(57)【要約】【課題】安定したプラズマ処理をより確実に行うことができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置に含まれるマイクロ波発生器（４１）により発生させた高周波を用いて処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構を備える。マイクロ波発生器（４１）は、高周波を発振するマグネトロン（４２）と、負荷側に進行する進行波の電力を測定する検出器（５４ａ）と、負荷側から反射される反射波の電力を測定する検出器（５４ｂ）と、高圧電源（４３）によりマグネトロン（４２）に供給される電圧を制御する電圧制御回路（５３ａ）を含む。電圧制御回路（５３ａ）は、検出器（５４ａ）により測定された進行波電力に、検出器（５４ｂ）により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、マグネトロン（４２）に供給するよう制御するロード制御機構を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて被処理対象物に処理を行うプラズマ処理装置であって、
その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、
前記処理容器外に配置されて高周波を発生させる高周波発生器を含み、前記高周波発生器により発生させた高周波を用いて前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備え、
前記高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、前記高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる前記処理容器側に伝播する導波管と、前記高周波発振器に電圧を供給する電源と、前記負荷側に進行する進行波の電力を測定する進行波電力測定機構と、前記負荷側から反射される反射波の電力を測定する反射波電力測定機構と、前記電源により前記高周波発振器に供給される電圧を制御する電圧制御機構とを含み、
前記電圧制御機構は、前記進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、前記反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、前記高周波発振器に供給するよう制御するロード制御機構を含む、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ロード制御機構は、前記進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、前記反射波電力測定機構により測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当する電圧を前記電源により供給するよう制御する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記電圧制御機構は、前記進行波電力測定機構により測定された進行波電力と前記反射波電力測定機構により測定された反射波電力との差分を算出する減算回路を含む、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記被処理対象物をその上に保持する保持台と、前記保持台上に保持された被処理対象物にバイアス電力を印加するバイアス電力印加機構とを備え、
前記バイアス電力印加機構は、印加する前記バイアス電力のロード制御を行う、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電圧制御機構は、前記ロード制御機構による制御動作開始時間を５０μ秒以下とするよう制御する、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電圧制御機構は、供給する電圧に応じて、前記電源により前記高周波発振器に供給されるフィラメント電圧を制御する、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電圧制御機構は、前記高周波発振器が許容する許容電力の範囲内となるよう前記電源により供給する電力を制御する、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電圧制御機構は、前記ロード制御機構を構成する回路を切り替える切り替え機構を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記電圧制御機構は、前記電源から前記高周波発振器に電力信号を伝送するスイッチング回路を含み、
前記スイッチング回路は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタを含む、請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記プラズマ発生機構は、前記高周波発振器により発生させた高周波を前記処理容器内へ透過させる誘電体窓と、複数のスロットが設けられており、前記高周波を前記誘電体窓に放射するスロットアンテナ板とを含む、請求項１〜９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、前記処理容器外に配置されて高周波を発生させる高周波発生器を含み、前記高周波発生器により発生させた高周波を用いて前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備え、前記高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、前記高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる前記処理容器側に伝播する導波管と、前記電源により前記高周波発振器に供給される電圧を制御する電圧制御機構とを含むプラズマ処理装置を用い、被処理対象物に処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記負荷側に進行する進行波の電力を測定する進行波電力測定工程と、
前記負荷側から反射される反射波の電力を測定する反射波電力測定工程と、
前記進行波電力測定工程により測定された進行波電力に、前記反射波電力測定工程により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、前記高周波発振器に供給するよう制御するロード制御工程とを含む、プラズマ処理方法。
【請求項１２】
前記ロード制御工程は、前記進行波電力測定工程により測定された進行波電力に、前記反射波電力測定工程により測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当する電圧を前記電源により供給するよう制御する、請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１３】
高周波を発生させる高周波発生器であって、
高周波を発振する高周波発振器と、負荷側に進行する進行波の電力を測定する進行波電力測定機構と、負荷側から反射される反射波の電力を測定する反射波電力測定機構と、前記高周波発振器に供給される電圧を制御する電圧制御機構とを含み、
前記電圧制御機構は、前記進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、前記反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、前記高周波発振器に供給するよう制御するロード制御機構を含む、高周波発生器。
【請求項１４】
前記ロード制御機構は、前記進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、前記反射波電力測定機構により測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当する電圧を前記電源により供給するよう制御する、請求項１３に記載の高周波発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法、および高周波発生器に関するものであり、特に、マイクロ波を発生させる高周波発生器、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体素子、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子等は、処理対象となる被処理基板に対して、エッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを利用した処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。
【０００３】
ここで、プラズマを利用して処理を行うプラズマ処理装置に関する技術が、ＷＯ２００４／０６８９１７号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、マイクロ波を発生させる際の高周波の発振源として、マグネトロンを用いることが開示されている。マグネトロンは、比較的安価に構成することができ、かつ、ハイパワーが出力できるので、マイクロ波を発生する発振源として有効に利用されている。
【０００４】
特許文献１に開示のプラズマ処理装置には、自動整合装置が設置されている。自動整合装置は、円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する複数のスタブから構成される負荷整合器を備える。スタブは、金属または誘電体の円柱体からなる。円筒導波管の内壁面から半径方向に突出する長さである突出長に応じてスタブのリアクタンスが変化し、それに応じて円筒導波管内のリアクタンスが変化する。スタブの突出長は、負荷整合器の駆動装置により自在に変更できるようになっている。
【０００５】
また、マグネトロンを用いてマイクロ波を発生させる技術については、特許第４１１５６１８号公報（特許文献２）にも開示されている。特許文献２には、マイクロ波の定在波をマグネトロンからプラズマ負荷に向かう進行波とプラズマ負荷から反射してくる反射波とに分離すると共に分離した進行波及び反射波を検波することによって進行波電力に対応した信号及び反射波電力に対応した信号を検出して、反射波電力に対応した信号が、予め設定した反射波電力比較基準値以上になると、マグネトロンの出力制御を、進行波電力を一定値にする制御からアノード電流を一定値にする制御に切り換え、反射波電力に対応した信号が、予め設定した反射波電力比較基準値未満になると、マグネトロンの出力制御を、アノード電流を一定値にする制御から進行波電力を一定値にする制御に切り換えるマグネトロン出力制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０６８９１７号公報
【特許文献２】特許第４１１５６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によると、プラズマ処理装置に備えられた制御装置において、検波器の出力信号から負荷側のインピーダンスを計算し、電源側と負荷側とのインピーダンス整合条件を満たすようなスタブの突出長を求める。そして、その結果に基づき負荷整合器の駆動装置を制御してスタブの突出長を調整し、電源側と負荷側とのインピーダンスの整合をとるよう構成されている。また、マグネトロンと負荷との間に配置されて用いられる整合装置としての４Ｅチューナーについても、４Ｅチューナーに備えられる４つの可動短絡板の位置を調整して、インピーダンスの整合をとるよう構成されている。具体的には、円筒状の導波管の所定の箇所に配置される可動短絡板は、モータの駆動によりボールねじを回転させて、その位置、具体的には、可動短絡板の半径方向の位置が調整され、インピーダンスの整合がとられる。なお、このようなリアクタンスの整合や発生させたプラズマが安定しているか否かについては、処理容器内において発生させるプラズマのうち、特定の元素の波長の発光強度が安定しているか否か等を検知することにより行われる。
【０００８】
このようなスタブの突出長や可動短絡板の位置の調整による制御については、制御信号が発せられてから実際にスタブや可動短絡板が移動し、算出された適切な位置に配置されるまでに相当の時間を要することになる。すなわち、スタブの突出長や可動短絡板の位置の調整による制御については、即時応答性が乏しいものとなる。このような状況下においては、マグネトロンを用いてマイクロ波を発生させ、発生させたマイクロ波を利用してプラズマを生成するプラズマ処理装置において、生成させるプラズマが不安定となるおそれがある。
【０００９】
具体的には、導波管内には、マグネトロンにより発生させたマイクロ波が進行する進行波が生ずる。この進行波は、導波管内を進行する進行波の電力を検出することにより監視されている。ここで、処理容器内に供給するガスの種類や処理容器内の圧力の変化等を要因として、負荷側から反射する反射波が発生する場合がある。この反射波も導波管内の反射波の電力を検出することにより監視されているが、この反射波電力が急激に増加する場合がある。このような場合、上記したスタブの突出長や可動短絡板の位置の調整のみでは、反射波電力の急激な増加に適切に対応することが困難となる。すなわち、反射波電力の整合を行うに際し、可動短絡板の位置決め等に相当の時間を要することになる。その結果、この可動短絡板の位置決めを開始するまでに、プラズマ発光が瞬間的に暗くなったり、プラズマ発光が暗くなったり明るくなったりを繰り返すハンチングという現象を繰り返すこととなる。また、瞬間的にプラズマ発光が暗くなるスパイクという現象も生ずるおそれがある。これらのようなハンチング等が生ずる状態においては、安定したプラズマが生成されるのに結果的に長時間を要することになり、好ましくない。さらには、プラズマ処理装置における制御において、検出された反射波電力が設定された閾値を上回ったり、計測している特定の元素の波長の発光強度が基準値を下回ることとなれば、プラズマ処理装置として処理が不適切と判断し、プラズマ処理を中断してしまうというおそれも生ずる。
【００１０】
ここで、特許文献２については、反射波電力比較基準値を閾値として、マグネトロンの出力制御を、進行波電力を一定値にする制御とアノード電流を一定値にする制御とを切り換えることとしている。しかし、このような制御によれば、マグネトロンから負荷側に供給される電力が制御により異なることとなってしまう。その結果、プラズマ処理装置において発生させたプラズマによる処理を行う際に、プラズマ処理の不均一を招くこととなり、好ましくない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一つの局面においては、プラズマ処理装置は、プラズマを用いて被処理対象物に処理を行う。プラズマ処理装置は、その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、処理容器外に配置されて高周波を発生させる高周波発生器を含み、高周波発生器により発生させた高周波を用いて処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備える。高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる処理容器側に伝播する導波管と、高周波発振器に電圧を供給する電源と、負荷側に進行する進行波の電力を測定する進行波電力測定機構と、負荷側から反射される反射波の電力を測定する反射波電力測定機構と、電源により高周波発振器に供給される電圧を制御する電圧制御機構とを含む。電圧制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するよう制御するロード制御機構を含む。
【００１２】
このような構成のプラズマ処理装置によると、電圧制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するよう制御するロード制御機構を含むため、高周波発振器において発振させた高周波について、生ずる定在波のモードを下位のモードへモードジャンプさせるおそれを低減することができ、短時間で安定したモードとすることができる。また、この場合、負荷側に供給される電力である実効負荷電力への影響を大きく低減することができる。その結果、安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる。
【００１３】
また、ロード制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当する電圧を電源により供給するよう制御するよう構成してもよい。
【００１４】
また、電圧制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力と反射波電力測定機構により測定された反射波電力との差分を算出する減算回路を含むよう構成してもよい。
【００１５】
また、被処理対象物をその上に保持する保持台と、保持台上に保持された被処理対象物にバイアス電力を印加するバイアス電力印加機構とを備え、バイアス電力印加機構は、印加するバイアス電力のロード制御を行うよう構成してもよい。
【００１６】
また、電圧制御機構は、ロード制御機構による制御動作開始時間を５０μ秒以下とするよう制御するよう構成してもよい。
【００１７】
また、電圧制御機構は、供給する電圧に応じて、電源により高周波発振器に供給されるフィラメント電圧を制御するよう構成してもよい。
【００１８】
また、電圧制御機構は、高周波発振器が許容する許容電力の範囲内となるよう電源により供給する電力を制御するよう構成してもよい。
【００１９】
また、電圧制御機構は、ロード制御機構を構成する回路を切り替える切り替え機構を含むよう構成してもよい。
【００２０】
また、電圧制御機構は、電源から高周波発振器に電力信号を伝送するスイッチング回路を含み、スイッチング回路は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタを含むよう構成してもよい。
【００２１】
また、プラズマ発生機構は、高周波発振器により発生させた高周波を処理容器内へ透過させる誘電体窓と、複数のスロットが設けられており、高周波を誘電体窓に放射するスロットアンテナ板とを含むよう構成してもよい。
【００２２】
この発明の他の局面においては、プラズマ処理方法は、その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、処理容器外に配置されて高周波を発生させる高周波発生器を含み、高周波発生器により発生させた高周波を用いて処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備え、高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる処理容器側に伝播する導波管と、電源により高周波発振器に供給される電圧を制御する電圧制御機構とを含むプラズマ処理装置を用い、被処理対象物に処理を行うプラズマ処理方法である。プラズマ処理方法は、負荷側に進行する進行波の電力を測定する進行波電力測定工程と、負荷側から反射される反射波の電力を測定する反射波電力測定工程と、進行波電力測定工程により測定された進行波電力に、反射波電力測定工程により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するよう制御するロード制御工程とを含む。
【００２３】
このような構成のプラズマ処理方法によると、進行波電力測定工程により測定された進行波電力に、反射波電力測定工程により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するよう制御するロード制御工程を含むため、高周波発振器において発振させた高周波について、生ずる定在波のモードを下位のモードへモードジャンプさせるおそれを低減することができ、短時間で安定したモードとすることができる。また、この場合、負荷側に供給される電力である実効負荷電力への影響を大きく低減することができる。その結果、安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる。
【００２４】
また、ロード制御工程は、進行波電力測定工程により測定された進行波電力に、反射波電力測定工程により測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当する電圧を電源により供給するよう制御するよう構成してもよい。
【００２５】
この発明のさらに他の局面においては、高周波発生器は、高周波を発生させる高周波発生器であって、高周波を発振する高周波発振器と、負荷側に進行する進行波の電力を測定する進行波電力測定機構と、負荷側から反射される反射波の電力を測定する反射波電力測定機構と、高周波発振器に供給される電圧を制御する電圧制御機構とを含む。電圧制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するよう制御するロード制御機構を含む。
【００２６】
このような構成の高周波発生器によると、電圧制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するよう制御するロード制御機構を含むため、高周波発振器において発振させた高周波について、生ずる定在波のモードを下位のモードへモードジャンプさせるおそれを低減することができ、短時間で安定したモードとすることができる。また、この場合、負荷側に供給される電力である実効負荷電力への影響を大きく低減することができる。その結果、安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる。
【００２７】
また、ロード制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当する電圧を電源により供給するよう制御するよう構成してもよい。
【発明の効果】
【００２８】
このような構成のプラズマ処理装置によると、電圧制御機構は、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当する電圧を、高周波発振器に供給するよう制御するロード制御機構を含むため、高周波発振器において発振させた高周波について、生ずる定在波のモードを下位のモードへモードジャンプさせるおそれを低減することができ、短時間で安定したモードとすることができる。また、この場合、負荷側に供給される電力である実効負荷電力への影響を大きく低減することができる。その結果、安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩの方向から見た概略図である。
【図３】マイクロ波発生器に含まれる整合装置に備えられる４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。
【図４】マイクロ波発生器に含まれる電圧制御回路の構成を示す概略図である。
【図５】表面波プラズマのシミュレーションにおけるパワー反射係数と電子密度との関係を示すグラフである。
【図６】表面波プラズマのシミュレーションにおける二次元平面状マイクロ波プラズマの入射パワーと、電子密度との関係を示すグラフである。
【図７】従来におけるマイクロ波電力の投入時における進行波電力制御の代表的な工程を示すフローチャートである。
【図８】従来のマイクロ波電力の投入時における進行波電力制御において経過時間と電力との関係の一例を示すグラフである。
【図９】表面波プラズマのシミュレーションにおける二次元平面状マイクロ波プラズマの入射パワーと、電子密度との関係を示すグラフである。
【図１０】この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いた場合のマイクロ波電力の投入時における処理の代表的な工程を示すフローチャートである。
【図１１】マイクロ波電力の投入時におけるロード制御において経過時間と電力との関係の一例を示すグラフである。
【図１２】マイクロ波電力の投入時におけるロード制御において経過時間と電力との関係の他の例を示すグラフである。
【図１３】マイクロ波電力を投入して所定の時間経過した後におけるロード制御において経過時間と電力との関係の一例を示すグラフである。
【図１４】マイクロ波電力を変化させた場合における経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。
【図１５】マイクロ波電力を変化させた場合における経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。
【図１６】処理容器内の圧力と供給されるマイクロ波電力との関係において、生成されるプラズマの安定度合いを示す図である。
【図１７】処理容器内の圧力と供給されるマイクロ波電力との関係において、生成されるプラズマの安定度合いを示す図である。
【図１８】経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。
【図１９】経過時間とバイアス電力との関係を示すグラフである。
【図２０】経過時間とバイアス電力との関係を示すグラフである。
【図２１】経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。
【図２２】経過時間とバイアス電力との関係を示すグラフである。
【図２３】経過時間とバイアス電力との関係を示すグラフである。
【図２４】ロード制御機構による制御動作開始時間の相違を示すグラフである。
【図２５】処理容器内の圧力と供給されるマイクロ波電力との関係において、生成されるプラズマの安定度合いを示す図である。
【図２６】経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を下方側、すなわち、図１中の矢印ＩＩの方向から見た図である。なお、図１において、理解の容易の観点から、部材の一部のハッチングを省略している。また、この実施形態においては、図１中の矢印ＩＩで示す方向またはその逆の方向で示される図１における紙面上下方向を、プラズマ処理装置における上下方向としている。
【００３１】
図１および図２を参照して、プラズマ処理装置１１は、被処理対象物である被処理基板Ｗに対して、プラズマを用いて処理を行う。具体的には、エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理を行う。被処理基板Ｗとしては、例えば、半導体素子の製造に用いられるシリコン基板が挙げられる。
【００３２】
プラズマ処理装置１１は、その内部で被処理基板Ｗに対してプラズマにより処理を行う処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ励起用のガスやプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部１３と、処理容器１２内に設けられ、その上で被処理基板Ｗを保持する円板状の保持台１４と、マイクロ波を用い、処理容器１２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構１９と、プラズマ処理装置１１全体の動作を制御する制御部１５とを備える。制御部１５は、ガス供給部１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、プラズマ処理装置１１全体の制御を行う。
【００３３】
処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２１と、底部２１の外周から上方向に延びる側壁２２とを含む。側壁２２は、略円筒状である。処理容器１２の底部２１には、その一部を貫通するように排気用の排気孔２３が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される蓋部２４、後述する誘電体窓１６、および誘電体窓１６と蓋部２４との間に介在するシール部材としてのＯリング２５によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。
【００３４】
ガス供給部１３は、被処理基板Ｗの中央に向かってガスを吹付ける第一のガス供給部２６と、被処理基板Ｗの外側からガスを吹付ける第二のガス供給部２７とを含む。第一のガス供給部２６においてガスを供給するガス供給孔３０ａは、誘電体窓１６の径方向中央であって、保持台１４と対向する対向面となる誘電体窓１６の下面２８よりも誘電体窓１６の内方側に後退した位置に設けられている。第一のガス供給部２６は、第一のガス供給部２６に接続されたガス供給系２９により流量等を調整しながらプラズマ励起用の不活性ガスやプラズマ処理用のガスを供給する。第二のガス供給部２７は、側壁２２の上部側の一部において、処理容器１２内にプラズマ励起用の不活性ガスやプラズマ処理用のガスを供給する複数のガス供給孔３０ｂを設けることにより形成されている。複数のガス供給孔３０ｂは、周方向に等しい間隔を開けて設けられている。第一のガス供給部２６および第二のガス供給部２７には、同じガス供給源から同じ種類のプラズマ励起用の不活性ガスやプラズマ処理用のガスが供給される。なお、要求や制御内容等に応じて、第一のガス供給部２６および第二のガス供給部２７から別のガスを供給することもでき、それらの流量比等を調整することもできる。
【００３５】
保持台１４には、ＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電源３８がマッチングユニット３９を介して保持台１４内の電極に電気的に接続されている。この高周波電源３８は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を所定の電力（バイアスパワー）で出力可能である。マッチングユニット３９は、高周波電源３８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器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おり、この整合器の中に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。必要に応じて、プラズマ処理時にこの保持台１４へのバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧の印加については、制御部１５による制御により行われる。この場合、制御部１５は、バイアス電圧印加機構として作動する。なお、この保持台１４へのバイアス電圧の供給については、後述する。
【００３６】
保持台１４は、静電チャック（図示せず）によりその上に被処理基板Ｗを保持可能である。また、保持台１４は、加熱のためのヒータ（図示せず）等を備え、保持台１４の内部に設けられた温度調整機構３３により所望の温度に設定可能である。保持台１４は、底部２１の下方側から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部３１に支持されている。上記した排気孔２３は、筒状支持部３１の外周に沿って処理容器１２の底部２１の一部を貫通するように設けられている。環状の排気孔２３の下方側には排気管（図示せず）を介して排気装置（図示せず）が接続されている。排気装置は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置により、処理容器１２内を所定の圧力まで減圧することができる。
【００３７】
プラズマ発生機構１９は、処理容器１２外に設けられており、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器４１を含む。また、プラズマ発生機構１９は、保持台１４と対向する位置に配置され、マイクロ波発生器４１により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する誘電体窓１６を含む。また、プラズマ発生機構１９は、複数のスロット２０が設けられており、誘電体窓１６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓１６に放射するスロットアンテナ板１７を含む。また、プラズマ発生機構１９は、スロットアンテナ板１７の上方側に配置され、後述する同軸導波管３６により導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体部材１８を含む。
【００３８】
マイクロ波発生器４１は、導波管３５およびモード変換器３４を介して、マイクロ波を導入する同軸導波管３６の上部に接続されている。例えば、マイクロ波発生器４１で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管３５を通り、モード変換器３４によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管３６を伝播する。マイクロ波発生器４１の詳細な構成については、後述する。なお、マイクロ波発生器４１に対しての導波管３５側が、後述する負荷側となる。
【００３９】
誘電体窓１６は、略円板状であって、誘電体で構成されている。誘電体窓１６の下面２８の一部には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ状に凹んだ環状の凹部３７が設けられている。この凹部３７により、誘電体窓１６の下部側にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。なお、誘電体窓１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
【００４０】
スロットアンテナ板１７は、薄板状であって、円板状である。複数のスロット２０については、図２に示すように、それぞれ所定の間隔を開けて直交するように２つのスロット２０が一対となるように設けられており、一対をなしたスロット２０が周方向に所定の間隔を開けて設けられている。また、径方向においても、複数の一対のスロット２０が所定の間隔を開けて設けられている。
【００４１】
マイクロ波発生器４１により発生させたマイクロ波は、同軸導波管３６を通って、誘電体部材１８に伝播される。内部に冷媒等を循環させる循環路４０を有し誘電体部材１８等の温度調整を行う冷却ジャケット３２とスロットアンテナ板１７との間に挟まれた誘電体部材１８の内部を径方向外側に向かって、マイクロ波は放射状に広がり、スロットアンテナ板１７に設けられた複数のスロット２０から誘電体窓１６に放射される。誘電体窓１６を透過したマイクロ波は、誘電体窓１６の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。
【００４２】
プラズマ処理装置１１においてマイクロ波プラズマを発生させた場合、誘電体窓１６の下面２８の直下、具体的には、誘電体窓１６の下面２８の数ｃｍ程度下に位置する領域においては、プラズマの電子温度が比較的高いいわゆるプラズマ生成領域が形成される。そして、その下側に位置する領域には、プラズマ生成領域で生成されたプラズマが拡散するいわゆるプラズマ拡散領域が形成される。このプラズマ拡散領域は、プラズマの電子温度が比較的低い領域であり、この領域でプラズマ処理を行う。そうすると、プラズマ処理時における被処理基板Ｗに対するいわゆるプラズマダメージを与えず、かつ、プラズマの電子密度が高いので、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
【００４３】
プラズマ発生機構１９は、後述する高周波発振器としてのマグネトロンにより発生させた高周波を処理容器１２内へ透過させる誘電体窓１６と、複数のスロット２０が設けられており、高周波を誘電体窓１６に放射するスロットアンテナ板１７とを含むよう構成されている。また、プラズマ発生機構１９により発生させるプラズマは、ラジアルラインスロットアンテナにより生成されるよう構成されている。
【００４４】
ここで、上記した構成のプラズマ処理装置１１に備えられるプラズマ発生機構１９に含まれるマイクロ波発生器４１の具体的な構成について説明する。図３は、マイクロ波発生器４１に含まれる整合装置に備えられる４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。図４は、マイクロ波発生器４１に含まれる後述の電圧制御回路の構成を示す概略図である。
【００４５】
図１〜図４を参照して、マイクロ波発生器４１は、高周波を発振する高周波発振器としてのマグネトロン４２と、整合装置５１と、マグネトロン４２に供給するアノード電圧等の電源となる高圧電源４３と、高圧電源４３から供給される電源を制御する電源回路５３ｂと、マグネトロン４２に接続されるアイソレーター４４とを含む。整合装置５１は、アイソレーター４４に接続される４Ｅチューナー４５と、４Ｅチューナー４５に接続される方向性結合器４６と、後述する検出器５４ａ、５４ｂとを含む。アイソレーター４４は、マグネトロン４２から負荷４７側に位置する４Ｅチューナー４５側へ、周波数信号を一方向に伝送する。ここでいう負荷４７は、モード変換器３４等、いわゆる導波管３５の下流側に位置する部材である。
【００４６】
４Ｅチューナー４５は、マイクロ波の進行方向に向かって間隔を開けて設けられる４つの可動短絡板４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄを備える可動短絡部４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄと、可動短絡部４９ａに対してマグネトロン４２側に位置する３つのプローブ５０ａ、５０ｂ、５０ｃとを含む。３つのプローブ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、マイクロ波の進行方向に向かって基本周波数λの１／８、すなわち、λ／８の距離離れて設けられる。また、３つのプローブ５０ａ、５０ｂ、５０ｃに接続された演算回路５０ｄにより、３つのプローブ５０ａ〜５０ｃの電圧値から可動短絡部４９ａ〜４９ｄの可動短絡板４８ａ〜４８ｄの位置を計算して位置決めを行う。なお、４つの可動短絡板４８ａ〜４８ｄの位置決めについては、図示しないモータの駆動により回転するボールねじ（図示せず）の回転により、可動短絡板４８ａ〜４８ｄを図３中の矢印ＩＩＩで示す方向またはその逆に示す方向に移動させることにより行われる。なお、この可動短絡板４８ａ〜４８ｄの位置決めについては、いわゆる機械部品の駆動等を伴うため、整合時、いわゆるチューニング時において可動短絡板４８ａ〜４８ｄが移動を開始するには、最低でも１００ｍ秒程度の時間を要し、整合が終了するには、最低でも１秒程度必要である。
【００４７】
なお、マグネトロン４２と４Ｅチューナー４５との間に設けられるアイソレーター４４は、例えば、受動素子であるサーキュレーター５５のうち、１つの端子をダミー負荷とすることにより構成されている。すなわち、サーキュレーター５５の３つの端子について、マグネトロン４２側に位置する第一の端子をマグネトロン４２と接続し、４Ｅチューナー４５側に位置する第二の端子を４Ｅチューナー４５と接続し、残りの第三の端子をダミー負荷５２と接続することにより構成されている。こうすることにより、アイソレーター４４は、マグネトロン４２から負荷４７側に位置する４Ｅチューナー４５へ、周波数信号を一方向に伝送することができる。
【００４８】
４Ｅチューナー４５には、可動短絡部４９ａに対してマグネトロン４２側に方向性結合器４６が設けられている。この方向性結合器４６は、双方向性結合器である。なお、方向性結合器４６が設けられる位置については、３つのプローブ５０ａ、５０ｂ、５０ｃに対向していてもよいし、対向していなくてもよい。この方向性結合器４６を用いて、４Ｅチューナー４５を含む導波管３５内を進行する進行波および反射波の電力信号を、マイクロ波発生器４１に備えられる電圧制御機構としての電圧制御回路５３ａに伝送する。なお、この進行波の電力信号、および反射波の電力信号については、それぞれの電力を信号として検出する検出器５４ａ、５４ｂで検出される。電圧制御回路５３ａと電源回路５３ｂにより、マグネトロン４２に供給するアノード電圧を制御する。また、フィラメント制御回路６６を含む電圧制御回路５３ａにより、フィラメント電圧を制御する。電圧制御回路５３ａによる制御については、後述する。なお、図４において、電圧制御回路５３ａは、一点鎖線で示している。また、整合装置５１については、三点鎖線で示している。ここで、検出器５４ａは、負荷側に進行する進行波の電力を測定する進行波電力測定機構として作動し、検出器５４ｂは、負荷側から反射される反射波の電力を測定する反射波電力測定機構として作動する。また、方向性結合器４６については、進行波電力測定機構および反射波電力測定機構の一部を構成する。
【００４９】
次に、マイクロ波発生器４１に含まれる電源回路５３ｂの構成について説明する。電源回路５３ｂは、例えば高圧電源４３から供給されるＡＣ２００Ｖといった交流電圧をＤＣ２８０Ｖといった直流電圧に変換する第一の全波整流ブリッジ５６ａおよび第一の平滑用コンデンサ５７ａと、平滑用コンデンサ５７ａに接続されるスイッチング回路５８と、スイッチング回路５８によりスイッチングされた信号を、例えば、約７．５ｋＶに昇圧する昇圧トランス５９と、昇圧トランス５９により高電圧となった信号を整流する第二の全波整流ブリッジ５６ｂおよび第二の平滑用コンデンサ５７ｂとを含む。スイッチング回路５８としては、例えば、高い耐圧性を有し、大電流に適したＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、またはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）が用いられる。なお、電源回路５３ｂについては、図４において、二点鎖線で示している。
【００５０】
次に、マイクロ波発生器４１に含まれる電圧制御回路５３ａの構成について説明する。電圧制御回路５３ａは、検出器５４ａ、５４ｂを介して方向性結合器４６から伝送された進行波の電力信号および反射の電力信号を入力させて減算を行う減算回路６１と、減算回路６１により算出される出力信号と設定電力との差分を増幅する差分アンプ６２と、差分アンプ６２により増幅された信号とオンオフ回路６３が接続されるスイッチ６４と、オンオフ回路６３におけるオン時間の変更や位相の変更を行い、スイッチング回路５８へ制御信号を送信するスイッチング制御回路６５とを含む。減算回路６１により、進行波電力から反射波電力を差し引いた差分を算出し、出力信号として出力することができる。スイッチング制御回路６５は、差分をプラスして出力するようスイッチング回路５８に制御信号を出力する。電圧制御回路５３ａにおいては、ロード制御機構による制御動作開始時間を６０μ秒以下とするよう制御するよう構成されている。すなわち、検出器５４ａにより測定された進行波電力に、検出器５４ｂにより測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当するアノード電圧を高圧電源４３により供給するタイミングを、検出されたタイミングから６０μ秒遅れる構成としている。また、電圧制御回路５３ａは、差分アンプ６２の出力を用いて最適なフィラメント電圧を算出し、高圧電源４３からマグネトロン４２のカソード側に供給するフィラメント電圧を制御するフィラメント制御回路６６を含む。フィラメント制御回路６６は、差分アンプ６２の出力から最適となるフィラメント電圧を算出し、具体的には、マグネトロン４２のカソードに信号を送信する。
【００５１】
また、電圧制御回路５３ａは、減算回路６１に反射波の電力信号を入力させるか否かを切り替える切り替えスイッチ６７を含む。切り替えスイッチ６７により、端子６８ａと端子６８ｂを接続させて、反射波の電力信号を減算回路６１に入力させるよう制御する。また、切り替えスイッチ６７により、端子６８ａと端子６８ｃを接続させて、反射波の電力信号を減算回路６１に入力させないよう制御する。なお、図４は、端子６８ａと端子６８ｂとを接続させて、反射波の電力信号を減算回路６１に入力させている状態を示している。
【００５２】
この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器は、上記のような構成である。このような構成によると、電圧制御回路５３ａは、検出器５４ａにより測定された進行波電力に、検出器５４ｂにより測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当するアノード電圧を、マグネトロン４２に供給するよう制御するロード制御機構を含むため、マグネトロン４２において発振させた高周波について、生ずる定在波のモードを下位のモードへモードジャンプさせるおそれを低減することができ、短時間で安定したモードとすることができる。また、この場合、負荷４７側に供給される電力である実効負荷電力への影響を大きく低減することができる。その結果、安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる。
【００５３】
この場合、ロード制御機構は、検出器５４ａにより測定された進行波電力に、検出器５４ｂにより測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当するアノード電圧を高圧電源４３により供給するよう制御しているため、負荷４７側に供給される実効負荷電力を一定に保つことができる。
【００５４】
また、この場合、電圧制御回路５３ａは、検出器５４ａにより測定された進行波電力と検出器５４ｂにより測定された反射波電力との差分を算出する減算回路６１を含むよう構成されているため、より適切に足し合わせる電力を算出することができる。
【００５５】
なお、この場合、電圧制御回路５３ａは、供給するアノード電圧に応じて、高圧電源４３によりマグネトロン４２に供給されるフィラメント電圧を制御しているため、マグネトロン４２に供給するアノード電圧、フィラメント電圧をより適切にすることができる。
【００５６】
次に、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置、およびマイクロ波発生器において安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる点について、以下に具体的に説明する。本願発明者らが着目したマグネトロン４２のような高周波発振器を用いてマイクロ波を発生させる際に、以下の点を考える。
【００５７】
図５は、表面波プラズマのシミュレーションにおけるパワー反射係数と電子密度との関係を示すグラフである。図５において、縦軸は、パワー反射係数（Ｒ（Ｎｅ））を示し、横軸は、電子密度（ｃｍ−３）を示す。なお、横軸については、下側の横軸において電子密度を示し、上側の横軸において、安定した定在波のＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）モードの数値を示している。パワー反射係数の値が低いＴＭモードほど、モードがより安定していることを示すものである。図５中の実線は、解析の解を示し、図５中の複数のドットは、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ）シミュレーションを示す。なお、図５、および後述する図６および図９については、オーム社の「マイクロ波プラズマの技術  電気学会・マイクロ波プラズマ調査専門委員会  第４章  プラズマ生成のモデリングとシミュレーション」から抜粋したものである。
【００５８】
図５を参照して、ＴＭモードとして、７〜１０までの整数値を示している。図５に示されるように、パワー反射係数の値が低いＴＭモードほどモードがより安定していると把握することができるが、この場合、特に、他の値に比べて、ｎ＝７、およびｎ＝９のときに、パワー反射係数が低いことが把握できる。すなわち、例えば、このｎ＝７、ｎ＝９の場合について、安定したプラズマを発生させることができると考えられる。
【００５９】
次に、二次元平面状マイクロ波プラズマの入射パワーと、電子密度との関係について考える。図６は、表面波プラズマのシミュレーションにおける二次元平面状マイクロ波プラズマの入射パワーと、電子密度との関係を示すグラフである。図６において、縦軸は、電子密度（ｃｍ−３）を示し、横軸は、規格化入射パワーを示す。規格化入射パワーは、Ｐｆ（進行波電力）／Ｐｃ（定数）で表される値であり、実効負荷電力とも呼ばれるものである。Ｐｃ（定数）については、処理容器の容積やプラズマを発生させる際のガス種、圧力等に起因する定数である。規格化入射パワーについては、入射パワーである進行波電力が大きいほど、大きな値となる。なお、縦軸については、左側の縦軸において電子密度を示し、右側の縦軸において安定した定在波のＴＭモードの数値を示している。なお、図６中においては、従来における制御時のモードがジャンプ等するポイント、およびモードジャンプにおける移行を示す矢印を図示している。
【００６０】
図６を参照して、同じ規格化入射パワーに対して、複数の電子密度をもつことが許容される。また、各モードで規格化入射パワーが変化しても、同じモード内で維持される幅は異なる。また、規格化入射パワーを増加させるに従って、基本的に電子密度は増加していくが、電子密度は、線形に増加していくのではなく、いわゆるヒステリシス曲線を描く。この場合、定在波のモードによっては、安定するモードとして、複数の電子密度が存在することになる。
【００６１】
次に、従来において、マイクロ波電力を投入し、プラズマ処理を行う際に設定された設定電力にまで到達させる場合について説明する。従来とは、反射波電力を考慮せず、進行波電力のみを監視して供給する電力を制御する場合、すなわち、進行波電力制御である。図７は、従来におけるマイクロ波電力の投入時における進行波電力制御の代表的な工程を示すフローチャートである。
【００６２】
図６および図７を参照して、まず、マイクロ波電力の投入を開始する（図７（Ａ））。その後、規格化入射パワー、すなわち、実効負荷電力が増大していくと、電子密度も増加していく。そして、図６中に示すＴＭ０８０モードのＰ１ポイントで、まず定在波のモードが安定するとする（図７（Ｂ））。
【００６３】
その後、何らかの要因、具体的には例えば、処理容器内の圧力の変化等を要因として、実効負荷電力が上昇する（図７（Ｃ））。そうすると、Ｐ２ポイントを経由して、上位のモードであるＴＭ０７０モードのＰ３ポイントにモードジャンプする（図７（Ｄ））。何らかの要因による実効負荷電力の上昇に起因するモードジャンプの時間は、ガス種や圧力にもよるが、１００μ秒以下と非常に短時間である。そうすると、このモードジャンプに対し、４Ｅチューナーによる整合の動作が働くが、この４Ｅチューナーは上記したように機械の構成部品の移動による位置決め等により行うため、極短時間のモードジャンプに追従できない。その結果、導波管内においてリアクタンスの不整合が生じ（図７（Ｅ））、負荷側から反射される反射波電力Ｐｒ１が発生することになる（図７（Ｆ））。この反射波電力は、図６中に双方向矢印で示す範囲の大きさである。
【００６４】
このような反射波電力Ｐｒ１が発生すると、結果として、実効負荷電力が低下することとなる（図７（Ｇ））。この場合、発生した反射波電力に相当する量だけ、実効負荷電力が低下する。具体的には、この場合の実効負荷電力は、進行波電力から反射波電力を差し引いた値に相当する。そうすると、Ｐ４ポイントを経由して、下位のモードであるＴＭ０９０モードのＰ５ポイントにモードジャンプする（図７（Ｈ））。その後、４Ｅチューナーによる整合が追いつき、整合を開始する（図７（Ｉ））。すなわち、可動短絡板の位置決め等によるリアクタンスの整合を行う。このリアクタンスの整合により、発生した反射波電力Ｐｒ１は徐々に小さくなる（図７（Ｊ））。その結果、相対的に実効負荷電力が徐々に上昇することとなり（図７（Ｋ））、Ｐ６ポイントを経由して、ＴＭ０８０モードのＰ７ポイントにモードジャンプする（図７（Ｌ））。その後、実効負荷電力の上昇により、再びＴＭ０８０モードのＰ１ポイントに戻る（図７（Ｍ））。
【００６５】
このような動作を繰り返して、いわゆるハンチングが発生することになる。なお、上記の場合においては、何らかの要因で実効負荷電力が上昇した場合について説明したが、何らかの要因で実効負荷電力が減少した場合についても、反射波電力が増加する場合には、同様の現象が生じる可能性がある。このようなメカニズムにより、ハンチングが発生していると考えられる。このハンチングについては、処理容器内において検出されるプラズマ発光が明るくなったり暗くなったりを繰り返すことにより検出される。また、このような動作を繰り返さず一回のみであり、プラズマ発光が瞬間的に暗くなるといった現象を引き起こすスパイクについても、上記したモードジャンプにより発生すると考えられる。そして、このようなハンチングやスパイクといった現象は、安定したプラズマ処理を行う上で、できるだけ少なくするか、なくすことが好ましい。
【００６６】
なお、この場合、経過時間と検出器において検出される電力との関係の一例について説明すると、以下の通りである。図８は、従来においてマイクロ波投入時の進行波電力制御における経過時間と電力との関係の一例を示すグラフである。図８（ａ）における太線７１ａにおいて、設定される進行波電力を示し、図８（ｂ）における太線７１ｂにおいて、検出される進行波電力を示し、図８（ｃ）における太線７１ｃにおいて、検出される反射波電力を示す。
【００６７】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、時間Ｔ０から電力が投入される。この場合、太線７１ａに示すように、時間Ｔ０から時間Ｔ１に至り、その後一定となる設定電力Ｐｓとなるように投入される。そうすると、太線７１ｂに示すように、時間Ｔ０から時間Ｔ１に至り、その後進行波電力Ｐｆ１として一定となるまで、太線７１ａと同じタイミングで、進行波電力７２ａが検出される。ここで、太線７１ｃに示される反射波電力について見てみると、時間Ｔ０から時間Ｔ１に至るタイミングで反射波電力Ｐｒ１という反射波電力７３ａが発生し、その後、この反射波電力は０に近づき、その後所定の時間Ｔ２、時間Ｔ３、時間Ｔ４が経過したタイミングにおいて、何らかの要因により反射波が発生した際に検出される反射波電力Ｐｒ２とする反射波電力７３ｂ、７３ｃ、７３ｄが検出される。この反射波電力７３ａ〜７３ｄは、単にモニタリングされているのみである。この場合、時間Ｔ０以降における実効負荷電力としては、進行波電力７２ａから反射波電力７３ａ〜７３ｄを差し引いた値、すなわち、Ｐｆ１−Ｐｒ１といった電力値や、Ｐｆ１−Ｐｒ２といった電力値となっている。このように実効負荷電力が大きく異なることとなる。
【００６８】
次に、本願発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いてマイクロ波電力を投入する場合について説明する。図９は、表面波プラズマのシミュレーションにおける二次元平面状マイクロ波プラズマの入射パワーと、電子密度との関係を示すグラフである。図１０は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を用いた場合のマイクロ波電力の投入時における処理の代表的な工程を示すフローチャートである。なお、図９中においては、この場合における制御時のモードがジャンプ等するポイント、およびモードジャンプにおける移行を示す矢印を図示している。
【００６９】
図９および図１０を参照して、まず、マイクロ波電力の投入を開始する（図１０（Ａ））。そして、規格化入射パワー、すなわち、この場合は実効負荷電力が増大していくと、電子密度も増加していく。そして、図９中に示すＴＭ０８０モードのＰ１ポイントで、まず定在波のモードが安定する（図１０（Ｂ））。
【００７０】
その後、何らかの要因で、実効負荷電力が上昇すると（図１０（Ｃ））、Ｐ２ポイントを経由して、上位のモードであるＴＭ０７０モードのＰ３ポイントにモードジャンプする（図１０（Ｄ））。そうすると、このモードジャンプに対し、４Ｅチューナーによる整合の動作が働くが、この４Ｅチューナーは上記したように機械の構成部品の移動による位置決め等により行われるため、短時間のモードジャンプに追従できない。その結果、導波管内においてリアクタンスの不整合が生じ（図１０（Ｅ））、導波管内において、負荷側から反射される反射波電力が発生することになる（図１０（Ｆ））。この工程までは、上記した従来の場合、すなわち、図７に示す場合と同様である。
【００７１】
ここで、このような反射波電力が発生すると、ロード制御を行う。この場合、ロード制御により、進行波電力に反射波電力をそのまま足し合わせた出力を行う（図１０（Ｇ））。すなわち、進行波電力に反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当するアノード電圧を供給するよう制御するロード制御工程を含む。そうすると、実効負荷電力はそのままの値を維持することとなる。すなわち、反射波電力Ｐｒ１は発生しているが、実効負荷電力は低下しないことになる。その結果、従来のように下位のモードであるＴＭ０９０モードのＰ５ポイントにモードジャンプをすることなく、そのままのモード、すなわち、ＴＭ０７０モードに滞在することとなる（図１０（Ｈ））。その後、４Ｅチューナーによる整合が追いつき、整合を開始する（図１０（Ｉ））。すなわち、導波管内における可動短絡板の位置決め等によるリアクタンスの整合を行う。このリアクタンスの整合により、発生した反射波電力Ｐｒ１は小さくなる（図１０（Ｊ））。この場合も小さくなった反射波電力と進行波電力を足し合わせた出力を行っているので、実効負荷電力はそのままの値を維持することになる。その結果、下位モードへのモードジャンプは行われず、安定したモードに滞在した状態を維持することができる。
【００７２】
なお、この場合において検出される電力の一例について説明すると、以下の通りである。図１１は、マイクロ波投入時のロード制御における経過時間と電力との関係の一例を示すグラフである。図１１（ｄ）における太線７１ｄにおいて、設定されるロード電力を示し、図１１（ｅ）における太線７１ｅにおいて、検出される進行波電力を示し、図１１（ｆ）における太線７１ｆにおいて、検出される反射波電力を示す。
【００７３】
図１１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）を参照して、時間Ｔ０から電力が投入される。この場合、時間Ｔ０から時間Ｔ１に至り、その後一定となる設定電力Ｐｓとなるように投入される。ここで、上記した図８（ｃ）に示す場合と同様に、時間Ｔ０から時間Ｔ１に至るタイミングで反射波電力Ｐｒ１という反射波電力７３ａが発生すると、これを検出器５４ｂ等によって検出する。そして、ロード制御により、減算回路６１により差分を算出し、差分アンプにより差分をプラスして実効負荷電力が一定となるよう制御する。この場合の進行波電力７４ａについては、進行波電力Ｐｆ１に反射波電力Ｐｒ１を足し合わせた進行波電力Ｐｆ２となる。その後所定の時間Ｔ２、時間Ｔ３、時間Ｔ４が経過した後において、何らかの要因により反射波電力Ｐｒ２という反射波電力７３ｂ、７３ｃ、７３ｄが発生すると、これらの場合も、ロード制御により、減算回路６１により差分を算出し、差分アンプにより差分をプラスして実効負荷電力が一定となるよう制御する。すなわち、進行波電力に反射波電力をそのまま足し合わせた電力を供給するよう制御する。この場合、この場合の進行波電力７４ｂ、７４ｃ、７４ｄについてはそれぞれ、進行波電力Ｐｆ１に反射波電力Ｐｒ２を足し合わせた進行波電力Ｐｆ３となる。なお、それぞれの実効負荷電力としては、進行波電力７４ａ〜７４ｄから反射波電力７４ａ〜７４ｄを差し引いた値、すなわち、Ｐｆ２−Ｐｒ１といった電力値や、Ｐｆ３−Ｐｒ２といった電力値となっている。これらのＰｆ２−Ｐｒ１といった電力値や、Ｐｆ３−Ｐｒ２といった電力値、そして、Ｐｆ１という電力値は、実効負荷電力として設定されたＰｓと同じ値である。すなわち、実効負荷電力は、反射波が発生した場合でも一定となっている。
【００７４】
また、この場合において検出される電力の他の例について説明すると、以下の通りである。図１２は、マイクロ波電力の投入時におけるロード制御において経過時間と電力との関係の他の例を示すグラフである。図１２（ｇ）における太線７１ｇにおいて、設定されるロード電力を示し、図１２（ｈ）における太線７１ｈにおいて、検出される進行波電力を示し、図１２（ｉ）における太線７１ｉにおいて、検出される反射波電力を示す。また、図１２においては、図１２（ｊ）における太線７１ｊにおいて、４Ｅチューナーに備えられる可動短絡板の動作の状況を示している。可動短絡板の動作については、オンとオフの切り替えを示している。
【００７５】
図１２（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）を参照して、時間Ｔ０から電力が投入される。この場合、時間Ｔ０から時間Ｔ１に至り、その後時間Ｔ３、時間Ｔ４を経て一定となる設定電力Ｐｓとなるように投入される。ここで、時間Ｔ０とほぼ同じタイミングで反射波電力Ｐｒ１という反射波電力７６ａが発生していると検出すると、ロード制御により、反射波電力がなかった場合の設定電力Ｐｓに相当する進行波電力Ｐｆ１に反射波電力Ｐｒ１をそのまま足し合わせた電力を供給するよう制御する。すなわち、進行波電力Ｐｆ１に反射波電力Ｐｒ１をそのまま足し合わせた電力に相当する電圧をアノード電圧としてマグネトロンに供給するよう制御する。そうすると、時間Ｔ０から時間Ｔ１に至って検出される進行波電力Ｐｆ２は、進行波電力Ｐｆ１に反射波電力Ｐｒ１をそのまま足し合わせた電力として検出される。その後所定の時間Ｔ３に至るまで進行波電力Ｐｆ２、反射波電力Ｐｒ１が検出される。そして、時間Ｔ３に至ると、ようやく可動短絡板の動作が追いつき、時間Ｔ３から整合を開始する。その後、時間Ｔ３から時間Ｔ４に至って、４Ｅチューナーによる整合により徐々に反射波電力Ｐｒ１が小さくなる。そうすると、時間Ｔ４に至った際には、反射波電力Ｐｒ１はほとんど検出されなくなる。反射波電力Ｐｒ１が０という値にほぼ達した時間Ｔ４において、４Ｅチューナーによる整合を終了する。このようにして、実効負荷電力を一定にしたまま整合を行う。この場合、時間Ｔ１から時間Ｔ３に至るまでは、長くとも数１００ｍ秒程度であり、時間Ｔ３から時間Ｔ４に至るまでは、数１００ｍ秒から数秒程度である。
【００７６】
また、マイクロ波電力を投入して所定の時間経過した後において検出される電力の一例について説明すると、以下の通りである。図１３は、マイクロ波電力を投入して所定の時間経過した後におけるロード制御において経過時間と電力との関係の一例を示すグラフである。図１３（ｋ）における太線７１ｋにおいて、設定されるロード電力を示し、図１３（ｌ）における太線７１ｌにおいて、検出される進行波電力を示し、図１３（ｍ）における太線７１ｍにおいて、検出される反射波電力を示す。また、図１３においては、図１３（ｎ）における太線７１ｎにおいて、４Ｅチューナーに備えられる可動短絡板の動作の状況を示している。可動短絡板の動作については、オンとオフの切り替えを示している。
【００７７】
図１３（ｋ）、（ｌ）、（ｍ）、（ｎ）を参照して、安定状態においては、設定電力Ｐｓが投入されている。なお、この場合に検出される進行波電力７９ａは、進行波電力Ｐｆ１は一定である。ここで、時間Ｔ１から時間Ｔ３に至る時間で何らかの要因で反射波電力７８ａが生ずると、反射波電力Ｐｒ１を検出する。そうすると、時間Ｔ１から進行波電力Ｐｆ１に反射波電力Ｐｒ１を足し合わせた電力に相当するアノード電圧がマグネトロンに供給される。この場合、検出される進行波電力７９ａとしては、進行波電力Ｐｆ２が検出されることとなる。そして、時間Ｔ３に至ると、ようやく可動短絡板の動作が追いつき、時間Ｔ３から整合を開始する。その後、時間Ｔ３から時間Ｔ４に至って、４Ｅチューナーによる整合により徐々に反射波電力Ｐｒ１が小さくなる。そうすると、時間Ｔ４に至った際には、反射波電力Ｐｒ１はほとんど検出されなくなる。反射波電力Ｐｒ１が０という値にほぼ達した時間Ｔ４において、４Ｅチューナーによる整合を終了する。このようにして、実効負荷電力を一定にしたまま整合を行う。
【００７８】
次に、マイクロ波電力を変化させた場合における経過時間とプラズマの発光強度との関係について説明する。図１４は、マイクロ波電力を変化させた場合における経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。図１４中、縦軸は、水素の６５６ｎｍの波長におけるＯＥＳ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）における発光強度（ａ．ｕ．）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。ＯＥＳ計測については、プラズマ発生時において水素の発光を示す波長である６５６ｎｍの発光ピーク値を計測したものを用いた。なお、この場合におけるプラズマ生成におけるプロセス条件としては、処理容器内の圧力を６０ｍＴｏｒｒ、プロセスガスとして、ＨｅとＨＢｒとＯ２との混合ガスを用い、バイアス電力を印加しない条件としている。なお、図１４において、進行波電力制御の場合を点線８１ａで示し、ロード制御の場合を実線８１ｂで示している。供給するマイクロ波電力については、１０００Ｗ、１５００Ｗ、２０００Ｗ、２５００Ｗ、３０００Ｗの５つの場合で行った。１０００Ｗの場合は、領域８２ａ、１５００Ｗの場合は、領域８２ｂ、２０００Ｗの場合は、領域８２ｃ、２５００Ｗの場合は、領域８２ｄ、３０００Ｗの場合は、領域８２ｅでそのほとんどの出力、具体的には、１秒〜３０秒までの値が検出されている。
【００７９】
図１４を参照して、点線８１ａで示すように、２０００Ｗの場合の進行波電力制御においては、１１秒〜１２秒付近に、大きく凹むピークが存在している。この大きく凹むピークでモードジャンプが発生する可能性が非常に高い。そして、１２秒後からは小刻みにその出力が変化している。これに対し、実線８１ｂで示すように、２０００Ｗの場合のロード制御においては、小刻みにその出力が変化しているものの、進行波電力制御の場合に表れた１１秒〜１２秒付近の大きく凹むピークは表れない。すなわち、多少の反射波電力の発生による影響はプラズマの発光強度に出ているものの、プラズマの発光強度はほぼ安定しており、モードジャンプが起こるおそれが非常に低いことが把握できる。
【００８０】
図１５は、マイクロ波電力を変化させた場合における経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。図１４中、縦軸は、水素の６５６ｎｍの波長におけるＯＥＳにおける発光強度（ａ．ｕ．）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。なお、この場合におけるプラズマ生成におけるプロセス条件としては、処理容器内の圧力を１００ｍＴｏｒｒとした以外は、上記した図１４に示す場合と同じとしている。なお、図１５において、進行波電力制御の場合を点線８３ａで示し、ロード制御の場合を実線８３ｂで示している。また、供給するマイクロ波電力については、上記した図１４に示す場合と同様に、１０００Ｗ、１５００Ｗ、２０００Ｗ、２５００Ｗ、３０００Ｗの５つの場合で行った。１０００Ｗの場合は、領域８４ａ、１５００Ｗの場合は、領域８４ｂ、２０００Ｗの場合は、領域８４ｃ、２５００Ｗの場合は、領域８４ｄ、３０００Ｗの場合は、領域８４ｅでそのほとんどの出力、具体的には、１秒〜３０秒までの値が検出されている。
【００８１】
図１５を参照して、点線８３ａで示すように、進行波電力制御の場合、投入電力２０００Ｗの際に、図１５中の一点鎖線で示す領域８４ｆにおいて、断続的にハンチングが発生している。これに対し、実線８３ｂで示すように、ロード制御の場合、投入電力２０００Ｗの際に、ハンチングは発生していない。他の投入電力の場合も同様である。すなわち、ロード制御により、このようなプロセス条件によっても、ハンチングをなくすことが把握できる。
【００８２】
なお、バイアス電力印加機構は、印加するバイアス電力のロード制御を行うよう構成してもよい。すなわち、プラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器は、被処理対象物をその上に保持する保持台と、保持台上に保持された被処理対象物にバイアス電力を印加するバイアス電力印加機構とを備え、バイアス電力印加機構は、印加するバイアス電力のロード制御を行う。このように構成することにより、より確実にプラズマを安定にすることができる。
【００８３】
これについて説明する。図１６および図１７は、処理容器内の圧力と供給されるマイクロ波電力との関係において、生成されるプラズマの安定度合いを示す図である。図１６に示す表は、処理容器内の圧力を横軸、供給されるマイクロ波電力を縦軸にとり、右方向、下方向に向かってそれぞれの数値が大きくなるよう配置したマトリックス状に構成されている。処理容器内の圧力については、２０ｍＴｏｒｒから１４０ｍＴｏｒｒまで２０ｍＴｏｒｒ毎に測定しており、供給されるマイクロ波電力については、１０００Ｗから３０００Ｗまで５００Ｗ毎に測定している。なお、プラズマ生成におけるプロセス条件については、以下の通りである。処理容器内の圧力を２０〜１４０ｍＴｏｒｒとし、プロセスガスとして、ＨｅとＨＢｒとＯ２との混合ガスを用い、時間を３０秒とし、印加するバイアス電力を２００Ｗとしている。また、図１６において表される領域８６ａが、生成されるプラズマが安定する条件を示し、領域８６ｂが、生成されるプラズマがやや安定する条件を示し、領域８６ｃが、生成されるプラズマが不安定となる条件を示している。なお、領域８６ａ〜８６ｃにおいては、同じ条件のものを同じハッチングで示している。図１７に示す表についても、図１６に示す表と同様である。図１６に示す場合は、進行波電力制御の場合を示し、図１７に示す場合は、ロード制御の場合を示す。なお、図１６に示す場合においては、バイアスを印加する制御についても進行波電力制御としており、図１７に示す場合においては、バイアスを印加する制御についてもロード制御としている。
【００８４】
図１６および図１７を参照して、進行波電力制御の場合については、極低圧の条件、すなわち、処理容器内の圧力が２０ｍＴｏｒｒの場合、投入するマイクロ波電力が１０００〜１５００Ｗでプラズマが不安定となる。また、処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒおよび６０ｍＴｏｒｒの場合に、投入するマイクロ波電力が１０００〜３０００Ｗ、処理容器内の圧力が８０ｍＴｏｒｒの場合に、投入するマイクロ波電力が１０００〜２５００Ｗ、処理容器内の圧力が１００ｍＴｏｒｒおよび１２０ｍＴｏｒｒの場合に、投入するマイクロ波電力が１０００〜１５００Ｗ以上、処理容器内の圧力が１４０ｍＴｏｒｒの場合に、投入するマイクロ波電力が１０００Ｗでプラズマが不安定となる。このような場合については、プラズマを安定して生成するのに、ある程度限定されたプロセス条件が必要となってくる。
【００８５】
これに対し、ロード制御の場合、処理容器内の圧力が２０ｍＴｏｒｒ、４０ｍＴｏｒｒ、６０ｍＴｏｒｒの場合に、投入するマイクロ波電力が１０００Ｗ、および処理容器内の圧力が６０ｍＴｏｒｒの場合に、投入するマイクロ波電力が１５００Ｗを除いて、プラズマが不安定となることはなく、広範なプロセス条件で、比較的安定したプラズマを生成することが把握できる。なお、このロード制御の場合、処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒの場合に、投入するマイクロ波電力が２０００Ｗおよび３０００Ｗで発生させるプラズマについては、やや不安定である。
【００８６】
図１８は、経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。図１８中、縦軸は、シリコンの２５２ｎｍの波長におけるＯＥＳにおける発光強度（ａ．ｕ．）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。なお、この場合におけるプラズマ生成におけるプロセス条件としては、処理容器内の圧力を１２０ｍＴｏｒｒ、プロセスガスとして、ＨｅとＨＢｒとＯ２との混合ガスを用い、時間を３０秒とし、印加するバイアス電力を２００Ｗとしている。また、投入するマイクロ波電力として、１５００Ｗとしている。図１８において、進行波電力制御の場合を点線８７ａで示し、ロード制御の場合を実線８７ｂで示している。なお、点線８７ａに示す場合においては、マイクロ波電力を進行波電力制御としているのに加え、バイアスを印加する制御についても進行波電力制御としており、点線８７ｂに示す場合においては、マイクロ波電力をロード制御としているのに加え、バイアスを印加する制御についてもロード制御としている。後述する図１９および図２０に示す場合も同様である。
【００８７】
図１８を参照して、点線８７ａで示すように、進行波電力制御の場合、経過時間約２４秒において、大きく発光強度が下がるピークが見られる。すなわち、この時間において、スパイクが発生していると把握できる。これに対し、実線８７ｂで示すように、ロード制御の場合、この進行波電力制御の場合において見られたスパイクが発生していない。すなわち、スパイクが改善されていることが把握できる。
【００８８】
この場合、バイアス電圧を見ることによっても比較することができる。図１９および図２０は、経過時間とバイアス電力との関係を示すグラフである。図１９および図２０中、縦軸は、バイアス電力（Ｗ）、およびバイアスのＶｐｐ（ｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ）（Ｖ）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。縦軸の左側で、バイアス電力（Ｗ）を示し、縦軸の右側で、Ｖｐｐ（Ｖ）を示す。図１９および図２０においては、Ｖｐｐをそれぞれ実線９１ａ、９１ｄ、進行波電力をそれぞれ点線９１ｂ、９１ｅ、反射波電力をそれぞれ一点鎖線９１ｃ、９１ｆで示している。
【００８９】
図１９を参照して、進行波電力制御の場合、経過時間約３５秒において、大きくＶｐｐが下がるピークが見られる。すなわち、この時間において、バイアス電力印加時におけるスパイクが発生していると把握できる。これに対し、図２０を参照して、ロード制御の場合、この進行波電力制御の場合において見られたバイアス電力印加時のスパイクが発生していない。すなわち、スパイクが改善されていることが把握できる。これは、図１６および図１７中において、マイクロ波電力と処理容器内の圧力との関係からなるマトリックス内にある領域８６ｄに示す１５００Ｗ、１２０ｍＴｏｒｒにて改善を表していることになる。
【００９０】
また、他のプロセス条件について見てみると、以下の通りである。図２１は、経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。図２１中、縦軸は、シリコンの２５２ｎｍの波長におけるＯＥＳにおける発光強度（ａ．ｕ．）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。すなわち、グラフの縦軸等については、図１８に示す場合と同じである。なお、この場合におけるプラズマ生成におけるプロセス条件としては、処理容器内の圧力を４０ｍＴｏｒｒ、プロセスガスとして、ＨｅとＨＢｒとＯ２との混合ガスを用い、時間を３０秒とし、印加するバイアス電力を２００Ｗとしている。また、投入するマイクロ波電力として、１５００Ｗとしている。図２１において、進行波電力制御の場合を点線８８ａで示し、ロード制御の場合を実線８８ｂで示している。なお、点線８８ａに示す場合においては、マイクロ波電力を進行波電力制御としているのに加え、バイアスを印加する制御についても進行波電力制御としており、点線８８ｂに示す場合においては、マイクロ波電力をロード制御としているのに加え、バイアスを印加する制御についてもロード制御としている。後述する図２２および図２３に示す場合も同様である。
【００９１】
図２１を参照して、点線８８ａに示すように、進行波電力制御の場合、経過時間約２秒から約２２秒までの間において、大きく発光強度が乱高下している状態が見られる。すなわち、この時間において、ハンチングが発生していると把握できる。これに対し、実線８８ｂに示すように、ロード制御の場合、この進行波電力制御の場合において見られたハンチングが発生していない。すなわち、ハンチングが改善されていることが把握できる。
【００９２】
また、この場合も、バイアス電圧を見ることによっても比較することができる。図２２および図２３は、経過時間とバイアス電力との関係を示すグラフである。図２２および図２３中、縦軸は、バイアス電力（Ｗ）、およびバイアスのＶｐｐ（ｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋ）（Ｖ）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。縦軸の左側で、バイアス電力（Ｗ）を示し、縦軸の右側で、Ｖｐｐ（Ｖ）を示す。図２２および図２３においては、Ｖｐｐをそれぞれ実線９１ｇ、９１ｊ、進行波電力をそれぞれ点線９１ｈ、９１ｋ、反射波電力をそれぞれ一点鎖線９１ｉ、９１ｌで示している。
【００９３】
図２２を参照して、進行波電力制御の場合、経過時間約１２秒において、大きくＶｐｐが乱高下する状況が見られる。すなわち、この時間において、バイアス電力印加時のハンチングが発生していると把握できる。これに対し、図２０を参照して、ロード制御の場合、この進行波電力制御の場合において見られたバイアス電力印加時におけるハンチングが発生していない。すなわち、ハンチングが改善されていることが把握できる。これは、図１６および図１７中において、マイクロ波電力と処理容器内の圧力との関係からなるマトリックス内にある領域８６ｅに示す１５００Ｗ、４０ｍＴｏｒｒにて改善を表していることになる。
【００９４】
ここで、上記の実施の形態においては、ロード制御機構による制御動作開始時間は、６０μ秒とすることとしたが、ロード制御機構による制御動作開始時間を５０μ秒以下とするよう制御するようにしてもよい。
【００９５】
図２４は、ロード制御機構による制御動作開始時間の相違を示すグラフである。図２４中、左側のグラフがロード制御機構による制御動作開始時間を６０μ秒とした場合であり、右側のグラフがロード制御機構による制御動作開始時間を５０μ秒とした場合である。制御動作開始時間は、具体的には、反射波電力を検出してから進行波電力と反射波電力とを足し合わせて、この足し合わせた電力に相当するアノード電圧を供給するようマグネトロンに要求し、この要求に沿ってアノード電圧を変化させ、進行波電力として検出されるまでの時間である。図２４中の縦軸は、電力値（Ｖ）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。図２４中、実線９０ａでモニタリングされる進行波電力Ｐｆを示し、一点鎖線９０ｂでアノード電圧を示し、点線９０ｃでトリガーとなるモニタリングされる反射波電力Ｐｒを示す。
【００９６】
図２４を参照して、左側のグラフにおいて時間Ｓ０から時間Ｓ１に至るまでの時間が、６０μ秒に制御されているのに対し、右側のグラフにおいて時間Ｓ０から時間Ｓ２に至るまでの時間が、５０μ秒に制御されている。すなわち、左側のグラフの場合に比べて、右側のグラフの場合は、制御動作開始時間が１０μ秒短くなっている。このように構成することにより、より広範なプロセス条件において、安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる。なお、この制御動作開始時間について、より多くのモードにおけるモードジャンプの発生を抑制するためには、できるだけ短い方が好ましく、例えば、１μ秒未満とする方が望ましい。
【００９７】
図２５は、この場合において、処理容器内の圧力と供給されるマイクロ波電力との関係において、生成されるプラズマの安定度合いを示す図である。図２５は、図１６および図１７に示す図に相当し、処理容器内の圧力および投入するマイクロ波電力の一部のプロセス条件を抽出した場合に相当する。
【００９８】
図１６、図１７、および図２５を参照して、ロード制御機構による制御動作開始時間を５０μ秒とした場合、ロード制御機構による制御動作開始時間を６０μ秒とした場合と比較して、安定するプロセス条件が増加していることが把握できる。具体的には、処理容器内の圧力が４０ｍＴｏｒｒであって、投入するマイクロ波電力が２０００Ｗ、および３０００Ｗである場合、ロード制御機構による制御動作開始時間が６０μ秒であれば、発生させたプラズマがやや不安定である。しかし、ロード制御機構による制御動作開始時間が５０μ秒であれば、これらのプロセス条件でも安定したプラズマを発生させることができることが把握できる。
【００９９】
図２６は、経過時間とプラズマの発光強度との関係を示すグラフである。図２６中、縦軸は、シリコンの２５２ｎｍの波長におけるＯＥＳにおける発光強度（ａ．ｕ．）を示し、横軸は、経過時間（秒）を示す。すなわち、グラフの見方については、図１８、図２１に示す場合と同じである。なお、この場合におけるプラズマ生成におけるプロセス条件としては、処理容器内の圧力を４０ｍＴｏｒｒ、プロセスガスとして、ＨｅとＨＢｒとＯ２との混合ガスを用い、時間を３０秒とし、印加するバイアス電力を２００Ｗとしている。また、投入するマイクロ波電力として、２０００Ｗとしている。図２６において、進行波電力制御の場合を点線８９ａで示し、制御動作開始時間を６０μ秒としたロード制御の場合を一点鎖線８９ｂ、制御動作開始時間を５０μ秒としたロード制御の場合を一点鎖線８９ｃで示している。なお、点線８９ａに示す場合においては、マイクロ波電力を進行波電力制御としているのに加え、バイアスを印加する制御についても進行波電力制御としており、一点鎖線８９ｂおよび実線８９ｃに示す場合においては、マイクロ波電力をロード制御としているのに加え、バイアスを印加する制御についてもロード制御としている。
【０１００】
図２６を参照して、点線８９ａで示す進行波電力制御の場合、経過時間約２秒から約２０秒までの間において、断続的に大きく発光強度が乱高下している状態が見られる。すなわち、この時間において、ハンチングが発生していると把握できる。これに対し、一点鎖線８９ｂで示す制御動作開始時間を６０μ秒としたロード制御の場合、この進行波電力制御の場合において見られたハンチングの発生量が大きく低減している。そして、さらに、実線８９ｃで示す制御動作開始時間を５０μ秒としたロード制御の場合、ハンチングが発生していない。すなわち、大きくハンチングが改善されていることが把握できる。これは、図１７および図２５中において、マイクロ波電力と処理容器内の圧力との関係からなるマトリックス内にある領域８６ｆに示す２０００Ｗ、４０ｍＴｏｒｒにて改善を表していることになる。
【０１０１】
以上より、このような構成のプラズマ処理装置、プラズマ処理方法、および高周波発生器によると、安定したプラズマ処理をより確実に行うことができる。
【０１０２】
なお、上記の実施の形態においては、電圧制御機構としての電圧制御回路は、ロード制御機構を構成する回路を切り替える切り替え機構を含むこととしたが、これは主に、マイクロ波電力の投入直後等において反射波電力があまり安定しない状況において進行波電力制御とし、後にロード制御に切り替えることを容易とする構成を採用するものであり、これに限らず、例えば、ロード制御を常に行う場合等については、このような切り替え機構を備えない構成としてもよい。
【０１０３】
また、上記の実施の形態においては、プラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器は、整合装置としての４Ｅチューナーを含むこととしたが、大きな反射波電力が発生したとしても、仮にロード制御等の測定系における誤差が生じないとすれば、４Ｅチューナーといった整合装置を敢えて設けなくともよい。
【０１０４】
なお、上記の実施の形態においては、アノード電圧およびフィラメント電圧の供給源として、マイクロ波発生器に備えられた高圧電源を用いることとしたが、これに限らず、アノード電圧およびフィラメント電圧の供給源をそれぞれ別途設けることとしてもよい。
【０１０５】
また、上記の実施の形態においては、減算回路を設けることとしたが、これに限らず、減算回路以外の回路を用い、反射波電力に基づいて進行波電力に足し合わせる電力を算出することにしてもよい。
【０１０６】
なお、上記の実施の形態においては、ロード制御機構は、ロード制御として、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力をそのまま足し合わせた電力に相当するアノード電圧を電源により供給するよう制御することとしたが、これに限らず、進行波電力測定機構により測定された進行波電力に、反射波電力測定機構により測定された反射波電力に基づいて算出された電力を足し合わせた電力に相当するアノード電圧を、マグネトロンに供給するよう制御するようにしてもよい。例えば、測定された反射波電力を進行波電力に足し合わせるのに加え、さらに測定された反射波電力の何割か分を進行波電力に足し合わせ、これに相当するアノード電圧を供給するようにしてもよい。また、測定された反射波電力の何割か分のみを進行波電力に足し合わせ、これに相当するアノード電圧を供給するようにしてもよい。これらの場合については、例えば、マイクロ波電力の投入を開始する場合と、モードが安定した場合において被処理基板にプラズマ処理を行う場合等においていずれかの制御を選択するようにしてもよい。なお、これらの場合、例えば、電圧制御機構は、マグネトロンが許容する許容電力の範囲内となるよう高圧電源により供給する電力を制御するようにしてもよい。また、電圧制御機構により、許容電力の範囲を超える電力が供給されるよう制御された場合においても、マイクロ波発生器による制御や、プラズマ処理装置の制御部により、マグネトロンの許容電力の上限を最大限の電力として供給する等、いわゆる供給電力のリミッターを設けることにしてもよい。なお、反射波電力は、進行波電力よりも大きくなることはなく、進行波電力と反射波電力とを足し合わせた場合においても、進行波電力の２倍が最大となる。
【０１０７】
なお、上記の実施の形態においては、高周波発振器としてマグネトロンを用いることとしたが、これに限らず、他の高周波発振器、例えば、ソリッド電源を有し、モードジャンプが生じる高周波発振器を用いた場合にも適用される。この場合、上記したアノード電圧の供給を単なる電圧として供給する場合がある。
【０１０８】
なお、上記の実施の形態においては、ラジアルラインスロットアンテナを用いたマイクロ波によりプラズマ処理を行うこととしたが、これに限らず、くし型のアンテナ部を有し、マイクロ波によりプラズマを生成するプラズマ処理装置やスロットからマイクロ波を放射しプラズマ生成するプラズマ処理装置を用いてもよい。
【０１０９】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１１  プラズマ処理装置、１２  処理容器、１３，２６，２７  ガス供給部、１４  保持台、１５  制御部、１６  誘電体窓、１７  スロットアンテナ板、１８  誘電体部材、１９  プラズマ発生機構、２０  スロット、２１  底部、２２  側壁、２３  排気孔、２４  蓋部、２５  Ｏリング、２８  下面、２９  ガス供給系、３０ａ，３０ｂ  ガス供給孔、３１  筒状支持部、３２  冷却ジャケット、３３  温度調整機構、３４  モード変換器、３５  導波管、３６  同軸導波管、３７  凹部、３８  高周波電源、３９  マッチングユニット、４０  循環路、４１  マイクロ波発生器、４２  マグネトロン、４３  高圧電源、４４  アイソレーター、４５  ４Ｅチューナー、４６  方向性結合器、４７  負荷、４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄ  可動短絡板、４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ  可動短絡部、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ  プローブ、５０ｄ  演算回路、５１  整合装置、５２  ダミー負荷、５３ａ  電圧制御回路、５３ｂ  電源回路、５４ａ，５４ｂ  検出器、５５  サーキュレーター、５６ａ，５６ｂ  全波整流ブリッジ、５７ａ，５７ｂ  平滑用コンデンサ、５８  スイッチング回路、５９  昇圧トランス、６１  減算回路、６２  差分アンプ、６３  オンオフ回路、６４  スイッチ、６５  スイッチング制御回路、６６  フィラメント制御回路、６７  切り替えスイッチ、６８ａ，６８ｂ，６８ｃ  端子、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆ，７１ｇ，７１ｈ，７１ｉ，７１ｊ，７１ｋ，７１ｌ，７１ｍ，７１ｎ，８１ａ，８１ｂ，８３ａ，８３ｂ，８７ａ，８７ｂ，８８ａ，８８ｂ，８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ，９１ｆ，９１ｇ，９１ｈ，９１ｉ，９１ｊ，９１ｋ，９１ｌ  線、７２ａ，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７７ａ，７９ａ  進行波電力、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７６ａ，７８ａ  反射波電力、８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，８４ｅ，８４ｆ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ，８６ｅ，８６ｆ  領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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