KR20220012179A - 마이크로파 출력 장치 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 펄스 변조된 파워를 정밀도 좋게 제어한다. 장치는, 대역폭을 가지는 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부, 출력부, 방향성 결합기 및 측정부를 구비한다. 마이크로파 발생부는, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 발생시킨다. 설정 캐리어 피치는, 정해진 조건을 충족하도록 설정된다. 정해진 조건은, 설정 펄스 주파수를 설정 캐리어 피치로 나눈 값 또는 설정 캐리어 피치를 설정 펄스 주파수로 나눈 값이 정수가 되지 않을 것, 및, 설정 듀티비에 있어서 설정 주기에 대한 High 레벨의 ON 시간이 50% 이상이 될 것을 포함한다. 마이크로파 발생부는, 제 1 High 측정값 및 제 1 Low 측정값을 정해진 이동 평균 시간 및 정해진 샘플링 간격으로 평균화하고, 정해진 이동 평균 시간은 High 레벨의 ON 시간의 적산값보다 길다.

Description

마이크로파 출력 장치 및 플라즈마 처리 장치 {MICROWAVE OUTPUT DEVICE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 개시는 마이크로파 출력 장치 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

특허 문헌 1은, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치를 개시한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 대역폭을 가지는 마이크로파를 출력하는 마이크로파 출력 장치를 구비한다. 마이크로파 출력 장치는, 펄스 변조된 마이크로파의 파워를 제어한다.

일본특허공개공보 2019-036482호

특허 문헌 1에 기재된 장치에 있어서는, 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 펄스 변조된 파워를 정밀도 좋게 제어하기 위하여, 개선의 여지가 있다. 본 개시는, 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 펄스 변조된 파워를 정밀도 좋게 제어할 수 있는 마이크로파 출력 장치 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

일태양에 있어서는 마이크로파 출력 장치가 제공된다. 마이크로파 출력 장치는, 마이크로파 발생부, 출력부, 제 1 방향성 결합기 및 측정부를 구비한다. 마이크로파 발생부는, 제어기로부터 지시받은 설정 주파수, 설정 대역폭 및 설정 캐리어 피치에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 가지는 마이크로파로서, 제어기로부터 지시받은 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 해당 마이크로파를 발생시킨다. 또한, 듀티비는 High 레벨 시간을 펄스 주기(High 레벨 시간 + Low 레벨 시간)로 나눈 값이다. 출력부는, 마이크로파 발생부로부터 전반된 마이크로파를 출력한다. 제 1 방향성 결합기는, 마이크로파 발생부로부터 출력부로 전반되는 진행파의 일부를 출력한다. 측정부는, 제 1 방향성 결합기로부터 출력되는 진행파의 일부에 기초하여 출력부에 있어서의 진행파의 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제 1 High 측정값 및 제 1 Low 측정값을 결정한다. 설정 캐리어 피치는, 그 역수가 멀티 캐리어 대역폭을 가지는 마이크로파가 가지는 파워 변동 주기 중 가장 긴 주기와 일치하고, 정해진 조건을 충족하도록 설정된다. 정해진 조건은, 설정 펄스 주파수를 설정 캐리어 피치로 나눈 값 또는 설정 캐리어 피치를 설정 펄스 주파수로 나눈 값이 정수가 되지 않을 것(제 1 조건)을 포함한다. 정해진 조건은, 설정 듀티비에 있어서 마이크로파의 주기에 대한 High 레벨의 ON 시간이 50% 이상이 될 것(제 2 조건)을 포함한다. 마이크로파 발생부는, 제 1 High 측정값 및 제 1 Low 측정값을 정해진 이동 평균 시간 및 정해진 샘플링 간격으로 평균화한다. 정해진 이동 평균 시간은, High 레벨의 ON 시간의 적산값보다 길다(제 3 조건). 마이크로파 발생부는, 평균화된 제 1 High 측정값 및 High 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어하고, 평균화된 제 1 Low 측정값 및 Low 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어한다.

본 개시의 각종 태양 및 실시 형태에 따르면, 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 펄스 변조된 파워를 정밀도 좋게 제어할 수 있는 마이크로파 출력 장치 및 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 마이크로파 출력 장치의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 파형 발생부에 있어서의 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다.
도 4는 파워가 펄스 변조된 마이크로파의 일례이다.
도 5는 상이한 캐리어 피치를 가지는 마이크로파의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 마이크로파를 파워 변조하기 위한 동기 신호의 일례이다.
도 7은 마이크로파의 파워 피드백에 관한 구성의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은 마이크로파의 파워 피드백에 관한 구성의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 9는 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제 1 예를 나타내는 도이다.
도 10은 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제 2 예를 나타내는 도이다.
도 11은 10.0 kHz의 캐리어 피치를 가지는 1 주기 100 μs의 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파에 대한 1 μs마다의 파워 측정값의 일례이다.
도 12는 10.1 kHz의 캐리어 피치를 가지는 1 주기 99 μs의 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파에 대한 1 μs마다의 파워 측정값의 일례이다.
도 13은 측정값을 평균화한 파형의 일례이다.
도 14는 마이크로파 파워가 주기적으로 변조되어 있지 않은 경우의 그래프의 일례이다.
도 15는 마이크로파 파워가 주기적으로 변조되어 있지 않은 경우의 파워 분포의 일례이다.
도 16은 마이크로파의 파워를 펄스 변조한 경우의 측정값의 일례이다.
도 17은 측정값을 평균화한 파형의 일례이다.
도 18은 마이크로파 파워가 주기적으로 변조되는 경우의 파워 분포의 일례이다.
도 19는 파워 어긋남과 듀티비와의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 20은 파워 어긋남과 펄스 주파수와의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.
도 21은 파워 어긋남과 펄스 주파수와의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다.

이하, 각종 예시적 실시 형태에 대하여 설명한다.

일태양에 있어서는 마이크로파 출력 장치가 제공된다. 마이크로파 출력 장치는, 마이크로파 발생부, 출력부, 제 1 방향성 결합기 및 측정부를 구비한다. 마이크로파 발생부는, 제어기로부터 지시받은 설정 주파수, 설정 대역폭 및 설정 캐리어 피치에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 가지는 마이크로파로서, 제어기로부터 지시받은 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 해당 마이크로파를 발생시킨다. 또한, 듀티비는 High 레벨 시간을 펄스 주기(High 레벨 시간 + Low 레벨 시간)로 나눈 값이다. 출력부는, 마이크로파 발생부로부터 전반된 마이크로파를 출력한다. 제 1 방향성 결합기는, 마이크로파 발생부로부터 출력부로 전반되는 진행파의 일부를 출력한다. 측정부는, 제 1 방향성 결합기로부터 출력되는 진행파의 일부에 기초하여 출력부에 있어서의 진행파의 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제 1 High 측정값 및 제 1 Low 측정값을 결정한다. 설정 캐리어 피치는, 그 역수가 멀티 캐리어 대역폭을 가지는 마이크로파가 가지는 파워 변동 주기 중 가장 긴 주기와 일치하고, 정해진 조건을 충족하도록 설정된다. 정해진 조건은, 설정 펄스 주파수를 설정 캐리어 피치로 나눈 값 또는 설정 캐리어 피치를 설정 펄스 주파수로 나눈 값이 정수가 되지 않을 것(제 1 조건)을 포함한다. 정해진 조건은, 설정 듀티비에 있어서 마이크로파의 주기에 대한 High 레벨의 ON 시간이 50% 이상이 될 것(제 2 조건)을 포함한다. 마이크로파 발생부는, 제 1 High 측정값 및 제 1 Low 측정값을 정해진 이동 평균 시간 및 정해진 샘플링 간격으로 평균화한다. 정해진 이동 평균 시간은, High 레벨의 ON 시간의 적산값보다 길다(제 3 조건). 마이크로파 발생부는, 평균화된 제 1 High 측정값 및 High 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어하고, 평균화된 제 1 Low 측정값 및 Low 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어한다.

이 마이크로파 출력 장치에서는, 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 파워가 펄스 변조된다. 그리고, 평균화된 제 1 High 측정값 및 High 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨의 파워가 제어된다. 또한, 평균화된 제 1 Low 측정값 및 Low 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨의 파워가 제어된다. 이와 같이, 마이크로파의 파워가 펄스 변조되고, 또한, High 레벨 및 Low 레벨의 파워가 설정 파워에 기초하여 제어됨으로써, 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 펄스 변조된 파워를 제어할 수 있다. 그리고, 마이크로파의 설정 캐리어 피치가 상술한 3 개의 조건을 충족함으로써, High 레벨의 파워의 파형을 잘라 적절하게 평균화할 수 있으므로, 결과로서 파워의 요동(설정 파워와의 차이)이 억제된다. 따라서, 이 장치는, 대역폭을 가지고, 펄스 변조된 마이크로파의 파워를 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

일실시 형태에 있어서는, 마이크로파 출력 장치는, 출력부로 되돌려진 반사파의 일부를 출력하는 제 2 방향성 결합기를 더 구비해도 된다. 측정부는, 제 2 방향성 결합기로부터 출력되는 반사파의 일부에 기초하여 출력부에 있어서의 반사파의 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제 2 High 측정값 및 제 2 Low 측정값을 또한 결정한다. 마이크로파 발생부는, 제 2 High 측정값 및 제 2 Low 측정값을 정해진 이동 평균 시간 및 정해진 샘플링 간격으로 평균화하고, 평균화된 제 1 High 측정값, 평균화된 제 2 High 측정값 및 High 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어하고, 평균화된 제 1 Low 측정값, 평균화된 제 2 Low 측정값 및 Low 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어한다.

이와 같이 구성함으로써, 마이크로파 출력 장치는, 반사파의 파워에 기초한 파워 제어를 행할 수 있다. 또한, 반사파의 파워라도, High 레벨의 파워의 파형을 잘라 적절하게 평균화할 수 있다.

다른 태양에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버 본체 및 마이크로파 출력 장치를 구비한다. 마이크로파 출력 장치는, 챔버 본체 내로 공급되는 가스를 여기시키기 위한 마이크로파를 출력하도록 구성되어 있다. 이 마이크로파 출력 장치는, 상술한 태양 및 복수의 실시 형태 중 어느 하나의 마이크로파 출력 장치이다.

이하, 도면을 참조하여 각종 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.

[플라즈마 처리 장치]

도 1은 일실시 형태에 따른 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 저부(12b)를 가진다. 측벽(12a)은 대략 통 형상으로 형성된다. 이 측벽(12a)의 중심축선은, 연직 방향으로 연장되는 축선(Z)에 대략 일치한다. 저부(12b)는, 측벽(12a)의 하단측에 마련된다. 저부(12b)에는, 배기용의 배기홀(12h)이 마련된다. 또한, 측벽(12a)의 상단부는 개구이다.

측벽(12a)의 상단부 상에는 유전체창(20)이 마련된다. 이 유전체창(20)은, 처리 공간(S)에 대향하는 하면(20a)을 가진다. 유전체창(20)은, 측벽(12a)의 상단부의 개구를 닫고 있다. 이 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부와의 사이에는 O링(19)이 개재된다. 이 O링(19)에 의해, 챔버 본체(12)가 보다 확실하게 밀폐된다.

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

일실시 형태에 있어서, 스테이지(14)는, 기대(14a) 및 정전 척(14c)을 포함한다. 기대(14a)는, 대략 원반 형상을 가지고 있고, 알루미늄과 같은 도전성의 재료로 형성되어 있다. 기대(14a)의 중심축선은, 축선(Z)에 대략 일치한다. 이 기대(14a)는, 통 형상 지지부(48)에 의해 지지된다. 통 형상 지지부(48)는, 절연성의 재료로 형성되어 있고, 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장된다. 통 형상 지지부(48)의 외주에는, 도전성의 통 형상 지지부(50)가 마련된다. 통 형상 지지부(50)는, 통 형상 지지부(48)의 외주를 따라 챔버 본체(12)의 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장된다. 이 통 형상 지지부(50)와 측벽(12a)과의 사이에는, 환상의 배기로(51)가 형성된다.

배기로(51)의 상부에는, 배플판(52)이 마련된다. 배플판(52)은 환 형상을 가진다. 배플판(52)에는, 당해 배플판(52)을 판 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통홀이 형성된다. 이 배플판(52)의 하방에는 상술한 배기홀(12h)이 마련된다. 배기홀(12h)에는, 배기관(54)을 개재하여 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 가진다. 이 배기 장치(56)에 의해, 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 개재하여, 고주파 바이어스용의 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속된다. 고주파 전원(58)은, 피가공물(WP)로 인입하는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 일정한 주파수, 예를 들면 13.56 MHz의 고주파를, 설정된 파워로 출력한다.

또한 고주파 전원(58)은, 펄스 생성기를 가지고, 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 의해 생성된 동기 신호(PSS-R)에 기초하여 펄스 조정한다. 동기 신호(PSS-R)는, 고주파 파워의 주기 및 듀티비를 결정하는 신호이다. 펄스 변조 시의 설정의 일례로서, 펄스 주파수는 10Hz ~ 250 kHz이며, 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 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용한다. 이 정합기 내에는 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함된다. 매칭 유닛(60)은, 고주파 파워가 펄스 변조되는 경우, 동기 신호(PSS-R)에 기초하여 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 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 이 정전 척(14c)의 전극(14d)은, 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연막(14e)과 절연막(14f)과의 사이에 마련된다. 전극(14d)에는, 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 개재하여 전기적으로 접속된다. 정전 척(14c)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해, 피가공물(WP)을 흡착 유지할 수 있다. 또한, 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 거쳐 공급된다. 냉매실(14g)로 공급된 냉매는, 배관(72)을 거쳐 칠러 유닛으로 되돌려진다. 이 냉매의 온도가 칠러 유닛에 의해 제어됨으로써, 정전 척(14c)의 온도, 나아가서는 피가공물(WP)의 온도가 제어된다.

또한, 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 이면과의 사이로 공급하기 위하여 마련된다.

마이크로파 출력 장치(16)는, 챔버 본체(12) 내로 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. 또한, 마이크로파 출력 장치(16)는, 그 중에 복수의 주파수 성분을 가지는 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 가지고 있어도 된다. 일례에 있어서, 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 파워를 0 W ~ 5000 W의 범위 내에서 조정할 수 있다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 주파수 또는 중앙 주파수를 2400 MHz ~ 2500 MHz의 범위 내에서 조정할 수 있다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파의 대역폭을 0 MHz ~ 100 MHz의 범위에서 조정할 수 있다. 또한, 마이크로파 출력 장치(16)는, 대역 내에 있어서의 마이크로파의 복수의 주파수 성분의 주파수의 피치(캐리어 피치)를 0 ~ 25 kHz의 범위 내에서 조정할 수 있다.

마이크로파 출력 장치(16)는, 펄스 생성기를 가지고, 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 의해 생성된 동기 신호(PSS-M)에 기초하여 펄스 조정한다. 동기 신호(PSS-M)는, 마이크로파 파워의 주기 및 듀티비를 결정하는 신호이다. 펄스 변조 시의 설정의 일례로서, 펄스 주파수는 1 Hz ~ 20 kHz이며, 펄스의 듀티비(펄스 주기에 대한 High 레벨 파워 시간의 비)는 10% ~ 90%이다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 고주파 전원(58)에 의해 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 가진다. 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 가지고 있고, 그 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 내측 도체(28b)는, 대략 원통 형상을 가지고 있고, 외측 도체(28a)의 내측에서 연장된다. 내측 도체(28b)의 중심축선은, 축선(Z)에 대략 일치한다. 이 동축 도파관(28)은, 모드 변환기(27)로부터의 마이크로파를 안테나(18)로 전송한다.

안테나(18)는, 유전체창(20)의 하면(20a)의 반대측의 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 가지는 금속으로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가진다. 슬롯판(30)의 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 슬롯판(30)에는, 복수의 슬롯홀(30a)이 형성된다. 복수의 슬롯홀(30a)은, 일례에 있어서는, 복수의 슬롯쌍을 구성한다. 복수의 슬롯쌍의 각각은, 서로 교차하는 방향으로 연장되는 대략 긴 홀 형상의 2 개의 슬롯홀(30a)을 포함한다. 복수의 슬롯쌍은, 축선(Z) 둘레의 하나 이상의 동심원을 따라 배열된다. 또한, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 통과 가능한 관통홀(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 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치한다. 냉각 재킷(34)은, 유전체판(32) 상에 마련된다. 유전체판(32)은, 냉각 재킷(34)과 슬롯판(30)과의 사이에 마련된다.

냉각 재킷(34)의 표면은 도전성을 가진다. 냉각 재킷(34)의 내부에는, 유로(34a)가 형성된다. 이 유로(34a)로는, 냉매가 공급되도록 구성된다. 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는, 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속된다. 또한, 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 유전체판(32)의 중앙 부분에 형성된 홀을 지나, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속된다.

동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 유전체판(32) 내를 전반하여, 슬롯판(30)의 복수의 슬롯홀(30a)로부터 유전체창(20)으로 공급된다. 유전체창(20)으로 공급된 마이크로파는, 처리 공간(S)에 도입된다.

동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 내홀에는, 도관(36)이 지나고 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 도관(36)이 통과 가능한 관통홀(30d)이 형성된다. 도관(36)은, 내측 도체(28b)의 내홀을 지나 연장되어 있고, 가스 공급계(38)에 접속된다.

가스 공급계(38)는, 피가공물(WP)을 처리하기 위한 처리 가스를 도관(36)으로 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 플로우 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 관통홀(20h)로 공급한다. 유전체창(20)의 관통홀(20h)로 공급된 가스는, 처리 공간(S)으로 공급된다. 그리고, 유전체창(20)으로부터 처리 공간(S)으로 도입되는 마이크로파에 의해, 당해 처리 가스가 여기된다. 이에 의해, 처리 공간(S) 내에서 플라즈마가 생성되고, 당해 플라즈마로부터의 이온 및 라디칼 중 적어도 하나와 같은 활성종에 의해, 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 커멘드의 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 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어), 및, 처리 조건 데이터 등을 포함하는 프로세스 레시피 등이 보존된다. 프로세서는, 유저 인터페이스로부터의 지시 등, 필요에 따라, 각종의 제어 프로그램을 기억부로부터 호출하여 실행한다. 이러한 프로세서의 제어 하에서, 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 제어기(100) 및 파형 발생기(161)를 가지는 연산 장치(100a)에 접속되어 있다.

파형 발생기(161)는, 마이크로파의 파형을 발생시킨다. 파형 발생기(161)는, 제어기(100)에 의해 지정된 설정 주파수 및 설정 대역폭에 각각 따른 중앙 주파수 및 대역폭을 가지는 마이크로파의 파형을 발생시킨다. 파형 발생기(161)는, 마이크로파의 파형을 마이크로파 출력 장치(16)에 출력한다.

마이크로파 출력 장치(16)는, 파형 발생기(161)에 의해 발생된 마이크로파의 파형을, 제어기(100)의 설정에 따라 펄스 변조하고, 마이크로파로서 출력한다. 마이크로파 출력 장치(16)는, 마이크로파 발생부(16a), 도파관(16b), 서큘레이터(16c), 도파관(16d), 도파관(16e), 제 1 방향성 결합기(16f), 제 2 방향성 결합기(16h), 측정부(16k)(측정부의 일례) 및 더미 로드(16j)를 가진다.

마이크로파 발생부(16a)는, 제어기(100)로부터 지시받은 설정값에 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 발생시킨다. 설정값은 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워를 포함한다.

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

파형 발생기(161)는, 감쇠기(163)에 접속된다. 감쇠기(163)는, 일례로서, 인가 전압값에 의해 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. 파워 제어부(162)는, 파형 발생기(161)에 의해 출력된 마이크로파가, 설정값에 따른 파워의 마이크로파가 되도록, 감쇠기(163)에 있어서의 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)을 제어한다. 설정값은 제어기(100)에 의해 지시받은 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워를 포함한다.

파워 제어부(162)는, 일례로서, 제어부(162a) 및 펄스 생성기(162b)를 가진다. 제어부(162a)는, 프로세서일 수 있다. 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 설정 프로파일을 취득한다. 제어부(162a)는, 설정 프로파일 중에서 펄스 변조를 위하여 필요한 정보(펄스 주파수 및 듀티비)를 펄스 생성기(162b)에 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 취득한 정보에 기초하여 동기 신호(PSS-M)를 생성한다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-M), 및, 제어기(100)에 의해 설정된 설정 프로파일에 기초하여 마이크로파의 감쇠율(감쇠량)을 결정한다.

제어부(162a)는, 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)로부터 생성된 동기 신호(PSS-R)를 취득해도 된다. 펄스 생성기(162b)는, 동기 신호(PSS-R)와 동기한 동기 신호(PSS-M)를 생성해도 된다. 이 경우, 마이크로파 파워의 펄스 변조와 고주파 파워의 펄스 변조를 동기시킬 수 있다.

감쇠기(163)의 출력은, 증폭기(164) 및 증폭기(165)를 개재하여 모드 변환기(166)에 접속된다. 증폭기(164) 및 증폭기(165)는, 마이크로파를 각각에 정해진 증폭률로 증폭한다. 모드 변환기(166)는, 증폭기(165)로부터 출력되는 마이크로파의 전반모드를 TEM에서 TE01으로 변환한다. 이 모드 변환기(166)에 있어서의 모드 변환에 의해 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 제 1 포트(261)에 접속된다. 서큘레이터(16c)는, 제 1 포트(261), 제 2 포트(262A) 및 제 3 포트(263A)를 가진다. 서큘레이터(16c)는, 제 1 포트(261)에 입력된 마이크로파를 제 2 포트(262A)로부터 출력하고, 제 2 포트(262A)에 입력한 마이크로파를 제 3 포트(263A)로부터 출력하도록 구성된다. 서큘레이터(16c)의 제 2 포트(262A)에는 도파관(16d)의 일단이 접속된다. 도파관(16d)의 타단은, 마이크로파 출력 장치(16)의 출력부(16t)이다.

서큘레이터(16c)의 제 3 포트(263A)에는, 도파관(16e)의 일단이 접속된다. 도파관(16e)의 타단은 더미 로드(16j)에 접속된다. 더미 로드(16j)는, 도파관(16e)을 전반 하는 마이크로파를 받아, 당해 마이크로파를 흡수한다. 더미 로드(16j)는, 예를 들면, 마이크로파를 열로 변환한다.

제 1 방향성 결합기(16f)는, 도파관(16b)의 일단과 타단과의 사이에 마련된다. 제 1 방향성 결합기(16f)는, 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되어, 출력부(16t)로 전반하는 마이크로파(즉, 진행파)의 일부를 분기시켜, 당해 진행파의 일부를 출력하도록 구성된다.

제 2 방향성 결합기(16h)는, 도파관(16e)의 일단과 타단과의 사이에 마련된다. 제 2 방향성 결합기(16h)는, 출력부(16t)로 되돌려진 마이크로파(즉, 반사파)에 대하여, 서큘레이터(16c)의 제 3 포트(263A)로 전송된 반사파의 일부를 분기시켜, 당해 반사파의 일부를 출력하도록 구성된다.

측정부(16k)는, 제 1 방향성 결합기(16f)로부터 출력된 진행파의 일부에 기초하여, 출력부(16t)에 있어서의 진행파의 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제 1 High 측정값(pf(H)) 및 제 1 Low 측정값(pf(L))을 결정한다. 또한, 측정부(16k)는, 제 2 방향성 결합기(16h)로부터 출력된 반사파의 일부에 기초하여, 출력부(16t)에 있어서의 반사파의 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제 2 High 측정값(pr(H)) 및 제 2 Low 측정값(pr(L))을 결정한다.

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

튜너(26)는, 튜너 제어부(260)를 가진다. 튜너 제어부(260)는, 제어기(100)의 신호에 기초하여, 마이크로파 출력 장치(16)측의 임피던스와 안테나(18)측의 임피던스를 정합하도록 스터브(26a, 26b, 26c)의 돌출 위치를 조정한다. 튜너 제어부(260)는, 도시하지 않는 드라이버 회로 및 액츄에이터에 의해, 스터브(26a, 26b, 26c)를 동작시킨다.

튜너 제어부(260)는, 펄스 생성기(162b)에 의해 생성된 마이크로파 파워용의 동기 신호(PSS-M), 및, 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)에 의해 생성된 고주파 파워용의 동기 신호(PSS-R) 중 적어도 일방을 취득해도 된다. 예를 들면, 튜너 제어부(260)는, 동기 신호(PSS-M)를 제어부(162a)로부터 취득한다. 튜너 제어부(260)는, 동기 신호(PSS-R)를 제어부(162a)로부터 취득해도 되고, 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)로부터 직접 취득해도 된다. 튜너 제어부(260)는, 동기 신호를 고려하여, 스터브(26a, 26b, 26c)를 동작시켜도 된다.

[파형 발생부의 상세]

도 3은 파형 발생부에 있어서의 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 파형 발생기(161)는, 예를 들면, 기준 주파수와 위상을 동기시킨 마이크로파를 발진하는 것이 가능한 PLL(Phase Locked Loop) 발진기와, PLL 발진기에 접속된 IQ 디지털 변조기를 가진다. 파형 발생기(161)는, PLL 발진기에 있어서 발진되는 마이크로파의 주파수를 제어기(100)에 의해 지정된 설정 주파수로 설정한다. 그리고, 파형 발생기(161)는, PLL 발진기로부터의 마이크로파와, 당해 PLL 발진기로부터의 마이크로파와는 90°의 위상차를 가지는 마이크로파를, IQ 디지털 변조기를 이용하여 변조한다. 이에 의해, 파형 발생기(161)는, 대역 내에 있어서 복수의 주파수 성분을 가지는 마이크로파, 또는, 단일 주파수의 마이크로파를 생성한다.

파형 발생기(161)는, 예를 들면, N 개의 복소 데이터 심볼에 대한 역이산 푸리에 변환을 행하여 연속 신호를 생성함으로써, 복수의 주파수 성분을 가지는 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(예를 들면 특허 5320260호 참조).

일례에서는, 파형 발생기(161)는, 미리 디지털화된 부호의 열로 나타내진 파형 데이터를 가진다. 파형 발생기(161)는, 파형 데이터를 양자화하고, 양자화한 데이터에 대하여 역푸리에 변환을 적용함으로써, I 데이터와 Q 데이터를 생성한다. 그리고, 파형 발생기(161)는, I 데이터 및 Q 데이터의 각각에, D/A(Digital/Analog) 변환을 적용하여, 2 개의 아날로그 신호를 얻는다. 파형 발생기(161)는, 이들 아날로그 신호를, 저주파 성분만을 통과시키는 LPF(로우 패스 필터)에 입력한다. 파형 발생기(161)는, LPF로부터 출력된 2 개의 아날로그 신호를, PLL 발진기로부터의 마이크로파, PLL 발진기로부터의 마이크로파와는 90°의 위상차를 가지는 마이크로파와 각각 믹싱한다. 그리고, 파형 발생기(161)는, 믹싱에 의해 생성된 마이크로파를 합성한다. 이에 의해, 파형 발생기(161)는, 하나 또는 복수의 주파수 성분을 가지는 마이크로파를 생성한다.

[마이크로파의 일례]

마이크로파 발생부(16a)로부터 출력되는 마이크로파 파워는, High 레벨의 파워와 Low 레벨의 파워를 반복하도록 펄스 형상으로 변조된 파형이 된다. 도 4는 파워가 펄스 변조된 마이크로파의 일례이다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 마이크로파는, 제어기(100)로부터 지시받은 설정 주파수, 설정 대역폭, 및 설정 캐리어 피치에 각각 따른 중앙 주파수, 대역폭, 및 캐리어 피치를 가진다. 마이크로파는, 제어기(100)로부터 지시받은 설정값에 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨의 파워 및 Low 레벨의 파워를 가진다. 설정값은 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워를 포함한다. Low 레벨의 파워는, High 레벨의 파워보다 낮은 파워이다. Low 레벨의 파워는, 플라즈마 생성 상태를 유지하는데 필요한 가장 낮은 레벨보다 높은 파워로 해도 되고, 0으로 해도 된다. 마이크로파의 하나의 파형을 캐리어라 한다. 캐리어 피치는, 캐리어의 간격이며, 캐리어 피치의 역수가, 대역폭을 가지는 마이크로파가 가지는 파워 변동 주기 중 가장 긴 주기가 된다.

도 5의 (A) 및 (B)는 상이한 캐리어 피치를 가지는 마이크로파의 일례이다. 도 5의 (A)는 설정 주파수가 2460 MHz, 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치가 10 kHz인 마이크로파이다. 설정 대역폭을 설정 캐리어 피치로 나누고 1을 가산함으로써 캐리어수를 얻을 수 있다. 여기서는 캐리어수는 1001이다. 도 5의 (B)는 설정 주파수가 2460 MHz, 설정 대역폭이 10.1 MHz, 캐리어 피치가 10.1 kHz인 마이크로파이다. 캐리어수는 1001이다. 도 5의 (A) 및 (B)에 나타나는 바와 같이, 어느 마이크로파도 파워는 1500 W이다. 즉, 파워가 동일해도 캐리어 피치 및 설정 대역폭은 상이하도록 설정할 수 있다.

[마이크로파의 동기 신호의 일례]

도 6은 마이크로파를 펄스 변조하기 위한 동기 신호의 일례이다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 동기 신호(PSS-M)는, ON 상태(High 상태)와 OFF 상태(Low 상태)가 교호로 출현하는 펄스 신호이다. 동기 신호(PSS-M)의 펄스 주기(PT1)는, High 레벨이 되는 타이밍의 간격으로 정의한다. High 레벨과 Low 레벨과의 차분을 Δ라 하면, High 시간(HT)은, 펄스의 상승 기간(PU)에 있어서 0.5Δ가 되는 타이밍부터 펄스의 하강 기간(PD)에 있어서 0.5Δ가 되는 타이밍까지의 기간으로서 정의한다. 펄스 주기(PT1)에 대한 High 시간(HT)의 비가 듀티비이다. 펄스 생성기(162b)는, 제어기(100)에 의해 지정된 펄스 주파수(1 / PT1) 및 듀티비(HT / PT1 x 100[%])에 기초하여, 도 6에 나타나는 것과 같은 동기 신호를 생성한다.

[파워 피드백의 일례]

도 7은 마이크로파의 파워 피드백에 관한 구성의 일례를 나타내는 도이다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 파워 피드백은 측정부(16k), 제어부(162a) 및 감쇠기(163)에 의해 실현한다.

도 5에 나타나는 바와 같이, 파형 발생기(161)는, 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파를 출력한다. 도 6에 나타나는 바와 같이, 제어부(162a) 및 감쇠기(163)는, 대역폭을 가지는 마이크로파를 펄스 변조한다. 마이크로파 발생부(16a)는, 펄스 변조된 마이크로파를 출력한다. 측정부(16k)는, 마이크로파의 진행파 및 반사파의 파워를 계측하고, 제어부(162a)에 출력한다. 제어부(162a)는, 진행파의 파워 검출값과 반사파의 파워 검출값과의 차분이 설정값이 되도록 파워 피드백을 행한다. 이러한 피드백 루프에 의해, 제어기(100)에 의해 지정된 설정값을 실현한다.

여기서, 마이크로파의 파워가 펄스 변조되어 있는 경우에 있어서는, Low 레벨의 파워를 0으로 한 경우를 제외하고, High 레벨의 파워 및 Low 레벨의 파워를, 각각 개별로 피드백 제어할 필요가 있다. 즉, 측정부(16k)는, 제 1 High 측정값(pf(H)), 제 1 Low 측정값(pf(L)), 제 2 High 측정값(pr(H)) 및 제 2 Low 측정값(pr(L))을 계측하고, 계측 결과를 제어부(162a)에 출력한다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-M)에 기초하여, High 레벨의 파워의 피드백과 Low 레벨의 파워의 피드백을 전환한다.

제어부(162a)는, High 레벨의 파워의 피드백 시에는, 제 1 High 측정값(pf(H)), 제 2 High 측정값(pr(H)) 및 High 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어한다. 제어부(162a)는, Low 레벨의 파워의 피드백 시에는, 제 1 Low 측정값(pf(L)), 제 2 Low 측정값(pr(L)) 및 Low 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어한다.

보다 구체적으로는, 제어부(162a)는, High 레벨의 파워의 피드백 시에는, 제 1 High 측정값(pf(H))과 제 2 High 측정값(pr(H))과의 차분을 제어한다. 제어부(162a)는, 차분이 제어기(100)에 의해 지정된 설정 High 파워에 가까워지도록, 마이크로파 출력 장치(16)로부터 출력되는 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어한다. 또한, 제어부(162a)는, Low 레벨의 파워의 피드백 시에는, 제 1 Low 측정값(pf(L))과 제 2 Low 측정값(pr(L))과의 차분을 제어한다. 제어부(162a)는, 차분이 제어기(100)에 의해 지정된 설정 Low 파워에 가까워지도록, 마이크로파 출력 장치(16)로부터 출력되는 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어한다. 이에 의해, 출력부(16t)에 결합되는 부하에 공급되는 마이크로파의 로드 파워가, 설정 파워에 가까워진다. 또한, Low 레벨의 파워를 0으로 한 경우에는, High 레벨의 파워 피드백만을 행하면 된다.

[피드백의 제어 모드의 전환]

제어부(162a)는, 제어 모드에 따라 피드백의 연산을 변경해도 된다. 제어 모드는, 제어기(100)에 의해 지정될 수 있다. 예를 들면, 제어기(100)로부터 지시받은 제어 모드가 PL 모드인 경우에는, 제어부(162a)는, 상술한 바와 같이, 진행파와 반사파와의 파워 차분을 이용하여 마이크로파의 파워를 제어한다. 제어기(100)로부터 지시받은 제어 모드가 Pf 모드인 경우에는, 제어부(162a)는, 진행파의 파워만을 이용하여 마이크로파의 파워를 제어한다. 보다 구체적인 일례로서, 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 지시받은 제어 모드가 Pf 모드인 경우에는, 이하와 같이 동작한다. 제어부(162a)는, 제 1 High 측정값(pf(H))이 High 레벨의 설정 파워에 가까워지도록, 펄스 변조된 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어한다. 또한, 제어부(162a)는, 제 1 Low 측정값(pf(L))이 Low 레벨의 설정 파워에 가까워지도록, 펄스 변조된 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어한다.

[마이크로파 파워와 고주파 파워와의 동기 신호의 관계]

마이크로파 파워 및 고주파 파워는 모두 펄스 제어되어 있다. 도 7에 나타나는 구성에서는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)는, 제어부(162a)에 입력되어 있지 않다. 또한, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)는 고주파 전원(58)에 입력되어 있지 않다. 이 때문에, 마이크로파 파워 및 고주파 파워는 비동기가 된다.

일실시 형태에 있어서는, 마이크로파 파워 및 고주파 파워를 동기시켜도 된다. 이 경우, 고주파 파워의 펄스 변조가 마이크로파의 반사파에 주는 영향을 작게 할 수 있다. 도 8은 마이크로파의 파워 피드백에 관한 구성의 다른 예를 나타내는 도이다. 도 7에 나타난 비동기의 파워 피드백의 구성과 비교하면, 다른 예에 있어서는, 마이크로파 출력 장치가, 고주파 파워와 동기하도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파를 발생시키는 점이 상이하며, 그 외는 동일하다. 고주파 전원(58)의 펄스 생성기(58a)는, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 제어부(162a)에 출력한다. 제어부(162a)는, 펄스 생성기(162b)에 대하여 동기 신호(PSS-R)와 동기하기 위한 동기 트리거를 출력한다. 펄스 생성기(162b)는, 동기 트리거에 기초하여 동기 신호(PSS-R)와 동기하는 마이크로파 파워의 동기 신호(PSS-M)를 생성한다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-M)를 이용하여 감쇠기(163)를 제어한다. 이에 의해, 고주파 파워와 동기하도록 파워가 펄스 변조된 마이크로파가 출력된다.

[파워 피드백에 관한 상세 구성]

[상세 구성의 제 1 예]

도 9는 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제 1 예를 나타내는 도이다. 도 9에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 발생부(16a)의 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 설정 프로파일을 취득한다. 설정 프로파일은, High 레벨의 설정 파워(PfH), Low 레벨의 설정 파워(PfL), 설정 펄스 주파수, 듀티비 및 동기 번호를 적어도 포함한다. 동기 번호는, 동기의 종별을 선택하는 식별자이다. 예를 들면, 식별자 '1'에서는, 마이크로파의 파워가 High 레벨이 되는 타이밍을, 고주파 파워가 High 레벨이 되는 타이밍에 동기시킨다. 식별자 '2'에서는, 마이크로파의 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍을, 고주파 파워가 Low 레벨이 되는 타이밍에 동기시킨다. 동기 번호가 지정되지 않는 경우에는, 마이크로파의 동기 신호와 고주파의 동기 신호는 비동기가 된다. 혹은, 동기 번호 중 하나를 비동기로 할당해도 된다. 설정 프로파일은, 센터 주파수, 변조 파형, 설정 캐리어 피치 및 PL/Pf 모드의 설정을 포함해도 된다. 변조 파형은, 설정 대역폭이다. 제어부(162a)는, 제어기(100)로부터 취득된 펄스 주파수 및 듀티비를, 펄스 생성기(162b)에 출력한다.

제어부(162a)는, 펄스 입력기(167a)를 구비하고 있다. 제어부(162a)는, 펄스 입력기(167a)를 개재하여, 고주파 파워의 동기 신호(PSS-R)를 취득한다. 제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-R) 및 동기 번호에 기초하여, 동기 트리거를 생성한다. 또한 제어부(162a)는, 동기 번호가 지정되지 않는 경우에는, 동기 트리거는 생성하지 않아도 된다. 제어부(162a)는, 펄스 출력기(167d)를 구비하고 있다. 제어부(162a)는, 펄스 출력기(167d)를 개재하여, 동기 트리거를 펄스 생성기(162b)에 출력한다.

펄스 생성기(162b)는, 펄스 주파수 및 듀티비와, 동기 트리거에 기초하여, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 생성한다. 펄스 생성기(162b)는, 마이크로파의 동기 신호와 고주파의 동기 신호가 비동기인 경우에는, 펄스 주파수 및 듀티비에 기초하여, 마이크로파의 동기 신호(PSS-M)를 생성한다.

제어부(162a)는, 동기 신호(PSS-M)에 기초하여, 감쇠기(163)에 대한 인가 전압값을 결정한다. 제어부(162a)는, 인가 전압값을 D/A 변환기(167f)에 출력한다. D/A 변환기(167f)는, 출력(설정)된 전압값의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 제어부(162a)는, D/A 변환기(167f)를 개재하여, 감쇠기(163)에 전압을 인가한다. 이에 의해, 펄스 변조된 마이크로파가 마이크로파 발생부(16a)로부터 출력된다.

측정부(16k)는, 제 1 방향성 결합기(16f) 및 제 2 방향성 결합기(16h)로부터 출력된 마이크로파에 따른 진행파 파워 및 반사파 파워를, 진행파 파워의 측정값(pf), 반사파 파워의 측정값(pr)으로서 출력한다.

제어부(162a)는, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(167b, 167c)를 구비하고 있다. 제어부(162a)는, A/D 변환기(167b, 167c)를 개재하여, 진행파의 파워의 측정값(pf) 및 반사파의 파워의 측정값(pr)을 측정부(16k)로부터 취득한다.

제어부(162a)는, 기억부(162c)를 참조 가능하게 구성되어 있다. 제어부(162a)는, 기억부(162c)에 저장된 정의 데이터(DA1)를 참조하여, 측정값(pf, pr)으로부터 취득해야 할 데이터를 특정할 수 있다. 정의 데이터(DA1)는, 예를 들면 데이터점을 샘플링하는 기간을 한정하는 마스크(필터)를 포함한다. 정의 데이터(DA1)는, 예를 들면, 제어부(162a)가 내부 설정을 입력하여 기억부(162c)에 미리 저장된다.

제어부(162a)는, 정의 데이터(DA1)를 참조한다. 제어부(162a)는, 진행파의 파워의 측정값(pf)에 포함되는 High 레벨의 측정값(pfH) 및 Low 레벨의 측정값(pfL)을 검출한다. 또한, 제어부(162a)는, 반사파의 파워의 측정값(pr)에 포함되는 High 레벨의 측정값(prH) 및 Low 레벨의 측정값(prL)을 검출한다. 정의 데이터(DA1)는, 일례로서, High 레벨이 되는 타이밍부터 정해진 시간 경과할 때까지의 H 검출 마스크 시간(제 1 마스크 기간)은 High 레벨의 측정값(pfH, prH)을 샘플링할 수 없다고 하는 정의를 포함한다. 정의 데이터(DA1)는, 일례로서, Low 레벨이 되는 타이밍부터 정해진 시간 경과할 때까지의 L 검출 마스크 시간(제 2 마스크 기간)은 Low 레벨의 측정값(pfL, prL)을 샘플링할 수 없다고 하는 정의를 포함한다. 정의 데이터(DA1)는, 일례로서, H 검출 마스크 시간의 종료부터 Low 레벨이 되는 타이밍까지의 H 검출 구간(제 1 샘플 기간)에 있어서 High 레벨의 파워를 측정한다고 하는 정의를 포함한다. 또한, 정의 데이터(DA1)는, L 검출 마스크 시간의 종료부터 High 레벨이 되는 타이밍까지의 L 검출 구간(제 2 샘플 기간)에 있어서 Low 레벨의 파워를 측정한다고 하는 정의를 포함한다.

제어부(162a)는, 검출된 측정값(pfH, pfL, prH, prL)을, 기억부(162c)에 시계열로 기억한다. 이에 의해 시계열 버퍼(DA2)가 생성된다. 시계열 버퍼(DA2)는, 측정값의 평균 처리에 이용된다. 제어부(162a)는, 시계열 버퍼(DA2)를 참조하여, 각 측정값(pfH, pfL, prH, prL)의 이동 평균 시간을 산출한다. 제어부(162a)는, 각 이동 평균 시간을 이용하여, 평균화된 측정값(Pf(H), Pf(L), Pr(H), Pr(L))을 각각 산출한다.

제어부(162a)는, 평균화된 측정값(Pf(H), Pf(L), Pr(H), Pr(L))과, High 레벨의 설정 파워(PfH) 및 Low 레벨의 설정 파워(PfL)를 이용하여 감쇠기(163)의 인가 전압값을 결정한다. 제어부(162a)는, 평균화된 측정값, High 레벨의 설정 파워(PfH) 및 Low 레벨의 설정 파워(PfL)를 이용하여, 마이크로파 발생부(16a)의 출력이 설정 파워에 가까워지도록, 감쇠기(163)의 인가 전압값을 결정한다. 예를 들면, 제어부(162a)는, 마이크로파의 파워에 제 1 감쇠량을 부여하기 위한 제 1 신호(High 레벨의 파워용의 인가 전압값), 및, 마이크로파의 파워에 제 2 감쇠량을 부여하기 위한 제 2 신호(Low 레벨의 파워용의 인가 전압값)를 결정한다. 그리고, 제어부(162a)는, D/A 변환기(167f)를 개재하여, 감쇠기(163)에 전압을 인가한다. 이에 의해, 파워 피드백이 행해진다.

제어부(162a)는, 평균화된 측정값을 제어기(100)에 출력해도 된다. 평균화된 측정값은, 장치의 가동 정보 또는 로그 정보로서 제어기(100)의 기억부에 기억되거나, 장치 외부에 출력된다.

[상세 구성의 제 2 예]

도 10은 마이크로파 출력 장치의 파워 피드백에 관한 상세 구성의 제 2 예를 나타내는 도이다. 도 9에 나타나는 제 1 예에 따른 구성과 비교하여, 제 2 예에 따른 구성은, D/A 변환기(167f) 대신에 High 신호용의 D/A 변환기(167g), 및, Low 신호용의 D/A 변환기(167h)를 구비한다. 또한, 제 2 예에 따른 구성은, 펄스 출력기(167d)로부터 동기 신호(PSS-M)가 제어부(162a)에 출력되지 않는다. 제 1 예와 제 2 예는 이러한 점이 상이하며, 그 외는 동일하다. 이 때문에, 도 9와 중복되는 설명은 생략한다.

제어부(162a)에는, High 레벨의 파워용의 인가 전압값을 D/A 변환하는 D/A 변환기(167g)(제 1 변환기)와, Low 레벨의 파워용의 인가 전압값을 D/A 변환하는 D/A 변환기(167h)(제 2 변환기)가 접속되어 있다. D/A 변환기(167g)는, High 레벨의 파워용의 인가 전압값에 따른 아날로그 신호가 출력되도록 미리 설정되어 있다. D/A 변환기(167h)는, Low 레벨의 파워용의 인가 전압값에 따른 아날로그 신호가 출력되도록 미리 설정되어 있다. D/A 변환기(167g) 및 D/A 변환기(167h)와 감쇠기(163)와의 사이에는, D/A 변환기(167g) 및 감쇠기(163)의 접속과, D/A 변환기(167h) 및 감쇠기(163)의 접속을 전환하는 솔리드 스테이트·릴레이(K1)(스위치)가 마련되어 있다. 솔리드 스테이트·릴레이(K1)는, 펄스 출력기(167d)로부터 동기 신호(PSS-M)를 직접 참조하고, 접속을 전환한다. 이에 의해, 제 2 예의 구성은, 제 1 예의 구성과 비교하여, High 레벨의 파워용의 인가 전압값과 Low 레벨의 파워용의 인가 전압값을 고속으로 전환할 수 있다. 즉, 제 2 예의 구성은, 제 1 예의 구성과 비교하여, 보다 짧은 주기로 마이크로파의 파워를 펄스 변조할 수 있다.

[마이크로파의 파워의 평균화]

멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 파워의 파형은 주기성을 가진다. 일례로서, 대역폭 10 MHz, 캐리어 피치를 10 kHz로 펄스 변조가 아닐 때에는, 마이크로파의 파워는 1 주기 100 μs이다. 일반적으로 검파기의 출력은 진폭에 따른 출력이며, 이를 파워로 환산하는 경우, 피측정 마이크로파가 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 경우와 그렇지 않은 경우에서 오차를 발생시킨다. 대역폭을 가지는 경우라도 1 주기 100 μs로 평균하면 파워 측정값이 검파 출력으로부터 환산되는 파워와 일치한다. 또한, 1 주기 이상을 반복하여 평균화함으로써 검파 출력과 파워의 측정값이 일치하게 되어, 파워의 정밀도가 향상된다. 이 검파 출력을 기초로 파워 피드백하므로 설정 파워와 파워 측정값이 일치한다.

한편, 대역폭 10 MHz, 캐리어 피치 10 kHz, 1 주기 100 μs로 펄스 변조할 때에, 펄스 주파수와 듀티비로 설정된 파형의 ON 시간과 OFF 시간에 따른 자르기, 즉 추출이 주기적으로 행해졌을 때에는, 1 주기 100 μs 중 특정의 구간만을 검출한다. 대역폭을 가질 때는 1 주기의 특정의 구간만을 추출하는 것이 아니라, 전 구간을 가능한 한 균등하게 추출함으로써 파워 측정값과 검파 출력으로부터 환산되는 파워와 일치할 수 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.

먼저, 마이크로파 파워가 주기적으로 펄스 변조되어 있지 않은 경우를 설명한다. 도 11의 (A) ~ (D)는 1 주기 100 μs의 마이크로파 파워에 대한 1 μs마다의 파형(측정값)의 일례이며, 횡축이 주파수(MHz), 종축이 파워(dBm)이다. 설정 대역폭은 10 MHz, 설정 캐리어 피치는 10 kHz, 설정 파워는 1500 W이다. 1 주기 100 μs이므로, 1 μs의 측정은 100 회 실시된다. 이하에서는 측정 횟수의 카운터를 t라 하고 0에서 99까지 카운트한다. 도 11의 (A)는 t = 0의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1506 W였다. 도 11의 (B)는 t = 10의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1502 W였다. 도 11의 (C)는 t = 50의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1527 W였다. 도 11의 (D)는 t = 99의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1493 W였다. 여기서, 시간이 t = 99에서 t = 100이 되면 t = 0일 때의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과로 돌아온다.

도 12의 (A) ~ (D)는 1 주기 약 99 μs의 마이크로파 파워에 대한 1 μs마다의 파형(측정값)의 일례이며, 횡축이 주파수(MHz), 종축이 파워(dBm)이다. 설정 대역폭은 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치는 10.1 kHz, 설정 파워는 1500 W이다. 1 주기 약 99 μs이므로, 1 μs의 측정은 99 회 실시된다. 이하에서는 측정 횟수의 카운터를 t라 하고 0에서 98까지 카운트한다. 도 12의 (A)는 t = 0의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1547 W였다. 도 12의 (B)는 t = 1의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1454 W였다. 도 12의 (C)는 t = 50의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1453 W였다. 도 12의 (D)는 t = 99의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과이며, 마이크로파의 출력측에 마련된 검파기의 전압은 1 V, 진행파 파워의 측정값은 1517 W였다. 여기서, 시간이 t = 98에서 t = 99가 되면 t = 0일 때의 주파수에 대한 파워 분포의 측정 결과로 돌아온다.

도 11 및 도 12에 나타나는 바와 같이, 주파수에 대한 파워의 측정 결과와, 그 진행파 전력인 측정값은 시간에 대하여 주기적으로 반복하여 변동한다. 캐리어 피치가 10 kHz일 때 마이크로파의 주기는 100 μs, 캐리어 피치가 10.1 kHz일 때 마이크로파의 주기는 약 99 μs가 된다.

도 13의 (A) 및 (B)는, 측정값을 1 주기분을 평균화한 파형의 일례이며, 횡축이 주파수(MHz), 종축이 파워(dBm)이다. 도 13의 (A)는 도 11의 (A) ~ (D)와 같은 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치는 10 kHz에 대하여 t = 0에서 99가 되는 구간 100 μs를 주파수에 대하여 파워를 평균한 것이다. 진행파 파워의 측정값은 1500 W였다. 도 13의 (B)는 도 12의 (A) ~ (D)와 같은 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치는 10.1 kHz에 대하여 t = 0 ~ 98이 되는 구간 99 μs를 주파수에 대하여 파워를 평균화한 것이다. 진행파 파워의 측정값은 1500 W였다. 이와 같이, 설정 대역폭 및 설정 캐리어 피치에 관계없이, 대역폭과 캐리어 피치로부터 결정되는 1 주기를 평균화하면 설정 파워와 진행파 파워의 측정값은 동일하게 되어, 설정한 대역폭의 주파수에 대하여 파워는 플랫 형상이 된다.

도 14의 (A) ~ (C)는 설정 대역폭은 10 MHz, 설정 캐리어 피치는 10 kHz, 설정 파워는 1500 W의 일례이다. 도 14의 (A)는 횡축이 시간(μs), 종축이 검파 출력 전압(V)이다. 도 14의 (A)에 나타나는 바와 같이, 마이크로파의 출력을 검파하여 얻어진 전압은, 시간에 관계없이 1 V로 일정하다. 도 14의 (B)는 횡축이 시간(μs), 종축이 마이크로파 파워의 측정값(W)이다. 도 14의 (B)에 나타나는 바와 같이, 마이크로파 파워의 측정값은, 시간이 100 μs에 대하여 변화한다. 도 14의 (C)는 횡축이 검파 출력 전압(V), 종축이 마이크로파 파워(W)이다. 도 14의 (C)에 나타나는 제 2 직선(L2)은, 파워의 측정값을 t = 0에서 99까지 평균화한 값을 이용하여 얻어진 직선이다. 제 1 직선(L1)은 t = 0일 때의 측정 결과를 이용하여 얻어지는 직선이다. 제 3 직선(L3)은 t = 99일 때의 측정 결과를 이용하여 얻어지는 직선이다. 제 1 직선(L1), 제 3 직선(L3)의 비례 정수는, 파형의 형태에 따라 변화한다.

도 15의 (A) 및 (B)는 마이크로파 파워가 주기적으로 펄스 변조되어 있지 않은 경우의 파워 분포의 일례이다. 도 15의 (A)는 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치가 10 kHz인 마이크로파의 파워 분포이며, 횡축이 파워(W), 종축이 분포(%)이다. 도 15의 (B)는 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치가 10.1 kHz인 마이크로파의 파워 분포이며, 횡축이 파워(W), 종축이 분포(%)이다. 도 15의 (A) 및 (B)에 나타나는 바와 같이, 마이크로파의 파워가 주기적으로 펄스 변조되어 있지 않은 경우, 파워 분포는, 설정 대역폭 및 설정 캐리어 피치에 관계없이, 대략 동일한 분포 경향이 되었다.

이어서, 마이크로파의 파워가 주기적으로 펄스 변조되는 경우를 설명한다. 상술한 바와 같이, 파워가 펄스 변조되지 않는 경우에는 진행파의 측정값은 시간에 대하여 주기적으로 반복하여 변동한다. 1 μs에서 검출된 전압값(검파기로부터 피드백되는 측정 결과)을 마이크로파의 주기 이상(여기서는 100 μs 이상)의 시간에서 평균화 처리를 함으로써 전압값을 일정하게 한다. 그리고, 전압값을 파워로 환산하고, 파워 출력을 일정하게 한다. 여기서, 파워가 펄스 변조되어 있는 경우에는, 임의의 펄스의 ON 시간(즉 High 레벨의 ON 시간)의 파워 적산값을 측정하기 위하여, 마이크로파의 주기 이상의 측정 시간이 필요하게 된다. ON 시간은, 마이크로파의 주기를 설정 듀티비로 나눔으로써 얻어진다. 설정 듀티비는, 복수의 설정 듀티비 중 가장 작은 값(하한치)이어도 된다. 평균으로서 이동 평균을 이용하는 경우에는, 이동 평균 시간은 ON 시간의 적산값보다 클 필요가 있다. 즉, 이동 평균 시간은, 마이크로파의 주기를 설정 듀티비로 나눈 값의 적산값보다 클 필요가 있다.

도 16의 (A) 및 (B)는 마이크로파의 파워를 펄스 변조한 경우의 측정값의 일례이다. 마이크로파는 설정 펄스 주파수 10 kHz, 설정 듀티비 10%로 펄스 변조된다. 도 16의 (A)는 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치가 10 kHz일 때의 측정 결과이다. 도 16의 (B)는 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치가 10.1 kHz일 때의 측정 결과이다. 도 16의 (A) 및 (B)의 표에서는, 시간 10 ms의 동안에 카운터(t)마다, 검파 출력 전압, 파워 측정값 및 출현 횟수가 나타난다. 도 16의 (A)에 나타나는 바와 같이, 설정 캐리어 피치가 10 kHz인 경우, 출현 횟수에 편향이 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 16의 (B)에 나타나는 바와 같이, 설정 캐리어 피치가 10.1 kHz인 경우, 출현 횟수에 편향이 없는 것을 알 수 있다.

도 17의 (A) 및 (B)는 측정값을 시간 10 ms로 평균화한 파형의 일례이며, 횡축이 주파수, 종축이 파워이다. 도 17의 (A)는 도 16의 (A)에 나타난 데이터를 평균화한 파형이다. 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치는 10 kHz이다. 도 17의 (A)에 나타나는 바와 같이, 주파수에 대하여 파워는 플랫은 아니고 불균일이 있는 것을 알 수 있다. 도 17의 (B)는 도 16의 (B)에 나타난 데이터를 평균화한 파형이다. 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치는 10.1 kHz이다. 도 17의 (B)에 나타나는 바와 같이, 주파수에 대하여 파워는 플랫인 것을 알 수 있다. 이와 같이, 마이크로파의 파워가 주기적으로 펄스 변조되는 경우, 설정 대역폭 및 설정 캐리어 피치에 따라 평균화된 파워가 변화하는 조건이 있는 것을 알 수 있다.

도 18의 (A) 및 (B)는 마이크로파 파워가 주기적으로 펄스 변조되는 경우의 파워 분포의 일례이다. 도 18의 (A)는 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치가 10 kHz인 마이크로파의 파워 분포이며, 횡축이 파워(W), 종축이 분포(%)이다. 평균화된 파워는 1548 W였다. 도 18의 (B)는 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치가 10.1 kHz인 마이크로파의 파워 분포이며, 횡축이 파워(W), 종축이 분포(%)이다. 평균화된 파워는 1500 W였다. 도 18의 (A) 및 (B)에 나타나는 바와 같이, 마이크로파의 파워가 주기적으로 펄스 변조되는 경우, 파워 분포는, 설정 대역폭 및 설정 캐리어 피치에 따라 변화한다. 이 때문에, 평균화된 파워에 영향을 준다.

도 19의 (A) 및 (B)는 파워 어긋남과 듀티비와의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 파워 어긋남이란, 설정 파워값과 파워 측정값과의 오차이다. 도 19의 (A)는 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치가 10 kHz인 마이크로파에 있어서의 그래프이며, 횡축이 듀티비, 종축이 파워 어긋남이다. 듀티비가 50% 미만에서 파워 어긋남이 발생하기 시작하여, 10%에서 가장 크다. 도 19의 (B)는 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치가 10.1 kHz인 마이크로파에 있어서의 그래프이며, 횡축이 듀티비, 종축이 파워 어긋남이다. 듀티비에 관계 없이, 파워 어긋남은 발생하지 않는다.

도 20의 (A) 및 (B)는 파워 어긋남과 펄스 주파수와의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 이 그래프는 파워 어긋남이 가장 큰 듀티비 10%일 때의 것이다. 도 20의 (A)는 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치가 10 kHz인 마이크로파에 있어서의 그래프이며, 횡축이 펄스 주파수, 종축이 파워 어긋남이다. 펄스 주파수가 5, 10, 20 kHz일 때에 큰 파워 어긋남이 발생하고 있다. 도 20의 (B)는 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치가 10.1 kHz인 마이크로파에 있어서의 그래프이며, 횡축이 펄스 주파수, 종축이 파워 어긋남이다. 펄스 주파수에 관계 없이, 파워 어긋남은 발생하지 않는다.

상술한 듀티비, 펄스 주파수에 있어서의 파워 어긋남의 발생은, 멀티 캐리어에 의한 대역폭을 가지는 마이크로파의 갱신 주기가 변화하면 ON 시간에 있어서 추출되는 순시 파형이 변화하는 것에 기인한다고 상정된다. 도 21의 (A) ~ (C)는 파워 어긋남과 펄스 주파수와의 관계를 나타내는 그래프의 일례이다. 도 21의 (A)는 설정 대역폭이 10 MHz, 설정 캐리어 피치가 10 kHz인 마이크로파에 있어서의 그래프이며, 횡축이 펄스 주파수, 종축이 파워 어긋남이다. 펄스 주파수가 5, 10, 20 kHz일 때에 큰 파워 어긋남이 발생하고 있다. 파선 영역으로 나타내는 데이터는, 설정 듀티비에 있어서 마이크로파의 주기에 대하여 ON 시간이 50% 미만의 데이터이다. 도 21의 (B)는 설정 대역폭이 20.0 MHz, 설정 캐리어 피치가 20 kHz인 마이크로파에 있어서의 그래프이며, 횡축이 펄스 주파수, 종축이 파워 어긋남이다. 펄스 주파수가 4, 5, 10, 20 kHz일 때에 큰 파워 어긋남이 발생하고 있다. 파선 영역으로 나타내는 데이터는, 설정 듀티비에 있어서 마이크로파의 주기에 대하여 ON 시간이 50% 미만의 데이터이다. 도 21의 (C)는 설정 대역폭이 10.1 MHz, 설정 캐리어 피치가 10.1 kHz인 마이크로파에 있어서의 그래프이며, 횡축이 펄스 주파수, 종축이 파워 어긋남이다. 펄스 주파수에 관계 없이, 파워 어긋남은 발생하지 않는다.

이상의 결과로부터, 이하의 조건을 충족한 경우, 특정의 펄스 주파수에서 파워 어긋남이 발생하는 것을 알 수 있다. 조건은, 설정 펄스 주파수를 설정 캐리어 피치로 나눈 값, 또는, 설정 캐리어 피치를 설정 펄스 주파수로 나눈 값 중 어느 하나가 정수가 될 것을 포함한다. 조건은, 설정 듀티비에 있어서 마이크로파의 주기에 대한 High 레벨의 ON 시간이 50% 미만일 것을 포함한다.

이 때문에, 제어부(162a)는, 설정 캐리어 피치를 이하의 정해진 조건을 충족하도록 설정한다. 정해진 조건은, 설정 펄스 주파수를 설정 캐리어 피치로 나눈 값 또는 설정 캐리어 피치를 설정 펄스 주파수로 나눈 값이 정수가 되지 않는다고 하는 제 1 조건을 포함한다. 정해진 조건은, 설정 듀티비에 있어서 마이크로파의 설정 주기에 대한 High 레벨의 ON 시간이 50% 이상이 된다고 하는 제 2 조건을 포함한다. 제어부(162a)는, 제 1 조건 및 제 2 조건이 충족되도록 설정 캐리어 피치를 선택한다. 또한, 제어부(162a)는, 이동 평균 시간을 High 레벨의 ON 시간의 적산값보다 길게 설정한다. 이들 조건을 충족함으로써, 파워 어긋남의 발생이 회피된다. 또한, 파형 발생기(161)에 있는 메모리 내에 대역폭과 설정 캐리어를 복수 기억시켜도 된다.

이상, 각종 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고 각종 변형 태양을 구성 가능하다.

상술한 실시 형태에서는, 마이크로파 발생부(16a)와 파형 발생기(161)가 분리되어 있는 예를 설명했지만, 하나의 장치로서 구성되어 있어도 된다.

상술한 실시 형태에서는, 마이크로파 파워의 동기 신호를 고주파 파워의 동기 신호에 맞추어 생성하는 예를 설명했지만, 고주파 파워의 동기 신호를 마이크로파 파워의 동기 신호에 맞추어 생성하는 경우여도 된다.

플라즈마 처리 장치(1)가 Pf 모드만 이용하는 경우, 측정부(16k)는 반사파를 측정하는 구성을 구비하고 있지 않아도 된다.

이상의 설명으로부터, 본 개시의 각종 실시 형태는, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하지 않고 각종 변경을 할 수 있는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 각종 실시 형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않고, 진정한 범위와 주지는 첨부의 특허 청구의 범위에 의해 나타난다.

Claims (5)

1. 제어기로부터 지시받은 설정 주파수, 설정 대역폭, 및 설정 캐리어 피치에 각각 따른 중앙 주파수, 대역폭 및 캐리어 피치를 가지는 마이크로파로서, 제어기로부터 지시받은 설정 펄스 주파수, 설정 듀티비, High 레벨의 설정 파워 및 Low 레벨의 설정 파워에 각각 따른 펄스 주파수, 듀티비, High 레벨 및 Low 레벨이 되도록 파워가 펄스 변조된 상기 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부와,
   상기 마이크로파 발생부로부터 전반된 마이크로파를 출력하는 출력부와,
   상기 마이크로파 발생부로부터 상기 출력부로 전반되는 진행파의 일부를 출력하는 제 1 방향성 결합기와,
   상기 제 1 방향성 결합기로부터 출력되는 상기 진행파의 상기 일부에 기초하여 상기 출력부에 있어서의 상기 진행파의 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제 1 High 측정값 및 제 1 Low 측정값을 결정하는 측정부
   를 구비하고,
   상기 설정 캐리어 피치는, 그 역수가 대역폭을 가지는 마이크로파의 파워 변동 주기 중 가장 긴 주기가 되어, 정해진 조건을 충족하도록 설정되고,
   상기 정해진 조건은, 상기 설정 펄스 주파수를 상기 설정 캐리어 피치로 나눈 값 또는 상기 설정 캐리어 피치를 상기 설정 펄스 주파수로 나눈 값이 정수가 되지 않을 것, 및, 상기 설정 듀티비에 있어서 설정 주기에 대한 High 레벨의 ON 시간이 50% 이상이 될 것을 포함하고,
   상기 마이크로파 발생부는,
   상기 제 1 High 측정값 및 상기 제 1 Low 측정값을 정해진 이동 평균 시간 및 정해진 샘플링 간격으로 평균화하고, 상기 정해진 이동 평균 시간은 상기 High 레벨의 ON 시간의 적산값보다 길고,
   평균화된 상기 제 1 High 측정값 및 상기 High 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 상기 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어하고,
   평균화된 상기 제 1 Low 측정값 및 상기 Low 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 상기 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어하는,
   마이크로파 출력 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력부로 되돌려진 반사파의 일부를 출력하는 제 2 방향성 결합기를 더 구비하고,
   상기 측정부는, 상기 제 2 방향성 결합기로부터 출력되는 상기 반사파의 일부에 기초하여 상기 출력부에 있어서의 상기 반사파의 파워의 High 레벨 및 Low 레벨의 각각을 나타내는 제 2 High 측정값 및 제 2 Low 측정값을 또한 결정하고,
   상기 마이크로파 발생부는,
   상기 제 2 High 측정값 및 상기 제 2 Low 측정값을 정해진 이동 평균 시간 및 정해진 샘플링 간격으로 평균화하고, 상기 정해진 이동 평균 시간은 상기 High 레벨의 ON 시간의 적산값보다 길고,
   평균화된 상기 제 1 High 측정값, 평균화된 상기 제 2 High 측정값 및 상기 High 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 상기 마이크로파의 High 레벨의 파워를 제어하고,
   평균화된 상기 제 1 Low 측정값, 평균화된 상기 제 2 Low 측정값 및 상기 Low 레벨의 설정 파워에 기초하여, 펄스 변조된 상기 마이크로파의 Low 레벨의 파워를 제어하는,
   마이크로파 출력 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 정해진 이동 평균 시간은 상기 Low 레벨의 OFF 시간의 적산값보다 긴, 마이크로파 출력 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 Low 레벨은 0인, 마이크로파 출력 장치.
5. 챔버 본체와,
   제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 마이크로파 출력 장치이며, 상기 챔버 본체 내로 공급되는 가스를 여기시키기 위한 마이크로파를 출력하는 상기 마이크로파 출력 장치
   를 구비하는 플라즈마 처리 장치.

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