(57)【要約】【課題】変調高周波電力の反射を低減することを可能とするプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】一実施形態のプラズマ処理装置において、高周波電源は、第１の期間における電力レベルが第１の期間と交互の第２の期間における電力レベルよりも高くなるように生成された変調高周波電力を出力するように構成されている。整合器は、第１の期間内のモニタ期間における高周波電源の負荷側のインピーダンスを、高周波電源の出力インピーダンスとは異なるインピーダンスに設定するように構成されている。モニタ期間は、第１の期間の開始時点から所定時間長の経過後に開始する期間である。高周波電源は、進行波の電力レベルと反射波の電力レベルとの差であるロードパワーレベルが指定された電力レベルとなるように、変調高周波電力の電力レベルを調整するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
高周波電源と、
前記チャンバ内でプラズマを生成するために前記高周波電源に電気的に接続された電極と、
前記高周波電源と前記電極との間で接続された整合器と、
を備え、
前記高周波電源は、第１の期間における電力レベルが該第１の期間と交互の第２の期間における電力レベルよりも高くなるように生成された高周波電力を出力するように構成されており、
前記整合器は、前記第１の期間内のモニタ期間における前記高周波電源の負荷側のインピーダンスを、前記高周波電源の出力インピーダンスとは異なるインピーダンスに設定するように構成されており、該モニタ期間は、前記第１の期間の開始時点から所定時間長の経過後に開始する期間であり、
前記高周波電源は、進行波の電力レベルと反射波の電力レベルとの差であるロードパワーレベルが指定された電力レベルとなるように、前記高周波電力の電力レベルを調整するように構成されている、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記整合器は、前記高周波電力の反射係数の絶対値が指定された値になるように、前記負荷側のインピーダンスを設定する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記指定された値は、０．３以上、０．５以下の範囲内の値である、請求項２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】
本開示の実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造においては、プラズマ処理装置が用いられている。プラズマ処理装置は、チャンバ、電極、高周波電源、及び整合器を備える。チャンバ内のガスを励起させてプラズマを生成するために、高周波電力が高周波電源から電極に与えられる。整合器は、高周波電源の出力インピーダンスに高周波電源の負荷側のインピーダンスを整合させるように構成されている。
【０００３】
プラズマ処理装置において、その電力レベルが交互に増減するように変調された高周波電力（以下、「変調高周波電力」という）を用いることが提案されている。より詳細には、変調高周波電力は、第１の期間におけるその電力レベルが第１の期間と交互の第２の期間におけるその電力レベルよりも高くなるように、生成されている。変調高周波電力の利用については、特許文献１に記載されている。
【０００４】
変調高周波電力が用いられる場合には、整合器は、第１の期間内のモニタ期間において測定された負荷側のインピーダンスを、高周波電源の出力インピーダンス（例えば、５０＋ｊ０［Ω］の整合ポイント）に整合させるように動作する。モニタ期間は、第１の期間の開始時点から所定時間長の経過後に開始する期間である。モニタ期間がこのように設定されるのは、第１の期間の開始直後には反射波電力が大きいからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２５８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
変調高周波電力が用いられる場合には、整合ポイントに負荷側のインピーダンスを調整しても、その反射に起因して高周波電力がプラズマに結合されない期間が長く継続することがある。したがって、変調高周波電力の反射を低減することを可能とすることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、高周波電源、電極、及び整合器を備える。電極は、チャンバ内でプラズマを生成するために前記高周波電源に電気的に接続されている。整合器は、高周波電源と電極との間で接続されている。高周波電源は、第１の期間における電力レベルが第１の期間と交互の第２の期間における電力レベルよりも高くなるように生成された高周波電力（以下、「変調高周波電力」という）を出力するように構成されている。整合器は、第１の期間内のモニタ期間における高周波電源の負荷側のインピーダンスを、高周波電源の出力インピーダンスとは異なるインピーダンスに設定するように構成されている。モニタ期間は、第１の期間の開始時点から所定時間長の経過後に開始する期間である。高周波電源は、進行波の電力レベルと反射波の電力レベルとの差であるロードパワーレベルが指定された電力レベルとなるように、高周波電力の電力レベルを調整するように構成されている。
【０００８】
一態様においてはプラズマ処理装置では、変調高周波電力が用いられる場合に、モニタ期間における負荷側のインピーダンスが、高周波電源の出力インピーダンス（整合ポイント）とは異なるインピーダンスに設定される。その結果、変調高周波電力の反射が低減される。負荷側のインピーダンスが整合ポイントと異なる場合には、反射を完全に無くすことはできないが、ロードパワーレベルが指定された電力レベルとなるように、高周波電力の電力レベルが調整されるので、プラズマに指定された電力レベルの変調高周波電力が結合される。
【０００９】
一実施形態において、整合器は、高周波電力の反射係数の絶対値が指定された値になるように、負荷側のインピーダンスを設定する。一実施形態において、指定された値は、０．３以上、０．５以下の範囲内の値である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、変調高周波電力の反射を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図２】第１モードのタイミングチャートの一例を示す図である。
【図３】第２モードのタイミングチャートの一例を示す図である。
【図４】第３モードのタイミングチャートの一例を示す図である。
【図５】図１に示すプラズマ処理装置１の高周波電源３６及び整合器４０の構成の一例を例示する図である。
【図６】図１に示すプラズマ処理装置１の整合器４０のセンサの構成の一例を示す図である。
【図７】図１に示すプラズマ処理装置１の高周波電源３８及び整合器４２の構成の一例を示す図である。
【図８】図１に示すプラズマ処理装置１の高周波電源３８のセンサの構成の一例を示す図である。
【図９】図９の（ａ）は、実験において測定した値を説明する図であり、図９の（ｂ）は、実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１３】
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備えている。チャンバ１０は、内部空間を提供している。
【００１４】
チャンバ１０は、チャンバ本体１２を含んでいる。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１０の内部空間は、チャンバ本体１２の内側に提供されている。チャンバ本体１２は、アルミニウムといった材料から形成されている。チャンバ本体１２の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。チャンバ本体１２は、接地されている。チャンバ本体１２の側壁には開口１２ｐが形成されている。基板Ｗは、チャンバ１０の内部空間とチャンバ１０の外部との間で搬送されるときに、開口１２ｐを通過する。開口１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇによって開閉可能である。ゲートバルブ１２ｇは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられている。
【００１５】
チャンバ本体１２の底部上には、絶縁板１３が設けられている。絶縁板１３は、例えばセラミックから形成されている。絶縁板１３上には、支持台１４が設けられている。支持台１４は、略円柱形状を有している。支持台１４上にはサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は、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。サセプタ１６は、下部電極を構成している。サセプタ１６は、チャンバ１０内でのプラズマの生成のために、後述する高周波電源に電気的に接続され得る。
【００１６】
サセプタ１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、その上に載置される基板Ｗを保持するように構成されている。静電チャック１８は、本体及び電極２０を有している。静電チャック１８の本体は、絶縁体から形成されており、略円盤形状を有している。電極２０は、導電膜であり、静電チャック１８の本体の中に設けられている。電極２０には、スイッチ２２を介して直流電源２４が電気的に接続されている。直流電源２４からの直流電圧が電極２０に印加されると、基板Ｗと静電チャック１８との間で静電引力が発生する。発生した静電引力によって、基板Ｗは静電チャック１８に引き付けられ、静電チャック１８によって保持される。
【００１７】
静電チャック１８の周囲、且つ、サセプタ１６上には、フォーカスリング２６が配置されている。フォーカスリング２６は、基板Ｗのエッジを囲むように配置される。サセプタ１６及び支持台１４の外周面には、円筒状の内壁部材２８が取り付けられている。内壁部材２８は、例えば石英から形成されている。
【００１８】
支持台１４の内部には、流路１４ｆが形成されている。流路１４ｆは、例えば、鉛直方向に延びる中心軸線に対して渦巻状に延在している。流路１４ｆには、チャンバ１０の外部に設けられた供給装置（例えばチラーユニット）から配管３２ａを介して熱交換媒体ｃｗ（例えば冷却水といった冷媒）が供給される。流路１４ｆに供給された熱交換媒体は、配管３２ｂを介して供給装置に回収される。熱交換媒体の温度が供給装置によって調整されることにより、基板Ｗの温度が調整される。さらに、プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン３４が設けられている。ガス供給ライン３４は、伝熱ガス（例えば、Ｈｅガス）を、静電チャック１８の上面と基板Ｗの裏面との間に供給するために設けられている。
【００１９】
サセプタ１６には、導体４４（例えば、給電棒）が接続されている。導体４４には、高周波電源３６が整合器４０を介して接続されている。導体４４には、高周波電源３８が整合器４２を介して接続されている。即ち、高周波電源３６は、整合器４０及び導体４４を介して下部電極に接続されている。高周波電源３８は、整合器４２及び導体４４を介して下部電極に接続されている。高周波電源３６は、下部電極ではなく、後述する上部電極に整合器４０を介して接続されていてもよい。なお、プラズマ処理装置１は、高周波電源３６と整合器４０のセット及び高周波電源３８と整合器４２のセットのうち一方を備えていなくてもよい。
【００２０】
高周波電源３６は、プラズマの生成用の高周波電力ＲＦ１を出力する。高周波電力ＲＦ１の基本周波数ｆＢ１は、例えば１００ＭＨｚである。高周波電源３８は、プラズマから基板Ｗにイオンを引き込むための高周波電力ＲＦ２を出力する。高周波電力ＲＦ２の周波数は、高周波電力ＲＦ１の周波数よりも低い。高周波電力ＲＦ２の基本周波数ｆＢ２は、例えば１３．５６ＭＨｚである。
【００２１】
整合器４０は、高周波電源３６の負荷側（例えば下部電極側）のインピーダンスを高周波電源３６の出力インピーダンスに整合させるための回路を有している。整合器４２は、高周波電源３８の負荷側（下部電極側）のインピーダンスを高周波電源３８の出力インピーダンスに整合させるための回路を有している。整合器４０及び整合器４２の各々は、電子制御式の整合器である。整合器４０及び整合器４２の各々の詳細については後述する。
【００２２】
整合器４０及び導体４４は、給電ライン４３の一部を構成している。高周波電力ＲＦ１は、給電ライン４３を介してサセプタ１６に供給される。整合器４２及び導体４４は、給電ライン４５の一部を構成している。高周波電力ＲＦ２は、給電ライン４５を介してサセプタ１６に供給される。
【００２３】
チャンバ１０の天部は、上部電極４６によって構成されている。上部電極４６は、チャンバ本体１２の上端の開口を閉じるように設けられている。チャンバ１０の内部空間は、処理領域ＰＳを含む。処理領域ＰＳは、上部電極４６とサセプタ１６の間の空間である。プラズマ処理装置１は、上部電極４６とサセプタ１６の間で発生する高周波電界により、処理領域ＰＳにおいてプラズマを生成する。上部電極４６は、接地されている。なお、高周波電源３６が、下部電極ではなく上部電極４６に整合器４０を介して接続されている場合には、上部電極４６は接地されず、上部電極４６とチャンバ本体１２とは電気的に分離される。
【００２４】
上部電極４６は、天板４８、及び支持体５０を有している。天板４８には、複数のガス噴出孔４８ａが形成されている。天板４８は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣといったシリコン系の材料から形成されている。支持体５０は、天板４８を着脱可能に支持する部材であり、アルミニウムから形成されており、その表面には陽極酸化処理が施されている。
【００２５】
支持体５０の内部には、ガスバッファ室５０ｂが形成されている。また、支持体５０には、複数のガス孔５０ａが形成されている。複数のガス孔５０ａはそれぞれ、ガスバッファ室５０ｂから延びて、複数のガス噴出孔４８ａに連通している。ガスバッファ室５０ｂには、ガス供給管５４が接続されている。ガス供給管５４には、流量制御器５８（例えば、マスフローコントローラ）及び開閉バルブ６０を介して、ガスソース５６が接続されている。ガスソース５６からのガスは、流量制御器５８、開閉バルブ６０、ガス供給管５４、ガスバッファ室５０ｂ、及び複数のガス噴出孔４８ａを介して、チャンバ１０の内部空間に供給される。ガスソース５６からチャンバ１０の内部空間に供給されるガスの流量は、流量制御器５８によって調整される。
【００２６】
サセプタ１６とチャンバ本体１２の側壁との間の空間の下方では、チャンバ本体１２の底部に排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管６４が接続されている。排気管６４は、排気装置６６に接続されている。排気装置６６は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。排気装置６６は、チャンバ１０の内部空間を指定された圧力に減圧する。
【００２７】
プラズマ処理装置１は、主制御部７０を更に備えている。主制御部７０は、一つ以上のマイクロコンピュータを含む。主制御部７０は、プロセッサ、メモリといった記憶装置、キーボードといった入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を有し得る。主制御部７０のプロセッサは、記憶装置に格納されているソフトウェア（プログラム）を実行し、レシピ情報にしたがって、プラズマ処理装置１の各部、例えば、高周波電源３６、高周波電源３８、整合器４０、整合器４２、流量制御器５８、開閉バルブ６０、排気装置６６等の個々の動作及びプラズマ処理装置１の装置全体の動作（シーケンス）を制御する。
【００２８】
プラズマ処理装置１においてプラズマ処理が行われる場合には、まず、ゲートバルブ１２ｇが開かれる。次いで、基板Ｗが、開口１２ｐを経由してチャンバ１０内に搬入され、静電チャック１８の上に載置される。そして、ゲートバルブ１２ｇが閉じられる。次いで、処理ガスがガスソース５６からチャンバ１０の内部空間に供給され、排気装置６６が作動されて、チャンバ１０の内部空間における圧力が指定された圧力に設定される。さらに、高周波電力ＲＦ１及び／又は高周波電力ＲＦ２がサセプタ１６に供給される。また、直流電源２４からの直流電圧が静電チャック１８の電極２０に印加されて、基板Ｗが静電チャック１８によって保持される。そして、処理ガスが、サセプタ１６と上部電極４６との間で形成された高周波電界により励起される。その結果、処理領域ＰＳ内でプラズマが生成される。
【００２９】
プラズマ処理装置１は、高周波電源３６及び高周波電源３８のうち少なくとも一方から変調高周波電力を出力することが可能であるように構成されている。より具体的には、プラズマ処理装置１は、主制御部７０からのレシピに基づく制御により、第１〜第３モードの何れかのモードで、高周波電源３６及び高周波電源３８を制御する。第１モードにおいては、高周波電源３６は、高周波電力ＲＦ１として変調高周波電力ＭＲＦ１を出力するように制御され、高周波電源３８は、高周波電力ＲＦ２として連続高周波電力ＣＲＦ２を出力するように制御される。第２モードにおいては、高周波電源３６は、高周波電力ＲＦ１として連続高周波電力ＣＲＦ１を出力するように制御され、高周波電源３８は、高周波電力ＲＦ２として変調高周波電力ＭＲＦ２を出力するように制御される。第３モードにおいては、高周波電源３６は、高周波電力ＲＦ１として変調高周波電力ＭＲＦ１を出力するように制御され、高周波電源３８は、高周波電力ＲＦ２として変調高周波電力ＭＲＦ２を出力するように制御される。なお、以下の説明では、変調高周波電力ＭＲＦ１及び連続高周波電力ＣＲＦ１を総称して高周波電力ＲＦ１と呼び、変調高周波電力ＭＲＦ２及び連続高周波電力ＣＲＦ２を総称して高周波電力ＲＦ２と呼ぶことがある。
【００３０】
図２は、第１モードのタイミングチャートの一例を示す図であり、図３は、第２モードのタイミングチャートの一例を示す図であり、図４は、第３モードのタイミングチャートの一例を示す図である。以下、図２〜図４を適宜参照する。
【００３１】
図２及び図４に示すように、高周波電源３６は、第１モード及び第３モードにおいて、変調高周波電力ＭＲＦ１を出力するように構成されている。変調高周波電力ＭＲＦ１は、第１の期間Ｔ１におけるその電力レベルが第２の期間Ｔ２におけるその電力レベルよりも高くなるように変調されている。第２の期間Ｔ２は第１の期間と交互の期間である。第１の期間Ｔ１とこれに続く第２の期間Ｔ２は一周期Ｔｃを構成する。一周期Ｔｃに占める第１の期間Ｔ１の時間長の比（デューティ比）は、任意の比に制御可能である。例えば、デューティ比は、１０％以上、９０％以下の範囲内の比に制御可能である。また、変調高周波電力ＭＲＦ１の変調周波数、即ち、一周期Ｔｃの逆数は、任意の変調周波数に制御可能である。変調高周波電力ＭＲＦ１の変調周波数は、例えば、１ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下の範囲内の周波数に制御可能である。
【００３２】
第１モード及び第３モードにおいて、第２の期間Ｔ２中の変調高周波電力ＭＲＦ１の電力レベルは、０［Ｗ］であってもよい。即ち、第１モード及び第３モードにおいて、第２の期間Ｔ２中に、変調高周波電力ＭＲＦ１は電極（例えば下部電極）に供給されてなくてもよい。或いは、第１モード及び第３モードにおいて、第２の期間Ｔ２中の変調高周波電力ＭＲＦ１の電力レベルは、０［Ｗ］より大きくてもよい。
【００３３】
高周波電源３６は、第２モードにおいて、連続高周波電力ＣＲＦ１を出力するよう構成されている。図３に示すように、連続高周波電力ＣＲＦ１の電力レベルは変調されていない。連続高周波電力ＣＲＦ１では、略一定の電力レベルが連続する。
【００３４】
図３及び図４に示すように、高周波電源３８は、第２モード及び第３モードにおいて、変調高周波電力ＭＲＦ２を出力するように構成されている。変調高周波電力ＭＲＦ２は、第１の期間Ｔ１におけるその電力レベルが第２の期間Ｔ２におけるその電力レベルよりも高くなるように変調されている。第２モード及び第３モードにおいて、第２の期間Ｔ２中の変調高周波電力ＭＲＦ２の電力レベルは、０［Ｗ］であってもよい。即ち、第２モード及び第３モードにおいて、第２の期間Ｔ２中に、変調高周波電力ＭＲＦ２は電極（下部電極）に供給されてなくてもよい。或いは、第２モード及び第３モードにおいて、第２の期間Ｔ２中の変調高周波電力ＭＲＦ２の電力レベルは、０［Ｗ］より大きくてもよい。
【００３５】
高周波電源３８は、第１モードにおいて、連続高周波電力ＣＲＦ２を出力するよう構成されている。図２に示すように、連続高周波電力ＣＲＦ２の電力レベルは変調されていない。連続高周波電力ＣＲＦ２では、略一定の電力レベルが連続する。
【００３６】
以下、図５〜図８を参照して、高周波電源３６、整合器４０、高周波電源３８、及び整合器４２について詳細に説明する。図５は、図１に示すプラズマ処理装置１の高周波電源３６及び整合器４０の構成の一例を示す図である。図６は、図１に示すプラズマ処理装置１の整合器４０のセンサの構成の一例を示す図である。図７は、図１に示すプラズマ処理装置１の高周波電源３８及び整合器４２の構成の一例を示す図である。図８は、図１に示すプラズマ処理装置１の高周波電源３８のセンサの構成の一例を示す図である。
【００３７】
図５に示すように、一実施形態において、高周波電源３６は、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、パワーセンサ３６ｃ、及び電源制御部３６ｅを有している。電源制御部３６ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されており、主制御部７０から与えられる信号及びパワーセンサ３６ｃから与えられる信号を利用して、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、及びパワーセンサ３６ｃのそれぞれに制御信号を与えて、発振器３６ａ、パワーアンプ３６ｂ、及びパワーセンサ３６ｃを制御する。
【００３８】
主制御部７０から電源制御部３６ｅに与えられる信号は、モード設定信号及び第１の周波数設定信号を含む。モード設定信号は、上述した第１モード、第２モード、及び第３モードからモードを指定する信号である。第１の周波数設定信号は、高周波電力ＲＦ１の周波数を指定する信号である。高周波電源３６が第１モード及び第３モードにて動作する場合には、主制御部７０から電源制御部３６ｅに与えられる信号は、第１の変調設定信号及び第１の変調電力レベル設定信号を含む。第１の変調設定信号は、変調高周波電力ＭＲＦ１の変調周波数及びデューティ比を指定する信号である。第１の変調電力レベル設定信号は、第１の期間Ｔ１における変調高周波電力ＭＲＦ１の電力レベル及び第２の期間Ｔ２における変調高周波電力ＭＲＦ１の電力レベルを指定する信号である。高周波電源３６が第２モードにて動作する場合には、主制御部７０から電源制御部３６ｅに与えられる信号は、連続高周波電力ＣＲＦ１のパワーを指定する第１の電力レベル設定信号を含む。
【００３９】
電源制御部３６ｅは、第１の周波数設定信号によって指定された周波数（例えば基本周波数ｆＢ１）を有する高周波信号を出力させるように、発振器３６ａを制御する。発振器３６ａの出力は、パワーアンプ３６ｂの入力に接続されている。パワーアンプ３６ｂは、発振器３６ａから出力された高周波信号を増幅することにより高周波電力ＲＦ１を生成し、当該高周波電力ＲＦ１を出力する。パワーアンプ３６ｂは、電源制御部３６ｅによって制御される。
【００４０】
電源制御部３６ｅは、モード設定信号によって特定されるモードが第１モード及び第３モードの何れかである場合には、主制御部７０からの第１の変調設定信号及び第１の変調電力レベル設定信号に応じて高周波信号から変調高周波電力ＭＲＦ１を生成するよう、パワーアンプ３６ｂを制御する。一方、電源制御部３６ｅは、モード設定信号によって特定されるモードが第２モードである場合には、主制御部７０からの第１の電力レベル設定信号に応じて、高周波信号から連続高周波電力ＣＲＦ１を生成するよう、パワーアンプ３６ｂを制御する。
【００４１】
パワーアンプ３６ｂの後段には、パワーセンサ３６ｃが設けられている。パワーセンサ３６ｃは、方向性結合器、進行波検出器、及び反射波検出器を有している。方向性結合器は、高周波電力ＲＦ１の進行波の一部を進行波検出器に与え、反射波を反射波検出器に与える。パワーセンサ３６ｃには、高周波電力ＲＦ１の設定周波数を特定する第１の周波数特定信号が電源制御部３６ｅから与えられる。進行波検出器は、進行波の全周波数成分のうち第１の周波数特定信号から特定される設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち、進行波の電力レベルの測定値Ｐｆ１１を生成する。測定値Ｐｆ１１は、電源制御部３６ｅに与えられる。
【００４２】
電源制御部３６ｅからは、第１の周波数特定信号が反射波検出器にも与えられる。反射波検出器は、反射波の全周波数成分のうち第１の周波数特定信号から特定される設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ１１を生成する。測定値Ｐｒ１１は、電源制御部３６ｅに与えられる。また、反射波検出器は、反射波の全周波数成分のトータルの電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ１２を生成する。測定値Ｐｒ１２は、パワーアンプ３６ｂの保護用に、電源制御部３６ｅに与えられる。
【００４３】
電源制御部３６ｅは、第１モード及び第３モードにおいては、モニタ期間ＭＰ１におけるロードパワーレベルＰ１が指定された電力レベルとなるように、パワーアンプ３６ｂを制御して第１の期間Ｔ１における変調高周波電力ＭＲＦ１の電力レベルを調整する。電源制御部３６ｅは、第２モードにおいては、モニタ期間ＭＰ１におけるロードパワーレベルＰ１が指定された電力レベルとなるように、パワーアンプ３６ｂを制御して連続高周波電力ＣＲＦ１の電力レベルを調整する。電力レベルは、主制御部７０から指定される。ロードパワーレベルＰ１は、モニタ期間ＭＰ１における進行波の電力レベルと反射波の電力レベルの差である。ロードパワーレベルＰ１は、モニタ期間ＭＰ１における測定値Ｐｆ１１と測定値Ｐｒ１１の差として求められる。ロードパワーレベルＰ１は、モニタ期間ＭＰ１における測定値Ｐｆ１１の平均値と測定値Ｐｒ１１の平均値の差として求められてもよい。或いは、ロードパワーレベルＰ１は、複数のモニタ期間ＭＰ１における測定値Ｐｆ１１の移動平均値と測定値Ｐｒ１１の移動平均値の差として求められてもよい。なお、電源制御部３６ｅは、第２モードにおいては、モニタ期間ＭＰ１におけるロードパワーレベルＰ１とモニタ期間ＭＰ２におけるロードパワーレベルＰ１の平均値が、指定された電力レベルとなるように、パワーアンプ３６ｂを制御して連続高周波電力ＣＲＦ１の電力レベルを調整してもよい。モニタ期間ＭＰ１及びモニタ期間ＭＰ２については後述する。
【００４４】
一実施形態において、整合器４０は、整合回路４０ａ、センサ４０ｂ、コントローラ４０ｃ、アクチュエータ４０ｄ、及びアクチュエータ４０ｅを有している。整合回路４０ａは、可変リアクタンス素子４０ｇ及び可変リアクタンス素子４０ｈを含んでいる。可変リアクタンス素子４０ｇ及び可変リアクタンス素子４０ｈの各々は、例えば可変コンデンサである。なお、整合回路４０ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
【００４５】
コントローラ４０ｃは、主制御部７０の制御の下で動作する。コントローラ４０ｃは、センサ４０ｂから与えられる高周波電源３６の負荷側のインピーダンスの測定値に応じて、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを調整する。コントローラ４０ｃは、アクチュエータ４０ｄ及びアクチュエータ４０ｅを制御して、可変リアクタンス素子４０ｇ及び可変リアクタンス素子４０ｈそれぞれのリアクタンスを調整することにより、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを調整する。アクチュエータ４０ｄ及びアクチュエータ４０ｅは、例えば、モータである。
【００４６】
図６に示すように、センサ４０ｂは、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスの測定値を取得するように構成されている。一実施形態では、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスの測定値は、移動平均値として取得される。一実施形態において、センサ４０ｂは、電流検出器１０２Ａ、電圧検出器１０４Ａ、フィルタ１０６Ａ、フィルタ１０８Ａ、平均値演算器１１０Ａ、平均値演算器１１２Ａ、移動平均値演算器１１４Ａ、移動平均値演算器１１６Ａ、及びインピーダンス演算器１１８Ａを有している。
【００４７】
電圧検出器１０４Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波電力ＲＦ１の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ａに入力される。フィルタ１０６Ａは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ａは、電源制御部３６ｅから上記の第１の周波数特定信号を受け、電圧波形デジタル信号から、第１の周波数特定信号によって特定される周波数に対応した周波数成分のみを抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。なお、フィルタ１０６Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００４８】
フィルタ１０６Ａによって生成された濾過電圧波形信号は、平均値演算器１１０Ａに出力される。平均値演算器１１０Ａには、モニタ期間ＭＰ１を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から与えられる。モニタ期間ＭＰ１は、図２〜図４に示すように、第１の期間Ｔ１内の期間である。モニタ期間ＭＰ１は、第１の期間Ｔ１の開始時点から所定時間長の経過後に開始する。平均値演算器１１０Ａは、濾過電圧波形信号から各第１の期間Ｔ１内のモニタ期間ＭＰ１における電圧の平均値ＶＡ１１を求める。
【００４９】
第２モードにおいては、モニタ期間ＭＰ２を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から平均値演算器１１０Ａに与えられてもよい。モニタ期間ＭＰ２は第２の期間Ｔ２に一致する期間であり得る。この場合において、平均値演算器１１０Ａは、濾過電圧波形信号からモニタ期間ＭＰ２における電圧の平均値ＶＡ１２を求めてもよい。なお、平均値演算器１１０Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００５０】
平均値演算器１１０Ａによって求められた平均値ＶＡ１１は、移動平均値演算器１１４Ａに出力される。移動平均値演算器１１４Ａは、既に得られている複数の平均値ＶＡ１１のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ１における高周波電力ＲＦ１の電圧から得られた平均値ＶＡ１１の移動平均値ＶＭＡ１１を求める。移動平均値ＶＭＡ１１は、インピーダンス演算器１１８Ａに出力される。
【００５１】
第２モードにおいて、移動平均値演算器１１４Ａは、既に得られている複数の平均値ＶＡ１２のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ２における高周波電力ＲＦ１の電圧から得られた平均値ＶＡ１２の移動平均値ＶＭＡ１２を更に求めてもよい。この場合に、移動平均値ＶＭＡ１２が、インピーダンス演算器１１８Ａに出力される。
【００５２】
電流検出器１０２Ａは、給電ライン４３上で伝送される高周波電力ＲＦ１の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ａに入力される。フィルタ１０８Ａは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ａは、電源制御部３６ｅから第１の周波数特定信号を受け、電流波形デジタル信号から、第１の周波数特定信号によって特定される周波数に対応した周波数成分のみを抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。なお、フィルタ１０８Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００５３】
フィルタ１０８Ａによって生成された濾過電流波形信号は、平均値演算器１１２Ａに出力される。平均値演算器１１２Ａには、モニタ期間ＭＰ１を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から与えられる。平均値演算器１１２Ａは、濾過電流波形信号から各第１の期間Ｔ１内のモニタ期間ＭＰ１における電流の平均値ＩＡ１１を求める。
【００５４】
第２モードにおいては、モニタ期間ＭＰ２を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から平均値演算器１１２Ａに与えられてもよい。この場合において、平均値演算器１１２Ａは、濾過電流波形信号からモニタ期間ＭＰ２における電流の平均値ＩＡ１２を求めてもよい。なお、平均値演算器１１２Ａは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００５５】
平均値演算器１１２Ａによって求められた平均値ＩＡ１１は、移動平均値演算器１１６Ａに出力される。移動平均値演算器１１６Ａは、既に得られている複数の平均値ＩＡ１１のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ１における高周波電力ＲＦ１の電流から得られた平均値ＩＡ１１の移動平均値ＩＭＡ１１を求める。移動平均値ＩＭＡ１１は、インピーダンス演算器１１８Ａに出力される。
【００５６】
第２モードにおいて、移動平均値演算器１１６Ａは、既に得られている複数の平均値ＩＡ１２のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ２における高周波電力ＲＦ１の電流から得られた平均値ＩＡ１２の移動平均値ＩＭＡ１２を更に求めてもよい。この場合には、移動平均値ＩＭＡ１２が、インピーダンス演算器１１８Ａに出力される。
【００５７】
インピーダンス演算器１１８Ａは、移動平均値ＩＭＡ１１及び移動平均値ＶＭＡ１１から、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスの移動平均値ＺＭＡ１１を求める。インピーダンス演算器１１８Ａによって求められた移動平均値ＺＭＡ１１はコントローラ４０ｃに出力される。コントローラ４０ｃは、移動平均値ＺＭＡ１１を用いて、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを調整する。具体的に、コントローラ４０ｃは、移動平均値ＺＭＡ１１によって特定される高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを、高周波電源３６の出力インピーダンスとは異なるインピーダンスに設定するよう、アクチュエータ４０ｄ及びアクチュエータ４０ｅを通じて、可変リアクタンス素子４０ｇ及び可変リアクタンス素子４０ｈそれぞれのリアクタンスを調整する。
【００５８】
一実施形態において、コントローラ４０ｃは、高周波電力ＲＦ１の反射係数Γ１の絶対値｜Γ１｜が指定された値になるように、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを設定する。一例では、指定された値は、０．３以上、０．５以下の範囲内の値である。なお、反射係数Γ１は、以下の（１）式によって定義される。
Γ１＝（Ｚ１−Ｚ０１）／（Ｚ１＋Ｚ０１）      …（１）
（１）式において、Ｚ０１は給電ライン４３の特性インピーダンスであり、一般的には、５０Ωである。（１）式において、Ｚ１は、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスである。（１）式のＺ１としては、移動平均値ＺＭＡ１１が用いられ得る。コントローラ４０ｃは、反射係数Γ１の絶対値｜Γ１｜と高周波電源３６の負荷側のインピーダンスとの関係を定めた関数又はテーブルを保持している。コントローラ４０ｃは、当該関数又はテーブルを用いて、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを調整してもよい。
【００５９】
一実施形態では、第２モードにおいて、インピーダンス演算器１１８Ａは、移動平均値ＺＭＡ１１に加えて、移動平均値ＩＭＡ１２及び移動平均値ＶＭＡ１２から、高周波電源３６の負荷側のインピーダンスの移動平均値ＺＭＡ１２を求めてもよい。移動平均値ＺＭＡ１２は移動平均値ＺＭＡ１１と共に、コントローラ４０ｃに出力される。この場合に、コントローラ４０ｃは、移動平均値ＺＭＡ１１と移動平均値ＺＭＡ１２の平均値によって特定される高周波電源３６の負荷側のインピーダンスを高周波電源３６の出力インピーダンス（整合ポイント）に一致させるか又は近づけるように、アクチュエータ４０ｄ及びアクチュエータ４０ｅを通じて、可変リアクタンス素子４０ｇ及び可変リアクタンス素子４０ｈそれぞれのリアクタンスを調整する。
【００６０】
図７に示すように、一実施形態において、高周波電源３８は、発振器３８ａ、パワーアンプ３８ｂ、パワーセンサ３８ｃ、及び電源制御部３８ｅを有している。電源制御部３８ｅは、ＣＰＵといったプロセッサから構成されており、主制御部７０から与えられる信号及びパワーセンサ３８ｃから与えられる信号を利用して、発振器３８ａ、パワーアンプ３８ｂ、及びパワーセンサ３８ｃのそれぞれに制御信号を与えて、発振器３８ａ、パワーアンプ３８ｂ、及びパワーセンサ３８ｃを制御する。
【００６１】
主制御部７０から電源制御部３８ｅに与えられる信号は、モード設定信号及び第２の周波数設定信号を含む。モード設定信号は、上述した第１モード、第２モード、及び第３モードからモードを指定する信号である。第２の周波数設定信号は、高周波電力ＲＦ２の周波数を指定する信号である。高周波電源３８が第２モード及び第３モードにて動作する場合には、主制御部７０から電源制御部３８ｅに与えられる信号は、第２の変調設定信号及び第２の変調電力レベル設定信号を含む。第２の変調設定信号は、変調高周波電力ＭＲＦ２の変調周波数及びデューティ比を指定する信号である。第２の変調電力レベル設定信号は、第１の期間Ｔ１における変調高周波電力ＭＲＦ２の電力レベル及び第２の期間Ｔ２における変調高周波電力ＭＲＦ２の電力レベルを指定する信号である。高周波電源３８が第１モードにて動作する場合には、主制御部７０から電源制御部３８ｅに与えられる信号は、連続高周波電力ＣＲＦ２のパワーを指定する第２の電力レベル設定信号を含む。
【００６２】
電源制御部３８ｅは、第２の周波数設定信号によって指定された周波数（例えば基本周波数ｆＢ２）を有する高周波信号を出力させるように、発振器３８ａを制御する。発振器３８ａの出力は、パワーアンプ３８ｂの入力に接続されている。パワーアンプ３８ｂは、発振器３８ａから出力された高周波信号を増幅することにより高周波電力ＲＦ２を生成し、当該高周波電力ＲＦ２を出力する。パワーアンプ３８ｂは、電源制御部３８ｅによって制御される。
【００６３】
電源制御部３８ｅは、モード設定信号によって特定されるモードが第２モード及び第３モードの何れかである場合には、主制御部７０からの第２の変調設定信号及び第２の変調電力レベル設定信号に応じて高周波信号から変調高周波電力ＭＲＦ２を生成するよう、パワーアンプ３８ｂを制御する。一方、電源制御部３８ｅは、モード設定信号によって特定されるモードが第１モードである場合には、主制御部７０からの第２の電力レベル設定信号に応じて、高周波信号から連続高周波電力ＣＲＦ２を生成するよう、パワーアンプ３８ｂを制御する。
【００６４】
パワーアンプ３８ｂの後段には、パワーセンサ３８ｃが設けられている。パワーセンサ３８ｃは、方向性結合器、進行波検出器、及び反射波検出器を有している。方向性結合器は、高周波電力ＲＦ２の進行波の一部を進行波検出器に与え、反射波を反射波検出器に与える。パワーセンサ３８ｃには、高周波電力ＲＦ２の設定周波数を特定する第２の周波数特定信号が電源制御部３８ｅから与えられる。進行波検出器は、進行波の全周波数成分のうち第２の周波数特定信号から特定される設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち、進行波の電力レベルの測定値Ｐｆ２１を生成する。測定値Ｐｆ２１は、電源制御部３８ｅに与えられる。
【００６５】
電源制御部３８ｅからは、第２の周波数特定信号が反射波検出器にも与えられる。反射波検出器は、反射波の全周波数成分のうち第２の周波数特定信号から特定される設定周波数と同一の周波数を有する成分の電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ２１を生成する。測定値Ｐｒ２１は、電源制御部３８ｅに与えられる。また、反射波検出器は、反射波の全周波数成分のトータルの電力レベルの測定値、即ち反射波の電力レベルの測定値Ｐｒ２２を生成する。測定値Ｐｒ２２は、パワーアンプ３８ｂの保護用に、電源制御部３８ｅに与えられる。
【００６６】
電源制御部３８ｅは、第２モード及び第３モードにおいては、モニタ期間ＭＰ１におけるロードパワーレベルＰ２が指定された電力レベルとなるように、パワーアンプ３８ｂを制御して第１の期間Ｔ１における変調高周波電力ＭＲＦ２の電力レベルを調整する。電源制御部３８ｅは、第１モードにおいては、モニタ期間ＭＰ１におけるロードパワーレベルＰ２が指定された電力レベルとなるように、パワーアンプ３８ｂを制御して連続高周波電力ＣＲＦ２の電力レベルを調整する。電力レベルは、主制御部７０から指定される。ロードパワーレベルＰ２は、モニタ期間ＭＰ１における進行波の電力レベルと反射波の電力レベルの差である。ロードパワーレベルＰ２は、モニタ期間ＭＰ１における測定値Ｐｆ２１と測定値Ｐｒ２１の差として求められる。ロードパワーレベルＰ２は、モニタ期間ＭＰ１における測定値Ｐｆ２１の平均値と測定値Ｐｒ２１の平均値の差として求められてもよい。或いは、ロードパワーレベルＰ２は、複数のモニタ期間ＭＰ１における測定値Ｐｆ２１の移動平均値と測定値Ｐｒ２１の移動平均値の差として求められてもよい。なお、電源制御部３８ｅは、第２モードにおいては、モニタ期間ＭＰ１におけるロードパワーレベルＰ２とモニタ期間ＭＰ２におけるロードパワーレベルＰ２が、指定された電力レベルとなるように、パワーアンプ３８ｂを制御して連続高周波電力ＣＲＦ２の電力レベルを調整してもよい。
【００６７】
一実施形態において、整合器４２は、整合回路４２ａ、センサ４２ｂ、コントローラ４２ｃ、アクチュエータ４２ｄ、及びアクチュエータ４２ｅを有している。整合回路４２ａは、可変リアクタンス素子４２ｇ及び可変リアクタンス素子４２ｈを含んでいる。可変リアクタンス素子４２ｇ及び可変リアクタンス素子４２ｈの各々は、例えば可変コンデンサである。なお、整合回路４２ａは、インダクタ等を更に含んでいてもよい。
【００６８】
コントローラ４２ｃは、主制御部７０の制御の下で動作する。コントローラ４２ｃは、センサ４２ｂから与えられる高周波電源３８の負荷側のインピーダンスの測定値に応じて、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを調整する。コントローラ４２ｃは、アクチュエータ４２ｄ及びアクチュエータ４２ｅを制御して、可変リアクタンス素子４２ｇ及び可変リアクタンス素子４２ｈそれぞれのリアクタンスを調整することにより、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを調整する。アクチュエータ４２ｄ及びアクチュエータ４２ｅは、例えば、モータである。
【００６９】
図８に示すように、センサ４２ｂは、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスの測定値を取得するように構成されている。一実施形態では、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスの測定値は、移動平均値として取得される。一実施形態において、センサ４２ｂは、電流検出器１０２Ｂ、電圧検出器１０４Ｂ、フィルタ１０６Ｂ、フィルタ１０８Ｂ、平均値演算器１１０Ｂ、平均値演算器１１２Ｂ、移動平均値演算器１１４Ｂ、移動平均値演算器１１６Ｂ、及びインピーダンス演算器１１８Ｂを有している。
【００７０】
電圧検出器１０４Ｂは、給電ライン４５上で伝送される高周波電力ＲＦ２の電圧波形を検出し、当該電圧波形を表す電圧波形アナログ信号を出力する。この電圧波形アナログ信号は、フィルタ１０６Ｂに入力される。フィルタ１０６Ｂは、入力された電圧波形アナログ信号をデジタル化することにより、電圧波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０６Ｂは、電源制御部３８ｅから上記の第２の周波数特定信号を受け、電圧波形デジタル信号から、第２の周波数特定信号によって特定される周波数に対応した周波数成分のみを抽出することにより、濾過電圧波形信号を生成する。なお、フィルタ１０６Ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００７１】
フィルタ１０６Ｂによって生成された濾過電圧波形信号は、平均値演算器１１０Ｂに出力される。平均値演算器１１０Ｂには、モニタ期間ＭＰ１を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から与えられる。平均値演算器１１０Ｂは、濾過電圧波形信号から各第１の期間Ｔ１内のモニタ期間ＭＰ１における電圧の平均値ＶＡ２１を求める。
【００７２】
第１モードにおいては、モニタ期間ＭＰ２を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から平均値演算器１１０Ｂに与えられてもよい。この場合において、平均値演算器１１０Ｂは、濾過電圧波形信号からモニタ期間ＭＰ２における電圧の平均値ＶＡ２２を求めてもよい。なお、平均値演算器１１０Ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００７３】
平均値演算器１１０Ｂによって求められた平均値ＶＡ２１は、移動平均値演算器１１４Ｂに出力される。移動平均値演算器１１４Ｂは、既に得られている複数の平均値ＶＡ２１のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ１における高周波電力ＲＦ２の電圧から得られた平均値ＶＡ２１の移動平均値ＶＭＡ２１を求める。移動平均値ＶＭＡ２１は、インピーダンス演算器１１８Ｂに出力される。
【００７４】
第２モードにおいて、移動平均値演算器１１４Ｂは、既に得られている複数の平均値ＶＡ２２のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ２における高周波電力ＲＦ２の電圧から得られた平均値ＶＡ２２の移動平均値ＶＭＡ２２を更に求めてもよい。この場合に、移動平均値ＶＭＡ２２が、インピーダンス演算器１１８Ｂに出力される。
【００７５】
電流検出器１０２Ｂは、給電ライン４５上で伝送される高周波電力ＲＦ２の電流波形を検出し、当該電流波形を表す電流波形アナログ信号を出力する。この電流波形アナログ信号は、フィルタ１０８Ｂに入力される。フィルタ１０８Ｂは、入力された電流波形アナログ信号をデジタル化することにより、電流波形デジタル信号を生成する。そして、フィルタ１０８Ｂは、電源制御部３８ｅから第２の周波数特定信号を受け、電流波形デジタル信号から、第２の周波数特定信号によって特定される周波数に対応した周波数成分のみを抽出することにより、濾過電流波形信号を生成する。なお、フィルタ１０８Ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００７６】
フィルタ１０８Ｂによって生成された濾過電流波形信号は、平均値演算器１１２Ｂに出力される。平均値演算器１１２Ｂには、モニタ期間ＭＰ１を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から与えられる。平均値演算器１１２Ｂは、濾過電流波形信号から各第１の期間Ｔ１内のモニタ期間ＭＰ１における電流の平均値ＩＡ２１を求める。
【００７７】
第１モードにおいては、モニタ期間ＭＰ２を指定するモニタ期間設定信号が主制御部７０から平均値演算器１１２Ｂに与えられてもよい。この場合において、平均値演算器１１２Ｂは、濾過電流波形信号からモニタ期間ＭＰ２における電流の平均値ＩＡ２２を求めてもよい。なお、平均値演算器１１２Ｂは、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブル・ゲートアレイ）から構成され得る。
【００７８】
平均値演算器１１２Ｂによって求められた平均値ＩＡ２１は、移動平均値演算器１１６Ｂに出力される。移動平均値演算器１１６Ｂは、既に得られている複数の平均値ＩＡ２１のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ１における高周波電力ＲＦ１の電流から得られた平均値ＩＡ２１の移動平均値ＩＭＡ２１を求める。移動平均値ＩＭＡ２１は、インピーダンス演算器１１８Ｂに出力される。
【００７９】
第２モードにおいて、移動平均値演算器１１６Ｂは、既に得られている複数の平均値ＩＡ２２のうち直近且つ所定数のモニタ期間ＭＰ２における高周波電力ＲＦ２の電流から得られた平均値ＩＡ２２の移動平均値ＩＭＡ２２を更に求めてもよい。この場合には、移動平均値ＩＭＡ２２が、インピーダンス演算器１１８Ｂに出力される。
【００８０】
インピーダンス演算器１１８Ｂは、移動平均値ＩＭＡ２１及び移動平均値ＶＭＡ２１から、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスの移動平均値ＺＭＡ２１を求める。インピーダンス演算器１１８Ｂによって求められた移動平均値ＺＭＡ２１はコントローラ４２ｃに出力される。コントローラ４２ｃは、移動平均値ＺＭＡ２１を用いて、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを調整する。具体的に、コントローラ４０ｃは、移動平均値ＺＭＡ２１によって特定される高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを、高周波電源３８の出力インピーダンスとは異なるインピーダンスに設定するよう、アクチュエータ４２ｄ及びアクチュエータ４２ｅを通じて、可変リアクタンス素子４２ｇ及び可変リアクタンス素子４２ｈそれぞれのリアクタンスを調整する。
【００８１】
一実施形態において、コントローラ４２ｃは、高周波電力ＲＦ２の反射係数Γ２の絶対値｜Γ２｜が指定された値になるように、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを設定する。一例では、指定された値は、０．３以上、０．５以下の範囲内の値である。なお、反射係数Γ２は、以下の（２）式によって定義される。
Γ２＝（Ｚ２−Ｚ０２）／（Ｚ２＋Ｚ０２）      …（２）
（２）式において、Ｚ０２は、給電ライン４５の特性インピーダンスであり、一般的には５０Ωである。（２）式において、Ｚ２は、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスである。（２）式のＺ２としては、移動平均値ＺＭＡ２１が用いられ得る。コントローラ４２ｃは、反射係数Γ２の絶対値｜Γ２｜と高周波電源３８の負荷側のインピーダンスとの関係を定めた関数又はテーブルを保持している。コントローラ４２ｃは、当該関数又はテーブルを用いて、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを調整してもよい。
【００８２】
一実施形態では、第２モードにおいて、インピーダンス演算器１１８Ｂは、移動平均値ＺＭＡ２１に加えて、移動平均値ＩＭＡ２２及び移動平均値ＶＭＡ２２から、高周波電源３８の負荷側のインピーダンスの移動平均値ＺＭＡ２２を求めてもよい。移動平均値ＺＭＡ２２は移動平均値ＺＭＡ２１と共に、コントローラ４２ｃに出力される。この場合に、コントローラ４２ｃは、移動平均値ＺＭＡ２１と移動平均値ＺＭＡ２２の平均値によって特定される高周波電源３８の負荷側のインピーダンスを高周波電源３８の出力インピーダンス（整合ポイント）に一致させるか又は近づけるように、アクチュエータ４２ｄ及びアクチュエータ４２ｅを通じて、可変リアクタンス素子４２ｇ及び可変リアクタンス素子４２ｈそれぞれのリアクタンスを調整する。
【００８３】
プラズマ処理装置１では、変調高周波電力が用いられる場合に、モニタ期間ＭＰ１における負荷側のインピーダンスが高周波電源の出力インピーダンス（整合ポイント）とは異なるインピーダンスに設定される。その結果、変調高周波電力の反射が低減される。負荷側のインピーダンスが整合ポイントと異なる場合には、反射を完全に無くすことはできないが、ロードパワーレベルが指定された電力レベルとなるように、高周波電力の電力レベルが調整されるので、プラズマに指定された電力レベルの変調高周波電力が結合される。
【００８４】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置１は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、本開示の思想は、高周波電源からの変調高周波電力を電極に供給するように構成された任意のプラズマ処理装置に適用され得る。そのようなプラズマ処理装置としては、例えば、誘導結合型のプラズマ処理装置が例示される。
【００８５】
また、上記説明では、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理のために高周波電力ＲＦ１及び高周波電力ＲＦ２の双方を用いるように示されているが、プラズマ処理の為に、高周波電力ＲＦ１及び高周波電力ＲＦ２のうち一方のみを用いてもよい。
【００８６】
以下、プラズマ処理装置１の評価のために行った実験について説明する。なお、本開示は、以下に説明される実験によって限定されるものではない。
【００８７】
実験では、プラズマ処理装置１を用いて、連続高周波電力ＣＲＦ１及び変調高周波電力ＭＲＦ２をサセプタ１６に供給することにより、チャンバ１０内でプラズマを生成した。そして、第１の期間Ｔ１の開始時点ＴＳ及び終了時点ＴＥのそれぞれにおいて、変調高周波電力ＭＲＦ２の進行波の電力レベルＰｆ及び反射波の電力レベルＰｒを測定した（図９の（ａ）を参照）。実験では、変調高周波電力ＭＲＦ２の反射係数Γの絶対値｜Γ｜を種々の値に設定した。以下、実験の他の条件を示す。
＜実験の条件＞
連続高周波電力ＣＲＦ１：６０ＭＨｚ、１２００Ｗ
変調高周波電力ＭＲＦ２の周波数：４０．６８ＭＨｚ
変調高周波電力ＭＲＦ２の変調周波数：１０ｋＨｚ
変調高周波電力ＭＲＦ２のデューティ比：５０％
第１の期間Ｔ１における変調高周波電力ＭＲＦ２の設定電力レベル：１０００Ｗ
第２の期間Ｔ２における変調高周波電力ＭＲＦ２の設定電力レベル：０Ｗ
チャンバ１０内の圧力：２．６７Ｐａ
チャンバ１０の内部空間に供給したガス：ＣＦ４ガス（５０ｓｃｃｍ）、Ａｒガス（６００ｓｃｃｍ）
【００８８】
図９の（ｂ）に実験の結果を示す。図９の（ａ）のグラフにおいて、横軸は、反射係数Γの絶対値｜Γ｜を示している。図９の（ａ）のグラフにおいて、縦軸は、第１の期間Ｔ１の開始時点ＴＳ又は第１の期間Ｔ１の終了時点ＴＥにおける進行波の電力レベルＰｆに対する反射波の電力レベルＰｒの割合（以下、単に「割合」という）を示している。実験の結果、反射係数Γの絶対値｜Γ｜が０、０．１、０．２のそれぞれに設定された場合には、終了時点ＴＥにおいて、反射波の電力レベルＰｒが安定せず、場合によっては、割合は約１００％であった。一方、反射係数Γの絶対値｜Γ｜が０．３以上、０．５以下の値に設定された場合には、割合が相当に小さくなり、反射波が低減されていることが確認された。なお、反射係数Γの絶対値｜Γ｜が０．５よりも大きい場合には、ロードパワーレベルを確保するために、相当に大きな定格出力を有する高周波電源を用いる必要が生じる。したがって、反射係数Γの絶対値｜Γ｜が０．３以上、０．５以下に設定されることにより、高周波電力の反射波が低減され、且つ、比較的小さな定格出力を有する高周波電源を用いても必要なロードパワーレベルを確保することが可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１６…サセプタ、３６…高周波電源、３８…高周波電源、４０…整合器、４２…整合器、ＭＲＦ１，ＭＲＦ２…変調高周波電力、Ｔ１…第１の期間、Ｔ２…第２の期間、ＭＰ１…モニタ期間。
【図１】
2019186099.tif 000003
【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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