高周波測定装置、および、高周波測定装置の校正方法
【課題】 高周波測定装置によって検出された電圧と電流を高い精度で校正する方法を提供する。
【解決手段】 第１の３つの基準負荷の高周波測定装置による測定インピーダンスと真値とに基づいて、校正パラメータＸを算出し(Ｓ１，２)、校正パラメータＸを用いて校正した電圧信号と電流信号とに基づいて、プラズマ処理装置のインピーダンスを算出し(Ｓ３)、スミスチャート上で、Ｓ３で算出されたインピーダンスを含み、第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定し(Ｓ４)、当該３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷の高周波測定装置による測定インピーダンスと真値とに基づいて、校正パラメータＸ’を算出し(Ｓ５，６)、検出された電圧信号と電流信号とを校正パラメータＸ、Ｘ’を用いて校正する(Ｓ７)。
【解決手段】 第１の３つの基準負荷の高周波測定装置による測定インピーダンスと真値とに基づいて、校正パラメータＸを算出し(Ｓ１，２)、校正パラメータＸを用いて校正した電圧信号と電流信号とに基づいて、プラズマ処理装置のインピーダンスを算出し(Ｓ３)、スミスチャート上で、Ｓ３で算出されたインピーダンスを含み、第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定し(Ｓ４)、当該３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷の高周波測定装置による測定インピーダンスと真値とに基づいて、校正パラメータＸ’を算出し(Ｓ５，６)、検出された電圧信号と電流信号とを校正パラメータＸ、Ｘ’を用いて校正する(Ｓ７)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電圧および高周波電流を検出しインピーダンス等の高周波パラメータを算出することで測定する高周波測定装置、および、当該高周波測定装置の校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波電源装置から出力される高周波電力をプラズマ処理装置に供給し、エッチング等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するプラズマ処理システムが開発されている。
【０００３】
図１０は、一般的なプラズマ処理システムの構成を示すブロック図である。
【０００４】
プラズマ処理中にプラズマ処理装置４００のインピーダンスは変動するので、当該プラズマ処理装置４００の入力端で反射した反射波電力が高周波電源装置１００を損傷する虞がある。したがって、プラズマ処理システムＡ１００においては、一般に、高周波電源装置１００とプラズマ処理装置４００との間にインピーダンス整合装置２００が設けられており、当該インピーダンス整合装置２００がプラズマ処理装置４００のインピーダンス変動に応じて整合動作を行っている。また、プラズマ処理中のプラズマ処理装置４００のインピーダンスやプラズマ処理装置４００の入力端における高周波電圧および高周波電流などの監視を行う必要がある。
【０００５】
プラズマ処理装置４００の監視は、プラズマ処理装置４００の入力端に設けられた高周波測定装置３００が測定する各種高周波パラメータを用いて行われる。また、インピーダンス整合装置２００の整合動作は、インピーダンス整合装置２００の内部に設けられた高周波測定装置（図示せず）が測定する各種高周波パラメータに基づく制御によって行われる。なお、以下では、高周波測定装置３００を例として説明を行う。
【０００６】
高周波測定装置３００は、高周波電圧（以下、単に「電圧」という。）と高周波電流（以下、単に「電流」という。）を検出し、その検出値から電圧と電流の位相差（以下、単に「位相差」という。）θを求めるとともに、電圧実効値Ｖ、電流実効値Ｉ、インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸ（測定点がプラズマ処理装置４００の入力端近傍なので、プラズマ処理装置４００のインピーダンスに相当する。）、反射係数Γ、プラズマ処理装置４００に入力される進行波電力Ｐｆ、インピーダンス不整合によりプラズマ処理装置４００の入力端で反射される反射波電力Ｐｒなどの高周波パラメータを算出する。
【０００７】
高周波測定装置３００は、プラズマ処理装置４００に電力を伝送するための棒状の導電体に容量結合させたコンデンサと同胴体部に磁気結合させたコイルとを有し、コンデンサによって電圧ｖ＝√２・Ｖ・sin（ωt）を、また、コイルによって電流ｉ＝√２・Ｉ・sin（ωt＋θ）を検出する。また、高周波測定装置３００は、検出した電圧ｖおよび電流ｉから電圧実効値Ｖ、電流実効値Ｉ、位相差θを求め、これらを用いて下記（１）〜（５）式により上記の高周波パラメータを算出する。すなわち、高周波測定装置３００は、電圧ｖと電流ｉを検出するセンサとそのセンサの検出値から上記の高周波パラメータを算出する演算処理回路を備えた、いわゆるＲＦセンサと呼ばれるものである。
【０００８】
【数１】
【０００９】
一般に、計測装置や測定装置は、センサの感度がばらつき当該センサで検出される検出値が正しい値と異なるため、予め基準となる被測定物を測定して検出値を正しい値に換算する校正パラメータを取得しておき、実際の測定では検出値を当該校正パラメータで正しい検出値に校正して出力する構成となっている。
【００１０】
高周波測定装置３００が検出した電圧ｖおよび電流ｉの校正では、例えば、ＳＯＬＴ（Short-Open-Load-Thru）校正が用いられる。ＳＯＬＴ校正では、まず、インピーダンスの真値があらかじめ特定された標準器に高周波測定装置３００を接続し、高周波測定装置３００によってインピーダンスを測定する。標準器としては、測定系の特性インピーダンス（測定のために高周波を伝送する伝送線路の特性インピーダンス。一般には５０Ω又は７５Ω）を有するダミーロード、開放状態のインピーダンス（無限大）、および、短絡状態のインピーダンス（ゼロ）にそれぞれ近いインピーダンスを有するダミーロードが用いられる。次に、高周波測定装置３００によって測定された各標準器のインピーダンスと各標準器のインピーダンスの真値とから、電圧ｖおよび電流ｉを校正するための校正パラメータを算出して、高周波測定装置３００のメモリ（図示せず）に記録する。実際の測定では、検出された電圧ｖおよび電流ｉを、メモリに記録されている校正パラメータで校正してから、各種高周波パラメータを算出する。
【００１１】
高周波測定装置３００のメモリに記録されている校正パラメータは、極限値である開放状態のインピーダンス（無限大）および短絡状態のインピーダンス（ゼロ）にそれぞれ近いインピーダンスと特性インピーダンスとに基づいて算出されているので、インピーダンスの極めて広い範囲で校正を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１６３３０８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の校正パラメータはインピーダンスの極めて広い範囲で校正を行うことができるように求められたものなので、当該校正パラメータによる校正の精度は十分高いものではない。すなわち、上記校正パラメータは、インピーダンスの極めて広い範囲で低い精度で校正を行うことができるものとなっている。しかし、実際にプラズマ処理装置４００の監視に高周波測定装置３００の測定値を用いる場合、校正の精度が高いことが求められる。
【００１４】
例えば、プラズマ処理装置４００はプラズマ処理を行っているときに高熱を発するので、プラズマ処理装置４００の近くに配置される高周波測定装置３００の周囲の温度も高くなる。温度が異なると抵抗成分が変化するので、校正を行ったときの周囲の温度と実際に測定を行うときの周囲の温度とが異なると、校正の精度がさらに低くなる。このことを考慮すると、温度条件も被測定負荷と検出部で同じにして求めることによって導出でき、高い精度で校正ができる校正パラメータを取得しておく必要がある。
【００１５】
また、プラズマ処理中は、検出された電圧ｖと電流ｉの位相差θは、９０°に近い値となることが多い。したがって、位相差θのわずかな誤差でもｃｏｓθの変化率は大きくなり、インピーダンスの抵抗成分Ｒや進行波電力Ｐｆの測定値に大きな影響を与える（上記(１)、(４)式参照）。したがって、位相差θの誤差を抑制するために、高い精度で校正を行う必要がある。
【００１６】
また、高周波測定装置３００の測定値を、Ｅチャックコントローラなどに用いる場合がある。Ｅチャックコントローラは、プラズマ処理装置４００のチャンバー内でウエハを固定するための静電チャックの強さを、測定された電流値および電圧値に基づいて制御する。したがって、測定された電流値および電圧値の誤差を極めて小さい範囲に抑える必要があり、機差特性も最小限におさえなければならない。そのため、高周波測定装置３００の検出値の校正は、精度を高くする必要がある。
【００１７】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、高周波測定装置によって検出された電圧および電流を高い精度で校正する方法、および、当該校正を行うことができる高周波測定装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１９】
本発明の第１の側面によって提供される校正方法は、プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出し、検出された電圧値と電流値とに基づいて、当該接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する高周波測定装置の前記電圧値と電流値の校正方法であって、第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記電圧値と電流値とを校正するための第１のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第１の行程と、前記高周波測定装置を測定対象の負荷に接続してプラズマ処理を行い、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータを用いて校正し、当該校正後の電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第２の行程と、スミスチャート上で表示した場合に、前記第２の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第３の行程と、前記３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第２のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第４の行程と、前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正する第５の行程とを備えている。
【００２０】
なお、高周波測定装置には、プラズマ処理装置に接続されて当該プラズマ処理装置を監視するために高周波パラメータを測定する高周波測定装置や、インピーダンス整合装置の内部に設けられて整合動作を制御するために高周波パラメータを測定する高周波測定装置などがある。また、検出された電圧値と電流値は、例えば、デジタル変換された電圧値と電流値や、電圧実効値と電流実効値、電圧最大値と電流最大値などである。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第５の行程によって校正された電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第６の行程と、スミスチャート上で表示した場合に、前記第６の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第７の行程と、前記第７の行程によって決定された３つのインピーダンスをそれぞれ有する第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第３のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第８の行程と、前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータ、第２のパラメータ、および第３のパラメータを用いて校正する第９の行程とをさらに備えている。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である。
【００２３】
本発明の第２の側面によって提供される高周波測定装置は、プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出する高周波測定装置であって、前記接続点における高周波電圧を検出する電圧検出手段と、前記接続点における高周波電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧値と前記電流検出手段によって検出された電流値とを校正する校正手段と、前記校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とに基づいて、前記接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段とを備えており、前記校正手段は、第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第１のパラメータを用いて、前記検出された電圧値と電流値とを校正する第１校正手段と、スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第２のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第２校正手段とを備えている。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記校正手段は、スミスチャート上で表示した場合に前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第３のパラメータを用いて、前記第２校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第３校正手段をさらに備えている。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記校正手段は、スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第４の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第４のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第４校正手段と、前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスをスミスチャート上に表示した場合に、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているか、前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているかを判断する判断手段とをさらに備えており、前記判断手段によって前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第２校正手段によって校正を行い、前記判断手段によって前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第４校正手段によって校正を行う。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、校正された電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスが算出される。まず、第１の３つの基準負荷に基づいて算出された第１のパラメータによって、測定対象の負荷を接続して検出した電圧値と電流値とが校正され、インピーダンスが算出される。次に、当該算出されたインピーダンスに基づいて、より狭い範囲の３つのインピーダンスが決定される。当該３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷に基づいて算出された第２のパラメータと第１のパラメータとによって電圧値と電流値とが校正される。
【００２８】
第２のパラメータは第１のパラメータより狭いインピーダンスの範囲でのみ校正を行うために求められたものなので、インピーダンスが当該範囲に入っている場合は、第２のパラメータによる校正の精度は十分高いものになる。したがって、検出された電圧値と電流値とを高い精度で校正することができる。
【００２９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る校正方法の考え方を説明するための図である。
【図２】第１実施形態に係る高周波測定装置を用いたプラズマ処理システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る高周波測定装置の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図４】第１の校正パラメータおよび第２の校正パラメータを説明するための図である。
【図５】校正パラメータの各要素を算出するために行う、基準負荷のインピーダンスの測定方法を説明するための図である。
【図６】第１実施形態に係る高周波測定装置の校正方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図８】第３実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図９】スミスチャート上での各インピーダンスの位置を示すための図である。
【図１０】一般的なプラズマ処理システム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】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、プラズマ処理装置の監視に用いられる高周波測定装置の場合を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る校正方法の考え方を説明するための図であり、スミスチャート上での各インピーダンスの位置を示すための図である。
【００３３】
同図（ａ）の点Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、特性インピーダンスである５０Ω、開放状態のインピーダンス（無限大）に近いインピーダンス、短絡状態のインピーダンス（ゼロ）に近いインピーダンスの位置を示している。点Ａ，Ｂ，Ｃのインピーダンスを基準として算出された校正パラメータは、点Ａ，Ｂ，Ｃで囲まれた範囲Ｄ、すなわち、スミスチャート上のほぼ全てのインピーダンスの範囲で校正を行うことができる。しかし、高周波測定装置が実際に測定を行うプラズマ処理装置（以下、「測定対象装置」とする。）のインピーダンスがそこまで広いインピーダンスの範囲で変化することはないので、ほぼ全てのインピーダンスの範囲で校正を行う必要はない。つまり、広いインピーダンスの範囲で精度の低い校正を行うより、狭いインピーダンスの範囲で精度の高い校正を行うことが期待される。
【００３４】
例えば、測定対象装置のインピーダンスが同図（ｂ）の範囲Ｅの中でのみ変化する場合、範囲Ｅ以外のインピーダンスでの校正を考える必要はない。この場合、範囲Ｅを囲む点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のインピーダンスを基準として校正パラメータを算出し当該校正パラメータで校正を行えば、点Ａ，Ｂ，Ｃのインピーダンスを基準として算出した校正パラメータで校正を行う場合より、精度の高い校正を行うことができる。しかし、測定対象装置のインピーダンスが点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’で囲まれた範囲外にある場合、点Ａ，Ｂ，Ｃのインピーダンスを基準として算出した校正パラメータで校正を行うより、校正の精度は低くなる。したがって、測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を含むように点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を決定する必要がある。
【００３５】
本発明は、低精度だが広いインピーダンスの範囲で校正可能な校正パラメータで校正を行って測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を確認し、当該変化範囲でのみ高精度に校正可能な校正パラメータで校正を行うという、多段階の校正を行うものである。
【００３６】
まず、測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を確認するために、精度は低いが広いインピーダンスの範囲で校正を行うことができる第１の校正パラメータを算出して設定する。第１の校正パラメータの算出方法は後述する。次に、高周波測定装置を測定対象装置に接続して、プラズマ処理中のインピーダンスを測定する。このインピーダンス測定値は、第１の校正パラメータで校正された電流値と電圧値とに基づいて算出されたものである。したがって精度は低いが、プラズマ処理中のインピーダンスの範囲を確認することはできる。次に、確認されたインピーダンスの範囲を含む狭いインピーダンスの範囲でのみ精度の高い校正を行うことができる第２の校正パラメータを算出して設定する。第２の校正パラメータの算出方法は後述する。検出した電流値と電圧値を、第１の校正パラメータおよび第２の校正パラメータで校正することにより、精度の高い校正を行うことができる。
【００３７】
図２は、第１実施形態に係る高周波測定装置を用いたプラズマ処理システムの構成を説明するためのブロック図である。
【００３８】
プラズマ処理システムＡは、半導体ウェハや液晶基板などの被加工物に対して高周波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。同図に示すようにプラズマ処理システムＡは、高周波電源装置１、インピーダンス整合装置２、高周波測定装置３、およびプラズマ処理装置４を備えている。高周波電源装置１には、例えば同軸ケーブルからなる伝送線路を介してインピーダンス整合装置２が接続され、インピーダンス整合装置２には、例えば棒状の銅などからなる伝送線路５を介してプラズマ処理装置４が接続されている。高周波測定装置３は伝送線路５上に設置されている。なお、プラズマ処理システムＡは、特性インピーダンスが５０Ω系として構成されている。
【００３９】
高周波電源装置１は、高周波電力を供給するものであって、例えば数百ｋＨｚ以上の周波数を有する高周波電力を出力することができる電源装置である。
【００４０】
インピーダンス整合装置２は、高周波電源装置１とプラズマ処理装置４とのインピーダンスを整合させるものである。インピーダンス整合装置２は、図示しない可変リアクタンス素子（例えば、可変キャパシタ、可変インダクタ等）を備えており、可変リアクタンス素子のリアクタンスを変化させることでインピーダンスを変化させる。インピーダンス整合装置２は、インピーダンス整合装置２の入力端ａから負荷側を見たインピーダンスが特性インピーダンスとなるように、インピーダンス整合装置２の出力端ｂから負荷側を見たインピーダンスを変換する。
【００４１】
なお、インピーダンス整合装置２内部の電源側には、図示しない高周波測定装置が設けられている。当該高周波測定装置はインピーダンス整合装置２の入力端ａから負荷側を見たインピーダンスを測定するものであり、インピーダンス整合装置２は測定されたインピーダンスが特性インピーダンスになるように、可変リアクタンス素子のリアクタンスを変化させる。
【００４２】
プラズマ処理装置４は、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物をエッチングやＣＶＤ等の方法を用いて加工するための装置である。なお、図示しないが、プラズマ処理装置４は、プラズマを発生させるための窒素ガスやアルゴンガスなどの所定のガスを封入するための容器（チャンバー）と、高周波電源装置１からの高周波電力を容器内のガスに供給するための一対の電極を備えている。
【００４３】
高周波測定装置３は、プラズマ処理中のプラズマ処理装置４の状態を監視するために、プラズマ処理装置４のインピーダンスおよび反射係数や、プラズマ処理装置４の入力端ｃにおける高周波電圧、高周波電流、進行波電力、および反射波電力などの高周波パラメータを測定する、いわゆるＲＦセンサである。なお、測定されるインピーダンスは高周波電圧および高周波電流を検出する点（測定点）から負荷側を見たインピーダンスであるが、測定点がプラズマ処理装置４の入力端ｃ近傍なので、プラズマ処理装置４のインピーダンスに相当する。
【００４４】
図３は、高周波測定装置３の内部構成を説明するためのブロック図である。
【００４５】
同図に示すように、高周波測定装置３は、カレントトランス部３１、電流用変換回路３２、コンデンサ部３３、電圧用変換回路３４、実効値算出回路３５，３６、位相差検出回路３７、校正回路３８、およびインピーダンス算出回路３９を備えている。
【００４６】
カレントトランス部３１は、伝送線路５に流れる高周波電流に応じた電流を検出するものであり、検出した電流を電流用変換回路３２に出力する。電流用変換回路３２は、入力された電流をデジタル信号である電流信号ｉに変換して、実効値算出回路３５および位相差検出回路３７に出力する。コンデンサ部３３は、伝送線路５に生じる高周波電圧に応じた電圧を検出するものであり、検出した電圧を電圧用変換回路３４に出力する。電圧用変換回路３４は、入力された電圧をデジタル信号である電圧信号ｖに変換して、実効値算出回路３６および位相差検出回路３７に出力する。
【００４７】
実効値算出回路３５は、電流実効値を算出するものである。実効値算出回路３５は、電流用変換回路３２より入力される電流信号ｉから電流実効値Ｉを算出して、校正回路３８に出力する。実効値算出回路３６は、電圧実効値を算出するものである。実効値算出回路３６は、電圧用変換回路３４より入力される電圧信号ｖから電圧実効値Ｖを算出して、校正回路３８に出力する。位相差検出回路３７は、電流と電圧の位相差を検出するものである。位相差検出回路３７は、電流用変換回路３２より入力される電流信号ｉと電圧用変換回路３４より入力される電圧信号ｖとから位相差θを算出して、校正回路３８に出力する。
【００４８】
校正回路３８は、電流実効値Ｉ、電圧実効値Ｖ、および位相差θの校正を行うものである。校正回路３８は、実効値算出回路３５より入力される電流実効値Ｉ、実効値算出回路３６より入力される電圧実効値Ｖ、および位相差検出回路３７より入力される位相差θを校正して、校正後の電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’をインピーダンス算出回路３９に出力する。
【００４９】
校正回路３８は、ベクトル変換部３８１、第１校正部３８２、第２校正部３８３、およびベクトル逆変換部３８４を備えており、ベクトルである電流および電圧に対して２段階で校正を行う。ベクトル変換部３８１は、入力される電流実効値Ｉ、電圧実効値Ｖ、および位相差θから、ベクトルである電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を算出して第１校正部３８２に出力する。電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0は、電流信号Ｉ0の位相を基準（実数軸、虚数部０）として、Ｉ0＝Ｉ＋ｊ０、Ｖ0＝Ｖｃｏｓθ＋ｊＶｓｉｎθで算出される。第１校正部３８２は、図示しないメモリに記録されている第１の校正パラメータＸを用いて、ベクトル変換部３８１から入力される電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0に第１段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を第２校正部３８３に出力する。第２校正部３８３は、メモリに記録されている第２の校正パラメータＸ’を用いて、第１校正部３８２から入力される電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に第２段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2をベクトル逆変換部３８４に出力する。ベクトル逆変換部３８４は、第２校正部３８３から入力される校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2から、校正後の電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’を算出して出力する。
【００５０】
第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’は、それぞれ３つの基準負荷に基づいて算出されて、メモリに記録されている。以下に、第１の校正パラメータＸを算出する方法について説明する。
【００５１】
ベクトル変換部３８１から出力される電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0と、伝送線路５に流れる高周波電流および伝送線路５に生じる高周波電圧との関係を２端子対回路に置き換えると、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に校正する第１の校正パラメータＸを、図４（ａ）に示す２次元のベクトル行列と考えることができる。
【００５２】
高周波測定装置３を３つの基準負荷に接続して、それぞれ高周波測定装置３でインピーダンスを測定し、これらのインピーダンス測定値と３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を算出することができる。なお、当該算出を行うためには、基準となる電圧値と電流値の絶対値が必要となる。電圧値と電流値の絶対値を基準値として利用するには、精度の高い電力測定値が必要となる。精度の高い電力測定値を測定するには、反射電力が０となる負荷を接続して測定するのが最もよい。したがって、本実施形態では、反射電力０を実現するために、特性インピーダンスと同一のインピーダンス（すなわち、５０Ω）を有する負荷を基準負荷の１つに選定している。なお、上述したように、基準負荷の１つを特性インピーダンスを有する負荷としているのは精度の高い電力測定値を測定するためであるので、電力測定値を高い精度で測定できるのであれば、特性インピーダンス以外の負荷を用いるようにしてもよい。
【００５３】
実際に基準負荷に高周波測定装置３を接続して基準負荷のインピーダンスを測定した場合、高周波測定装置３は基準負荷の入力端でのインピーダンスを測定することができず、測定されたインピーダンスには高周波測定装置３自体のインピーダンスも含まれることになる。したがって、基準負荷のみのインピーダンスを真値として第１の校正パラメータＸを算出することはできない。本実施形態では、接続された負荷に高周波測定装置３を含めた全体を基準負荷とみなして、当該基準負荷のインピーダンスをインピーダンスアナライザで測定し、当該測定値を基準負荷の真値として第１の校正パラメータＸを算出する。
【００５４】
なお、基準負荷のうちの２つは、できるだけ広いインピーダンスの範囲を含めるために、開放状態のインピーダンスおよび短絡状態のインピーダンスにそれぞれ近いインピーダンスを有する負荷とすることが望ましい。一方、基準負荷として開放状態または短絡状態に近すぎるインピーダンスを有する負荷を用いた場合、高周波測定装置３によって検出される電圧値または電流値の一方が他方に比べ極めて小さい値になる。この場合、第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を適切に算出することができない。したがって、本実施形態では、反射係数の大きさが例えば０．９以下である負荷を基準負荷としている。
【００５５】
図５は、第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を算出するために行う、基準負荷のインピーダンスの測定方法を説明するための図である。
【００５６】
当該測定は、同図に示すように、高周波測定装置３の出力端ｃにダミーロード６を接続し、高周波測定装置３の入力端ｂにインピーダンスアナライザ７を接続して行われる。
【００５７】
ダミーロード６は、所定の基準負荷を再現するための負荷装置であり、高周波測定装置３の入力端ｂから負荷側を見たインピーダンス、すなわちダミーロード６および高周波測定装置３全体のインピーダンスを所定の基準負荷のインピーダンスにする。ダミーロード６は、図示しない可変リアクタンス素子（例えば、可変キャパシタ、可変インダクタ等）のリアクタンスを変化させることでインピーダンスを変化させる。ダミーロード６は、特性インピーダンス（５０Ω）を有する基準負荷と、開放状態のインピーダンスおよび短絡状態のインピーダンスにそれぞれ近く反射係数が０．９以下である２つの基準負荷とを、所定の基準負荷として再現できるようにあらかじめ設定されている。なお、ダミーロード６を接続して設定を切り替えることで３つの所定の基準負荷を再現する代わりに、所定の基準負荷を再現するための３つの負荷を順に接続するようにしてもよい。
【００５８】
インピーダンスアナライザ７は、インピーダンスを測定するものであり、高周波測定装置３の入力端ｂから負荷側を見たインピーダンス、すなわち基準負荷のインピーダンスを測定する。
【００５９】
第１の校正パラメータＸの算出のための基準負荷のインピーダンスの測定は、各基準負荷を再現してインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでそれぞれインピーダンスを測定することで行われる。なお、高周波測定装置３が測定するインピーダンスの真値を得る方法があれば、インピーダンスアナライザ７を用いなくてもよい。
【００６０】
高周波測定装置３によって測定される３つの基準負荷のインピーダンス測定値と、当該３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから、第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を算出することができる。算出された第１の校正パラメータＸを用いて、図４（ａ）より、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に変換することができる。すなわち、図４（ａ）より導かれる下記（６）、（７）式より、校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を算出することができる。
【００６１】
【数２】
【００６２】
第２の校正パラメータＸ’を算出する方法も、上記第１の校正パラメータＸを算出する方法と同様である。上記と同様に、第１校正部３８２から出力される電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1と、伝送線路５に流れる高周波電流および伝送線路５に生じる高周波電圧との関係を２端子対回路に置き換えると、電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に校正する第２の校正パラメータＸ’を、図４（ｂ）に示す右側の２次元のベクトル行列と考えることができる。なお、図４（ｂ）全体としては、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を２次元のベクトル行列である第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’によって変換して校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2を出力する校正回路３８を示している。
【００６３】
第２の校正パラメータＸ'の各要素Ｘ'11、Ｘ'12、Ｘ'21、Ｘ'22も、上記と同様に、３つの基準負荷を再現したときにそれぞれ高周波測定装置３によって測定される基準負荷のインピーダンス測定値と、当該３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから算出される。
【００６４】
なお、３つの基準負荷の内の１つは、上記と同様に特性インピーダンス（５０Ω）を有する負荷とする必要があるが、残り２つの基準負荷は、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中のインピーダンスの変化範囲に基づいて決定される。すなわち、当該インピーダンスの変化範囲を含む狭いインピーダンスの範囲Ｅを特性インピーダンスを示す点Ａ’との間で囲むように点Ｂ'，Ｃ'が決定され（図１(ｂ)参照）、点Ｂ'，Ｃ'が示すインピーダンスを有する負荷が基準負荷に決定される。
【００６５】
算出された第２の校正パラメータＸ'を用いて、図４（ｂ）より、電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に変換することができる。すなわち、図４（ｂ）より導かれる下記（８）、（９）式より、校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2を算出することができる。
【００６６】
【数３】
【００６７】
インピーダンス算出回路３９は、インピーダンスを算出するものである。インピーダンス算出回路３９は、校正回路３８より入力される校正後の電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’から、上記（１）〜（３）式により、インピーダンスＺを算出して出力する。なお、高周波測定装置３は、進行波電力Ｐｆや反射波電力Ｐｒなどの高周波パラメータも算出して出力するが、同図においてはこれらを算出する構成の記載を省略している。
【００６８】
次に、高周波測定装置３の校正を行う手順について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
図６は、高周波測定装置３の校正の手順を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートは、高周波測定装置３でプラズマ処理装置４（測定対象装置）のインピーダンスを測定する場合の、検出された電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0の校正を行う処理手順を示している。
【００７０】
まず、高周波測定装置３にダミーロード６とインピーダンスアナライザ７とを接続して（図５参照）、ダミーロード６によって第１の基準負荷の再現を行い、インピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでそれぞれインピーダンスを測定する(Ｓ１)。なお、第１の基準負荷は３つ設定されているので、それぞれの第１の基準負荷を再現して、それぞれインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでインピーダンスを測定する。当該第１の基準負荷は、特性インピーダンス（５０Ω）を有する基準負荷と、開放状態のインピーダンスおよび短絡状態のインピーダンスにそれぞれ近く反射係数が０．９以下である２つの基準負荷としている。
【００７１】
ステップＳ１でインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３によって測定された、３つの第１の基準負荷のそれぞれのインピーダンスから、第１の校正パラメータＸを算出して、高周波測定装置３の図示しないメモリに記録する（Ｓ２）。本実施形態では、高周波測定装置３の図示しない演算回路が、インピーダンス算出回路３９で算出されるインピーダンスとインピーダンスアナライザ７から入力されるインピーダンスとをメモリに記録しておき、３つの第１の基準負荷を測定した後に第１の校正パラメータＸの各要素を算出してメモリに記録する。なお、第１の校正パラメータＸの算出は高周波測定装置３の演算回路が行う場合に限定されず、例えば、作業者が別途行うようにしてもよい。この場合、作業者が高周波測定装置３の図示しない入力手段で第１の校正パラメータＸを入力することで、メモリに記録すればよい。
【００７２】
次に、高周波測定装置３を実際に使用されるプラズマ処理システムＡに設置して（図２参照）、実際にプラズマ処理を行っているときのプラズマ処理装置４（測定対象装置）のインピーダンスを測定する（Ｓ３）。このとき、高周波測定装置３は、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0をメモリに記録された第１の校正パラメータＸで校正して、校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に基づいてインピーダンスＺを算出する。したがって、高周波測定装置３によって測定されたインピーダンスＺは、精度は高くないがある程度信用できるものである。
【００７３】
ステップＳ３で高周波測定装置３によって測定されたインピーダンスから、プラズマ処理を行っているときのプラズマ処理装置４のインピーダンスの変化範囲を確認し、第２の基準負荷を決定する（Ｓ４）。第２の基準負荷のうちの１つは、特性インピーダンス（５０Ω）を有する基準負荷とされ、残り２つの基準負荷は、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中のインピーダンスの変化範囲に基づいて決定される。本実施形態では、高周波測定装置３の図示しない演算回路が、インピーダンス算出回路３９で算出されるインピーダンスＺに基づいて、残り２つの基準負荷のインピーダンスを決定する。なお、残り２つの基準負荷のインピーダンスの決定は高周波測定装置３の演算回路が行う場合に限定されず、例えば、作業者がインピーダンスの測定値に基づいて別途行うようにしてもよい。
【００７４】
次に、ふたたび高周波測定装置３にダミーロード６とインピーダンスアナライザ７とを接続して（図５参照）、ダミーロード６によって第２の基準負荷の再現を行い、インピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでそれぞれインピーダンスを測定する(Ｓ５)。なお、第２の基準負荷は３つ設定されているので、それぞれの第２の基準負荷を再現して、それぞれインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでインピーダンスを測定する。
【００７５】
ステップＳ５でインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３によって測定された、３つの第２の基準負荷のそれぞれのインピーダンスから、第２の校正パラメータＸ’を算出して、高周波測定装置３のメモリに記録する（Ｓ６）。本実施形態では、高周波測定装置３の演算回路が、インピーダンス算出回路３９で算出されるインピーダンスとインピーダンスアナライザ７から入力されるインピーダンスとをメモリに記録しておき、３つの第２の基準負荷を測定した後に第２の校正パラメータＸ’の各要素を算出してメモリに記録する。なお、第２の校正パラメータＸ’の算出は高周波測定装置３の演算回路が行う場合に限定されず、例えば、作業者が別途行うようにしてもよい。この場合、作業者が高周波測定装置３の図示しない入力手段で第２の校正パラメータＸ’を入力することで、メモリに記録すればよい。
【００７６】
次に、ふたたび高周波測定装置３を実際に使用されるプラズマ処理システムＡに設置して（図２参照）、実際にプラズマ処理を行っているときのプラズマ処理装置４（測定対象装置）のインピーダンスを測定する（Ｓ７）。このとき、高周波測定装置３は、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0をメモリに記録された第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’で校正して、校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に基づく電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’からインピーダンスＺを算出する。第２の校正パラメータＸ’による校正の精度は十分高いものなので、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を高い精度で校正することができる。したがって、高周波測定装置３によって測定された電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、およびインピーダンスＺは、精度が高く信用できるものである。
【００７７】
なお、上記校正の処理手順は、高周波測定装置３のメモリに第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’が記録されていない場合の処理手順である。上記処理手順のうちステップＳ１およびＳ２については毎回行なう必要はなく、１度行ってメモリに第１の校正パラメータＸを記録しておけばよい。この処理は、高周波測定装置３の製造時に、製造メーカが行っておいてもよい。一方、ステップＳ３以降の処理は、プラズマ処理の内容（使用するガスの種類やガスの圧力など）や、高周波測定装置３を設置するプラズマ処理装置４が変わるたびに行う必要がある。
【００７８】
上記のように、本発明においては、２段階の校正が行われる。すなわち、まず、低精度だが広いインピーダンスの範囲で校正可能な第１の校正パラメータＸで校正が行われて測定対象装置のインピーダンスの変化範囲が確認され、次に、当該変化範囲でのみ高精度に校正可能な第２の校正パラメータＸ’で校正が行われる。第１の校正パラメータＸは低精度だが広いインピーダンスの範囲で校正を行うことができるので、当初はどこに位置するかわからない測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を確認することができる。第２の校正パラメータＸ’は第１の校正パラメータＸより狭いインピーダンスの範囲でのみ校正を行うために求められたものなので、インピーダンスが当該範囲に入っている場合に、第２の校正パラメータＸ’による校正の精度は十分高いものになる。したがって、検出された電圧および電流を高い精度で校正することができる。
【００７９】
なお、上記実施形態では２段階の校正を行う場合について説明したが、校正は２段階に限定されない。校正の段階数を多くすれば、校正の精度をさらに高いものにすることができる。以下に、３段階の校正を行う場合を第２実施形態として説明する。
【００８０】
図７は、第２実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。なお、同図において、図３に示す高周波測定装置３の校正回路３８と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図７に示す校正回路３８'は、第３校正部３８５を備えている点で、図３に示す校正回路３８と異なる。
【００８１】
第３校正部３８５は、メモリに記録されている第３の校正パラメータＸ”を用いて、第２校正部３８３から入力される電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に第３段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ3および電圧信号Ｖ3を出力する。第３の校正パラメータＸ”は、上記第２の校正パラメータＸ’を算出する方法と同様の方法で算出される。すなわち、第３の３つの基準負荷を再現したときにそれぞれ高周波測定装置３によって測定される基準負荷のインピーダンス測定値と、当該３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから算出される。第３の３つの基準負荷の内の１つは、上記と同様に特性インピーダンス（５０Ω）を有する負荷とされ、残り２つの基準負荷は、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中のインピーダンスの変化範囲に基づいて決定される。このとき、測定されるプラズマ処理装置４のインピーダンスは、第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ'を用いて高い精度で校正された校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2から算出されるので、精度が高く信頼性の高い測定値となる。したがって、インピーダンスの変化範囲を含むインピーダンスの範囲をより狭い範囲として設定することができるので、第３の校正パラメータＸ”による校正の精度を、第２の校正パラメータＸ’による校正の精度より高いものとすることができる。
【００８２】
上記第１実施形態および第２実施形態の場合、プラズマ処理装置４のプラズマ処理の内容（使用するガスの種類やガスの圧力など）を変更したりするたびに、図６に示すフローチャートのステップＳ３〜Ｓ６の処理手順を行なう必要がある。プラズマ処理装置４の処理内容毎の第２の校正パラメータＸ’をメモリに記録しておき、処理内容毎に第２の校正パラメータＸ’を切り替えるようにすれば、校正の処理手順を簡略化することができる。以下に、２種類の処理内容毎の第２の校正パラメータＸ’を記録しておく場合を第３実施形態として説明する。
【００８３】
図８は、第３実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。なお、同図において、図３に示す高周波測定装置３の校正回路３８と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図８に示す校正回路３８”は、第４校正部３８６および選択部３８７を備えている点で、図３に示す校正回路３８と異なる。
【００８４】
第４校正部３８６は、メモリに記録されている第４の校正パラメータＸ'''を用いて、
第１校正回路３８２から入力される電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に第２段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ2'および電圧信号Ｖ2'を出力する。第４の校正パラメータＸ'''は、上記第２の校正パラメータＸ’を算出する方法と同様の方法で算出される。ただし、第２の校正パラメータＸ’を算出したときとはプラズマ処理装置４のプラズマ処理内容が異なるものなので、プラズマ処理装置４のインピーダンスの変化範囲も異なるものとなる。このインピーダンスの変化範囲に基づいて第４の基準負荷が決定され、第４の校正パラメータＸ’’’が算出される。
【００８５】
図９は、スミスチャート上での各インピーダンスの位置を示すための図である。範囲Ｅを囲む点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’は、第２の基準負荷のインピーダンスの位置を示しており、範囲Ｆを囲む点Ａ”，Ｂ”，Ｃ”は、第４の基準負荷のインピーダンスの位置を示している。なお、点Ａ’および点Ａ”は、ともに特性インピーダンスである５０Ωの位置を示している。プラズマ処理中の高周波測定装置３のインピーダンスが範囲Ｅ内にある場合、範囲Ｅを囲む点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のインピーダンスを基準として算出された第２の校正パラメータＸ’を用いれば高い精度で校正を行うことができる。また、プラズマ処理中の高周波測定装置３のインピーダンスが範囲Ｆ内にある場合、範囲Ｆを囲む点Ａ”，Ｂ”，Ｃ”のインピーダンスを基準として算出された第４の校正パラメータＸ'''を用いれば高い精度で校正を行うことができる。
【００８６】
選択部３８７は、第２段階の校正で第２の校正パラメータＸ'と第４の校正パラメータＸ'''のいずれを用いるかを選択するものである。選択部３８７は、インピーダンス算出回路３９から出力されるインピーダンスＺが入力され、当該インピーダンスＺが範囲Ｅ内にあるか範囲Ｆ内にあるかを判別する。インピーダンスＺが範囲Ｅ内にあると判別した場合、第２校正部３８３から入力される校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2を出力する。一方、インピーダンスＺが範囲Ｆ内にあると判別した場合、第４校正部３８６から入力される校正後の電流信号Ｉ2'および電圧信号Ｖ2'を出力する。
【００８７】
第３実施形態によると、インピーダンス算出回路３９から出力されるインピーダンスＺに基づいて、第２段階の校正で用いるパラメータを第２の校正パラメータＸ'と第４の校正パラメータＸ'''とで自動的に切り替えることができる。したがって、プラズマ処理の内容を変更するたびに校正のための処理手順を行う必要がない。なお、インピーダンス算出回路３９から出力されるインピーダンスＺに基づいて自動的に切り替える代わりに、プラズマ処理の内容に応じて作業者が手動で切り替えるようにしてもよい。また、第２段階の校正で用いるパラメータを３種類以上用意するようにしてもよい。
【００８８】
本発明に係る高周波測定装置、および、高周波測定装置の校正方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る高周波測定装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００８９】
Ａ プラズマ処理システム
１ 高周波電源装置
２ インピーダンス整合装置
３ 高周波測定装置
３１ カレントトランス部（電流検出手段）
３２ 電流用変換回路（電流検出手段）
３３ コンデンサ部（電圧検出手段）
３４ 電圧用変換回路（電圧検出手段）
３５ 実効値算出回路
３６ 実効値算出回路
３７ 位相差検出回路
３８，３８'，３８” 校正回路
３８１ ベクトル変換部
３８２ 第１校正部
３８３ 第２校正部
３８４ ベクトル逆変換部
３８５ 第３校正部
３８６ 第４校正部
３８７ 選択部（判断手段）
３９ インピーダンス算出回路
４ プラズマ処理装置
５ 伝送線路
６ ダミーロード
７ インピーダンスアナライザ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電圧および高周波電流を検出しインピーダンス等の高周波パラメータを算出することで測定する高周波測定装置、および、当該高周波測定装置の校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波電源装置から出力される高周波電力をプラズマ処理装置に供給し、エッチング等の方法を用いて半導体ウェハや液晶基板等の被加工物を加工するプラズマ処理システムが開発されている。
【０００３】
図１０は、一般的なプラズマ処理システムの構成を示すブロック図である。
【０００４】
プラズマ処理中にプラズマ処理装置４００のインピーダンスは変動するので、当該プラズマ処理装置４００の入力端で反射した反射波電力が高周波電源装置１００を損傷する虞がある。したがって、プラズマ処理システムＡ１００においては、一般に、高周波電源装置１００とプラズマ処理装置４００との間にインピーダンス整合装置２００が設けられており、当該インピーダンス整合装置２００がプラズマ処理装置４００のインピーダンス変動に応じて整合動作を行っている。また、プラズマ処理中のプラズマ処理装置４００のインピーダンスやプラズマ処理装置４００の入力端における高周波電圧および高周波電流などの監視を行う必要がある。
【０００５】
プラズマ処理装置４００の監視は、プラズマ処理装置４００の入力端に設けられた高周波測定装置３００が測定する各種高周波パラメータを用いて行われる。また、インピーダンス整合装置２００の整合動作は、インピーダンス整合装置２００の内部に設けられた高周波測定装置（図示せず）が測定する各種高周波パラメータに基づく制御によって行われる。なお、以下では、高周波測定装置３００を例として説明を行う。
【０００６】
高周波測定装置３００は、高周波電圧（以下、単に「電圧」という。）と高周波電流（以下、単に「電流」という。）を検出し、その検出値から電圧と電流の位相差（以下、単に「位相差」という。）θを求めるとともに、電圧実効値Ｖ、電流実効値Ｉ、インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸ（測定点がプラズマ処理装置４００の入力端近傍なので、プラズマ処理装置４００のインピーダンスに相当する。）、反射係数Γ、プラズマ処理装置４００に入力される進行波電力Ｐｆ、インピーダンス不整合によりプラズマ処理装置４００の入力端で反射される反射波電力Ｐｒなどの高周波パラメータを算出する。
【０００７】
高周波測定装置３００は、プラズマ処理装置４００に電力を伝送するための棒状の導電体に容量結合させたコンデンサと同胴体部に磁気結合させたコイルとを有し、コンデンサによって電圧ｖ＝√２・Ｖ・sin（ωt）を、また、コイルによって電流ｉ＝√２・Ｉ・sin（ωt＋θ）を検出する。また、高周波測定装置３００は、検出した電圧ｖおよび電流ｉから電圧実効値Ｖ、電流実効値Ｉ、位相差θを求め、これらを用いて下記（１）〜（５）式により上記の高周波パラメータを算出する。すなわち、高周波測定装置３００は、電圧ｖと電流ｉを検出するセンサとそのセンサの検出値から上記の高周波パラメータを算出する演算処理回路を備えた、いわゆるＲＦセンサと呼ばれるものである。
【０００８】
【数１】
【０００９】
一般に、計測装置や測定装置は、センサの感度がばらつき当該センサで検出される検出値が正しい値と異なるため、予め基準となる被測定物を測定して検出値を正しい値に換算する校正パラメータを取得しておき、実際の測定では検出値を当該校正パラメータで正しい検出値に校正して出力する構成となっている。
【００１０】
高周波測定装置３００が検出した電圧ｖおよび電流ｉの校正では、例えば、ＳＯＬＴ（Short-Open-Load-Thru）校正が用いられる。ＳＯＬＴ校正では、まず、インピーダンスの真値があらかじめ特定された標準器に高周波測定装置３００を接続し、高周波測定装置３００によってインピーダンスを測定する。標準器としては、測定系の特性インピーダンス（測定のために高周波を伝送する伝送線路の特性インピーダンス。一般には５０Ω又は７５Ω）を有するダミーロード、開放状態のインピーダンス（無限大）、および、短絡状態のインピーダンス（ゼロ）にそれぞれ近いインピーダンスを有するダミーロードが用いられる。次に、高周波測定装置３００によって測定された各標準器のインピーダンスと各標準器のインピーダンスの真値とから、電圧ｖおよび電流ｉを校正するための校正パラメータを算出して、高周波測定装置３００のメモリ（図示せず）に記録する。実際の測定では、検出された電圧ｖおよび電流ｉを、メモリに記録されている校正パラメータで校正してから、各種高周波パラメータを算出する。
【００１１】
高周波測定装置３００のメモリに記録されている校正パラメータは、極限値である開放状態のインピーダンス（無限大）および短絡状態のインピーダンス（ゼロ）にそれぞれ近いインピーダンスと特性インピーダンスとに基づいて算出されているので、インピーダンスの極めて広い範囲で校正を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１６３３０８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の校正パラメータはインピーダンスの極めて広い範囲で校正を行うことができるように求められたものなので、当該校正パラメータによる校正の精度は十分高いものではない。すなわち、上記校正パラメータは、インピーダンスの極めて広い範囲で低い精度で校正を行うことができるものとなっている。しかし、実際にプラズマ処理装置４００の監視に高周波測定装置３００の測定値を用いる場合、校正の精度が高いことが求められる。
【００１４】
例えば、プラズマ処理装置４００はプラズマ処理を行っているときに高熱を発するので、プラズマ処理装置４００の近くに配置される高周波測定装置３００の周囲の温度も高くなる。温度が異なると抵抗成分が変化するので、校正を行ったときの周囲の温度と実際に測定を行うときの周囲の温度とが異なると、校正の精度がさらに低くなる。このことを考慮すると、温度条件も被測定負荷と検出部で同じにして求めることによって導出でき、高い精度で校正ができる校正パラメータを取得しておく必要がある。
【００１５】
また、プラズマ処理中は、検出された電圧ｖと電流ｉの位相差θは、９０°に近い値となることが多い。したがって、位相差θのわずかな誤差でもｃｏｓθの変化率は大きくなり、インピーダンスの抵抗成分Ｒや進行波電力Ｐｆの測定値に大きな影響を与える（上記(１)、(４)式参照）。したがって、位相差θの誤差を抑制するために、高い精度で校正を行う必要がある。
【００１６】
また、高周波測定装置３００の測定値を、Ｅチャックコントローラなどに用いる場合がある。Ｅチャックコントローラは、プラズマ処理装置４００のチャンバー内でウエハを固定するための静電チャックの強さを、測定された電流値および電圧値に基づいて制御する。したがって、測定された電流値および電圧値の誤差を極めて小さい範囲に抑える必要があり、機差特性も最小限におさえなければならない。そのため、高周波測定装置３００の検出値の校正は、精度を高くする必要がある。
【００１７】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、高周波測定装置によって検出された電圧および電流を高い精度で校正する方法、および、当該校正を行うことができる高周波測定装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１９】
本発明の第１の側面によって提供される校正方法は、プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出し、検出された電圧値と電流値とに基づいて、当該接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する高周波測定装置の前記電圧値と電流値の校正方法であって、第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記電圧値と電流値とを校正するための第１のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第１の行程と、前記高周波測定装置を測定対象の負荷に接続してプラズマ処理を行い、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータを用いて校正し、当該校正後の電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第２の行程と、スミスチャート上で表示した場合に、前記第２の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第３の行程と、前記３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第２のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第４の行程と、前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正する第５の行程とを備えている。
【００２０】
なお、高周波測定装置には、プラズマ処理装置に接続されて当該プラズマ処理装置を監視するために高周波パラメータを測定する高周波測定装置や、インピーダンス整合装置の内部に設けられて整合動作を制御するために高周波パラメータを測定する高周波測定装置などがある。また、検出された電圧値と電流値は、例えば、デジタル変換された電圧値と電流値や、電圧実効値と電流実効値、電圧最大値と電流最大値などである。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第５の行程によって校正された電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第６の行程と、スミスチャート上で表示した場合に、前記第６の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第７の行程と、前記第７の行程によって決定された３つのインピーダンスをそれぞれ有する第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第３のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第８の行程と、前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータ、第２のパラメータ、および第３のパラメータを用いて校正する第９の行程とをさらに備えている。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である。
【００２３】
本発明の第２の側面によって提供される高周波測定装置は、プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出する高周波測定装置であって、前記接続点における高周波電圧を検出する電圧検出手段と、前記接続点における高周波電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧値と前記電流検出手段によって検出された電流値とを校正する校正手段と、前記校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とに基づいて、前記接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段とを備えており、前記校正手段は、第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第１のパラメータを用いて、前記検出された電圧値と電流値とを校正する第１校正手段と、スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第２のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第２校正手段とを備えている。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記校正手段は、スミスチャート上で表示した場合に前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第３のパラメータを用いて、前記第２校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第３校正手段をさらに備えている。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記校正手段は、スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第４の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第４のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第４校正手段と、前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスをスミスチャート上に表示した場合に、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているか、前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているかを判断する判断手段とをさらに備えており、前記判断手段によって前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第２校正手段によって校正を行い、前記判断手段によって前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第４校正手段によって校正を行う。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、校正された電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスが算出される。まず、第１の３つの基準負荷に基づいて算出された第１のパラメータによって、測定対象の負荷を接続して検出した電圧値と電流値とが校正され、インピーダンスが算出される。次に、当該算出されたインピーダンスに基づいて、より狭い範囲の３つのインピーダンスが決定される。当該３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷に基づいて算出された第２のパラメータと第１のパラメータとによって電圧値と電流値とが校正される。
【００２８】
第２のパラメータは第１のパラメータより狭いインピーダンスの範囲でのみ校正を行うために求められたものなので、インピーダンスが当該範囲に入っている場合は、第２のパラメータによる校正の精度は十分高いものになる。したがって、検出された電圧値と電流値とを高い精度で校正することができる。
【００２９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る校正方法の考え方を説明するための図である。
【図２】第１実施形態に係る高周波測定装置を用いたプラズマ処理システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る高周波測定装置の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図４】第１の校正パラメータおよび第２の校正パラメータを説明するための図である。
【図５】校正パラメータの各要素を算出するために行う、基準負荷のインピーダンスの測定方法を説明するための図である。
【図６】第１実施形態に係る高周波測定装置の校正方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図８】第３実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図９】スミスチャート上での各インピーダンスの位置を示すための図である。
【図１０】一般的なプラズマ処理システム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】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、プラズマ処理装置の監視に用いられる高周波測定装置の場合を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る校正方法の考え方を説明するための図であり、スミスチャート上での各インピーダンスの位置を示すための図である。
【００３３】
同図（ａ）の点Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、特性インピーダンスである５０Ω、開放状態のインピーダンス（無限大）に近いインピーダンス、短絡状態のインピーダンス（ゼロ）に近いインピーダンスの位置を示している。点Ａ，Ｂ，Ｃのインピーダンスを基準として算出された校正パラメータは、点Ａ，Ｂ，Ｃで囲まれた範囲Ｄ、すなわち、スミスチャート上のほぼ全てのインピーダンスの範囲で校正を行うことができる。しかし、高周波測定装置が実際に測定を行うプラズマ処理装置（以下、「測定対象装置」とする。）のインピーダンスがそこまで広いインピーダンスの範囲で変化することはないので、ほぼ全てのインピーダンスの範囲で校正を行う必要はない。つまり、広いインピーダンスの範囲で精度の低い校正を行うより、狭いインピーダンスの範囲で精度の高い校正を行うことが期待される。
【００３４】
例えば、測定対象装置のインピーダンスが同図（ｂ）の範囲Ｅの中でのみ変化する場合、範囲Ｅ以外のインピーダンスでの校正を考える必要はない。この場合、範囲Ｅを囲む点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のインピーダンスを基準として校正パラメータを算出し当該校正パラメータで校正を行えば、点Ａ，Ｂ，Ｃのインピーダンスを基準として算出した校正パラメータで校正を行う場合より、精度の高い校正を行うことができる。しかし、測定対象装置のインピーダンスが点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’で囲まれた範囲外にある場合、点Ａ，Ｂ，Ｃのインピーダンスを基準として算出した校正パラメータで校正を行うより、校正の精度は低くなる。したがって、測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を含むように点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を決定する必要がある。
【００３５】
本発明は、低精度だが広いインピーダンスの範囲で校正可能な校正パラメータで校正を行って測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を確認し、当該変化範囲でのみ高精度に校正可能な校正パラメータで校正を行うという、多段階の校正を行うものである。
【００３６】
まず、測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を確認するために、精度は低いが広いインピーダンスの範囲で校正を行うことができる第１の校正パラメータを算出して設定する。第１の校正パラメータの算出方法は後述する。次に、高周波測定装置を測定対象装置に接続して、プラズマ処理中のインピーダンスを測定する。このインピーダンス測定値は、第１の校正パラメータで校正された電流値と電圧値とに基づいて算出されたものである。したがって精度は低いが、プラズマ処理中のインピーダンスの範囲を確認することはできる。次に、確認されたインピーダンスの範囲を含む狭いインピーダンスの範囲でのみ精度の高い校正を行うことができる第２の校正パラメータを算出して設定する。第２の校正パラメータの算出方法は後述する。検出した電流値と電圧値を、第１の校正パラメータおよび第２の校正パラメータで校正することにより、精度の高い校正を行うことができる。
【００３７】
図２は、第１実施形態に係る高周波測定装置を用いたプラズマ処理システムの構成を説明するためのブロック図である。
【００３８】
プラズマ処理システムＡは、半導体ウェハや液晶基板などの被加工物に対して高周波電力を供給して、例えばプラズマエッチングといった加工処理を行うものである。同図に示すようにプラズマ処理システムＡは、高周波電源装置１、インピーダンス整合装置２、高周波測定装置３、およびプラズマ処理装置４を備えている。高周波電源装置１には、例えば同軸ケーブルからなる伝送線路を介してインピーダンス整合装置２が接続され、インピーダンス整合装置２には、例えば棒状の銅などからなる伝送線路５を介してプラズマ処理装置４が接続されている。高周波測定装置３は伝送線路５上に設置されている。なお、プラズマ処理システムＡは、特性インピーダンスが５０Ω系として構成されている。
【００３９】
高周波電源装置１は、高周波電力を供給するものであって、例えば数百ｋＨｚ以上の周波数を有する高周波電力を出力することができる電源装置である。
【００４０】
インピーダンス整合装置２は、高周波電源装置１とプラズマ処理装置４とのインピーダンスを整合させるものである。インピーダンス整合装置２は、図示しない可変リアクタンス素子（例えば、可変キャパシタ、可変インダクタ等）を備えており、可変リアクタンス素子のリアクタンスを変化させることでインピーダンスを変化させる。インピーダンス整合装置２は、インピーダンス整合装置２の入力端ａから負荷側を見たインピーダンスが特性インピーダンスとなるように、インピーダンス整合装置２の出力端ｂから負荷側を見たインピーダンスを変換する。
【００４１】
なお、インピーダンス整合装置２内部の電源側には、図示しない高周波測定装置が設けられている。当該高周波測定装置はインピーダンス整合装置２の入力端ａから負荷側を見たインピーダンスを測定するものであり、インピーダンス整合装置２は測定されたインピーダンスが特性インピーダンスになるように、可変リアクタンス素子のリアクタンスを変化させる。
【００４２】
プラズマ処理装置４は、半導体ウェハや液晶基板等の被加工物をエッチングやＣＶＤ等の方法を用いて加工するための装置である。なお、図示しないが、プラズマ処理装置４は、プラズマを発生させるための窒素ガスやアルゴンガスなどの所定のガスを封入するための容器（チャンバー）と、高周波電源装置１からの高周波電力を容器内のガスに供給するための一対の電極を備えている。
【００４３】
高周波測定装置３は、プラズマ処理中のプラズマ処理装置４の状態を監視するために、プラズマ処理装置４のインピーダンスおよび反射係数や、プラズマ処理装置４の入力端ｃにおける高周波電圧、高周波電流、進行波電力、および反射波電力などの高周波パラメータを測定する、いわゆるＲＦセンサである。なお、測定されるインピーダンスは高周波電圧および高周波電流を検出する点（測定点）から負荷側を見たインピーダンスであるが、測定点がプラズマ処理装置４の入力端ｃ近傍なので、プラズマ処理装置４のインピーダンスに相当する。
【００４４】
図３は、高周波測定装置３の内部構成を説明するためのブロック図である。
【００４５】
同図に示すように、高周波測定装置３は、カレントトランス部３１、電流用変換回路３２、コンデンサ部３３、電圧用変換回路３４、実効値算出回路３５，３６、位相差検出回路３７、校正回路３８、およびインピーダンス算出回路３９を備えている。
【００４６】
カレントトランス部３１は、伝送線路５に流れる高周波電流に応じた電流を検出するものであり、検出した電流を電流用変換回路３２に出力する。電流用変換回路３２は、入力された電流をデジタル信号である電流信号ｉに変換して、実効値算出回路３５および位相差検出回路３７に出力する。コンデンサ部３３は、伝送線路５に生じる高周波電圧に応じた電圧を検出するものであり、検出した電圧を電圧用変換回路３４に出力する。電圧用変換回路３４は、入力された電圧をデジタル信号である電圧信号ｖに変換して、実効値算出回路３６および位相差検出回路３７に出力する。
【００４７】
実効値算出回路３５は、電流実効値を算出するものである。実効値算出回路３５は、電流用変換回路３２より入力される電流信号ｉから電流実効値Ｉを算出して、校正回路３８に出力する。実効値算出回路３６は、電圧実効値を算出するものである。実効値算出回路３６は、電圧用変換回路３４より入力される電圧信号ｖから電圧実効値Ｖを算出して、校正回路３８に出力する。位相差検出回路３７は、電流と電圧の位相差を検出するものである。位相差検出回路３７は、電流用変換回路３２より入力される電流信号ｉと電圧用変換回路３４より入力される電圧信号ｖとから位相差θを算出して、校正回路３８に出力する。
【００４８】
校正回路３８は、電流実効値Ｉ、電圧実効値Ｖ、および位相差θの校正を行うものである。校正回路３８は、実効値算出回路３５より入力される電流実効値Ｉ、実効値算出回路３６より入力される電圧実効値Ｖ、および位相差検出回路３７より入力される位相差θを校正して、校正後の電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’をインピーダンス算出回路３９に出力する。
【００４９】
校正回路３８は、ベクトル変換部３８１、第１校正部３８２、第２校正部３８３、およびベクトル逆変換部３８４を備えており、ベクトルである電流および電圧に対して２段階で校正を行う。ベクトル変換部３８１は、入力される電流実効値Ｉ、電圧実効値Ｖ、および位相差θから、ベクトルである電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を算出して第１校正部３８２に出力する。電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0は、電流信号Ｉ0の位相を基準（実数軸、虚数部０）として、Ｉ0＝Ｉ＋ｊ０、Ｖ0＝Ｖｃｏｓθ＋ｊＶｓｉｎθで算出される。第１校正部３８２は、図示しないメモリに記録されている第１の校正パラメータＸを用いて、ベクトル変換部３８１から入力される電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0に第１段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を第２校正部３８３に出力する。第２校正部３８３は、メモリに記録されている第２の校正パラメータＸ’を用いて、第１校正部３８２から入力される電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に第２段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2をベクトル逆変換部３８４に出力する。ベクトル逆変換部３８４は、第２校正部３８３から入力される校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2から、校正後の電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’を算出して出力する。
【００５０】
第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’は、それぞれ３つの基準負荷に基づいて算出されて、メモリに記録されている。以下に、第１の校正パラメータＸを算出する方法について説明する。
【００５１】
ベクトル変換部３８１から出力される電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0と、伝送線路５に流れる高周波電流および伝送線路５に生じる高周波電圧との関係を２端子対回路に置き換えると、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に校正する第１の校正パラメータＸを、図４（ａ）に示す２次元のベクトル行列と考えることができる。
【００５２】
高周波測定装置３を３つの基準負荷に接続して、それぞれ高周波測定装置３でインピーダンスを測定し、これらのインピーダンス測定値と３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を算出することができる。なお、当該算出を行うためには、基準となる電圧値と電流値の絶対値が必要となる。電圧値と電流値の絶対値を基準値として利用するには、精度の高い電力測定値が必要となる。精度の高い電力測定値を測定するには、反射電力が０となる負荷を接続して測定するのが最もよい。したがって、本実施形態では、反射電力０を実現するために、特性インピーダンスと同一のインピーダンス（すなわち、５０Ω）を有する負荷を基準負荷の１つに選定している。なお、上述したように、基準負荷の１つを特性インピーダンスを有する負荷としているのは精度の高い電力測定値を測定するためであるので、電力測定値を高い精度で測定できるのであれば、特性インピーダンス以外の負荷を用いるようにしてもよい。
【００５３】
実際に基準負荷に高周波測定装置３を接続して基準負荷のインピーダンスを測定した場合、高周波測定装置３は基準負荷の入力端でのインピーダンスを測定することができず、測定されたインピーダンスには高周波測定装置３自体のインピーダンスも含まれることになる。したがって、基準負荷のみのインピーダンスを真値として第１の校正パラメータＸを算出することはできない。本実施形態では、接続された負荷に高周波測定装置３を含めた全体を基準負荷とみなして、当該基準負荷のインピーダンスをインピーダンスアナライザで測定し、当該測定値を基準負荷の真値として第１の校正パラメータＸを算出する。
【００５４】
なお、基準負荷のうちの２つは、できるだけ広いインピーダンスの範囲を含めるために、開放状態のインピーダンスおよび短絡状態のインピーダンスにそれぞれ近いインピーダンスを有する負荷とすることが望ましい。一方、基準負荷として開放状態または短絡状態に近すぎるインピーダンスを有する負荷を用いた場合、高周波測定装置３によって検出される電圧値または電流値の一方が他方に比べ極めて小さい値になる。この場合、第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を適切に算出することができない。したがって、本実施形態では、反射係数の大きさが例えば０．９以下である負荷を基準負荷としている。
【００５５】
図５は、第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を算出するために行う、基準負荷のインピーダンスの測定方法を説明するための図である。
【００５６】
当該測定は、同図に示すように、高周波測定装置３の出力端ｃにダミーロード６を接続し、高周波測定装置３の入力端ｂにインピーダンスアナライザ７を接続して行われる。
【００５７】
ダミーロード６は、所定の基準負荷を再現するための負荷装置であり、高周波測定装置３の入力端ｂから負荷側を見たインピーダンス、すなわちダミーロード６および高周波測定装置３全体のインピーダンスを所定の基準負荷のインピーダンスにする。ダミーロード６は、図示しない可変リアクタンス素子（例えば、可変キャパシタ、可変インダクタ等）のリアクタンスを変化させることでインピーダンスを変化させる。ダミーロード６は、特性インピーダンス（５０Ω）を有する基準負荷と、開放状態のインピーダンスおよび短絡状態のインピーダンスにそれぞれ近く反射係数が０．９以下である２つの基準負荷とを、所定の基準負荷として再現できるようにあらかじめ設定されている。なお、ダミーロード６を接続して設定を切り替えることで３つの所定の基準負荷を再現する代わりに、所定の基準負荷を再現するための３つの負荷を順に接続するようにしてもよい。
【００５８】
インピーダンスアナライザ７は、インピーダンスを測定するものであり、高周波測定装置３の入力端ｂから負荷側を見たインピーダンス、すなわち基準負荷のインピーダンスを測定する。
【００５９】
第１の校正パラメータＸの算出のための基準負荷のインピーダンスの測定は、各基準負荷を再現してインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでそれぞれインピーダンスを測定することで行われる。なお、高周波測定装置３が測定するインピーダンスの真値を得る方法があれば、インピーダンスアナライザ７を用いなくてもよい。
【００６０】
高周波測定装置３によって測定される３つの基準負荷のインピーダンス測定値と、当該３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから、第１の校正パラメータＸの各要素Ｘ11、Ｘ12、Ｘ21、Ｘ22を算出することができる。算出された第１の校正パラメータＸを用いて、図４（ａ）より、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に変換することができる。すなわち、図４（ａ）より導かれる下記（６）、（７）式より、校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を算出することができる。
【００６１】
【数２】
【００６２】
第２の校正パラメータＸ’を算出する方法も、上記第１の校正パラメータＸを算出する方法と同様である。上記と同様に、第１校正部３８２から出力される電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1と、伝送線路５に流れる高周波電流および伝送線路５に生じる高周波電圧との関係を２端子対回路に置き換えると、電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に校正する第２の校正パラメータＸ’を、図４（ｂ）に示す右側の２次元のベクトル行列と考えることができる。なお、図４（ｂ）全体としては、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を２次元のベクトル行列である第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’によって変換して校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2を出力する校正回路３８を示している。
【００６３】
第２の校正パラメータＸ'の各要素Ｘ'11、Ｘ'12、Ｘ'21、Ｘ'22も、上記と同様に、３つの基準負荷を再現したときにそれぞれ高周波測定装置３によって測定される基準負荷のインピーダンス測定値と、当該３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから算出される。
【００６４】
なお、３つの基準負荷の内の１つは、上記と同様に特性インピーダンス（５０Ω）を有する負荷とする必要があるが、残り２つの基準負荷は、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中のインピーダンスの変化範囲に基づいて決定される。すなわち、当該インピーダンスの変化範囲を含む狭いインピーダンスの範囲Ｅを特性インピーダンスを示す点Ａ’との間で囲むように点Ｂ'，Ｃ'が決定され（図１(ｂ)参照）、点Ｂ'，Ｃ'が示すインピーダンスを有する負荷が基準負荷に決定される。
【００６５】
算出された第２の校正パラメータＸ'を用いて、図４（ｂ）より、電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1を校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に変換することができる。すなわち、図４（ｂ）より導かれる下記（８）、（９）式より、校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2を算出することができる。
【００６６】
【数３】
【００６７】
インピーダンス算出回路３９は、インピーダンスを算出するものである。インピーダンス算出回路３９は、校正回路３８より入力される校正後の電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’から、上記（１）〜（３）式により、インピーダンスＺを算出して出力する。なお、高周波測定装置３は、進行波電力Ｐｆや反射波電力Ｐｒなどの高周波パラメータも算出して出力するが、同図においてはこれらを算出する構成の記載を省略している。
【００６８】
次に、高周波測定装置３の校正を行う手順について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６９】
図６は、高周波測定装置３の校正の手順を説明するためのフローチャートである。当該フローチャートは、高周波測定装置３でプラズマ処理装置４（測定対象装置）のインピーダンスを測定する場合の、検出された電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0の校正を行う処理手順を示している。
【００７０】
まず、高周波測定装置３にダミーロード６とインピーダンスアナライザ７とを接続して（図５参照）、ダミーロード６によって第１の基準負荷の再現を行い、インピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでそれぞれインピーダンスを測定する(Ｓ１)。なお、第１の基準負荷は３つ設定されているので、それぞれの第１の基準負荷を再現して、それぞれインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでインピーダンスを測定する。当該第１の基準負荷は、特性インピーダンス（５０Ω）を有する基準負荷と、開放状態のインピーダンスおよび短絡状態のインピーダンスにそれぞれ近く反射係数が０．９以下である２つの基準負荷としている。
【００７１】
ステップＳ１でインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３によって測定された、３つの第１の基準負荷のそれぞれのインピーダンスから、第１の校正パラメータＸを算出して、高周波測定装置３の図示しないメモリに記録する（Ｓ２）。本実施形態では、高周波測定装置３の図示しない演算回路が、インピーダンス算出回路３９で算出されるインピーダンスとインピーダンスアナライザ７から入力されるインピーダンスとをメモリに記録しておき、３つの第１の基準負荷を測定した後に第１の校正パラメータＸの各要素を算出してメモリに記録する。なお、第１の校正パラメータＸの算出は高周波測定装置３の演算回路が行う場合に限定されず、例えば、作業者が別途行うようにしてもよい。この場合、作業者が高周波測定装置３の図示しない入力手段で第１の校正パラメータＸを入力することで、メモリに記録すればよい。
【００７２】
次に、高周波測定装置３を実際に使用されるプラズマ処理システムＡに設置して（図２参照）、実際にプラズマ処理を行っているときのプラズマ処理装置４（測定対象装置）のインピーダンスを測定する（Ｓ３）。このとき、高周波測定装置３は、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0をメモリに記録された第１の校正パラメータＸで校正して、校正後の電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に基づいてインピーダンスＺを算出する。したがって、高周波測定装置３によって測定されたインピーダンスＺは、精度は高くないがある程度信用できるものである。
【００７３】
ステップＳ３で高周波測定装置３によって測定されたインピーダンスから、プラズマ処理を行っているときのプラズマ処理装置４のインピーダンスの変化範囲を確認し、第２の基準負荷を決定する（Ｓ４）。第２の基準負荷のうちの１つは、特性インピーダンス（５０Ω）を有する基準負荷とされ、残り２つの基準負荷は、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中のインピーダンスの変化範囲に基づいて決定される。本実施形態では、高周波測定装置３の図示しない演算回路が、インピーダンス算出回路３９で算出されるインピーダンスＺに基づいて、残り２つの基準負荷のインピーダンスを決定する。なお、残り２つの基準負荷のインピーダンスの決定は高周波測定装置３の演算回路が行う場合に限定されず、例えば、作業者がインピーダンスの測定値に基づいて別途行うようにしてもよい。
【００７４】
次に、ふたたび高周波測定装置３にダミーロード６とインピーダンスアナライザ７とを接続して（図５参照）、ダミーロード６によって第２の基準負荷の再現を行い、インピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでそれぞれインピーダンスを測定する(Ｓ５)。なお、第２の基準負荷は３つ設定されているので、それぞれの第２の基準負荷を再現して、それぞれインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３とでインピーダンスを測定する。
【００７５】
ステップＳ５でインピーダンスアナライザ７と高周波測定装置３によって測定された、３つの第２の基準負荷のそれぞれのインピーダンスから、第２の校正パラメータＸ’を算出して、高周波測定装置３のメモリに記録する（Ｓ６）。本実施形態では、高周波測定装置３の演算回路が、インピーダンス算出回路３９で算出されるインピーダンスとインピーダンスアナライザ７から入力されるインピーダンスとをメモリに記録しておき、３つの第２の基準負荷を測定した後に第２の校正パラメータＸ’の各要素を算出してメモリに記録する。なお、第２の校正パラメータＸ’の算出は高周波測定装置３の演算回路が行う場合に限定されず、例えば、作業者が別途行うようにしてもよい。この場合、作業者が高周波測定装置３の図示しない入力手段で第２の校正パラメータＸ’を入力することで、メモリに記録すればよい。
【００７６】
次に、ふたたび高周波測定装置３を実際に使用されるプラズマ処理システムＡに設置して（図２参照）、実際にプラズマ処理を行っているときのプラズマ処理装置４（測定対象装置）のインピーダンスを測定する（Ｓ７）。このとき、高周波測定装置３は、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0をメモリに記録された第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’で校正して、校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に基づく電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、および位相差θ’からインピーダンスＺを算出する。第２の校正パラメータＸ’による校正の精度は十分高いものなので、電流信号Ｉ0および電圧信号Ｖ0を高い精度で校正することができる。したがって、高周波測定装置３によって測定された電流実効値Ｉ’、電圧実効値Ｖ’、およびインピーダンスＺは、精度が高く信用できるものである。
【００７７】
なお、上記校正の処理手順は、高周波測定装置３のメモリに第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ’が記録されていない場合の処理手順である。上記処理手順のうちステップＳ１およびＳ２については毎回行なう必要はなく、１度行ってメモリに第１の校正パラメータＸを記録しておけばよい。この処理は、高周波測定装置３の製造時に、製造メーカが行っておいてもよい。一方、ステップＳ３以降の処理は、プラズマ処理の内容（使用するガスの種類やガスの圧力など）や、高周波測定装置３を設置するプラズマ処理装置４が変わるたびに行う必要がある。
【００７８】
上記のように、本発明においては、２段階の校正が行われる。すなわち、まず、低精度だが広いインピーダンスの範囲で校正可能な第１の校正パラメータＸで校正が行われて測定対象装置のインピーダンスの変化範囲が確認され、次に、当該変化範囲でのみ高精度に校正可能な第２の校正パラメータＸ’で校正が行われる。第１の校正パラメータＸは低精度だが広いインピーダンスの範囲で校正を行うことができるので、当初はどこに位置するかわからない測定対象装置のインピーダンスの変化範囲を確認することができる。第２の校正パラメータＸ’は第１の校正パラメータＸより狭いインピーダンスの範囲でのみ校正を行うために求められたものなので、インピーダンスが当該範囲に入っている場合に、第２の校正パラメータＸ’による校正の精度は十分高いものになる。したがって、検出された電圧および電流を高い精度で校正することができる。
【００７９】
なお、上記実施形態では２段階の校正を行う場合について説明したが、校正は２段階に限定されない。校正の段階数を多くすれば、校正の精度をさらに高いものにすることができる。以下に、３段階の校正を行う場合を第２実施形態として説明する。
【００８０】
図７は、第２実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。なお、同図において、図３に示す高周波測定装置３の校正回路３８と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図７に示す校正回路３８'は、第３校正部３８５を備えている点で、図３に示す校正回路３８と異なる。
【００８１】
第３校正部３８５は、メモリに記録されている第３の校正パラメータＸ”を用いて、第２校正部３８３から入力される電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2に第３段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ3および電圧信号Ｖ3を出力する。第３の校正パラメータＸ”は、上記第２の校正パラメータＸ’を算出する方法と同様の方法で算出される。すなわち、第３の３つの基準負荷を再現したときにそれぞれ高周波測定装置３によって測定される基準負荷のインピーダンス測定値と、当該３つの基準負荷のインピーダンスの真値とから算出される。第３の３つの基準負荷の内の１つは、上記と同様に特性インピーダンス（５０Ω）を有する負荷とされ、残り２つの基準負荷は、プラズマ処理装置４のプラズマ処理中のインピーダンスの変化範囲に基づいて決定される。このとき、測定されるプラズマ処理装置４のインピーダンスは、第１の校正パラメータＸおよび第２の校正パラメータＸ'を用いて高い精度で校正された校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2から算出されるので、精度が高く信頼性の高い測定値となる。したがって、インピーダンスの変化範囲を含むインピーダンスの範囲をより狭い範囲として設定することができるので、第３の校正パラメータＸ”による校正の精度を、第２の校正パラメータＸ’による校正の精度より高いものとすることができる。
【００８２】
上記第１実施形態および第２実施形態の場合、プラズマ処理装置４のプラズマ処理の内容（使用するガスの種類やガスの圧力など）を変更したりするたびに、図６に示すフローチャートのステップＳ３〜Ｓ６の処理手順を行なう必要がある。プラズマ処理装置４の処理内容毎の第２の校正パラメータＸ’をメモリに記録しておき、処理内容毎に第２の校正パラメータＸ’を切り替えるようにすれば、校正の処理手順を簡略化することができる。以下に、２種類の処理内容毎の第２の校正パラメータＸ’を記録しておく場合を第３実施形態として説明する。
【００８３】
図８は、第３実施形態に係る高周波測定装置の校正回路の内部構成を説明するためのブロック図である。なお、同図において、図３に示す高周波測定装置３の校正回路３８と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図８に示す校正回路３８”は、第４校正部３８６および選択部３８７を備えている点で、図３に示す校正回路３８と異なる。
【００８４】
第４校正部３８６は、メモリに記録されている第４の校正パラメータＸ'''を用いて、
第１校正回路３８２から入力される電流信号Ｉ1および電圧信号Ｖ1に第２段階の校正を行い、校正後の電流信号Ｉ2'および電圧信号Ｖ2'を出力する。第４の校正パラメータＸ'''は、上記第２の校正パラメータＸ’を算出する方法と同様の方法で算出される。ただし、第２の校正パラメータＸ’を算出したときとはプラズマ処理装置４のプラズマ処理内容が異なるものなので、プラズマ処理装置４のインピーダンスの変化範囲も異なるものとなる。このインピーダンスの変化範囲に基づいて第４の基準負荷が決定され、第４の校正パラメータＸ’’’が算出される。
【００８５】
図９は、スミスチャート上での各インピーダンスの位置を示すための図である。範囲Ｅを囲む点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’は、第２の基準負荷のインピーダンスの位置を示しており、範囲Ｆを囲む点Ａ”，Ｂ”，Ｃ”は、第４の基準負荷のインピーダンスの位置を示している。なお、点Ａ’および点Ａ”は、ともに特性インピーダンスである５０Ωの位置を示している。プラズマ処理中の高周波測定装置３のインピーダンスが範囲Ｅ内にある場合、範囲Ｅを囲む点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のインピーダンスを基準として算出された第２の校正パラメータＸ’を用いれば高い精度で校正を行うことができる。また、プラズマ処理中の高周波測定装置３のインピーダンスが範囲Ｆ内にある場合、範囲Ｆを囲む点Ａ”，Ｂ”，Ｃ”のインピーダンスを基準として算出された第４の校正パラメータＸ'''を用いれば高い精度で校正を行うことができる。
【００８６】
選択部３８７は、第２段階の校正で第２の校正パラメータＸ'と第４の校正パラメータＸ'''のいずれを用いるかを選択するものである。選択部３８７は、インピーダンス算出回路３９から出力されるインピーダンスＺが入力され、当該インピーダンスＺが範囲Ｅ内にあるか範囲Ｆ内にあるかを判別する。インピーダンスＺが範囲Ｅ内にあると判別した場合、第２校正部３８３から入力される校正後の電流信号Ｉ2および電圧信号Ｖ2を出力する。一方、インピーダンスＺが範囲Ｆ内にあると判別した場合、第４校正部３８６から入力される校正後の電流信号Ｉ2'および電圧信号Ｖ2'を出力する。
【００８７】
第３実施形態によると、インピーダンス算出回路３９から出力されるインピーダンスＺに基づいて、第２段階の校正で用いるパラメータを第２の校正パラメータＸ'と第４の校正パラメータＸ'''とで自動的に切り替えることができる。したがって、プラズマ処理の内容を変更するたびに校正のための処理手順を行う必要がない。なお、インピーダンス算出回路３９から出力されるインピーダンスＺに基づいて自動的に切り替える代わりに、プラズマ処理の内容に応じて作業者が手動で切り替えるようにしてもよい。また、第２段階の校正で用いるパラメータを３種類以上用意するようにしてもよい。
【００８８】
本発明に係る高周波測定装置、および、高周波測定装置の校正方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る高周波測定装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００８９】
Ａ プラズマ処理システム
１ 高周波電源装置
２ インピーダンス整合装置
３ 高周波測定装置
３１ カレントトランス部（電流検出手段）
３２ 電流用変換回路（電流検出手段）
３３ コンデンサ部（電圧検出手段）
３４ 電圧用変換回路（電圧検出手段）
３５ 実効値算出回路
３６ 実効値算出回路
３７ 位相差検出回路
３８，３８'，３８” 校正回路
３８１ ベクトル変換部
３８２ 第１校正部
３８３ 第２校正部
３８４ ベクトル逆変換部
３８５ 第３校正部
３８６ 第４校正部
３８７ 選択部（判断手段）
３９ インピーダンス算出回路
４ プラズマ処理装置
５ 伝送線路
６ ダミーロード
７ インピーダンスアナライザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出し、検出された電圧値と電流値とに基づいて、当該接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する高周波測定装置の前記電圧値と電流値の校正方法であって、
第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記電圧値と電流値とを校正するための第１のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第１の行程と、
前記高周波測定装置を測定対象の負荷に接続してプラズマ処理を行い、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータを用いて校正し、当該校正後の電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第２の行程と、
スミスチャート上で表示した場合に、前記第２の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第３の行程と、
前記３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第２のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第４の行程と、
前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正する第５の行程と、
を備えている校正方法。
【請求項２】
前記第５の行程によって校正された電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第６の行程と、
スミスチャート上で表示した場合に、前記第６の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第７の行程と、
前記第７の行程によって決定された３つのインピーダンスをそれぞれ有する第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第３のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第８の行程と、
前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータ、第２のパラメータ、および第３のパラメータを用いて校正する第９の行程と、
をさらに備えている、請求項１に記載の校正方法。
【請求項３】
前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である、請求項１または２に記載の校正方法。
【請求項４】
プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出する高周波測定装置であって、
前記接続点における高周波電圧を検出する電圧検出手段と、
前記接続点における高周波電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧値と前記電流検出手段によって検出された電流値とを校正する校正手段と、
前記校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とに基づいて、前記接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
を備えており、
前記校正手段は、
第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第１のパラメータを用いて、前記検出された電圧値と電流値とを校正する第１校正手段と、
スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第２のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第２校正手段と、
を備えている高周波測定装置。
【請求項５】
前記校正手段は、スミスチャート上で表示した場合に前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第３のパラメータを用いて、前記第２校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第３校正手段をさらに備えている、請求項４に記載の高周波測定装置。
【請求項６】
前記校正手段は、
スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第４の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第４のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第４校正手段と、
前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスをスミスチャート上に表示した場合に、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているか、前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているかを判断する判断手段と、
をさらに備えており、
前記判断手段によって前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第２校正手段によって校正を行い、前記判断手段によって前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第４校正手段によって校正を行う、
請求項４に記載の高周波測定装置。
【請求項７】
前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である、請求項４ないし６のいずれかに記載の高周波測定装置。
【請求項１】
プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出し、検出された電圧値と電流値とに基づいて、当該接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する高周波測定装置の前記電圧値と電流値の校正方法であって、
第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記電圧値と電流値とを校正するための第１のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第１の行程と、
前記高周波測定装置を測定対象の負荷に接続してプラズマ処理を行い、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータを用いて校正し、当該校正後の電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第２の行程と、
スミスチャート上で表示した場合に、前記第２の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第３の行程と、
前記３つのインピーダンスをそれぞれ有する第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第２のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第４の行程と、
前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正する第５の行程と、
を備えている校正方法。
【請求項２】
前記第５の行程によって校正された電圧値と電流値とに基づいて、接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出する第６の行程と、
スミスチャート上で表示した場合に、前記第６の行程で算出されたインピーダンスを含み、かつ、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる３つのインピーダンスを決定する第７の行程と、
前記第７の行程によって決定された３つのインピーダンスをそれぞれ有する第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時に算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて、前記第１のパラメータおよび第２のパラメータを用いて校正された電圧値と電流値とをさらに校正するための第３のパラメータを算出して、前記高周波測定装置に設定する第８の行程と、
前記高周波測定装置を前記測定対象の負荷に接続して、検出された電圧値と電流値とを前記第１のパラメータ、第２のパラメータ、および第３のパラメータを用いて校正する第９の行程と、
をさらに備えている、請求項１に記載の校正方法。
【請求項３】
前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である、請求項１または２に記載の校正方法。
【請求項４】
プラズマ処理装置を含む負荷とこの負荷に高周波電力を供給する高周波電源装置との間に接続されて、当該接続点における高周波電圧および高周波電流を検出する高周波測定装置であって、
前記接続点における高周波電圧を検出する電圧検出手段と、
前記接続点における高周波電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧値と前記電流検出手段によって検出された電流値とを校正する校正手段と、
前記校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とに基づいて、前記接続点から負荷側を見たインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
を備えており、
前記校正手段は、
第１の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第１のパラメータを用いて、前記検出された電圧値と電流値とを校正する第１校正手段と、
スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第２の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第２のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第２校正手段と、
を備えている高周波測定装置。
【請求項５】
前記校正手段は、スミスチャート上で表示した場合に前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第３の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第３の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第３のパラメータを用いて、前記第２校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第３校正手段をさらに備えている、請求項４に記載の高周波測定装置。
【請求項６】
前記校正手段は、
スミスチャート上で表示した場合に前記第１の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲より狭い範囲を囲むことになる第４の３つの基準負荷に前記高周波測定装置を接続した時の前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスと前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスとに基づいて算出された第４のパラメータを用いて、前記第１校正手段によって校正された前記電圧値と電流値とをさらに校正する第４校正手段と、
前記インピーダンス算出手段によって算出されたインピーダンスをスミスチャート上に表示した場合に、前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているか、前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っているかを判断する判断手段と、
をさらに備えており、
前記判断手段によって前記第２の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第２校正手段によって校正を行い、前記判断手段によって前記第４の３つの基準負荷のインピーダンスによって囲まれる範囲に入っていると判断された場合には前記第４校正手段によって校正を行う、
請求項４に記載の高周波測定装置。
【請求項７】
前記第１の３つの基準負荷の内の１つの基準負荷は前記高周波測定装置の特性インピーダンスと同一のインピーダンスを有する負荷である、請求項４ないし６のいずれかに記載の高周波測定装置。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１９６９３２（Ｐ２０１１−１９６９３２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６４７２（Ｐ２０１０−６６４７２）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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