(57)【要約】【課題】低電力から高電力に亘る広い領域でのより安定したプラズマの生成を行うことができ、広いプロセス条件の構築を可能とするプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置は、その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、処理容器外に配置されて高周波を発生させる高周波発生器を含み、高周波発生器により発生させた高周波を用いて処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備える。高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、高周波発振器に電力を供給する電源部と、高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる処理容器側に伝播する導波路と、高周波によって導波路内に形成される電圧定在波の電圧定在波比を電源部から供給される電力に応じて可変とする電圧定在波比可変機構（６１）とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて被処理対象物に処理を行うプラズマ処理装置であって、
その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、
前記処理容器外に配置されて高周波を発生させる高周波発生器を含み、前記高周波発生器により発生させた高周波を用いて前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備え、
前記高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、前記高周波発振器に電力を供給する電源部と、前記高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる前記処理容器側に伝播する導波路と、高周波によって前記導波路内に形成される電圧定在波の電圧定在波比を前記電源部から供給される電力に応じて可変とする電圧定在波比可変機構とを含む、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電圧定在波比可変機構は、前記導波路に設けられ、径方向に可動する棒状部材を有するスタブ機構と、前記棒状部材を可動させるドライバと、前記棒状部材の可動を制御する制御機構とを備える、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記棒状部材は、前記高周波が進行する方向に間隔を開けて複数設けられる、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記電圧定在波比可変機構は、前記電源部から前記高周波発振器に供給される電力が所定の値よりも低ければ、前記電圧定在波比を高くするよう制御する、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記高周波発生器は、前記導波路内に設けられ、前記導波管内を進行する進行波および前記負荷側からの反射波の一部を分岐する方向性結合器を含み、
前記制御機構は、前記方向性結合器から得られた進行波電力信号および反射波電力信号を基に、前記スタブ部材の可動を制御する、請求項２〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記プラズマ発生機構は、高周波の進行方向に向かって間隔を開けて４つ設けられる可動短絡板を備える４Ｅチューナーを含む、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記導波路は、前記高周波発振器により発振された高周波が導出されるランチャと、前記ランチャの下流側に設けられ、前記高周波発振器から負荷側へ周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターとを含み、
前記スタブ機構は、前記ランチャまたは前記ランチャの下流側であって前記アイソレーターの上流側に設けられる、請求項２〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記プラズマ発生機構は、前記高周波発振器により発生させた高周波を前記処理容器内へ透過させる誘電体窓と、複数のスロット孔が設けられており、前記高周波を前記誘電体窓に放射するスロットアンテナ板とを含む、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記プラズマ発生機構により発生させるプラズマは、ラジアルラインスロットアンテナにより生成される、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
高周波を発振する高周波発振器と、前記高周波発振器に電力を供給する電源部と、前記高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる前記処理容器側に伝播する導波路と、高周波によって前記導波路内に形成される電圧定在波の電圧定在波比を前記電源部から供給される電力に応じて可変とする電圧定在波比可変機構とを含む、高周波発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマ処理装置、および高周波発生器に関するものであり、特に、マイクロ波を発生させる高周波発生器、およびマイクロ波を用いてプラズマを発生させるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体素子、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子等は、処理対象となる被処理基板に対して、エッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを利用した処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。
【０００３】
ここで、マイクロ波によるプラズマを利用して処理を行うプラズマ処理装置において、マイクロ波を発生させる際の高周波の発生源として、マグネトロンを用いる場合がある。マグネトロンは、比較的安価に構成することができ、かつ、ハイパワーが出力できるので、マイクロ波を発生する発生源として有効に利用されている。マグネトロンに関する技術については、特開２００６−９４２１４号公報（特許文献１）、特開２００７−８２１７２号公報（特許文献２）、および特開２０１０−２８３６７８号公報（特許文献３）に開示されている。
【０００４】
特許文献１によると、マグネトロン発振装置において、基準信号供給部、およびインピーダンス発生器を備えることとし、マグネトロンの負荷インピーダンスを調整することとしている。また、特許文献２によると、マグネトロン発振装置に非可逆部材を設ける構成としている。また、特許文献３によると、マグネトロン発振装置において、所望の発振周波数からのずれを検出してずれ信号を生成し、ずれ信号に基づいてマグネトロンの発振周波数が所望する周波数となる駆動電圧を生成し、インピーダンス発生器に出力することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−９４２１４号公報
【特許文献２】特開２００７−８２１７２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２８３６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ波の発生源としてのマグネトロンについては、フィラメントや、陽極側を構成する陽極ベイン、空洞共振部等といった機械加工品から構成されている。そうすると、このような機械加工品を組み立てて製造されるマグネトロンには、製造された複数のマグネトロンの間におけるばらつき、いわゆる機差が生じてしまう。ここで、このような複数のマグネトロン間における機差、そして、その機差に基づくマグネトロンの特性への影響については、もちろんできるだけ小さいことが望ましい。
【０００７】
ここで、マイクロ波を発生させるための設定電力の値が高い範囲であれば、各マグネトロン間で、基本周波数の波形、すなわち、形成されるスペクトラムの形状におけるピークの位置や、いわゆるピークの裾の領域の狭さについて、多少異なるものの大きく相違することはない。すなわち、各マグネトロンの基本周波数の波形において、ピークが急峻で、裾の領域の狭い理想的な波形が得られ、各マグネトロンにおける機差の許容範囲内に収まるものである。しかし、マイクロ波を発生させるための設定電力の値が低くなれば、各マグネトロン間における基本周波数の波形のばらつき度合いが大きくなる傾向がある。すなわち、各マグネトロン間における基本周波数の波形において、ピークの位置や、ピークの裾の領域の広がり方が大きく異なってしまう場合がある。これは、カソード電極からのエレクトロンの放射（エミッション）が少なくなることの影響であると考えられる。このように、マイクロ波を発生させるための設定電力の値が低くなれば、各マグネトロン間における機差が顕著に表れると共に、理想的な波形が得られないおそれがある。
【０００８】
このような状況下において、マグネトロンに供給する電力を低くすれば、プラズマ処理装置において負荷側となるアンテナ側への周波数特性への影響を及ぼすことになる。そうすると、生成されるプラズマが変化し、これに伴ってアンテナに投入される実効電力が変化することとなる。その結果、安定して均一なプラズマを生成することができず、被処理基板に対するプラズマ処理に影響を与えるおそれがある。
【０００９】
さらには、機械加工品を組み立てて製造されるマグネトロンについては、組み立て直後、いわゆる初期の状態と比較して、使用するにつれてマグネトロンの状態が変化する。例えば、フィラメントを構成する材料であるトリウムタングステン合金の表面炭化層の消耗に起因する発振の状態の変化等である。マグネトロンの状態が変化すると、設定電力が低い範囲での使用では、基本周波数の波形への影響がさらに顕著になり、プラズマ処理に影響を及ぼすおそれがある。
【００１０】
このように、マグネトロンに供給する電力が低ければ、結果的にプラズマ処理に影響を与えるおそれがあるため、このような低い設定電力での使用を避けてプロセス条件を構築することも考えられる。しかし、昨今のプラズマ処理におけるプロセス条件の柔軟性の観点からすると、より広い範囲での設定電力の使用が求められる。そして、上記した特許文献１〜特許文献３に開示の技術では、このような状況に対応することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の一つの局面においては、プラズマ処理装置は、プラズマを用いて被処理対象物に処理を行うプラズマ処理装置であって、その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、処理容器外に配置されて高周波を発生させる高周波発生器を含み、高周波発生器により発生させた高周波を用いて処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備える。高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、高周波発振器に電力を供給する電源部と、高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる処理容器側に伝播する導波路と、高周波によって導波路内に形成される電圧定在波の電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：以下「ＶＳＷＲ」と略す場合がある）を電源部から供給される電力に応じて可変とする電圧定在波比可変機構とを含む。
【００１２】
このように構成することにより、高周波発生器に含まれる電圧定在波比可変機構により、導波路に形成される電圧定在波の電圧定在波比を電源部から供給される電力に応じて変更することができる。そうすると、例えば、電源部から供給される電力が低電力の場合には、電圧定在波比を相対的に高くし、基本周波数の波形において、ピークの裾の形状を狭くすると共に、急峻なピークとすることができる。すなわち、低電力であっても、理想的な基本周波数の波形とすることができる。この場合、急峻なピークを有し、ピークの裾の領域が狭い基本周波数の波形であれば、多少ピークの位置が異なっていたとしても、後のプラズマ負荷との整合工程等において、安定した定在波や安定した定在波の形成に基づく電磁界の形成を行うことができる。そうすると、結果的に処理容器内において安定して均一なプラズマを生成することができ、引いては、機差によるプロセスへの影響を小さくすることができる。したがって、プラズマ処理を行う際に、高周波発生器の設定電力を低い電力としても、安定したプラズマの生成を行うことができる。その結果、低電力から高電力に亘る広い領域でのより安定したプラズマの生成を行うことができ、広いプロセス条件の構築を行うことができる。すなわち、プラズマ処理装置に備えられる高周波発生器において、ハイパワーのみならず、ローパワーにおけるプロセス構築を可能とするものである。なお、電圧定在波比とは、電圧の定在波の最大値を最小値で除したものであり、反射波がない場合には、ＶＳＷＲ＝１となる。
【００１３】
また、電圧定在波比可変機構は、導波路に設けられ、径方向に可動する棒状部材を有するスタブ機構と、棒状部材を可動させるドライバと、棒状部材の可動を制御する制御機構とを備えるよう構成してもよい。
【００１４】
また、棒状部材は、高周波が進行する方向に間隔を開けて複数設けられるよう構成してもよい。
【００１５】
また、電圧定在波比可変機構は、電源部から高周波発振器に供給される電力が所定の値よりも低ければ、電圧定在波比を高くするよう制御するよう構成してもよい。
【００１６】
また、高周波発生器は、導波路内に設けられ、導波管内を進行する進行波および負荷側からの反射波の一部を分岐する方向性結合器を含み、制御機構は、方向性結合器から得られた進行波電力信号および反射波電力信号を基に、スタブ部材の可動を制御するよう構成してもよい。
【００１７】
また、プラズマ発生機構は、高周波の進行方向に向かって間隔を開けて４つ設けられる可動短絡板を備える４Ｅチューナーを含むよう構成してもよい。
【００１８】
また、導波路は、高周波発振器により発振された高周波が導出されるランチャと、ランチャの下流側に設けられ、高周波発振器から負荷側へ周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターとを含み、スタブ機構は、ランチャまたはランチャの下流側であってアイソレーターの上流側に設けられるよう構成してもよい。
【００１９】
また、プラズマ発生機構は、高周波発振器により発生させた高周波を処理容器内へ透過させる誘電体窓と、複数のスロット孔が設けられており、高周波を誘電体窓に放射するスロットアンテナ板とを含むよう構成してもよい。
【００２０】
また、プラズマ発生機構により発生させるプラズマは、ラジアルラインスロットアンテナにより生成されるよう構成してもよい。
【００２１】
この発明の他の局面においては、高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、高周波発振器に電力を供給する電源部と、高周波発振器により発振された高周波を負荷側となる処理容器側に伝播する導波路と、高周波によって導波路内に形成される電圧定在波の電圧定在波比を電源部から供給される電力に応じて可変とする電圧定在波比可変機構とを含む。
【発明の効果】
【００２２】
このようなプラズマ処理装置および高周波発生器によると、高周波発生器に含まれる電圧定在波比可変機構により、導波路に形成される電圧定在波の電圧定在波比を電源部から供給される電力に応じて変更することができる。そうすると、例えば、電源部から供給される電力が低電力の場合には、電圧定在波比を相対的に高くし、基本周波数の波形において、ピークの裾の形状を狭くすると共に、急峻なピークとすることができる。すなわち、低電力であっても、理想的な基本周波数の波形とすることができる。この場合、急峻なピークを有し、ピークの裾の領域が狭い基本周波数の波形であれば、多少ピークの位置が異なっていたとしても、後のプラズマ負荷との整合工程等において、安定した定在波や安定した定在波の形成に基づく電磁界の形成を行うことができる。そうすると、結果的に処理容器内において安定して均一なプラズマを生成することができ、引いては、機差による影響を小さくすることができる。したがって、プラズマ処理を行う際に、高周波発生器の設定電力を低い電力としても、安定したプラズマの生成を行うことができる。その結果、低電力から高電力に亘る広い領域でのより安定したプラズマの生成を行うことができ、広いプロセス条件の構築を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を、図１中の矢印ＩＩの方向から見た概略図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置に含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】マイクロ波発生器に含まれる４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。
【図５】マイクロ波発生器に含まれるマグネトロンの周辺の構成を示す模式図である。
【図６】あるマグネトロンにおいて、ＶＳＷＲを１．５としたときとＶＳＷＲを７．０としたときのアノード電流とマイクロ波の出力電力との関係を示すグラフである。
【図７】マイクロ波の設定電力とマイクロ波の出力電力の精度との関係を示すグラフである。
【図８】方向性結合器の結合度の周波数依存性を示すグラフである。
【図９】あるマグネトロンのリーケ線図である。
【図１０】アノード電流と効率との関係を示すグラフである。
【図１１】ＶＳＷＲを変更した場合のアノード電流とマイクロ波の出力電力との関係を示すグラフである。
【図１２】ＶＳＷＲとアノード損失との関係を示すグラフである。
【図１３】アノード電流と設定できるＶＳＷＲの範囲を示したグラフである。
【図１４】ＶＳＷＲと安定したマイクロ波の出力電力の範囲と可能な低出力との関係を示すグラフである。
【図１５】複数のマグネトロン間の相違に基づくマイクロ波の設定電力とアノード電流との関係を示すグラフであり、マイクロ波の設定電力（Ｗ）の範囲が０〜３５００（Ｗ）の場合を示す。
【図１６】複数のマグネトロン間の相違に基づくマイクロ波の設定電力とアノード電流との関係を示すグラフであり、図１５のグラフに対してマイクロ波の設定電力（Ｗ）の範囲を４００（Ｗ）〜１０００（Ｗ）に拡大して示す。
【図１７】ＶＳＷＲを１．５としたときと、ＶＳＷＲを２．０としたときのスペクトラムの形状を示すグラフであり、マイクロ波の設定電力を７００（Ｗ）とした場合である。
【図１８】ＶＳＷＲを１．５としたときと、ＶＳＷＲを２．０としたときのスペクトラムの形状を示すグラフであり、マイクロ波の設定電力を２５００（Ｗ）とした場合である。
【図１９】ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力とスプリアス強度との関係を示すグラフである。
【図２０】ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力とスプリアス強度との関係を示すグラフである。
【図２１】マイクロ波の設定電力と、ＶＳＷＲを１．５とした場合からＶＳＷＲを２．０とした場合を差し引いたスプリアス強度の差分との関係を示すグラフである。
【図２２】ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力とピーク強度との関係を示すグラフである。
【図２３】ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力とピーク強度との関係を示すグラフである。
【図２４】マイクロ波の設定電力と、ＶＳＷＲを１．５とした場合からＶＳＷＲを２．０とした場合を差し引いたピーク強度の差分との関係を示すグラフである。
【図２５】ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力と周波数との関係を示すグラフである。
【図２６】ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力と周波数との関係を示すグラフである。
【図２７】ＶＳＷＲを１．５とした場合、ＶＳＷＲを２．０とした場合におけるマイクロ波の設定電力と周波数の差分との関係を示すグラフである。
【図２８】ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力とマイクロ波の出力電力の精度との関係を示すグラフである。
【図２９】ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力とマイクロ波の出力電力の精度との関係を示すグラフである。
【図３０】ＶＳＷＲを１．５としたとき、ＶＳＷＲを２．０としたときにおけるマイクロ波の設定電力とモニタ電圧値との関係を示すグラフである。
【図３１】マイクロ波の設定電力と効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置に含まれるスロットアンテナ板を下方側、すなわち、図１中の矢印ＩＩの方向から見た図である。なお、図１において、理解の容易の観点から、部材の一部のハッチングを省略している。また、この実施形態においては、図１中の矢印ＩＩで示す方向またはその逆の方向で示される図１における紙面上下方向を、プラズマ処理装置における上下方向としている。
【００２５】
図１および図２を参照して、プラズマ処理装置１１は、被処理対象物である被処理基板Ｗに対して、プラズマを用いて処理を行う。具体的には、エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理を行う。被処理基板Ｗとしては、例えば、半導体素子の製造に用いられるシリコン基板が挙げられる。
【００２６】
プラズマ処理装置１１は、その内部で被処理基板Ｗに対してプラズマにより処理を行う処理容器１２と、処理容器１２内にプラズマ励起用のガスやプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部１３と、処理容器１２内に設けられ、その上で被処理基板Ｗを保持する円板状の保持台１４と、マイクロ波を用い、処理容器１２内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構１９と、プラズマ処理装置１１全体の動作を制御する制御部１５とを備える。制御部１５は、ガス供給部１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、プラズマ処理装置１１全体の制御を行う。
【００２７】
処理容器１２は、保持台１４の下方側に位置する底部２１と、底部２１の外周から上方向に延びる側壁２２とを含む。側壁２２は、略円筒状である。処理容器１２の底部２１には、その一部を貫通するように排気用の排気孔２３が設けられている。処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される蓋部２４、後述する誘電体窓１６、および誘電体窓１６と蓋部２４との間に介在するシール部材としてのＯリング２５によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。
【００２８】
ガス供給部１３は、被処理基板Ｗの中央に向かってガスを吹付ける第一のガス供給部２６と、被処理基板Ｗの外側からガスを吹付ける第二のガス供給部２７とを含む。第一のガス供給部２６においてガスを供給するガス供給孔３０ａは、誘電体窓１６の径方向中央であって、保持台１４と対向する対向面となる誘電体窓１６の下面２８よりも誘電体窓１６の内方側に後退した位置に設けられている。第一のガス供給部２６は、第一のガス供給部２６に接続されたガス供給系２９により流量等を調整しながらプラズマ励起用の不活性ガスやプラズマ処理用のガスを供給する。第二のガス供給部２７は、側壁２２の上部側の一部において、処理容器１２内にプラズマ励起用の不活性ガスやプラズマ処理用のガスを供給する複数のガス供給孔３０ｂを設けることにより形成されている。複数のガス供給孔３０ｂは、周方向に等しい間隔を開けて設けられている。第一のガス供給部２６および第二のガス供給部２７には、同じガス供給源から同じ種類のプラズマ励起用の不活性ガスやプラズマ処理用のガスが供給される。なお、要求や制御内容等に応じて、第一のガス供給部２６および第二のガス供給部２７から別のガスを供給することもでき、それらの流量比等を調整することもできる。
【００２９】
保持台１４には、ＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）バイアス用の高周波電源３８がマッチングユニット３９を介して保持台１４内の電極に電気的に接続されている。この高周波電源３８は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波を所定の電力（バイアスパワー）で出力可能である。マッチングユニット３９は、高周波電源３８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容しており、この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。なお、プラズマ処理時において、この保持台１４へのバイアス電圧の供給は、必要に応じて行ってもよいし、行わなくてもよい。
【００３０】
保持台１４は、静電チャック（図示せず）によりその上に被処理基板Ｗを保持可能である。また、保持台１４は、加熱のためのヒータ（図示せず）等を備え、保持台１４の内部に設けられた温度調整機構３３により所望の温度に設定可能である。保持台１４は、底部２１の下方側から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部３１に支持されている。上記した排気孔２３は、筒状支持部３１の外周に沿って処理容器１２の底部２１の一部を貫通するように設けられている。環状の排気孔２３の下方側には排気管（図示せず）を介して排気装置（図示せず）が接続されている。排気装置は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置により、処理容器１２内を所定の圧力まで減圧することができる。
【００３１】
プラズマ発生機構１９は、処理容器１２外に設けられており、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる高周波発生器としてのマイクロ波発生器４１を含む。また、プラズマ発生機構１９は、保持台１４と対向する位置に配置され、マイクロ波発生器４１により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する誘電体窓１６を含む。また、プラズマ発生機構１９は、複数のスロット孔２０が設けられており、誘電体窓１６の上方側に配置され、マイクロ波を誘電体窓１６に放射するスロットアンテナ板１７を含む。また、プラズマ発生機構１９は、スロットアンテナ板１７の上方側に配置され、後述する同軸導波管３６により導入されたマイクロ波を径方向に伝播する誘電体部材１８を含む。
【００３２】
マイクロ波発生器４１は、モード変換器３４および導波管３５ａを介して、マイクロ波を導入する同軸導波管３６の上部に接続されている。例えば、マイクロ波発生器４１で発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管３５ａを通り、モード変換器３４によりＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管３６を伝播する。マイクロ波発生器４１の詳細な構成については、後述する。なお、マイクロ波発生器４１に対しての導波管３５ａ側が、後述する負荷側となる。
【００３３】
誘電体窓１６は、略円板状であって、誘電体で構成されている。誘電体窓１６の下面２８の一部には、導入されたマイクロ波による定在波の発生を容易にするためのテーパ状に凹んだ環状の凹部３７が設けられている。この凹部３７により、誘電体窓１６の下部側にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。なお、誘電体窓１６の具体的な材質としては、石英やアルミナ等が挙げられる。
【００３４】
スロットアンテナ板１７は、薄板状であって、円板状である。複数のスロット孔２０については、図２に示すように、それぞれ所定の間隔を開けて直交するように２つのスロット孔２０が一対となるように設けられており、一対をなしたスロット孔２０が周方向に所定の間隔を開けて設けられている。また、径方向においても、複数の一対のスロット孔２０が所定の間隔を開けて設けられている。
【００３５】
マイクロ波発生器４１により発生させたマイクロ波は、同軸導波管３６を通って、誘電体部材１８に伝播される。内部に冷媒等を循環させる循環路４０を有し誘電体部材１８等の温度調整を行う冷却ジャケット３２とスロットアンテナ板１７との間に挟まれた誘電体部材１８の内部を径方向外側に向かって、マイクロ波は放射状に広がり、スロットアンテナ板１７に設けられた複数のスロット孔２０から誘電体窓１６に放射される。誘電体窓１６を透過したマイクロ波は、誘電体窓１６の直下に電界を生じさせ、処理容器１２内にプラズマを生成させる。
【００３６】
プラズマ処理装置１１においてマイクロ波プラズマを発生させた場合、誘電体窓１６の下面２８の直下、具体的には、誘電体窓１６の下面２８の数ｃｍ程度下に位置する領域においては、プラズマの電子温度が比較的高いいわゆるプラズマ生成領域が形成される。そして、その下側に位置する領域には、プラズマ生成領域で生成されたプラズマが拡散するいわゆるプラズマ拡散領域が形成される。このプラズマ拡散領域は、プラズマの電子温度が比較的低い領域であり、この領域でプラズマ処理を行う。そうすると、プラズマ処理時における被処理基板Ｗに対するいわゆるプラズマダメージを与えず、かつ、プラズマの電子密度が高いので、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
【００３７】
プラズマ発生機構１９は、後述する高周波発振器としてのマグネトロンにより発生させた高周波を処理容器１２内へ透過させる誘電体窓１６と、複数のスロット孔２０が設けられており、高周波を誘電体窓１６に放射するスロットアンテナ板１７とを含むよう構成されている。また、プラズマ発生機構１９により発生させるプラズマは、ラジアルラインスロットアンテナにより生成されるよう構成されている。
【００３８】
ここで、上記した構成のプラズマ処理装置１１に備えられるプラズマ発生機構１９に含まれるマイクロ波発生器４１の具体的な構成について説明する。
【００３９】
図３は、マイクロ波発生器４１の概略的な構成を示すブロック図である。図４は、マイクロ波発生器４１に含まれる後述の整合装置としての４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。図５は、マイクロ波発生器４１に含まれるマグネトロンの周辺の構成を示す模式図である。
【００４０】
図１〜図５を参照して、マイクロ波発生器４１は、高周波としてのマイクロ波を発振する高周波発振器としてのマグネトロン４２と、マグネトロン４２に電力を供給する高圧電源４３と、高周波を発振する際のカソード電極４４ａを構成するフィラメントに電力を供給するフィラメント電源４６とを含む。高圧電源４３およびフィラメント電源４６は、マグネトロン４２に電力を供給する電源部を構成する。発振部４７は、マグネトロン４２と、マグネトロン４２による発振されたマイクロ波が導出されるランチャ４８とを含む構成である。マグネトロン４２から発振されるマイクロ波は、図５中の二点鎖線で示す矢印Ａ１の方向に進行する。なお、マイクロ波の反射波については、図５中の矢印Ａ１の逆の方向に進行する。また、マイクロ波発生器４１は、マグネトロン４２により発振されたマイクロ波を負荷側となる処理容器１２側に伝播する導波路６０を備える。導波路６０については、マイクロ波が伝播する通路となるものであるが、ランチャ４８や、後述するアイソレーターと方向性結合器とを連結する導波管３５ｂ、スタブ機構とアイソレーターとを連結する導波管３５ｃ等から主に構成されている。
【００４１】
マグネトロン４２と高圧電源４３との間には、回路４５が組まれている。回路４５を介して、高圧電源４３側からマグネトロン４２側にアノード電流が供給される。マグネトロン４２の内部において、回路４５には、フィラメントが組み込まれている。フィラメントによって構成されるカソード電極４４ａと、高圧電源４３からアノード電流を供給されて形成されるアノード電極４４ｂとによって、外部に出力されるマイクロ波が生成される。なお、カソード電極４４ａを構成する陰極側となる上記したフィラメント、および陽極側となるアノード電極４４ｂを形成する陽極ベイン等は、機械加工により製造される機械加工品である。
【００４２】
また、マイクロ波発生器４１は、アイソレーター４９と、導波路６０内に設けられ、導波路６０内を進行する進行波および負荷側からの反射波の一部を分岐する方向性結合器５４と、整合器としての４Ｅチューナー５１とを含む。アイソレーター４９は、マグネトロン４２から負荷５０側に位置する４Ｅチューナー５１側へ、周波数信号を一方向に伝送する。ここでいう負荷５０は、モード変換器３４等、いわゆる導波管３５ａの下流側に位置する部材である。
【００４３】
４Ｅチューナー５１は、マイクロ波の進行方向に向かって間隔を開けて設けられる４つの可動短絡板（図示せず）を備える可動短絡部５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと、可動短絡部５２ａに対してマグネトロン４２側に位置する３つのプローブ５３ａ、５３ｂ、５３ｃを含む。３つのプローブ５３ａ、５３ｂ、５３ｃは、マイクロ波の進行方向に向かって管内波長λｇの１／８、すなわち、λｇ／８の距離だけ離れて設けられる。また、３つのプローブ５３ａ、５３ｂ、５３ｃに接続された演算回路５３ｄにより、３つのプローブ５３ａ〜５３ｃにそれぞれ対応する図示しない可動短絡板の位置が算出される。なお、導波管の管内波長は、導波管の進行方向での波長の長さであり、設定する基本周波数と導波管の寸法によって計算され、たとえば、２．４５ＧＨｚで導波管の縦方向の長さ寸法×横方向の長さ寸法が９６ｍｍ×２７ｍｍであるとき、１５８ｍｍと計算される。
【００４４】
また、４Ｅチューナー５１には、可動短絡部５２ａに対してマグネトロン４２側に方向性結合器５４が設けられている。この方向性結合器５４は、双方向性結合器である。なお、方向性結合器５４は、３つのプローブ５３ａ、５３ｂ、５３ｃに対向していなくてもよい。この方向性結合器５４を用いて、回路５５ａを介し、導波路６０内を進行する進行波の電力信号を、マイクロ波発生器４１に設けられる電圧制御回路５６に伝送する。なお、回路５５ａにより伝送される進行波の電力信号については、検出器５５ｃで進行波電力信号としてアナログに検出される。また、この方向性結合器５４を用いて、回路５５ｂを介し、導波路６０内を進行する反射波の電力信号を、マイクロ波発生器４１に設けられる電圧制御回路５６に伝送する。なお、回路５５ｂにより伝送される反射波の電力信号については、検出器５５ｄで反射波電力信号としてアナログに検出される。この電圧制御回路５６から、回路５７ａおよび回路５７ｂを用いて、高圧電源４３により供給する電圧の制御信号およびフィラメント電源４６に供給する電圧の制御信号を送信し、マグネトロン４２に印加する電圧の制御を行う。すなわち、電圧制御回路５６は、設定電力が方向性結合器５４から検出された進行波電力と同じとなるように、高圧電源４３とフィラメント電源４６に対して、マグネトロン４２の仕様を満たす適正な電流となるように電圧を供給するものである。
【００４５】
なお、マグネトロン４２と４Ｅチューナー５１との間に設けられるアイソレーター４９は、受動素子であるサーキュレーターのうち、１つの端子をダミー負荷５９とすることにより構成されている。すなわち、マグネトロン４２側に位置する第一の端子５８ａを発振部と接続し、４Ｅチューナー５１側に位置する第二の端子５８ｂを４Ｅチューナー５１と接続し、残りの第三の端子５８ｃにダミー負荷５９を接続することにより構成されている。こうすることにより、アイソレーター４９は、マグネトロン４２から負荷５０側に位置する４Ｅチューナー５１へ、電力を一方向に伝送することができる。また、負荷５０から４Ｅチューナー５１に反射された電力をダミー負荷５９に伝送させることができ、つまり負荷５０から反射された電力がマグネトロン４２に伝送されることを防ぐことができる。こうすることにより、マグネトロン４２が反射された電力によって故障することを防いでいる。
【００４６】
ここで、マイクロ波発生器４１は、マイクロ波によって導波路６０内に形成される電圧定在波の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を電源部から供給される電力に応じて可変とする電圧定在波比可変機構６１を含む。
【００４７】
次に、電圧定在波比可変機構６１の詳細について説明する。電圧定在波比可変機構６１は、導波路６０に設けられ、径方向に可動する３つの棒状部材６４ａ、６４ｂ、６４ｃを有するスタブ機構６２と、棒状部材６４ａ、６４ｂ、６４ｃを可動させるドライバ６３と、棒状部材６４ａ、６４ｂ、６４ｃの可動を制御する制御機構とを備える。スタブ機構６２は、導波路６０の一部を構成し、棒状部材６４ａ〜６４ｃは、スタブ機構６２を構成する導波路６５に設けられる。この実施形態においては、制御機構は、電圧制御回路５６により兼用されている。
【００４８】
３つの棒状部材６４ａ、６４ｂ、６４ｃはそれぞれ、導波路６０の外周側から内周側に向かって延出可能である。また、その逆の方向へ可動することもできる。すなわち、図５中の矢印Ｂ１の方向またはその逆の方向に可動することができる。３つの棒状部材６４ａ、６４ｂ、６４ｃは、モータ（図示せず）を駆動させるドライバ６３によってそれぞれ個別に可動させられる。棒状部材６４ａ〜６４ｃの可動は、制御機構を兼ねる電圧制御回路５６によって制御される。
【００４９】
つまり、電圧定在波比可変機構６１によるＶＳＷＲと位相との関係は、マグネトロン４２からスタブ機構６２までの距離と、棒状部材６４ａ、６４ｂ、６４ｃの間隔、および棒状部材６４ａ〜６４ｃを延出させる高さにより一意に決まる。後述する図９に示すように、マグネトロン４２はその仕様によりＶＳＷＲが決まれば位相の適切な位置は一意に決まるため、ＶＳＷＲの設定がなされたときには、位相は適切な値になっていることとする。
【００５０】
なお、棒状部材６４ａ〜６４ｃは、この実施形態においては、３つ設けられているが、１つであっても良いし、複数、例えば、３つ以上設けられていてもよい。
【００５１】
ここで、電圧定在波比可変機構６１の動作について説明する。図６は、あるマグネトロンにおいて、ＶＳＷＲを１．５としたときとＶＳＷＲを７．０としたときのアノード電流とマイクロ波の出力電力との関係を示すグラフである。横軸は、アノード電流（Ａ）を示し、縦軸は、マイクロ波の出力電力（Ｗ）を示す。また、黒丸および点線で示されるグラフは、このマグネトロン４２におけるＶＳＷＲを１．５としたときのアノード電流とマイクロ波の出力電力との関係を示し、白丸および点線で示されるグラフは、このマグネトロン４２におけるＶＳＷＲを７．０としたときのアノード電流と出力電力との関係を示す。なお、ここでは、ＶＳＷＲを変更する所定の値として、出力電力値を３０００Ｗとしている。
【００５２】
電圧制御回路５６にマイクロ波の設定電力値が入力されると、予め設定するＶＳＷＲとなるように電圧制御回路５６にあるモータコントローラ位置信号によりドライバ６３を介してスタブ機構６２に含まれる棒状部材６４ａ〜６４ｃを所定の位置に駆動する。次に、高圧電源４３とフィラメント電源４６に電源が供給され、マグネトロン４２によってマイクロ波が発振される。そして、電圧制御回路５６には、方向性結合器５４から進行波電力信号および反射波電力信号が入力される。
【００５３】
ここで、プラズマ処理装置１１におけるプロセス条件において、マイクロ波の出力電力を、例えば、４０００Ｗから低くするよう変更する場合について考える。マイクロ波の出力電力が４０００Ｗであった場合、ＶＳＷＲが１．５となるように調整されている。ここで、マイクロ波の出力電力を低くしていく。そして、マイクロ波の出力電力が低くして３０００Ｗとなった場合、ＶＳＷＲが７．０となる。
【００５４】
電圧定在波比可変機構６１には予めＶＳＷＲが１．５のときとＶＳＷＲが７．０のときに対応する棒状部材６４ａ〜６４ｃを延出させる高さが記憶されている。そして、ドライバ６３にモータコントローラ位置信号を送信する。そうすると、信号に応じて、ドライバ６３はモータを駆動し、棒状部材６４ａ〜６４ｃを可動させる。そして、棒状部材６４ａ〜６４ｃを算出された位置とする。その後、位置決め完了信号がドライバ６３から電圧制御回路５６に送信される。このようにして、スタブ機構６２により、ＶＳＷＲの値が変更される。すなわち、電源部からマグネトロン４２に供給される電力が３０００Ｗよりも低ければ、ＶＳＷＲを７．０と高くなるように制御する。なお、ＶＳＷＲの変更に伴う具体的なマイクロ波の出力電力とアノード電流との関係については、図６中の実線で示される。このようにして電圧定在波比可変機構６１に備えられるスタブ機構６２により、電圧制御回路５６にマイクロ波の設定電力値に応じてＶＳＷＲを変更する。
【００５５】
このように構成することにより、基本周波数の波形において、ピークの裾の形状を狭くすると共に、急峻なピークとすることができる。すなわち、低電力であっても、理想的な基本周波数の波形とすることができる。この場合、急峻なピークを有し、ピークの裾の領域が狭い基本周波数の波形であれば、多少ピークの位置が異なっていたとしても、後のプラズマ負荷との整合工程等において、安定した定在波や安定した定在波の形成に基づく電磁界の形成を行うことができる。そうすると、結果的に処理容器１２内において安定して均一なプラズマを生成することができ、引いては、機差による影響を小さくすることができる。したがって、プラズマ処理を行う際に、マグネトロンの設定電力を低い電力としても、安定したプラズマの生成を行うことができる。その結果、低電力から高電力に亘る広い領域でのより安定したプラズマの生成を行うことができ、広いプロセス条件の構築を行うことができる。すなわち、プラズマ処理装置１１に備えられるマイクロ波発生器４１において、ハイパワーのみならず、ローパワーにおけるプロセス構築を可能とするものである。
【００５６】
ここで、ＶＳＷＲを高くすれば、後述する図３１に示すように効率が下がる傾向があるため、この効率等との兼ね合いにおいても、ＶＳＷＲの変更を行う。
【００５７】
なお、図７以下において、電圧定在波比可変機構６１によるＶＳＷＲを変更する際の指標となるパラメータ、異なるＶＳＷＲにおける基本周波数の波形の変化等について説明する。
【００５８】
まず、マイクロ波の設定電力と高精度なパワーメータとの差から計算される精度について説明する。図７は、ＶＳＷＲ＝１．５におけるマイクロ波の設定電力とマイクロ波の出力電力の精度との関係を示すグラフである。図７において、横軸は、マイクロ波の設定電力（Ｗ）を示し、縦軸は、マイクロ波の出力電力の精度（％）を示す。縦軸のマイクロ波の出力電力の精度については、マイクロ波の設定電力により供給されたマイクロ波の電力について、試験数ｎ＝１００におけるマイクロ波発生器間における誤差が実際にどの程度かを示す指標である。線６６ａが誤差の平均値であり、線６６ｂが誤差の最大値を示し、線６６ｃが誤差の最小値を示す。
【００５９】
図７を参照して、マイクロ波の設定電力が１０００（Ｗ）よりも大きい領域ではいずれにおいても、誤差の平均値、誤差の最大値、および誤差の最小値のそれぞれがほぼ同じ値を示している。しかし、マイクロ波の設定電力が１０００（Ｗ）未満の領域においては、１０００（Ｗ）よりも低くなるにつれ、誤差の最大値と誤差の最小値との差が大きくなっている。このような状況においては、基本周波数の波形がばらついており、また、ピークの高さが下がっていると共に、ピークの裾の領域が広がっている。したがって、このような場合、一つの目安として、１０００（Ｗ）のマイクロ波の出力電力によって、ＶＳＷＲを変更することにしてもよい。すなわち、ＶＳＷＲを変更する所定の値として、１０００（Ｗ）を設定することにしてもよい。
【００６０】
なお、参考までに、あまりにもマイクロ波の設定電力を低く設定した場合、発振モードがジャンプし、異なった発振周波数となるモーディングと呼ばれる現象が発生し、不安定な発振状態を引き起こすおそれもある。しかし、マイクロ波の設定電力を低く設定しても、アノード電流を増加させることで、モーディングが発生しづらくなる。したがって、マイクロ波の設定電力を低く設定した場合、このように対処する。
【００６１】
次に、方向性結合器５４の結合度の周波数依存性について説明する。図８は、方向性結合器の結合度の周波数依存性を示すグラフである。横軸は、周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は、結合度（ｄＢ）を示す。図８を参照して、周波数を２４５０（ＭＨｚ）とした場合に結合度が６０（ｄＢ）となる設定を行った場合、周波数が１５００（ＭＨｚ）である場合、結合度は６２（ｄＢ）となり、３０００（ＭＨｚ）である場合、結合度が５９（ｄＢ）となる。すなわち、方向性結合器においては、周波数が変わると検出出力が変わり、この場合、周波数が高くなるにつれ、結合度が低くなる。一方、マグネトロン４２の機差や使用によるピーク位置の推移は１０ＭＨｚ程度であり、結合度への影響は小さい。
【００６２】
ここで、あるマグネトロンにおける適切な波長の算出について説明する。図９は、あるマグネトロンのリーケ線図である。リーケ線図は、マグネトロンのアノード電圧、アノード電流、磁界を一定にしておき、負荷の状態を変えて線路上の定在波比の大きさと最小点の位置を読み込み、同時に発振周波数および出力を測定し、周波数が一定となる曲線および出力が一定となる曲線を描いたものである。図９において、実線６７ａ、６７ｂは、出力一定曲線を示し、破線６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄは、周波数一定曲線を示す。実線６７ａは、出力が６．０（ｋＷ）の場合であり、実線６７ｂは、出力が５．５（ｋＷ）の場合である。また、破線６８ａは、周波数がｆｏ（基本周波数）−５（ＭＨｚ）の場合であり、破線６８ｂは、周波数がｆｏ（基本周波数）の場合であり、破線６８ｃは、周波数がｆｏ（基本周波数）＋５（ＭＨｚ）の場合であり、破線６８ｄは、周波数がｆｏ（基本周波数）＋１０（ＭＨｚ）の場合である。また、点６９ａは、実線６７ａと破線６８ｂの交点であり、ＶＳＷＲ＝１．０である。点６９ｂは、実線６７ｂと破線６８ｂとの交点であり、ＶＳＷＲ＝１．６である。このマグネトロン４２においては、０．４０λｇとなるときに、点６９ａ、点６９ｂが最も中心に近づく。したがって、このマグネトロン４２における波長については、０．４０λｇが適切である。そして、波長を０．４０λｇに固定し、ＶＳＷＲを変更する。なお、管内波長λｇ＝１５８（ｍｍ）とした場合、０．４０λｇはおおよそ６３．２（ｍｍ）となる。
【００６３】
次に、アノード電流と効率の関係について説明する。図１０は、アノード電流と効率との関係を示すグラフである。横軸は、アノード電流（Ａ）を示し、縦軸は、効率（％）を示す。ここでは、試験数ｎ＝１００としている。図１０を参照して、アノード電流が低くなると、効率が低下する傾向にあり、アノード電流が低い範囲においては、その傾向が顕著となる。したがって、高い効率を維持するためには、アノード電流については、高い方が好ましい。
【００６４】
次に、ＶＳＷＲの相違によるアノード電流とマイクロ波の出力電力との関係について説明する。図１１は、ＶＳＷＲを変更した場合のアノード電流とマイクロ波の出力電力との関係を示すグラフである。横軸は、アノード電流（Ａ）を示し、縦軸は、マイクロ波の出力電力（Ｗ）を示す。ＶＳＷＲについては、１．５、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０の各値を示し、それぞれ線７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆ、７０ｇで示している。図１０を参照して、ＶＳＷＲの値が低ければ、同じアノード電流の値でも、マイクロ波の出力電力が大きいことが把握できる。
【００６５】
次に、アノード電流の相違によるＶＳＷＲとアノード損失との関係について説明する。図１２は、ＶＳＷＲとアノード損失との関係を示すグラフである。横軸は、ＶＳＷＲを示し、縦軸は、アノード損失（Ｗ）を示す。アノード電流については、１．０１（Ａ）、０．８３（Ａ）、０．６３（Ａ）、０．４３（Ａ）、０．２３（Ａ）の各値を示し、それぞれ線７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅで示している。図１２を参照して、アノード損失については、できるだけ小さいことが好ましいが、アノード電流が高ければ、アノード損失が高くなる傾向がある。また、同じアノード電流の値であっても、ＶＳＷＲの値が高くなるにつれ、アノード損失がやや高くなる傾向にある。なお、図１２中の線７１ａと点線との交点が、ＶＳＷＲ＝１．５、マイクロ波の出力電力５０００（Ｗ）の場合のアノード損失であり、点線において、ＶＳＷＲ＝１．５、マイクロ波の出力電力５０００（Ｗ）の場合のアノード損失の最大許容値を示している。これよりグラフの下側の領域であれば、アノード損失により発熱はそれ以下となるため、アノード損失起因の寿命は同等以上となる。
【００６６】
次に、アノード損失の許容値に関するアノード電流とＶＳＷＲとの関係について説明する。図１３は、アノード電流に対して設定できるＶＳＷＲの範囲を示したグラフである。横軸は、アノード電流（Ａ）を示し、縦軸は、ＶＳＷＲを示す。ここでは、ＶＳＷＲの許容最大値を７．０としている。図１３を参照して、アノード電流が高くなるにつれ、許容されるＶＳＷＲの値は小さくなり、アノード電流が１．０（Ａ）である場合には、ＶＳＷＲの値は、２も許容できないことが把握できる。グラフの下側部分のハッチングで示す領域７２において、適切なＶＳＷＲが選択される。
【００６７】
次に、アノード電流の相違に基づくＶＳＷＲとマイクロ波の出力電力との関係について説明する。図１４は、ＶＳＷＲと安定したマイクロ波の出力電力の範囲と可能な低出力との関係を示すグラフである。横軸は、ＶＳＷＲを示し、縦軸は、マイクロ波の出力電力（Ｗ）を示す。アノード電流については、１．０１（Ａ）、０．２３（Ａ）、０．１２（Ａ）の各値を示し、それぞれ実線７３ａ、実線７３ｂ、点線７３ｃで示している。図１４を参照して、最大安定出力が得られるのは、アノード電流が１．０１（Ａ）の場合であり、最小安定出力が得られるのは、アノード電流が０．２３（Ａ）の場合である。実線７３ａと実線７３ｂとの間の領域が、安定してマイクロ波の出力が得られる範囲である。また、最小可能出力としては、モーディングが発生しないアノード電流が０．１２（Ａ）の場合である。最大安定出力においては、ＶＳＷＲの値が増加するにつれ、出力電力が減少する傾向にあるが、最小安定出力および最小可能出力においては、その傾向が小さく表れている。
【００６８】
次に、複数のマグネトロン間の相違に基づくマイクロ波の設定電力とアノード電流との関係について説明する。図１５および図１６は、複数のマグネトロン間の相違に基づくマイクロ波の設定電力とアノード電流との関係を示すグラフである。横軸は、マイクロ波の設定電力（Ｗ）を示し、縦軸は、アノード電流（Ａ）を示す。図１５においては、マイクロ波の設定電力（Ｗ）の範囲が０〜３５００（Ｗ）の場合を示し、図１６においては、マイクロ波の設定電力（Ｗ）の範囲を４００（Ｗ）〜１０００（Ｗ）に拡大して示す。図１５および図１６中の線７４ａで示す５つのグラフは、ＶＳＷＲが２．０である場合の５つの異なるマグネトロンの場合を示し、図１５および図１６中の線７４ｂで示す５つのグラフは、ＶＳＷＲが１．５である場合の５つの異なるマグネトロンの場合を示す。すなわち、５つの異なるマグネトロンにおいて、ＶＳＷＲが２．０の場合と１．５の場合とを測定している。図１５および図１６を参照して、ＶＳＷＲを１．５から２．０とすることにより、アノード電流を大きくすることができる。これは、５つの異なるマグネトロンにおいても同じ傾向である。
【００６９】
次に、基本周波数から外れている異周波成分について説明する。マグネトロンが発振するマイクロ波の他の周波数特性として、いわゆるスプリアスと呼ばれる設計上意図されない異周波成分がある。この異周波成分は、高周波に含まれるものである。この異周波成分は、マグネトロンを使用するにつれ、増加する傾向がある。この異周波成分の増加は、マグネトロンが発振する高周波が伝播する導波路、整合器において、反射波を引き起こす。この反射波が引き起こされると、マグネトロンの実効パワーやマイクロ波を発生させる際の負荷のインピーダンスが変化することになり、好ましくない。したがって、このような異周波成分については、できるだけその影響を小さくすることが望ましい。
【００７０】
図１７および図１８は、ＶＳＷＲを１．５としたときと、ＶＳＷＲを２．０としたときのスペクトラムの形状を示すグラフである。図１７は、マイクロ波の設定電力を７００（Ｗ）とした場合であり、図１８は、マイクロ波の設定電力を２５００（Ｗ）とした場合である。横軸はそれぞれ、周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸はそれぞれ、スペクトラム強度（ｄＢ）を示す。線７５ａ、７５ｃは、ＶＳＷＲを１．５としたときを示し、線７５ｂ、７５ｄは、ＶＳＷＲを２．０としたときを示す。図１５を参照して、マイクロ波の設定電力が７００（Ｗ）である場合において、ＶＳＷＲを１．５としたときは、図１５中の矢印Ｃ１、矢印Ｃ２示すサイドバンドピークが表れる。このようなサイドバンドピークは、異周波成分、いわゆるスプリアスの一つである。これに対し、ＶＳＷＲを２．０としたときには、このようなサイドバンドピークのようなスプリアスがほとんど出現していない。すなわち、このマグネトロンにおいては、ＶＳＷＲを１．５から２．０とすることにより、異周波成分の影響を小さくすることができる。なお、図１８を参照して、マイクロ波の設定電力を２５００（Ｗ）とした場合については、ＶＳＷＲを１．５としたときにおいて、ややピークの裾の領域が広いが、ＶＳＷＲを２．０としたときに、ピークの裾の領域が狭くなる傾向がある。
【００７１】
図１９は、ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力とスプリアス強度との関係を示すグラフである。図２０は、ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力とスプリアス強度との関係を示すグラフである。図２１は、マイクロ波の設定電力と、ＶＳＷＲを１．５とした場合からＶＳＷＲを２．０とした場合を差し引いたスプリアス強度の差分との関係を示すグラフである。横軸はそれぞれ、マイクロ波の設定電力（Ｗ）を示し、縦軸は図１９および図２０においてはそれぞれ、スプリアス強度（ｄＢ）、図２１においては、スプリアス強度の差分（ｄＢ）を示す。なお、図１９〜図２１において、黒菱形印、黒四角印、黒三角印、バツ印、米印で示される５つのデータについては、それぞれ異なる装置、すなわち５つの異なるマグネトロンで測定した結果を示すものである。図１９〜図２１を参照して、ＶＳＷＲを２．０としたときは、ＶＳＷＲを１．５としたときと比べて、特に低電力側においてサイドバンドピークが減少していることが把握できる。
【００７２】
図２２は、ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力とピーク強度との関係を示すグラフである。図２３は、ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力とピーク強度との関係を示すグラフである。図２４は、マイクロ波の設定電力と、ＶＳＷＲを１．５とした場合からＶＳＷＲを２．０とした場合を差し引いたピーク強度の差分との関係を示すグラフである。横軸はそれぞれ、マイクロ波の設定電力（Ｗ）を示し、縦軸は図２２および図２３においてはそれぞれ、ピーク強度（ｄＢ）、図２４においては、ピーク強度の差分（ｄＢ）を示す。なお、図２２、図２３において、黒菱形印、黒四角印、黒三角印、バツ印、米印で示される５つのデータについては、それぞれ異なる装置、すなわち５つの異なるマグネトロンで測定した結果を示すものである。図２４において、線７６ａは、ＶＳＷＲを１．５としたときにおいて５つのマグネトロンの最大値から５つのマグネトロンの最小値を差し引いた場合を示し、線７６ｂは、ＶＳＷＲを２．０としたときにおいて５つのマグネトロンの最大値から５つのマグネトロンの最小値を差し引いた場合を示す。図２２〜図２４を参照して、ＶＳＷＲを１．５としたときは、低電力側でその値のばらつきが大きい。これに対し、ＶＳＷＲを２．０としたときは、低電力側でもその値のばらつきが小さい。
【００７３】
次に、発振される基本周波数について説明する。図２５は、ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力と周波数との関係を示すグラフである。図２６は、ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力と周波数との関係を示すグラフである。図２７は、ＶＳＷＲを１．５とした場合、ＶＳＷＲを２．０とした場合におけるマイクロ波の設定電力と周波数の差分との関係を示すグラフである。横軸はそれぞれ、マイクロ波の設定電力（Ｗ）を示し、縦軸は図２５および図２６においてはそれぞれ、周波数（ＭＨｚ）、図２７においては、周波数の差分（ＭＨｚ）を示す。なお、図２２、図２３において、黒菱形印、黒四角印、黒三角印、バツ印、米印で示される５つのデータについては、それぞれ異なる装置、すなわち５つの異なるマグネトロンで測定した結果を示すものである。すなわち、２４６３±５（ＭＨｚ）を規格したときに、ＶＳＷＲを１．５としたときとＶＳＷＲを２．０としたとき共に、評価数ｎ＝５のとき規格内となっている。また、マイクロ波の設定電力が小さいとき、周波数の差分は、ＶＳＷＲを１．５としたときに大きくなる。しかし、マイクロ波の設定電力が大きくなると、周波数の差分は、ＶＳＷＲを２．０としたときの方が大きくなる。
【００７４】
次に、マイクロ波の出力電力の精度について説明する。図２８は、ＶＳＷＲを１．５としたときのマイクロ波の設定電力とマイクロ波の出力電力の精度との関係を示すグラフである。図２９は、ＶＳＷＲを２．０としたときのマイクロ波の設定電力とマイクロ波の出力電力の精度との関係を示すグラフである。図３０は、ＶＳＷＲを１．５としたとき、ＶＳＷＲを２．０としたときにおけるマイクロ波の設定電力とモニタ電圧値との関係を示すグラフである。横軸はそれぞれ、マイクロ波の設定電力（Ｗ）を示し、縦軸は図２８および図２９においてはそれぞれ、マイクロ波の出力電力の精度（％）、図３０においては、モニタ電圧値（Ｖ）を示す。なお、図２８、図２９において、黒菱形印、黒四角印、黒三角印、バツ印、米印で示される５つのデータについては、それぞれ異なる装置、すなわち５つの異なるマグネトロンで測定した結果を示すものである。また、図３０において、線７７ａは、ＶＳＷＲを１．５としたときを示し、線７７ｂは、ＶＳＷＲを２．０としたときを示す。図２８〜図３０を参照して、ＶＳＷＲを１．５としたときにおいて、低電力側でばらつきが大きいが、ＶＳＷＲを２．０としたとき、低電力側でもばらつきが小さい。また、ＶＳＷＲを２．０としたとき、低電力側でモニタ電圧値のばらつきが小さいことが把握できる。
【００７５】
次に、マイクロ波の設定電力と効率との関係について説明する。図３１は、マイクロ波の設定電力と効率との関係を示すグラフである。横軸はマイクロ波の設定電力（Ｗ）を示し、縦軸は、効率（％）を示す。線７８ａは、ＶＳＷＲを１．５としたときを示し、線７８ｂは、ＶＳＷＲを２．０としたときを示す。図３１を参照して、ＶＳＷＲを１．５としたときの方が、ＶＳＷＲを２．０としたときよりも効率がよい傾向であることが把握できる。
【００７６】
このように、上述で説明したアノード電流、マイクロ波の出力電力、ＶＳＷＲ、効率の関係等を考慮し、ＶＳＷＲを変更する条件を各マグネトロンにおいて検討して設定し、導波路に形成される電圧定在波の大きさを変え、つまりＶＳＷＲを変更して電源部から供給される電力に応じて変更する。
【００７７】
以上より、上記のような構成によると、低電力から高電力に亘る広い領域でのより安定したプラズマの生成を行うことができ、広いプロセス条件の構築を行うことができる。
【００７８】
なお、上記の実施の形態においては、高周波発振器としてマグネトロンを用いることとしたが、これに限らず、他の高周波発振器を用いた場合にも適用される。
【００７９】
また、上記の実施の形態において、電圧定在波比可変機構として、スタブ機構を用いることとしたが、これに限らず、他の機構を用いて、定在波比を可変にすることとしてもよい。
【００８０】
なお、上記の実施の形態においては、ある所定の値を閾値としてＶＳＷＲを変更することとしたが、これに限らず、多段階にＶＳＷＲを変更することにしてもよいし、例えば、ＶＳＷＲとアノード電流とが比例関係を有するようにＶＳＷＲをリニアに変更することにしてもよい。
【００８１】
また、上記の実施の形態においては、ラジアルラインスロットアンテナを用いたマイクロ波によりプラズマ処理を行うこととしたが、これに限らず、くし型のアンテナ部を有し、マイクロ波によりプラズマを生成するプラズマ処理装置やスロットからマイクロ波を放射しプラズマ生成するプラズマ処理装置を用いてもよい。
【００８２】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１１  プラズマ処理装置、１２  処理容器、１３，２６，２７  ガス供給部、１４  保持台、１５  制御部、１６  誘電体窓、１７  スロットアンテナ板、１８  誘電体部材、１９  プラズマ発生機構、２０  スロット孔、２１  底部、２２  側壁、２３  排気孔、２４  蓋部、２５  Ｏリング、２８  下面、２９  ガス供給系、３０ａ，３０ｂ  ガス供給孔、３１  筒状支持部、３２  冷却ジャケット、３３  温度調整機構、３４  モード変換器、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ  導波管、３６  同軸導波管、３７  凹部、３８  高周波電源、３９  マッチングユニット、４０  循環路、４１  マイクロ波発生器、４２  マグネトロン、４３  高圧電源、４４ａ  カソード電極、４４ｂ  アノード電極、４５，５５ａ，５５ｂ，５７ａ，５７ｂ  回路、４６  フィラメント電源、４７  発振部、４８  ランチャ、４９  アイソレーター、５０  負荷、５１  ４Ｅチューナー、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ  可動短絡部、５３ａ，５３ｂ，５３ｃ  プローブ、５３ｄ  演算回路、５４  方向性結合器、６０，６５  導波路、５５ｃ，５５ｄ  検出器、５６  電圧制御回路、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ  端子、５９  ダミー負荷、６１  電圧定在波比可変機構、６２  スタブ機構、６３  ドライバ、６４ａ，６４ｂ，６４ｃ  棒状部材、６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６７ａ，６７ｂ，６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄ，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ，７０ｆ，７０ｇ，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂ  線、６９ａ，６９ｂ  点、７２  領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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