特開 2023-142284 パルス出力モニタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023142284

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】パルス出力モニタ装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022049110

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(71)【出願人】

【識別番号】522119053

【氏名又は名称】株式会社アスカＭ・Ｓ・Ｔ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱石 悟

(72)【発明者】

【氏名】森川 優子

【テーマコード（参考）】

2G084

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084BB21

2G084CC03

2G084CC04

2G084CC05

2G084CC08

2G084CC09

2G084CC33

2G084DD55

2G084EE12

2G084EE17

2G084HH05

2G084HH07

2G084HH22

2G084HH26

2G084HH43

2G084HH54

2G084HH56

(57)【要約】

【課題】インピーダンス整合器の出力端等における電圧を用いて、適切にパルス出力に関する情報を検知するパルス出力モニタ装置を提供する。
【解決手段】パルス出力モニタ装置５では、第１基準波形生成部５１および第２基準波形生成部５２が、第１基準波形ＷＦ１および第２基準波形ＷＦ２を生成する。期間内電圧波形生成部５３が期間内電圧波形を生成する。第１類似度演算部５４は、第１基準波形ＷＦ１と期間内電圧波形との類似度を演算する。また、第２類似度演算部５５は、第２基準波形ＷＦ２と期間内電圧波形との類似度を演算する。第１判定部５６および第２判定部５７は、類似度に基づいて、パルス出力の立ち上がりタイミングおよびパルス出力の立ち下りタイミングを判定し、出力部５８は、パルス出力の立ち上がりタイミングおよびパルスの立ち下がりタイミングに基づいてパルス出力に関する情報を出力する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波電源装置から負荷に対して出力する進行波電圧の電圧波形の包絡線の形状がパルス状であるパルス出力を行う場合に、パルス出力に関する情報を出力するパルス出力モニタ装置であって、
前記高周波電源装置と前記負荷との間の位置における電圧を検出する電圧検出器と、
前記進行波電圧の電圧波形の包絡線の形状を定めるパルス指令信号の立ち上がりタイミング近傍の第１期間において前記電圧検出器で検出した電圧情報に基づいて、立ち上がりタイミングでの基準波形となる第１基準波形を生成する第１基準波形生成部と、
前記パルス指令信号の立ち下がりタイミング近傍の第２期間において前記電圧検出器で検出した電圧情報に基づいて、立ち下がりタイミングでの基準波形となる第２基準波形を生成する第２基準波形生成部と、
予め定めた時間周期毎に、前記電圧検出器で検出した電圧情報に基づいて所定期間内の電圧波形を生成する期間内電圧波形生成部と、
予め定めた時間周期毎に、前記第１基準波形と前記期間内電圧波形生成部で生成した電圧波形との類似度を演算する第１類似度演算部と、
予め定めた時間周期毎に、前記第２基準波形と前記期間内電圧波形生成部で生成した電圧波形との類似度を演算する第２類似度演算部と、
前記第１類似度演算部で演算した類似度に基づいて、前記電圧検出器の位置におけるパルス出力の立ち上がりタイミングを判定する第１判定部と、
前記第２類似度演算部で演算した類似度に基づいて、前記電圧検出器の位置におけるパルス出力の立ち下がりタイミングを判定する第２判定部と、
前記第１判定部の判定結果と前記第２判定部の判定結果とに基づいて、パルス出力に関する情報を出力する出力部と、
を備えるパルス出力モニタ装置。

【請求項2】

前記第１基準波形生成部は、複数回に亘って検出した電圧情報に基づいて、前記第１基準波形を生成し、
前記第２基準波形生成部は、複数回に亘って検出した電圧情報に基づいて、前記第２基準波形を生成する、
請求項１に記載のパルス出力モニタ装置。

【請求項3】

前記第１期間は、パルス指令信号の立ち上がりタイミングから予め定めた第１の調整時間だけずらしたタイミングから始まり、予め定めた第１の検出時間が経過したときに終了し、
前記第２期間は、パルス指令信号の立ち下がりタイミングから予め定めた第２の調整時間だけずらしたタイミングから始まり、予め定めた第２の検出時間が経過したときに終了する、
請求項１または請求項２に記載のパルス出力モニタ装置。

【請求項4】

前記期間内電圧波形生成部は、
前記第１期間と同じ時間を有する期間内で検出した電圧情報に基づいて、前記期間内での電圧波形を生成する第１期間内電圧波形生成部と、
前記第２期間と同じ時間を有する期間内で検出した電圧情報に基づいて、前記期間内での電圧波形を生成する第２期間内電圧波形生成部と、
前記第１類似度演算部は、前記第１基準波形と前記第１期間内電圧波形生成部で生成した電圧波形との類似度を演算し、
前記第２類似度演算部は、前記第２基準波形と前記第２期間内電圧波形生成部で生成した電圧波形との類似度を演算する、
請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載のパルス出力モニタ装置。

【請求項5】

前記出力部は、前記パルス指令信号、前記第１判定部の判定結果および前記第２判定部の判定結果に基づいて、パルス出力に関する情報を出力する、
請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載のパルス出力モニタ装置。

【請求項6】

前記電圧検出器で検出した電圧情報は、フィルタを介して第１基準波形生成部、第２基準波形生成部および期間内電圧波形生成部に入力される、
請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載のパルス出力モニタ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、パルス出力に関する情報をモニタする装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ処理装置は、高周波電源装置から供給された高周波電力を用いてプラズマ発生部でプラズマを発生させ、ウェハ等の加工対象物に対してエッチング等のプラズマ処理を行っている。

【0003】

通常は、高周波電源装置とプラズマ処理との間にインピーダンス整合器が配置されており、負荷となるプラズマ処理装置のプラズマ発生部に効率よく電力が供給されるようにしている。高周波電源装置の出力周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ等の周波数帯域が用いられる。

【0004】

このようなプラズマ処理では、ガス種類、ガス流量、高周波電源装置から供給する高周波電力の大きさ等によってプラズマの状態が異なるので、それらが適切な状態となるように制御したり、異常の有無をモニタ（監視）している。

【0005】

そのために、例えば、プラズマ発生部の入力端やインピーダンス整合器の出力端等における電圧を検出し、検出した電圧情報に基づいて高周波電源装置から出力するパルス出力に関する情報（パルス周波数やデューティ比）をモニタする技術がある（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－９１５２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

プラズマ発生部の入力端やインピーダンス整合器の出力端等における検出電圧に基づいてパルス出力に関する情報をモニタする場合、進行波電圧だけでなく、反射波電圧の影響を受けるため、検出電圧が多様な変化をしてしまう。その結果、パルス出力に関する情報をモニタすることが困難な場合がある。そこで、検出電圧に反射波電圧の影響がある場合でも、パルス出力に関する情報を出力できるパルス出力モニタ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るパルス出力モニタ装置は、高周波電源装置から負荷に対して出力する進行波電圧の電圧波形の包絡線の形状がパルス状であるパルス出力を行う場合に、パルス出力に関する情報を出力するパルス出力モニタ装置であって、前記高周波電源装置と前記負荷との間の位置における電圧を検出する電圧検出器と、前記進行波電圧の電圧波形の包絡線の形状を定めるパルス指令信号の立ち上がりタイミング近傍の第１期間において前記電圧検出器で検出した電圧情報に基づいて、立ち上がりタイミングでの基準波形となる第１基準波形を生成する第１基準波形生成部と、前記パルス指令信号の立ち下がりタイミング近傍の第２期間において前記電圧検出器で検出した電圧情報に基づいて、立ち下がりタイミングでの基準波形となる第２基準波形を生成する第２基準波形生成部と、予め定めた時間周期毎に、前記電圧検出器で検出した電圧情報に基づいて所定期間内の電圧波形を生成する期間内電圧波形生成部と、予め定めた時間周期毎に、前記第１基準波形と前記期間内電圧波形生成部で生成した電圧波形との類似度を演算する第１類似度演算部と、予め定めた時間周期毎に、前記第２基準波形と前記期間内電圧波形生成部で生成した電圧波形との類似度を演算する第２類似度演算部と、前記第１類似度演算部で演算した類似度に基づいて、前記電圧検出器の位置におけるパルス出力の立ち上がりタイミングを判定する第１判定部と、前記第２類似度演算部で演算した類似度に基づいて、前記電圧検出器の位置におけるパルス出力の立ち下がりタイミングを判定する第２判定部と、前記第１判定部の判定結果と前記第２判定部の判定結果とに基づいて、パルス出力に関する情報を出力する出力部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、検出電圧に反射波電圧の影響がある場合でも、パルス出力に関する情報をモニタすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係るプラズマ処理システムの一構成例を示す図である。

【図2】パルス指令信号と、Ｖｐｐ検出電圧の波形の一例を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係るパルス出力モニタ装置を含む一構成例を示す図である。

【図4】第１基準波形ＷＦ１を生成する際のパルス指令信号と調整時間及び検出時間との関係を示す図である。

【図5】期間内電圧波形の一例を示す図である。

【図6】第１類似度の一例を示す図である。

【図7】パルス出力に関する情報を出力する処理手順を示すフローチャートである。

【図8】第２の実施形態に係るパルス出力モニタ装置を含む他の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明に関するパルス出力モニタ装置は、例えば、プラズマ処理システムの構成部位の一つとして用いられるものであり、以下にその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。

【0012】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理システムの一構成例を示す模式図である。プラズマ処理システムは、半導体整合プロセスにおけるエッチング等のプラズマ処理を行う場合に用いられ、例えば、高周波電源装置１、整合器２、およびプラズマ負荷３を含む。

【0013】

プラズマ処理装置のようなプラズマ負荷３は、プラズマが発生するプラズマチャンバー（図示せず）を備え、高周波電源装置１から供給された高周波電力によって、当該プラズマチャンバー内でプラズマを発生させ、半導体整合プロセスにおけるエッジング等のプラズマ処理を行う。

【0014】

整合器２は、高周波電源装置１とプラズマ負荷３との間に介装される。整合器２は、プラズマ負荷３において時々刻々と変動する負荷のインピーダンスに対応するために、整合器２の入力端から負荷側を見たインピーダンスが所定値（例えば高周波電源装置１の出力インピーダンスの５０Ω）になるように、例えば内部に設けたコンデンサの容量を変化させる。これにより、高周波電源装置１側のインピーダンスとプラズマ負荷３側のインピーダンスとをマッチングさせて、プラズマ負荷３からの反射波電力の抑制を行う。なお、整合器２は必須の構成でなく、プラズマ負荷３と高周波電源装置１とを直結してもよい。

【0015】

高周波電源装置１は、例えば、４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、６０ＭＨｚ等の工業用のＲＦ帯（RadioFrequency）の周波数の電圧成分を有する高周波電力を出力する交流電源であり、出力インピーダンスは、例えば５０Ω等の規定の値に設定されている。高周波電源装置１から出力された高周波電力は、整合器２を介してプラズマ負荷３に供給される。高周波電源装置１は、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換し出力した出力電圧を、例えばインバータ回路によって所定の高周波交流電圧（ＲＦ電圧）に変換して出力する。また、高周波電源装置１は、高周波電源装置１を制御する制御装置を備わっており、例えば、出力する高周波電力（進行波電力）の電力値または出力電圧（進行波電圧）の電圧値等が目標値となるように出力が制御される。なお、高周波電源装置１からプラズマ負荷３に向かう高周波電力を進行波電力といい、その電圧成分を進行波電圧という。また、プラズマ負荷３で反射して高周波電源装置１に向かう高周波電力を反射波電力といい、その電圧成分を反射波電圧という。

【0016】

高周波電源装置１から出力する高周波電力（進行波電力）の形態として、出力電圧（進行波電圧）がＨｉｇｈ期間とＬｏｗ期間とを交互に繰り返すパルス出力と呼ばれる形態がある。例えば、プラズマ負荷３に供給される電力が、Ｈｉｇｈ期間では１０００Ｗ、Ｌｏｗ期間では０Ｗとなるように、高周波電源装置１の出力電圧が制御される。もちろん、Ｌｏｗ期間は０Ｗよりも大きな電力値であってもよい。

【0017】

このようなパルス出力を行う場合、高周波電源装置１の制御装置は、パルス周期及びデューティ比を予め設定する。高周波電源装置１の制御装置は、パルス周期及びデューティ比に基づいて、例えば矩形状のパルス指令信号を生成する。高周波電源装置１は、パルス指令信号に基づいて変調した高周波電力（進行波電力）を出力する。高周波電源装置１の制御装置は、パルス指令信号を後述するパルス出力モニタ装置５に出力する。なお、パルス指令信号によって、進行波電圧の電圧波形の包絡線の形状が定まる。

【0018】

上述のようなプラズマ処理システムでは、ガス種類、ガス流量、高周波電源装置１から供給する高周波電力の大きさ等によってプラズマの状態が異なるので、それらが適切な状態となるように制御したり、異常の有無をモニタ（監視）したりすることがある。

【0019】

その対象の１つとして、プラズマ負荷３における電圧がある。ただし、プラズマ負荷３における電圧を直接検出することが困難なので、プラズマ負荷３の入力端や整合器２の出力端等の検出可能な箇所に検出器を設けて、電圧を検出している。この電圧をＶｐｐ検出電圧、検出器をＶｐｐ検出器とする。なお、Ｖｐｐ検出器は、電圧検出器の一例である。

【0020】

高周波電源装置１から出力する高周波電力（進行波電力）の形態として、上述のように、出力電圧（進行波電圧）がＨｉｇｈ期間とＬｏｗ期間とを交互に繰り返すパルス出力と呼ばれる形態がある。例えば、プラズマ負荷３に供給される電力が、Ｈｉｇｈ期間では１０００Ｗ、Ｌｏｗ期間では０Ｗとなるように、高周波電源装置１の出力電圧が制御される。Ｌｏｗ期間は０Ｗよりも大きな電力値であってもよい。

【0021】

このようなパルス出力を行う場合、時間軸で若干の遅れが生じるが、パルス出力のＨｉｇｈ期間であればＶｐｐ検出器で検出されるＶｐｐ検出電圧の電圧値も大きく（Ｈｉｇｈ期間）、パルス出力のＬｏｗ期間であればＶｐｐ検出器で検出されるＶｐｐ検出電圧の電圧値も小さく（Ｌｏｗ期間）なるはずである。すなわち、パルス出力の指令値の大小関係とＶｐｐ検出電圧の電圧値の大小関係とは一致するはずである。

【0022】

しかし、実際には、パルス出力の指令値の大小関係とＶｐｐ検出電圧の電圧値の大小関係とが異なる場合がある。

【0023】

図２は、パルス指令信号と、Ｖｐｐ検出電圧の波形の一例を示す図である。
図２（ａ）は、高周波電源装置１が生成するパルス指令信号を示す。また、図２（ｂ）は、あるプロセスにおけるＶｐｐ検出器で検出される電圧波形の一例である。図２（ａ）に示す波形の包絡線の形状と、図２（ｂ）に示す波形の包絡線の形状は、類似している。

【0024】

図２（ｃ）は、図２（ｂ）とは異なるプロセスにおけるＶｐｐ検出電圧の波形の一例を示す。図２（ｃ）に示すように、パルス出力のＨｉｇｈ期間のときにＶｐｐ検出器で検出されるＶｐｐ検出電圧が小さく、パルス出力のＬｏｗ期間のときにＶｐｐ検出器で検出されるＶｐｐ検出電圧が大きくなる場合がある。

【0025】

この理由は、Ｖｐｐ検出器の位置において、高周波電源装置１から出力されてプラズマ負荷３に向かう電圧（進行波電圧）とプラズマ負荷３から高周波電源装置１に向かう電圧（反射波電圧）とが合成された定在波としてＶｐｐ検出器で検出されるため、反射の度合い（反射係数）、進行波電圧の位相と反射波電圧の位相との関係によってＶｐｐ検出電圧が変化するためと考えられる。

【0026】

例えば、進行波電圧の位相と反射波電圧の位相との関係が一定であっても、進行波電圧を打ち消すように反射波電圧が作用する場合は、Ｖｐｐ検出電圧の検出値は小さくなる。反対に、進行波電圧を増幅するように反射波電圧が作用する場合は、Ｖｐｐ検出電圧の検出値は大きくなる。その結果、図２（ｃ）に示すように、パルス出力の指令値の大小関係とＶｐｐ検出電圧値の大小関係とは一致しない場合が生じうる。
このような場合でも、Ｖｐｐ検出電圧の波形の包絡線の形状が一定の形状パターンを繰り返すのであれば、それ自体は問題ではなく、エッチング等のプラズマ処理の結果の良否が重要となる。

【0027】

上記のような現象だけでなく、Ｖｐｐ検出電圧の波形の包絡線の形状が一定ではなく、時間とともに変化する現象が確認されている。例えば、反射係数の大きさが同じであったとしても、進行波電圧の位相と反射波電圧の位相との関係が、時間の経過とともに変化すれば、Ｖｐｐ検出電圧は時間の経過とともに変化する。これに、反射係数が時間の経過とともに変化すれば、Ｖｐｐ検出電圧は多様な変化をし得る。

【0028】

さらに、２つの高周波電源装置を用い、負荷に異なる周波数の高周波電力を供給する場合は、他方の周波数の高周波電力の影響により反射波電圧が大きくなりやすいので、Ｖｐｐ検出電圧は更に多様な変化をし得る。

【0029】

そうなると、Ｖｐｐ検出電圧に基づいて、制御を行ったり、異常の有無をモニタ（監視）したりする等を行う際に問題が生じる。例えば、正しくパルス出力が行われているかをＶｐｐ検出電圧によって判別することができない場合が発生しうる。そのため、本実施形態にかかるプラズマシステムでは、Ｖｐｐ検出電圧が多様な変化をする場合であっても、以下に示すパルス出力モニタ装置５によって、負荷におけるパルス出力に関する情報をモニタし、その情報を出力する。

【0030】

図３は、第１の実施形態に係るパルス出力モニタ装置を含む一構成例を示す図である。図３に示す構成は、例えば、整合器２に含まれる。整合器２は、Ｖｐｐ検出器２１、フィルタ２２、およびパルス出力モニタ装置５を含む。整合器２には、その他にも、例えば、インピーダンス整合を行うために必要な可変コンデンサ等が含まれるが、ここでは省略している。
パルス出力モニタ装置５は、第１基準波形生成部５１、第２基準波形生成部５２、期間内電圧波形生成部５３、第１類似度演算部５４、第２類似度演算部５５、第１判定部５６、第２判定部５７、および出力部５８を備える。なお、パルス出力モニタ装置５は、整合器２に内蔵せずに外部に設けられてもよい。

【0031】

パルス出力モニタ装置５は、ＲＡＭ（RandomAccessMemory）又はＲＯＭ（ReadOnlyMemory）等の記憶部（図示せず）を備えたＭＰＵ（Micro-processingunit）、システムＬＳＩ（Large-ScaleIntegration）又はＦＰＧＡ（Field-ProgrammableGateArray）を含み、記憶部に記憶してあるプログラム及びデータを読み出して実行することにより、種々の制御処理及び演算処理等を行う。パルス出力モニタ装置５は、プログラムを実行することにより、第１基準波形生成部５１、第２基準波形生成部５２、期間内電圧波形生成部５３、第１類似度演算部５４、第２類似度演算部５５、第１判定部５６、第２判定部５７、および出力部５８として機能する。

【0032】

Ｖｐｐ検出器２１は、整合器２の出力端等のプラズマ負荷３に近い位置に設けられる。Ｖｐｐ検出器２１は、設置位置における電圧を検出し、検出した電圧情報をフィルタ２２へ出力する。例えば、電圧の振幅情報である。アナログの検出信号として出力してもよいし、図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタルの検出信号に変換した後に出力してもよい。

【0033】

フィルタ２２は、ノイズを除去するものであり、Ｖｐｐ検出電圧の波形のノイズを除去して、Ｖｐｐ検出電圧の情報を第１基準波形生成部５１、第２基準波形生成部５２、及び期間内電圧波形生成部５３へ出力する。
なお、フィルタ２２の入力信号がアナログの検出信号であればアナログのフィルタが採用され、フィルタ２２の入力信号がデジタルの検出信号であればデジタルのフィルタが採用される。フィルタ２２の出力は、第１基準波形生成部５１、第２基準波形生成部５２、及び期間内電圧波形生成部５３に向けて出力されるため、アナログのフィルタの場合は、図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタルの検出信号に変換した後に出力される。

【0034】

＜基準波形の生成＞
第１基準波形生成部５１は、パルス指令信号の立ち上がりタイミング近傍の第１期間においてＶｐｐ検出器２１で検出した電圧情報に基づいて、立ち上がりタイミングでの基準波形となる第１基準波形ＷＦ１を生成する。生成した第１基準波形ＷＦ１は、第１類似度演算部５４に向けて出力される。第１基準波形ＷＦ１は、例えば、Ｖｐｐ検出電圧の波形の包絡線によって表される。
また、第２基準波形生成部５２は、パルス指令信号の立ち下がりタイミング近傍の第２期間においてＶｐｐ検出器２１で検出した電圧情報に基づいて、立ち下がりタイミングでの基準波形となる第２基準波形ＷＦ２を生成する。生成した第２基準波形ＷＦ２は、第２類似度演算部５５に向けて出力する。第２基準波形ＷＦ２は、例えば、Ｖｐｐ検出電圧の波形の包絡線によって表される。

【0035】

第１基準波形生成部５１および第２基準波形生成部５２は、例えば、高周波電源装置１の制御装置からパルス指令信号を受信する。また、第１基準波形生成部５１および第２基準波形生成部５２は、例えば、高周波電源装置１の制御装置から調整時間Ｔadjおよび検出時間Ｔdetを受信する。調整時間Ｔadjおよび検出時間Ｔdetは、予め定められたパラメータである。また、調整時間Ｔadjは、正の値だけでなく、負または０値でも対応可能である。

【0036】

第１期間は、パルス指令信号の立ち上がりタイミングから調整時間Ｔadjだけずらしたタイミングから始まり、検出時間Ｔdetが経過したときに終了する。
第１基準波形生成部５１は、第１期間において検出したＶｐｐ検出電圧の情報を図示しない記憶手段に記憶し、第１期間が終了した後、記憶された情報を読み出して、第１基準波形ＷＦ１を生成する。記憶された情報を読み出すタイミングや第１基準波形ＷＦ１を生成するタイミングは、状況に応じて設定される。

【0037】

第２期間は、パルス指令信号の立ち下がりタイミングから調整時間Ｔadjだけずらしたタイミングから始まり、検出時間Ｔdetが経過したときに終了する。
第２基準波形生成部５２は、第２期間において検出したＶｐｐ検出電圧の情報を図示しない記憶手段に記憶し、第２期間が終了した後、記憶された情報を読み出して、第２基準波形ＷＦ２を生成する。記憶された情報を読み出すタイミングや第１基準波形ＷＦ１を生成するタイミングは、状況に応じて設定される。

【0038】

次に、図４を用いて、調整時間Ｔadjおよび検出時間Ｔdetについて更に説明する。
図４は、第１基準波形ＷＦ１を生成する際のパルス指令信号と調整時間Ｔadj及び検出時間Ｔdetとの関係を示す図である。
図４（ａ）は、調整時間Ｔadjが負の場合の例である。第１基準波形生成部５１は、パルス指令信号の立ち上がり時よりも調整時間Ｔadjだけ先に検出を開始し、検出時間Ｔdetの時間だけＶｐｐ検出電圧の検出を行い、検出したＶｐｐ検出電圧の情報に基づいて、図４（ａ）に示すような破線領域に対応する第１基準波形ＷＦ１を生成する。

【0039】

図４（ｂ）は、調整時間Ｔadjが０の場合の例である。第１基準波形生成部５１は、パルス指令信号の立ち上がり時と同時に検出を開始し、検出時間Ｔdetの時間だけＶｐｐ検出電圧の検出を行い、検出したＶｐｐ検出電圧の情報に基づいて、図４（ｂ）に示すような破線領域に対応する第１基準波形ＷＦ１を生成する。

【0040】

図４（ｃ）は、調整時間Ｔadjが正の場合の例である。第１基準波形生成部５１は、パルス指令信号の立ち上がり時から調整時間Ｔadjだけ経過したときに検出を開始し、検出時間Ｔdetの時間だけＶｐｐ検出電圧の検出を行い、検出したＶｐｐ検出電圧の情報に基づいて、図４（ｃ）に示すような破線領域に対応する第１基準波形ＷＦ１を生成する。

【0041】

このように調整時間Ｔadj及び検出時間Ｔdetを用いると、第１基準波形ＷＦ１の領域を調整できるので、後述する類似判定に適した第１基準波形ＷＦ１を生成できる。また、調整時間Ｔadj及び検出時間Ｔdetは、パルス出力のパルス周波数、デューティ比（デューティサイクル）等によって適切な時間が異なるので、パルス出力の状況等に応じて適宜設定すればよい。例えば、図４（ａ）のようにする方が適している状況もあれば、図４（ｂ）のようにする方が適している状況もあると考えられる。

【0042】

なお、詳細説明は省略するが、第２基準波形生成部５２も同様に、パルス指令信号の立ち下がり時用の調整時間Ｔadj及び検出時間Ｔdetを用いて第２基準波形ＷＦ２を生成する。そのため、第１基準波形生成部５１と同様に後述する類似判定に適した第２基準波形ＷＦ２を生成できる。

【0043】

また、第１基準波形生成部５１は、複数回に亘ってＶｐｐ検出電圧を検出し、検出したＶｐｐ検出電圧の電圧情報に基づいて複数の基準波形を生成し、それらを例えば平均することによって第１基準波形ＷＦ１を生成してもよい。第２基準波形生成部５２も同様に、複数回に亘ってＶｐｐ検出電圧を検出し、検出したＶｐｐ検出電圧の電圧情報に基づいて複数の基準波形を生成し、それらを例えば平均することによって第２基準波形を生成してもよい。何故ならば、Ｖｐｐ検出電圧の波形は、ある程度の再現性はあるものの、毎回同じ波形ではないからである。このように平均化すると安定した第１基準波形ＷＦ１および第２基準波形ＷＦ２を生成することができる。

【0044】

なお、第１基準波形生成部５１および第２基準波形生成部５２は、複数回に亘って検出したＶｐｐ検出電圧の情報を図示しない記憶手段に記憶し、複数回の検出が終了した後、記憶された情報を読み出して、第１基準波形ＷＦ１および第２基準波形ＷＦ２を生成する。記憶された情報を読み出すタイミングや第１基準波形ＷＦ１および第２基準波形ＷＦ２を生成するタイミングは、状況に応じて設定される。

【0045】

第１基準波形ＷＦ１および第２基準波形ＷＦ２は、一度設定すればよいというものではなく、適宜、更新していく必要がある。例えば、パルス出力の１００サイクルに１度の割合で更新を行う。どの程度の割合で更新するかは、状況に応じて設定される。

【0046】

＜期間内電圧波形の生成＞
期間内電圧波形生成部５３は、フィルタ２２の出力信号を入力し、予め定めた時間周期毎に、Ｖｐｐ検出器２１で検出した電圧情報に基づいて所定期間内の電圧波形（以下、期間内電圧波形という）を生成する。この期間内電圧波形は、例えば、Ｖｐｐ検出電圧の波形の包絡線によって表される。期間内電圧波形は、第１類似度演算部５４および第２類似度演算部５５に向けて出力される。すなわち、図３に示した期間内電圧波形生成部５３の場合、同一の期間内電圧波形が第１類似度演算部５４および第２類似度演算部５５に入力される。この場合、上記の所定期間は、第１期間および第２期間と同じ時間を有する期間となる。必然的に、第１期間と第２期間は、同じ時間を有する期間となる。

【0047】

図５は、期間内電圧波形の一例を示す図である。
図５（ａ）は、１番目の期間内電圧波形ＷＦdet１を示す。図５（ｂ）は、２番目の期間内電圧波形ＷＦdet２を示す。図５（ｃ）は、３番目の期間内電圧波形ＷＦdet３を示す。図５（ｄ）は、ｎ番目の期間内電圧波形ＷＦdetｎを示す。
このように、期間内電圧波形生成部５３は、あるタイミング（例えばパルス指令信号の立ち上がり時）を基準として、１番目の期間内電圧波形を生成した後、順次期間内電圧波形を生成する。

【0048】

図５に示すように、それぞれの期間内電圧波形は、パルス指令信号と時間軸が重なっている。図５の例では、説明を簡略化するために、検出時間Ｔdetの５０％が重複するようにしているが、これに限定されない。重複度を高めてもよいし（例えば９０％）、重複度を低くしてもよい（例えば１０％）。基本的には、重複度を高めて、きめ細かくデータを取得した方が、精度が高まるが、演算負荷が高くなるので、状況に応じて重複度を定めればよい。

【0049】

なお、期間内電圧波形生成部５３は、検出したＶｐｐ検出電圧の情報を図示しない記憶手段に記憶しておき、その後、記憶されたＶｐｐ検出電圧の情報を読み出して期間内電圧波形を生成する。記憶された情報を読み出すタイミングや期間内電圧波形を生成するタイミングは、状況に応じて設定される。

【0050】

＜類似度の演算＞
第１類似度演算部５４は、予め定めた時間周期毎に、第１基準波形ＷＦ１と期間内電圧波形生成部５３で生成した期間内電圧波形との類似度を演算する。
期間内電圧波形生成部５３で生成される期間内電圧波形が図５のようであれば、第１類似度演算部５４は、１番目～ｎ番目の各期間内電圧波形と第１基準波形ＷＦ１との類似度を演算する。第１類似度演算部５４は、演算した類似度を、第１類似度ＳＭ１（ｎ）として第１判定部５６へ出力する。ここで、「ｎ」は検出タイミングである。

【0051】

第２類似度演算部５５は、予め定めた時間周期毎に、第２基準波形ＷＦ２と期間内電圧波形生成部５３で生成した期間内電圧波形との類似度を演算する。
期間内電圧波形生成部５３で生成される期間内電圧波形が図５のようであれば、第２類似度演算部５５は、１番目～ｎ番目の各期間内電圧波形と第２基準波形ＷＦ２との類似度を演算する。第２類似度演算部５５は、演算した類似度を、第２類似度ＳＭ２（ｎ）として第２判定部５７へ出力する。ここで、「ｎ」は検出タイミングである。

【0052】

図６は、図５に示した期間内電圧波形を類似度演算対象とした場合に、第１類似度演算部５４が演算した第１類似度ＳＭ１（ｎ）の一例である。第２類似度演算部５５は、第１類似度演算部５４での処理と同様なので、ここでは説明を省略する。

【0053】

第１類似度演算部５４及び第２類似度演算部５５は、例えば、正規化相互相関を用いて、類似度を演算する。正規化相互相関は、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）やＺＮＣＣ（Zero-mean Normalized Cross-Correlation）を適用することができる。
なお、本実施形態では、説明を簡略化するために、第１類似度演算部５４は、類似度を１～１０の１０段階で演算するものとする。図６に示した例では、２番目の期間内電圧波形ＷＦdet２の類似度が最も高いことを示している。

【0054】

第１判定部５６は、第１類似度演算部５４で演算した第１類似度ＳＭ１（１）～第１類似度ＳＭ１（ｎ）のうち、類似度が一番高い第１類似度ＳＭ１（ｍａｘ）に対応する検出タイミングのときをパルスの立ち上がり時であると判定する。第１判定部５６は、この第１類似度ＳＭ１（ｍａｘ）に関する情報を出力部５８へ出力する。すなわち、第１判定部５６は、パルスの立ち上がり時であると判定した検出タイミングと対応する類似度を出力部５８へ出力する。

【0055】

図６に示した例では、２番目の期間内電圧波形ＷＦdet２の類似度が一番高いので、２番目のタイミングで実際のＶｐｐ検出電圧が立ち上がったと推測できる。そのため、第１判定部５６は、検出タイミングｎが２番目であり、そのときの類似度が８であることを示す情報を出力部５８へ出力する。

【0056】

第２判定部５７は、第２類似度演算部５５で演算した第１類似度ＳＭ１（１）～第２類似度ＳＭ２（ｎ）のうち、類似度が一番高い第１類似度ＳＭ２（ｍａｘ）に対応する検出タイミングのときをパルスの立ち下がり時であると判定する。第２判定部５７は、この第２類似度ＳＭ１（ｍａｘ）に関する情報を出力部５８へ出力する。第２判定部５７における処理は、第１判定部５６と同様なので、図を用いた説明は省略する。

【0057】

＜パルス出力に関する情報の出力＞
出力部５８は、第１判定部５６から出力された第１類似度ＳＭ１（ｍａｘ）と、第２判定部５７から出力された第２類似度ＳＭ２（ｍａｘ）とを入力する。
出力部５８は、パルス出力の立ち上がりタイミングを、第１判定部５６から出力された第１類似度ＳＭ１（ｍａｘ）が示すタイミングであると判断する。また、パルス出力の立ち下りタイミングを、第２判定部５７から出力された第２類似度ＳＭ２（ｍａｘ）が示すタイミングであると判断する。そして、これらの情報に基づいてパルス出力の周波数（周期で表してもよい）と、パルス出力のデューティ比（パルス出力の周期に対するＨｉｇｈ期間の割合）とを出力する。なお、出力部５８は、パルス出力の周波数とパルス出力のデューティ比のうち、いずれか１つだけを出力してもよい。
パルス出力の周波数とパルス出力のデューティ比は、第１判定部５６の判定結果と第２判定部５７の判定結果に基づく、パルス出力に関する情報の一例である。

【0058】

また、図３の点線矢印で示したように、出力部５８は、パルス指令信号を高周波電源装置１から受信することができる。このようにすれば、実際のパルス出力の立ち上がりタイミングとパルス指令信号の立ち上がりタイミングとのズレ量が分かる。また、実際のパルス出力の立ち下がりタイミングとパルス指令信号の立ち下がりタイミングとのズレ量が分かる。そのため、出力部５８は、これらの情報も出力することができる。

【0059】

出力部５８から出力された情報は、例えば、高周波電源装置１やプラズマ処理システム全体を制御する制御装置に対して送られる。

【0060】

出力部５８から出力された情報（例えば、パルス出力の周波数、デューティ比、上記立ち上がりタイミングでのズレ量、および、上記立ち下がりタイミングでのズレ量）の少なくとも１つをモニタすることによって、モニタ対象の情報が、時間の経過とともにどのように変化していくのかを知ることができる。また、このような情報を分析すれば、例えば、プラズマ処理装置のチャンバーにおけるパーティクル等による汚染度合いを推測することができる。これは、チャンバーのクリーニング時期を判断する目安となる。また、何らかの異常が発生していることを推測することができる。例えば、パルス出力のデューティ比が、当初に比べて基準値以上異なってくると、チャンバー内の汚染度合いが高くなっている可能性がある。もちろん、この情報だけで判断できない場合もあるが、１つの判断材料になり得る。
このように、出力部５８から出力する情報は、プロセス管理上、重要なので、適切にパルス出力に関する情報をモニタできることは有用である。

【0061】

図７は、パルス出力モニタ装置５で実行するパルス出力に関する情報を出力する処理手順を示すフローチャートである。まず、第１基準波形生成部５１および第２基準波形生成部５２は、第１基準波形ＷＦ１および第２基準波形ＷＦ２を生成する（ステップＳ１）。続いて、期間内電圧波形生成部５３は、予め定めた時間周期毎に、期間内電圧波形を生成する（ステップＳ２）。続いて、第１類似度演算部５４は、第１基準波形ＷＦ１と、期間内電圧波形との類似度を演算する。また、第２類似度演算部５５は、第２基準波形ＷＦ２と、期間内電圧波形との類似度を演算する（ステップＳ３）。

【0062】

続いて、第１判定部５６および第２判定部５７は、演算した類似度に基づいて、パルス出力の立ち上がりタイミングおよびパルス出力の立ち下りタイミングを判定する（ステップＳ４）。出力部５８は、パルス出力の立ち上がりタイミングおよびパルスの立ち下がりタイミングに基づいてパルス出力に関する情報を出力する（ステップＳ５）。

【0063】

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るパルス出力モニタ装置を含む他の構成例を示す図である。
図８に示すパルス出力モニタ装置５ａは、期間内電圧波形生成部５３に、第１期間内電圧波形生成部５３１及び第２期間内電圧波形生成部５３２を備えている。この点に関して、第１の実施形態と異なる。
また、第１の実施形態では、第１基準波形生成部５１および第２基準波形生成部５２は、共通の調整時間Ｔadjおよび検出時間Ｔdetを入力していたが、第２の実施形態では、それぞれに専用の調整時間Ｔadjおよび検出時間Ｔdetを入力する。
より具体的には、第１基準波形生成部５１は、第１期間用の調整時間Ｔadjとして第１調整時間Ｔadj1を入力し、第１期間用の検出時間Ｔdetとして第１検出時間Ｔdet1を入力する。第２基準波形生成部５２は、第２期間用の調整時間Ｔadjとして第２調整時間Ｔadj2を入力し、第２期間用の検出時間Ｔdetとして第２検出時間Ｔdet2を入力する。
なお、パルス指令信号は、第２の実施形態でも第１基準波形生成部５１と第２基準波形生成部５２とで共通である。

【0064】

第１期間は、パルス指令信号の立ち上がりタイミングから第１調整時間Ｔadj1だけずらしたタイミングから始まり、第１検出時間Ｔdet1が経過したときに終了する。第１基準波形生成部５１は、第１期間において検出したＶｐｐ検出電圧の情報を図示しない記憶手段に記憶し、第１期間が終了した後、記憶された情報を読み出して、第１基準波形ＷＦ１を生成する。記憶された情報を読み出すタイミングや第１基準波形ＷＦ１を生成するタイミングは、状況に応じて設定される。

【0065】

第２期間は、パルス指令信号の立ち下がりタイミングから第２調整時間Ｔadj2だけずらしたタイミングから始まり、第２検出時間Ｔdet2が経過したときに終了する。第２基準波形生成部５２は、第２期間において検出したＶｐｐ検出電圧の情報を図示しない記憶手段に記憶し、第２期間が終了した後、記憶された情報を読み出して、第２基準波形ＷＦ２を生成する。記憶された情報を読み出すタイミングや第１基準波形ＷＦ１を生成するタイミングは、状況に応じて設定される。

【0066】

第１期間内電圧波形生成部５３１は、第１期間と同じ時間を有する期間内で検出した電圧情報に基づいて、その期間内での電圧波形（以下、第１期間内電圧波形という）を生成る。この第１期間内電圧波形は、例えば、Ｖｐｐ検出電圧の波形の包絡線によって表される。生成した第１期間内電圧波形は、第１類似度演算部５４に向けて出力される。

【0067】

第２期間内電圧波形生成部５３２は、第２期間と同じ時間を有する期間内で検出した電圧情報に基づいて、その期間内での電圧波形（以下、第２期間内電圧波形という）を生成する。この第２期間内電圧波形は、例えば、Ｖｐｐ検出電圧の波形の包絡線によって表される。生成した第２期間内電圧波形は、第２類似度演算部５５に向けて出力される。

【0068】

図８の期間内電圧波形生成部５３の場合は、第１期間と第２期間は、同じ時間を有する期間であってもよいし、異なる時間を有する期間であってもよい。同じ時間を有する期間にすると、制御が簡素化できる。異なる時間を有する期間にすると、第１期間および第２期間に適した制御ができる。このように、期間内電圧波形生成部５３が、第１期間内電圧波形生成部５３１と第２期間内電圧波形生成部５３２とに分かれていると、制御方法の選択肢を増やすことができる。

【0069】

以上説明したように、本実施形態（第１の実施形態、第２の実施形態）のパルス出力モニタ装置５は、パルス出力の立ち上がり時および立ち下がり時の電圧波形を基準波形として生成する。また、パルス出力中の期間内電圧波形を生成する。そして、当該基準波形と期間内電圧波形との類似度に基づいて、パルス出力の立ち上がりタイミングおよび立ち下りタイミングを判定するので、Ｖｐｐ検出器で検出されるＶｐｐ検出電圧が反射波の電圧の影響を受けたとしても、適切にパルス出力に関する情報をモニタすることができる。パルス出力に関する情報は、例えば、パルス出力の周波数、パルス出力のデューティ比等である。これらの情報は、プロセス管理上、重要なので、適切にパルス出力に関する情報をモニタできることは有用である。

【0070】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0071】

１ 高周波電源装置、２ 整合器、３ プラズマ負荷、５ パルス出力モニタ装置、２１ Ｖｐｐ検出器、２２ フィルタ、５１ 第１基準波形生成部、５２ 第２基準波形生成部、５３ 期間内電圧波形生成部、５４ 第１類似度演算部、５５ 第２類似度演算部、５６ 第１判定部、５７ 第２判定部、５８ 出力部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】