特許 7561106 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】

(24)【登録日】2024-09-25

(45)【発行日】2024-10-03

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240926BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 B

H05H1/46 R

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021143191

(22)【出願日】2021-09-02

(65)【公開番号】P2022071824

(43)【公開日】2022-05-16

【審査請求日】2024-03-12

(31)【優先権主張番号】P 2020180598

(32)【優先日】2020-10-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】石田 洋平

【審査官】坂上 大貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９４９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９１５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１４８１１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

２１／３０６５

２１／４６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に供給されるガスを励起させるための電力供給部と、
を備え、
前記電力供給部は、制御器から指示された設定周波数、設定帯域幅、及び設定キャリアピッチにそれぞれ応じた中央周波数、帯域幅及びキャリアピッチを有する電力であって、制御器から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調され、かつ、前記設定パルス周波数及び前記設定デューティ比によって定まるパルスＯＮ時間が、帯域幅を有する電力が持つパワー変動周期よりも長い、電力を供給する、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記電力供給部は、
パルス変調されたマイクロ波を前記電力として発生するマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波発生部から伝搬されたマイクロ波を出力する出力部と、
前記マイクロ波発生部から前記出力部に伝搬される進行波の一部を出力する第１の方向性結合器と、
前記第１の方向性結合器から出力される前記進行波の前記一部に基づいて前記出力部における前記進行波のパワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第１のＨｉｇｈ測定値及び第１のＬｏｗ測定値を決定する測定部と、
を有し、
前記マイクロ波発生部は、
第１のＨｉｇｈ測定値及び第１のＬｏｗ測定値を所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化し、
平均化された前記第１のＨｉｇｈ測定値及び前記Ｈｉｇｈレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調された前記マイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーを制御し、
平均化された前記第１のＬｏｗ測定値及び前記Ｌｏｗレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調された前記マイクロ波のＬｏｗレベルのパワーを制御する、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

前記電力供給部は、前記出力部に戻された反射波の一部を出力する第２の方向性結合器をさらに有し、
前記測定部は、前記第２の方向性結合器から出力される前記反射波の一部に基づいて前記出力部における前記反射波のパワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第２のＨｉｇｈ測定値及び第２のＬｏｗ測定値をさらに決定し、
前記マイクロ波発生部は、
前記第２のＨｉｇｈ測定値及び前記第２のＬｏｗ測定値を所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化し、
平均化された前記第１のＨｉｇｈ測定値、平均化された前記第２のＨｉｇｈ測定値及び前記Ｈｉｇｈレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調された前記マイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーを制御し、
平均化された前記第１のＬｏｗ測定値、平均化された前記第２のＬｏｗ測定値及び前記Ｌｏｗレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調された前記マイクロ波のＬｏｗレベルのパワーを制御する、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記設定パルス周波数及び前記設定デューティ比によって定まるパルスＬｏｗ時間は、帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長い、請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記Ｌｏｗレベルは０である、請求項１～３の何れか一項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】

特許文献１は、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置を開示する。このプラズマ処理装置は、帯域幅を有するマイクロ波を出力するマイクロ波出力装置を備える。マイクロ波出力装置は、パルス変調されたマイクロ波のパワーを制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３６４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載の装置にあっては、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（電力の一例）のパルス変調されたパワーを精度良く制御するために、改善の余地がある。本開示は、マルチキャリアによる帯域幅を有する電力のパルス変調されたパワーを精度良く制御できるプラズマ処理装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一態様においてはプラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体と、チャンバ本体内に供給されるガスを励起させるための電力を出力する電力供給部とを備える。電力供給部は、制御器から指示された設定周波数、設定帯域幅及び設定キャリアピッチにそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波であって、制御器から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調され、かつ、設定パルス周波数及び設定デューティ比によって定まるパルスＯＮ時間が、帯域幅を有する電力が持つパワー変動周期よりも長い、電力を供給する。なお、デューティ比はパルスＯＮ時間をパルス周期（パルスＯＮ時間＋パルスＯＦＦ時間）で割った値である。

【発明の効果】

【0006】

本開示の種々の態様及び実施形態によれば、マルチキャリアによる帯域幅を有する電力のパルス変調されたパワーを精度良く制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す図である。

【図2】マイクロ波出力装置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】パワーがパルス変調されたマイクロ波の一例である。

【図5】異なるキャリアピッチを有するマイクロ波の一例を示す図である。

【図6】マイクロ波をパルス変調するための同期信号の一例である。

【図7】マイクロ波のパワーフィードバックに関する構成の一例を示す図である。

【図8】マイクロ波のパワーフィードバックに関する構成の他の例を示す図である。

【図9】マイクロ波出力装置のパワーフィードバックに関する詳細構成の第１例を示す図である。

【図10】マイクロ波出力装置のパワーフィードバックに関する詳細構成の第２例を示す図である。

【図11】マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（パルス変調なし）の波形の一例である。

【図12】図１１に示されるマイクロ波をＢＢ周期で平均化して得られた波形の一例である。

【図13】マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（パルス変調なし）のパワーの移動平均の一例である。

【図14】マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ１０ｋＨｚ、パルス変調あり）の検波出力の一例である。

【図15】マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ１０ｋＨｚ、パルス変調あり）のパワーの測定結果を纏めた表である。

【図16】パルスＯＮ時間の一例を示す表である。

【図17】キャリアピッチ、ＢＢ周期及びパルスＯＮ時間の一例を示す表である。

【図18】マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ５００．１ｋＨｚ、パルス変調あり）の検波出力の一例である。

【図19】マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ５００．１ｋＨｚ、パルス変調あり）のパワーの測定結果を纏めた表である。

【図20】マイクロ波のパワーフィードバックに関する構成の他の例を示す図である。

【図21】パルスＯＮ信号とＢＢ周期とのタイミングを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

【0009】

一態様においてはプラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体と、チャンバ本体内に供給される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とを備える。マイクロ波出力装置は、マイクロ波発生部、出力部、第１の方向性結合器及び測定部を備える。マイクロ波発生部は、制御器から指示された設定周波数、設定帯域幅及び設定キャリアピッチにそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波であって、制御器から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーにそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調された該マイクロ波を発生する。なお、デューティ比はパルスＯＮ時間をパルス周期（パルスＯＮ時間＋パルスＯＦＦ時間）で割った値である。出力部は、マイクロ波発生部から伝搬されたマイクロ波を出力する。第１の方向性結合器は、マイクロ波発生部から出力部に伝搬される進行波の一部を出力する。測定部は、第１の方向性結合器から出力される進行波の一部に基づいて出力部における進行波のパワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第１のＨｉｇｈ測定値及び第１のＬｏｗ測定値を決定する。設定パルス周波数及び設定デューティ比によって定まるパルスＯＮ時間は、帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長い。マイクロ波発生部は、第１のＨｉｇｈ測定値及び第１のＬｏｗ測定値を所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化する。マイクロ波発生部は、平均化された第１のＨｉｇｈ測定値及びＨｉｇｈレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーを制御し、平均化された第１のＬｏｗ測定値及びＬｏｗレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＬｏｗレベルのパワーを制御する。

【0010】

このプラズマ処理装置では、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波のパワーがパルス変調される。そして、平均化された第１のＨｉｇｈ測定値及びＨｉｇｈレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーが制御される。さらに、平均化された第１のＬｏｗ測定値及びＬｏｗレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＬｏｗレベルのパワーが制御される。このように、マイクロ波のパワーがパルス変調され、かつ、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのパワーが設定パワーに基づいて制御されることにより、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波のパルス変調されたパワーを制御できる。そして、設定パルス周波数及び設定デューティ比によって定まるパルスＯＮ時間は、帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長いという条件を満たすことにより、Ｈｉｇｈレベルのパワーの波形を切り出して適切に平均化することができる。このため、結果としてパワーの揺らぎ（設定パワーとの差異）が抑えられる。よって、この装置は、帯域幅を有し、パルス変調されたマイクロ波のパワーを精度良く制御できる。

【0011】

一実施形態においては、マイクロ波出力装置は、出力部に戻された反射波の一部を出力する第２の方向性結合器をさらに備えてもよい。測定部は、第２の方向性結合器から出力される反射波の一部に基づいて出力部における反射波のパワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第２のＨｉｇｈ測定値及び第２のＬｏｗ測定値をさらに決定する。マイクロ波発生部は、第２のＨｉｇｈ測定値及び第２のＬｏｗ測定値を所定の移動平均時間及び所定のサンプリング間隔で平均化し、平均化された第１のＨｉｇｈ測定値、平均化された第２のＨｉｇｈ測定値及びＨｉｇｈレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーを制御し、平均化された第１のＬｏｗ測定値、平均化された第２のＬｏｗ測定値及びＬｏｗレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＬｏｗレベルのパワーを制御する。

【0012】

このように構成することで、プラズマ処理装置は、反射波のパワーに基づいたパワー制御を行える。さらに、プラズマ処理装置は、反射波のパワーであっても、Ｈｉｇｈレベルのパワーの波形を切り出して適切に平均化することができる。

【0013】

一実施形態においては、設定パルス周波数及び設定デューティ比によって定まるパルスＬｏｗ時間は、帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長くてもよい。

【0014】

一実施形態においては、Ｌｏｗレベルは０であってもよい。この場合、プラズマ処理装置は、ＯＮ／ＯＦＦ制御されたパワーの波形を切り出して適切に平均化することができる。

【0015】

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。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。

【0016】

［プラズマ処理装置］
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に示されるように、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を備える。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。

【0017】

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

【0018】

側壁１２ａの上端部の上には誘電体窓２０が設けられる。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が介在する。このＯリング１９により、チャンバ本体１２がより確実に密閉される。

【0019】

ステージ１４は、処理空間Ｓ内に収容される。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る。

【0020】

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を含む。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に略一致する。この基台１４ａは、筒状支持部４８によって支持される。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が形成される。

【0021】

排気路５１の上部には、バッフル板５２が設けられる。バッフル板５２は、環形状を有する。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する。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。

【0022】

基台１４ａは、高周波電極を兼ねる。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、高周波バイアス用の高周波電源５８が電気的に接続される。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、１３．５６ＭＨｚの高周波を、設定されたパワーで出力する。

【0023】

さらに、高周波電源５８は、パルス生成器を有し、高周波パワー（ＲＦパワー）をパルス変調して基台１４ａに印加してもよい。この場合、高周波電源５８は、ＨｉｇｈレベルのパワーとＬｏｗレベルのパワーとが周期的に繰り返される高周波パワーとなるようにパルス変調する。高周波電源５８は、パルス生成器により生成された同期信号ＰＳＳ－Ｒに基づいてパルス調整する。同期信号ＰＳＳ－Ｒは、高周波パワーの周期及びデューティ比を決定する信号である。パルス変調時の設定の一例として、パルス周波数は１０Ｈｚ～２５０ｋＨｚであり、パルスのデューティ比（パルス周期に対するＨｉｇｈレベルパワー時間の比）は１０％～９０％である。

【0024】

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する。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る。マッチングユニット６０は、高周波パワーがパルス変調される場合、同期信号ＰＳＳ－Ｒに基づいて整合をとるように動作する。

【0025】

基台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられる。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、概ね円盤形状である。静電チャック１４ｃの中心軸線は軸線Ｚに略一致する。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との間に設けられる。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。

【0026】

基台１４ａの内部には、冷媒室１４ｇが設けられる。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。

【0027】

また、ステージ１４には、ガス供給ライン７４が形成される。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る。

【0028】

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る。マイクロ波出力装置１６は、例えば、マイクロ波の帯域幅を略０に設定することによって、単一周波数のマイクロ波を発生することができる。また、マイクロ波出力装置１６は、その中に複数の周波数成分を有する帯域幅を有したマイクロ波を発生することができる。これら複数の周波数成分のパワーは同一のパワーであってもよく、帯域内の中央周波数成分のみが他の周波数成分のパワーよりも大きいパワーを有していてもよい。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る。マイクロ波出力装置１６は、マイクロ波の周波数又は中央周波数を２４００ＭＨｚ～２５００ＭＨｚの範囲内で調整することができる。マイクロ波出力装置１６は、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。また、マイクロ波出力装置１６は、帯域内におけるマイクロ波の複数の周波数成分の周波数のピッチ（キャリアピッチ）を０～１ＭＨｚの範囲内で調整することができる。

【0029】

マイクロ波出力装置１６は、パルス生成器を有し、マイクロ波のパワーをパルス変調して出力してもよい。この場合、マイクロ波出力装置１６は、ＨｉｇｈレベルのパワーとＬｏｗレベルのパワーとが周期的に繰り返されるパワーとなるようにマイクロ波をパルス変調する。マイクロ波出力装置１６は、パルス生成器により生成された同期信号ＰＳＳ－Ｍに基づいてパルス調整する。同期信号ＰＳＳ－Ｍは、マイクロ波パワーの周期及びデューティ比を決定する信号である。パルス変調時の設定の一例として、パルス周波数は１Ｈｚ～２０ｋＨｚであり、パルスのデューティ比（パルス周期に対するＨｉｇｈレベルパワー時間の比）は１０％～９０％である。マイクロ波出力装置１６は、高周波電源５８により出力される、パルス変調させた高周波パワーと同期させるように、マイクロ波パワーをパルス変調してもよい。

【0030】

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の一端に接続される。導波管２１の他端は、モード変換器２７に接続される。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が設けられる。チューナ２６は、スタブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有する。スタブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ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る。チューナ２６は、基準位置に対するスタブ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ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のインピーダンスと負荷、例えば、チャンバ本体１２のインピーダンスとを整合させる。

【0031】

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を含む。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に略一致する。内側導体２８ｂは、略円筒形状を有しており、外側導体２８ａの内側で延在する。内側導体２８ｂの中心軸線は、軸線Ｚに略一致する。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。

【0032】

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を含む。

【0033】

スロット板３０は、誘電体窓２０の面２０ｂ上に設けられる。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、略円盤形状を有する。スロット板３０の中心軸線は軸線Ｚに略一致する。スロット板３０には、複数のスロット孔３０ａが形成される。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する。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を含む。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。

【0034】

誘電体板３２は、スロット板３０上に設けられる。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、略円盤形状である。この誘電体板３２の中心軸線は軸線Ｚに略一致する。冷却ジャケット３４は、誘電体板３２上に設けられる。誘電体板３２は、冷却ジャケット３４とスロット板３０との間に設けられる。

【0035】

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が形成される。この流路３４ａには、冷媒が供給されるように構成される。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る。

【0036】

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。

【0037】

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に接続される。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

プラズマ処理装置１は、制御器１００を更に備える。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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

［マイクロ波出力装置１６の構成例］
図２は、マイクロ波出力装置の一例を示す図である。図２に示されるように、マイクロ波出力装置１６は、制御器１００及び波形発生器１６１を有する演算装置１００ａに接続されている。

【0045】

波形発生器１６１は、マイクロ波の波形を発生する。波形発生器１６１は、制御器１００により指定された設定周波数及び設定帯域幅にそれぞれ応じた中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波の波形を発生する。波形発生器１６１は、マイクロ波の波形をマイクロ波出力装置１６へ出力する。

【0046】

マイクロ波出力装置１６は、波形発生器１６１により発生されたマイクロ波の波形を、制御器１００の設定に応じてパルス変調し、マイクロ波として出力する。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２の方向性結合器１６ｈ、測定部１６ｋ（測定部の一例）、及び、ダミーロード１６ｊを有する。

【0047】

マイクロ波発生部１６ａは、制御器１００から指示された設定値に応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルとなるようにパワーがパルス変調されたマイクロ波を発生する。設定値は、パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーを含む。

【0048】

マイクロ波発生部１６ａは、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を有する。

【0049】

波形発生器１６１は、減衰器１６３に接続される。減衰器１６３は、一例として、印加電圧値によって減衰量（減衰率）を変更可能な機器である。減衰器１６３には、パワー制御部１６２が接続される。パワー制御部１６２は、印加電圧値を用いて減衰器１６３におけるマイクロ波の減衰率（減衰量）を制御する。パワー制御部１６２は、波形発生器１６１により出力されたマイクロ波が、設定値に応じたパワーのマイクロ波となるように、減衰器１６３におけるマイクロ波の減衰率（減衰量）を制御する。設定値は、制御器１００により指示されたパルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーを含む。

【0050】

パワー制御部１６２は、一例として、制御部１６２ａ及びパルス生成器１６２ｂを有する。制御部１６２ａは、プロセッサであり得る。制御部１６２ａは、制御器１００から設定プロファイルを取得する。制御部１６２ａは、設定プロファイルの中からパルス変調のために必要な情報（パルス周波数及びデューティ比）をパルス生成器１６２ｂへ出力する。パルス生成器１６２ｂは、取得した情報に基づいて同期信号ＰＳＳ－Ｍを生成する。制御部１６２ａは、同期信号ＰＳＳ－Ｍ、及び、制御器１００によって設定された設定プロファイルに基づいてマイクロ波の減衰率（減衰量）を決定する。

【0051】

制御部１６２ａは、高周波電源５８のパルス生成器５８ａから生成された同期信号ＰＳＳ－Ｒを取得してもよい。パルス生成器１６２ｂは、同期信号ＰＳＳ－Ｒと同期した同期信号ＰＳＳ－Ｍを生成してもよい。この場合、マイクロ波パワーのパルス変調と高周波パワーのパルス変調とを同期させることができる。

【0052】

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。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伝搬モードをＴＥＭからＴＥ０１に変換する。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。

【0053】

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に接続される。サーキュレータ１６ｃは、第１ポート２６１、第２ポート２６２Ａ、及び、第３ポート２６３Ａを有する。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２６２Ａから出力し、第２ポート２６２Ａに入力したマイクロ波を第３ポート２６３Ａから出力するように構成される。サーキュレータ１６ｃの第２ポート２６２Ａには導波管１６ｄの一端が接続される。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。

【0054】

サーキュレータ１６ｃの第３ポート２６３Ａには、導波管１６ｅの一端が接続される。導波管１６ｅの他端はダミーロード１６ｊに接続される。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。ダミーロード１６ｊは、例えば、マイクロ波を熱に変換する。

【0055】

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る。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る。

【0056】

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る。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）について、サーキュレータ１６ｃの第３ポート２６３Ａに伝送された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る。

【0057】

測定部１６ｋ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のＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第１のＨｉｇｈ測定値ｐｆ（Ｈ）及び第１のＬｏｗ測定値ｐｆ（Ｌ）を決定する。また、測定部１６ｋ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のＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルのそれぞれを示す第２のＨｉｇｈ測定値ｐｒ（Ｈ）及び第２のＬｏｗ測定値ｐｒ（Ｌ）を決定する。

【0058】

測定部１６ｋは、パワー制御部１６２に接続される。測定部１６ｋは、測定値をパワー制御部１６２に出力する。パワー制御部１６２は、進行波と反射波との測定値の差、即ちロードパワー（実効パワー）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に、減衰器１６３を制御する（パワーフィードバック制御）。

【0059】

チューナ２６は、チューナ制御部２６０を有する。チューナ制御部２６０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スタブ２６ａ、２６ｂ，２６ｃの突出位置を調整する。チューナ制御部２６０は、図示しないドライバ回路及びアクチュエータにより、スタブ２６ａ、２６ｂ，２６ｃを動作させる。

【0060】

チューナ制御部２６０は、パルス生成器１６２ｂにより生成されたマイクロ波パワー用の同期信号ＰＳＳ－Ｍ、及び、高周波電源５８のパルス生成器５８ａにより生成された高周波パワー用の同期信号ＰＳＳ－Ｒの少なくとも一方を取得してもよい。例えば、チューナ制御部２６０は、同期信号ＰＳＳ－Ｍを制御部１６２ａから取得する。チューナ制御部２６０は、同期信号ＰＳＳ－Ｒを制御部１６２ａから取得してもよいし、高周波電源５８のパルス生成器５８ａから直接取得してもよい。チューナ制御部２６０は、同期信号を考慮して、スタブ２６ａ、２６ｂ，２６ｃを動作させてもよい。

【0061】

［波形発生部の詳細］
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。図３に示されるように、波形発生器１６１は、例えば、基準周波数と位相を同期させたマイクロ波を発振することが可能な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。波形発生器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により指定された設定周波数に設定する。そして、波形発生器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、波形発生器１６１は、帯域内において複数の周波数成分を有するマイクロ波、又は、単一周波数のマイクロ波を生成する。

【0062】

波形発生器１６１は、例えば、Ｎ個の複素データシンボルに対する逆離散フーリエ変換を行って連続信号を生成することにより、複数の周波数成分を有するマイクロ波を生成することが可能である。この信号の生成方法は、ディジタルテレビ放送等で用いられるＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）変調方式と同様の方法であり得る（例えば特許５３２０２６０号参照）。

【0063】

一例では、波形発生器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する。波形発生器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データとＱデータとを生成する。そして、波形発生器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。波形発生器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。波形発生器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、波形発生器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、波形発生器１６１は、一又は複数の周波数成分を有するマイクロ波を生成する。

【0064】

［マイクロ波の一例］
マイクロ波発生部１６ａから出力されるマイクロ波パワーは、ＨｉｇｈレベルのパワーとＬｏｗレベルのパワーとを繰り返すようにパルス状に変調された波形となる。図４は、パワーがパルス変調されたマイクロ波の一例である。図４に示されるように、マイクロ波は、制御器１００から指示された設定周波数、設定帯域幅、及び設定キャリアピッチにそれぞれ応じた中央周波数、帯域幅、及びキャリアピッチを有する。マイクロ波は、制御器１００から指示された設定値に応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベルのパワー及びＬｏｗレベルのパワーを有する。設定値は、パルス周波数、設定デューティ比、Ｈｉｇｈレベルの設定パワー及びＬｏｗレベルの設定パワーを含む。Ｌｏｗレベルのパワーは、Ｈｉｇｈレベルのパワーよりも低いパワーである。Ｌｏｗレベルのパワーは、プラズマ生成状態を維持するのに必要な最も低いレベルより高いパワーとしてもよいし、０としてもよい。マイクロ波の１つの波形をキャリアという。キャリアピッチは、キャリアの間隔であり、キャリアピッチの逆数が、帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期のうち最も長い周期になる。

【0065】

図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、異なるキャリアピッチを有するマイクロ波の一例である。図５の（Ａ）は、設定周波数が２４６０ＭＨｚ、設定帯域幅が１０ＭＨｚ、設定キャリアピッチが１０ｋＨｚのマイクロ波である。設定帯域幅を設定キャリアピッチで除算して１を加算することでキャリア数を得ることができる。ここではキャリア数は１００１である。図５の（Ｂ）は、設定周波数が２４６０ＭＨｚ、設定帯域幅が１０．１ＭＨｚ、キャリアピッチが１０．１ｋＨｚのマイクロ波である。キャリア数は１００１である。図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、いずれのマイクロ波もパワーは１５００Ｗである。つまり、パワーが同一であってもキャリアピッチ及び設定帯域幅は異なるように設定することができる。

【0066】

［マイクロ波の同期信号の一例］
図６は、マイクロ波をパルス変調するための同期信号の一例である。図６に示されるように、同期信号ＰＳＳ－Ｍは、ＯＮ状態（Ｈｉｇｈ状態）とＯＦＦ状態（Ｌｏｗ状態）とが交互に出現するパルス信号である。同期信号ＰＳＳ－Ｍのパルス周期ＰＴ１は、Ｈｉｇｈレベルとなるタイミングの間隔で定義する。ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとの差分をΔとすると、Ｈｉｇｈ時間ＨＴは、パルスの立ち上がり期間ＰＵにおいて０．５Δとなるタイミングからパルスの立ち下がり期間ＰＤにおいて０．５Δとなるタイミングまでの期間として定義する。パルス周期ＰＴ１に対するＨｉｇｈ時間ＨＴの比がデューティ比である。パルス生成器１６２ｂは、制御器１００により指定されたパルス周波数（１／ＰＴ１）及びデューティ比（ＨＴ／ＰＴ１×１００［％］）に基づいて、図６に示されるような同期信号を生成する。

【0067】

［パワーフィードバックの一例］
図７は、マイクロ波のパワーフィードバックに関する構成の一例を示す図である。図７に示されるように、パワーフィードバックは、測定部１６ｋ、制御部１６２ａ及び減衰器１６３によって実現する。

【0068】

図７に示されるように、波形発生器１６１は、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波を出力する。制御部１６２ａ及び減衰器１６３は、帯域幅を有するマイクロ波をパルス変調する。マイクロ波発生部１６ａは、パルス変調されたマイクロ波を出力する。測定部１６ｋは、マイクロ波の進行波及び反射波のパワーを計測し、制御部１６２ａへ出力する。制御部１６２ａは、進行波のパワー検出値と反射波のパワー検出値との差分が設定値となるようにパワーフィードバックを行う。このようなフィードバックループによって、制御器１００によって指定された設定値を実現する。

【0069】

ここで、マイクロ波のパワーがパルス変調されている場合においては、Ｌｏｗレベルのパワーを０とした場合を除き、Ｈｉｇｈレベルのパワー及びＬｏｗレベルのパワーを、それぞれ個別にフィードバック制御する必要がある。つまり、測定部１６ｋは、第１のＨｉｇｈ測定値ｐｆ（Ｈ）、第１のＬｏｗ測定値ｐｆ（Ｌ）、第２のＨｉｇｈ測定値ｐｒ（Ｈ）及び第２のＬｏｗ測定値ｐｒ（Ｌ）を計測し、計測結果を制御部１６２ａへ出力する。制御部１６２ａは、同期信号ＰＳＳ－Ｍに基づいて、ＨｉｇｈレベルのパワーのフィードバックとＬｏｗレベルのパワーのフィードバックとを切り替える。

【0070】

制御部１６２ａは、Ｈｉｇｈレベルのパワーのフィードバック時には、第１のＨｉｇｈ測定値ｐｆ（Ｈ）、第２のＨｉｇｈ測定値ｐｒ（Ｈ）及びＨｉｇｈレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーを制御する。制御部１６２ａは、Ｌｏｗレベルのパワーのフィードバック時には、第１のＬｏｗ測定値ｐｆ（Ｌ）、第２のＬｏｗ測定値ｐｒ（Ｌ）及びＬｏｗレベルの設定パワーに基づいて、パルス変調されたマイクロ波のＬｏｗレベルのパワーを制御する。

【0071】

より具体的には、制御部１６２ａは、Ｈｉｇｈレベルのパワーのフィードバック時には、第１のＨｉｇｈ測定値ｐｆ（Ｈ）と第２のＨｉｇｈ測定値ｐｒ（Ｈ）との差分を制御する。制御部１６２ａは、差分が制御器１００によって指定された設定Ｈｉｇｈパワーに近づくように、マイクロ波出力装置１６から出力されるマイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーを制御する。また、制御部１６２ａは、Ｌｏｗレベルのパワーのフィードバック時には、第１のＬｏｗ測定値ｐｆ（Ｌ）と第２のＬｏｗ測定値ｐｒ（Ｌ）との差分を制御する。制御部１６２ａは、差分が制御器１００によって指定された設定Ｌｏｗパワーに近づくように、マイクロ波出力装置１６から出力されるマイクロ波のＬｏｗレベルのパワーを制御する。これにより、出力部１６ｔに結合される負荷に供給されるマイクロ波のロードパワーが、設定パワーに近づけられる。なお、Ｌｏｗレベルのパワーを０とした場合には、Ｈｉｇｈレベルのパワーフィードバックのみを行えばよい。

【0072】

［フィードバックの制御モードの切り替え］
制御部１６２ａは、制御モードに応じてフィードバックの演算を変更してもよい。制御モードは、制御器１００によって指定され得る。例えば、制御器１００から指示された制御モードがＰＬモードである場合には、制御部１６２ａは、上述したとおり、進行波と反射波とのパワー差分を用いてマイクロ波のパワーを制御する。制御器１００から指示された制御モードがＰｆモードである場合には、制御部１６２ａは、進行波のパワーのみを用いてマイクロ波のパワーを制御する。より具体的な一例として、制御部１６２ａは、制御器１００から指示された制御モードがＰｆモードである場合には、以下のように動作する。制御部１６２ａは、第１のＨｉｇｈ測定値ｐｆ（Ｈ）がＨｉｇｈレベルの設定パワーに近づくように、パルス変調されたマイクロ波のＨｉｇｈレベルのパワーを制御する。さらに、制御部１６２ａは、第１のＬｏｗ測定値ｐｆ（Ｌ）がＬｏｗレベルの設定パワーに近づくように、パルス変調されたマイクロ波のＬｏｗレベルのパワーを制御する。

【0073】

［マイクロ波パワーと高周波パワーとの同期信号の関係］
マイクロ波パワー及び高周波パワーは共にパルス制御されている。図７に示される構成では、高周波パワーの同期信号ＰＳＳ－Ｒは、制御部１６２ａに入力されていない。また、マイクロ波の同期信号ＰＳＳ－Ｍは高周波電源５８に入力されていない。このため、マイクロ波パワー及び高周波パワーは非同期となる。

【0074】

一実施形態においては、マイクロ波パワー及び高周波パワーを同期させてもよい。この場合、高周波パワーのパルス変調がマイクロ波の反射波に与える影響を小さくすることができる。図８は、マイクロ波のパワーフィードバックに関する構成の他の例を示す図である。図７に示された非同期のパワーフィードバックの構成と比較すると、他の例においては、マイクロ波出力装置が、高周波パワーと同期するようにパワーがパルス変調されたマイクロ波を発生する点が相違し、その他は同一である。高周波電源５８のパルス生成器５８ａは、高周波パワーの同期信号ＰＳＳ－Ｒを制御部１６２ａへ出力する。制御部１６２ａは、パルス生成器１６２ｂに対して同期信号ＰＳＳ－Ｒと同期するための同期トリガを出力する。パルス生成器１６２ｂは、同期トリガに基づいて同期信号ＰＳＳ－Ｒと同期するマイクロ波パワーの同期信号ＰＳＳ－Ｍを生成する。制御部１６２ａは、同期信号ＰＳＳ－Ｍを用いて減衰器１６３を制御する。これにより、高周波パワーと同期するようにパワーがパルス変調されたマイクロ波が出力される。

【0075】

［パワーフィードバックに関する詳細構成］
［詳細構成の第１例］
図９は、マイクロ波出力装置のパワーフィードバックに関する詳細構成の第１例を示す図である。図９に示されるように、マイクロ波発生部１６ａの制御部１６２ａは、制御器１００から設定プロファイルを取得する。設定プロファイルは、Ｈｉｇｈレベルの設定パワーＰｆＨ、Ｌｏｗレベルの設定パワーＰｆＬ、設定パルス周波数、デューティ比、及び、同期番号を少なくとも含む。同期番号は、同期の種別を選択する識別子である。例えば、識別子「１」では、マイクロ波のパワーがＨｉｇｈレベルとなるタイミングを、高周波パワーがＨｉｇｈレベルとなるタイミングに同期させる。識別子「２」では、マイクロ波のパワーがＬｏｗレベルとなるタイミングを、高周波パワーがＬｏｗレベルとなるタイミングに同期させる。同期番号が指定されない場合には、マイクロ波の同期信号と高周波の同期信号とは非同期となる。あるいは、同期番号の１つを非同期に割り当ててもよい。設定プロファイルは、センター周波数、変調波形、設定キャリアピッチ、及び、ＰＬ/Ｐｆモードの設定を含んでもよい。変調波形は、設定帯域幅である。制御部１６２ａは、制御器１００から取得されたパルス周波数及びデューティ比を、パルス生成器１６２ｂへ出力する。

【0076】

制御部１６２ａは、パルス入力器１６７ａを備えている。制御部１６２ａは、パルス入力器１６７ａを介して、高周波パワーの同期信号ＰＳＳ－Ｒを取得する。制御部１６２ａは、同期信号ＰＳＳ－Ｒ及び同期番号に基づいて、同期トリガを生成する。なお、制御部１６２ａは、同期番号が指定されない場合には、同期トリガは生成しなくてもよい。制御部１６２ａは、パルス出力器１６７ｄを備えている。制御部１６２ａは、パルス出力器１６７ｄを介して、同期トリガをパルス生成器１６２ｂへ出力する。

【0077】

パルス生成器１６２ｂは、パルス周波数及びデューティ比と、同期トリガとに基づいて、マイクロ波の同期信号ＰＳＳ－Ｍを生成する。パルス生成器１６２ｂは、マイクロ波の同期信号と高周波の同期信号とが非同期の場合には、パルス周波数及びデューティ比に基づいて、マイクロ波の同期信号ＰＳＳ－Ｍを生成する。

【0078】

制御部１６２ａは、同期信号ＰＳＳ－Ｍに基づいて、減衰器１６３への印加電圧値を決定する。制御部１６２ａは、印加電圧値をＤ／Ａ変換器１６７ｆへ出力する。Ｄ／Ａ変換器１６７ｆは、出力（設定）された電圧値のデジタル信号をアナログ信号へ変換する。制御部１６２ａは、Ｄ／Ａ変換器１６７ｆを介して、減衰器１６３へ電圧を印加する。これにより、パルス変調されたマイクロ波がマイクロ波発生部１６ａから出力される。

【0079】

測定部１６ｋは、第１の方向性結合器１６ｆ及び第２の方向性結合器１６ｈから出力されたマイクロ波に係る進行波パワー及び反射波パワーを、進行波パワーの測定値ｐｆ、反射波パワーの測定値ｐｒとして出力する。

【0080】

制御部１６２ａは、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１６７ｂ，１６７ｃを備えている。制御部１６２ａは、Ａ／Ｄ変換器１６７ｂ，１６７ｃを介して、進行波のパワーの測定値ｐｆ及び反射波のパワーの測定値ｐｒを測定部１６ｋから取得する。

【0081】

制御部１６２ａは、記憶部１６２ｃを参照可能に構成されている。制御部１６２ａは、記憶部１６２ｃに格納された定義データＤＡ１を参照して、測定値（ｐｆ，ｐｒ）から取得すべきデータを特定することができる。定義データＤＡ１は、例えばデータ点をサンプリングする期間を限定するマスク（フィルタ）を含む。定義データＤＡ１は、例えば、制御部１６２ａが内部設定を入力して記憶部１６２ｃに予め格納される。

【0082】

制御部１６２ａは、定義データＤＡ１を参照する。制御部１６２ａは、進行波のパワーの測定値ｐｆに含まれるＨｉｇｈレベルの測定値ｐｆＨ及びＬｏｗレベルの測定値ｐｆＬを検出する。さらに、制御部１６２ａは、反射波のパワーの測定値ｐｒに含まれるＨｉｇｈレベルの測定値ｐｒＨ及びＬｏｗレベルの測定値ｐｒＬを検出する。定義データＤＡ１は、一例として、Ｈｉｇｈレベルとなるタイミングから所定時間経過するまでのＨ検出マスク時間（第１マスク期間）はＨｉｇｈレベルの測定値（ｐｆＨ，ｐｒＨ）をサンプリングできないとする定義を含む。定義データＤＡ１は、一例として、Ｌｏｗレベルとなるタイミングから所定時間経過するまでのＬ検出マスク時間（第２マスク期間）はＬｏｗレベルの測定値（ｐｆＬ，ｐｒＬ）をサンプリングできないとする定義を含む。定義データＤＡ１は、一例として、Ｈ検出マスク時間の終了からＬｏｗレベルとなるタイミングまでのＨ検出区間（第１サンプル期間）においてＨｉｇｈレベルのパワーを測定するという定義を含む。さらに、定義データＤＡ１は、Ｌ検出マスク時間の終了からＨｉｇｈレベルとなるタイミングまでのＬ検出区間（第２サンプル期間）においてＬｏｗレベルのパワーを測定するという定義を含む。

【0083】

制御部１６２ａは、検出された測定値（ｐｆＨ，ｐｆＬ，ｐｒＨ，ｐｒＬ）を、記憶部１６２ｃに時系列で記憶する。これにより時系列バッファＤＡ２が生成される。時系列バッファＤＡ２は、測定値の平均処理に用いられる。制御部１６２ａは、時系列バッファＤＡ２を参照して、各測定値（ｐｆＨ，ｐｆＬ，ｐｒＨ，ｐｒＬ）の移動平均時間を算出する。制御部１６２ａは、各移動平均時間を用いて、平均化された測定値（Ｐｆ（Ｈ），Ｐｆ（Ｌ），Ｐｒ（Ｈ），Ｐｒ（Ｌ））をそれぞれ算出する。

【0084】

制御部１６２ａは、平均化された測定値（Ｐｆ（Ｈ），Ｐｆ（Ｌ），Ｐｒ（Ｈ），Ｐｒ（Ｌ））と、Ｈｉｇｈレベルの設定パワーＰｆＨ及びＬｏｗレベルの設定パワーＰｆＬとを用いて減衰器１６３の印加電圧値を決定する。制御部１６２ａは、平均化された測定値、Ｈｉｇｈレベルの設定パワーＰｆＨ及びＬｏｗレベルの設定パワーＰｆＬとを用いて、マイクロ波発生部１６ａの出力が設定パワーに近づくように、減衰器１６３の印加電圧値を決定する。例えば、制御部１６２ａは、マイクロ波のパワーに第１の減衰量を与えるための第１信号（Ｈｉｇｈレベルのパワー用の印加電圧値）、及び、マイクロ波のパワーに第２の減衰量を与えるための第２信号（Ｌｏｗレベルのパワー用の印加電圧値）を決定する。そして、制御部１６２ａは、Ｄ／Ａ変換器１６７ｆを介して、減衰器１６３へ電圧を印加する。これにより、パワーフィードバックが行われる。

【0085】

制御部１６２ａは、平均化された測定値を制御器１００へ出力してもよい。平均化された測定値は、装置の稼働情報又はログ情報として制御器１００の記憶部に記憶されるか、装置外部へ出力される。

【0086】

［詳細構成の第２例］
図１０は、マイクロ波出力装置のパワーフィードバックに関する詳細構成の第２例を示す図である。図９に示される第１例に係る構成と比較して、第２例に係る構成は、Ｄ／Ａ変換器１６７ｆの替わりにＨｉｇｈ信号用のＤ／Ａ変換器１６７ｇ、及び、Ｌｏｗ信号用のＤ／Ａ変換器１６７ｈを備える。さらに、第２例に係る構成は、パルス出力器１６７ｄから同期信号ＰＳＳ－Ｍが制御部１６２ａへ出力されない。第１例と第２例は、これらの点が相違し、その他は同一である。このため、図９と重複する説明は省略する。

【0087】

制御部１６２ａには、Ｈｉｇｈレベルのパワー用の印加電圧値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器１６７ｇ（第１の変換器）と、Ｌｏｗレベルのパワー用の印加電圧値をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器１６７ｈ（第２の変換器）とが接続されている。Ｄ／Ａ変換器１６７ｇは、Ｈｉｇｈレベルのパワー用の印加電圧値に応じたアナログ信号が出力されるように予め設定されている。Ｄ／Ａ変換器１６７ｈは、Ｌｏｗレベルのパワー用の印加電圧値に応じたアナログ信号が出力されるように予め設定されている。Ｄ／Ａ変換器１６７ｇ及びＤ／Ａ変換器１６７ｈと減衰器１６３との間には、Ｄ／Ａ変換器１６７ｇ及び減衰器１６３の接続と、Ｄ／Ａ変換器１６７ｈ及び減衰器１６３の接続とを切り替えるソリッドステート・リレーＫ１（スイッチ）が設けられている。ソリッドステート・リレーＫ１は、パルス出力器１６７ｄから同期信号ＰＳＳ－Ｍを直接参照し、接続を切り替える。これにより、第２例の構成は、第１例の構成と比較して、Ｈｉｇｈレベルのパワー用の印加電圧値とＬｏｗレベルのパワー用の印加電圧値とを高速に切り替えることができる。つまり、第２例の構成は、第１例の構成と比較して、より短い周期でマイクロ波のパワーをパルス変調することができる。

【0088】

［マイクロ波のパワーの平均化］
マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波のパワーの波形は周期性を有する。一例として、帯域幅１０ＭＨｚ、キャリアピッチを１０ｋＨｚでパルス変調でないときには、マイクロ波のパワーは１周期１００μｓである。一般的に検波器の出力は振幅に応じた出力であり、これをパワーに換算する場合、被測定マイクロ波がマルチキャリアによる帯域幅を有する場合とそうでない場合で誤差を生ずる。帯域幅を有する場合でも１周期１００μｓで平均すればパワー測定値が検波出力から換算されるパワーと一致する。さらに１周期以上を繰り返し平均化することで検波出力とパワーの測定値が一致するようになり、パワーの精度が向上する。この検波出力をもとにパワーフィードバックするので設定パワーとパワー測定値が一致する。以下、測定例に基づいて説明する。

【0089】

図１１の（Ａ）～（Ｃ）は、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（パルス変調なし）の波形の一例である。横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸がパワー（ｄＢｍ）である。設定帯域幅（設定ＢＢ幅）は１０ＭＨｚ、設定キャリアピッチは１０ｋＨｚである。０μｓ～１００μｓの間を１μｓ刻みでサンプリングした。周波数は２４５５ＭＨＺ～２４６５ＭＨｚ幅であり、パワーは０～７０００Ｗの間である。図１１の（Ａ）は、時間ｔ＝０μｓのときのマイクロ波の波形である。図１１の（Ｂ）は、時間ｔ＝１０μｓのときのマイクロ波の波形である。図１１の（Ｃ）は、時間ｔ＝７０μｓのときのマイクロ波の波形である。図１１の（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、帯域幅を有するマイクロ波は、１μｓごとでの瞬時の波形形状が異なることが確認された。

【0090】

図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１に示されるマイクロ波をＢＢ周期で平均化して得られた波形の一例である。横軸が周波数（ＭＨｚ）、縦軸がパワー（Ｗ）である。ＢＢ周期とは、帯域幅を有するマイクロ波のパワー変動周期であり、ここでは１周期１００μｓである。図１２の（Ａ）に示されるように、ＢＢ周期の１周期分を平均するとＢＢ波形となる１０ＭＨｚ分の幅においてフラットな波形となることが確認された。図１２の（Ｂ）は、図１２の（Ａ）に示される例よりも周波数軸の分解能を上げた場合の例である。図１２の（Ｂ）に示されるように、周波数軸の分解能を上げていくとキャリアピッチ１０ｋＨｚの波形（１００１本のキャリア）が確認された。

【0091】

図１３の（Ａ）及び（Ｂ）は、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（パルス変調なし）のパワーの移動平均の一例である。横軸が時間（μｓ）、縦軸がパワー（Ｗ）である。図１３の（Ａ）は、パワーフィードバック制御下で１００μｓ周期のマルチキャリアを１μｓでサンプリングした波形である。帯域幅１０ＭＨｚ、キャリアピッチ１０ｋＨｚ、設定パワー１０００Ｗである。図１３の（Ａ）に示されるように、パワーフィードバック制御が行われた場合、ＢＢ周期で繰り返しのパワー変動が起こる。図１３の（Ａ）の波形を移動平均することで図１３の（Ｂ）に示す波形を得られる。１００μｓ周期のマルチキャリアにおいて１μｓサンプルデータを１００個（１００μｓ）で移動平均した。図１３の（Ｂ）に示されるように、時間に対してパワーは一定となることが確認された。一方、パワー変動の詳細を確認したところ、１０ＭＨｚの帯域幅を有するマイクロ波（パルス変調なし）は、ばらつき（１μｓサンプル時において標準偏差６８Ｗ）があることが確認された。

【0092】

続いて、パルス変調した場合の波形について説明する。帯域幅１０ＭＨｚ、キャリアピッチ１０ｋＨｚ、１周期１００μｓでパルス変調するときに、パルス周波数とデューティ比によって設定された波形のＯＮ時間及びＯＦＦ時間による切り出し、つまり抽出が周期的に行われた場合には、１周期１００μｓのうち特定の区間のみを検出する。以下、具体的に説明する。

【0093】

図１４の（Ａ）～（Ｅ）は、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ１０ｋＨｚ、パルス変調あり）の検波出力の一例である。横軸が時間（μｓ）、縦軸がパワー（Ｗ）である。設定帯域幅は１０ＭＨｚ、設定キャリアピッチは１０ｋＨｚ、設定パワーは１０００Ｗである。パルス変調の条件は、設定周波数１０ｋＨｚ、設定デューティ比が５０％である。つまり、パルスＯＮ時間が５０μｓ、パルスＯＦＦ時間が５０μｓである。図１４の（Ａ）～（Ｅ）においては、パルスＯＮ時間に波形の切り出しを行った。図１４の（Ａ）はｔ＝０μｓのときにパルス変調が開始される場合の測定結果である。図１４の（Ｂ）はｔ＝２０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１４の（Ｃ）はｔ＝４０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１４の（Ｄ）はｔ＝６０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１４の（Ｅ）はｔ＝８０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１４の（Ａ）～（Ｅ）に示されるように、パルス変調の開始タイミングによって波形の形状が変化し、検波出力が変化することが確認された。

【0094】

図１５は、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ１０ｋＨｚ、パルス変調あり）のパワーの測定結果を纏めた表である。各パルス変調の開始タイミングごとに、平均パワー、標準偏差（ばらつき）、最大パワー及び最小パワーを測定した。パルス変調の開始タイミングは、０μｓ～９０μｓとした。図１５に示されるように、パルス変調の開始タイミングごとに、平均パワー、標準偏差（ばらつき）、最大パワー及び最小パワーがそれぞれ変化することが確認された。これは、パルスＯＮ時間に切り出される波形がＢＢ周期の１周期分に満たないためである。

【0095】

このようなパルス変調の開始タイミングに依存したパワー変動の対策として、パルス変調の設定ＯＮ時間及びＢＢ周期を、以下の条件が満たされるように設定する。
設定パルスＯＮ時間＞ＢＢ周期
つまり、設定パルス周波数及び設定デューティ比によって定まるパルスＯＮ時間は、帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長いという関係を満たすように、各種パラメータを設定する。これにより、帯域幅を有するマイクロ波の１周期分のパワー変動を確保できる。パルスＯＮ時間は、設定パルス周波数及び設定デューティ比を変更することで調整可能である。ＢＢ周期は、ＢＢ幅及びキャリアピッチを調整することで変更可能である。このため、上記条件を満たすように適宜調整することができる。なお、プラズマ処理装置で複数の設定パルスＯＮ時間を実行可能にする場合には、設定パルスＯＮ時間の最小値がＢＢ周期よりも長いという条件を満たす必要がある。同様に、プラズマ処理装置で複数のＢＢ周期を実行可能にする場合には、ＢＢ周期の最大値がパルスＯＮ時間よりも短いという条件を満たす必要がある。

【0096】

図１６は、パルスＯＮ時間の一例を示す表である。図１６に示されるように、設定するパルス周波数を１ｋＨｚ、設定するデューティ比を１０％とすると、パルス周期は１０００μｓ、パルスＯＮ時間は１００μｓとなる。設定するパルス周波数を１ｋＨｚ、設定するデューティ比を９０％とすると、パルス周期は１０００μｓ、パルスＯＮ時間は９００μｓとなる。設定するパルス周波数を５ｋＨｚ、設定するデューティ比を１０％とすると、パルス周期は２００μｓ、パルスＯＮ時間は２０μｓとなる。設定するパルス周波数を５ｋＨｚ、設定するデューティ比を９０％とすると、パルス周期は２００μｓ、パルスＯＮ時間は１８０μｓとなる。設定するパルス周波数を１０ｋＨｚ、設定するデューティ比を１０％とすると、パルス周期は１００μｓ、パルスＯＮ時間は１０μｓとなる。設定するパルス周波数を１０ｋＨｚ、設定するデューティ比を９０％とすると、パルス周期は１００μｓ、パルスＯＮ時間は９０μｓとなる。設定するパルス周波数を１５ｋＨｚ、設定するデューティ比を１０％とすると、パルス周期は６６．６μｓ、パルスＯＮ時間は６．６６μｓとなる。設定するパルス周波数を１５ｋＨｚ、設定するデューティ比を９０％とすると、パルス周期は６６．６μｓ、パルスＯＮ時間は５９．９４μｓとなる。設定するパルス周波数を２０ｋＨｚ、設定するデューティ比を１０％とすると、パルス周期は５０μｓ、パルスＯＮ時間は５μｓとなる。設定するパルス周波数を２０ｋＨｚ、設定するデューティ比を９０％とすると、パルス周期は５０μｓ、パルスＯＮ時間は４５μｓとなる。設定するパルス周波数を５０ｋＨｚ、設定するデューティ比を１０％とすると、パルス周期は２０μｓ、パルスＯＮ時間は２μｓとなる。設定するパルス周波数を５０ｋＨｚ、設定するデューティ比を９０％とすると、パルス周期は２０μｓ、パルスＯＮ時間は１８μｓとなる。このように、パルスＯＮ時間は、設定パルス周波数及び設定デューティ比を変更することで調整可能である。

【0097】

図１７は、キャリアピッチ、ＢＢ周期及びパルスＯＮ時間の一例を示す表である。図１７に示されるように、シングルピーク（ＳＰ）の場合、キャリア数は１である。設定するＢＢ幅を１０ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを１０ｋＨｚとすると、キャリア数が１００１、ＢＢ周期が１００μｓとなる。設定するＢＢ幅を１０．１ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを１０．１ｋＨｚとすると、キャリア数が１００１、ＢＢ周期が９９．００９９μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は１００μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を１０．０１ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを１００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が１０１、ＢＢ周期が９．９９９μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は１０μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を１０．００５ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを２００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が５１、ＢＢ周期が４．９９７５μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は５μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を１．０００２ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを５００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が３、ＢＢ周期が１．９９９６μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は２μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を２．５００５ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを５００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が６、ＢＢ周期が１．９９９６μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は２μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を５．００１ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを５００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が１１、ＢＢ周期が１．９９９６μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は２μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を１０．００２ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを５００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が２１、ＢＢ周期が１．９９９６μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は２μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を２０．００４ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを５００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が４１、ＢＢ周期が１．９９９６μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は２μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を５０．０１ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを５００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が１０１、ＢＢ周期が１．９９９６μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は２μｓに設定すればよい。設定するＢＢ幅を９９．５１９９ＭＨｚ、設定するキャリアピッチを５００．１ｋＨｚとすると、キャリア数が２００、ＢＢ周期が１．９９９６μｓとなる。この場合、パルスＯＮ時間（の最小値）は２μｓに設定すればよい。このように、ＢＢ周期は、ＢＢ幅及びキャリアピッチを調整することで変更可能である。つまり、設定パルス周波数、設定デューティ比、ＢＢ幅及びキャリアピッチのうちの少なくとも１つを調整して、設定パルスＯＮ時間＞ＢＢ周期となる関係を満たすように変更することができる。

【0098】

図１８の（Ａ）～（Ｅ）は、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ５００．１ｋＨｚ、パルス変調あり）の検波出力の一例である。横軸が時間（μｓ）、縦軸がパワー（Ｗ）である。設定帯域幅は１０．００２ＭＨｚ、設定キャリアピッチは５００．１ｋＨｚ、設定パワーは１０００Ｗである。つまり、ＢＢ周期は１．９９９６μｓとなる。パルス変調の条件は、設定パルス周波数１０ｋＨｚ、設定デューティ比が５０％である。つまり、パルスＯＮ時間が５０μｓ、パルスＯＦＦ時間が５０μｓである。パルスＯＮ時間はＢＢ周期よりも約２５倍の周期である。図１８の（Ａ）～（Ｅ）においては、パルスＯＮ時間に波形の切り出しを行った。図１８の（Ａ）はｔ＝０μｓのときにパルス変調が開始される場合の測定結果である。図１８の（Ｂ）はｔ＝２０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１８の（Ｃ）はｔ＝４０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１８の（Ｄ）はｔ＝６０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１８の（Ｅ）はｔ＝８０μｓのときにパルス変調が開始される場合の波形である。図１８の（Ａ）～（Ｅ）に示されるように、パルス変調の開始タイミングに関わらず波形の形状が均一となり、検波出力が安定することが確認された。

【0099】

図１９は、マルチキャリアによる帯域幅を有するマイクロ波（キャリアピッチ５００．１ｋＨｚ、パルス変調あり）のパワーの測定結果を纏めた表である。各パルス変調の開始タイミングごとに、平均パワー、標準偏差（ばらつき）、最大パワー及び最小パワーを測定した。パルス変調の開始タイミングは、０μｓ～９０μｓとした。図１９に示されるように、パルス変調の開始タイミングに関わらず、平均パワー、標準偏差（ばらつき）、最大パワー及び最小パワーが一定になることが確認された。これは、パルスＯＮ時間に切り出される波形がＢＢ周期の１周期分以上を満たすためである。図１５及び図１９を比較することにより、パルスＯＮ時間は、帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長いという関係を満たすことで、各パルスで安定したマイクロ波の投入を実現できることが確認された。つまり、帯域幅を有するマイクロ波によるプラズマのロバスト性を確保したまま各パルスのパワー投入を安定させることが確認された。

【0100】

［マイクロ波のパワーの平均化の改善］
図２０は、マイクロ波のパワーフィードバックに関する構成の他の例を示す図である。図２０に示される構成は、図７に示される構成と比較して、パルス生成器１６２ｂと波形発生器１６１とがケーブルなどで通信可能に接続される点が相違し、その他は同一である。以下では、相違点を中心に説明し、重複する説明は繰り返さない。

【0101】

パルス生成器１６２ｂで生成された同期信号ＰＳＳ－Ｍは、波形発生器１６１へ送信される。波形発生器１６１は、同期信号ＰＳＳ－Ｍに基づくタイミングでマイクロ波の波形を発生させる。これにより、帯域幅を有するマイクロ波出力とパルス信号とを同期させることができる。上述したとおり、パルスＯＮ時間がＢＢ周期よりも長いという関係を満たすことができれば各パルスで安定したマイクロ波の投入を実現できる。しかし、ＢＢ周期とパルスＯＮ時間とが近い値になるほど、平均パワー及びばらつきが不安定になるおそれがある。図２１の（Ａ）～（Ｃ）は、パルスＯＮ信号とＢＢ周期とのタイミングを説明する図である。横軸が時間（μｓ）、縦軸がパワー（Ｗ）である。グラフの下のタイムチャートはパルスＯＮ時間（Ｈｉｇｈレベル）、パルスＯＦＦ時間（Ｌｏｗレベル）のタイミングを示す。図２１の（Ａ）に示される波形は、ＢＢ周期の開始とともにパルスＯＮ時間が開始されている場合である。図２１の（Ｂ）に示される波形は、ＢＢ周期の開始から０．５μｓずれてパルスＯＮ時間が開始されている場合である。図２１の（Ｃ）に示される波形は、ＢＢ周期の開始から１．０μｓずれてパルスＯＮ時間が開始されている場合である。図２１の（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、パルスＯＮ時間中の余り部分（図中破線）に現れる波形形状に変化が生じることがわかる。このため、帯域幅を有するマイクロ波出力とパルス信号とを同期させることで、各パルスの波形を一定とすることができるので、平均パワー及びばらつきをより安定にすることができる。

【0102】

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。

【0103】

上述した実施形態では、マイクロ波発生部１６ａと波形発生器１６１とが分離している例を説明したが、一つの装置として構成されていてもよい。

【0104】

上述した実施形態では、マイクロ波パワーの同期信号を高周波パワーの同期信号に合わせて生成する例を説明したが、高周波パワーの同期信号をマイクロ波パワーの同期信号に合わせて生成する場合であってもよい。

【0105】

プラズマ処理装置１がＰｆモードのみ用いる場合、測定部１６ｋは反射波を測定する構成を備えていなくてもよい。

【0106】

上述した実施形態では、ＯＮ／ＯＦＦ制御のパルスを用いる例を説明したが、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ制御のパルスを用いた場合にも適用が可能である。この場合、パルスＯＮ（Ｈｉｇｈレベル）時間が帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長く、かつパルスＯＦＦ（Ｌｏｗレベル）時間が帯域幅を有するマイクロ波が持つパワー変動周期よりも長くてもよい。

【0107】

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

【0108】

上述したマイクロ波のパワー制御は、パルス変調されたＲＦ信号（ＲＦ電力）のパワー制御にも適用できる。例えば、図１に示されるプラズマ処理装置は、容量結合プラズマ型（ＣＣＰ；ＣａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、又は誘導結合プラズマ型（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）のプラズマ処理装置に変更され得る。図１に示されるプラズマ形成用のマイクロ波出力装置１６（電力供給部の一例）は、ＲＦ信号の高周波を印加する高周波電源（電力供給部の一例）に変更され得る。高周波電源は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してチャンバ本体１２に結合される。一実施形態において、ＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。これにより、処理空間Ｓに供給された処理ガスからプラズマが形成される。この高周波電源及び／又は高周波電源５８からのＲＦ信号がパルス化され得る。パルス化されたＲＦ信号は、上述したマイクロ波と同様に、設定パルス周波数及び設定デューティ比によって定まるパルスＯＮ時間が、帯域幅を有する高周波が持つパワー変動周期よりも長くなるように、設定される。これにより、各パルスで安定した高周波の投入を実現できる。

【符号の説明】

【0109】

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、１６ｈ…第２の方向性結合器、１６ｋ…測定部（測定部の一例）、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、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…波形発生器、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】