(57)【要約】【課題】マイクロ波放電方式によって生成されるプラズマの安定性を整合機能の改良により向上させること。【解決手段】このマイクロ波自動整合器６０は、４Ｅチューナとして構成され、反射係数測定部１１４、整合制御部１１６、設定部１１８および駆動部１２０を備える。整合制御部１１６は、反射係数測定部１１４より与えられる反射係数の測定値に基づいて、あるいは反射係数の測定値を無視した独立の制御ルーチンにしたがって、可動短絡板Ｑ1〜Ｑ4の位置を制御するための制御信号を駆動部１２０に与える。駆動部１２０は、電動機Ｍ1，Ｍ2の発生する駆動力をそれぞれ２組の可動短絡板（Ｑ1，Ｑ2），（Ｑ3，Ｑ4）に伝える２系統の伝動機構Ｊ1，Ｊ2と、整合制御部１１６からの制御信号にしたがって電動機Ｍ1，Ｍ2を電気的に駆動する２系統のドライバ回路ＤＲ1，ＤＲ2とを有している。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生器とマイクロ波放電方式のプラズマ処理装置とを結ぶマイクロ波伝送線路の少なくとも一部を構成する導波管に取り付けられるマイクロ波自動整合器であって、
前記導波管の中または前記導波管に接続される分岐導波管の中で移動可能な可動体と、
前記可動体を一定範囲内で移動させるための駆動部と、
前記マイクロ波発生器とその負荷との間でインピーダンスの整合をとるために、前記駆動部を介して前記可動体の位置を制御する整合制御部と、
前記可動体よりも前記マイクロ波発生器に寄った位置で、前記導波管の中を伝搬する前記マイクロ波の定在波を検出して、反射係数の測定値を求める反射係数測定部と、
所与のプラズマプロセスについて、反射係数の目標値とそれを囲む第１の近傍範囲とを設定するとともに、前記反射係数の目標値に対応する前記可動体の位置を目標位置として設定する設定部と、
を有し、
前記整合制御部は、前記プラズマプロセスのために行われる整合動作において、前記可動体をスタート位置からそのスタート位置と前記目標位置との差に応じた量だけ一方向に連続的に移動させ、次いで前記反射係数測定部より得られる反射係数の測定値を監視して、前記反射係数の測定値が前記第１の近傍範囲の中に入るまで条件的に前記可動体の位置を可変に制御する、
マイクロ波自動整合器。
【請求項２】
前記反射係数の目標値は、前記プラズマ処理装置で生成されるプラズマにおいてプラズマ発光のハンチングが抑制されるように選定される、請求項１に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項３】
前記反射係数の目標値は、前記プラズマ処理装置において反射係数の目標値をパラメータとして実施された前記プラズマプロセスの実験に基づいて決定される、請求項１または請求項２に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項４】
前記反射係数の目標値は、前記プラズマ処理装置で生成されるプラズマにおいて不連続に許容される電子密度の複数のモードの中で所定の第１および第２のモードでそれぞれ得られる第１および第２の反射係数の値の中間の値をとる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項５】
前記整合制御部は、前記第１の近傍範囲を可変の大きさに設定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項６】
前記設定部は、前記プラズマプロセスについて前記第１の近傍範囲を囲む第２の近傍範囲をさらに設定し、
前記整合制御部は、前記整合動作において前記反射係数の測定値が前記第１の近傍範囲の中に入った後も前記反射係数測定部より得られる前記反射係数の測定値を監視し、前記反射係数の測定値が前記第２の近傍範囲の外に出たときは前記反射係数の測定値が再び前記第１の近傍範囲の中に入るまで前記可動体の位置を可変に制御する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項７】
前記整合制御部は、前記第２の近傍範囲を可変の大きさに設定する、請求項６に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項８】
前記スタート位置は、前記プラズマ処理装置においてプラズマを着火させるのに適した前記可動体の位置である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項９】
前記スタート位置は、前記プラズマ処理装置において着火直後のプラズマを安定させるのに適した前記可動体の位置である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項１０】
前記スタート位置は、前記プラズマ処理装置においてプラズマの生成中にプロセス条件の変更のために割り込みが入った時にプラズマを安定させるのに適した前記可動体の位置である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項１１】
前記設定部は、前記スタート位置を設定し、
前記整合制御部は、前記整合動作を開始するに先立ち、前記可動体の位置を強制的に前記スタート位置に合わせる、
請求項８〜１０のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項１２】
前記スタート位置は、前記プラズマ処理装置またはそれと同機種の他のプラズマ処理装置によりスタート位置をパラメータとして実施された前記プラズマプロセスの実験に基づいて決定される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項１３】
前記分岐導波管は、前記導波管の一側面または複数の側面に所定のレイアウトで複数設けられ、
各々の前記分岐導波管の中に前記可動体として可動短絡体が当該分岐導波管の軸方向に移動可能に設けられ、
前記駆動部は、各々の前記可動短絡体を個別に動かし、または複数の前記可動短絡体を連動して同時に動かすための１つまたは複数の電動機を有する、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器。
【請求項１４】
誘電体窓を備えた真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を保持する保持部と、
前記処理容器内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内にプラズマ生成用のマイクロ波を放射するための１つまたは複数のスロットを有し、前記誘電体窓の上に配置されるアンテナと、
前記マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器より発生された前記マイクロ波を前記アンテナまで伝送するマイクロ波伝送線路と、
前記マイクロ波伝送線路の少なくとも一部を構成する導波管と、
前記導波管に取り付けられる請求項１〜１３のいずれか一項に記載のマイクロ波自動整合器と
を有するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置およびこれに用いられるマイクロ波自動整合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶ディスプレイ等を製造するためのプラズマプロセスにおいては、真空の処理容器内で処理ガスを放電させるために、ＭＨｚ帯の高周波やＧＨｚ帯のマイクロ波が使用される。マイクロ波放電方式は、低圧下で電子温度の低い高密度のプラズマを生成できるという利点があり、平板状のマイクロ波導入窓構造を採ることにより、広い圧力範囲で大口径プラズマを効率的に生成できるうえ、磁場を必要としないためプラズマ処理装置の簡略化をはかれるという長所を有している。
【０００３】
一般に、マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置は、処理容器内にマイクロ波を供給するために、処理容器から離れた場所にマイクロ波発生器を配備するとともに、処理容器のマイクロ波導入窓（誘電体窓）の上にマイクロ波放射用のスロットを有するアンテナを設け、マイクロ波発生器からアンテナまでマイクロ波伝送線路を介してマイクロ波を伝送するようにしている。この種のマイクロ波伝送線路は、典型的には、マイクロ波発生器より出力されたマイクロ波を導波管に通してＴＥモードまたはＴＭモードでモード変換器まで伝送し、モード変換器によりＴＥＭモードに変換されたマイクロ波を同軸管に通してアンテナまで伝送するように構成されている。
【０００４】
マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置において、マイクロ波の電力を効率よく負荷（主にプラズマ）に供給するためには、マイクロ波伝送線路上で負荷側のインピーダンスをマイクロ波発生器のインピーダンスに整合させる必要があり、通常は導波管に自動整合器が取り付けられる。従来から、この種の自動整合器として、スタブチューナ、Ｅチューナ、ＥＨチューナがよく知られている。
【０００５】
スタブチューナは、方形導波管の一側面から管の中に移動可能に挿入される複数本のスタブ棒をマイクロ波の進行方向に所定の間隔を空けて一列に配置し、スタブ棒よりもマイクロ波発生器に寄った位置に導波管内のマイクロ波の定在波（進行波および反射波）を検出するプローブ型のセンサを設ける。スタブチューナの制御部は、該センサの出力信号をフィードバック信号に用いて、電動機の駆動を制御してスタブ棒の挿入長さを可変に調整することにより、導波管の特性インピーダンスを調整し、ひいては負荷側のインピーダンスをマイクロ波発生器側のインピーダンスに整合させる。
【０００６】
Ｅチューナは、方形導波管の一側面（Ｅ面）に接続する複数の分岐導波管をマイクロ波の進行方向に所定の間隔を空けて一列に配置し、各々の分岐導波管内に可動短絡板またはショートプランジャ等と称される可動短絡体を管の軸方向で移動可能に設ける。Ｅチューナの制御部は、上記と同様のプローブ型センサの出力信号に基づいて、電動機の駆動を制御して分岐導波管内の可動短絡体の位置を可変に調整することにより、導波管の特性インピーダンスを調整し、ひいては負荷側のインピーダンスをマイクロ波発生器側のインピーダンスに整合させる。
【０００７】
ＥＨチューナは、方形導波管のＥ面およびＨ面に２本の分岐導波管を隣り合わせでそれぞれ接続し、Ｅチューナと同様に各々の分岐導波管内に可動短絡体を管の軸方向で移動可能に設ける。ＥＨチューナの制御部は、上記と同様のプローブ型センサの出力信号に基づいて、電動機の駆動を制御して分岐導波管内の可動短絡体の位置を可変に調整することにより、導波管の特性インピーダンスを調整し、ひいては負荷側のインピーダンスをマイクロ波発生器側のインピーダンスに整合させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２４９３０１号公報
【特許文献２】特開２００１−２５１１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
マイクロ波放電方式のプラズマ処理装置においては、マイクロ波発生器よりマイクロ波伝送線路を介してアンテナまで伝送されたマイクロ波が誘電体窓を介して処理容器内のプラズマ生成空間に放射されると、誘電体窓の内側表面に沿ってラジアル方向に伝播する表面波の電界（マイクロ波電界）により付近のガスが放電して、高密度で電子温度の低いプラズマが生成される。
【００１０】
このような表面波プラズマにあっては、誘電体窓の境界面に形成される定在波の波数が境界条件で決まる不連続な値をとることに関連して、プラズマの電子密度が不連続な値またはモードをとる。別な見方をすると、プラズマの電子密度は、マイクロ波の入射パワーに対して一義的に決まるのではなく、複数の値またはモードが許容される。これらのモードの中には、反射の少ない安定なモードもあれば反射の多い不安定なモードもある。このことから、入射パワーを増減してもプラズマの電子密度がそれに比例して変化することには必ずしもならず、むしろヒステリシス曲線を描きながら複数のモード間を循環してモードジャンプを繰り返し起こす傾向がある。このようにモードジャンプが繰り返し起きると、その度に反射波パワーの発生と電子密度の急激な変化が起こり、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現象いわゆるハンチングが発生する。  
【００１１】
従来のマイクロ波プラズマ処理装置においては、マイクロ波伝送線路（導波管）に取り付けられる自動整合器がそのようなプラズマ発光のハンチングを効果的に防止できる機能を備えていない。このため、プラズマプロセスの安定性、再現性および品質がハンチングによって損なわれることが課題となっている。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであり、マイクロ波放電方式によって生成されるプラズマの安定性を整合機能の改良により向上させるマイクロ波自動整合器およびプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のマイクロ波自動整合器は、マイクロ波発生器とプラズマ処理装置とを結ぶマイクロ波伝送線路の少なくとも一部を構成する導波管に取り付けられるマイクロ波自動整合器であって、前記導波管の中または前記導波管に接続される分岐導波管の中で移動可能な可動体と、前記可動体を一定範囲内で移動させるための駆動部と、前記マイクロ波発生器とその負荷との間でインピーダンスの整合をとるために、前記駆動部を介して前記可動体の位置を制御する整合制御部と、前記可動体よりも前記マイクロ波発生器に寄った位置で、前記導波管の中を伝搬する前記マイクロ波の進行波および反射波を検出して、反射係数の測定値を求める反射係数測定部と、所与のプラズマプロセスについて、反射係数の目標値とそれを囲む第１の近傍範囲とを設定するとともに、前記反射係数の目標値に対応する前記可動体の位置を目標位置として設定する設定部とを有し、前記整合制御部は、前記プラズマプロセスのために行われる整合動作において、前記可動体をスタート位置からそのスタート位置と前記目標位置との差に応じた量だけ一方向に連続的に移動させ、次いで前記反射係数測定部より得られる反射係数の測定値を監視して、前記反射係数の測定値が前記第１の近傍範囲の中に入るまで条件的に前記可動体の位置を可変に制御する。
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置は、誘電体窓を備えた真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を保持する保持部と、前記処理容器内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内にプラズマ生成用のマイクロ波を放射するための１つまたは複数のスロットを有し、前記誘電体窓の上に配置されるアンテナと、前記マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器より発生された前記マイクロ波を前記アンテナまで伝送するマイクロ波伝送線路と、前記マイクロ波伝送線路の少なくとも一部を構成する導波管と、前記導波管に取り付けられる本発明のマイクロ波自動整合器とを有する。
【００１５】
本発明のマイクロ波自動整合器においては、所与のプラズマプロセスについて、一律に完全整合を目標とする整合動作を行うのではなく、プラズマの安定性やプロセスの特性に見合った反射係数の目標値とそれを囲む第１の近傍範囲とを設定する。整合動作時には、最初に、導波管の特性インピーダンスひいては負荷側のインピーダンスを可変に制御するための調整手段である分岐導波管内の可動体を、スタート位置からそのスタート位置と目標位置との差に応じた量だけ一方向に連続的に移動させる。そして、一方向の連続移動の後に、反射係数測定部より得られる反射係数の測定値を用いてフィードバック制御の整合動作に切り替え、反射係数の測定値が第１の近傍範囲の中に入ったところで整合動作を完了する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のマイクロ波自動整合器またはプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、マイクロ波放電方式によって生成されるプラズマの安定性を整合機能の改良により向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態におけるマイクロ波自動整合器を備えるプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】上記プラズマ処理装置においてアンテナを構成するスロット板の構成の一例を示す平面図である。
【図３】上記マイクロ波自動整合器の構成を示すブロック図である。
【図４】上記マイクロ波自動整合器の設定部により設定されるパラメータ情報の一例を示す図である。
【図５】上記マイクロ波自動整合器における整合制御部の作用を説明するための反射係数に関するスミスチャート（Γチャート）を示す図である。
【図６Ａ】実施形態においてマイクロ波発生器がオンしてから整合動作を開始するまでの制御手順を示すフローチャートである。
【図６Ｂ】実施形態においてマイクロ波発生器がオンしている最中に割り込みが入った場合の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】実施形態における整合動作中の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】実施形態における整合完了後の制御手順である。
【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１０】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１１】プラズマ点灯のハンチングが発生する場合の典型的な動作の流れを示す図である。
【図１２】反射係数Γの目標値Γinをパラメータとするプラズマプロセス実験において、｜Γin｜＝０．００、θin＝０°に選定した場合の各部の観測結果を示す図である。
【図１３】上記プラズマプロセス実験において、｜Γin｜＝０．０４、θin＝０°に選定した場合の各部の観測結果を示す図である。
【図１４】上記プラズマプロセス実験において、｜Γin｜＝０．０４、θin＝９０°に選定場合の各部の観測結果を示す図である。
【図１５】上記プラズマプロセス実験において、｜Γin｜＝０．０４、θin＝１８０°に選定した場合の各部の観測結果を示す図である。
【図１６】上記プラズマプロセス実験において、｜Γin｜＝０．０４、θin＝２７０°に選定した場合の各部の観測結果を示す図である。
【図１７】実施形態において第１および第２の近傍範囲を可変の大きさ設定できる機能を説明するための図である。
【図１８】実施形態において近傍範囲の大きさをパラメータとするプラズマプロセスの一実験において得られた観測結果を示す図である。
【図１９】実施形態において近傍範囲の大きさをパラメータとするプラズマプロセスの一実験において得られた観測結果を示す図である。
【図２０】実施形態において近傍範囲の大きさをパラメータとするプラズマプロセスの一実験において得られた観測結果を示す図である。
【図２１】実施形態の一変形例におけるマイクロ波自動整合器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
［プラズマ処理装置全体の構成］
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置１０は、マイクロ波および平板スロットアンテナを用いて励起される表面波プラズマの下で、たとえばプラズマエッチング、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ等のプラズマ処理を行う装置であり、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１２を有している。チャンバ１２は接地されている。
【００２０】
チャンバ１２は、被処理体（たとえば半導体ウエハ）Ｗを収容し、プラズマを生成する空間Ｓを画成している。チャンバ１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂおよび天井部１２ｃを有している。側壁１２ａは、略円筒状に形成されている。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１４によって閉じられている。誘電体窓１４は、側壁１２ａの上端部と天井部１２ｃとの間に狭持されている。誘電体窓１４と側壁１２ａの上端部との間には封止部材１６が介在していてもよい。封止部材１６は、たとえばＯリングであり、チャンバ１２の密閉に寄与する。
【００２１】
このプラズマ処理装置は、チャンバ１２内で被処理体Ｗを載置するステージ２０を備えている。ステージ２０は、誘電体窓１４の下方に設けられている。一構成例において、ステージ２０は、サセプタ（載置台）２０ａおよび静電チャック２０ｂを含んでいる。
【００２２】
サセプタ２０ａは、筒状支持部２２に支持されている。筒状支持部２２は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部２２の外周には、導電性の筒状支持部２４が設けられている。筒状支持部２４は、筒状支持部２２の外周に沿ってチャンバ１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部２４と側壁１２ａとの間には、環状の排気路２６が形成されている。
【００２３】
排気路２６の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板２８が取り付けられている。排気路２６は、１つまたは複数の排気孔１２ｈを与える排気管３０に接続されている。この排気管３０には、圧力調整器たとえばＡＰＣバルブ３２を介して排気装置３４が接続されている。排気装置３４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３４を動作させることにより、ステージ２０の周りから排気路２６を介してガスをチャンバ１２の外へ排出することができる。圧力調整器３２は、排気装置３４の排気量を調整して、チャンバ１２内の圧力を調整する。圧力調整器３２および排気装置３４により、チャンバ１２内のプラズマ生成空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。
【００２４】
サセプタ２０ａは、たとえばアルミニウム等の導体からなり、高周波電極を兼ねている。サセプタ２０ａには、高周波自動整合器３６および給電棒３８を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源４０が電気的に接続されている。高周波電源４０は、被処理体Ｗに入射する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たとえば１３．６５ＭＨｚの高周波を予め設定されたパワーで出力する。
【００２５】
高周波自動整合器３６は、高周波電源４０のインピーダンスと、主にチャンバ１２内のプラズマを含む負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるように機能する。図示省略するが、高周波自動整合器３６は、当該高周波給電ラインに接続されている複数たとえば２つの制御可能なリアクタンス素子（たとえば可変コンデンサ）を含む整合回路と、それらリアクタンス素子のリアクタンス値（可変コンデンサのポジション）を電動機の駆動制御を通じて可変に制御する整合制御部と、当該高周波給電ライン上で整合回路のインピーダンスを含む負荷側のインピーダンスを測定するインピーダンスセンサ等を有している。
【００２６】
サセプタ２０ａの上面には静電チャック２０ｂが設けられている。一構成例において、静電チャック２０ｂの上面は、被処理体Ｗを載置するための載置領域を構成している。この静電チャック２０ｂは、被処理体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック２０ｂの径方向外側には、被処理体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリングＦが設けられている。静電チャック２０ｂは、電極２０ｄ、絶縁膜２０ｅおよび絶縁膜２０ｆを有している。電極２０ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜２０ｅと絶縁膜２０ｆの間に設けられている。電極２０ｄには、高圧の直流電源４２がスイッチ４４および被覆線４６を介して電気的に接続されている。静電チャック２０ｂは、直流電源４２から印加される直流電圧により発生する静電気力によって、その上面に被処理体Ｗを吸着保持することができる。
【００２７】
サセプタ２０ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２０ｇが設けられている。この冷媒室２０ｇには、チラーユニット（図示せず）から配管４８，５０を介して所定の温度の冷媒たとえば冷却水ｗｃが循環供給される。静電チャック２０ｂ上の被処理体Ｗの処理温度は、冷却水ｗｃの温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨｅガスが、ガス供給管５２を介して静電チャック２０ｂの上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給される。
【００２８】
一構成例において、このプラズマ処理装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣＳおよびＨＥＳを更に備えることができる。ヒータＨＴは、天井部１２ｃ内に設けられ、アンテナ６６を囲むように環状に延在している。ヒータＨＳは、誘電体窓１４とステージ２０との間の高さ位置で側壁１２ａの中に設けられ、環状に延在している。ヒータＨＣＳは、サセプタ２０ａの内部に設けられ、被処理体Ｗの中心部と対向するようになっている。ヒータＨＥＳは、ヒータＨＣＳを囲むようにサセプタ２０ａの内部に環状に設けられ、被処理体Ｗの周辺部と対向するようになっている。
【００２９】
このプラズマ処理装置１０は、チャンバ１２内に誘電体窓１４を介してプラズマ生成用のマイクロ波（ＭＷ）を供給するためのマイクロ波供給部５４を備えている。このマイクロ波供給部５４は、マイクロ波発生器５６、導波管５８、マイクロ波自動整合器６０、モード変換器６２、同軸管６４およびアンテナ６６を有している。
【００３０】
マイクロ波発生器５６は、一定周波数たとえば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を予め設定されたパワーで発生する。マイクロ波発生器５６は、マイクロ波伝送線路つまり導波管５８、モード変換器６２および同軸管６４を介してアンテナ６６に接続されている。マイクロ波自動整合器６０は導波管５８に取り付けられる。通常、導波管５８には、断面形状が四角形の方形導波管が用いられる。マイクロ波自動整合器６０はこの実施形態の主たる特徴部分であり、その構成および作用については後に詳しく説明する。
【００３１】
同軸管６４は、チャンバ１２の中心軸線に沿って同軸に延在する円筒状または管状の外側導体６４ａおよび内側導体６４ｂを有している。外側導体６４ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット６８の上部に電気的に接続されている。内側導体６４ｂは、外側導体６４ａの内側に設けられている。内側導体６４ｂの下端は、コネクタ部９２を介してアンテナ６６のスロット板７２に接続している。
【００３２】
一構成例において、アンテナ６６は、天井部１２ｃに形成された開口内に配置される。このアンテナ６６は、誘電体板７０およびスロット板７２を含んでいる。誘電体板７０は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円板形状を有している。誘電体板７０は、たとえば、石英またはアルミナから構成される。誘電体板７０は、スロット板７２と冷却ジャケット６８の下面の間に狭持されている。アンテナ６６は、誘電体板７０、スロット板７２および冷却ジャケット６８の下面によって構成されている。
【００３３】
スロット板７２は、複数のスロット対が形成された略円板状の金属板である。一構成例において、アンテナ６６はラジアルラインスロットアンテナである。図２に示すように、スロット板７２には複数のスロット対７２ａが形成されている。複数のスロット対７２ａは、径方向に所定の間隔で設けられており、また、周回方向に所定の間隔で配置されている。各々のスロット対７２ａは、２つのスロット孔７２ｂおよび７２ｃを含んでいる。スロット孔７２ｂとスロット孔７２ｃは、互いに交差または直交する方向に延在している。
【００３４】
再び図１において、マイクロ波発生器５６より出力されるマイクロ波は、導波管５８、モード変換器６２および同軸管６４の中を伝搬してアンテナ６６に給電される。そして、アンテナ６６の誘電体板７０内で波長を短縮しながら半径方向に広げられたマイクロ波は、スロット板７２の各スロット対７２ａから２つの直交する偏波成分を含む円偏波の平面波となって、チャンバ１２内のプラズマ生成空間Ｓに向けて放射される。
【００３５】
一構成例において、誘電体窓１４の下面には、溝幅が上に向かって次第に減少するテーパ形状の溝部または凹部１４ａが環状に形成されている。この凹部１４ａは、チャンバ１２内に導入されたマイクロ波による定在波の発生を促進するために設けられており、マイクロ波放電によるプラズマを効率的に生成することに寄与し得る。
【００３６】
このプラズマ処理装置は、この装置で実施されるプラズマプロセスに用いる全ての処理ガスを提供する処理ガス供給部８０を備えるとともに、処理ガス供給部８０より提供される処理ガスをチャンバ１２内に導入するためのガス導入機構として、複数系統たとえば２系統のガスライン、すなわち誘電体窓１４にガス流路およびガス噴出口を設ける天井ガスライン８２と、チャンバ１２の側壁１２ａにガス流路およびガス噴出口を設ける側壁ガスライン８４とを備えている。
【００３７】
天井ガスライン８２は、同軸管６４の内側導体６４ｂに、その中を軸方向に貫通する中空のガス流路８６を設けている。内側導体６４ｂの上端に処理ガス供給部８０からのガス供給管８８が接続され、ガス供給管８８と同軸管６４のガス流路８６は連通している。ガス供給管８８には電磁弁（開閉弁）９０が設けられている。
【００３８】
内側導体６４ｂの下端には、コネクタ部９２が接続されている。このコネクタ部９２は、導体たとえば銅、アルミニウム、ステンレスあるいはそれらの合金からなり、誘電体窓１４の上面に形成されている円筒形の凹所１４ｂに収容されている。コネクタ部９２の中心部には、同軸管６４のガス流路８６と連通する貫通孔またはガス流路９２ａが形成されている。
【００３９】
誘電体窓１４の下面の中心部には、チャンバ１２内のプラズマ生成空間Ｓに臨む１個または複数個の天井ガス噴出口９４が形成されている。さらに、誘電体窓１４の中心部には、その上面の凹所１４ｂの底面つまりコネクタ部９２のガス流路９２ａの下端から天井ガス噴出口９４に通じるガス流路つまり誘電体窓ガス流路９６が形成されている。誘電体窓ガス流路９６および天井ガス噴出口９４がインジェクタを構成する。
【００４０】
処理ガス供給部８０より天井ガスライン８２に送出される処理ガスは、第１ガス供給管８８、同軸管６４のガス流路８６、コネクタ部９２のガス流路９２ａおよび誘電体ガス流路９６を順に流れて、終端の天井ガス噴出口９４からステージ２０の中心部に向かって下方に噴射されるようになっている。
【００４１】
側壁ガスライン８４は、誘電体窓１４とステージ２０との間の高さ位置でチャンバ１２の側壁１２ａの内部に環状に形成されたバッファ室（マニホールド）１００と、周回方向に等間隔でバッファ室１００からプラズマ生成空間Ｓに臨む多数の側壁ガス噴出口１０２と、処理ガス供給部８０からバッファ室１００まで延びるガス供給管１０４とを有している。ガス供給管１０４には電磁弁（開閉弁）１０６が設けられている。
【００４２】
処理ガス供給部８０より側壁ガスライン８４に送出される処理ガスは、第２ガス供給管１０４および側壁１２ａ内部のバッファ室１００を順に流れて、終端の側壁ガス噴出口１０２よりステージ２０の周辺部に向かって略水平または斜め下向きに噴射されるようになっている。
【００４３】
主制御部１１０は、マイクロコンピュータを有しており、このプラズマ処理装置１０内の各部、たとえば圧力調整器３２、排気装置３４、高周波自動整合器３６、高周波電源４０、静電チャック２０ｂ用のスイッチ４４、マイクロ波発生器５６、マイクロ波自動整合器６０、処理ガス供給部８０、ガスライン８２，８４の電磁弁９０，１０６、ヒータＨＴ〜ＨＥＳ、伝熱ガス供給部、チラーユニット等の個々の動作および装置全体の動作を制御する。また、主制御部１１０は、マン・マシン・インタフェース用の入力装置および表示装置（図示せず）ならびにこのプラズマ処理装置内の各部の動作や全体の諸動作またはシーケンスを規定するソフトウェア（各種プログラム、設定データ等）を格納する記憶装置（図示せず）等とも接続されている。
【００４４】
このプラズマ処理装置において、プラズマプロセスとしてたとえばドライエッチングを実施する場合は、先ず加工対象の被処理体Ｗをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック２０ｂの上に載置する。そして、処理ガス供給部８０より２系統のガスライン８２，８４を介してエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、圧力調整器３２および排気装置３４によりチャンバ１０内の圧力を設定値に減圧する。また、ヒータＨＴ〜ＨＥＳを通じてチャンバ１０内の各部を設定温度に調整する。さらに、高周波電源４０をオンにしてＲＦバイアス用の高周波を所定のパワーで出力させ、この高周波を高周波自動整合器３６および給電棒３８を介してサセプタ２０ａに印加する。また、スイッチ４４をオンにして直流電源４２より直流の高電圧を静電チャック２０ｂの電極２０ｄに印加して、静電チャック２０ｂの静電吸着力により被処理体Ｗをステージ２０の上で固定する。
【００４５】
そして、マイクロ波自動整合器６０およびマイクロ波発生器５６をそれぞれオンにして、マイクロ波発生器５６より所定のパワーで出力される２．４５ＧＨｚのマイクロ波（ＭＷ）をマイクロ波伝送線路（５８，６２，６４）を介してアンテナ６６に給電する。マイクロ波伝送線路において、マイクロ波は、導波管５８内ではＴＥモードまたはＴＭモードで伝搬し、モード変換器６２から先つまり同軸管６４内ではＴＥＭモードで伝搬する。
【００４６】
アンテナ６６に給電されたマイクロ波は、誘電体板７０内で波長を短縮しながら半径方向に拡げられ、スロット板７２の各スロット対７２ａから２つの直交する偏波成分を含む円偏波の平面波となってチャンバ１２内のプラズマ生成空間Ｓに向けて放射される。誘電体窓１４の表面に沿ってラジアル方向に伝搬する表面波の電界（マイクロ波電界）によって付近のガスが電離して、高密度で電子温度の低いプラズマが生成される。こうして、誘電体窓１４付近で生成されたプラズマは下方に拡散し、このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって被処理体Ｗの主面の被加工膜がエッチングされる。
【００４７】
このプラズマ処理装置１０においては、後述するマイクロ波自動整合装置６０の働きにより、マイクロ波放電方式のプラズマに特有な電子密度のモードジャンプに起因するプラズマ発光のハンチングを効果的に防止することが可能であり、それによってプラズマプロセスの安定性、再現性および品質（均一性、歩留まり等）を向上させることができる。
［実施形態におけるマイクロ波自動整合器の構成］
【００４８】
次に、図３を参照して、この実施形態におけるマイクロ波自動整合器６０の構成を説明する。
【００４９】
マイクロ波自動整合器６０は、４Ｅチューナとして構成されており、導波管５８のＥ面に接続する４本の分岐導波管Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4をマイクロ波進行方向に所定の間隔つまりλ／４、λ／８（またはその奇数倍）、λ／４を空けて一列に配置し、それらの分岐導波管Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4の中に可動短絡板Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4を分岐管の軸方向で移動可能に設けている。ここで、λは、導波管５８の中を伝搬するマイクロ波の波長である。分岐導波管Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4の中で可動短絡板Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4の位置を可変すると、導波管５８の特性インピーダンスが変化する。この原理を利用して、負荷１１２にこのチューナのインピーダンスを加えた負荷側のインピーダンスをマイクロ波発生器５６のインピーダンスに整合させることができる。なお、負荷１１２は、主にチャンバ１２内で生成されるプラズマであり、正確には導波管５８より後段のマイクロ波伝送線路（モード変換器６２、同軸管６４およびアンテナ６６）も含んでいる。
【００５０】
マイクロ波自動整合器６０は、反射係数測定部１１４、整合制御部１１６、設定部１１８および駆動部１２０を備えている。
【００５１】
反射係数測定部１１４は、端の分岐導波管Ｇ1よりもマイクロ波発生器５６に寄った位置で導波管５８に取り付けられるプローブ型センサ１２２と、このプローブ型センサ１２２からのセンサ出力信号（Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3）を読み込んで所定の演算処理により反射係数の測定値を求めるＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１２４と、このＣＰＵ１２４に反射係数測定の演算処理に必要なプログラム、データおよびメモリ空間を提供するメモリ１２６とを含んで構成される。メモリ１２６は、典型的には、１つ以上の不揮発性メモリデバイスと１つ以上の揮発性メモリデバイスを含んでいる。
【００５２】
より詳細には、プローブ型センサ１２２は、三探針検波器からなり、導波管５８のＥ面に３本のダイオード付きプローブＤ1，Ｄ2，Ｄ3をマイクロ波進行方向に一定間隔（λ／８）を置いて一列に配置し、各プローブの先端部を導波管５８の中に差し込んでいる。導波管５８の中を伝搬するマイクロ波の定在波（進行波および反射波）についてセンサ１２２の位置で観測される反射係数（複素反射係数）をΓとすると、プローブＤ1，Ｄ2，Ｄ3よりそれぞれ得られるダイオード検波の出力電圧つまりセンサ出力信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は次の式（１），（２），（３）で表される。
Ｖ1＝Ａ＊（１＋｜Γ｜2＋２｜Γ｜cosθ）       ・・・・（１）
Ｖ2＝Ａ＊（１＋｜Γ｜2−２｜Γ｜sinθ）       ・・・・（２）
Ｖ3＝Ａ＊（１＋｜Γ｜2−２｜Γ｜cosθ）       ・・・・（３）
ただし、Ａは比例定数であり、｜Γ｜，θは反射係数Γの絶対値および位相である。
【００５３】
これらのセンサ出力信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は、バッファアンプＢＡ1，ＢＡ2，ＢＡ3およびアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器ＡＤ1，ＡＤ2，ＡＤ3を介してＣＰＵ１２４に取り込まれる。バッファアンプＢＡ1，ＢＡ2，ＢＡ3は、インピーダンスの変換と所要の信号増幅を行うだけでなく、プローブＤ1，Ｄ2，Ｄ3の感度のばらつきを補正するためのキャリブレーションにも用いられる。
【００５４】
ＣＰＵ１２４は、取り込んだセンサ出力信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3について、次の式（４），（５）で表される演算を行うことにより、反射係数Γの実数部および虚数部の測定値Ｖa，Ｖbを求める。
Ｖa＝（Ｖ1−Ｖ3）／４Ａ＝｜Γ｜cosθ              ・・・・（４）
Ｖb＝（Ｖ1＋Ｖ3−２Ｖ2）／４Ａ＝｜Γ｜sinθ       ・・・・（５）
【００５５】
さらに、ＣＰＵ１２４は、次の式（６），（７）で表される演算を行うことによって、Ｖa，Ｖbから反射係数Γの絶対値｜Γ｜および位相θの測定値｜ΓM｜，θMを求めることができる。
｜ΓM｜＝（Ｖa2＋Ｖb2）1/2             ・・・・（６）
θM＝tan-1（Ｖa／Ｖb）              ・・・・（７）
【００５６】
上記のようにして反射係数測定部１１４により（Ｖa，Ｖb）または（｜ΓM｜，θM）として得られる反射係数Γの測定値ΓMは、整合制御部１１６において自動整合のフィードバック信号に用いられるとともに、反射係数のモニタ表示のために主制御部１１０に転送される。
【００５７】
なお、プローブ型センサ１２２が上記のような三探針検波器で構成される場合は、二乗特性を有するセンサ出力信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3が得られる。この実施形態では、ＣＰＵ１２４においてセンサ出力信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3の二乗特性を直線補正する。
【００５８】
整合制御部１１６は、整合動作およびそれに付随する動作の制御全般を実行するＣＰＵ１２４と、その制御の演算処理または信号処理に必要なプログラム、データおよびメモリ空間をＣＰＵ１２４に提供するメモリ１２６とを含んで構成される。ＣＰＵ１２４は、上記のように反射係数測定部１１４より与えられる反射係数Γの測定値ΓMに基づいて、あるいは反射係数Γの測定値ΓMを無視した独立の制御ルーチンにしたがって、可動短絡板Ｑ1〜Ｑ4の位置を制御するための制御信号を駆動部１２０に与える。この実施形態におけるＣＰＵ１２４は、駆動部１２０内の位置センサである後述するエンコーダＥ1，Ｅ2の出力信号を取り込んで、可動短絡板Ｑ1〜Ｑ4の位置を随時監視または測定できるようになっている。
【００５９】
設定部１１８は、整合動作およびそれに付随する動作の制御に必要な設定の処理を実行するＣＰＵ１２４と、その設定処理に必要なプログラム、データおよびメモリ空間をＣＰＵ１２４に提供するメモリ１２６と、マン・マシン・インタフェースを通じて入力した自動整合に関連する設定値データやプログラムデータをＣＰＵ１２４に転送する主制御部１１０とを含んで構成される。
【００６０】
駆動部１２０は、２つの電動機Ｍ1，Ｍ2と、これらの電動機Ｍ1，Ｍ2の発生する駆動力をそれぞれ２組の可動短絡板（Ｑ1，Ｑ2），（Ｑ3，Ｑ4）に伝動する２系統の伝動機構Ｊ1，Ｊ2と、整合制御部１１６からの制御信号にしたがって電動機Ｍ1，Ｍ2を電気的に励磁または駆動する２系統のドライバ回路ＤＲ1，ＤＲ2とを含んで構成される。
【００６１】
電動機Ｍ1，Ｍ2は、たとえばＤＣサーボモータ、ＡＣサーボモータあるいはステッピングモータからなり、高精度の位置制御を行うためにロータリエンコーダＥ1，Ｅ2をそれぞれ取り付けている。ロータリエンコーダＥ1，Ｅ2の出力信号は、位置制御のためのフィードバック信号としてドライバ回路ＤＲ1，ＤＲ2に与えられる。
【００６２】
一方の電動機Ｍ1は、一方の伝動機構Ｊ1を介して第１組の可動短絡板Ｑ1，Ｑ2に作動接続されている。伝動機構Ｊ1は、両可動短絡板Ｑ1，Ｑ2をリンクで連結しており、電動機Ｍ1の回転駆動軸の回転運動を両可動短絡板Ｑ1，Ｑ2の直進運動に変換する。マイクロ波進行方向の下流側に位置する可動短絡板Ｑ2が一方向に単位距離Ｕだけ移動するとき、上流側の可動短絡板Ｑ1は逆方向に単位距離の半分（Ｕ／２）だけ移動する関係になっている。
【００６３】
他方の電動機Ｍ2は、他方の伝動機構Ｊ2を介して第２組の可動短絡板Ｑ3，Ｑ4に作動接続されている。伝動機構Ｊ2は、両可動短絡板Ｑ3，Ｑ4をリンクで連結しており、電動機Ｍ2の回転駆動軸の回転運動を両可動短絡板Ｑ3，Ｑ4の直進運動に変換する。マイクロ波進行方向の下流側に位置する可動短絡板Ｑ4が一方向に単位距離（Ｕ）だけ移動するとき、上流側の可動短絡板Ｑ3は逆方向に単位距離の半分（Ｕ／２）だけ移動する関係になっている。
【００６４】
上記のように、一方の電動機Ｍ1の回転角度位置と第１組の可動短絡板Ｑ1，Ｑ2の位置との間に一定の対応関係があり、他方の電動機Ｍ2の回転角度位置と第２組の可動短絡板Ｑ3，Ｑ4の位置との間に一定の対応関係がある。以下、電動機Ｍ1，Ｍ2の回転角度位置または可動短絡板（Ｑ1，Ｑ2），（Ｑ3，Ｑ4）の位置をチューナポジションＴ1，Ｔ2と称する。
【００６５】
このプラズマ処理装置１０は、導波管５８の中を伝搬するマイクロ波（進行波／反射波）の電力を測定するためのマイクロ波パワーモニタ１３０を備えている。このパワーモニタ１３０は、進行波系の方向性結合器１３２(1)，パワー検出器１３４(1)およびリニアライザ１３６(1)と、反射波系の方向性結合器１３２(2)，パワー検出器１３４(2)およびリニアライザ１３６(2)とを有している。方向性結合器１３２(1)，１３２(2)は、通常はプローブ型センサ１２２の近くで導波管５８に取り付けられる。
【００６６】
進行波系において、方向性結合器１３２(1)は、進行波のパワーに対応する二乗検波の電圧信号を取り出す。パワー検出器１３４(1)は、その二乗検波電圧信号に基づいて進行波パワーの測定値を表す信号ｍｐfを生成する。リニアライザ１３６(1)は、パワー検出器１３４(1)の出力信号ｍｐfの二乗特性を直線補正して、補正された進行波パワー測定値信号ＭＰfを出力する。
【００６７】
一方、反射波系においては、方向性結合器１３２(2)が、反射波のパワーに対応する二乗検波の電圧信号を取り出す。パワー検出器１３４(2)は、その二乗検波電圧信号に基づいて反射波パワーの測定値を表す信号ｍｐrを生成する。リニアライザ１３６(2)は、パワー検出器１３４(2)の出力信号ｍｐrの二乗特性を直線補正して、補正された反射波パワー測定値信号ＭＰrを出力する。
【００６８】
マイクロ波パワーモニタ１３０より得られる進行波パワー測定値信号ＭＰfおよび反射波パワー測定値信号ＭＰrは、マイクロ波パワーのモニタ表示のために主制御部１１０に送られるとともに、マイクロ波パワーのフィードバック制御のためにマイクロ波発生器５６に与えられる。
【００６９】
マイクロ波発生器５６は、一定周波数（２．４５ＧＨｚ）のマイクロ波（ＭＷ）を発振出力するマイクロ波発振器たとえばマグネトロンと、このマグネトロンに電力を供給する電源回路と、この電源回路を通じてマグネトロンの発振出力を制御する電源制御回路とを有している。電源制御回路は、マイクロ波パワーモニタ１３０からのパワー測定値信号ＭＰf，ＭＰrをフィードバック信号に用いて、進行波のパワーを設定値に保つ制御、あるいは進行波のパワーから反射波のパワーを差し引いた投入パワー（ロードパワー）を設定値に保つ制御のいずれかを選択的に行えるようになっている。
［実施形態のマイクロ波自動整合器における設定部の機能］
【００７０】
以下、図４を参照して、この実施形態のマイクロ波自動整合器６０における設定部１１８の機能を説明する。
【００７１】
図４に、この実施形態における自動整合に関連して設定部１１８により設定される主なパラメータ情報（設定項目，設定値）を示す。図示の例では、１０個のパラメータ項目、すなわち「オフ・プリセット・イネーブル／ディスエーブル」、「オフ・プリセット・ポジション」、「オフ・プリセット・タイマ」、「オン・プリセット・イネーブル／ディスエーブル」、「オン・プリセット・ポジション」、「オン・プリセット・タイマ」、「Γin」、「Γth」、「Γh」、「モータ速度」が用意されている。プロセスエンジニア等の関係者は、プラズマプロセスに関するレシピ情報の一種として、プリセットＮｏ．の括りで各パラメータ項目についての所望の設定値または設定情報を主制御部１１０側のマン・マシン・インタフェースを通じて入力することができる。
【００７２】
ここで、オフ・プリセット・ポジションは、放電開始（プラズマ着火）時にチューナポジションＴ1，Ｔ2を強制的に特定のポジション（スタート位置）へ移動させる場合の移動先ポジションを指す。オフ・プリセット・タイマは、チューナポジションＴ1，Ｔ2をオフ・プリセット・ポジションに移した後にＭＷｏｎ（マイクロ波オン）してからその位置に保持する時間の長さである。関係者は、オフ・プリセット・イネーブル／ディスエーブルの設定を“イネーブル（Ｅｎ）”とするか“ディスエーブル（Ｄｉ）”とするかによって、オフ・プリセット・ポジションの活用（有効）または不活用（無効）のどちらでも選択できる。
【００７３】
オン・プリセット・ポジションは、放電開始で着火したプラズマを安定化させるために、あるいはプラズマ生成中に割り込みが入った時に、チューナポジションＴ1，Ｔ2を強制的に特定のポジション（スタート位置）へ移動させる場合の移動先ポジションを指す。オン・プリセット・タイマは、チューナポジションＴ1，Ｔ2をオン・プリセット・ポジションに移してからその位置に保持する時間の長さである。関係者は、オン・プリセット・イネーブル／ディスエーブルの設定を“イネーブル（Ｅｎ）”とするか“ディスエーブル（Ｄｉ）”とするかによって、オン・プリセット・ポジションの活用（有効）または不活用（無効）のどちらでも選択できる。
【００７４】
「Γin」は、整合動作においてチューナポジションＴ1，Ｔ2の現時位置に対応する反射係数Γの現時値を収束させるべき整合ポイントとしての目標値（複素数）である。目標値Γinは、典型的には絶対値｜Γin｜および位相θinについて設定されてよいが、実数部｜Γin｜cosθおよび虚数部｜Γin｜sinθについて設定されてもよい。「Γth」は、反射係数Γの目標値Γinを囲む第１の近傍範囲であり、たとえばΓチャート（スミスチャート）上で目標値Γinを中心とする半径Γthの円の内側を規定する。「Γh」は、反射係数Γの目標値Γinを第１の近傍範囲Γthよりも外側で囲む第２の近傍範囲であり、やはりΓチャート上で目標値Γinを中心とする半径Γhの円の内側を規定する。「モータ速度」は、電動機Ｍ1，Ｍ2の回転速度または送り速度である。
【００７５】
図４の例において、或るプラズマプロセスに対するレシピでたとえばプリセットＮｏ．２が設定されたとする。この場合、オフ・プリセット・イネーブル／ディスエーブルおよびオン・プリセット・イネーブル／ディスエーブルの設定情報はいずれも“イネーブル（Ｅｎ）”である。これにより、当該プラズマプロセスにおいて、放電開始時のチューナポジションＴ1，Ｔ2として、オフ・プリセット・ポジションの設定値“−２０，−３０”（単位省略）が用いられる。また、放電開始直後またはプラズマ生成中の割り込み時のチューナポジションＴＰ1，ＴＰ2には、オン・プリセット・ポジションの設定値“１０，１０”（単位省略）が用いられる。当該プラズマプロセスにおける整合動作では、チューナポジションＴ1，Ｔ2の可変制御に応じて変化する反射係数Γの目標値Γin（｜Γin｜，θin）として、設定値“０．０５０，０”（単位省略）が用いられる。また、整合動作を完了させるための閾値に用いる内側の近傍範囲Γthとして、設定値“０．０２５” （単位省略）が用いられる。また、整合完了状態を安定に保つための閾値に用いる外側の近傍範囲Γhとして、設定値“０．０５０”（単位省略）が用いられる。そして、チューナポジションＴＰ1，ＴＰ2を強制的に移動させるとき、あるいは一方向に連続的に移動させるときのモータ速度として、“１０”（単位省略）が用いられる。
【００７６】
この実施形態においては、反射係数Γの目標値Γinは、Γチャート上の原点（０，０）に限定されず、図４のプリセットＮｏ．２のように原点（０，０）からオフセットした位置（｜Γin｜＝０．０５０，θin＝０）に設定することも可能である。この場合は、自動整合器６０の整合動作において反射をある程度許容する不完全な整合状態を予定することになるが、後述するようにプラズマ発光のハンチングを確実に抑制するのには有効な設定になり得る。
【００７７】
図４のパラメータ情報は、主制御部１１０を通じて自動整合器６０に入力された設定情報であり、プロセスエンジニア等の関係者が把握している設定情報である。さらに、自動整合器６０は、図４のパラメータ情報とは別に、反射係数Γの目標値Γinに対応するチューナポジションＴ1，Ｔ2の値を目標位置（つまり可動短絡板Ｑ1〜Ｑ4の目標位置に対応する位置）ＳＴ1，ＳＴ2として設定し、その設定値データをメモリ１２６に保存する。
【００７８】
この実施形態においては、反射係数Γの目標値Γin（｜Γin｜，θin）が設定されると、その反射係数目標値Γinに対応するチューナポジションＴ1，Ｔ2の値つまり目標位置ＳＴ1，ＳＴ2をメモリ１２６内に蓄積している数値情報から容易に割り出すことができる。すなわち、当該プラズマ処理装置１０が稼動する時は常に自動整合器６０も稼動する。ＣＰＵ１２４は、任意のプラズマプロセスの実行中に、反射係数測定部１１４を通じて反射係数Γの測定値ΓMをリアルタイムで随時取得できる一方で、駆動部１２０のエンコーダＥ1，Ｅ2を通じてチューナポジションＴ1，Ｔ2の現時位置ひいては可動短絡板Ｑ1〜Ｑ4の現時位置を随時監視または測定することができる。これにより、このプラズマ処理装置１０で実施された各種類または各レシピのプラズマプロセスについて、反射係数ΓとチューナポジションＴ1，Ｔ2との対応関係を示すデータを収集して、Γと（Ｔ1，Ｔ2）の相関関係を示すデータベースを作成することができる。
【００７９】
通常、プロセスエンジニアは、所与のプラズマプロセスについてガス種、圧力、マイクロ波パワー等のプロセス条件をパラメータとするプロセス実験を繰り返し行って最適なプロセスレシピを決定する。したがって、主制御部１１０を通じて自動整合器６０に設定入力される反射係数Γの目標値Γinは、オフ・プリセット・ポジションやオン・プリセット・ポジションの設定値と同様に、このプラズマ処理装置１０において実施された当該プラズマプロセスの実験結果に基づいて決定されるのが常である。設定部１１８は、反射係数Γの目標値Γinが設定入力されると、メモリ１２６内の蓄積情報（データベース）の検索により反射係数Γの目標値Γinに対応するチューナポジションＴ1，Ｔ2の値つまり目標位置ＳＴ1，ＳＴ2を導き出して設定することができる。
【００８０】
なお、上記のような設定部１１８内の蓄積情報またはデータベースは、通常は当該プラズマ処理装置１０において実施された実験に基づいて作成される。しかしながら、同機種の別のプラズマ処理装置において実施した実験により取得されたマイクロ波自動整合に関連する蓄積情報あるいは設定値情報を、当該プラズマ処理装置１０の主制御部１１０ないし自動整合器６０にダウンロードして利用することも可能である。
［実施形態のマイクロ波自動整合器における整合制御部の作用］
【００８１】
以下、図５〜図８を参照して、この実施形態のマイクロ波自動整合器６０における整合制御部１１６の作用を説明する。
【００８２】
図５は、整合制御部１１６の作用を説明するための反射係数に関するスミスチャートつまりΓチャートである。このΓチャートにおいて、横軸は実数部（｜Γ｜cosθ）で、縦軸は虚数部（｜Γ｜sinθ）である。対象となる反射係数Γの位置と原点（０，０）とを結ぶ直線は反射係数ベクトルである。ベクトルの長さは反射係数Γの絶対値｜Γ｜を表し、ベクトルと横軸のなす角度は反射係数Γの位相θを表す。
【００８３】
このΓチャートの原点（０，０）は、反射が殆どないときの整合ポイントでもある。自動整合器６０の整合動作において、反射係数測定部１１４より得られる反射係数Γの測定値ΓMが原点（０，０）に在る時は、導波管５８内でマイクロ波発生器５６側への反射が殆ど無い状態であり、実質的に完全な整合状態が確立ないし維持されている。これに対して、反射係数Γの測定値ΓMが原点（０，０）から一定限度内でオフセットしている時は、そのオフセット量に応じたパワーで反射波が導波管５８内でマイクロ波発生器５６側へ伝搬しており、不完全な整合状態になっている。
【００８４】
図６〜図８は、プラズマ処理装置１０において所与のプラズマプロセスが実施される際に、整合制御部１１６により行われる制御の主な手順を示すフローチャートである。ここで、図６Ａは、マイクロ波（ＭＷ）の投入前後における制御手順である。図６Ｂは、マイクロ波（ＭＷ）の投入中に割り込みが入った場合の制御手順である。図７は、整合動作中の制御手順である。図８は、整合完了後の制御手順である。
【００８５】
図６Ａの制御手順は、当該プラズマプロセスの開始時に主制御部１１０からの指示に応じて自動整合器６０がオンしてから開始する。先ず、整合制御部１１６は、初期化の中で使用プリセットＮｏ．に変更があったか否かを検査する（ステップＳ1）。使用プリセットＮｏ．に変更がなければ、前回使用したプリセットＮｏ．で括られる設定値群（図４）を今回もそのまま使用する（ステップＳ2）。使用プリセットＮｏ．に変更があれば、新たに指定されたプリセットＮｏ．で括られる設定値群をセットする（ステップＳ3）。
【００８６】
初期化の後、整合制御部１１６は、駆動部１２０を制御して、チューナポジションＴ1，Ｔ2をオフ・プリセット・ポジションの設定位置へ強制的に移動させる（ステップＳ4）。上記のように、オフ・プリセット・ポジションには、プラズマ着火に適したチューナポジションＴ1，Ｔ2の値が選定される。実際、プラズマのように或る閾値を超えて放電が開始されるようなプロセスでは、放電が開始していない状態で反射が起きないようにチューニングしても無意味である。プロセス毎にプラズマの着火に最適なチューナポジションが存在し、一般にその最適なポジションは実験を通じて決定される。
【００８７】
チューナポジションＴ1，Ｔ2のオフ・プリセット・ポジションへの強制的移動動作は一定時間内で行われる。この直後に、マイクロ波発生器５６がオンする（ステップＳ5）。整合制御部１１６は、オフ・プリセット・タイマの設定時間を計時してプラズマの着火を確実に成就させてから（ステップＳ6，Ｓ7）、チューナポジションＴ1，Ｔ2をそれまでのオフ・プリセット・ポジションからオン・プリセット・ポジションの設定位置へ強制的に移動させる（ステップＳ8）。次いで、オン・プリセット・タイマの設定時間を計時してプラズマを安定させてから（ステップＳ9，Ｓ10）、整合動作を開始する。
【００８８】
もっとも、オン・プリセット・イネーブル／ディスエーブルの設定が“ディスエーブル（Ｄｉ）”になっている場合は、オン・プリセット・ポジションへの強制的移動動作（ステップＳ8〜Ｓ10）を省いて、オフ・プリセット・タイマの設定時間の計時後に直ちに整合動作を開始する。
【００８９】
図６Ｂの制御手順は、たとえば多層レジスト法のエッチングプロセスにおいてプラズマを消さずに維持したまま複数の層（薄膜）を連続的にエッチングする場合に用いられる。この場合、整合制御部１１６は、プロセス条件の切り替えのための割り込みが入ると、使用プリセットＮｏ．に変更があるか否かを確認する（ステップＳ11）。使用プリセットＮｏ．に変更がなければこれまでと同じプリセットＮｏ．の設定値群を使用し（ステップＳ12）、変更があれば新たに指定されたプリセットＮｏ．の設定値群をセットする（ステップＳ13）。この後、整合制御部１１６は、駆動部１２０を制御して、チューナポジションＴ1，Ｔ2をそれまで保っていた目標位置近辺の位置からオン・プリセット・ポジションの設定位置へ強制的に移動させる（ステップＳ14）。そして、オン・プリセット・タイマの設定時間を計時してプラズマを安定させてから（ステップＳ15，Ｓ16）、変更後のプロセス条件の下で新たに整合動作を開始する。
【００９０】
図７において、整合動作が開始されると、整合制御部１１６は、駆動部１２０を制御して、チューナポジションＴ1，Ｔ2をそれまでのオン・プリセット・ポジションもしくはオフ・プリセット・ポジションの位置から目標位置ＳＴ1，ＳＴ2へ移動させる（ステップＳ21）。この場合、チューナポジションＴ1，Ｔ2の移動距離は、オン・プリセット・ポジション（決まったスタート位置）もしくはオフ・プリセット・ポジション（別の決まったスタート位置）と目標位置ＳＴ1，ＳＴ2（設定位置）との差であり、整合制御部１１６にとっては確定した値である。このため、駆動部１２０を通じてチューナポジションＴ1，Ｔ2を一方向に連続的に高速度つまり短時間で目標位置ＳＴ1，ＳＴ2付近まで移動させることができる。この間、整合制御部１１６は、プローブ型センサ１２２において観測または測定される反射係数Γの値（測定値ΓM）を無視してよい。
【００９１】
そして、駆動部１２０においてチューナポジションＴ1，Ｔ2の目標位置ＳＴ1，ＳＴ2への移動が完了すると（ステップＳ22）、整合制御部１１６は、反射係数測定部１１４より与えられる反射係数Γの測定値ΓMを用いてフィードバック制御のチューニング（ステップＳ23〜Ｓ27）を条件的に実行する。
【００９２】
より詳細には、整合制御部１１６は、反射係数Γの測定値ΓMを読み込み（ステップＳ23，Ｓ24）、ΓMが内側の近傍範囲Γthの中に入っているか否かをΓチャート上で確認または検査する（ステップＳ25）。すなわち、所与のプラズマプロセスを同一のプロセス条件の下で繰り返し実施しても、負荷１１２（特にプラズマ）の状態が毎回同じである確証はなく、むしろ微妙に違うことが多い。また、駆動部１２０の位置決めに誤差が生じることがある。このため、チューナポジションＴ1，Ｔ2を目標位置ＳＴ1，ＳＴ2付近に確定的に移動させても、反射係数Γの測定値ΓMが目標値Γinに一致または近接しているとは限らない。
【００９３】
整合制御部１１６は、上記の検査（ステップＳ25）において反射係数Γの測定値ΓMが内側の近傍範囲Γthの中に入っていないことが判明した場合は、ΓMとΓinの差分または誤差を零に近づける方向にチューナポジションＴ1，Ｔ2を調整する（ステップＳ26）。こうして、ΓMがΓthの中に入るまで、フィードバック制御によってチューナポジションＴ1，Ｔ2を可変に制御する（ステップＳ23〜Ｓ26,Ｓ27→Ｓ23・・）。そして、ΓMがΓthの中に入っていることを確認すると、整合制御部１１６は整合動作を完了する（ステップＳ28）。
【００９４】
図８において、整合制御部１１６は、整合完了後も、上記のような整合動作によって確立した設定通りの整合状態を維持するために、チューナポジションＴ1，Ｔ2について条件的な可変制御を行う。すなわち、整合制御部１１６は、反射係数Γの測定値ΓMがいったん内側の近傍範囲Γthの中に入った後は、反射係数Γの測定値ΓMを監視して外側の近傍範囲Γhの中に収まっている否かを検査し（ステップＳ31〜Ｓ33）、ΓMがΓhの外に出たときは再び内側の近傍範囲Γthの中に入るまでチューナポジションＴ1，Ｔ2を可変に制御する（ステップＳ34〜Ｓ37,Ｓ38→Ｓ34・・）。
【００９５】
このように整合動作を完了させた後に、チューナポジションＴ1，Ｔ2の可変制御を実行または再開するための閾値として内側の近傍範囲Γthよりも大きな外側の近傍範囲Γhを用いるのは、後述するように、その方がプラズマの安定性を保つのに適しているからである。
【００９６】
上記のように、この実施形態においては、従来技術のように所与のプラズマプロセスについて一律にΓチャート上の原点（０，０）を目標とする整合動作を行うのではなく、当該プラズマプロセスについてプラズマ発光のハンチングを防止するのに適した目標値Γinを設定し、反射係数Γの測定値ΓMを目標値Γin近辺の一定範囲Γth内に収束させるような整合動作を行う。
［実施形態における整合目標点の選定（理論面）］
【００９７】
ここで、図９および図１０を参照して、実施形態における整合目標点の選定に関する理論的な根拠を説明する。なお、図９および図１０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。
【００９８】
図９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（プラズマ密度）との関係を示すグラフである。図中、縦軸はパワー反射係数Ｒ（Ｎｅ）（＝｜Γ｜2）を示し、下側の横軸は電子密度（ｃｍ-3）を示す。上側の横軸では、マイクロ波放電において許容される電子密度の不連続な値を定在波モード（ＴＭモード）に対応させている。グラフの実線は解析値を示し、実線に沿って分布する多数のドットはＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain method）シミュレーションを示す。
【００９９】
図９に示すように、マイクロ波放電により生成されるプラズマにおいて許容される複数の定在波モード（ＴＭモード）にはパワー反射係数に大きなばらつきがある。たとえば、ｎ＝７およびｎ＝９のＴＭ0n0のモードにおけるパワー反射係数は０．５付近まで低くなる一方で、中間のｎ＝８のＴＭ0n0のモードにおけるパワー反射係数は０．９程度にとどまる。一般に、パワー反射係数の低いモードではプラズマが安定し、パワー反射係数の高いモードではプラズマが不安定になりやすい。
【０１００】
図１０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。図中、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（進行波パワー）／Ｐc（定数）で表される値であり、実効負荷電力とも称される。Ｐcは、チャンバの容積、ガス種、圧力等に起因する定数である。規格化入射パワー（Ｐf／Ｐc）は、入射パワーである進行波パワーＰfが大きいほど、大きな値となる。なお、縦軸においては、左側の縦軸において電子密度のスケールを示し、右側の縦軸においては不連続に許容される電子密度の値に定在波モード（ＴＭモード）を対応させている。
【０１０１】
図１０の特性を参照することで、マイクロ波放電により生成されるプラズマの電子密度においてモードジャンプが発生し、それによってプラズマ発光のハンチングが発生する現象のメカニズムを次のように理解することができる。
【０１０２】
図１１に、プラズマ点灯のハンチングが発生する場合の典型的な動作の流れ（Ｎ1〜Ｎ10）を示す。先ず、マイクロ波の投入が開始されると、実効負荷電力（規格化入射パワー）が上昇し（Ｎ1）、或るＴＭ0n0モード（ｎ＜１２）の下で電子密度も緩やかに増大する。そして、実効負荷電力が当該ＴＭ0n0モードの下で端（最大値）のＡ点に達すると、モードジャンプしてＴＭ090モードのＢ点へ移る（Ｎ2）。この時、電子密度の急激な変化と共に、瞬発的に大きな反射波電力Ｐr1が発生する（Ｎ3）。この反射波電力Ｐr1の発生に応じてチューナが整合作用を働かすと、ＴＭ090モードの下で実効負荷電力が上昇する（Ｎ4）。そして、実効負荷電力がＴＭ090モードの下で端（最大値）のＣ点に達すると、モードジャンプしてＴＭ080モードのＤ点へ移る（Ｎ5）。この時も、大きな反射波電力Ｐr2が発生する（Ｎ6）。
【０１０３】
ここで、ＴＭ080モードは上記のようにパワー反射係数の高いモードであるがために、チューナの整合作用が効く前に実効負荷電力が急速に低下してＴＭ080モードの下で端（最小値）のＥ点まで移動し（Ｎ7）、このＥ点でモードジャンプしてＴＭ090モードのＦ点へ移る（Ｎ8）。この時も、大きな反射波電力Ｐr3が発生する（Ｎ9）。しかし、ＴＭ090モードはＴＭ080モードよりも安定しているので、チューナの整合作用が比較的速やかに効いてきて実効負荷電力が再び上昇する（Ｎ10）。以後も、Ｃ点→Ｄ点→Ｅ点→Ｆ点→Ｃ点→・・と同じループを循環する動作（Ｎ5〜Ｎ10→Ｎ5・・）が繰り返され、Ｃ点からＤ点へのモードジャンプおよびＥ点からＦ点へのモードジャンプが起きる度毎に瞬発的に大きな反射波電力が発生してプラズマ発光が一瞬暗くなる。こうして、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が発生する。
【０１０４】
本発明においては、上記のようなモードジャンプのメカニズムに鑑みて、モードジャンプの循環ループを構成する２つの定在波モード（図１０の例ではＴＭ080モードおよびＴＭ090モード）における負荷のインピーダンスＺ080（Ｒ080＋ｊＸ080），Ｚ090（Ｒ090＋ｊＸ090）の値をたとえば導波管５８の終端位置付近にてインピーダンスセンサを用いて取得する。そして、マイクロ波自動整合器６０の整合制御部１１６および設定部１１８においては、両負荷インピーダンスＺ080，Ｚ090の中間の値Ｚinを整合の目標値とする。ここで、Ｚinは、次の式（８）で与えられ、反射係数の目標値Γinに対応する。
Ｚin＝Ｋ＊Ｚ080＋（１−Ｋ）＊Ｚ090        ・・・・（８）
ただし、Ｋは、０＜Ｋ＜１の条件を満たす定数である。
【０１０５】
この実施形態では、別の手法として、プラズマがＴＭ080モードおよびＴＭ090モードで安定または整合している時に、マイクロ波自動整合器６０の反射係数測定部１１４を用いて反射係数Γの測定値Γ080，Γ090を取得し、それらの反射係数測定値Γ080M，Γ090Mの中間の値をとって反射係数Γの目標値Γinとすることもできる。この場合、Γinは次の式（９）で与えられる。
Γin＝ｋ＊Γ080M＋（１−ｋ）＊Γ090M        ・・・・（９）
ただし、ｋは、０＜ｋ＜１の条件を満たす定数である。
【０１０６】
上記のようにして求めたＺinまたはΓinを整合目標点とする整合動作がマイクロ波自動整合器６０によって行われると、整合目標点がスミスチャート上の原点（０，０）からオフセットしているので、オフセット分の反射を許容する不完全な整合状態に落ち着く。しかし、それによって、実効負荷電力の上昇が抑制され、安定なＴＭ090モードの下でも端（最大値）のＣ点まで移動せずに途中（たとえば図１０のＨ点）で留まる。その結果、モードジャンプが起こらなくなり、プラズマ発光のハンチングが抑制される。
【０１０７】
また、この実施形態におけるマイクロ波自動整合器６０は、上述したように、整合動作を開始してから設定通りの整合状態（完全整合状態または不完全整合状態）を確立するまでの時間を大幅に短縮化することができる。これにより、実行負荷電力の変動やプラズマの変動に高速に追従することが可能であり、ハンチング抑制に適した反射係数Γの目標値Γinを用いる場合にもプラズマの安定性を一層向上させることができる。
［実施形態における整合目標点の選定（実験面）］
【０１０８】
本発明者等は、この実施形態におけるプラズマ処理装置を用いて反射係数Γの目標値Γinをパラメータとするプラズマプロセスの実験を行い、実験結果からプラズマ発光のハンチングを抑制するのに適した反射係数Γの目標値Γinを取得できることを検証している。
【０１０９】
図１２〜図１６に一実験例を示す。この実験では、マイクロ波自動整合器６０の整合動作に用いる設定値として、内側の近傍範囲Γinおよび外側の近傍利範囲Γhの値をそれぞれ０．０２，０．０４で固定し、反射係数Γの目標値Γinつまり絶対値｜Γin｜および位相θinをパラメータとして（０．００、０°）、（０．０４、０°）、（０．０４、９０°）、（０．０４、１８０°）、（０．０４、２７０°）の５通りに選んだ。そして、同一のプロセス条件の下でプラズマを生成して、上記５通りの目標値Γinを用いてマイクロ波自動整合器６０を動作させ、導波管５８の中を伝搬するマイクロ波の進行波パワーＰfおよび反射波パワーＰrならびに駆動部１２０におけるチューナポジションＴ1，Ｔ2を観測した。図１２〜図１６に実験結果を示す。
【０１１０】
図１２，図１３および図１４に示すように、（｜Γin｜，θin）＝（０．００、０°）の場合はもちろん、（｜Γin｜，θin）＝（０．０４、０°）の場合および（｜Γin｜，θin）＝（０．０４、９０°）の場合にも、夥しい数で尖頭値の高い反射波パワーのパルス（ハンチングの発生）が観測された。また、反射波パワーのスパイクに連動してチューナポジションＴ1，Ｔ2が脈動するのが観測された。
【０１１１】
一方で、図１５および図１６に示すように、（｜Γin｜，θin）＝（０．０４、１８０°）の場合と（｜Γin｜，θin）＝（０．０４、２７０°）の場合は、反射波パワーＰrのスパイク（ハンチングの発生）が殆ど観測されず、チューナポジションＴ1，Ｔ2の脈動も殆ど観測されなかった。また、これらの場合には反射波パワーＰrが略フラットで零レベルより幾らか高くなるのが観測された。
【０１１２】
上記のような実験結果から、当該プロセス条件の下で実施するプラズマプロセスについては、マイクロ波自動整合器６０（設定部１１８）において反射係数Γの目標値Γinとして、｜Γin｜＝０．０４、θin＝１８０°〜２７０°に設定することにより、反射波パワーの発生を適度に許容しながらプラズマ発光のハンチングを安定確実に抑制できることがわかる。
［実施形態における整合目標点の選定］
【０１１３】
この実施形態においては、マイクロ波自動整合器６０の整合動作に用いるパラメータとして、反射係数Γの目標値Γinを設定するだけでなく、整合動作を完了させるための閾値として内側（第１）の近傍範囲Γthを設定し、さらにはいったん確立した整合状態を安定に保つための閾値として外側（第２）の近傍範囲Γhを設定する。これらの近傍範囲Γth，Γhはその大きさ（距離）が重要である。この実施形態では、図１７に示すように、マイクロ波自動整合器６０の設定部１１８において各近傍範囲Γth，Γhの設定値を任意の増減パラメータα，βにより可変のサイズに調整できる機能を設けている。
【０１１４】
この点に関して、本発明者等は、上記近傍範囲Γth，Γhの設定値を適確な値に選定することの重要性を上記と同様の実験によって確認した。この実験では、反射係数Γの目標値Γin、つまり絶対値｜Γin｜および位相θinを（０．００、０°）で固定するとともに、内側の近傍範囲Γinの値を０．０２で固定し、外側の近傍範囲Γhの値を０．０４、０．１、０．２の３通りに選んだ。そして、同一のプロセス条件の下でプラズマを生成して、上記３通りの外側近傍範囲Γhの値を用いてマイクロ波自動整合器６０を動作させ、導波管５８の中を伝搬するマイクロ波の進行波パワーＰfおよび反射波パワーＰrならびに駆動部１２０におけるチューナポジションＴ1，Ｔ2を観測した。図１８〜図２０に実験結果を示す。
【０１１５】
図１８に示すように、Γh＝０．０４の場合は、夥しい数で尖頭値の高い反射波パワーのスパイク（ハンチングの発生）が観測された。しかし、図１９に示すように、Γh＝０．１の場合は、反射波パワーのパルス（ハンチングの発生）が著しく減少した。そして、図２０に示すように、Γh＝０．２の場合は、反射波パワーのスパイク（ハンチングの発生）は殆ど観測されなかった。
［他の実施形態又は変形例］
【０１１６】
上述した実施形態では、設定部１１８において、反射係数Γの目標値Γin（｜Γin｜，θin）が設定されると、その反射係数目標値Γinに対応するチューナポジションＴ1，Ｔ2の値つまり目標位置ＳＴ1，ＳＴ2を蓄積情報から自動的に導出するようになっている。
【０１１７】
この場合、チューナポジションＴ1，Ｔ2の目標位置ＳＴ1，ＳＴ2が反射係数Γの目標値Γinに厳密な精度で対応している必要はない。上述したように、整合動作において、整合制御部１１６は、チューナポジションＴ1，Ｔ2をオフ・セットポジションもしくはオン・セット・ポジション（スタート位置）から目標位置ＳＴ1，ＳＴ2へいわば強制的に移動させてから、反射係数Γの測定値ΓMを用いる精細なフィードバック制御の整合動作に切り替える。チューナポジションＴ1，Ｔ2をスタート位置から目標位置ＳＴ1，ＳＴ2へ移動させる動作では、高速性が重要である。このことから、チューナポジションＴ1，Ｔ2の目標位置ＳＴ1，ＳＴ2は多少の誤差があっても許容される。したがって、チューナポジションＴ1，Ｔ2の目標位置ＳＴ1，ＳＴ2の設定値として、たとえばΓチャート上で反射係数Γを原点（０，０）近辺に収束させる適当なデフォルト値を用いることも可能である。
【０１１８】
別の変形例として、図２１に示すように、マイクロ波パワーモニタ１３０の機能の一部をＣＰＵ１２４の信号処理で置き換える構成も可能である。図２１の例では、マイクロ波パワーモニタ１３０の進行波系の検出器１３４(1)より得られる進行波パワー測定値信号ｍｐfをバッファアンプＢＡ0およびアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器ＡＤ0を介してＣＰＵ１２４に入力する。ＣＰＵ１２４は、入力した信号ｍｐfの二乗特性を直線補正して、標準の進行波パワー測定値信号ＭＰfを生成するとともに、次の式（１０）で表される演算を行って反射波パワー測定値信号ＭＰrを生成する。
ＭＰr＝ＭＰf＊｜ΓM｜2    ・・・・（１０）
ただし、｜ΓM｜は、反射係数測定部１１４で得られる反射係数Γの測定値ΓMの絶対値である。
【０１１９】
ＣＰＵ１２４で得られる標準の進行波パワー測定値信号ＭＰrおよび反射波パワー測定値信号ＭＰrは、ディジタル（Ｄ／Ａ）変換器ＤＡ4，ＤＡ5およびバッファアンプＢＡ4，ＢＡ5を介して出力され、マイクロ波パワーのモニタ表示のために主制御部１１０に送られるとともに、マイクロ波パワーのフィードバック制御のためにマイクロ波発生器５６に与えられる。
【０１２０】
図２１の変形例によれば、マイクロ波パワーモニタ１３０の反射波系の全部および進行波系のリニアライザを省くことができる。また、反射係数測定部１１４より得られるセンサ出力信号（Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3）ないし反射係数Γの測定値ΓMを自動整合のフィードバック制御に用いると同時に反射波パワー測定値の演算にも用いる。このことにより、整合が完了した状態ないし整合が維持されている状態と反射波パワーのモニタ値が零に一致または近似している状態との間に高精度の相応関係が得られる。
【０１２１】
上記実施形態における４Ｅチューナのマイクロ波自動整合器６０は一例である。マイクロ波自動整合器６０を３Ｅチューナとして構成することも可能であり、ＥＨチューナあるいはスタブチューナとして構成することも可能である。採用するチューナ形式に応じて、マイクロ波自動整合器６０における整合調整部１１６、設定部１１８、駆動部１４０等の各部の機能または構成を適宜変形すればよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１０    プラズマ処理装置
１２    チャンバ
１４    誘電体窓
２０    ステージ
３４    排気装置
５６    マイクロ波発生部
５８    導波管
６０    マイクロ波自動整合器
６６    アンテナ
８０    処理ガス供給部
８２，８４    ガスライン
１１０    主制御部
１１４    反射係数測定部
１１６    整合制御部
１１８    設定部
１２０    駆動部
１２２    プローブ型センサ
１２４    ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）
１２６    メモリ
Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3，Ｇ4    分岐導波管
Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4    可動短絡板
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１７】
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【図３】
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【図５】
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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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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