 경우에, 정합기(42)는, 후속 기간(PB)[기간(P2)]의 개시 후에 기간(P2) 내의 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 거쳐, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다. 도 9에 나타내는 바와 같이 후속 기간(PB)이 기간(P1)인 경우에, 정합기(42)는, 후속 기간(PB)[기간(P1)]의 개시 전의 기간(P2) 내의 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)을 거쳐, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다. 정합기(42)는, 부기간[SP(N+1)]에 있어서의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)을 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값으로 설정하도록, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 설정한다.
정합기(42)는, 제2 모드에서는, 기간(P2)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스에 정합시켜도 좋다. 또는, 정합기(42)는, 제1 및 제3 모드와 마찬가지로, 제2 모드에서도, 기간(P2)에 있어서 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하여도 좋다.
일실시형태에 있어서, 정합기(42)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 정합 회로(42a), 센서(42b), 컨트롤러(42c), 액츄에이터(42d) 및 액츄에이터(42e)를 가지고 있다. 정합 회로(42a)는, 가변 리액턴스 소자(42g) 및 가변 리액턴스 소자(42h)를 포함할 수 있다. 가변 리액턴스 소자(42g) 및 가변 리액턴스 소자(42h)의 각각은, 예컨대 가변 콘덴서이다. 또한, 정합 회로(42a)는, 인덕터 등을 더 포함하고 있어도 좋다.
컨트롤러(42c)는, 주제어부(70)의 제어 하에서 동작한다. 컨트롤러(42c)는, 센서(42b)로부터 부여되는 고주파 전원(38)의 부하측의 임피던스(즉, 부하 임피던스)의 측정값에 따라, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 조정한다. 컨트롤러(42c)는, 액츄에이터(42d) 및 액츄에이터(42e)를 제어하여, 가변 리액턴스 소자(42g) 및 가변 리액턴스 소자(42h) 각각의 리액턴스를 조정함으로써, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 조정한다. 액츄에이터(42d) 및 액츄에이터(42e)는, 예컨대, 모터이다.
센서(42b)는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 측정값을 취득하도록 구성되어 있다. 일실시형태에서는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 측정값은, 이동 평균값으로서 취득된다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 센서(42b)는, 전류 검출기(102B), 전압 검출기(104B), 필터(106B 및 108B), 평균값 연산기(110B 및 112B), 이동 평균값 연산기(114B 및 116B)와, 임피던스 연산기(118B)를 가지고 있어도 좋다.
전압 검출기(104B)는, 급전 라인(45) 상에서 전송되는 고주파 전력(RF2)의 전압 파형을 검출하고, 그 전압 파형을 나타내는 전압 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전압 파형 아날로그 신호는, 필터(106B)에 입력된다. 필터(106B)는, 입력된 전압 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전압 파형 디지털 신호를 생성한다. 필터(106B)는, 전원 제어부(38e)로부터 상기 제2 주파수 특정 신호를 받아, 전압 파형 디지털 신호로부터, 제2 주파수 특정 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 주파수 성분만을 추출함으로써, 여과 전압 파형 신호를 생성한다. 필터(106B)는, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(106B)에 의해 생성된 여과 전압 파형 신호는, 평균값 연산기(110B)에 출력된다. 평균값 연산기(110B)는, 모니터 기간 설정 신호를 주제어부(70)로부터 받는다. 평균값 연산기(110B)는, 모니터 기간 설정 신호로부터 특정되는 기간 내의 전압의 평균값을 여과 전압 파형 신호로부터 구한다. 평균값 연산기(110B)는, 전압의 평균값으로서, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 전압의 평균값(VB11)을 구한다. 제2 모드가 지정되어 있는 경우에, 평균값 연산기(110B)는, 전압의 평균값으로서, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 전압의 평균값(VB12)을 더 구하여도 좋다. 또한, 평균값 연산기(110B)는, 예컨대, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
이동 평균값 연산기(114B)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VB11) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 전압으로부터 얻어진 평균값(VB11)의 이동 평균값(VMB11)을 구한다. 이동 평균값(VMB11)은, 임피던스 연산기(118B)에 출력된다.
제2 모드에 있어서, 이동 평균값 연산기(114B)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(VB12) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 전압으로부터 얻어진 평균값(VB12)의 이동 평균값(VMB12)을 더 구하여도 좋다. 이동 평균값(VMB12)은, 임피던스 연산기(118B)에 출력된다.
전류 검출기(102B)는, 급전 라인(45) 상에서 전송되는 고주파 전력(RF2)의 전류 파형을 검출하여, 그 전류 파형을 나타내는 전류 파형 아날로그 신호를 출력한다. 이 전류 파형 아날로그 신호는, 필터(108B)에 입력된다. 필터(108B)는, 입력된 전류 파형 아날로그 신호를 디지털화함으로써, 전류 파형 디지털 신호를 생성한다. 필터(108B)는, 전원 제어부(38e)로부터 상기 제2 주파수 특정 신호를 받아, 전류 파형 디지털 신호로부터, 제2 주파수 특정 신호에 의해 특정되는 주파수에 대응한 주파수 성분만을 추출함으로써, 여과 전류 파형 신호를 생성한다. 필터(108B)는, 예컨대, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
필터(108B)에 의해 생성된 여과 전류 파형 신호는, 평균값 연산기(112B)에 출력된다. 평균값 연산기(112B)는, 모니터 기간 설정 신호를 주제어부(70)로부터 받는다. 평균값 연산기(112B)는, 모니터 기간 설정 신호로부터 특정되는 기간 내의 전류의 평균값을 여과 전류 파형 신호로부터 구한다. 평균값 연산기(112B)는, 전류의 평균값으로서, 각 기간(P1) 내의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 전류의 평균값(IB11)을 구한다. 제2 모드가 지정되어 있는 경우에, 평균값 연산기(112B)는, 전류의 평균값으로서, 각 모니터 기간(MP2)에 있어서의 전류의 평균값(IB12)을 더 구하여도 좋다. 또한, 평균값 연산기(112B)는, 예컨대, FPGA(필드 프로그래머블·게이트 어레이)로 구성될 수 있다.
이동 평균값 연산기(116B)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IB11) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 전류로부터 얻어진 평균값(IB11)의 이동 평균값(IMB11)을 구한다. 이동 평균값(IMB11)은, 임피던스 연산기(118B)에 출력된다.
제2 모드에 있어서, 이동 평균값 연산기(116B)는, 이미 얻어져 있는 복수의 평균값(IB12) 중 가장 가까운 또한 미리 정해진 수의 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 전류로부터 얻어진 평균값(IB12)의 이동 평균값(IMB12)을 더 구하여도 좋다. 이동 평균값(IMB12)은, 임피던스 연산기(118B)에 출력된다.
임피던스 연산기(118B)는, 이동 평균값(IMB11) 및 이동 평균값(VMB11)으로부터, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 이동 평균값(ZMB11)을 구한다. 이동 평균값(ZMB11)은, 모니터 기간(MP1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 측정값이다. 제2 모드에서는, 임피던스 연산기(118B)는, 이동 평균값(IMB12) 및 이동 평균값(VMB12)으로부터, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 이동 평균값(ZMB12)을 더 구하여도 좋다. 이동 평균값(ZMB12)은, 모니터 기간(MP2)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 측정값이다.
컨트롤러(42c)는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 설정하기 위해, 정합 회로(42a)를 제어한다. 일실시형태에서는, 컨트롤러(42c)는, 액츄에이터(42d) 및 액츄에이터(42e)를 통하여, 가변 리액턴스 소자(42g) 및 가변 리액턴스 소자(42h) 각각의 리액턴스를 조정함으로써, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 설정한다.
컨트롤러(42c)는, 제1 및 제3 모드의 각각에 있어서는, 이동 평균값(ZMB11)에 의해 특정되는 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정한다.
일실시형태에서는, 컨트롤러(42c)는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 설정 목표값으로부터 목표 임피던스를 특정할 수 있다. 기간(P1)에 있어서의 절대값(|Γ2|)의 설정 목표값은, 0보다 큰 값일 수 있다. 예컨대, 기간(P1)에 있어서의 절대값(|Γ2|)의 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하이다. 반사 계수(Γ2)는, 이하의 (2)식에 의해 정의된다.
Γ2=(Z2-Z02)/(Z2+Z02)…(2)
(2)식에 있어서, Z02는 급전 라인(45)의 특성 임피던스이고, 일반적으로는, 50 Ω이다. (2)식에 있어서, Z2는, 목표 임피던스이다. 컨트롤러(42c)는, (2)식에 기초하여, 기간(P1)에 있어서의 절대값(|Γ2|)의 설정 목표값에 대응하는 목표 임피던스(Z2)를 결정한다. 컨트롤러(42c)는, 이동 평균값(ZMB11)에 의해 특정되는 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 목표 임피던스(Z2)에 근접시키거나 일치시키도록, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 설정한다.
제2 모드가 지정되어 있는 경우에, 컨트롤러(42c)는, 기간(P1)에 있어서, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 고주파 전원(38)의 출력 임피던스(정합 포인트)에 정합시켜도 좋다. 고주파 전원(38)의 부하 임피던스는, 이동 평균값(ZMB11)과 이동 평균값(ZMB12)의 평균값에 의해 특정될 수 있다. 또는, 컨트롤러(42c)는, 제1 및 제3 모드와 동일하게, 제2 모드에 있어서도, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정하여도 좋다.
전술한 바와 같이, 정합기(42)는, 제1 및 제3 모드의 각각에서는, 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)을 후속 기간(PB)을 위한 설정 목표값까지 단계적으로 변화시키도록, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경할 수 있다. 전술한 바와 같이, 정합기(42)는, 기간(P2) 내의 복수의 부기간(SP)을 거쳐, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 단계적으로 변경한다.
복수의 부기간(SP1, SP2, ····, SPN)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 목표값은, 서로 다르다. 복수의 부기간(SP2)에 포함되는 임의의 2개의 연속하는 부기간 중 한쪽의 부기간에 있어서의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 목표값과 다른 쪽의 기간에 있어서의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 목표값의 차는, ΔΓ2이다. 또한, 도 8 및 도 9에 있어서는, ΔΓ2는, ΔΓ로서 나타내고 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 후속 기간(PB)이 기간(P2)인 경우에 부기간[SP(N+1)]에 있어서의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 목표값, 즉 설정 목표값은 제로이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 후속 기간(PB)이 기간(P1)인 경우에 부기간[SP(N+1)]에 있어서의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 목표값, 즉 설정 목표값은, 제로보다 크고, 예컨대 0.3 이상, 0.5 이하이다. 일실시형태에 있어서, TL이 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2는 0.2 이하로 설정되어도 좋다. 또는, TL이 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2는 0.1 이하로 설정되어도 좋다. 또는, TL0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2가 0.05 이하로 설정되어도 좋다.
컨트롤러(42c)는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 설정한다. 구체적으로, 컨트롤러(42c)는, 부기간(SPi)에 있어서, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 부기간(SPi)에 있어서의 고주파 전력(RF2)의 반사 계수(Γ2)의 절대값(|Γ2|)의 목표값으로부터 (2)식에 기초하여 특정되는 목표 임피던스(Z2)로 조정한다. 또한, 컨트롤러(42c)는, 부기간(SPi)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 센서(42b)에 있어서 얻어지는 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 측정값으로부터 특정할 수 있다. 센서(42b)는, 전술한 여과 전압 파형 신호 및 여과 전류 파형 신호로부터, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스의 측정값을 구할 수 있다.
제2 모드가 지정되어 있는 경우에, 컨트롤러(42c)는, 기간(P2)에 있어서, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 고주파 전원(38)의 출력 임피던스(정합 포인트)에 정합시켜도 좋다. 컨트롤러(42c)는, 제1 및 제3 모드와 마찬가지로, 제2 모드에서도, 기간(P2)에 있어서, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를, 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하여도 좋다.
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 정합기(40)는, 고주파 전원(36)으로부터 공급되는 전력이 전력파(W11)에서 전력파(W12)로 전환되기 전 또는 후의 연속파(CW1)가 공급되는 기간에 있어서 부하 임피던스를 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경한다. 따라서, 정합기(40)는, 고주파 전원(36)으로부터 전력이 전력파(W11)에서 전력파(W12)로 전환된 후에 설정해야 하는 부하 임피던스의 변화에 추종하는 것이 가능해진다. 따라서, 고주파 전원(36)으로부터 공급되는 전력이 전력파(W11)에서 전력파(W12)로 전환된 후의 반사를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 정합기(42)는, 고주파 전원(38)으로부터 공급되는 전력이 전력파(W21)에서 전력파(W22)로 전환되기 전 또는 후의 연속파(CW2)가 공급되는 기간에 있어서 부하 임피던스를 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경한다. 따라서, 정합기(42)는, 고주파 전원(38)으로부터 전력이 전력파(W21)에서 전력파(W22)로 전환된 후에 설정해야 하는 부하 임피던스의 변화에 추종하는 것이 가능해진다. 따라서, 고주파 전원(38)으로부터 공급되는 전력이 전력파(W21)에서 전력파(W22)로 전환된 후의 반사를 저감시키는 것이 가능해진다.
일실시형태에서는, 정합기(40)는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(36)의 부하 임피던스를 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정한다. 이 실시형태에 따르면, 기간(P1)에 있어서 변조파(MW1)에 대한 부하로부터의 반사가 저감될 수 있다. 일실시형태에서는, 제1 및 제3 모드의 각각에 있어서, 정합기(42)는, 기간(P1)에 있어서의 고주파 전원(38)의 부하 임피던스를 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정한다. 이 실시형태에 따르면, 기간(P1)에 있어서 변조파(MW2)에 대한 부하로부터의 반사가 저감될 수 있다.
일실시형태에 있어서는, 기간(P1)에 있어서는 변조파(MW1)의 로드 파워 제어가 행해질 수 있다. 이 실시형태에 따르면, 기간(P1)에 있어서 목표 임피던스가 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와 다른 것에 기인하여 반사가 발생하여도, 플라즈마에 목표 파워 레벨의 변조파(MW1)가 결합될 수 있다. 일실시형태에 있어서는, 기간(P1)에 있어서는 변조파(MW2)의 로드 파워 제어가 행해질 수 있다. 이 실시형태에 따르면, 기간(P1)에 있어서 목표 임피던스가 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와 다른 것에 기인하여 반사가 발생하여도, 플라즈마에 목표 파워 레벨의 변조파(MW2)가 결합될 수 있다.
이하, 도 10을 참조한다. 도 10은 하나의 예시적 실시형태에 따른 정합 방법의 흐름도이다. 도 10에 나타내는 정합 방법(이하, 「방법(MT)」이라고 함)에서는, 고주파 전원(36) 및 고주파 전원(38) 중 적어도 한쪽으로부터 공급되는 전력이, 연속파 및 변조파 중 한쪽의 전력파에서 다른 쪽의 전력파로 전환된다. 즉, 방법(MT)에서는, 고주파 전원(36)으로부터 전력파(W11)가 공급되고, 고주파 전원(38)으로부터 전력파(W21)가 공급된다. 계속해서, 고주파 전원(36)으로부터의 전력파(W12) 또는 고주파 전원(38)으로부터 전력파(W22) 중 적어도 한쪽이 공급된다. 전력파(W11)가 2개의 연속하는 기간에 걸쳐 고주파 전원(36)으로부터 공급되어도 좋고, 또는, 전력파(W21)가 2개의 연속하는 기간에 걸쳐 고주파 전원(36)으로부터 공급되어도 좋다. 방법(MT)에서는, 고주파 전원(36) 및 고주파 전원(38) 중 적어도 한쪽으로부터 공급되는 전력은, 연속파 및 변조파 중 한쪽의 전력파에서 다른 쪽의 전력파로 교대로 전환되어도 좋다.
방법(MT)은, 공정 ST1로 개시한다. 공정 ST1에 있어서, 고주파 전원(36)으로부터 전력파(W11)가 공급되고, 고주파 전원(38)으로부터 전력파(W21)가 공급된다. 공정 ST1의 실행 중에는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스가 정합기(40)에 의해 설정된다. 전력파(W11)가 변조파(MW1)인 경우에는, 공정 ST1의 실행 중에, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스는, 전술한 바와 같이, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정되어도 좋다. 또한, 전력파(W11)가 변조파(MW1)인 경우에는, 공정 ST1의 실행 중에, 전술한 바와 같이, 고주파 전원(36)에 의해 로드 파워 제어가 실행되어도 좋다.
전력파(W11)가 연속파(CW1)인 경우에는, 공정 ST1의 실행 중에, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스에 정합되어도 좋다. 또는, 전력파(W11)가 연속파(CW1)인 경우에도, 전력파(W11)가 변조파(MW1)인 경우와 마찬가지로, 공정 ST1의 실행 중에, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정되어도 좋다.
공정 ST1의 실행 중에는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스가 정합기(42)에 의해 설정된다. 전력파(W21)가 변조파(MW2)인 경우에는, 공정 ST1의 실행 중에, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스는, 전술한 바와 같이, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정되어도 좋다. 또한, 전력파(W21)가 변조파(MW2)인 경우에는, 공정 ST1의 실행 중에, 전술한 바와 같이 고주파 전원(38)에 의해 로드 파워 제어가 실행되어도 좋다.
전력파(W21)가 연속파(CW2)인 경우에는, 공정 ST1의 실행 중에, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스에 정합되어도 좋다. 또는, 전력파(W21)가 연속파(CW2)인 경우에도, 전력파(W21)가 변조파(MW2)인 경우와 마찬가지로, 공정 ST1의 실행 중에, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정되어도 좋다.
공정 STJa에서는, 2개의 연속하는 기간 중 선행 기간(PA)에 있어서 공급되어 있는 전력파가 연속파인지의 여부가 판정된다. 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW1)가 공급되지 않은 경우, 즉 변조파(MW1)가 공급되어 있는 경우에는, 2개의 연속하는 기간 중 후속 기간(PB)에 있어서 공정 STA2가 실행된다. 선행 기간(PA)에 있어서 변조파(MW1)가 공급되어 있고, 후속 기간(PB)에 있어서 연속파(CW1)가 공급되는 경우에는, 후속 기간(PB)에 있어서 공정 STA3이 실행된다. 한편, 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW1)가 공급되어 있는 경우에는, 후속 기간(PB)에 있어서 공정 STB3이 실행된다. 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW1)가 공급되어 있고, 후속 기간(PB)에 있어서 변조파(MW1)가 공급되는 경우에는, 선행 기간(PA)에 있어서 공정 STB2가 실행된다.
또한, 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW2)가 공급되지 않은 경우, 즉 변조파(MW2)가 공급되어 있는 경우에는, 후속 기간(PB)에 있어서 공정 STA2가 실행된다. 선행 기간(PA)에 있어서 변조파(MW2)가 공급되어 있고, 후속 기간(PB)에 있어서 연속파(CW2)가 공급되는 경우에는, 후속 기간(PB)에 있어서 공정 STA3이 실행된다. 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW2)가 공급되어 있는 경우에는, 후속 기간(PB)에 있어서 공정 STB3이 실행된다. 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW2)가 공급되어 있고, 후속 기간(PB)에 있어서 변조파(MW2)가 공급되는 경우에는, 선행 기간(PA)에 있어서 공정 STB2가 실행된다.
공정 STA2는, 선행 기간(PA)에 있어서 변조파(MW1)가 공급되어 있는 경우에 실행된다. 공정 STA2에서는, 후속 기간(PB)의 전력파가 고주파 전원(36)으로부터 공급된다. 공정 STA2에 있어서 고주파 전원(36)으로부터 공급되는 전력파가 연속파(CW1)인 경우에는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스가, 후속 기간(PB)의 개시 후에 공정 STA3에서, 전술한 바와 같이 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경된다. 공정 STA2에 있어서 고주파 전원(36)으로부터 공급되는 전력파가 변조파(MW1)인 경우에는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 설정될 수 있다.
또한, 공정 STA2는, 선행 기간(PA)에 있어서 변조파(MW2)가 공급되어 있는 경우에 실행된다. 공정 STA2에서는, 후속 기간(PB)의 전력파가 고주파 전원(38)으로부터 공급된다. 공정 STA2에 있어서 고주파 전원(38)으로부터 공급되는 전력파가 연속파(CW2)인 경우에는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스가, 후속 기간(PB)의 개시 후에 공정 STA3에서, 전술한 바와 같이 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경된다. 공정 STA2에 있어서 고주파 전원(38)으로부터 공급되는 전력파가 변조파(MW2)인 경우에는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 설정될 수 있다.
공정 STB3은, 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW1)가 공급되어 있는 경우에, 후속 기간(PB)에 있어서 실행된다. 공정 STB3에서는, 후속 기간(PB)의 전력파가 고주파 전원(36)으로부터 공급된다. 공정 STB3에 있어서 고주파 전원(36)으로부터 공급되는 전력파가 변조파(MW1)인 경우에는, 공정 STB2가, 후속 기간(PB)의 개시 전에 선행 기간(PA)에 있어서 실행된다. 공정 STB2에서는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스가, 전술한 바와 같이 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경된다. 공정 STB3에 있어서 고주파 전원(36)으로부터 공급되는 전력파가 연속파(CW1)인 경우에는, 고주파 전원(36)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(36)의 출력 임피던스에 정합될 수 있다.
공정 STB3은, 선행 기간(PA)에 있어서 연속파(CW2)가 공급되어 있는 경우에, 후속 기간(PB)에 있어서 실행된다. 공정 STB3에서는, 후속 기간(PB)의 전력파가 고주파 전원(38)으로부터 공급된다. 공정 STB3에 있어서 고주파 전원(38)으로부터 공급되는 전력파가 변조파(MW2)인 경우에는, 공정 STB2가, 후속 기간(PB)의 개시 전에 선행 기간(PA)에 있어서 실행된다. 공정 STB2에서는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스가, 전술한 바와 같이 후속 기간(PB)을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경된다. 공정 STB3에 있어서 고주파 전원(38)으로부터 공급되는 전력파가 연속파(CW2)인 경우에는, 고주파 전원(38)의 부하 임피던스는, 고주파 전원(38)의 출력 임피던스에 정합될 수 있다.
공정 STJb에서는, 종료 조건이 만족되었는지의 여부가 판정된다. 종료 조건은, 도 10에 나타내는 사이클(CY)의 실행 횟수가 미리 정해진 횟수에 달한 경우에 만족된다. 종료 조건이 만족되지 않은 경우에는, 사이클(CY)이 공정 STJa부터 반복된다. 종료 조건이 만족된 경우에는, 방법(MT)은, 종료한다.
이상, 여러 가지의 예시적 실시형태에 대해서 설명해 왔지만, 전술한 예시적 실시형태에 한정되는 일없이, 여러 가지 추가, 생략, 치환 및 변경이 이루어져도 좋다. 또한, 다른 실시형태에 있어서의 요소를 조합하여 다른 실시형태를 형성하는 것이 가능하다.
예컨대, 플라즈마 처리 장치(1)는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치였지만, 본 개시의 사상은, 고주파 전원으로부터의 변조 고주파 전력을 전극에 공급하도록 구성된 임의의 플라즈마 처리 장치에 적용될 수 있다. 그와 같은 플라즈마 처리 장치로서는, 예컨대, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, 전자 사이클로트론 공명(ECR) 플라즈마 처리 장치, 플라즈마의 생성을 위해 마이크로파라고 하는 표면파를 이용하는 플라즈마 처리 장치가 예시된다.
또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리를 위해 고주파 전력(RF1) 및 고주파 전력(RF2)의 쌍방을 이용하도록 나타내고 있지만, 플라즈마 처리를 위해, 고주파 전력(RF1) 및 고주파 전력(RF2) 중 한쪽만이 이용되어도 좋다.
이하, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 행한 실험에 대해서 설명한다. 실험에서는, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 제3 모드로 플라즈마를 생성하였다. 실험에서는, 고주파 전력(RF2)의 파워 레벨로서, 400 W와 1000 W의 2종류의 파워를 이용하였다. 또한, 실험에서는, 전술한 TL 및 ΔΓ2의 각각에 다른 값을 설정하였다. 실험에 있어서의 그 외의 조건은 이하와 같다.
<조건>
고주파 전력(RF1)의 주파수: 60 ㎒
연속파(CW1)의 파워: 300 W
고주파 전력(RF2)의 주파수: 40.68 ㎒
제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 및 기간(P2)에 있어서의 연속파(CW2)의 파워: 400 W 또는 1000 W
제2 부기간(SP12)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워: 0 W
변조파(MW2)의 변조 주파수: 1 ㎑
변조파(MW2)의 듀티비: 90％
실험에서는, 고주파 전력(RF2)에 따른 서셉터(16)의 VPP를 측정하였다. VPP는, 고주파 전력(RF2)에 따른 서셉터(16)의 전압의 Peak-to-peak value이다. 실험에서는, 서셉터(16)에 공급하는 전력을 변조파(MW2)에서 연속파(CW2)로 변경한 것에 기인하여 생긴 VPP의 저하량의, 반사가 실질적으로 관찰되지 않게 되었을 때의 VPP에 대한 비율(％)(이하, 「저하율」이라고 함)을 구하였다. 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 및 기간(P2)에 있어서의 연속파(CW2)의 파워를 400 W로 설정하였을 때의 저하율을 표 1에 나타낸다. 제1 부기간(SP11)에 있어서의 변조파(MW2)의 파워 및 기간(P2)에 있어서의 연속파(CW2)의 파워를 1000 W로 설정하였을 때의 저하율을 표 2에 나타낸다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 실험의 결과, TL이 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2가 0.2 이하로 설정된 경우, 또는, TL이 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2가 0.1 이하로 설정된 경우에, 저하율은 10％ 이하였다. 따라서, TL이 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2가 0.2 이하로 설정되는 경우, 또는, TL이 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2가 0.1 이하로 설정되는 경우에, 반사가 효과적으로 억제되는 것이 확인되었다. 또한, TL이 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2가 0.05 이하로 설정된 경우에는, 저하율은 0％였다. 따라서, TL이 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 ΔΓ2가 0.05 이하로 설정되는 경우에는, 반사가 거의 발생하지 않는 것이 확인되었다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 여러 가지의 실시형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있고, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하는 일없이 여러 가지의 변경을 이룰 수 있는 것이, 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 여러 가지의 실시형태는 한정하는 것을 의도하지 않고, 실제 범위와 주지는, 첨부된 청구범위에 의해 나타난다.
1 : 플라즈마 처리 장치
10 : 챔버
16 : 서셉터
36 : 고주파 전원
38 : 고주파 전원
40 :정합기
42 : 정합기

Claims (19)

  1. 챔버와,
    전극과,
    상기 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 챔버 내에서의 플라즈마 처리를 위해 상기 전극에 공급되는 고주파 전력을 발생하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 고주파 전원과 상기 전극 사이에서 접속되어 있고, 상기 고주파 전원의 부하측의 임피던스인 부하 임피던스를 설정하도록 구성된 정합기
    를 구비하고,
    상기 고주파 전원은, 2개의 연속하는 기간 중 선행 기간에 있어서 상기 전극에 상기 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽의 전력파를 공급하고, 상기 2개의 연속하는 기간 중 후속 기간에 있어서 상기 전극에 상기 변조파 및 상기 연속파 중 다른 쪽의 전력파를 공급하도록 구성되어 있고,
    상기 고주파 전원은, 교대의 제1 부기간과 제2 부기간 중 상기 제1 부기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 파워 레벨이 상기 제2 부기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 파워 레벨보다 높아지도록, 상기 변조파를 생성하고,
    상기 정합기는, 상기 2개의 연속하는 기간 중 상기 연속파가 공급되는 기간에 있어서 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경함으로써, 상기 부하 임피던스를 상기 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 단계적으로 변경하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정합기는, 상기 연속파가 공급되는 상기 기간에 있어서 상기 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 상기 후속 기간을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정합기는, 상기 고주파 전원으로부터 상기 전극에 공급되는 전력이 상기 변조파에서 상기 연속파로 전환된 후에, 상기 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로까지 감소시키도록, 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 정합기는, 상기 고주파 전원으로부터 상기 전극에 공급되는 전력이 상기 연속파에서 상기 변조파로 전환되기 전에, 상기 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로보다 큰 상기 설정 목표값까지 증가시키도록, 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하인, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정합기는, 상기 연속파가 공급되는 상기 기간에 있어서, 연속하는 복수의 부기간을 거쳐 상기 반사 계수의 상기 절대값을 단계적으로 상기 후속 기간을 위한 상기 설정 목표값까지 변화시키도록 구성되어 있고,
    상기 복수의 부기간의 각각의 시간 길이가, 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 상기 복수의 부기간에 포함되는 임의의 2개의 연속하는 부기간 중 한쪽의 부기간에 있어서의 상기 반사 계수의 상기 절대값의 목표값과 다른 쪽의 부기간에 있어서의 상기 반사 계수의 상기 절대값의 목표값의 차가, 0.2 이하로 설정되거나,
    상기 시간 길이가 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차가 0.1 이하로 설정되는, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시간 길이가 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차가 0.05 이하로 설정되는, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 정합기는, 상기 2개의 연속하는 기간 중 상기 변조파가 공급되는 기간에 있어서의 상기 고주파 전원의 부하 임피던스이며 상기 제1 부기간 내의 모니터 기간에 있어서의 그 측정값에 의해 특정되는 상기 부하 임피던스를, 상기 고주파 전원의 출력 임피던스와는 다른 목표 임피던스로 조정하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 모니터 기간은, 상기 제1 부기간의 개시 시점부터 미리 정해진 시간 길이의 경과 후에 개시하는 기간인, 플라즈마 처리 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 정합기는, 상기 목표 임피던스를, 상기 변조파가 공급되는 상기 기간에 있어서의 상기 변조파의 반사 계수의 절대값의 설정 목표값으로부터 특정하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반사 계수의 상기 절대값의 상기 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하인, 플라즈마 처리 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전원은, 상기 변조파의 진행파의 파워 레벨과 상기 변조파의 반사파의 파워 레벨의 차인 로드 파워 레벨을 목표 파워 레벨에 근접시키거나 일치시키도록, 상기 변조파의 파워 레벨을 조정하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  13. 플라즈마 처리 장치에 있어서 실행되는 정합 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    챔버와,
    전극과,
    상기 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 챔버 내에서의 플라즈마 처리를 위해 상기 전극에 공급되는 고주파 전력을 발생하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 고주파 전원과 상기 전극 사이에서 접속되어 있고, 상기 고주파 전원의 부하측의 임피던스인 부하 임피던스를 설정하도록 구성된 정합기
    를 구비하고, 상기 정합 방법은,
    2개의 연속하는 기간 중 선행 기간에 있어서, 상기 고주파 전원으로부터 상기 전극에 상기 고주파 전력의 변조파 및 연속파 중 한쪽의 전력파를 공급하는 공정이고, 상기 변조파는, 교대의 제1 부기간과 제2 부기간 중 상기 제1 부기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 파워 레벨이 상기 제2 부기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 파워 레벨보다 높아지도록 생성되는, 상기 공정과,
    상기 2개의 연속하는 기간 중 후속 기간에 있어서 상기 전극에 상기 고주파 전력의 상기 변조파 및 상기 연속파 중 다른 쪽의 전력파를 공급하는 공정과,
    상기 2개의 연속하는 기간 중 상기 연속파가 공급되는 기간에 있어서, 상기 후속 기간을 위한 목표 임피던스까지 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경하는 공정
    을 포함하는 것인 정합 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경하는 상기 공정에 있어서, 상기 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 상기 후속 기간을 위한 설정 목표값까지 변화시키도록, 상기 부하 임피던스가 단계적으로 변경되는, 정합 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고주파 전원으로부터 상기 전극에 공급되는 전력이 상기 변조파에서 상기 연속파로 전환된 후에, 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경하는 상기 공정에 있어서, 상기 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로까지 감소시키도록 상기 부하 임피던스가 단계적으로 변경되는, 정합 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 고주파 전원으로부터 상기 전극에 공급되는 전력이 상기 연속파에서 상기 변조파로 전환되기 전에, 상기 부하 임피던스를 단계적으로 변경하는 상기 공정에 있어서, 상기 고주파 전력의 반사 계수의 절대값을 단계적으로 제로보다 큰 상기 설정 목표값까지 증가시키도록 상기 부하 임피던스가 단계적으로 변경되는, 정합 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 설정 목표값은, 0.3 이상, 0.5 이하인, 정합 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속파가 공급되는 상기 기간에 있어서, 연속하는 복수의 부기간을 거쳐 상기 반사 계수의 상기 절대값을 단계적으로 상기 후속 기간을 위한 상기 설정 목표값까지 변화시키도록, 상기 부하 임피던스가 단계적으로 변경되고,
    상기 복수의 부기간의 각각의 시간 길이가, 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 상기 복수의 부기간에 포함되는 임의의 2개의 연속하는 부기간 중 한쪽의 부기간에 있어서의 상기 반사 계수의 상기 절대값의 목표값과 다른 쪽의 부기간에 있어서의 상기 반사 계수의 상기 절대값의 목표값의 차가, 0.2 이하로 설정되거나,
    상기 시간 길이가 0.2초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차가 0.1 이하로 설정되는, 정합 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 시간 길이가 0.5초 이상으로 설정되고, 또한 상기 차가 0.05 이하로 설정되는, 정합 방법.
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