特許 6793019 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6793019

(24)【登録日】2020年11月11日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/00 20060101AFI20201119BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/00 A

   H05H1/46 B

   H05H1/46 R

【請求項の数】4

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2016-230186(P2016-230186)

(22)【出願日】2016年11月28日

(65)【公開番号】特開2018-88323(P2018-88323A)

(43)【公開日】2018年6月7日

【審査請求日】2019年6月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122507

【弁理士】

【氏名又は名称】柏岡 潤二

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】金子 和史

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 貴志

(72)【発明者】

【氏名】小山 紘司

(72)【発明者】

【氏名】松本 直樹

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１０４０９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０９９４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２４８９９５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波を、設定周波数範囲で周波数変調させながら出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部によって出力されたマイクロ波をチャンバ本体のアンテナへ導く導波管と、
前記導波管に設けられ、前記マイクロ波出力部側のインピーダンスと前記アンテナ側のインピーダンスとを整合するように可動板の位置を調整するチューナと、
前記導波管に設けられ、前記アンテナと前記チューナとの間における、前記導波管内を進行する進行波のパワーである進行波パワー、及び、前記アンテナ側からの反射波のパワーである反射波パワーを周波数ごとに取得する復調部と、
前記進行波パワー及び前記反射波パワーに基づいて算出された周波数ごとの反射係数が極小点となる周波数を吸収周波数として算出する算出部と、
前記吸収周波数と前記マイクロ波出力部の電源周波数との差分に応じて、プロセス処理に用いられる前記マイクロ波出力部の電源周波数を変更する周波数設定部と、
を備え、
前記周波数設定部は、前記吸収周波数と前記電源周波数との前記差分が第２閾値以下の場合には前記電源周波数を所定の周波数だけ増加又は減少させる、プラズマ処理装置。

【請求項2】

設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波を、設定周波数範囲で周波数変調させながら出力するマイクロ波出力部と、
前記マイクロ波出力部によって出力されたマイクロ波をチャンバ本体のアンテナへ導く導波管と、
前記導波管に設けられ、前記マイクロ波出力部側のインピーダンスと前記アンテナ側のインピーダンスとを整合するように可動板の位置を調整するチューナと、
前記導波管に設けられ、前記アンテナと前記チューナとの間における前記アンテナ側からの反射波のパワーである反射波パワーを周波数ごとに取得する復調部と、
前記反射波パワーが極小点となる周波数を吸収周波数として算出する算出部と、
前記吸収周波数と前記マイクロ波出力部の電源周波数との差分に応じて、プロセス処理に用いられる前記マイクロ波出力部の電源周波数を変更する周波数設定部と、
を備え、
前記周波数設定部は、前記吸収周波数と前記電源周波数との前記差分が第２閾値以下の場合には前記電源周波数を所定の周波数だけ増加又は減少させる、プラズマ処理装置。

【請求項3】

前記吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分に応じたメンテナンス情報を出力する報知部をさらに備える請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記報知部は、前記吸収周波数と前記基準吸収周波数との前記差分が第１閾値以上の場合にはメンテナンスが必要である旨のメンテナンス情報を出力する請求項３に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスといった電子デバイスの製造においてはプラズマ処理装置が利用されている。特許文献１記載のプラズマ処理装置は、マイクロ波を用いてガスを励起させる。この装置は、マイクロ波出力部、チューナ、及び、プラズマに高周波パワーを放出してガスを励起させるための第１のアンテナを備えている。さらに、この装置では、プラズマ状態をモニタリングするためにプラズマ空間内に第２のアンテナが配置される。第２のアンテナは、共振アンテナとして作用し、プラズマからの反射波パワーを検出するプローブとして用いられる。この装置は、反射波パワーが極小値となる周波数を、吸収周波数として算出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４６１９４６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１記載のプラズマ処理装置のようにプラズマ空間内にプローブが配置される場合には、当該プローブがプラズマに外乱を与えるおそれがある。このため、特許文献１記載のプラズマ処理装置では、プラズマが不安定になる場合がある。

【0005】

本技術分野においては、プラズマに外乱を与えることなく吸収周波数を算出することができるプラズマ処理装置が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波出力部、導波管、チューナ、復調部及び算出部を備える。マイクロ波出力部は、設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波を、設定周波数範囲で周波数変調させながら出力する。導波管は、マイクロ波出力部によって出力されたマイクロ波をチャンバ本体のアンテナへ導く。チューナは、導波管に設けられ、マイクロ波出力部側のインピーダンスとアンテナ側のインピーダンスとを整合するように可動板の位置を調整する。復調部は、導波管に設けられ、導波管内を進行する進行波のパワーである進行波パワー、及び、アンテナ側からの反射波のパワーである反射波パワーを、周波数ごとに取得する。算出部は、進行波パワー及び反射波パワーに基づいて算出された周波数ごとの反射係数が極小点となる周波数を吸収周波数として算出する。

【0007】

このプラズマ処理装置では、進行波パワー及び反射波パワーを周波数ごとに取得する復調部が導波管に設けられる。そして、算出部により、周波数ごとの反射係数が極小点となる周波数が吸収周波数として算出される。このように、この装置は、プラズマ空間内にプローブを配置する必要がないため、プラズマに外乱を与えることなく吸収周波数を算出することができる。

【0008】

本発明の他の形態に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波出力部、導波管、チューナ、復調部及び算出部を備える。マイクロ波出力部は、設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波を、設定周波数範囲で周波数変調させながら出力する。導波管は、マイクロ波出力部によって出力されたマイクロ波をチャンバ本体のアンテナへ導く。チューナは、導波管に設けられ、マイクロ波出力部側のインピーダンスとアンテナ側のインピーダンスとを整合するように可動板の位置を調整する。復調部は、導波管に設けられ、アンテナ側からの反射波のパワーである反射波パワーを周波数ごとに取得する。算出部は、反射波パワーが極小点となる周波数を吸収周波数として算出する。

【0009】

このプラズマ処理装置では、反射波パワーを周波数ごとに取得する復調部が導波管に設けられる。そして、算出部により、反射波パワーが極小点となる周波数が吸収周波数として算出される。このように、この装置は、プラズマ空間内にプローブを配置する必要がないため、プラズマに外乱を与えることなく吸収周波数を算出することができる。

【0010】

一実施形態においては、プラズマ処理装置は、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分に応じたメンテナンス情報を出力する報知部をさらに備えてもよい。マイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、使用に応じて天板などが消耗し、吸収周波数が変化する。このため、出荷時、メンテナンス後、クリーニング後などの基準時において予め取得された基準吸収周波数と、算出部により算出された吸収周波数との差分の大きさは、基準時から現在までのプラズマ処理装置の構成要素の消耗度合いを示すことになる。このプラズマ処理装置では、報知部により、当該差分に応じて、装置が基準時から消耗しているか否かなどの情報を含むメンテナンス情報が出力される。よって、このプラズマ処理装置は、使用者などにメンテナンス情報を報知することができる。

【0011】

一実施形態においては、報知部は、吸収周波数と基準吸収周波数との差分が第１閾値以上の場合にはメンテナンスが必要である旨のメンテナンス情報を出力してもよい。この場合、このプラズマ処理装置は、メンテナンスが必要であることを使用者などに報知することができる。

【0012】

一実施形態においては、プラズマ処理装置は、吸収周波数とマイクロ波出力部の電源周波数との差分に応じてマイクロ波出力部の電源周波数を変更する周波数設定部をさらに備えてもよい。プラズマの吸収周波数がマイクロ波出力部の電源周波数に近づいた場合、プラズマが不安定になるおそれがある。このプラズマ処理装置の周波数設定部は、差分に応じてマイクロ波出力部の電源周波数を変更するため、プラズマが不安定になることを回避することができる。

【0013】

一実施形態においては、周波数設定部は、吸収周波数と電源周波数との差分が第２閾値以下の場合には電源周波数を所定の周波数だけ増加又は減少させてもよい。この場合、このプラズマ処理装置は、プラズマの吸収周波数がマイクロ波出力部の電源周波数に近づくことを回避することができる。よって、このプラズマ処理装置は、プラズマが不安定になることを回避することができる。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、プラズマに外乱を与えることなく吸収周波数を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。

【図2】マイクロ波出力装置、チューナ及び復調部の一例を示す図である。

【図3】波形発生部におけるマイクロ波の生成原理を説明する図である。

【図4】波形発生部へ入力される波形データの一例である。

【図5】周波数変調されたマイクロ波を説明する図である。

【図6】第１例の復調制御部の構成図である。

【図7】第２例の復調制御部の構成図である。

【図8】各構成要素における進行波パワー及び反射波パワーの一例である。

【図9】復調部で取得された進行波パワーの一例である。

【図10】復調部で取得された反射波パワーの一例である。

【図11】復調部を設けることによる進行波パワー及び反射波パワーに与える影響を説明する図である。

【図12】進行波パワー及び反射波パワーのそれぞれのパワー比率及び補正係数を示すグラフである。

【図13】補正係数の取得処理のフローチャートである。

【図14】進行波パワーに対する補正前後の反射波パワーの一例である。

【図15】反射係数の算出処理のフローチャートである。

【図16】反射係数の算出処理のフローチャートである。

【図17】制御器の機能ブロック図である。

【図18】反射係数の極小点を説明する図である。

【図19】反射係数の極値算出処理のフローチャートである。

【図20】反射係数の極値算出処理のフローチャートである。

【図21】反射波パワーの極値算出処理のフローチャートである。

【図22】反射波パワーの極値算出処理のフローチャートである。

【図23】基準吸収周波数（初期吸収周波数）の記憶処理のフローチャートである。

【図24】情報出力処理のフローチャートである。

【図25】マイクロ波出力装置の電源の周波数変更処理のフローチャートである。

【図26】反射波パワーの測定結果である。

【図27】プラズマの発光強度の測定結果である。

【図28】反射波パワーの測定結果である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

【0017】

［プラズマ処理装置の概要］
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図１に示されるプラズマ処理装置１は、チャンバ本体１２、及び、マイクロ波出力装置１６（マイクロ波出力部の一例）を備えている。プラズマ処理装置１は、ステージ１４、アンテナ１８、及び、誘電体窓２０を更に備え得る。

【0018】

チャンバ本体１２は、その内部に処理空間Ｓを提供している。チャンバ本体１２は、側壁１２ａ及び底部１２ｂを有している。側壁１２ａは、略筒形状に形成されている。この側壁１２ａの中心軸線は、鉛直方向に延びる軸線Ｚに略一致している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。また、側壁１２ａの上端部は開口している。

【0019】

側壁１２ａの上端部の上には誘電体窓２０が設けられている。この誘電体窓２０は、処理空間Ｓに対向する下面２０ａを有する。誘電体窓２０は、側壁１２ａの上端部の開口を閉じている。この誘電体窓２０と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング１９が介在している。このＯリング１９により、チャンバ本体１２の密閉がより確実なものとなる。

【0020】

ステージ１４は、処理空間Ｓ内に収容されている。ステージ１４は、鉛直方向において誘電体窓２０と対面するように設けられている。また、ステージ１４は、誘電体窓２０と当該ステージ１４との間に処理空間Ｓを挟むように設けられている。このステージ１４は、その上に載置される被加工物ＷＰ（例えば、ウエハ）を支持するように構成されている。

【0021】

一実施形態において、ステージ１４は、基台１４ａ及び静電チャック１４ｃを含んでいる。基台１４ａは、略円盤形状を有しており、アルミニウムといった導電性の材料から形成されている。基台１４ａの中心軸線は、軸線Ｚに略一致している。この基台１４ａは、筒状支持部４８によって支持されている。筒状支持部４８は、絶縁性の材料から形成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。筒状支持部４８の外周には、導電性の筒状支持部５０が設けられている。筒状支持部５０は、筒状支持部４８の外周に沿ってチャンバ本体１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部５０と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５１が形成されている。

【0022】

排気路５１の上部には、バッフル板５２が設けられている。バッフル板５２は、環形状を有している。バッフル板５２には、当該バッフル板５２を板厚方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。このバッフル板５２の下方には上述した排気孔１２ｈが設けられている。排気孔１２ｈには、排気管５４を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、自動圧力制御弁（ＡＰＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅ）と、ターボ分子ポンプといった真空ポンプとを有している。この排気装置５６により、処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

【0023】

基台１４ａは、高周波電極を兼ねている。基台１４ａには、給電棒６２及びマッチングユニット６０を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被加工物ＷＰに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波（以下適宜「バイアス用高周波」という）を、設定されたパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、チャンバ本体１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中には自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。

【0024】

基台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、被加工物ＷＰを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ｃは、電極１４ｄ、絶縁膜１４ｅ、及び、絶縁膜１４ｆを含んでおり、概ね円盤形状を有している。静電チャック１４ｃの中心軸線は軸線Ｚに略一致している。この静電チャック１４ｃの電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、直流電源６４がスイッチ６６及び被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４より印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、被加工物ＷＰを吸着保持することができる。また、基台１４ａ上には、フォーカスリング１４ｂが設けられている。フォーカスリング１４ｂは、被加工物ＷＰ及び静電チャック１４ｃを囲むように配置される。

【0025】

基台１４ａの内部には、冷媒室１４ｇが設けられている。冷媒室１４ｇは、例えば、軸線Ｚを中心に延在するように形成されている。この冷媒室１４ｇには、チラーユニットからの冷媒が配管７０を介して供給される。冷媒室１４ｇに供給された冷媒は、配管７２を介してチラーユニットに戻される。この冷媒の温度がチラーユニットによって制御されることにより、静電チャック１４ｃの温度、ひいては被加工物ＷＰの温度が制御される。

【0026】

また、ステージ１４には、ガス供給ライン７４が形成されている。このガス供給ライン７４は、伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスを、静電チャック１４ｃの上面と被加工物ＷＰの裏面との間に供給するために設けられている。

【0027】

マイクロ波出力装置１６は、チャンバ本体１２内に供給される処理ガスを励起させるためのマイクロ波を出力する。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波の周波数、パワー、及び、帯域幅を可変に調整するよう構成されている。マイクロ波出力装置１６は、設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波を、設定周波数範囲で周波数変調させながら発生することができる。周波数変調とは、時間に応じて周波数を変更させることである。周波数変調されたマイクロ波については後述する。一例において、マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波のパワーを０Ｗ〜５０００Ｗの範囲内で調整することができ、マイクロ波の周波数を２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの範囲内で調整することでき、マイクロ波の帯域幅を０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で調整することができる。

【0028】

プラズマ処理装置１は、導波管２１、チューナ２６、モード変換器２７、及び、同軸導波管２８を更に備えている。マイクロ波出力装置１６の出力部は、導波管２１の一端に接続されている。導波管２１の他端は、モード変換器２７に接続されている。つまり、導波管２１は、マイクロ波出力装置１６によって出力されたマイクロ波を、後述するチャンバ本体１２のアンテナ１８へ導く管路として構成されている。導波管２１は、例えば、矩形導波管である。導波管２１には、チューナ２６が設けられている。チューナ２６は、一例として、可動板２６ａ及び可動板２６ｂを有している。可動板２６ａ及び可動板２６ｂの各々は、導波管２１の内部空間に対するその突出量を調整可能なように構成されている。チューナ２６は、基準位置に対する可動板２６ａ及び可動板２６ｂの各々の突出位置を調整することにより、マイクロ波出力装置１６のインピーダンス（マイクロ波出力部側のインピーダンス）と負荷とを整合させる。例えば、チューナ２６は、マイクロ波出力装置１６のインピーダンスとチャンバ本体１２のインピーダンス（アンテナ側のインピーダンス）とを整合するように可動板の位置を調整する。

【0029】

モード変換器２７は、導波管２１からのマイクロ波のモードを変換して、モード変換後のマイクロ波を同軸導波管２８に供給する。同軸導波管２８は、外側導体２８ａ及び内側導体２８ｂを含んでいる。外側導体２８ａは、略円筒形状を有しており、その中心軸線は軸線Ｚに略一致している。内側導体２８ｂは、略円筒形状を有しており、外側導体２８ａの内側で延在している。内側導体２８ｂの中心軸線は、軸線Ｚに略一致している。この同軸導波管２８は、モード変換器２７からのマイクロ波をアンテナ１８に伝送する。

【0030】

アンテナ１８は、誘電体窓２０の下面２０ａの反対側の面２０ｂ上に設けられている。アンテナ１８は、スロット板３０、誘電体板３２、及び、冷却ジャケット３４を含んでいる。

【0031】

スロット板３０は、誘電体窓２０の面２０ｂ上に設けられている。このスロット板３０は、導電性を有する金属から形成されており、略円盤形状を有している。スロット板３０の中心軸線は軸線Ｚに略一致している。スロット板３０には、複数のスロット孔３０ａが形成されている。複数のスロット孔３０ａは、一例においては、複数のスロット対を構成している。複数のスロット対の各々は、互いに交差する方向に延びる略長孔形状の二つのスロット孔３０ａを含んでいる。複数のスロット対は、軸線Ｚ周りの一以上の同心円に沿って配列されている。また、スロット板３０の中央部には、後述する導管３６が通過可能な貫通孔３０ｄが形成される。

【0032】

誘電体板３２は、スロット板３０上に設けられている。誘電体板３２は、石英といった誘電体材料から形成されており、略円盤形状を有している。この誘電体板３２の中心軸線は軸線Ｚに略一致している。冷却ジャケット３４は、誘電体板３２上に設けられている。誘電体板３２は、冷却ジャケット３４とスロット板３０との間に設けられている。

【0033】

冷却ジャケット３４の表面は、導電性を有する。冷却ジャケット３４の内部には、流路３４ａが形成されている。この流路３４ａには、冷媒が供給されるようになっている。冷却ジャケット３４の上部表面には、外側導体２８ａの下端が電気的に接続されている。また、内側導体２８ｂの下端は、冷却ジャケット３４及び誘電体板３２の中央部分に形成された孔を通って、スロット板３０に電気的に接続されている。

【0034】

同軸導波管２８からのマイクロ波は、誘電体板３２内を伝搬して、スロット板３０の複数のスロット孔３０ａから誘電体窓２０に供給される。誘電体窓２０に供給されたマイクロ波は、処理空間Ｓに導入される。

【0035】

同軸導波管２８の内側導体２８ｂの内孔には、導管３６が通っている。また、上述したように、スロット板３０の中央部には、導管３６が通過可能な貫通孔３０ｄが形成されている。導管３６は、内側導体２８ｂの内孔を通って延在しており、ガス供給系３８に接続されている。

【0036】

ガス供給系３８は、被加工物ＷＰを処理するための処理ガスを導管３６に供給する。ガス供給系３８は、ガス源３８ａ、弁３８ｂ、及び、流量制御器３８ｃを含み得る。ガス源３８ａは、処理ガスのガス源である。弁３８ｂは、ガス源３８ａからの処理ガスの供給及び供給停止を切り替える。流量制御器３８ｃは、例えば、マスフローコントローラであり、ガス源３８ａからの処理ガスの流量を調整する。

【0037】

プラズマ処理装置１は、インジェクタ４１を更に備え得る。インジェクタ４１は、導管３６からのガスを誘電体窓２０に形成された貫通孔２０ｈに供給する。誘電体窓２０の貫通孔２０ｈに供給されたガスは、処理空間Ｓに供給される。そして、誘電体窓２０から処理空間Ｓに導入されるマイクロ波によって、当該処理ガスが励起される。これにより、処理空間Ｓ内でプラズマが生成され、当該プラズマからのイオン及び／又はラジカルといった活性種により、被加工物ＷＰが処理される。

【0038】

プラズマ処理装置１は、制御器１００を更に備えている。制御器１００は、プラズマ処理装置１の各部を統括制御する。制御器１００は、ＣＰＵといったプロセッサ、ユーザインタフェース、及び、記憶部を備え得る。

【0039】

プロセッサは、記憶部に記憶されたプログラム及びプロセスレシピを実行することにより、マイクロ波出力装置１６、ステージ１４、ガス供給系３８、排気装置５６等の各部を統括制御する。

【0040】

ユーザインタフェースは、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボード又はタッチパネル、プラズマ処理装置１の稼働状況等を可視化して表示するディスプレイ等を含んでいる。

【0041】

記憶部には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセッサの制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）、及び、処理条件データ等を含むプロセスレシピ等が保存されている。プロセッサは、ユーザインタフェースからの指示等、必要に応じて、各種の制御プログラムを記憶部から呼び出して実行する。このようなプロセッサの制御下で、プラズマ処理装置１において所望の処理が実行される。

【0042】

［マイクロ波出力装置１６、チューナ２６及び復調部２９の構成例］
以下、マイクロ波出力装置１６、チューナ２６及び復調部２９の詳細を説明する。図２は、マイクロ波出力装置１６、チューナ２６及び復調部２９の一例を示す図である。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波発生部１６ａ、導波管１６ｂ、サーキュレータ１６ｃ、導波管１６ｄ、導波管１６ｅ、第１の方向性結合器１６ｆ、第１の測定部１６ｇ、第２の方向性結合器１６ｈ、第２の測定部１６ｉ、及び、ダミーロード１６ｊを有している。

【0043】

マイクロ波発生部１６ａは、波形発生部１６１、パワー制御部１６２、減衰器１６３、増幅器１６４、増幅器１６５、及び、モード変換器１６６を有している。

【0044】

波形発生部１６１は、マイクロ波を発生する。波形発生部１６１は、例えば、所定の周波数の範囲内において所定の速度（走査速度）で周波数を変更しながら、所定帯域幅を有するマイクロ波を発生する。一例として、波形発生部１６１は、制御器１００によって指定される設定周波数範囲（例えば開始周波数及び終了周波数）、設定変調方式、設定帯域幅、及び、設定走査速度に応じて、マイクロ波を発生する。変調方式とは、周波数の変調方式であり、例えば周波数の時間依存性の波形を示す。波形の詳細は後述する。

【0045】

図３は、波形発生部におけるマイクロ波の生成原理を説明する図である。波形発生部１６１は、例えば、高周波発振器であるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）発振器と、ＰＬＬ発振器に接続されたＩＱデジタル変調器とを有する。波形発生部１６１は、ＰＬＬ発振器において発振されるマイクロ波の周波数を制御器１００から指定された設定周波数範囲内の周波数に設定する。そして、波形発生部１６１は、ＰＬＬ発振器からのマイクロ波と、当該ＰＬＬ発振器からのマイクロ波とは９０°の位相差を有するマイクロ波とを、ＩＱデジタル変調器を用いて変調する。これにより、波形発生部１６１は、設定周波数範囲内の周波数のマイクロ波を生成する。波形発生部１６１は、ＰＬＬ発振器において発振されるマイクロ波の周波数を制御器１００から指定された設定走査速度で変更する。

【0046】

図３に示されるように、波形発生部１６１は、例えば、開始周波数から終了周波数までのＮ個の波形データを走査速度に応じて順次入力し、量子化及び逆フーリエ変換することにより、周波数変調されたマイクロ波を生成することが可能である。

【0047】

一例では、波形発生部１６１は、予めデジタル化された符号の列で表された波形データを有している。波形発生部１６１は、波形データを量子化し、量子化したデータに対して逆フーリエ変換を適用することにより、Ｉデータ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅデータ）とＱデータ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅデータ）とを生成する。そして、波形発生部１６１は、Ｉデータ及びＱデータの各々に、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換を適用して、二つのアナログ信号を得る。波形発生部１６１は、これらアナログ信号を、低周波成分のみを通過させるＬＰＦ(ローパスフィルタ）へ入力する。波形発生部１６１は、ＬＰＦから出力された二つのアナログ信号を、ＰＬＬ発振器からのマイクロ波、ＰＬＬ発振器からのマイクロ波とは９０°の位相差を有するマイクロ波とそれぞれミキシングする。そして、波形発生部１６１は、ミキシングによって生成されたマイクロ波を合成する。これにより、波形発生部１６１は、周波数変調されたマイクロ波を生成する。

【0048】

波形発生部１６１は、上述したＩＱ変調を用いた波形発生部に限定されるものではなく、ＤＤＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）及びＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いた波形発生部であってもよい。

【0049】

波形発生部１６１は、繰り返し周期の波形を有する波形データを入力する。図４は、波形発生部１６１へ入力される波形データの一例である。図４に示されるデータは、横軸が時間、縦軸が周波数の波形データであり、（Ａ）三角波、（Ｂ）正弦波、（Ｃ）のこぎり波などの形状を有する。波形データは、時間ｔ１から時間ｔ２までを１周期とする繰り返し周期を有する。波形データの形状は、制御器１００によって変調方式として指定される。例えば、制御器１００によって三角波の変調方式を指定された場合、波形発生部１６１は、（Ａ）に示される三角波の波形データを用いてマイクロ波を発生する。

【0050】

図５は、周波数変調されたマイクロ波を説明する図である。図５に示されるように、周波数変調されたマイクロ波においては、所定パワーの単波形が、時間（スキャン速度）に応じて周波数変更されている。

【0051】

図２に戻り、波形発生部１６１の出力は、減衰器１６３に接続されている。減衰器１６３には、パワー制御部１６２が接続されている。パワー制御部１６２は、例えば、プロセッサであり得る。パワー制御部１６２は、制御器１００から指定された設定パワーに応じたパワーを有するマイクロ波がマイクロ波出力装置１６から出力されるよう、減衰器１６３におけるマイクロ波の減衰率を制御する。減衰器１６３の出力は、増幅器１６４及び増幅器１６５を介してモード変換器１６６に接続されている。増幅器１６４及び増幅器１６５は、マイクロ波をそれぞれに所定の増幅率で増幅するようになっている。モード変換器１６６は、増幅器１６５から出力されるマイクロ波のモードを変換するようになっている。このモード変換器１６６におけるモード変換によって生成されたマイクロ波は、マイクロ波発生部１６ａの出力マイクロ波として出力される。

【0052】

マイクロ波発生部１６ａの出力は導波管１６ｂの一端に接続されている。導波管１６ｂの他端は、サーキュレータ１６ｃの第１ポート２６１に接続されている。サーキュレータ１６ｃは、第１ポート２６１、第２ポート２６２、及び、第３ポート２６３を有している。サーキュレータ１６ｃは、第１ポート２６１に入力されたマイクロ波を第２ポート２６２から出力し、第２ポート２６２に入力したマイクロ波を第３ポート２６３から出力するように構成されている。サーキュレータ１６ｃの第２ポート２６２には導波管１６ｄの一端が接続されている。導波管１６ｄの他端は、マイクロ波出力装置１６の出力部１６ｔである。

【0053】

サーキュレータ１６ｃの第３ポート２６３には、導波管１６ｅの一端が接続されている。導波管１６ｅの他端はダミーロード１６ｊに接続されている。ダミーロード１６ｊは、導波管１６ｅを伝搬するマイクロ波を受けて、当該マイクロ波を吸収するようになっている。ダミーロード１６ｊは、例えば、マイクロ波を熱に変換する。

【0054】

第１の方向性結合器１６ｆは、マイクロ波発生部１６ａから出力されて、出力部１６ｔに伝搬するマイクロ波（即ち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を出力するように構成されている。第１の測定部１６ｇは、第１の方向性結合器１６ｆから出力された進行波の一部に基づき、出力部１６ｔにおける進行波のパワーを示す第１の測定値を決定する。

【0055】

第２の方向性結合器１６ｈは、出力部１６ｔに戻されたマイクロ波（即ち、反射波）の一部を分岐させて、当該反射波の一部を出力するように構成されている。第２の測定部１６ｉは、第２の方向性結合器１６ｈから出力された反射波の一部に基づき、出力部１６ｔにおける反射波のパワーを示す第２の測定値を決定する。

【0056】

第１の測定部１６ｇ及び第２の測定部１６ｉはパワー制御部１６２に接続されている。第１の測定部１６ｇは、第１の測定値をパワー制御部１６２に出力し、第２の測定部１６ｉは、第２の測定値をパワー制御部１６２に出力する。パワー制御部１６２は、第１の測定値と第２の測定値の差、即ちロードパワーが、制御器１００によって指定される設定パワーに一致するよう、減衰器１６３を制御し、必要に応じて波形発生部１６１を制御する。

【0057】

第１の方向性結合器１６ｆは、導波管１６ｂの一端と他端との間に設けられている。第２の方向性結合器１６ｈは、導波管１６ｅの一端と他端との間に設けられている。なお、第１の方向性結合器１６ｆが導波管１６ｄの一端と他端との間に設けられていてもよいし、第１の方向性結合器１６ｆ及び第２の方向性結合器１６ｈの双方が導波管１６ｄの一端と他端との間に設けられていてもよい。

【0058】

チューナ２６は、導波管２１に設けられる。チューナ２６は、制御器１００の信号に基づいて、マイクロ波出力装置１６側のインピーダンスとアンテナ１８側のインピーダンスとを整合するように可動板の突出位置を調整する。チューナ２６は、図示しないドライバ回路及びアクチュエータにより、可動板を動作させる。なお、可動板の突出位置の調整はスタブ構造で実現してもよい。

【0059】

復調部２９は、例えば導波管２１におけるチューナ２６とアンテナ１８との間に設けられる。復調部２９は、導波管２１内を進行する進行波のパワーである進行波パワー、及び、アンテナ１８側からの反射波のパワーである反射波パワーを周波数ごとに取得する。なお、復調部２９は、導波管２１におけるサーキュレータ１６ｃ（第２ポート２６２）とチューナ２６との間に設けられてもよい。

【0060】

復調部２９は、方向性結合器２９ａ及び復調制御部２９ｂを有する。方向性結合器２９ａは、４つのポートを有する双方向性結合器である。方向性結合器２９ａは、マイクロ波発生部１６ａから出力されて、導波管２１内に伝搬するマイクロ波（即ち、進行波）の一部を分岐させて、当該進行波の一部を出力するように構成されている。同様に、方向性結合器２９ａは、モード変換器２７から戻ってくるマイクロ波（即ち、反射波）の一部を分岐させて、当該反射波の一部を出力するように構成されている。

【0061】

復調制御部２９ｂは、プロセッサ及びメモリを有する演算器である。復調制御部２９ｂは、方向性結合器２９ａから出力された進行波の一部に基づき、方向性結合器２９ａにおける進行波パワーＰｆを測定する。同様に、復調制御部２９ｂは、方向性結合器２９ａから出力された反射波の一部に基づき、方向性結合器２９ａにおける反射波パワーＰｒを測定する。

【0062】

以下では、復調制御部２９ｂについて、２つの構成例を開示する。

【0063】

［第１例の復調制御部２９ｂ］
図６は、第１例の復調制御部２９ｂの構成図である。第１例の復調制御部２９ｂは、ＩＱ復調を行う。図４に示されるように、第１例の復調制御部２９ｂは、減衰器３０１、ＲＦスイッチ３０２、バンドパスフィルタ３０３、ミキサ３０４、ＰＬＬ発振器３０５、周波数シフタ３０６、ミキサ３０７、ローパスフィルタ３０８，３０９、Ａ／Ｄ変換器３１０，３１１、ミキサ３１２（ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）用）及びミキサ３１３（パラレル−シリアル変換用）を有している。

【0064】

減衰器３０１、ＲＦスイッチ３０２、バンドパスフィルタ３０３、ミキサ３０４、ＰＬＬ発振器３０５、周波数シフタ３０６、ミキサ３０７、ローパスフィルタ３０８，３０９、Ａ／Ｄ変換器３１０，３１１、ミキサ３１２，３１３は、第１のスペクトル解析部を構成している。第１のスペクトル解析部は、上述した進行波パワー又は反射波パワーにそれぞれ相当するデジタル値Ｐｆ（ｆ），Ｐｒ（ｆ）を算出する。

【0065】

減衰器３０１の入力には、方向性結合器２９ａから出力された進行波の一部又は反射波の一部が入力される。減衰器３０１によって減衰されたアナログ信号は、ＲＦスイッチ３０２及びバンドパスフィルタ３０３によって所定の信号にフィルタリングされる。フィルタリングされた信号は、ＰＬＬ発振器３０５からのマイクロ波と、周波数シフタ３０６により９０°の位相差を与えられたマイクロ波とを用いてミキサ３０４，３０７によりミキシングされて、Ｉ信号及びＱ信号に変調される。Ｉ信号及びＱ信号は、それぞれローパスフィルタ３０８，３０９でフィルタイリングされ、Ａ／Ｄ変換器３１０，３１１によってデジタル信号にそれぞれ変更される。デジタル変換されたＩ信号及びＱ信号は、ミキサ３１２において離散高速フーリエ変換が行われ、ミキサ３１３においてパラレル−シリアル変換されたデジタル値Ｐｆ（ｆ），Ｐｒ（ｆ）が出力される。デジタル値Ｐｆ（ｆ），Ｐｒ（ｆ）は、周波数ｆと対応付けられた進行波パワーＰｆ又は反射波パワーＰｒを表している。周波数と対応付けられた進行波パワー又は反射波パワーは、制御器１００へ出力される。

【0066】

［第２例の復調制御部２９ｂ］
図７は、第２例の復調制御部２９ｂの構成図である。第２例の復調制御部２９ｂは、スーパーへテロダイン方式にて復調を行う。図５に示されるように、第２例の復調制御部２９ｂは、減衰器３２１、ローパスフィルタ３２２、ミキサ３２３、局部発振器３２４、周波数掃引コントローラ３２５、ＩＦアンプ３２６（中間周波数増幅器）、ＩＦフィルタ３２７（中間周波数フィルタ）、ログアンプ３２８、ダイオード３２９、キャパシタ３３０、バッファアンプ３３１、Ａ／Ｄ変換器３３２、及び、第２の処理部３３３を有している。

【0067】

減衰器３２１、ローパスフィルタ３２２、ミキサ３２３、局部発振器３２４、周波数掃引コントローラ３２５、ＩＦアンプ３２６、ＩＦフィルタ３２７、ログアンプ３２８、ダイオード３２９、キャパシタ３３０、バッファアンプ３３１、及び、Ａ／Ｄ変換器３３２は、第２のスペクトル解析部を構成している。第２のスペクトル解析部は、上述した進行波パワー又は反射波パワーにそれぞれ相当するデジタル値Ｐｆ（ｆ），Ｐｒ（ｆ）を算出する。

【0068】

減衰器３２１の入力には、方向性結合器２９ａから出力された進行波の一部又は反射波の一部が入力される。減衰器３２１によって減衰されたアナログ信号は、ローパスフィルタ３２２においてフィルタリングされる。ローパスフィルタ３２２においてフィルタリングされた信号は、ミキサ３２３に入力される。一方、局部発振器３２４は、減衰器３２１に入力される進行波の一部又は反射波の一部の帯域内における周波数成分を所定の周波数の信号に変換するために、周波数掃引コントローラ３２５による制御の下、発信する信号の周波数を変更する。ミキサ３２３は、ローパスフィルタ３２２からの信号と局部発振器３２４からの信号をミキシングすることにより、所定の周波数の信号を生成する。

【0069】

ミキサ３２３からの信号は、ＩＦアンプ３２６によって増幅され、ＩＦアンプ３２６によって増幅された信号は、ＩＦフィルタ３２７においてフィルタリングされる。ＩＦフィルタ３２７においてフィルタリングされた信号は、ログアンプ３２８において増幅される。ログアンプ３２８において増幅された信号は、ダイオード３２９による整流、キャパシタ３３０による平滑化、及び、バッファアンプ３３１による増幅によって、アナログ信号（電圧信号）へと変更される。そして、バッファアンプ３３１からのアナログ信号がＡ／Ｄ変換器３３２によってデジタル値Ｐｆ（ｆ）又はデジタル値Ｐｒ（ｆ）に変更される。これらのデジタル値は、進行波パワー又は反射波パワーを表している。第２のスペクトル解析部で算出されたデジタル値は第２の処理部３３３に入力される。

【0070】

第２の処理部３３３は、ＣＰＵといったプロセッサから構成されている。第２の処理部３３３には、記憶装置３３４が接続されている。一例において、記憶装置３３４には、周波数に関連付けて予め設定された第２の補正係数が記憶されている。複数の第２の補正係数は、デジタル値Ｐｆ（ｆ）又はデジタル値Ｐｒ（ｆ）を、進行波パワー又は反射波パワーに補正するための係数である。第２の処理部３３３は、周波数と対応付けられた進行波パワー又は反射波パワーを、制御器１００へ出力する。

【0071】

なお、後述するように、吸収周波数を反射波パワーの最小値から算出する場合には、復調部２９は、反射波パワーのみを取得する構成としてもよい。この場合、方向性結合器２９ａは、第２の方向性結合器１６ｈのように反射波のみを分岐させる単方向性結合器であり、復調制御部２９ｂは、反射波パワーＰｒのみを測定する。

【0072】

［進行波パワー及び反射波パワー］
以下では、波形発生部１６１から出力された進行波のパワー、マイクロ波発生部１６ａから出力された進行波のパワー、及び、復調部２９において測定された進行波パワー及び反射波パワーの関係性について説明する。

【0073】

図８は、各構成要素における進行波パワー及び反射波パワーの一例である。図８において、各グラフの横軸は周波数、縦軸はパワーである。（Ａ）のグラフは、波形発生部１６１により出力された進行波（増幅前）のパワースペクトルの周波数依存性を示す。（Ａ）のグラフに示されるように、波形発生部１６１から出力された進行波の進行波パワーＰｆａは一定値であり、開始周波数ｆ０から終了周波数ｆ１までの周波数範囲において図中矢印で示すように周波数変調される。なお、（Ａ）のグラフは、スイープ平均で得られたグラフである。スイープ平均とは、正弦波の信号を用いて周波数を順次変更してスペクトルを得る手法である。

【0074】

（Ｂ）のグラフは、マイクロ波発生部１６ａにより出力された進行波（増幅後）のパワースペクトルの周波数依存性を示す。（Ｂ）のグラフに示されるように、マイクロ波発生部１６ａから出力された進行波の進行波パワーＰｆｂは、増幅器１６４及び増幅器１６５などにより、波形発生部１６１から出力された進行波の進行波パワーＰｆａよりも増幅される。なお、（Ｂ）のグラフは、スイープ平均で得られたグラフである。（Ｃ）のグラフは、（Ｂ）のグラフと同様に、マイクロ波発生部１６ａにより出力された進行波（増幅後）のパワースペクトルの周波数依存性を示し、マックスホールド機能を用いて得られたグラフである。マックスホールド機能とは、最大値を保存してプロットする機能である。（Ｃ）に示されるように、マイクロ波発生部１６ａから出力された進行波の進行波パワーＰｆｃの波形を得ることができる。

【0075】

（Ｄ）のグラフは、復調部２９により得られた進行波のパワースペクトルの周波数依存性を示し、スイープ平均で得られた進行波パワーＰｆｄのグラフであり、（Ｅ）のグラフは、復調部２９により得られた進行波のパワースペクトルの周波数依存性を示し、マックスホールド機能を用いて得られた進行波パワーＰｆｅのグラフである。

【0076】

（Ｆ）のグラフは、復調部２９により得られた反射波のパワースペクトルの周波数依存性を示し、スイープ平均で得られた反射波パワーＰｒａのグラフであり、（Ｇ）のグラフは、復調部２９により得られた反射波のパワースペクトルの周波数依存性を示し、マックスホールド機能を用いて得られた反射波パワーＰｒｂのグラフである。

【0077】

（Ｃ）のグラフで示された波形と（Ｅ）のグラフで示された波形とを比較すると、マイクロ波発生部１６ａにより出力された進行波は、復調部２９にロスなく到達していることがわかる。また、（Ｅ）のグラフで示された波形と（Ｇ）のグラフで示された波形とを比較すると、マイクロ波の反射の程度を理解することができる。

【0078】

［復調部２９における取得波形］
復調部２９で取得される波形の詳細を説明する。図９は、復調部２９で取得された進行波パワーの一例である。図９において、各グラフの横軸は周波数、縦軸はパワーである。図９の（Ａ）の複数のグラフに示されるように、周波数２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの周波数範囲において、周波数ごとに進行波パワーＰｆ（ｎ）（ｎは自然数）が取得される。（Ａ）に示されるように、Ｐｆ（１）〜Ｐｆ（ｎ）までのｎ個のパワースペクトルが周波数を変更して順次取得される。（Ｂ）のグラフは、Ｐｆ（１）〜Ｐｆ（ｎ）までのｎ個のパワースペクトルをマージしたものである。（Ｃ）のグラフは、Ｐｆ（１）〜Ｐｆ（ｎ）までのｎ個のパワースペクトルを、マックスホールド機能を用いてプロットしたものである。このように、復調部２９は、周波数と進行波パワーＰｆとを関連付けて検出する。

【0079】

図１０は、復調部２９で取得された反射波パワーの一例である。図１０において、各グラフの横軸は周波数、縦軸はパワーである。図１０の（Ａ）の複数のグラフに示されるように、周波数２４００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚの周波数範囲において、周波数ごとに反射波パワーＰｒ（ｎ）（ｎは自然数）が取得される。Ｐｒ（１）〜Ｐｒ（ｎ）までのｎ個のパワースペクトルが周波数を変更して順次取得される。（Ｂ）のグラフは、Ｐｒ（１）〜Ｐｒ（ｎ）までのｎ個のパワースペクトルをマージしたものである。（Ｃ）のグラフは、Ｐｒ（１）〜Ｐｒ（ｎ）までのｎ個のパワースペクトルを、マックスホールド機能を用いてプロットしたものである。このように、復調部２９は、周波数と反射波パワーＰｒとを関連付けて検出する。

【0080】

［進行波パワー及び反射波パワーの校正］
図９，図１０で得られた波形は、復調部２９を設けることによる影響を受けている。具体的には、パワーの波形は、復調部２９の方向性結合器２９ａを配置したことによる影響と、復調制御部２９ｂの復調回路の周波数特性の影響を受ける。図１１は、復調部２９を設けることによる進行波パワー及び反射波パワーに与える影響を説明する図である。図１１において、各グラフの横軸は周波数、縦軸はパワーである。また、進行波の設定パワーは一定値（ここでは１５００Ｗ）としている。（Ａ）のグラフは、波形発生部１６１により出力された進行波（増幅前）のパワースペクトルの周波数依存性を示す。（Ｂ），（Ｃ）のグラフは、復調部２９により得られた進行波のパワースペクトルの周波数依存性を示し、（Ｂ）のグラフではパワーをデシベル単位で示しており、（Ｃ）のグラフではパワーをワット単位で示している。（Ｄ），（Ｅ）のグラフは、復調部２９により得られた反射波のパワースペクトルの周波数依存性を示し、（Ｄ）のグラフではパワーをデシベル単位で示しており、（Ｅ）のグラフではパワーをワット単位で示している。

【0081】

進行波パワーは、設定パワーが一定の場合、周波数に依存することなく平坦であることが求められ、一般的にワット換算で±１Ｗ程度の精度が求められる。（Ａ）のグラフに示されるように、波形発生部１６１により出力された進行波の進行波パワーＰｆは、ほぼ２．０ｄＢｍであり、ほぼ一定である。（Ｂ）のグラフに示されるように、復調部２９で測定された進行波パワーＰｆは、多少の変動が存在している。（Ｃ）のグラフに示されるように、進行波パワーＰｆをワット換算した場合には、設定パワー１５００Ｗに対して１３００Ｗ〜１７００Ｗの範囲で変動していることがわかる。同様に、（Ｄ）のグラフに示されるように、復調部２９で測定された反射波パワーＰｒは、多少の変動が存在している。（Ｅ）のグラフに示されるように、反射波パワーＰｒをワット換算した場合には、設定パワー１５００Ｗに対して１３００Ｗ〜１７００Ｗの範囲で変動していることがわかる。

【0082】

図１２は、進行波パワー及び反射波パワーのそれぞれのパワー比率及び補正係数を示すグラフである。（Ａ）のグラフは、横軸が周波数、縦軸がパワー比率である。パワー比率は、図１１における（Ｃ）のグラフを、パワーが１５００Ｗのときに１００％となるように規格化したものである。（Ａ）のグラフでは、進行波パワーのパワー比率Ｐｆｒ（ｆ）を破線で示し、反射波パワーのパワー比率Ｐｒｒ（ｆ）を実線で示している。（Ｂ）のグラフは、横軸が周波数、縦軸が補正係数である。補正係数は、（Ａ）で示すパワー比率に積算することにより１００％となる係数である。（Ｂ）のグラフでは、進行波パワーのパワー比率Ｐｆｒ（ｆ）の補正係数ｋｆ（ｆ）を破線で示し、反射波パワーのパワー比率Ｐｒｒ（ｆ）の補正係数ｋｒ（ｆ）を実線で示している。補正係数ｋｆ（ｆ）は、パワー比率Ｐｆｒ（ｆ）の逆数である。同様に、補正係数ｋｒ（ｆ）は、パワー比率Ｐｒｒ（ｆ）の逆数である。このように、補正係数ｋｆ（ｆ），ｋｒ（ｆ）を用いることにより、進行波パワー及び反射波パワーの校正を行うことができる。

【0083】

図１３は、補正係数の取得処理のフローチャートである。図１３に示されるフローチャートは、制御器１００により実行され、例えば装置管理者の開始操作に応じて処理が開始される。また、フローチャートは、進行波及び反射波のそれぞれに対して実行される。以下では、進行波の進行波パワーの補正係数を算出する例を説明する。

【0084】

図１３に示されるように、制御器１００は、設定情報取得処理（Ｓ１０）として、進行波パワーＰｆの波形及び周波数を取得する。制御器１００は、例えば、装置管理者からユーザインタフェースを介して波形及び周波数を取得する。

【0085】

次に、制御器１００は、設定処理（Ｓ１２）として、変調方式、周波数範囲及びパワーを設定する。制御器１００は、設定情報取得処理（Ｓ１０）で取得された波形及び周波数から変調方式及び周波数範囲を決定し、決定された変調方式及び周波数範囲を波形発生部１６１へ出力する。制御器１００は、所定のパワーをパワー制御部１６２へ出力する。

【0086】

次に、制御器１００は、チューナポジション設定処理（Ｓ１４）として、チューナ２６を動作させる。制御器１００は、インピーダンスが整合する位置にチューナ２６の可動板２６ａ及び可動板２６ｂを移動させる。

【0087】

次に、制御器１００は、モード設定処理（Ｓ１６）として、進行波の補正係数を取得するモードへ設定する。制御器１００は、復調部２９に対して進行波を取得するように指令を出力する。次に、制御器１００は、マイクロ波の発生処理（Ｓ１８）として、マイクロ波発生部１６ａにマイクロ波を出力させる。

【0088】

マイクロ波が出力されると、復調部２９は、測定処理（Ｓ２０）として、進行波パワーＰｆの周波数依存性を取得する。復調部２９は、例えば、図１１の（Ｃ）のグラフを取得する。

【0089】

次に、制御器１００は、補正係数取得処理（Ｓ２２）として、測定処理（Ｓ２０）で得られた進行波パワーＰｆの周波数依存性に基づいて、補正係数ｋｆ（ｆ）を取得する。制御器１００は、例えば、図１２の（Ａ）のグラフに示されるように、測定処理（Ｓ２０）で得られた進行波パワーＰｆを設定パワーで規格化することによりパワー比率に変換し、周波数依存性のあるパワー比率Ｐｆｒ（ｆ）を得る。そして、制御器１００は、パワー比率Ｐｆｒ（ｆ）の逆数を補正係数ｋｆ（ｆ）とする。以上で図１３に示された補正係数の取得処理を終了する。

【0090】

反射波の反射波パワーＰｒの補正係数ｋｒ（ｆ）を取得する処理は、進行波の進行波パワーＰｆの補正係数ｋｆ（ｆ）を取得する例と同一であるため、説明を省略する。

【0091】

制御器１００は、得られた補正係数ｋｆ（ｆ），ｋｒ（ｆ）を用いて、進行波パワーＰｆ及び反射波パワーＰｒを補正する（校正処理）。以下では一例として、反射波パワーＰｒの校正処理について説明する。図１４は、進行波パワーに対する補正前後の反射波パワーの一例である。（Ａ）のグラフは、横軸は周波数、縦軸はパワーであり、マイクロ波発生部１６ａにより出力された進行波（増幅後）のパワースペクトルの周波数依存性を示す（設定パワーは１５００Ｗ）。このとき得られる反射波パワーのグラフが（Ｂ）である。（Ｂ）のグラフは、横軸は周波数、縦軸はパワーであり、復調部２９により得られた反射波のパワースペクトルの周波数依存性を示す。

【0092】

制御器１００は、（Ｂ）のグラフに示された反射波パワーに対して図１３の補正係数の取得処理で得られた補正係数ｋｒ（ｆ）を積算する。これにより、（Ｃ）のグラフで示されるように、補正反射波パワーＰｒ（補正Ｐｒ）を得ることができる。補正反射波パワーＰｒを用いることにより、補正前の反射波パワーＰｒを用いる場合と比べて、吸収周波数ＦＰをより正確に算出することができる。吸収周波数ＦＰとは、反射波パワーが最小値（極小値）となる周波数である。なお、（Ｄ）のグラフは、（Ｃ）のグラフを変換したものであり、横軸は周波数、縦軸は反射係数である。反射係数は、全反射を１として規格化したものである。校正処理を実行することにより、反射係数の精度も向上する。

【0093】

図１５及び図１６は、反射係数の算出処理のフローチャートである。図１５に示されるフローチャートは、制御器１００により実行され、例えば装置管理者の開始操作に応じて処理が開始される。

【0094】

図１５に示されるように、制御器１００は、設定処理（Ｓ３０）として、変調方式、周波数範囲、パワー及び掃引速度を設定する。制御器１００は、例えば装置管理者などによって予め設定された変調方式及び周波数範囲及び掃引速度を波形発生部１６１へ出力する。制御器１００は、所定のパワーをパワー制御部１６２へ出力する。

【0095】

制御器１００は、変調開始処理（Ｓ３２）として、各構成要素に変調を開始する旨の信号を出力する。次に、制御器１００は、回数設定処理（Ｓ３４）として、平均回数ｎを１に設定する。そして、制御器１００は、周波数設定処理（Ｓ３６）として、周波数ｆを開始周波数ｆｓｔａに設定する。そして、制御器１００は、パワー取得処理（Ｓ３７）として、各構成要素を動作させて、進行波パワーＰｆ（ｆ）及び反射波パワーＰｒ（ｆ）を取得する。続いて、制御器１００は、補正処理（Ｓ３８）として、パワー取得処理（Ｓ３７）で取得された進行波パワーＰｆ（ｆ）及び反射波パワーＰｒ（ｆ）にそれぞれの補正係数を積算する。そして、制御器１００は、終了判定（Ｓ４０）として、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上であるか否かを判定する。制御器１００は、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上でない場合、つまり、設定周波数範囲内である場合には、増加処理（Ｓ４２）として、現在の周波数ｆに所定の周波数Δｆを加算する。Δｆは例えば０．１ＭＨｚを用いることができる。その後、制御器１００は、パワー取得処理（Ｓ３７）、補正処理（Ｓ３８）及び終了判定（Ｓ４０）を実行する。このように、制御器１００は、現在の周波数が終了周波数ｆｓｔｏを超えるまで、増加処理（Ｓ４２）、パワー取得処理（Ｓ３７）及び補正処理（Ｓ３８）を繰り返し実行する。つまり、制御器１００は、設定周波数範囲内のΔｆ間隔のパワーを測定する。

【0096】

制御器１００は、終了判定（Ｓ４０）において現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上である場合、終了判定（Ｓ４４）として、現在の平均回数ｎが閾値よりも大きいか否かを判定する。閾値は、予め設定された値であり、例えばホワイトノイズを除去可能な回数が設定される。閾値として、例えば１２８回を設定することができる。制御器１００は、現在の平均回数ｎが閾値よりも大きくない場合には、増加処理（Ｓ４６）として、現在の平均回数ｎをインクリメントする（１回増加）。その後、制御器１００は、周波数設定処理（Ｓ３６）、パワー取得処理（Ｓ３７）、補正処理（Ｓ３８）、終了判定（Ｓ４０）及び終了判定（Ｓ４４）を実行する。このように、制御器１００は、平均回数ｎが閾値となるまで、周波数設定処理（Ｓ３６）、パワー取得処理（Ｓ３７）、補正処理（Ｓ３８）及び終了判定（Ｓ４０）を繰り返し実行する。つまり、制御器１００は、設定周波数範囲内のΔｆ間隔のパワー測定を、閾値で設定された回数実行する。

【0097】

制御器１００は、終了判定（Ｓ４４）において現在の平均回数ｎが閾値よりも大きい場合、図１６に示されるように、周波数設定処理（Ｓ４８）として、周波数ｆを開始周波数ｆｓｔａに設定する。この処理は、閾値回数分測定したデータを平均化するための前処理である。次に、制御器１００は、回数設定処理（Ｓ５０）として、平均回数ｎを１に設定する。この処理は、閾値回数分測定したデータを平均化するための前処理である。

【0098】

制御器１００は、平均化処理（Ｓ５２）として、閾値回数分測定したデータを平均化する。平均回数ｎかつ周波数ｆにおける進行波パワーをＰｆ（ｎ，ｆ）、周波数ｆにおける平均化された進行波パワーをＰｆａ（ｆ），平均回数ｎかつ周波数ｆにおける反射パワーをＰｒ（ｎ，ｆ）、周波数ｆにおける平均化された進行波パワーをＰｒａ（ｆ）としたとき、制御器１００は、例えば以下の数式を用いて、平均化する。

【数1】

【0099】

続いて、制御器１００は、終了判定（Ｓ５４）として、現在の平均回数ｎが閾値よりも大きいか否かを判定する。閾値は、終了判定（Ｓ４４）で用いた閾値と同一の閾値が用いられる。制御器１００は、現在の平均回数ｎが閾値よりも大きくない場合には、増加処理（Ｓ５６）として、現在の平均回数ｎをインクリメントする（１回増加）。その後、制御器１００は、平均化処理（Ｓ５２）及び終了判定（Ｓ５４）を実行する。このように、制御器１００は、平均回数ｎが閾値となるまで、平均化処理（Ｓ５２）を繰り返し実行する。つまり、制御器１００は、取得されたデータの全てを用いて平均化するまで処理を繰り返す。

【0100】

終了判定（Ｓ５４）において現在の平均回数ｎが閾値よりも大きい場合、所定の周波数の全てのデータを用いて平均化したことを意味する。このため、制御器１００は、反射係数算出処理（Ｓ５８）として、周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）を算出する。制御器１００は、例えば以下の数式を用いて反射係数Γ（ｆ）を算出する。

【数2】

【0101】

制御器１００は、終了判定（Ｓ６０）として、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上であるか否かを判定する。制御器１００は、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上でない場合、つまり、設定周波数範囲内である場合には、増加処理（Ｓ６２）として、現在の周波数ｆに所定の周波数Δｆを加算する。Δｆは例えば０．１ＭＨｚを用いることができる。その後、制御器１００は、回数設定処理（Ｓ５０）、平均化処理（Ｓ５２）、終了判定（Ｓ５４）、増加処理（Ｓ５６）、反射係数算出処理（Ｓ５８）及び終了判定（Ｓ６０）を実行する。このように、制御器１００は、現在の周波数が終了周波数ｆｓｔｏを超えるまで、回数設定処理（Ｓ５０）、平均化処理（Ｓ５２）、終了判定（Ｓ５４）、増加処理（Ｓ５６）及び反射係数算出処理（Ｓ５８）を繰り返し実行する。つまり、制御器１００は、設定周波数範囲内のΔｆ間隔のパワーを周波数毎にそれぞれ平均化する。

【0102】

制御器１００は、終了判定（Ｓ４０）において現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上である場合、図１５，１６に示される反射係数の取得処理を終了する。

【0103】

［制御器１００の機能］
制御器１００は、反射係数Γ（ｆ）が極小点となる周波数である吸収周波数を算出する。制御器１００は、吸収周波数の変化に基づいてメンテナンスの要否を判定したり、マイクロ波出力装置１６の電源周波数を変更したりしてもよい。

【0104】

図１７は、制御器１００の機能ブロック図である。図１７に示されるように、制御器１００は、算出部１０１、報知部１０２及び周波数設定部１０３を備える。

【0105】

算出部１０１は、進行波パワーＰｆ（ｆ）及び反射波パワーＰｒ（ｆ）に基づいて算出された周波数ｆごとの反射係数Γ（ｆ）が極小点となる周波数ｆを吸収周波数として算出する。あるいは、算出部１０１は、反射波パワーＰｒ（ｆ）が極小点となる周波数を吸収周波数として算出してもよい。

【0106】

図１８は、反射係数Γ（ｆ）の極小点を説明する図である。図中の縦軸は反射係数、横軸は周波数である。開始周波数ｆｓｔａと終了周波数ｆｓｔｏとの間が、極小値を求める周波数の有効範囲Ｘｆである。図中では、Ｐ（２），Ｐ（４）で示す二つの極小点が存在する。極小点となる周波数が吸収周波数である。極小点の算出処理については後述する。

【0107】

図１７に戻り、報知部１０２は、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分に応じたメンテナンス情報を出力する。基準吸収周波数とは、吸収周波数を評価するために用いられる閾値であり、予め取得された吸収周波数である。マイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、使用に応じて天板などが消耗し、吸収周波数が変化する。つまり、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分が小さいほど、現在の装置状態が基準吸収周波数を取得した装置状態に近いことを意味する。また、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分が大きいほど、現在の装置状態が基準吸収周波数を取得した装置状態に近くないことを意味する。メンテナンス情報とは、装置状態に関する情報、又はメンテナンスの要否を示す情報を含む。装置状態に関する情報とは、装置の正常状態又は異常状態を示す情報である。報知部１０２は、例えばディスプレイ、スピーカなどを通じて、映像、画像、音声などにより、メンテナンス情報を出力する。

【0108】

基準吸収周波数は、例えば、出荷時、メンテナンス後、クリーニング後などの基準時において予め取得される。この場合、報知部１０２は、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分が小さいほど、出荷時、メンテナンス後、クリーニング後の正常な装置状態に近いと判定することができる。そして、報知部１０２は、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分が第１閾値以上の場合には、現在の装置状態が正常な装置状態ではないと判定し、メンテナンスが必要である旨のメンテナンス情報を出力することができる。第１閾値は、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分を判定するために予め設定された閾値である。

【0109】

なお、基準吸収周波数は、装置の異常時に取得されてもよい。この場合、報知部１０２は、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分が閾値以下の場合には、現在の装置状態が正常な装置状態ではないと判定し、メンテナンスが必要である旨のメンテナンス情報を出力することができる。

【0110】

周波数設定部１０３は、吸収周波数とマイクロ波出力装置１６の電源周波数との差分に応じて、プロセス処理に用いられるマイクロ波出力装置１６の電源周波数を変更する。マイクロ波出力装置１６は、電源周波数を可変に調整するよう構成されている。周波数設定部１０３は、マイクロ波出力装置１６に対して、信号を出力することにより、電源周波数を制御する。周波数設定部１０３は、制御器１００の記憶部に記憶されたレシピを参照し、プロセス処理中における電源周波数を設定する。例えば、周波数設定部１０３は、吸収周波数と電源周波数との差分が第２閾値以下の場合には電源周波数を所定の周波数だけ増加又は減少させる。第２閾値は、吸収周波数と予め取得された基準吸収周波数との差分を判定するために予め設定された閾値である。プラズマの吸収周波数がマイクロ波出力部の電源周波数に近づいた場合、プラズマが不安定になるおそれがある。周波数設定部１０３は、吸収周波数と電源周波数とが一致することを避けるように動作することで、プラズマが不安定になることを回避する。

【0111】

［極小点算出処理：反射係数］
図１９及び図２０は、反射係数の極値算出処理のフローチャートである。図１９及び図２０に示されるフローチャートは、制御器１００の算出部１０１により実行され、例えば装置管理者の開始操作に応じて処理が開始される。

【0112】

最初に、算出部１０１は、条件設定処理（Ｓ７０）として、初期値の設定を行う。算出部１０１は、周波数ｆ、吸収周波数ＦＰ及び暫定吸収周波数ＦＴを、開始周波数ｆｓｔａに設定する。また、算出部１０１は、反射係数の極値ＧＰ及び暫定極値ＧＴを、開始周波数ｆｓｔａの反射係数Γ（ｆｓｔａ）に設定する。さらに、算出部１０１は、ｎに１を設定する。

【0113】

次に、算出部１０１は、差分判定処理（Ｓ７２）として、現在の周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）と反射係数の極値ＧＰとの差分の絶対値が閾値ΔΓａ以下であるか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数3】

閾値ΔΓａは、極値を判定するための所定の閾値であり、例えば０．０５を用いることができる。

【0114】

算出部１０１は、差分判定処理（Ｓ７２）において現在の周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）と反射係数の極値ＧＰとの差分の絶対値が閾値ΔΓａ以下である場合には、終了判定処理（Ｓ７４）として、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上であるか否かを判定する。算出部１０１は、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上でない場合、つまり、設定周波数範囲内である場合には、増加処理（Ｓ７６）として、現在の周波数ｆに所定の周波数Δｆを加算する。Δｆは例えば０．１ＭＨｚを用いることができる。算出部１０１は、増加処理（Ｓ７６）実行後、差分判定処理（Ｓ７２）を再度実行する。このように、算出部１０１は、終了判定（Ｓ７４）を満たすまで、増加処理（Ｓ７６）及び差分判定処理（Ｓ７２）が繰り返し実行される。

【0115】

一方、算出部１０１は、差分判定処理（Ｓ７２）において現在の周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）と反射係数の極値ＧＰとの差分の絶対値が閾値ΔΓａ以下でない場合には、図２０の減少判定処理（Ｓ８０）へ移行する。

【0116】

算出部１０１は、減少判定処理（Ｓ８０）として、現在の周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）と反射係数の極値ＧＰとの差分が閾値−ΔΓａより小さいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数4】

【0117】

算出部１０１は、減少判定処理（Ｓ８０）において現在の周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）と反射係数の極値ＧＰとの差分が閾値−ΔΓａより小さい場合には、暫定極小値判定処理（Ｓ８２）へ移行する。

【0118】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ８２）として、現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）が反射係数の暫定極値ＧＴよりも小さいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数5】

【0119】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ８２）において現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）が反射係数の暫定極値ＧＴよりも小さい場合、暫定極小値記憶処理（Ｓ８４）へ移行する。算出部１０１は、暫定極小値記憶処理（Ｓ８４）として、反射係数の暫定極値ＧＴを、現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）に設定するとともに、吸収周波数ＦＴを現在の周波数ｆに設定する。

【0120】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ８２）において現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）が反射係数の暫定極値ＧＴよりも小さくない場合、又は、暫定極小値記憶処理（Ｓ８４）が終了した場合、ノイズ判定処理（Ｓ８６）として、反射係数の暫定極値ＧＴと現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）との差分が閾値ΔΓｂより大きいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数6】

閾値ΔΓｂは、ノイズレベルであるか否かを判定するための所定の閾値であり、例えば０．０２を用いることができる。

【0121】

算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ８６）において反射係数の暫定極値ＧＴと現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）との差分が閾値ΔΓｂより大きい場合、極小値記憶処理（Ｓ８８）へ移行する。算出部１０１は、極小値記憶処理（Ｓ８８）として、Ｐ（ｎ）を“極小値”に設定するとともに、極値ＧＰ（ｎ）に暫定極値ＧＴを設定し、吸収周波数ＦＰ（ｎ）に吸収周波数ＦＴを設定する。

【0122】

続いて、算出部１０１は、更新処理（Ｓ１００）として、極値ＧＰに暫定極値ＧＴを設定し、吸収周波数ＦＰに吸収周波数ＦＴを設定し、ｎにｎ＋１を設定する。その後、算出部１０１は、図１９に記載の増加処理（Ｓ７６）を実行する。増加処理（Ｓ７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0123】

同様に、算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ８６）において反射係数の暫定極値ＧＴと現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）との差分が閾値ΔΓｂより大きくない場合、図１９に記載の増加処理（Ｓ７６）を実行する。増加処理（Ｓ７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0124】

また、算出部１０１は、上昇判定処理（Ｓ９０）において現在の周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）と反射係数の極値ＧＰとの差分が閾値ΔΓａより大きい場合には、暫定極大値判定処理（Ｓ９２）へ移行する。

【0125】

算出部１０１は、暫定極大値判定処理（Ｓ９２）として、現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）が反射係数の暫定極値ＧＴよりも大きいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数7】

【0126】

算出部１０１は、暫定極大値判定処理（Ｓ９２）において現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）が反射係数の暫定極値ＧＴよりも大きい場合、暫定極大値記憶処理（Ｓ９４）へ移行する。算出部１０１は、暫定極大値記憶処理（Ｓ９４）として、反射係数の暫定極値ＧＴを、現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）に設定するとともに、吸収周波数ＦＴを現在の周波数ｆに設定する。

【0127】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ９２）において現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）が反射係数の暫定極値ＧＴよりも大きくない場合、又は、暫定極大値記憶処理（Ｓ９４）が終了した場合、ノイズ判定処理（Ｓ９６）として、反射係数の暫定極値ＧＴと現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）との差分が閾値−ΔΓｂより大きいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数8】

閾値−ΔΓｂは、ノイズレベルであるか否かを判定するための所定の閾値であり、例えば−０．０２を用いることができる。

【0128】

算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ９６）において反射係数の暫定極値ＧＴと現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）との差分が閾値−ΔΓｂより大きい場合、極大値記憶処理（Ｓ９８）へ移行する。算出部１０１は、極大値記憶処理（Ｓ９８）として、Ｐ（ｎ）を“極大値”に設定するとともに、極値ＧＰ（ｎ）に暫定極値ＧＴを設定し、吸収周波数ＦＰ（ｎ）に吸収周波数ＦＴを設定する。

【0129】

続いて、算出部１０１は、更新処理（Ｓ１００）として、極値ＧＰに暫定極値ＧＴを設定し、吸収周波数ＦＰに吸収周波数ＦＴを設定し、ｎにｎ＋１を設定する。その後、算出部１０１は、図１９に記載の増加処理（Ｓ７６）を実行する。増加処理（Ｓ７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0130】

同様に、算出部１０１は、上昇判定処理（Ｓ９０）において現在の周波数ｆにおける反射係数Γ（ｆ）と反射係数の極値ＧＰとの差分が閾値ΔΓａより大きくない場合、図１９に記載の増加処理（Ｓ７６）を実行する。増加処理（Ｓ７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0131】

同様に、算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ９６）において反射係数の暫定極値ＧＴと現在の周波数ｆの反射係数Γ（ｆ）との差分が閾値−ΔΓｂより大きくない場合、図１９に記載の増加処理（Ｓ７６）を実行する。増加処理（Ｓ７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0132】

算出部１０１は、図１９に記載の終了判定（Ｓ７４）において現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上である場合、図１９，２０に示される極値の取得処理を終了する。

【0133】

以上、図１９，２０に示される極値の取得処理によって、反射係数の極大値、極小値が取得される。

【0134】

［極小点算出処理：反射波パワー］
図２１及び図２２は、反射波パワーの極値算出処理のフローチャートである。図２１及び図２２に示されるフローチャートは、制御器１００の算出部１０１により実行され、例えば装置管理者の開始操作に応じて処理が開始される。

【0135】

最初に、算出部１０１は、条件設定処理（Ｓ１７０）として、初期値の設定を行う。算出部１０１は、周波数ｆ、吸収周波数ＦＰ及び暫定吸収周波数ＦＴを、開始周波数ｆｓｔａに設定する。また、算出部１０１は、反射波パワーの極値ＲＰ及び暫定極値ＲＴを、開始周波数ｆｓｔａの反射波パワーＰｒ（ｆｓｔａ）に設定する。さらに、算出部１０１は、ｎに１を設定する。

【0136】

次に、算出部１０１は、差分判定処理（１Ｓ７２）として、現在の周波数ｆにおける反射波パワーＰｒ（ｆ）と反射波パワーの極値ＲＰとの差分の絶対値が閾値ΔＰａ以下であるか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数9】

閾値ΔＰａは、極値を判定するための所定の閾値であり、例えば５ｄＢを用いることができる。

【0137】

算出部１０１は、差分判定処理（Ｓ１７２）において現在の周波数ｆにおける反射波パワーＰｒ（ｆ）と反射波パワーの極値ＲＰとの差分の絶対値が閾値ΔＰａ以下である場合には、終了判定処理（Ｓ１７４）として、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上であるか否かを判定する。算出部１０１は、現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上でない場合、つまり、設定周波数範囲内である場合には、増加処理（Ｓ１７６）として、現在の周波数ｆに所定の周波数Δｆを加算する。Δｆは例えば０．１ＭＨｚを用いることができる。算出部１０１は、増加処理（Ｓ１７６）実行後、差分判定処理（Ｓ１７２）を再度実行する。このように、算出部１０１は、終了判定（Ｓ１７４）を満たすまで、増加処理（Ｓ１７６）及び差分判定処理（Ｓ１７２）が繰り返し実行される。

【0138】

一方、算出部１０１は、差分判定処理（Ｓ１７２）において現在の周波数ｆにおける反射波パワーＰｒ（ｆ）と反射波パワーの極値ＲＰとの差分の絶対値が閾値ΔＰａ以下でない場合には、図２２の減少判定処理（Ｓ１８０）へ移行する。

【0139】

算出部１０１は、減少判定処理（Ｓ１８０）として、現在の周波数ｆにおける反射波パワーＰｒ（ｆ）と反射波パワーの極値ＲＰとの差分が閾値−ΔＰａより小さいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数10】

【0140】

算出部１０１は、減少判定処理（Ｓ１８０）において現在の周波数ｆにおける反射波パワーＰｒ（ｆ）と反射波パワーの極値ＲＰとの差分が閾値−ΔＰａより小さい場合には、暫定極小値判定処理（Ｓ１８２）へ移行する。

【0141】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ１８２）として、現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）が反射波パワーの暫定極値ＲＴよりも小さいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数11】

【0142】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ１８２）において現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）が反射波パワーの暫定極値ＲＴよりも小さい場合、暫定極小値記憶処理（Ｓ１８４）へ移行する。算出部１０１は、暫定極小値記憶処理（Ｓ１８４）として、反射波パワーの暫定極値ＲＴを、現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）に設定するとともに、吸収周波数ＦＴを現在の周波数ｆに設定する。

【0143】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ１８２）において現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）が反射波パワーの暫定極値ＲＴよりも小さくない場合、又は、暫定極小値記憶処理（Ｓ１８４）が終了した場合、ノイズ判定処理（Ｓ１８６）として、反射波パワーの暫定極値ＲＴと現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）との差分が閾値ΔＰｂより大きいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数12】

閾値ΔＰｂは、ノイズレベルであるか否かを判定するための所定の閾値であり、例えば２ｄＢを用いることができる。

【0144】

算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ１８６）において反射波パワーの暫定極値ＲＴと現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）との差分が閾値ΔＰｂより大きい場合、極小値記憶処理（Ｓ１８８）へ移行する。算出部１０１は、極小値記憶処理（Ｓ１８８）として、Ｐ（ｎ）を“極小値”に設定するとともに、極値ＲＰ（ｎ）に暫定極値ＲＴを設定し、吸収周波数ＦＰ（ｎ）に吸収周波数ＦＴを設定する。

【0145】

続いて、算出部１０１は、更新処理（Ｓ１１００）として、極値ＲＰに暫定極値ＲＴを設定し、吸収周波数ＦＰに吸収周波数ＦＴを設定し、ｎにｎ＋１を設定する。その後、算出部１０１は、図２１に記載の増加処理（Ｓ１７６）を実行する。増加処理（Ｓ１７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0146】

同様に、算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ１８６）において反射波パワーの暫定極値ＲＴと現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）との差分が閾値ΔＰｂより大きくない場合、図２１に記載の増加処理（Ｓ１７６）を実行する。増加処理（Ｓ１７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0147】

また、算出部１０１は、上昇判定処理（Ｓ１９０）において現在の周波数ｆにおける反射波パワーＰｒ（ｆ）と反射波パワーの極値ＲＰとの差分が閾値ΔＰａより大きい場合には、暫定極大値判定処理（Ｓ１９２）へ移行する。

【0148】

算出部１０１は、暫定極大値判定処理（Ｓ１９２）として、現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）が反射波パワーの暫定極値ＲＴよりも大きいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数13】

【0149】

算出部１０１は、暫定極大値判定処理（Ｓ１９２）において現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）が反射波パワーの暫定極値ＲＴよりも大きい場合、暫定極大値記憶処理（Ｓ１９４）へ移行する。算出部１０１は、暫定極大値記憶処理（Ｓ１９４）として、反射波パワーの暫定極値ＲＴを、現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）に設定するとともに、吸収周波数ＦＴを現在の周波数ｆに設定する。

【0150】

算出部１０１は、暫定極小値判定処理（Ｓ１９２）において現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）が反射波パワーの暫定極値ＲＴよりも大きくない場合、又は、暫定極大値記憶処理（Ｓ１９４）が終了した場合、ノイズ判定処理（Ｓ１９６）として、反射波パワーの暫定極値ＲＴと現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）との差分が閾値−ΔＰｂより大きいか否かを判定する。数式で表すと以下のとおりとなる。

【数14】

閾値−ΔＰｂは、ノイズレベルであるか否かを判定するための所定の閾値であり、例えば−２ｄＢを用いることができる。

【0151】

算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ１９６）において反射波パワーの暫定極値ＲＴと現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）との差分が閾値−ΔＰｂより大きい場合、極大値記憶処理（Ｓ１９８）へ移行する。算出部１０１は、極大値記憶処理（Ｓ１９８）として、Ｐ（ｎ）を“極大値”に設定するとともに、極値ＲＰ（ｎ）に暫定極値ＲＴを設定し、吸収周波数ＦＰ（ｎ）に吸収周波数ＦＴを設定する。

【0152】

続いて、算出部１０１は、更新処理（Ｓ１１００）として、極値ＲＰに暫定極値ＲＴを設定し、吸収周波数ＦＰに吸収周波数ＦＴを設定し、ｎにｎ＋１を設定する。その後、算出部１０１は、図２１に記載の増加処理（Ｓ１７６）を実行する。増加処理（Ｓ１７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0153】

同様に、算出部１０１は、上昇判定処理（Ｓ１９０）において現在の周波数ｆにおける反射波パワーＰｒ（ｆ）と反射波パワーの極値ＲＰとの差分が閾値ΔＰａより大きくない場合、図２１に記載の増加処理（Ｓ１７６）を実行する。増加処理（Ｓ１７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0154】

同様に、算出部１０１は、ノイズ判定処理（Ｓ１９６）において反射波パワーの暫定極値ＲＴと現在の周波数ｆの反射波パワーＰｒ（ｆ）との差分が閾値−ΔＰｂより大きくない場合、図２１に記載の増加処理（Ｓ１７６）を実行する。増加処理（Ｓ１７６）以降の説明は前述のとおりである。

【0155】

算出部１０１は、図２１に記載の終了判定（Ｓ１７４）において現在の周波数ｆが終了周波数ｆｓｔｏ以上である場合、図２１，２２に示される極値の取得処理を終了する。

【0156】

以上、図２１，２２に示される極値の取得処理によって、反射波パワーの極大値、極小値が取得される。

【0157】

［基準吸収周波数（初期吸収周波数）の記憶処理］
次に、吸収周波数の初期値を記憶する処理を説明する。図２３は、基準吸収周波数（初期吸収周波数）の記憶処理のフローチャートである。図２３に示されるフローチャートは、制御器１００により実行され、例えばメンテナンス実行後において、装置管理者の開始操作に応じて処理が開始される。

【0158】

制御器１００は、モード設定処理（Ｓ２０２）として、初期データを記憶するモードに装置を設定する。例えば、制御器１００は、初期データの記憶領域を確保し、装置構成要素が動作可能なようにオンラインにし、復調部が初期データを取得するモードとなるように設定する。

【0159】

次に、制御器１００は、設定処理（Ｓ２０４）として、変調方式、周波数範囲、パワー、掃引速度を設定する。そして、制御器１００は、プロセス条件設定処理（Ｓ２０６）として、予め記憶部に記憶されたプロセス条件を読み込み、ガス種及びプロセス時間などを設定する。続いて、制御器１００は、マイクロ波の発生処理（Ｓ２０８）として、設定処理（Ｓ２０４）及びプロセス条件設定処理（Ｓ２０６）における設定に基づいてマイクロ波を発生させる。そして、制御器１００は、記憶処理（Ｓ２１０）として、吸収周波数を測定し、記憶する。制御器１００は、例えば、記憶部にプロセス条件と関連付けて吸収周波数を記憶する。吸収周波数は、反射係数又は反射波パワーの何れかから算出すればよい。制御器１００は、記憶処理（Ｓ２１０）を終了すると、図２３に示されたフローチャートを終了する。

【0160】

このように、図２３に示されたフローチャートを実行することにより、プロセス条件ごとに記憶部に吸収周波数が記憶される。記憶された吸収周波数は、メンテナンス直後の装置状態を反映した値であるため、基準吸収周波数（初期吸収周波数）として利用される。

【0161】

［情報出力処理］
次に、情報出力処理を説明する。図２４は、情報出力処理のフローチャートである。図２４に示されるフローチャートは、制御器１００により実行され、例えば装置管理者の開始操作に応じて処理が開始される。

【0162】

制御器１００は、モード設定処理（Ｓ３０２）として、データを測定するモードに装置を設定する。例えば、制御器１００は、測定データの記憶領域を確保し、装置構成要素が動作可能なようにオンラインにし、復調部が測定データを取得するモードとなるように設定する。

【0163】

次に、制御器１００は、設定処理（Ｓ３０４）として、変調方式、周波数範囲、パワー、掃引速度を設定する。そして、制御器１００は、プロセス条件設定処理（Ｓ３０６）として、予め記憶部に記憶されたプロセス条件を読み込み、ガス種及びプロセス時間などを設定する。続いて、制御器１００は、マイクロ波の発生処理（Ｓ３０８）として、設定処理（Ｓ３０４）及びプロセス条件設定処理（Ｓ３０６）における設定に基づいてマイクロ波を発生させる。そして、制御器１００は、記憶処理（Ｓ３１０）として、吸収周波数を測定し、記憶する。制御器１００は、例えば、記憶部にプロセス条件と関連付けて吸収周波数を記憶する。

【0164】

続いて、制御器１００の報知部１０２は、差分判定処理（Ｓ３１２）として、初期吸収周波数と測定吸収周波数とを比較する。例えば、報知部１０２は、初期吸収周波数と測定吸収周波数との差分が第１閾値以下であるか否かを判定する。第１閾値として、例えば５ＭＨｚなどが設定され得る。

【0165】

報知部１０２は、差分判定処理（Ｓ３１２）において初期吸収周波数と測定吸収周波数との差分が第１閾値以下である場合、情報出力処理（Ｓ３１４）として、メンテナンスが不要である旨を示すメンテナンス情報（判定ＯＫ）を出力する。一方、報知部１０２は、差分判定処理（Ｓ３１２）において初期吸収周波数と測定吸収周波数との差分が第１閾値以下でない場合、情報出力処理（Ｓ３１６）として、メンテナンスが必要である旨を示すメンテナンス情報（判定ＮＧ）を出力する。制御器１００は、情報出力処理（Ｓ３１４、Ｓ３１６）が終了すると、図２４に示されるフローチャートを終了する。

【0166】

［マイクロ波出力装置１６の電源の周波数変更処理］
次に、情報出力処理を説明する。図２５は、マイクロ波出力装置１６の電源の周波数変更処理のフローチャートである。図２５に示されるフローチャートは、制御器１００により実行され、例えば装置管理者の開始操作に応じて処理が開始される。

【0167】

制御器１００は、モード設定処理（Ｓ４０２）として、データを測定するモードに装置を設定する。例えば、制御器１００は、測定データの記憶領域を確保し、装置構成要素が動作可能なようにオンラインにし、復調部が測定データを取得するモードとなるように設定する。

【0168】

次に、制御器１００は、設定処理（Ｓ４０４）として、変調方式、周波数範囲、パワー、掃引速度を設定する。そして、制御器１００は、プロセス条件設定処理（Ｓ４０６）として、予め記憶部に記憶されたプロセス条件を読み込み、ガス種及びプロセス時間などを設定する。続いて、制御器１００は、マイクロ波の発生処理（Ｓ４０８）として、設定処理（Ｓ４０４）及びプロセス条件設定処理（Ｓ４０６）における設定に基づいてマイクロ波を発生させる。そして、制御器１００は、記憶処理（Ｓ４１０）として、吸収周波数を測定し、記憶する。制御器１００は、例えば、記憶部にプロセス条件と関連付けて吸収周波数を記憶する。

【0169】

続いて、制御器１００の周波数設定部１０３は、差分判定処理（Ｓ４１２）として、初期吸収周波数と測定吸収周波数とを比較する。例えば、周波数設定部１０３は、初期吸収周波数と測定吸収周波数との差分が第２閾値以下であるか否かを判定する。第２閾値として、例えば５ＭＨｚなどが設定され得る。

【0170】

周波数設定部１０３は、差分判定処理（Ｓ４１２）において初期吸収周波数と測定吸収周波数との差分が第２閾値以下である場合、周波数変更処理（Ｓ４１４）として、マイクロ波出力装置１６の電源の周波数を変更する。周波数設定部１０３は、マイクロ波出力装置１６の電源周波数を、例えば現在の電源周波数に１０ＭＨｚ加算したり、１０ＭＨｚ減算したりする。制御器１００は、周波数変更処理（Ｓ４１４）が終了すると、図２５に示されるフローチャートを終了する。

【0171】

以上、プラズマ処理装置１では、導波管２１におけるチューナ２６とアンテナ１８との間に、進行波パワー及び反射波パワーを周波数ごとに取得する復調部２９が設けられる。そして、算出部１０１により、周波数ごとの反射係数が極小点となる周波数が吸収周波数として算出される。このように、この装置は、プラズマ空間内にプローブを配置する必要がないため、プラズマに外乱を与えることなく吸収周波数を算出することができる。

【0172】

また、プラズマ処理装置１では、導波管２１におけるチューナ２６とアンテナ１８との間に、反射波パワーを周波数ごとに取得する復調部２９が設けられる。そして、算出部１０１により、反射波パワーが極小点となる周波数が吸収周波数として算出される。このように、この装置は、プラズマ空間内にプローブを配置する必要がないため、プラズマに外乱を与えることなく吸収周波数を算出することができる。

【0173】

また、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置１では、使用に応じて天板などが消耗し、吸収周波数が変化する。このため、出荷時、メンテナンス後、クリーニング後などの基準時において予め取得された基準吸収周波数と、算出部により算出された吸収周波数との差分の大きさは、基準時から現在までのプラズマ処理装置の構成要素の消耗度合いを示すことになる。このプラズマ処理装置１では、報知部１０２により、当該差分に応じて、装置が基準時から消耗しているか否かなどの情報を含むメンテナンス情報が出力される。よって、このプラズマ処理装置は、使用者などにメンテナンス情報を報知することができる。

【0174】

また、プラズマ処理装置１では、プラズマの吸収周波数がマイクロ波出力装置１６の電源周波数に近づいた場合、プラズマが不安定になるおそれがある。これは、いわゆるモードジャンプとして知られている現象である。モードジャンプは、具体的には、周波数などのパラメータを連続的に変更していくとプラズマの状態があるパラメータで急激にシフトする現象である。このプラズマ処理装置の周波数設定部は、差分に応じてマイクロ波出力装置１６の電源周波数を変更するため、モードジャンプを回避することができる。このため、プラズマ処理装置１は、プラズマが不安定になることを回避することができる。

【0175】

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、報知部１０２及び周波数設定部１０３は、利用用途に応じて備えることができる。例えば、吸収周波数の変化に基づいてメンテナンスの要否を判定する機能のみ必要である場合には、制御器１００は報知部１０２を備えるとともに周波数設定部１０３を備えなくてもよい。例えば、マイクロ波出力装置１６の電源周波数を変更する機能のみ必要である場合には、制御器１００は周波数設定部１０３を備えるとともに報知部１０２を備えなくてもよい。

【0176】

［実施例］
以下、発明者が行った実施例について説明する。

【0177】

（マイクロ波吸収効率の周波数依存性）
図２６は、反射波パワーの測定結果であり、横軸が周波数、縦軸が反射波パワーである。（Ａ）は、プラズマを発生させない状態で反射波パワーを測定した結果である。（Ｂ）は、２０ｍＴｏｒｒ（２．６６Ｐａ）のＡｒ分圧においてプラズマを発生させた状態で反射波パワーを測定した結果、（Ｃ）は、１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）のＡｒ分圧においてプラズマを発生させた状態で反射波パワーを測定した結果である。（Ｂ）及び（Ｃ）では、パワーを１０００Ｗ〜２０００Ｗの範囲で設定した。図２６に示されるように、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）ともに周波数特性が存在し、吸収周波数が装置条件で変化することが確認された。つまり、吸収周波数を利用して装置状態を把握することができることが示唆された。

【0178】

（周波数掃引によるプラズマ状態の把握）
図２７は、プラズマの発光強度の測定結果であり、横軸が時間、縦軸が発光強度である。発光強度とは、受光素子などにより得られたプラズマの発光の強さである。マイクロ波出力装置１６の電源のパワーは、各周波数において２４００Ｗであり、各周波数における発光強度はほぼ同一である。図２７では周波数ごとに発光強度を縦方向に分割して記入している。図２７に示されるように、周波数２４４０〜２４５８ＭＨｚのときには、発光にちらつきがあることが確認された。このように、マイクロ波出力装置１６の電源周波数に近い場合にはプラズマが不安定となり、マイクロ波出力装置１６の電源周波数との差分が大きい場合にはプラズマが安定することが確認された。

【0179】

（プラズマ状態の変化）
図２８は、反射波パワーの測定結果であり、横軸が周波数、縦軸が反射波パワーである。反射波パワーＰｒ１は、消耗品（装置パーツ）が新品のときに測定された測定結果であり、反射波パワーＰｒ２は、消耗品が消耗したときに測定された測定結果である。このように、消耗前後で反射波パワーの極小値が大きく異なることが確認された。つまり、反射波パワーの極小値を用いて装置状態を把握することができることが確認された。

【符号の説明】

【0180】

１…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、１４…ステージ、１６…マイクロ波出力装置、１６ａ…マイクロ波発生部、１６ｆ…第１の方向性結合器、１６ｇ…第１の測定部、１６ｈ…第２の方向性結合器、１６ｉ…第２の測定部、１６ｔ…出力部、１８…アンテナ、２０…誘電体窓、２６…チューナ、２７…モード変換器、２８…同軸導波管、２９…復調部、２９ａ…方向性結合器、２９ｂ…復調制御部、３０…スロット板、３２…誘電体板、３４…冷却ジャケット、３８…ガス供給系、５８…高周波電源、６０…マッチングユニット、１００…制御器、１６１…波形発生部、１６２…パワー制御部、１６３…減衰器、１６４…増幅器、１６５…増幅器、１６６…モード変換器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】