플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명의 실시 형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

전자 디바이스의 제조에 있어서는, 기판에 대한 가공을 위하여 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는 일반적으로 처리 용기 및 고주파 생성부를 구비하고 있다. 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내로 처리 가스가 공급되고, 고주파 생성부로부터의 고주파의 에너지에 의해 당해 처리 가스가 여기된다.

이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 생성부에 의해 생성된 고주파를 플라즈마의 생성에 충분히 이용하는 것이 요구된다. 그러기 위해서는, 고주파의 진행파의 파워 및 반사파의 파워를 검출할 필요가 있다. 진행파의 파워 및 반사파의 파워를 검출하기 위하여, 플라즈마 처리 장치에는, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 서큘레이터, 방향성 결합기, 제 1 검출기 및 제 2 검출기를 구비한 것이 있다.

서큘레이터는 고주파 생성부와 부하와의 사이에 마련되어 있으며, 고주파 생성부로부터의 진행파를 부하를 향해 전송하고, 부하로부터의 반사파를 더미 로드에 결합한다. 방향성 결합기는 서큘레이터와 부하와의 사이의 도파로에 마련되어 있으며, 당해 도파로 내에서 전반하는 진행파의 일부를 그 제 1 출력으로부터 출력하고, 당해 도파로 내를 전반하는 반사파의 일부를 그 제 2 출력으로부터 출력한다. 제 1 검출기는 방향성 결합기의 제 1 출력으로부터 출력되는 고주파의 파워를 검출하고, 제 2 검출기는 방향성 결합기의 제 2 출력으로부터 출력되는 고주파의 파워를 검출한다.

또한, 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서 이용되는 고주파는 VHF 주파수대의 고주파인데, 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치의 구성, 즉 서큘레이터, 방향성 결합기, 제 1 검출기 및 제 2 검출기는 고주파로서 마이크로파를 이용하는 플라즈마 처리 장치에서도 동일하게 채용되고 있다.

마이크로파를 이용하는 플라즈마 처리 장치에서는, 방향성 결합기는 진행파와 반사파를 완전하게 분리할 수 없다. 즉, 방향성 결합기의 제 1 출력으로부터는 진행파뿐 아니라 반사파도 포함하는 마이크로파가 출력되고, 방향성 결합기의 제 2 출력으로부터는 반사파뿐 아니라 진행파도 포함하는 마이크로파가 출력된다. 따라서, 진행파의 파워 및 반사파의 파워를 개별적으로 정밀도 좋게 검출할 수 없다. 이러한 배경으로부터, 진행파의 파워의 검출 정밀도 및 반사파의 파워의 검출 정밀도를 향상시키는 것이 필요해지고 있다.

일태양에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 처리 용기, 마이크로파 생성부, 플라즈마 생성부, 서큘레이터, 제 1 도파관, 제 2 도파관, 제 3 도파관, 제 1 방향성 결합기, 제 1 검출기, 제 2 방향성 결합기 및 제 2 검출기를 구비한다. 마이크로파 생성부는, 마이크로파를 발생하도록 구성되어 있다. 플라즈마 생성부는 마이크로파를 이용하여 처리 용기 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성되어 있다. 서큘레이터는 제 1 포트, 제 2 포트 및 제 3 포트를 가지고, 제 1 포트로 받은 마이크로파를 제 2 포트로부터 출력하고, 제 2 포트로 받은 마이크로파를 제 3 포트로부터 출력하도록 구성되어 있다. 제 1 도파관은 마이크로파 생성부와 제 1 포트를 접속한다. 제 2 도파관은 제 2 포트와 플라즈마 생성부를 접속한다. 제 3 도파관은 제 3 포트와 더미 로드를 접속한다. 제 1 방향성 결합기는 제 1 도파관에 마련되어 있다. 제 1 방향성 결합기는 마이크로파 생성부로부터 제 1 포트로 전반하는 마이크로파의 일부, 즉 진행파의 일부를 출력하도록 구성되어 있다. 제 1 검출기는 제 1 방향성 결합기에 접속되어 있다. 제 1 검출기는 진행파의 일부의 파워를 검출하도록 구성되어 있다. 제 2 방향성 결합기는 제 3 도파관에 마련되어 있다. 제 2 방향성 결합기는 제 3 포트로부터 더미 로드로 전반하는 마이크로파의 일부, 즉 반사파의 일부를 출력하도록 구성되어 있다. 제 2 검출기는 제 2 방향성 결합기에 접속되어 있다. 제 2 검출기는 반사파의 일부의 파워를 검출하도록 구성되어 있다.

이 플라즈마 처리 장치에서는, 제 1 도파관과 제 2 도파관과의 사이에 서큘레이터가 마련되어 있으므로, 반사파가 제 2 도파관으로부터 제 1 도파관으로 전반하는 것이 억제된다. 또한, 제 2 도파관으로부터 제 3 도파관으로 전반한 반사파는 더미 로드에서 흡수되므로, 반사파가 제 3 도파관으로부터 제 1 도파관으로 전반하는 것이 억제된다. 제 1 검출기는, 상기 제 1 도파관에 마련된 제 1 방향성 결합기로부터의 마이크로파의 파워를 검출하므로, 진행파의 파워의 검출 정밀도가 높아진다. 또한 이 플라즈마 처리 장치에서는, 제 1 도파관으로부터의 진행파가 제 3 도파관 내로 전반하는 것이 서큘레이터에 의해 억제된다. 제 2 검출기는 이 제 3 도파관에 마련된 제 2 방향성 결합기로부터의 마이크로파의 파워를 검출하므로, 반사파의 파워의 검출 정밀도가 높아진다.

일실시 형태에서는, 마이크로파 생성부는, 마이크로파로서, 정해진 주파수 대역에 속하는 주파수로서 서로 상이한 주파수를 각각 가지는 복수의 주파수 성분을 포함하는 마이크로파(이하, '고대역 마이크로파'라고 함)를 발생해도 된다. 일반적으로, 방향성 결합기는, 특정의 주파수의 진행파와 반사파를 분리하도록 구성되어 있다. 따라서, 마이크로파 생성부가, 고대역 마이크로파를 생성하는 경우에는, 방향성 결합기에 의해 고대역 마이크로파의 진행파와 반사파를 완전하게 분리시킬 수 없다. 따라서, 제 1 도파관에 제 1 방향성 결합기를 마련하고, 제 3 도파관에 제 2 방향성 결합기를 마련한 상술의 구성은, 마이크로파 생성부가 고대역 마이크로파를 생성하는 경우에 특히 유효하다.

이상 설명한 바와 같이, 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 진행파의 파워의 검출 정밀도 및 반사파의 파워의 검출 정밀도가 향상된다.

도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 마이크로파 생성부 및 당해 마이크로파 생성부에 의해 생성되는 마이크로파를 도파하는 요소에 대한 구성을 나타내는 도이다.
도 3은 마이크로파 생성부에 있어서의 고대역 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다.
도 4는 제 1 방향성 결합기와 제 1 검출기를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 5는 제 2 방향성 결합기와 제 2 검출기를 개략적으로 나타내는 도이다.

이하, 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.

도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는 처리 용기(12), 스테이지(14), 마이크로파 생성부(16), 안테나(18) 및 유전체창(20)을 구비하고 있다.

처리 용기(12)는 그 내부에 처리 공간(S)을 제공하고 있다. 처리 용기(12)는 측벽(12a) 및 저부(12b)를 가지고 있다. 측벽(12a)은 대략 통 형상으로 형성되어 있다. 이 측벽(12a)의 중심축선은 연직 방향으로 연장되는 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 저부(12b)는 측벽(12a)의 하단측에 마련되어 있다. 저부(12b)에는 배기용의 배기홀(12h)이 마련되어 있다. 또한, 측벽(12a)의 상단부는 개구되어 있다.

측벽(12a)의 상단부 상에는 유전체창(20)이 마련되어 있다. 이 유전체창(20)은 처리 공간(S)에 대향하는 하면(20a)을 가진다. 유전체창(20)은 측벽(12a)의 상단부의 개구를 닫고 있다. 이 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부와의 사이에는 O링(19)이 개재되어 있다. 이 O링(19)에 의해 처리 용기(12)의 밀폐가 보다 확실해진다.

스테이지(14)는 처리 공간(S) 내에 수용되어 있다. 스테이지(14)는 연직 방향에 있어서 유전체창(20)과 대면하도록 마련되어 있다. 또한 스테이지(14)는 유전체창(20)과 당해 스테이지(14)와의 사이에 처리 공간(S)을 사이에 두도록 마련되어 있다. 이 스테이지(14)는 그 위에 배치되는 기판(W)을 지지하도록 구성되어 있다.

일실시 형태에 있어서, 스테이지(14)는 기대(14a), 포커스 링(14b) 및 정전 척(14c)을 포함하고 있다. 기대(14a)는 대략 원반 형상을 가지고 있고, 알루미늄과 같은 도전성의 재료로 형성되어 있다. 기대(14a)의 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 이 기대(14a)는 통 형상 지지부(48)에 의해 지지되어 있다. 통 형상 지지부(48)는 절연성의 재료로 형성되어 있고, 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 통 형상 지지부(48)의 외주에는 도전성의 통 형상 지지부(50)가 마련되어 있다. 통 형상 지지부(50)는 통 형상 지지부(48)의 외주를 따라 처리 용기(12)의 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 이 통 형상 지지부(50)와 측벽(12a)의 사이에는 환상(環狀)의 배기로(51)가 형성되어 있다.

배기로(51)의 상부에는 배플판(52)이 마련되어 있다. 배플판(52)은 환 형상을 가지고 있다. 배플판(52)에는 당해 배플판(52)을 판 두께 방향으로 관통하는 복수의 관통홀이 형성되어 있다. 이 배플판(52)의 하방에는 상술한 배기홀(12h)이 마련되어 있다. 배기홀(12h)에는 배기관(54)을 개재하여 배기 장치(56)가 접속되어 있다. 배기 장치(56)는 자동 압력 제어 밸브(APC : Automatic Pressure Control valve)와 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 가지고 있다. 이 배기 장치(56)에 의해 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.

기대(14a)는 고주파 전극을 겸하고 있다. 기대(14a)에는 급전봉(62) 및 매칭 유닛(60)을 개재하여, RF 바이어스용의 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은 기판(W)으로 인입하는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 일정한 주파수, 예를 들면 13.65 MHz의 고주파(이하 적절히 '바이어스 전력'이라고 함)를 설정된 파워로 출력한다. 매칭 유닛(60)은 고주파 전원(58)측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 처리 용기(12)와 같은 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다. 이 정합기 내에 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.

기대(14a)의 상면에는 정전 척(14c)이 마련되어 있다. 정전 척(14c)은 기판(W)을 정전 흡착력으로 유지한다. 정전 척(14c)은 전극(14d), 절연막(14e) 및 절연막(14f)을 포함하고 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 정전 척(14c)의 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 이 정전 척(14c)의 전극(14d)은 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연막(14e)과 절연막(14f)의 사이에 마련되어 있다. 전극(14d)에는 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(14c)은 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해 기판(W)을 흡착 유지할 수 있다.

기대(14a)의 내부에는 냉매실(14g)이 마련되어 있다. 냉매실(14g)은 예를 들면 축선(Z)을 중심으로 연장되도록 형성되어 있다. 이 냉매실(14g)에는 칠러 유닛으로부터의 냉매가 배관(70)을 거쳐 공급된다. 냉매실(14g)로 공급된 냉매는 배관(72)을 거쳐 칠러 유닛으로 되돌려진다. 이 냉매의 온도가 칠러 유닛에 의해 제어됨으로써, 정전 척(14c)의 온도, 나아가서는 기판(W)의 온도가 제어된다.

또한, 스테이지(14)에는 가스 공급 라인(74)이 형성되어 있다. 이 가스 공급 라인(74)은 전열 가스, 예를 들면 He가스를 정전 척(14c)의 상면과 기판(W)의 이면과의 사이로 공급하기 위하여 마련되어 있다.

마이크로파 생성부(16)는 처리 용기(12) 내로 공급되는 처리 가스를 여기시키기 위한 마이크로파를 발생한다. 일실시 형태에서는, 마이크로파 생성부(16)는 고대역 마이크로파를 발생한다. 고대역 마이크로파는 정해진 중심 주파수를 중심으로 하는 정해진 주파수 대역에 속하는 주파수로서 서로 상이한 주파수를 각각 가지는 복수의 주파수 성분을 포함한다. 또한, 마이크로파 생성부(16)는 단일의 주파수, 예를 들면 2.45 GHz의 주파수를 가지는 마이크로파를 발생해도 된다.

플라즈마 처리 장치(1)는 제 1 도파관(21), 제 2 도파관(22), 제 3 도파관(23), 더미 로드(24), 서큘레이터(25), 튜너(26), 모드 변환기(27) 및 동축 도파관(28)을 더 구비하고 있다. 마이크로파 생성부(16)는 제 1 도파관(21), 서큘레이터(25) 및 제 2 도파관(22)을 개재하여 모드 변환기(27)에 접속되어 있다.

제 1 도파관(21)은 예를 들면 직사각형 도파관이며, 마이크로파 생성부(16)에 접속하고 있다. 또한, 제 1 도파관(21)은 서큘레이터(25)에도 접속하고 있다. 서큘레이터(25)는 제 1 포트(25a), 제 2 포트(25b) 및 제 3 포트(25c)를 가지고 있다. 서큘레이터(25)는 제 1 포트(25a)로 받은 마이크로파를 제 2 포트(25b)로 출력하고, 제 2 포트(25b)로 받은 마이크로파를 제 3 포트(25c)로 출력하도록 구성되어 있다. 제 1 도파관(21)은 이 서큘레이터(25)의 제 1 포트(25a)와 마이크로파 생성부(16)를 접속시키고 있다.

제 2 도파관(22)은 예를 들면 직사각형 도파관이며, 서큘레이터(25)의 제 2 포트(25b)와 후술하는 플라즈마 생성부를, 모드 변환기(27) 및 동축 도파관(28)을 개재하여 접속시키고 있다. 제 3 도파관(23)은 예를 들면 직사각형 도파관이며, 서큘레이터(25)의 제 3 포트(25c)와 더미 로드(24)를 접속시키고 있다. 더미 로드(24)는 제 3 도파관(23) 내를 전반하는 마이크로파를 받아, 당해 마이크로파를 흡수한다. 예를 들면, 더미 로드(24)는 마이크로파의 에너지를 열로 변환한다. 이 더미 로드(24)에 의하면, 서큘레이터(25)의 제 3 포트(25c)로부터 제 3 도파관(23) 내를 전반하는 마이크로파는 실질적으로 반사되지 않고, 당해 더미 로드(24)에 의해 흡수된다.

튜너(26)는 제 2 도파관(22)에 마련되어 있다. 튜너(26)는 가동판(26a) 및 가동판(26b)을 가지고 있다. 가동판(26a) 및 가동판(26b)의 각각은 제 2 도파관(22)의 내부 공간에 대한 그 돌출량을 조정 가능하도록 구성되어 있다. 튜너(26)는 기준 위치에 대한 가동판(26a) 및 가동판(26b)의 각각의 돌출 위치를 조정함으로써, 마이크로파 생성부(16)의 임피던스와 부하, 예를 들면 처리 용기(12)의 임피던스를 정합시킨다.

모드 변환기(27)는 제 2 도파관(22)으로부터의 마이크로파의 모드를 변환하여, 모드 변환 후의 마이크로파를 동축 도파관(28)으로 공급한다. 동축 도파관(28)은 외측 도체(28a) 및 내측 도체(28b)를 포함하고 있다. 외측 도체(28a)는 대략 원통 형상을 가지고 있고, 그 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 내측 도체(28b)는 대략 원통 형상을 가지고 있고, 외측 도체(28a)의 내측에서 연장되어 있다. 내측 도체(28b)의 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 이 동축 도파관(28)은 모드 변환기(27)로부터의 마이크로파를 안테나(18)로 전송한다.

안테나(18)는 유전체창(20)의 하면(20a)의 반대측의 면(20b) 상에 마련되어 있다. 안테나(18)는 슬롯판(30), 유전체판(32) 및 냉각 재킷(34)을 포함하고 있다.

슬롯판(30)은 유전체창(20)의 면(20b) 상에 마련되어 있다. 이 슬롯판(30)은 도전성을 가지는 금속제이며, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 슬롯판(30)의 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 슬롯판(30)에는 복수의 슬롯홀(30a)이 형성되어 있다. 복수의 슬롯홀(30a)은, 일례에 있어서는 복수의 슬롯 쌍을 구성하고 있다. 복수의 슬롯 쌍의 각각은 서로 교차하는 방향으로 연장되는 대략 긴 홀 형상의 두 개의 슬롯홀(30a)을 포함하고 있다. 복수의 슬롯 쌍은 축선(Z) 둘레의 하나 이상의 동심원을 따라 배열되어 있다. 또한, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 통과 가능한 관통홀(30d)이 형성된다.

유전체판(32)은 슬롯판(30) 상에 마련되어 있다. 유전체판(32)은 석영과 같은 유전체 재료로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 이 유전체판(32)의 중심축선은 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 냉각 재킷(34)은 유전체판(32) 상에 마련되어 있다. 유전체판(32)은 냉각 재킷(34)과 슬롯판(30)의 사이에 마련되어 있다.

냉각 재킷(34)의 표면은 도전성을 가진다. 냉각 재킷(34)의 내부에는 유로(34a)가 형성되어 있다. 이 유로(34a)에는 냉매가 공급되도록 되어 있다. 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는, 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 유전체판(32)의 중앙 부분에 형성된 홀을 통과하여 슬롯판(30)에 전기적으로 접속되어 있다.

동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는 유전체판(32) 내를 전반하여, 슬롯판(30)의 복수의 슬롯홀(30a)로부터 유전체창(20)으로 공급된다. 유전체창(20)으로 공급된 마이크로파는 처리 공간(S)으로 도입된다. 이 유전체창(20)과 안테나(18)는 플라즈마 생성부를 구성하고 있다.

동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 내홀에는 도관(36)이 통과하고 있다. 또한 상술한 바와 같이, 슬롯판(30)의 중앙부에는 도관(36)이 통과 가능한 관통홀(30d)이 형성되어 있다. 도관(36)은 내측 도체(28b)의 내홀을 통과하여 연장되어 있고, 가스 공급계(38)에 접속되어 있다.

가스 공급계(38)는 기판(W)을 처리하기 위한 처리 가스를 도관(36)으로 공급한다. 가스 공급계(38)는 가스원(38a), 밸브(38b) 및 유량 제어기(38c)를 포함할 수 있다. 가스원(38a)은 처리 가스의 가스원이다. 밸브(38b)는 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(38c)는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.

플라즈마 처리 장치(1)는 인젝터(41)를 더 구비할 수 있다. 인젝터(41)는 도관(36)으로부터의 가스를 유전체창(20)에 형성된 관통홀(20h)로 공급한다. 유전체창(20)의 관통홀(20h)로 공급된 가스는 처리 공간(S)으로 공급된다. 그리고, 유전체창(20)으로부터 처리 공간(S)으로 도입되는 마이크로파에 의해, 당해 처리 가스가 여기된다. 이에 의해, 처리 공간(S) 내에서 플라즈마가 생성되고, 당해 플라즈마로부터의 이온 및 라디칼 중 적어도 하나와 같은 활성종에 의해 기판(W)이 처리된다.

이하, 고대역 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 생성부(16)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1에 나타내는 마이크로파 생성부 및 당해 마이크로파 생성부에 의해 생성되는 마이크로파를 도파하는 요소에 대한 구성을 나타내는 도이다. 도 3은 마이크로파 생성부에 있어서의 고대역 마이크로파의 생성 원리를 설명하는 도이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 마이크로파 생성부(16)는 발진부(16a) 및 증폭기(16b)를 가지고 있다. 발진부(16a)는 예를 들면 기준 주파수와 위상을 동기시킨 마이크로파를 발진하는 것이 가능한 PLL(Phase Locked Loop) 발진기와, PLL 발진기에 접속된 IQ 디지털 변조기를 가진다. 발진부(16a)는 PLL 발진기로부터 발진되는 마이크로파의 주파수를 중심 주파수로 설정한다. 그리고, 발진부(16a)는 중심 주파수인 마이크로파의 주파수를 중심으로 하는 정해진 주파수 대역에 속하는 주파수로서, 서로 상이한 주파수를 각각 가지는 복수의 주파수 성분을 IQ 디지털 변조기를 이용하여 생성한다. 이에 의해, 발진부(16a)는 복수의 주파수 성분을 가지는 마이크로파를 생성한다.

발진부(16a)는 예를 들면 N 개의 복소 데이터 심볼에 대한 역이산 푸리에 변환을 행하여 연속 신호를 생성함으로써, 복수의 주파수 성분을 가지는 마이크로파를 생성하는 것이 가능하다. 이 신호의 생성 방법은 디지털 TV 방송 등에서 이용되는 OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) 변조 방식과 동일한 방법일 수 있다(예를 들면 일본특허 5,320,260호 참조). 또한, 마이크로파 생성부(16)에 의해 생성되는 마이크로파의 중심 주파수 및 주파수 대역은 후술하는 주제어부(100)에 의해 제어된다.

일례에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 발진부(16a)는 미리 디지털화된 부호의 열로 나타내지는 파형 데이터를 가지고 있다. 발진부(16a)는 이 파형 데이터를 양자화하고, 또한 역푸리에 변환함으로써, I 데이터와 Q 데이터를 분리한다. 그리고, 발진부(16a)는 I 데이터 및 Q 데이터의 각각을 D / A(Digital / Analog) 변환하여, 두 개의 아날로그 신호를 얻는다. 발진부(16a)는 이들 아날로그 신호를, 저주파 성분만을 통과시키는 LPF(low pass filter)에 입력한다. 한편, PLL 발진기로부터 발진되는 중심 주파수(fo)의 마이크로파로부터, 서로 90˚ 위상이 상이한 마이크로파가 생성된다. 발진부(16a)는 LPF로부터 출력되는 아날로그 신호를 이용하여, 서로 90˚ 위상이 상이한 마이크로파를 변조함으로써, 복수의 주파수 성분을 가지는 마이크로파, 즉 고대역 마이크로파를 생성한다. 고대역 마이크로파는 예를 들면 2.45 GHz의 중심 주파수를 가지고, 40 MHz의 대역폭 내에서 10 kHz 피치의 복수의 주파수 성분을 가진다. 또한, 이웃하는 주파수 성분의 위상을 직교의 관계(90˚ 위상이 상이한 상태)로 설정함으로써, 가장 근접한, 많은 반송파를 배열할 수 있다.

발진부(16a)의 출력은 증폭기(16b)의 입력에 접속되어 있다. 또한, 증폭기(16b)의 출력은 제 1 도파관(21)에 접속되어 있다. 증폭기(16b)는 발진부(16a)로부터 입력되는 마이크로파를 증폭하여, 증폭된 마이크로파를 제 1 도파관(21)으로 공급한다.

제 1 도파관(21)으로 공급된 마이크로파, 즉 진행파는 서큘레이터(25) 및 제 2 도파관(22)을 거쳐 플라즈마 생성부에 공급된다. 한편, 플라즈마 생성부로부터의 마이크로파, 즉 반사파는, 제 2 도파관(22) 및 서큘레이터(25)를 거쳐 더미 로드(24)에 도달하고, 당해 더미 로드(24)에 의해 흡수된다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 반사파가 제 1 도파관(21) 내로 실질적으로 전반하지 않도록 되어 있고, 또한 진행파가 제 3 도파관(23) 내로 실질적으로 전반하지 않도록 되어 있다.

제 1 도파관(21)에는 제 1 방향성 결합기(80)가 마련되어 있다. 제 1 방향성 결합기(80)에는 제 1 검출기(82)가 접속되어 있다. 제 1 방향성 결합기(80)는 마이크로파 생성부(16)로부터의 마이크로파, 즉 진행파의 일부를 출력한다. 제 1 검출기(82)는 제 1 방향성 결합기(80)로부터 출력된 상기 진행파의 일부의 파워를 검출한다. 또한, 마이크로파 생성부(16)가 발생시키는 마이크로파가 고대역 마이크로파인 경우에는, 제 1 검출기(82)는 스펙트럼 검출기이다. 따라서, 마이크로파 생성부(16)가 발생시키는 마이크로파가 고대역 마이크로파인 경우에는, 제 1 검출기(82)는 상술한 복수의 주파수 성분의 파워, 즉 진행파의 주파수 스펙트럼을 검출한다.

도 4는 제 1 방향성 결합기와 제 1 검출기를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 방향성 결합기(80)는 도파관으로 구성되어 있고, 제 1 출력(80a) 및 제 2 출력(80b)을 가지고 있다. 또한, 제 1 방향성 결합기(80)는 한 쌍의 홀(80h)을 개재하여 제 1 도파관(21)의 내부 공간과 결합되어 있다. 이들 한 쌍의 홀(80h)의 사이의 거리(L1)는 설계에 의해 결정되는 고정의 거리이다. 통상, 거리(L1)는 사용하는 주파수 범위의 중심의 주파수에 의해 규정되는 파장(λ)에 기초하여 설정된다. 예를 들면, 거리(L1)는 λ／4이다. 여기서, 'λ'는 마이크로파 생성부(16)가 단일의 주파수의 마이크로파를 발생하는 경우에는, 당해 단일의 주파수에 의해 규정되는 파장이다. 또한, 'λ'는 마이크로파 생성부(16)가 고대역 마이크로파를 발생하는 경우에는, 상술한 중심 주파수(또는 기준 주파수)에 의해 규정되는 파장이다.

제 1 방향성 결합기(80)에서는, 마이크로파 생성부(16)로부터 제 1 도파관(21) 및 한 쌍의 홀(80h) 중 일방을 거쳐 제 1 출력(80a)에 이르는 경로 길이와 마이크로파 생성부(16)로부터 제 1 도파관(21) 및 한 쌍의 홀(80h) 중 타방을 거쳐 제 1 출력(80a)에 이르는 경로 길이는 대략 동일한 길이이다. 따라서, 마이크로파 생성부(16)로부터 제 1 도파관(21) 및 한 쌍의 홀(80h) 중 일방을 거쳐 제 1 출력(80a)을 향하는 마이크로파와 마이크로파 생성부(16)로부터 제 1 도파관(21) 및 한 쌍의 홀(80h) 중 타방을 거쳐 제 1 출력(80a)을 향하는 마이크로파는 서로 강화되어, 제 1 도파관(21) 내를 전반하는 진행파의 일부로서 제 1 출력(80a)으로부터 출력된다.

한편, 서큘레이터(25)로부터 제 1 도파관(21) 및 한 쌍의 홀(80h) 중 일방을 거쳐 제 1 출력(80a)에 이르는 경로 길이와 서큘레이터(25)로부터 제 1 도파관(21) 및 한 쌍의 홀(80h) 중 타방을 개재하여 제 1 출력(80a)에 이르는 경로 길이는 λ / 2의 거리차를 가진다. 따라서, 제 1 도파관(21) 내로 반사파가 전반했다 하더라도, 당해 반사파는 제 1 출력(80a)에서 거의 소거된다.

단, 마이크로파 생성부(16)에 의해 생성되는 마이크로파는 단일 파장의 마이크로파라도 어느 정도의 주파수 폭을 가진다. 또한, 마이크로파 생성부(16)에 의해 생성되는 마이크로파가 고대역 마이크로파인 경우에는, 당해 마이크로파는 복수의 주파수 성분을 가진다. 또한, 제 1 방향성 결합기(80)의 한 쌍의 홀(80h)의 거리(L1)는, 상술한 바와 같이 특정의 주파수에 의해 규정되는 파장(λ)의 1 / 4로 설정되어 있다. 따라서, 마이크로파의 주파수가 특정의 주파수(예를 들면, 중심 주파수)에서 벗어나 있는 경우, 마이크로파가 주파수 폭을 가지는 경우, 또는 마이크로파가 고대역 마이크로파인 경우에는, 마이크로파는 한 쌍의 홀(80h)의 거리(L1)를 규정하는 파장에서 벗어난 파장의 성분을 가진다. 이 때문에, 제 1 도파관(21) 내로 반사파가 전반하면, 제 1 출력(80a)을 향해 큰 반사파가 전반하므로, 제 1 방향성 결합기(80)는 반사파를 제 1 출력(80a)에서 완전하게 소거할 수 없다.

그러나, 제 1 도파관(21)과 제 2 도파관(22)의 사이에는 서큘레이터(25)가 마련되어 있으므로, 반사파가 제 2 도파관(22)으로부터 제 1 도파관(21)으로 전반하는 것이 억제된다. 또한, 제 2 도파관(22)으로부터 제 3 도파관(23)으로 전반한 반사파는 더미 로드에서 흡수되므로, 반사파가 제 3 도파관(23)으로부터 제 1 도파관(21)으로 전반하는 것이 억제된다. 이 제 1 도파관(21)에 제 1 방향성 결합기(80)가 마련되어 있고, 당해 제 1 방향성 결합기(80)의 제 1 출력(80a)에 제 1 검출기(82)가 접속되어 있으므로, 제 1 검출기(82)는 고정밀도로 진행파의 파워를 검출할 수 있다.

다시 도 2를 참조한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 3 도파관(23)에는 제 2 방향성 결합기(84)가 마련되어 있다. 제 2 방향성 결합기(84)에는 제 2 검출기(86)가 접속되어 있다. 제 2 방향성 결합기(84)는 서큘레이터(25)의 제 3 포트(25c)로부터 더미 로드(24)를 향해 제 3 도파관(23) 내를 전반하는 마이크로파, 즉 반사파의 일부를 출력한다. 제 2 검출기(86)는 제 2 방향성 결합기(84)로부터 출력된 상기 반사파의 일부의 파워를 검출한다. 또한, 마이크로파 생성부(16)가 발생하는 마이크로파가 고대역 마이크로파인 경우에는, 제 2 검출기(86)는 스펙트럼 검출기이다. 따라서, 마이크로파 생성부(16)가 발생하는 마이크로파가 고대역 마이크로파인 경우에는, 제 2 검출기(86)는 상술한 복수의 주파수 성분의 파워, 즉 반사파의 주파수 스펙트럼을 검출한다.

도 5는 제 2 방향성 결합기와 제 2 검출기를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 2 방향성 결합기(84)는 도파관으로 구성되어 있고, 제 1 출력(84a) 및 제 2 출력(84b)을 가지고 있다. 또한, 제 2 방향성 결합기(84)는 한 쌍의 홀(84h)을 개재하여 제 3 도파관(23)의 내부 공간과 결합되어 있다. 이들 한 쌍의 홀(84h)의 사이의 거리(L2)는, 거리(L1)와 마찬가지로, 설계에 의해 결정되는 고정의 거리이다. 통상, 거리(L2)는 사용하는 주파수 범위의 중심의 주파수에 의해 규정되는 파장(λ)에 기초하여 설정된다. 예를 들면, 거리(L2)는 λ / 4이다.

제 3 도파관(23) 내를 더미 로드(24)를 향해 전반하고 한 쌍의 홀(84h) 중 일방을 거쳐 제 1 출력(84a)을 향하는 마이크로파와 한 쌍의 홀(84h) 중 타방을 거쳐 제 1 출력(84a)을 향하는 마이크로파는 서로 강화되어, 제 3 도파관(23) 내를 전반하는 반사파의 일부로서 제 1 출력(84a)으로부터 출력된다.

또한, 제 1 도파관(21)으로부터의 진행파가 제 3 도파관(23) 내로 전반하는 것이 서큘레이터(25)에 의해 억제된다. 이 제 3 도파관(23)에 제 2 방향성 결합기(84)가 마련되어 있고, 당해 제 2 방향성 결합기(84)의 제 1 출력(84a)에 제 2 검출기(86)가 접속되어 있으므로, 제 2 검출기(86)는 고정밀도로 반사파의 파워를 검출할 수 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는 제어부(90)를 더 구비하고 있다. 제어부(90)는 제 1 검출기(82), 제 2 검출기(86), 마이크로파 생성부(16) 및 튜너(26)에 접속되어 있다. 이 제어부(90)는 CPU(Central Processing Unit)와 같은 프로세서 및 기억부를 구비할 수 있다. 제어부(90)는 기억부에 기억된 프로그램을 프로세서에 의해 실행하여, 마이크로파 생성부(16) 및 튜너(26)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(90)는 제 1 검출기(82)에 의해 검출된 진행파의 파워(또는 진행파의 주파수 스펙트럼) 및 제 2 검출기(86)에 의해 검출된 반사파의 파워(또는 반사파의 주파수 스펙트럼)에 따라, 마이크로파 생성부(16)에 의해 생성되는 마이크로파의 파워를 제어한다. 또한, 제어부(90)는 제 2 검출기(86)에 의해 검출된 반사파의 파워(또는 반사파의 주파수 스펙트럼)에 따라, 반사파를 억제하도록 튜너(26)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(90)는 가동판(26a) 및 가동판(26b)의 각각의 돌출 위치를 조정하도록 튜너(26)를 제어한다.

또한 도 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는 주제어부(100)를 더 구비하고 있다. 주제어부(100)는 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 통괄 제어한다. 주제어부(100)는 CPU와 같은 프로세서, 유저 인터페이스 및 기억부를 구비할 수 있다.

프로세서는 기억부에 기억된 프로그램 및 프로세스 레시피를 실행함으로써, 마이크로파 생성부(16), 스테이지(14), 가스 공급계(38), 배기 장치(56) 등의 각 부를 통괄 제어한다.

유저 인터페이스는 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작 등을 행하는 키보드 또는 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황 등을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 가지고 있다.

기억부에는 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어), 및, 처리 조건 데이터 등을 포함하는 프로세스 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세서는 유저 인터페이스로부터의 지시 등, 필요에 따라, 각종의 제어 프로그램을 기억부로부터 호출하여 실행한다. 이러한 프로세서의 제어 하에서, 플라즈마 처리 장치(1)에서 원하는 처리가 실행된다.

이러한 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 진행파의 파워의 높은 검출 정밀도를 가지고 있고, 또한 반사파의 파워의 높은 검출 정밀도를 가지고 있다. 이와 같이 높은 정밀도로 검출되는 진행파의 파워 및 반사파의 파워에 따라, 마이크로파 생성부(16) 및 튜너(26)가 제어되므로 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있고, 또한 마이크로파 생성부(16)에 의해 생성되는 마이크로파를 플라즈마의 생성에서 효율적으로 또한 충분히 이용할 수 있다.

또한, 제 1 방향성 결합기(80) 및 제 2 방향성 결합기(84)는 특정의 주파수(즉, 파장(λ))의 진행파와 반사파를 분리하도록 구성되어 있다. 환언하면, 제 1 방향성 결합기(80) 및 제 2 방향성 결합기(84)는 특정의 주파수(즉, 파장(λ))와는 상이한 주파수의 진행파와 반사파를 완전하게 분리할 수 없다. 따라서, 제 1 도파관(21)에 제 1 방향성 결합기(80)를 마련하고, 제 3 도파관(23)에 제 2 방향성 결합기(84)를 마련한 상술의 구성은, 마이크로파 생성부(16)가 고대역 마이크로파를 생성하는 경우에 특히 유효하다.

또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 큰 반사파가 발생하는 플라즈마 처리를 행해도 진행파와 반사파가 서로 상관하지 않는다. 즉, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 제 1 검출기(82)에서 검출되는 진행파의 파워에 반사파의 영향이 거의 포함되지 않고, 제 2 검출기(86)에서 검출되는 반사파의 파워에 진행파의 영향이 거의 포함되지 않는다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(1)는 일본특허공개공보 2014-154421호(일본특허출원 2013-024145호)에 기재된 로드 제어의 실시에 유효하다. 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 제 1 검출기(82)에서 검출된 진행파의 파워에 제 2 검출기(86)에서 검출된 반사파의 파워에 기초하여 산출된 파워(예를 들면, 반사파의 파워)를 서로 더한 파워에 따라, 부하로 공급되는 마이크로파의 파워를 일정하게 유지하도록 마이크로파 생성부(16)를 제어할 수 있다.

이상, 다양한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형 태양을 구성 가능하다. 예를 들면, 상술한 안테나(18)는 단순한 일례이며, 임의의 안테나에 의해 마이크로파를 생성하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 진행파의 파워의 검출 및 반사파의 파워의 검출을 위한 개시된 구성을 이용하는 것이 가능하다.

또한, 마이크로파 생성부(16)가 발생하는 마이크로파가 고대역 마이크로파인 경우에, 제 1 검출기(82) 및 제 2 검출기(86)는 스펙트럼 검출기인 것이라고 설명했지만, 제 1 검출기(82) 및 제 2 검출기(86)는 주파수 스펙트럼을 적분하도록 구성되어 있어도 된다.

1 : 플라즈마 처리 장치
12 : 처리 용기
14 : 스테이지
16 : 마이크로파 생성부
18 : 안테나
20 : 유전체창
21 : 제 1 도파관
22 : 제 2 도파관
23 : 제 3 도파관
24 : 더미 로드
25 : 서큘레이터
26 : 튜너
80 : 제 1 방향성 결합기
82 : 제 1 검출기
84 : 제 2 방향성 결합기
86 : 제 2 검출기
90 : 제어부
100 : 주제어부