JP6910320B2 - マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置に関する。

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る。プラズマ処理装置は、容量結合型のプラズマ処理装置、誘導結合型のプラズマ処理装置といった種々のタイプがある。近年、マイクロ波を用いてガスを励起させるタイプのプラズマ処理装置が用いられるようになってきている。

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。この装置は、帯域幅を有するマイクロ波を出力することにより、プラズマの安定化を図ることができる。

特許文献２は、プラズマ励起用のマイクロ波をパルス変調する装置を開示する。この装置は、プラズマの不安定性を抑えて電子温度及びイオン温度を低下させることができる。

特開２０１２−１０９０８０号公報 特開平６−２６７９００号公報

電子デバイスの製造分野において、被処理体へのダメージを一層低減させるために、マイクロ波の低パワー化が進んでいる。しかしながら、マイクロ波のパワーを小さくし過ぎるとプラズマが不安定となったり失火したりするおそれがある。つまり、低パワー化のアプローチには限界がある。別なアプローチとして、プラズマの電子温度をより低くすることが考えられる。

このため、特許文献１記載の装置のように、帯域幅を有するマイクロ波を採用しつつ、特許文献２に記載の装置のように、マイクロ波のパワーをパルス変調することが考えられる。そして、プラズマをより安定維持するためには、パルス変調のＬｏｗレベルのパワーをプラズマ励起がされる程度のパワーに設定することが考えられる。このようなパルス変調をするにあたっては、マイクロ波出力装置から出力された進行波のパワーがパルス変調されていることを確認する必要がある。

本開示は、パルス変調されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいマイクロ波を出力するための技術を提供する。

一態様においては、マイクロ波出力装置が提供される。マイクロ波出力装置は、マイクロ波発生部及び出力部を有する。マイクロ波発生部は、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マイクロ波を発生する。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。マイクロ波発生部は、制御器から指示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と、制御器から指示された設定周波数に応じた中央周波数において単一周波数ピークを有するマイクロ波とを、パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの切り替えと同期して交互に発生する。

このマイクロ波出力装置では、帯域幅を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とがＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルと同期して交互に出力される。帯域幅を有するマイクロ波は、時間的に上下する波形であり、単一周波数ピークを有するマイクロ波は時間的に大きく上下しない波形である。このため、このマイクロ波出力装置は、帯域幅を有するマイクロ波をパルス変調する場合と比べて、Ｈｉｇｈレベルのパワー区間とＬｏｗレベルのパワー区間との境界をわかりやすくすることができる。よって、この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ルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいマイクロ波を出力することができる。

一実施形態において、マイクロ波発生部は、Ｌｏｗレベルの設定パワーが閾値パワーより大きい場合には、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波と中央周波数において単一周波数ピークを有するマイクロ波とを、パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの切り替えと同期して交互に発生し、Ｌｏｗレベルの設定パワーが閾値パワー以下である場合には、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波であって、パルス変調された該マイクロ波を発生してもよい。

この場合、このマイクロ波出力装置は、２つの出力モードを有する。第１の出力モードでは、帯域幅を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とがＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの切り替えと同期して交互に出力される。第２のモードでは、帯域幅を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波との切り替えは行われず、帯域幅を有するマイクロ波のパワーが単にパルス変調されて出力される。このように、このマイクロ波出力装置は、Ｌｏｗレベルの設定パワーに応じて、出力モードを切り替えることができる。

一実施形態において、Ｌｏｗレベルの閾値パワーは０Ｗであってもよい。Ｌｏｗレベルのパワーが０Ｗより大きい場合、設定されたパルスはＬｏｗレベルにおいてパワーを有するＨｉｇｈ／Ｌｏｗパルスとなる。Ｌｏｗレベルのパワーが０Ｗの場合、設定されたパルスはパルスＯＮ時以外は０ＷとなるＯＮ／ＯＦＦパルスである。ＯＮ／ＯＦＦパルスの場合、ＯＦＦ区間では波形が出現しないことからＯＮ区間とＯＦＦ区間との境界がわかりやすい。このため、このマイクロ波出力装置は、ＯＮ／ＯＦＦパルスに基づいたパルス変調をする場合には、全ての区間で帯域幅を有するマイクロ波を採用することで、プラズマの安定化を図る。そして、このマイクロ波出力装置は、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗパルスに基づいたパルス変調をする場合には、Ｈｉｇｈ区間又はＬｏｗ区間のいずれかにおいて単一周波数ピークを有するマイクロ波に切り替えることで、プラズマの安定化とマイクロ波のモニタのしやすさとを両立することができる。

一実施形態において、マイクロ波発生部は、パルス同期信号に基づいて、制御器から指示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第１波形と、制御器から指示された設定周波数に応じた中央周波数において単一周波数ピークを有する第２波形とが交互に出現するマイクロ波の波形を生成し、生成されたマイクロ波の波形と、パルス同期信号と、第１波形及び第２波形にそれぞれ対応した設定パワーとに基づいて、第１波形のパワー及び第２波形のパワーを制御してもよい。

この場合、マイクロ波出力装置は、パルス同期信号に基づいて第１波形と第２波形とが交互に出現するマイクロ波の波形を生成し、パルス同期信号に基づいて波形ごとにパワー制御をすることができる。

一実施形態において、マイクロ波出力装置は、第１の方向性結合器及び測定部をさらに備えてもよい。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。測定部は、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してもよい。

この場合、マイクロ波出力装置では、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、マイクロ波のパルス変調されたパワーを制御することができる。

一実施形態において、マイクロ波出力装置は、第２の方向性結合器をさらに備えてもよい。第２の方向性結合器は、出力部に戻された反射波の一部を出力する。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とともに、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てもよい。マイクロ波発生部は、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してもよい。

このマイクロ波出力装置では、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レベルのパワーが制御される。さらに、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を用いて制御されることにより、マイクロ波のパルス変調されたパワーを制御することができる。

別の態様においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体及びマイクロ波出力装置を備える。マイクロ波出力装置は、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ように構成されている。このマイクロ波出力装置は、上述の態様及び複数の実施形態のうち何れかのマイクロ波出力装置である。

本開示の種々の態様および実施形態によれば、パルス変調されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいマイクロ波を出力するための技術が提供される。

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。 パワーがパルス変調されたマイクロ波の一例である。 マイクロ波出力装置の一例を示す図である。 波形発生器におけるマイクロ波の生成原理を説明する図である。 同期信号及びマイクロ波の波形の一例である。 マイクロ波のパワー制御に関する構成の一例を示す図である。 移動平均の一例を説明する図である。 測定部によるサンプリングの一例を示す波形である。 同期信号、ＳＰ波形とＢＢ波形とが交互に出現する波形、パルス変調された波形、及び、サンプリングされた波形のタイムチャートである。 マイクロ波出力装置の動作を示すフローチャートである。 プラズマ処理装置の他の例を示す図である。 プラズマ処理装置の他の例を示す図である。 比較例１（単一周波数ピークを有するマイクロ波）における、時間と進行波パワーとの関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。 比較例２（広帯域周波数を有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、Ｌｏｗパワーごとにシミュレーションした結果である。 比較例３（広帯域周波数を有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。 実施例１（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、Ｌｏｗパワーごとにシミュレーションした結果である。 実施例２（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。 実施例３（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、Ｌｏｗパワーごとにシミュレーションした結果である。 実施例４（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。 比較例４（広帯域周波数を有するマイクロ波）のパルスモニタ精度をシミュレーションした結果である。 実施例５（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）のパルスモニタ精度をシミュレーションした結果である。 実施例６（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）のパルスモニタ精度をシミュレーションした結果である。

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。

［第１実施形態］
［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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〜５０ｋＨｚ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。

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。

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。

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。

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、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。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０〜２５ｋＨｚ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、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〜５０ｋＨｚ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［マイクロ波の一例］
マイクロ波出力装置１６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２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２に示されるように、マイクロ波は、Ｈｉｇｈパワー時においては、制御器１００から指示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し、制御器１００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にそれぞれ応じたパルス周波数、デューティ比、Ｈｉｇｈレベルのパワーを有する。マイクロ波は、Ｌｏｗパワー時においては、制御器１００から指示された設定周波数に応じた中央周波数において単一周波数ピークを有し、制御器１００から指示された設定パルス周波数、設定デューティ比、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、Ｌｏｗレベルのパワーを有する。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のパワー以上であってもよい。一例として、Ｌｏｗレベルの設定パワーは、５００Ｗ以上であってもよい。なお、Ｌｏｗレベルの設定パワーが０Ｗのとき、マイクロ波パワーは、ＯＮ／ＯＦＦ制御となる。Ｌｏｗレベルの設定パワーが０Ｗを超えて４００Ｗ以下のとき、マイクロ波パワーは、Ｌｏｗレベルにおいてプラズマ励起がなされない程度のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ制御となる。

［マイクロ波出力装置１６の構成例］
図３は、マイクロ波出力装置の一例を示す図である。図３に示されるように、マイクロ波出力装置１６は、演算装置１００ａに接続されている。演算装置１００ａは、制御器１００、波形発生器１０１、第１パルス生成器１０２、第２パルス生成器１０３、第３パルス生成器１０４、及び、第４パルス生成器１０５を有する。

波形発生器１０１は、マイクロ波の波形を発生する。波形発生器１０１は、２種類のマイクロ波の波形を発生することができる。第１波形として、波形発生器１０１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。第２波形として、波形発生器１０１は、制御器１００から指示された設定周波数に応じた中央周波数において単一周波数ピークを有するマイクロ波の波形を発生する。

第１パルス生成器１０２は、同期信号を生成する。同期信号は、２種類のマイクロ波の波形生成のタイミングを決定するために、さらに、マイクロ波出力装置１６にてマイクロ波パワーをパルス変調する際に利用される。第１パルス生成器１０２は、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおけるマイクロ波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−Ｍを生成する。第１パルス生成器１０２は、同期信号ＰＳＳ−Ｍを波形発生器１０１及びマイクロ波出力装置１６へ出力する。

波形発生器１０１は、帯域幅を有するマイクロ波の波形と、単一周波数ピークを有するマイクロ波の波形とを交互に出力する。波形発生器１０１は、第１パルス生成器１０２から出力された同期信号ＰＳＳ−Ｍに基づいて動作する。波形発生器１０１は、同期信号ＰＳＳ−Ｍに基づいて、帯域幅を有するマイクロ波の波形の発生タイミング、単一周波数ピークを有するマイクロ波の波形の発生タイミングを決定する。波形発生器１０１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。

第２パルス生成器１０３は、パワーがパルス変調されたマイクロ波をチューナ２６にてインピーダンス整合する際に利用される同期信号を生成する。第２パルス生成器１０３は、第１パルス生成器１０２と同様に、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおけるマイクロ波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−ＭＴを生成する。同期信号ＰＳＳ−ＭＴは、同期信号ＰＳＳ−Ｍと同一のパルス周波数及びデューティ比を有する。第２パルス生成器１０３は、同期信号ＰＳＳ−ＭＴをチューナ２６へ出力する。

第３パルス生成器１０４は、高周波電源５８にて高周波パワーをパルス変調する際に利用される同期信号を生成する。第３パルス生成器１０４は、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおける高周波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−Ｒを生成する。第３パルス生成器１０４は、同期信号ＰＳＳ−Ｒを高周波電源５８へ出力する。

第４パルス生成器１０５は、パワーがパルス変調された高周波をマッチングユニット６０にてインピーダンス整合する際に利用される同期信号を生成する。第４パルス生成器１０５は、第３パルス生成器１０４と同様に、制御器１００によって設定された設定プロファイルにおける高周波パワーの設定パルス周波数及び設定デューティ比に基づいて、同期信号ＰＳＳ−ＲＭを生成する。同期信号ＰＳＳ−ＲＭは、同期信号ＰＳＳ−Ｒと同一のパルス周波数及びデューティ比を有する。第４パルス生成器１０５は、同期信号ＰＳＳ−ＲＭをマッチングユニット６０へ出力する。

第１パルス生成器１０２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ので、安定したプラズマ生成が可能となる。

マイクロ波出力装置１６は、波形発生器１０１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。

マイクロ波発生部１６ａは、制御器１００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。

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。

波形発生器１０１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１０１により出力されたマイクロ波が、制御器１００により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応じたパワーを有する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。

パワー制御部１６２は、一例として、制御部１６２ａ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、第１パルス生成器１０２から同期信号ＰＳＳ−Ｍを取得する。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。

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。

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。

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。

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。

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。

測定部１６ｋは、導波管内のマイクロ波を測定する機器である。測定部１６ｋは、測定制御部１６７、第１検波部１６８及び第２検波部１６９を有する。

第１検波部１６８は、導波管内のマイクロ波の進行波パワーに応じた測定値を検出する。第１検波部１６８は、第１の方向性結合器１６ｆから出力された進行波を入力する。第２検波部１６９は、導波管内のマイクロ波の反射波パワーに応じた測定値を検出する。第２検波部１６９は、第２の方向性結合器１６ｈから出力された反射波を入力する。

測定制御部１６７は、第１検波部１６８により取得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。測定制御部１６７は、第２検波部１６９により取得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。

測定制御部１６７は、第１検波部１６８により検出された測定値に基づいて、進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。

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）。

チューナ２６は、チューナ制御部２６０及びチューナ検波部２６４を有する。チューナ制御部２６０は、制御器１００の信号及びチューナ検波部２６４の検出結果に基づいて、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。チューナ検波部２６４は、一例として三探針検波器であり、３本のダイオード付きプローブを有する。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。

チューナ制御部２６０は、第２パルス生成器１０３により生成されたマイクロ波パワー用の同期信号ＰＳＳ−ＭＴを取得する。チューナ制御部２６０は、同期信号を考慮して、スタブ２６ａ、２６ｂ，２６ｃを動作させる。高周波電源５８は、第３パルス生成器１０４により生成された高周波パワー用の同期信号ＰＳＳ−Ｒを取得する。高周波電源５８は、同期信号ＰＳＳ−Ｒに基づいて高周波パワーをパルス変調する。マッチングユニット６０は、第４パルス生成器１０５により生成された高周波パワー用の同期信号ＰＳＳ−ＭＴを取得する。マッチングユニット６０は、同期信号ＰＳＳ−ＭＴに基づいて、パルス変調された高周波パワーを整合する。

［波形発生器の詳細］
図４は、波形発生器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に示されるように、波形発生器１０１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１０１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１０１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１０１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。

波形発生器１０１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）。

一例では、波形発生器１０１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１０１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１０１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１０１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１０１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１０１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１０１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。

［波形発生器により生成される波形の一例］
波形発生器１０１は、同期信号ＰＳＳ−Ｍに基づいて、一の周波数成分を有するマイクロ波と、複数の周波数成分を有するマイクロ波とを交互に生成することもできる。以下、同期信号、及び、波形発生器により生成されるマイクロ波の波形の一例を示す。図５は、同期信号及びマイクロ波の波形の一例である。図５の（Ａ）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となる。同期信号ＰＳＳ−Ｍのパルス周期ＰＴは、Ｈｉｇｈレベルとなるタイミングの間隔で定義する。パルス周期ＰＴに対するＨｉｇｈ時間ＨＴの比がデューティ比である。第１パルス生成器１０２は、制御器１００により指定されたパルス周波数（１／ＰＴ）及びデューティ比（ＨＴ／ＰＴ×１００［％］）に基づいて、図５の（Ａ）に示されるような同期信号を生成する。

波形発生器１０１は、Ｈｉｇｈ時間ＨＴの間は広帯域周波数を有するマイクロ波の波形を生成し、Ｌｏｗ時間ＬＴの間は単一周波数ピークを有するマイクロ波の波形を生成する。図５の（Ｂ）では、広帯域周波数を有するマイクロ波の波形をＢＢ（Broad Band）波形、単一周波数ピークを有するマイクロ波の波形をＳＰ（SinglePeak）波形として示している。波形発生器１０１は、ＢＢ波形とＳＰ波形との生成タイミングを逆にしてもよい。つまり、波形発生器１０１は、Ｈｉｇｈ時間ＨＴの間は単一周波数ピークを有するマイクロ波の波形を生成し、Ｌｏｗ時間ＬＴの間は広帯域周波数を有するマイクロ波の波形を生成してもよい。

［マイクロ波のパワー制御の一例］
波形発生器により生成された波形は、パワーが変調及び増幅されて出力される。図６は、マイクロ波のパワー制御に関する構成の一例を示す図である。図６に示されるように、パワー制御は、測定制御部１６７及び制御部１６２ａによって実現する。

図６に示されるように、波形発生器１０１は、ＳＰ波形及びＢＢ波形が交互に出現するマイクロ波の波形を出力する。制御部１６２ａは、減衰器１６３を動作させてマイクロ波のパワーをパルス変調する。制御部１６２ａは、第１パルス生成器１０２から出力された同期信号ＰＳＳ−Ｍに基づいてＨｉｇｈ時間及びＬｏｗ時間を決定する。制御部１６２ａは、Ｈｉｇｈ時間においては制御器１００から出力された設定ＨｉｇｈパワーＰＨとなるように、Ｌｏｗ時間においては設定ＬｏｗパワーＰＬとなるように、減衰器１６３を動作させる。これにより、ＳＰ波形部分のみが減衰したマイクロ波が得られる。マイクロ波は、増幅器１６４及び増幅器１６５によって増幅され、チャンバ本体１２へと送られる。

測定制御部１６７は、第１の方向性結合器１６ｆ及び第２の方向性結合器１６ｈから進行波のパワーの測定値ｐｆ０及び反射波のパワーの測定値ｐｒ０を取得する。測定制御部１６７は、測定値をサンプリングして制御部１６２ａへ出力する。制御部１６２ａは、進行波のパワーの測定値ｐｆと反射波のパワーの測定値ｐｒ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。

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、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、測定制御部１６７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。

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。

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）との差を制御器１００によって指定された設定Ｈｉｇｈパワーに近づけるように、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）との差を制御器１００によって指定された設定Ｌｏｗパワーに近づけるように、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。

［測定制御部のデータサンプリングの一例］
測定制御部１６７は、パルス変調された進行波パワーを正確に測定するためにデータを平均化してもよい。図７は、移動平均の一例を説明する図である。図７において、ａはサンプリング間隔［μｓ］、ｂは移動平均時間［μｓ］、ｃはサンプル数である。なお，サンプリング間隔は、０．１μｓ以下である。サンプル数ｃはｂ/ａで表現される。測定制御部１６７は、時刻ｔ＝０のとき、Ｐｆ（１）〜Ｐｆ（ｃ）までのｃ個のサンプルをサンプリング間隔ａで取得し、平均化する。測定制御部１６７は、時刻ｔ＝１のとき、Ｐｆ（２）〜Ｐｆ（ｃ＋１）までのｃ個のサンプルをサンプリング間隔ａで取得し、平均化する。測定制御部１６７は、時刻ｔ＝ｋのとき、Ｐｆ（ｋ＋１）〜Ｐｆ（ｃ＋ｋ）までのｃ個のサンプルをサンプリング間隔ａで取得し、平均化する。数式で表すと以下の通りである。

これにより、強弱を有するパワー波形が平均化される。なお、上記例では進行波の例を示したが、反射波も同一の手法で平均化することができる。

［サンプリングの結果の一例］
図８は、測定部によるサンプリングの一例を示す波形である。図８の（Ａ）の波形は、第１の方向性結合器１６ｆにより測定された、パルス変調されたＳＰ波形である。図８の（Ｂ）の波形は、図８の（Ａ）のＳＰ波形を測定制御部１６７によってサンプリングした波形である。図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、パルス変調されたＳＰ波形は、サンプリング後においてＨｉｇｈ及びＬｏｗの信号を明確に区別することができる。図８の（Ｃ）の波形は、第１の方向性結合器１６ｆにより測定された、パルス変調されたＢＢ波形である。図８の（Ｄ）の波形は、図８の（Ｃ）のＢＢ波形を測定制御部１６７によってサンプリングした波形である。図８の（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、パルス変調されたＢＢ波形は、サンプリング後においてＨｉｇｈ及びＬｏｗの信号の境界が不明確となる。図８の（Ｅ）の波形は、第１の方向性結合器１６ｆにより測定されたパルス変調された波形であり、ＳＰ波形とＢＢ波形とが交互に出現する波形である。図８の（Ｆ）の波形は、図８の（Ｅ）の波形を測定制御部１６７によってサンプリングした波形である。図８の（Ｅ）及び（Ｆ）に示されるように、ＳＰ波形とＢＢ波形とが交互に出現する波形は、サンプリング後においてＨｉｇｈ及びＬｏｗの信号を明確に区別することができる。

［タイムチャートの一例］
上述した、同期信号、ＳＰ波形とＢＢ波形とが交互に出現する波形、パルス変調された波形、サンプリングされた波形を、それぞれの時間軸を一致させた状態で図９に示す。図９は、同期信号、ＳＰ波形とＢＢ波形とが交互に出現する波形、パルス変調された波形、及び、サンプリングされた波形のタイムチャートである。図９の（Ａ）は第１パルス生成器１０２により生成された同期信号ＰＳＳ−Ｍ、図９の（Ｂ）は波形発生器１０１により生成された波形、図９の（Ｃ）は制御部１６２ａによりパルス変調された波形、図９の（Ｄ）は測定制御部１６７によりサンプリングされた波形である。

図９の（Ｂ）に示されるように、図９の（Ａ）に示される同期信号ＰＳＳ−ＭのＯＮ／ＯＦＦと同期して、ＳＰ波形とＢＢ波形とが交互に出現する。つまり、図９の（Ｂ）に示される波形の周期及びデューティ比は、同期信号ＰＳＳ−Ｍの周期及びデューティ比と一致する。図９の（Ｃ）に示されるように、図９の（Ａ）に示される同期信号ＰＳＳ−ＭのＯＮ／ＯＦＦと同期して、ＳＰ波形とＢＢ波形とのパワーがそれぞれ区別されて変調される。つまり、図９の（Ｃ）に示される波形の周期及びデューティ比は、同期信号ＰＳＳ−Ｍの周期及びデューティ比と一致する。そして、図９の（Ｄ）に示されるように、マイクロ波のＨｉｇｈ部分とＬｏｗ部分とがそれぞれ区別されて検出される。

［出力モードの切り替えの一例］
マイクロ波発生部１６ａは、２つの出力モードを有してもよい。第１の出力モードでは、パルス変調されたＢＢ波形及びＳＰ波形を有するマイクロ波が出力される。第２の出力モードでは、パルス変調されたＢＢ波形を有するマイクロ波が出力される。マイクロ波発生部１６ａは、Ｌｏｗレベルの設定パワーと閾値パワーとに基づいて、出力モードの切り替えを決定する。閾値パワーは、出力モードの切り替えの決定のために予め定められたパワー値である。閾値パワーは、０〜５００Ｗの間で設定され得る。一例として、閾値パワーは０Ｗである。閾値パワーは、一例として、制御器１００の記憶部に記憶される。マイクロ波発生部１６ａは、Ｌｏｗレベルの設定パワーが閾値パワーより大きい場合には第１の出力モードで動作し、Ｌｏｗレベルの設定パワーが閾値パワー以下である場合には第２の出力モードで動作する。

図１０は、マイクロ波出力装置の動作を示すフローチャートである。図１０に示されるフローチャートは、一例として、マイクロ波発生部１６ａがマイクロ波の出力前に実行する。

最初に、判定工程（Ｓ１０）として、マイクロ波発生部１６ａは、Ｌｏｗレベルの設定パワーが閾値パワー以下であるか否かを判定する。マイクロ波発生部１６ａは、制御器１００からＬｏｗレベルの設定パワー及び閾値パワーを取得する。

Ｌｏｗレベルの設定パワーが閾値パワー以下であると判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、マイクロ波発生部１６ａは、第２出力工程（Ｓ１２）として、第２の出力モードで動作する。この場合、マイクロ波発生部１６ａは、パルス変調されたＢＢ波形を有するマイクロ波を出力する。

Ｌｏｗレベルの設定パワーが閾値パワー以下でないと判定された場合（Ｓ１０：ＮＯ）、マイクロ波発生部１６ａは、第１出力工程（Ｓ１４）として、第１の出力モードで動作する。この場合、マイクロ波発生部１６ａは、パルス変調されたＢＢ波形及びＳＰ波形を有するマイクロ波を出力する。

第２出力工程（Ｓ１２）及び第１出力工程（Ｓ１４）が終了すると、図１０に示されるフローチャートは終了する。このように、マイクロ波出力装置１６は、Ｌｏｗレベルの設定パワーに応じて、出力モードを切り替えることができる。

［測定制御部による進行波パワーのＨｉｇｈ／Ｌｏｗ判定の一例］
測定制御部１６７は、パルス変調された進行波パワーのＨｉｇｈ及びＬｏｗを正確に判定するために、複数の閾値を用いてもよい。例えば、Ｈｉｇｈレベルの設定パワーよりも所定値だけ大きい第１上限閾値と、Ｈｉｇｈレベルの設定パワーよりも所定値だけ小さい第１下限閾値が設定される。例えば、Ｌｏｗレベルの設定パワーよりも所定値だけ大きい第２上限閾値と、Ｌｏｗレベルの設定パワーよりも所定値だけ小さい第２下限閾値が設定される。

測定制御部１６７は、サンプリングした値が第１上限閾値と第１下限閾値との間にｎ回連続で含まれている場合には、Ｈｉｇｈレベルであると判定する。測定制御部１６７は、サンプリングした値が第２上限閾値と第２下限閾値との間にｎ回連続で含まれている場合には、Ｌｏｗレベルであると判定する。ｎは判定回数であり、予め設定された値である。測定制御部１６７は、Ｈｉｇｈレベルの判定条件及びＬｏｗレベルの判定条件の何れも満たさない場合には、前回判定値を保持する。つまり、前回の判定処理においてＨｇｉｈレベルと判定されていた場合には、今回の判定処理においてもＨｉｇｈレベルと判定する。同様に、前回の判定処理においてＬｏｗレベルと判定されていた場合には、今回の判定処理においてもＬｏｗレベルと判定する。

［測定制御部の設定の一例］
測定制御部１６７は、測定誤差が小さくなる範囲で測定するように設定されていてもよい。測定誤差は、周波数精度及びデューティ比誤差を含む。周波数精度は、設定パルス周波数に対する検出パルス周波数の誤差である。具体的な一例として、周波数精度は、以下の数式（１）で表現される。

ただし、数式（１）の右辺の計算値が１００％以上となった場合は、周波数精度は１００％とする。デューティ比誤差は、設定デューティ比に対する検出デューティ比の誤差である。具体的な一例として、デューティ比誤差は、以下の数式（２）で表現される。

測定制御部１６７は、周波数精度及びデューティ比誤差のうち大きい方を最大誤差として採用してもよい。上述した測定制御部１６７の判定回数ｎは、最大誤差が小さくなるように設定される。

［第１実施形態のまとめ］
マイクロ波出力装置１０では、ＢＢ波形（帯域幅を有するマイクロ波）とＳＰ波形（単一周波数ピークを有するマイクロ波）とがＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルと同期して交互に出力される。ＢＢ波形は、時間的に上下する波形であり、ＳＰ波形は時間的に大きく上下しない波形である。このため、マイクロ波出力装置１０は、ＢＢ波形をパルス変調する場合と比べて、Ｈｉｇｈレベルのパワー区間とＬｏｗレベルのパワー区間との境界をわかりやすくすることができる。よって、マイクロ波出力装置１０は、パルス変調されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいマイクロ波を出力することができる。

マイクロ波出力装置１０は、Ｌｏｗレベルの設定パワーに応じて、出力モードを切り替えることができる。これにより、マイクロ波出力装置１０は、ＯＮ／ＯＦＦパルスに基づいたパルス変調をする場合には、ＢＢ波形のマイクロ波を採用することで、プラズマの安定化を図る。マイクロ波出力装置１０は、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗパルスに基づいたパルス変調をする場合には、Ｈｉｇｈ区間又はＬｏｗ区間のいずれかにおいてＳＰ波形を有するマイクロ波に切り替えることで、プラズマの安定化とマイクロ波のモニタのしやすさとを両立することができる。

マイクロ波出力装置１０は、パルス同期信号に基づいてＢＢ波形とＳＰ波形とが交互に出現するマイクロ波の波形を生成し、パルス同期信号に基づいて波形ごとにパワー制御をすることができる。

マイクロ波出力装置１０では、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、マイクロ波のパルス変調されたパワーを制御することができる。

マイクロ波出力装置１０では、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レベルのパワーが制御される。さらに、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を用いて制御されることにより、マイクロ波のパルス変調されたパワーを制御することができる。マイクロ波出力装置１０を備えるプラズマ処理装置１は、マイクロ波出力装置１０と同一の効果を奏する。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るプラズマ処理装置１Ａは、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１と比べて、チューナ２６の制御部がマイクロ波のモニタ装置として機能する点が相違し、その他は同一である。以下では、プラズマ処理装置１とプラズマ処理装置１Ａとの相違点を中心に説明し、重複する説明は繰り返さない。

図１１は、プラズマ処理装置の他の例を示す図である。図１１に示されるように、測定部１６ｋは、測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａを備える。測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａは、測定制御部１６７及び第１検波部１６８と比較して、モニタ機能を有しない点で相違し、その他は同一である。

チューナ２６は、チューナ制御部２６０Ａ及びチューナ検波部２６４Ａを有する。チューナ制御部２６０Ａ及びチューナ検波部２６４Ａは、チューナ制御部２６０及びチューナ検波部２６４と比較して、モニタ機能を有する点で相違し、その他は同一である。つまり、チューナ制御部２６０Ａは、チューナ検波部２６４Ａによって検出された検波信号を分岐して、マイクロ波の進行波パワーの周波数及びデューティ比を取得する。モニタの仕方、つまり、移動平均時間、判定回数、閾値については、第１実施形態と同一である。

上記以外のプラズマ処理装置１Ａの構成は、プラズマ処理装置１と同一である。

［第３実施形態］
第３実施形態に係るプラズマ処理装置１Ｂは、第１実施形態に係るプラズマ処理装置１と比べて、復調部８０及び復調制御部８１を備える点が相違し、その他は同一である。以下では、プラズマ処理装置１とプラズマ処理装置１Ｂとの相違点を中心に説明し、重複する説明は繰り返さない。

図１２は、プラズマ処理装置の他の例を示す図である。図１２に示されるように、測定部１６ｋは、測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａを備える。測定制御部１６７Ａ及び第１検波部１６８Ａは、測定制御部１６７及び第１検波部１６８と比較して、パルスモニタ機能を有しない点で相違し、その他は同一である。

プラズマ処理装置１Ｂは、復調部８０（検波部の一例）及び復調制御部８１（取得部の一例）を備える。復調部８０は、例えば導波管２１におけるチューナ２６とアンテナ１８（図１参照）との間に設けられる。復調部８０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。

復調部８０は、方向性結合器を有する。方向性結合器は、一例として、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、方向性結合器は、モード変換器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。

復調制御部８１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８１は、方向性結合器から出力された進行波の一部に基づき、方向性結合器における進行波パワーを測定する。同様に、復調制御部８１は、方向性結合器から出力された反射波の一部に基づき、方向性結合器における反射波パワーを測定する。モニタの仕方、つまり、移動平均時間、判定回数、閾値については、第１実施形態と同一である。

上記以外のプラズマ処理装置１Ｂの構成は、プラズマ処理装置１と同一である。

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。

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１０１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。また、演算装置１００ａが第１パルス生成器１０２〜第４パルス生成器１０５を備える例を説明したが、これに限定されない。例えば、パワー制御部１６２が第１パルス生成器１０２を備えてもよい。

プラズマ処理装置がマイクロ波の進行波パワーを利用する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。

以下、本開示の効果を説明するシミュレーション結果を説明する。
［進行波パワーの波形］
マイクロ波のパワーがパルス変調された場合の波形をシミュレーションにより確認した。
（比較例１）
比較例１は、単一周波数ピークを有するマイクロ波がパルス変調された波形である。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｈｉｇｈレベルの設定パワー：２５００Ｗ
Ｈｉｇｈレベルの波形 ：ＳＰ波形
Ｌｏｗレベルの設定パワー ：１０００Ｗ
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＳＰ波形
設定周波数 ：２４６０ＭＨｚ
設定パルス周波数 ：２０ｋＨｚ
設定デューティ比 ：１０％，５０％，９０％
結果を図１３に示す。

図１３は、比較例１（単一周波数ピークを有するマイクロ波）における、時間と進行波パワーとの関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。図１３の（Ａ）はデューティ比が１０％のときの波形である。図１３の（Ｂ）はデューティ比が５０％のときの波形である。図１３の（Ｃ）はデューティ比が５０％のときの波形である。図１３の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、単一周波数ピークを有するマイクロ波をパルス変調した場合、デューティ比にかかわらず、Ｈｉｇｈ区間及びＬｏｗ区間を明確に区別できることが確認された。

（比較例２）
比較例２は、広帯域周波数を有するマイクロ波がパルス変調された波形である。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｈｉｇｈレベルの設定パワー：２５００Ｗ
Ｈｉｇｈレベルの波形 ：ＢＢ波形
Ｌｏｗレベルの設定パワー ：５００Ｗ，１０００Ｗ，２０００Ｗ
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＢＢ波形
設定周波数 ：２４６０ＭＨｚ
設定帯域幅 ：１０Ｍｚ
設定パルス周波数 ：２０ｋＨｚ
設定デューティ比 ：５０％
結果を図１４に示す。

図１４は、比較例２（広帯域周波数を有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、Ｌｏｗパワーごとにシミュレーションした結果である。図１４の（Ａ）はＬｏｗレベルの設定パワーが５００Ｗのときの波形である。図１４の（Ｂ）はＬｏｗレベルの設定パワーが１０００Ｗのときの波形である。図１４の（Ｃ）はＬｏｗレベルの設定パワーが２０００Ｗのときの波形である。図１４の（Ａ）〜（Ｃ）に示される矩形信号は、同期信号ＰＳＳ−Ｍである。図１４の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数を有するマイクロ波をパルス変調した場合、Ｈｉｇｈ区間とＬｏｗ区間との境界が不明確であることが確認された。特に、Ｌｏｗレベルの設定パワーが大きくなるほど境界が不明確になることが確認された。

（比較例３）
比較例３は、広帯域周波数を有するマイクロ波がパルス変調された波形である。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｈｉｇｈレベルの設定パワー：２５００Ｗ
Ｈｉｇｈレベルの波形 ：ＢＢ波形
Ｌｏｗレベルの設定パワー ：１０００Ｗ
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＢＢ波形
設定周波数 ：２４６０ＭＨｚ
設定帯域幅 ：１０Ｍｚ
設定パルス周波数 ：２０ｋＨｚ
設定デューティ比 ：１０％，５０％，９０％
結果を図１５に示す。

図１５は、比較例３（広帯域周波数を有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。図１５の（Ａ）はデューティ比が１０％のときの波形である。図１５の（Ｂ）はデューティ比が５０％のときの波形である。図１５の（Ｃ）はデューティ比が９０％のときの波形である。図１５の（Ａ）〜（Ｃ）に示される矩形信号は、同期信号ＰＳＳ−Ｍである。図１５の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数を有するマイクロ波をパルス変調した場合、Ｈｉｇｈ区間とＬｏｗ区間との境界が不明確であることが確認された。特に、デューティ比が大きくなるほど境界が不明確になることが確認された。

（実施例１）
実施例１は、広帯域周波数を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とが交互に出現し、かつ、パルス変調された波形である。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＳＰ波形
その他の条件は、比較例２と同一である。結果を図１６に示す。

図１６は、実施例１（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、Ｌｏｗパワーごとにシミュレーションした結果である。図１６の（Ａ）はＬｏｗレベルの設定パワーが５００Ｗのときの波形である。図１６の（Ｂ）はＬｏｗレベルの設定パワーが１０００Ｗのときの波形である。図１６の（Ｃ）はＬｏｗレベルの設定パワーが２０００Ｗのときの波形である。図１６の（Ａ）〜（Ｃ）に示される矩形信号は、同期信号ＰＳＳ−Ｍである。図１６の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波をパルス変調した場合、Ｌｏｗレベルの設定パワーにかかわらず、Ｈｉｇｈ区間及びＬｏｗ区間を明確に区別できることが確認された。また、実施例１は、比較例２と比べて、パルス変調されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいことが確認された。

（実施例２）
実施例２は、広帯域周波数を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とが交互に出現し、かつ、パルス変調された波形である。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＳＰ波形
その他の条件は、比較例３と同一である。結果を図１７に示す。

図１７は、実施例２（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。図１７の（Ａ）はデューティ比が１０％のときの波形である。図１７の（Ｂ）はデューティ比が５０％のときの波形である。図１７の（Ｃ）はデューティ比が９０％のときの波形である。図１７の（Ａ）〜（Ｃ）に示される矩形信号は、同期信号ＰＳＳ−Ｍである。図１７の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波をパルス変調した場合、設定デューティ比にかかわらず、Ｈｉｇｈ区間及びＬｏｗ区間を明確に区別できることが確認された。また、実施例２は、比較例３と比べて、パルス変調されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいことが確認された。

（実施例３）
実施例３は、広帯域周波数を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とが交互に出現し、かつ、パルス変調された波形である。シミュレーションの条件は、以下のとおりである。
Ｈｉｇｈレベルの波形 ：ＳＰ波形
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＢＢ波形
その他の条件は、比較例２と同一である。結果を図１８に示す。

図１８は、実施例３（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、Ｌｏｗパワーごとにシミュレーションした結果である。図１８の（Ａ）はＬｏｗレベルの設定パワーが５００Ｗのときの波形である。図１８の（Ｂ）はＬｏｗレベルの設定パワーが１０００Ｗのときの波形である。図１８の（Ｃ）はＬｏｗレベルの設定パワーが２０００Ｗのときの波形である。図１８の（Ａ）〜（Ｃ）に示される矩形信号は、同期信号ＰＳＳ−Ｍである。図１８の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波をパルス変調した場合、Ｌｏｗレベルの設定パワーにかかわらず、Ｈｉｇｈ区間及びＬｏｗ区間を明確に区別できることが確認された。また、実施例３は、比較例２と比べて、パルス変調されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいことが確認された。

（実施例４）
実施例４は、広帯域周波数を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とが交互に出現し、かつ、パルス変調された波形である。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｈｉｇｈレベルの波形 ：ＳＰ波形
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＢＢ波形
その他の条件は、比較例３と同一である。結果を図１９に示す。

図１９は、実施例４（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）における、進行波パワーと時間との関係を、デューティ比ごとにシミュレーションした結果である。図１９の（Ａ）はデューティ比が１０％のときの波形である。図１９の（Ｂ）はデューティ比が５０％のときの波形である。図１９の（Ｃ）はデューティ比が９０％のときの波形である。図１９の（Ａ）〜（Ｃ）に示される矩形信号は、同期信号ＰＳＳ−Ｍである。図１９の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波をパルス変調した場合、設定デューティ比にかかわらず、Ｈｉｇｈ区間及びＬｏｗ区間を明確に区別できることが確認された。また、実施例４は、比較例３と比べて、パルス変調されたマイクロ波のパルス周波数及びデューティ比をモニタしやすいことが確認された。

［測定誤差］
測定制御部の測定誤差と判定回数との関係をシミュレーションした。
（比較例４）
比較例４は、広帯域周波数を有するマイクロ波がパルス変調された波形である。マイクロ波を検出し、測定誤差を確認した。式（１）を用いて周波数精度を算出した。式（２）を用いてデューティ比誤差を算出した。周波数精度及びデューティ比誤差から最大誤差を算出した。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｈｉｇｈレベルの設定パワー：２５００Ｗ
Ｈｉｇｈレベルの波形 ：ＢＢ波形
Ｌｏｗレベルの設定パワー ：１０００Ｗ
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＢＢ波形
設定周波数 ：２４６０ＭＨｚ
設定パルス周波数 ：２０ｋＨｚ
設定デューティ比 ：５０％
第１上限閾値，第１下限閾値：２５００Ｗ＋１０Ｗ，２５００Ｗ−１０Ｗ
第２上限閾値，第２下限閾値：１０００Ｗ＋１０Ｗ，１０００Ｗ−１０Ｗ
移動平均時間 ：０〜７μｓ
判定回数 ：１〜４回
結果を図２０に示す。
以下、判定回数を用いたパワーのＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの判定について説明する。図７における進行波パワーのデータＰｆ（ｔ）において、Ｐｆ（ｔ）が第１上限閾値と第１下限閾値との間に判定回数だけ連続で滞在した場合、進行波パワーはＨｉｇｈレベルであると判定される。つまり、判定回数が１回の場合には、第１上限閾値≧Ｐｆ（ｔ）≧第１下限閾値を満たすときに、進行波パワーはＨｉｇｈレベルであると判定される。判定回数が３回の場合には、第１上限閾値≧Ｐｆ（ｔ），Ｐｆ（ｔ−１），Ｐｆ（ｔ−２）≧第１下限閾値を満たすときに、進行波パワーはＨｉｇｈレベルであると判定される。進行波パワーがひとたびＨｉｇｈレベルであると判定された場合、Ｐｆ（ｔ）が第１上限閾値と第１下限閾値との間から外れたとしても、進行波パワーがＬｏｗレベルであると判定されるまでは、進行波パワーはＨｉｇｈレベルであるとの判定を継続する。また、図７における進行波パワーのデータＰｆ（ｔ）のデータにおいて、Ｐｆ（ｔ）が第２上限閾値と第２下限閾値との間に判定回数だけ連続で滞在した場合、進行波パワーはＬｏｗレベルであると判定される。つまり、判定回数が１回の場合には、第２上限閾値≧Ｐｆ（ｔ）≧第２下限閾値を満たすときに、進行波パワーはＬｏｗレベルであると判定される。判定回数が３回の場合には、第２上限閾値≧Ｐｆ（ｔ），Ｐｆ（ｔ−１），Ｐｆ（ｔ−２）≧第２下限閾値を満たすときに、進行波パワーはＬｏｗレベルであると判定される。進行波パワーがひとたびＬｏｗレベルであると判定された場合、Ｐｆ（ｔ）が第２上限閾値と第２下限閾値との間から外れてたとしても、進行波パワーがＨｉｇｈレベルであると判定されるまでは、進行波パワーはＬｏｗレベルであるとの判定を継続する。

図２０は、比較例４（広帯域周波数を有するマイクロ波）のパルスモニタ精度をシミュレーションした結果である。図２０の（Ａ）は、判定回数と周波数精度との関係を移動平均時間ごとに算出した結果である。図２０の（Ｂ）は、判定回数とデューティ比誤差との関係を移動平均時間ごとに算出した結果である。図２０の（Ｃ）は、移動平均時間と誤差（最大誤差）との関係を判定回数ごとに算出した結果である。図２０の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数を有するマイクロ波の測定においては、判定回数及び移動平均時間を変更しても十分な精度（例えば３％以下）を得ることが難しいことが確認された。

（実施例５）
実施例５は、広帯域周波数を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とが交互に出現し、かつ、パルス変調された波形である。マイクロ波を検出し、測定誤差を確認した。式（１）を用いて周波数精度を算出した。式（２）を用いてデューティ比誤差を算出した。周波数精度及びデューティ比誤差から最大誤差を算出した。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｌｏｗレベルの波形 ：ＳＰ波形
その他の条件は、比較例４と同一である。結果を図２１に示す。

図２１は、実施例５（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）のパルスモニタ精度をシミュレーションした結果である。図２１の（Ａ）は、判定回数と周波数精度との関係を移動平均時間ごとに算出した結果である。図２１の（Ｂ）は、判定回数とデューティ比誤差との関係を移動平均時間ごとに算出した結果である。図２１の（Ｃ）は、移動平均時間と誤差（最大誤差）との関係を判定回数ごとに算出した結果である。図２１の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波の測定においては、判定回数は大きくするほど、移動平均時間は短くするほど精度が向上する傾向にあることが確認された。そして、判定回数及び移動平均時間を適切に選択することにより、十分な精度（例えば３％以下）となることが確認された。例えば、移動平均時間を１．２μｓとし、判定回数を３回以上とすることで、３％以下の誤差を実現できることが確認された。

（実施例６）
実施例６は、広帯域周波数を有するマイクロ波と単一周波数ピークを有するマイクロ波とが交互に出現し、かつ、パルス変調された波形である。マイクロ波を検出し、測定誤差を確認した。式（１）を用いて周波数精度を算出した。式（２）を用いてデューティ比誤差を算出した。周波数精度及びデューティ比誤差から最大誤差を算出した。シミュレーションの条件は以下のとおりである。
Ｈｉｇｈレベルの波形 ：ＳＰ波形
その他の条件は、比較例４と同一である。結果を図２２に示す。

図２２は、実施例６（広帯域周波数及び単一周波数ピークを交互に有するマイクロ波）のパルスモニタ精度をシミュレーションした結果である。図２２の（Ａ）は、判定回数と周波数精度との関係を移動平均時間ごとに算出した結果である。図２２の（Ｂ）は、判定回数とデューティ比誤差との関係を移動平均時間ごとに算出した結果である。図２２の（Ｃ）は、移動平均時間と誤差（最大誤差）との関係を判定回数ごとに算出した結果である。図２２の（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、判定回数は大きくするほど、移動平均時間は短くするほど精度が向上する傾向にあることが確認された。そして、判定回数及び移動平均時間を適切に選択することにより、十分な精度（例えば３％以下）となることが確認された。例えば、移動平均時間を１．２μｓとし、判定回数を３回以上とすることで、３％以下の誤差を実現できることが確認された。

１，１Ａ，１Ｂ…プラズマ処理装置、１２…チャンバ本体、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、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、１０１…波形発生器、１０２…第１パルス生成器、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。

Claims (7)

1. 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マイクロ波を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、
   を備え、
   前記マイクロ波発生部は、
   制御器から指示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と、制御器から指示された設定周波数に応じた中央周波数において単一周波数ピークを有するマイクロ波とを、前記マイクロ波の前記パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの切り替えと同期して交互に発生する、
   マイクロ波出力装置。
2. 前記マイクロ波発生部は、
   Ｌｏｗレベルの前記設定パワーが閾値パワーより大きい場合には、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波と中央周波数において単一周波数ピークを有するマイクロ波とを、前記パワーのＨｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの切り替えと同期して交互に発生し、
   Ｌｏｗレベルの前記設定パワーが前記閾値パワー以下である場合には、中央周波数及び帯域幅を有するマイクロ波であって、パルス変調された該マイクロ波を発生する、
   請求項１に記載のマイクロ波出力装置。
3. Ｌｏｗレベルの前記閾値パワーは０Ｗである請求項２に記載のマイクロ波出力装置。
4. 前記マイクロ波発生部は、
   パルス同期信号に基づいて、制御器から指示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第１波形と、制御器から指示された設定周波数に応じた中央周波数において単一周波数ピークを有する第２波形とが交互に出現するマイクロ波の波形を生成し、
   前記生成されたマイクロ波の波形と、前記パルス同期信号と、前記第１波形及び前記第２波形にそれぞれ対応した設定パワーとに基づいて、前記第１波形のパワー及び前記第２波形のパワーを制御する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載のマイクロ波出力装置。
5. 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、
   をさらに備え、
   前記測定部は、
   前記第１のＨｉｇｈ測定値及び前記第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、
   前記マイクロ波発生部は、
   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１〜４の何れか一項に記載のマイクロ波出力装置。
6. 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備え、
   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するとともに、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、
   前記マイクロ波発生部は、
   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５に記載のマイクロ波出力装置。
7. チャンバ本体と、
   請求項１〜６の何れか一項に記載のマイクロ波出力装置であり、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マイクロ波を出力する該マイクロ波出力装置と、
   を備えるプラズマ処理装置。

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