(57)【要約】【課題】生産性を向上させることができ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、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マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器（４１ａ）を含み、マイクロ波発生器（４１ａ）により発生させたマイクロ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。マイクロ波発生器（４１ａ）は、マイクロ波を発振する第一のマグネトロン（４２ａ）と、第一のマグネトロン（４２ａ）とは別に設けられ、マイクロ波を発振する第二のマグネトロン（４２ｂ）と、第一または第二のマグネトロン（４２ａ）、（４２ｂ）により発振されたマイクロ波を負荷側となる処理容器側に伝播する導波管（６１）と、処理容器側に伝播させるマイクロ波の発振源を第一のマグネトロン（４２ａ）から第二のマグネトロン（４２ｂ）へ切り替える切り替え機構とを含む。【選択図】図４
2014093223.tif 000002
【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、高周波を発振する第一の高周波発振器と、前記第一の高周波発振器とは別に設けられ、高周波を発振する第二の高周波発振器と、前記第一または第二の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管と、前記処理容器側に伝播させる高周波の発振源を前記第一の高周波発振器から前記第二の高周波発振器へ切り替える切り替え機構とを含む、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記切り替え機構は、前記導波管に設けられ、前記導波管内の経路を切り替えることにより、前記処理容器側に伝播させる高周波の発振源を前記第一の高周波発振器から前記第二の高周波発振器へ切り替える導波管切り替え器を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記切り替え機構は、前記導波管に設けられ、磁界の向きを変えることにより、前記処理容器側に伝播させる高周波の発振源を前記第一の高周波発振器から前記第二の高周波発振器へ切り替える可逆式サーキュレーターを含む、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第一の高周波発振器の状態を判断する判断機構を備え、
前記切り替え機構は、前記判断機構による判断結果に応じて、前記第一の高周波発振器から前記第二の高周波発振器へ切り替える、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】
前記切り替え機構による切り替えの際に、切り替える旨を報知する報知機構を備える、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記高周波発生器は、前記第一および第二の高周波発振器を冷却可能な冷却機構を含む、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】
高周波を発振する第一の高周波発振器と、前記第一の高周波発振器とは別に設けられ、高周波を発振する第二の高周波発振器と、前記第一または第二の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管と、前記処理容器側に伝播させる高周波の発振源を前記第一の高周波発振器から前記第二の高周波発振器へ切り替える切り替え機構とを含む、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、プラズマを利用して処理を行うプラズマ処理装置に関する技術が、ＷＯ２００４／０６８９１７号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、マイクロ波を発生させる際の高周波の発振源として、マグネトロンを用いることが開示されている。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振源として有効に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０６８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高周波の発振源としては、機械加工品から構成される機器を用いる場合がある。例えば、上記した特許文献１に示すようにマグネトロンを用いる場合について説明すると、マグネトロンは、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。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の変化が大きい場合、プラズマ処理に影響を及ぼすおそれがあるため、フィラメントといったいわゆる消耗品の交換や、マグネトロン自体の交換を行う必要が生じてくる。すなわち、マグネトロンについては、いわゆる寿命があるため、使用を開始した後に、寿命に達したタイミング等、あるタイミングで交換を行う必要がある。
【０００６】
ここで、マグネトロンが交換のタイミングに達したとすれば、マグネトロンを交換することになるが、マグネトロンの交換中、プラズマ処理装置の稼働を停止させなければならない。このような時間中はもちろん、プラズマ処理を行うことができず、生産におけるダウンタイムとなる。生産効率の向上の観点から、このような時間はできるだけ短いことが好ましい。
【０００７】
特に、プラズマ処理装置を多数用いて数多くのプラズマ処理を並行して行う場合において、複数のプラズマ処理装置におけるマグネトロンの交換のタイミングが重なった場合、交換に要する人員を確保できず、ダウンタイムが長期化するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、高周波を発振する第一の高周波発振器と、第一の高周波発振器とは別に設けられ、高周波を発振する第二の高周波発振器と、第一または第二の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管と、処理容器側に伝播させる高周波の発振源を第一の高周波発振器から第二の高周波発振器へ切り替える切り替え機構とを含む。
【０００９】
このように構成することにより、第一の高周波発振器において、長時間の使用による部品の消耗により所望の高周波を発振することができない状況が発生したとしても、切り替え機構により高周波の発振源を第一の高周波発振器から第一の高周波発振器とは別に設けられた第二の高周波発振器に切り替えて、第二の高周波発振器によって所望の高周波を発振させることができる。そうすると、高周波発生器において所望の高周波を発振させることができない期間を短くすることができ、ダウンタイムの削減を図ることができる。したがって、プラズマ処理装置において、プラズマ処理を行うことができない期間を短くして、生産性を向上させることができる。
【００１０】
なお、第一の高周波発振器において、構成部材の組み立て不良等に起因するいわゆる初期不良が生じ、稼働の初期から適切な高周波の発振を行えない場合がある。このような第一の高周波発振器を用いてプラズマ処理を行った場合、プラズマ処理装置の稼働の初期から適切にプラズマを生成できないおそれがある。このような状況となった場合においても、第一の高周波発振器と第二の高周波発振器とを切り替えて即時に対応することができる。すなわち、稼働の初期において第二の高周波発振器に切り替えて適切に高周波を発振することができる。また、第一の高周波発振器を用いて適切にプラズマが生成できなかった場合において、適切にプラズマが生成できなかった原因が高周波発振器にあるものか否かの見極めを容易に行うことができる。
【００１１】
また、切り替え機構は、導波管に設けられ、導波管内の経路を切り替えることにより、処理容器側に伝播させる高周波の発振源を第一の高周波発振器から第二の高周波発振器へ切り替える導波管切り替え器を含むよう構成してもよい。
【００１２】
また、切り替え機構は、導波管に設けられ、磁界の向きを変えることにより、処理容器側に伝播させる高周波の発振源を第一の高周波発振器から第二の高周波発振器へ切り替える可逆式サーキュレーターを含むよう構成してもよい。
【００１３】
また、第一の高周波発振器の状態を判断する判断機構を備え、切り替え機構は、判断機構による判断結果に応じて、第一の高周波発振器から第二の高周波発振器へ切り替えるよう構成してもよい。
【００１４】
また、切り替え機構による切り替えの際に、切り替える旨を報知する報知機構を備えるよう構成してもよい。
【００１５】
また、高周波発生器は、第一および第二の高周波発振器を冷却可能な冷却機構を含むよう構成してもよい。
【００１６】
この発明の他の局面においては、高周波発生器は、高周波を発振する第一の高周波発振器と、第一の高周波発振器とは別に設けられ、高周波を発振する第二の高周波発振器と、第一または第二の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管と、処理容器側に伝播させる高周波の発振源を第一の高周波発振器から第二の高周波発振器へ切り替える切り替え機構とを含む。
【００１７】
このような高周波発生器によると、第一の高周波発振器において、長時間の使用による部品の消耗により所望の高周波を発振することができない状況が発生したとしても、切り替え機構により高周波の発振源を第一の高周波発振器から第一の高周波発振器とは別に設けられた第二の高周波発振器に切り替えて、第二の高周波発振器によって所望の高周波を発振させることができる。そうすると、高周波発生器において所望の高周波を発振させることができない期間を短くすることができ、ダウンタイムの削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
このような構成によると、第一の高周波発振器において、長時間の使用による部品の消耗により所望の高周波を発振することができない状況が発生したとしても、切り替え機構により高周波の発振源を第一の高周波発振器から第一の高周波発振器とは別に設けられた第二の高周波発振器に切り替えて、第二の高周波発振器によって所望の高周波を発振させることができる。そうすると、高周波発生器において所望の高周波を発振させることができない期間を短くすることができ、ダウンタイムの削減を図ることができる。したがって、プラズマ処理装置において、プラズマ処理を行うことができない期間を短くして、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】マイクロ波発生器に含まれる整合装置としての４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。
【図４】マイクロ波発生器に含まれ、高周波であるマイクロ波を発振する発振部の周辺の構成を示す概略図であり、第一のマグネトロン側へフィラメント電源からのフィラメント電圧および高圧電源からの電力が供給される場合を示す。
【図５】マイクロ波発生器に含まれ、高周波であるマイクロ波を発振する発振部の周辺の構成を示す概略図であり、第二のマグネトロン側へフィラメント電源からのフィラメント電圧および高圧電源からの電力が供給される場合を示す。
【図６】導波管切り替え器において、第一のマグネトロンと導波管との経路を繋いだ場合を示す。
【図７】導波管切り替え器において、第二のマグネトロンと導波管との経路を繋いだ場合を示す。
【図８】冷却機構の構成を概略的に示す図である。
【図９】プラズマ処理装置における処理の手順のうち、代表的な工程を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれる冷却機構を示す概略図である。
【図１１】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれる冷却機構を示す概略図である。
【図１２】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれる導波管切り替え器を示す概略図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれる導波管切り替え器を示す概略図である。
【図１４】この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれ、マイクロ波を発振する発振部の周辺の構成を示す概略図である。
【図１５】図１４に示すマイクロ波発生器に含まれる可逆式サーキュレーターを示す概略図である。
【図１６】図１４に示すマイクロ波発生器に含まれる可逆式サーキュレーターを示す概略図である。
【図１７】可逆式サーキュレーターの動作を制御する電磁石回路の構成を示す概略図である。
【図１８】図１４〜図１６に示す可逆式サーキュレーターのうち、マイクロ波の伝播方向を示す図である。
【図１９】図１４〜図１６に示す可逆式サーキュレーターのうち、マイクロ波の伝播方向を示す図である。
【図２０】基本波のスペクトラムのレベルと異周波のスペクトラムのレベルとの差と反射波電力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】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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マイクロ波発生器４１ａ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４１ａ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。
【００２８】
マイクロ波発生器４１ａは、モード変換器３４および導波管３５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４１ａで発生させたＴＥモードのマイクロ波は、導波管３５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４１ａ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４１ａに対しての導波管３５側が、後述する負荷側となる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
マイクロ波発生器４１ａ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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４１ａの具体的な構成について説明する。図３は、マイクロ波発生器４１ａに含まれる整合装置としての４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。図４は、マイクロ波発生器４１ａに含まれ、高周波であるマイクロ波を発振する発振部の周辺の構成を示す概略図である。図４、後述する図５等において、点線で示す矢印は制御信号の送受信を示すものである。
【００３５】
図１〜図４を参照して、マイクロ波発生器４１ａは、高周波を発振する発振部５５ａと、発振部５５ａに接続されるアイソレーター４９と、アイソレーター４９に接続される整合器としての４Ｅチューナー５１と、４Ｅチューナー５１に接続される方向性結合器５４とを含む。アイソレーター４９は、発振部５５ａ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３５の下流側に位置する部材である。
【００３６】
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に対して後述する発振部５５ａ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基本周波数λの１／８、すなわち、λ／８の距離離れて設けられる。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の電圧値から可動短絡部５２ａ〜５２ｄの可動短絡板の位置を計算して位置決めを行う。
【００３７】
４Ｅチューナー５１には、可動短絡部５２ａに対して発振部５５ａ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、４Ｅチューナー５１を含む導波管３５内を進行する進行波および反射波の電力信号を、マイクロ波発生器４１ａに設けられる電圧制御回路５６に伝送する。電圧制御回路５６から、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に供給する電圧の制御信号を送信し、高圧電源４３およびフィラメント電源４４の電圧の制御を行う。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になるように、高圧電源４３とフィラメント電源４４に対して、後述するマグネトロンの仕様を満たす適正な電圧となるよう電流を供給するものである。
【００３８】
なお、発振部５５ａ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、例えば、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とすることにより構成されている。すなわち、発振部５５ａ側に位置する第一の端子を発振部５５ａと接続し、４Ｅチューナー５１側に位置する第二の端子を４Ｅチューナー５１と接続し、残りの第三の端子をダミー負荷と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、発振部５５ａから負荷５０側に位置する４Ｅチューナー５１へ、周波数信号を一方向に伝送することができる。
【００３９】
次に、マイクロ波発生器４１ａに含まれ、高周波を発振する発振部５５ａの構成について説明する。マイクロ波発生器４１ａ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第一のマグネトロン４２ａと、第一のマグネトロン４２ａとは別に設けられており、同じく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第二のマグネトロン４２ｂとを含む。図４に示す場合において、第一のマグネトロン４２ａと第二のマグネトロン４２ｂとは、対向する位置に設けられている。また、マイクロ波発生器４１ａは、第一または第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂのいずれか双方に高電圧を供給することができる高圧電源４３と、高周波を発振する際の第一のマグネトロン４２ａに含まれる第一のカソード電極４６ａを構成するフィラメント、および高周波を発振する際の第二のマグネトロン４２ｂに含まれる第二のカソード電極４６ｂに電源を供給するフィラメント電源４４とを含む。
【００４０】
第一および第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂ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側から第一または第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂ側にアノード電流が供給される。第一および第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂのそれぞれの内部において、回路４５には、フィラメントが組み込まれている。第一のマグネトロン４２ａにおいて、フィラメントによって構成される第一のカソード電極４６ａ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第一のアノード電極４７ａとによって、外部に出力されるマイクロ波が生成される。また、第二のマグネトロン４２ｂにおいて、フィラメントによって構成される第二のカソード電極４６ｂ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第二のアノード電極４７ｂ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、第一および第二のカソード電極４６ａ、４６ｂ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第一および第二のアノード電極４７ａ、４７ｂ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。
【００４１】
マイクロ波発生器４１ａは、処理容器１２側に伝播させるマイクロ波の発振源を第一のマグネトロン４２ａから第二のマグネトロン４２ｂに切り替える切り替え機構を備える。回路４５には、切り替え機構の一部として、フィラメント電源４４から供給されるフィラメント電圧の供給先、および高圧電源４３から供給される電力の供給先を第一または第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂに切り替えるための第一の切り替えスイッチ５７ａ、および第二の切り替えスイッチ５７ｂが設けられている。
【００４２】
具体的には、回路４５において、第一の切り替えスイッチ５７ａについては、フィラメント電源４４側に位置する端子５８ａと、第一のカソード電極４６ａ側に位置する端子５８ｂまたは第二のカソード電極４６ｂ側に位置する端子５８ｃとを切り替えて、端子５８ａと端子５８ｂ、または端子５８ａと端子５８ｃのいずれかを接続状態とする。また、回路４５において、第二の切り替えスイッチ５７ｂについては、フィラメント電源４４側に位置する端子５８ｄと、第一のカソード電極４６側に位置する端子５８ｅまたは第二のカソード電極４６ｂ側に位置する端子５８ｆとを切り替えて、端子５８ｄと端子５８ｅ、または端子５８ｄと端子５８ｆのいずれかを接続状態とする。第一の切り替えスイッチ５７ａにおいて端子５８ａと端子５８ｂとを接続状態とし、第二の切り替えスイッチ５７ｂにおいて端子５８ｄと端子５８ｅとを接続状態とすることにより、第一のマグネトロン４２ａ側へのフィラメント電源４４からのフィラメント電圧および高圧電源４３からの電力が供給される。逆に、第一の切り替えスイッチ５７ａにおいて端子５８ａと端子５８ｃとを接続状態とし、第二の切り替えスイッチ５７ｂにおいて端子５８ｄと端子５８ｆとを接続状態とすることにより、第二のマグネトロン４２ｂ側へのフィラメント電源４４からのフィラメント電圧および高圧電源４３からの電力が供給される。
【００４３】
なお、図４は、第一のマグネトロン４２ａ側へフィラメント電源４４からのフィラメント電圧および高圧電源４３からの電力が供給される場合を示している。第二のマグネトロン４２ｂ側へフィラメント電源４４からのフィラメント電圧および高圧電源４３からの電力が供給される場合については、図５にその状態を示す。
【００４４】
また、発振部５５ａには、第一および第二の切り替えスイッチ５７ａ、５７ｂの切り替えを行う切り替え制御回路５９が設けられている。切り替え制御回路５９からの制御信号に応じて、第一および第二の切り替えスイッチ５７ａ、５７ｂにおいて、上記した接続状態を変更する端子の切り替えを行う。
【００４５】
なお、発振部５５ａの外部には、上記した電圧制御回路５６を含み、マイクロ波発生器４１ａ全体の制御を行うマイクロ波発生器制御回路６０が設けられている。マイクロ波発生器制御回路６０は、電圧制御回路５６を通じて、高圧電源４３から供給される電力、フィラメント電源４４から供給されるフィラメント電圧を制御すると共に、切り替え制御回路５９に発振する制御信号の制御等を行う。
【００４６】
また、発振部５５ａには、切り替え機構の一部として、第一のマグネトロン４２ａによって発振した高周波を、アイソレーター４９に接続される導波管６１へ伝播する第一のランチャー６２ａと、第二のマグネトロン４２ｂによって発振した高周波を導波管６１へ伝播する第二のランチャー６２ｂと、第一のランチャー６２ａおよび第二のランチャー６２ｂに接続されており、導波管６１側に伝播する経路を切り替える導波管切り替え器６３ａを含む。導波管６１は、いわゆるマイクロ波の伝播方向の下流側において、アイソレーター４９に接続される。すなわち、導波管６１の終端が、発振部５５ａにおけるマイクロ波の伝播方向の出口となる。
【００４７】
ここで、切り替え機構に含まれる導波管切り替え器６３ａの構成について説明する。図６および図７は、導波管切り替え器６３ａの一部を示す概略断面図である。図６は、第一のマグネトロン４２ａと導波管６１との経路を繋いだ場合を示し、図７は、第二のマグネトロン４２ｂと導波管６１との経路を繋いだ場合を示す。図６および図７は、導波管切り替え器６３ａを切断して上から見た場合に相当する概略図である。
【００４８】
図６および図７を参照して、導波管切り替え器６３ａは、外枠体６４ａと、外枠体６４ａの内部に設けられており、上から見た場合の中心６６ａを回転中心として回転可能に構成される内部ロータ６５ａとを含む構成である。導波管切り替え器６３ａは、いわゆるロータリー式である。外枠体６４ａは、略直方体状であり、上から見た場合に、外形形状が略正方形状である。そして、外枠体６４ａのうちの３面において、その一部に開口６７ａ、６７ｂ、６７ｃが設けられている。それぞれの開口６７ａ〜６７ｃは、外面側から真直ぐに延びて内部ロータ６５ａが配置される位置にまで達しており、それぞれが高周波の伝播する経路６８ａ、６８ｂ、６８ｃとなっている。なお、開口６７ａには、第一のランチャー６２ａが接続されている。また、開口６７ｃには、第二のランチャー６２ｂが接続されている。内部ロータ６５ａの外形形状は、上から見た場合に、略円状である。内部ロータ６５ａにも、一方の開口６７ｄから他方の開口６７ｅまで、その内部を貫通する経路６８ｄが設けられている。経路６８ｄは、緩やかな円弧を描いて９０°曲がるように設けられている。
【００４９】
図６に示す状態においては、開口６７ａの位置と開口６７ｄの位置が合わせられており、開口６７ｂの位置と開口６７ｅの位置が合わせられている。このような状態においては、開口６７ａ側から、経路６８ａ、経路６８ｄ、および経路６８ｂを順次経由して、開口６７ｂ側に高周波を伝搬させることができる。また、図７に示すように、内部ロータ６５ａを図６中の矢印Ａ１で示す方向に９０°回転させて、開口６７ｂの位置と開口６７ｄの位置を合わせ、開口６７ｃの位置と開口６７ｅの位置を合わせることにより、開口６７ｃ側から、経路６８ｃ、経路６８ｄ、および経路６８ｂを経由して、開口６７ｂ側に高周波を伝搬させることができる。
【００５０】
第一のマグネトロン４２ａ側から発振される高周波は、第一のランチャー６２ａおよび開口６７ａを通じて、経路６８ａに伝播される。第二のマグネトロン４２ｂ側から発振される高周波は、第二のランチャー６２ｂおよび開口６７ｃを通じて、経路６８ｃに伝播される。また、経路６８ｂから伝搬される高周波は、開口６７ｂ側に設けられる導波管６１に伝播される。なお、第一および第二のランチャー６２ａ、６２ｂ、および導波管切り替え器６３ａは、発振部５５ａ内において、マイクロ波を伝搬させる導波管の一部を構成するものである。
【００５１】
マイクロ波発生器４１ａは、第一のマグネトロン４２ａの状態を判断する判断機構６９を備える。判断機構６９については、例えば、第一のマグネトロン４２ａの交換のタイミングを判断する。第一のマグネトロン４２ａの交換のタイミングについては、後述する。
【００５２】
マイクロ波発生器４１ａは、マイクロ波の発振源を第一のマグネトロン４２ａから第二のマグネトロン４２ｂに切り替えた際に、切り替える旨を報知する報知機構としての報知器７０を備える。報知器７０については、アラームや音声等の音による報知や、光、振動等による報知がなされる。
【００５３】
マイクロ波発生器４１ａは、第一のマグネトロン４２ａおよび第二のマグネトロン４２ｂを冷却する冷却機構７１ａを備える。図８は、冷却機構７１ａの構成を概略的に示す図である。図８を参照して、冷却機構７１ａは、水冷式、すなわち、冷却水により冷却を行う。冷却機構７１ａは、冷却水を流す管７２ａと、管７２ａの途中に設けられている４つのバルブ７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄと、第一および第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂにそれぞれ近接して冷却を行う２つの熱交換器７４ａ、７４ｂとを備える。管７２ａは２系統に分岐されており、バルブ７３ａ〜７３ｄの開閉に応じて、それぞれの熱交換器７４ａ、７４ｂに冷却水を流すことができる。冷却時においては、管７２ａの入り口７５ａ側から水を流す。そして、冷却対象となる第一または第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂに応じて、バルブ７３ａ〜７３ｄの開閉を行い、熱交換器７４ａ、７４ｂに冷却水を順次流し込む。出口７５ｂ側からは冷却水が排出される。このようにして、第一および第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂの冷却を行う。
【００５４】
なお、熱交換は効率よくさせるために熱を伝達させる必要があり、マグネトロンのアノード電極の外壁部分と熱交換器は密着していることが望ましい。よって、第一のマグネトロン４２ａは熱交換器７４ａと、第二のマグネトロン４２ｂは熱交換器７４ｂと一体で供給されることが多い。
【００５５】
マイクロ波発生器４１ａは、上記のような構成である。そして、マイクロ波発生器４１ａに備えられる切り替え機構は、第一および第二の切り替えスイッチ５７ａ、５７ｂ、この切り替えを制御する切り替え制御回路５９、導波管切り替え器６３ａ、第一および第二のランチャー６２ａ、６２ｂ等を含むものである。なお、上記した判断機構６９、報知器７０、および冷却機構７１ａは、切り替え機構の一部に含まれるものである。
【００５６】
次に、このようなマイクロ波発生器４１ａを備えるプラズマ処理装置１１における処理の手順を説明する。図９は、プラズマ処理装置１１における処理の手順のうち、代表的な工程を示すフローチャートである。
【００５７】
図１〜図９を参照して、プラズマ処理装置１１において、プラズマ処理を開始する（図９（Ａ））。プラズマ処理について簡単に説明すると、被処理基板Ｗを保持台１４上に保持させた後、ガス供給部１３によりプラズマ励起用のガスやプラズマ処理用のガスを処理容器１２内に供給し、プラズマを生成させて、エッチング等のプラズマ処理を行う。この場合、マイクロ波発生器４１ａにおける高周波、すなわち、マイクロ波の発振源としては、第一のマグネトロン４２ａを用いる。具体的には、第一の切り替えスイッチ５７ａにより、端子５８ａと端子５８ｂとを接続状態とし、第二の切り替えスイッチ５７ｂにより、端子５８ｄと端子５８ｅとを接続状態とする。また、導波管切り替え器６３ａにおいて、開口６７ａ側から経路６８ａ、経路６８ｄ、および経路６８ｂを順次経由して、開口６７ｂ側に高周波を伝搬させることができる状態とする。また、冷却機構７１ａにおいて、バルブ７３ａ、７３ｂを開放状態とし、バルブ７３ｃ、７３ｄを閉塞状態とする。そして、図４に示す状態として、第一のマグネトロン４２ａをマイクロ波の発振源としたプラズマを生成し、被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う。
【００５８】
その後、判断機構６９により、第一のマグネトロン４２ａが交換のタイミングに達したか否かを判断する。そして、所定の時間の経過後、判断機構６９により、第一のマグネトロン４２ａが交換のタイミングに達したことを検知する（図９（Ｂ））。
【００５９】
ここで、判断機構６９における交換のタイミングの判断の一例について、簡単に説明する。判断機構６９は、高周波発振器としての第一のマグネトロン４２ａから発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に、第一のマグネトロン４２ａの状態を判断する。異周波の成分について簡単に述べると、以下の通りである。高周波発振器が発振する高周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、高周波発振器を使用するにつれ、増加する傾向がある。この異周波成分の増加は、高周波発振器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、第一のマグネトロン４２ａ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。すなわち、この反射波が発生し始めたタイミングは、いわゆる第一のマグネトロン４２ａの交換のタイミングの目安となる。
【００６０】
判断機構６９により第一のマグネトロン４２ａの交換のタイミングに達すると判断すると、報知器７０によるアラームを発生させて、第一のマグネトロン４２ａが交換のタイミングに達したことを報知する（図９（Ｃ））。このとき、判断機構６９は、第一のマグネトロン４２ａが交換のタイミングに達したことを、プラズマ処理装置１１の制御部１５に伝達する。そして、制御部１５は、第一のマグネトロン４２ａにおけるマイクロ波の発生を停止させる。具体的には、高圧電源４３からの電力の供給等を停止する。その後、制御部１５は、マイクロ波の発振源となるマグネトロンを切り替えることを許可する切り替え許可信号を発信する。マイクロ波発生器制御回路６０は、この切り替え許可信号を受信する（図９（Ｄ））。また、制御部１５は、パラメータのリセットを行う（図９（Ｅ））。パラメータのリセットとは、制御部１５において、例えば、制御部１５の内部に保持しているタイマに対して、フィラメントが稼働しているオン時間のカウント値を０にする等である。
【００６１】
その後、マイクロ波発生器制御回路６０は、マグネトロンの切り替え信号を切り替え制御回路５９に発信する（図９（Ｆ））。そして、内部データのリセットを行う（図９（Ｇ））。内部データのリセットとは、マイクロ波発生器制御回路６０において、例えば、上記したフィラメントのオン時間のカウント値を０にする等である。
【００６２】
切り替え制御回路５９は、マグネトロンの切り替え信号を受信すると、マイクロ波の発振源を第一のマグネトロン４２ａから第二のマグネトロン４２ｂに切り替える（図９（Ｈ））。具体的には、第一の切り替えスイッチ５７ａにより、端子５８ａと端子５８ｃとを接続状態とし、第二の切り替えスイッチ５７ｂにより、端子５８ｄと端子５８ｆとを接続状態とする。また、導波管切り替え器６３ａにおいて、内部ロータ６５ａを図６中の矢印Ａ１で示す方向に９０°回転させて、開口６７ｂの位置と開口６７ｄの位置を合わせ、開口６７ｃの位置と開口６７ｅの位置を合わせ、開口６７ｅ側から経路６８ｃ、経路６８ｄ、および経路６８ｂを経由して、開口６７ｂ側に高周波を伝搬させることができる状態とする。また、冷却機構７１ａにおいて、バルブ７３ａ、７３ｂを閉塞状態とし、バルブ７３ｃ、７３ｄを開放状態とする。そして、図５に示す状態とする。
【００６３】
第二のマグネトロン４２ｂに切り替えた後、第二のマグネトロン４２ｂをマイクロ波の発振源としたプラズマを再び生成し、被処理基板Ｗに対するプラズマ処理を続行する（図９（Ｉ））。このようにして被処理基板Ｗに対するプラズマ処理を行う。
【００６４】
このような構成によると、第一のマグネトロン４２ａにおいて、長時間の使用による部品の消耗により所望のマイクロ波を発振することができない状況が発生したとしても、切り替え機構によりマイクロ波の発振源を第一のマグネトロン４２ａから第一のマグネトロン４２ａとは別に設けられた第二のマグネトロン４２ｂに切り替えて、第二のマグネトロン４２ｂによって所望のマイクロ波を発振させることができる。そうすると、マイクロ波発生器４１ａにおいて所望のマイクロ波を発振させることができない期間を短くすることができ、ダウンタイムの削減を図ることができる。したがって、プラズマ処理装置１１において、プラズマ処理を行うことができない期間を短くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００６５】
なお、以下のような場合にも適切に対応することができる。第一のマグネトロン４２ａにおいて、陽極ベインやフィラメント等、構成部材の組み立て不良等に起因するいわゆる初期不良が生じ、稼働の初期から適切なマイクロ波の発振を行えない場合がある。このような第一のマグネトロン４２ａを用いてプラズマ処理を行った場合、プラズマ処理装置１１の稼働の初期から適切にプラズマを生成できないおそれがある。このような状況となった場合においても、第一のマグネトロン４２ａと第二のマグネトロン４２ｂとを切り替えて即時に対応することができる。すなわち、稼働の初期において第二のマグネトロン４２ｂを用いて適切にマイクロ波を発振することができる。また、第一のマグネトロン４２ａを用いて適切にプラズマが生成できなかった場合において、適切にプラズマが生成できなかった原因がマグネトロンにあるものか否かの見極めを容易に行うことができる。すなわち、第一のマグネトロン４２ａから第二のマグネトロン４２ｂに切り替えて適切にプラズマが生成できたとすれば、適切にプラズマが生成できなかった要因をマグネトロンに特定することができる。
【００６６】
ここで、切り替えられた第一のマグネトロン４２ａについては、プラズマ処理装置１１全体のメンテナンスのときに、交換が行われる。このようなタイミングで交換を行えば、時間的なロスを非常に少なくすることができる。
【００６７】
なお、上記の実施の形態においては、冷却機構７１ａにおいて、２系統として４つのバルブを備える構成としたが、これに限らず、例えば、図１０に示すように、２つのバルブを備える構成として、管を分岐させない構成としてもよい。図１０は、この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれる冷却機構７１ｂを示す概略図であり、図８に相当する。図１０を参照して、冷却機構７１ｂは、冷却水を流す管７２ｂと、管７２ｂの途中に設けられている２つのバルブ７３ｅ、７３ｆと、第一および第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂにそれぞれ近接して冷却を行う２つの熱交換器７４ｃ、７４ｄとを備える。管７２ｂは１系統で構成されており、バルブ７３ｅ、７３ｆの開閉に応じて、それぞれの熱交換器７４ｃ、７４ｄに冷却水を流すことができる。このように構成してもよい。
【００６８】
また、冷却機構については、以下の構成としてもよい。図１１は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれる冷却機構７１ｃを示す概略図であり、図８、図１０に相当する。図１１を参照して、冷却機構７１ｃは、冷却水を流す管７２ｃと、管７２ｃの途中に設けられている３つのバルブ７３ｇ、７３ｈ、７３ｉと、第一および第二のマグネトロン４２ａ、４２ｂにそれぞれ近接して冷却を行う２つの熱交換器７４ｅ、７４ｆとを備える。管７２ｃはバルブ７３ｇ、７３ｈの上流側で分岐され、熱交換器７４ｅ、７４ｆの下流側であって、バルブ７３ｉの上流側で合流するよう構成されている。バルブ７３ｇ、７３ｈ、７３ｉの開閉に応じて、それぞれの熱交換器７４ｅ、７４ｆに冷却水を流すことができる。このように構成してもよい。
【００６９】
なお、上記の実施の形態においては、導波管切り替え器において、外枠体が略直方体状のものを用い、内部ロータを９０°回転させて導波管を切り替えることとしたが、導波管切り替え器は、このような構成に限らない。
【００７０】
図１２および図１３は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれる導波管切り替え器を示す概略図である。図１２および図１３は、上記した図６および図７に相当する図である。
【００７１】
図１２および図１３を参照して、導波管切り替え器６３ｂは、外枠体６４ｂと、外枠体６４ｂの内部に設けられており、上から見た場合の中心６６ｂを回転中心として回転可能に構成される内部ロータ６５ｂとを含む構成である。外枠体６４ｂは、略六角柱状であり、上から見た場合に、外形形状が略六角形状である。そして、外枠体６４ｂのうち、１面ずつ間隔を開けた３面において、その一部に開口６７ｆ、６７ｇ、６７ｈが設けられている。それぞれの開口６７ｆ〜６７ｈは、真直ぐに延びて外面側から内部ロータ６５ｂが配置される位置にまで達しており、それぞれが高周波の伝播する経路６８ｆ、６８ｇ、６８ｈとなっている。内部ロータ６５ｂの外形形状は、上から見た場合に、略円状である。内部ロータ６５ｂにも、一方の開口６７ｉから他方の開口６７ｊまで、その内部を貫通する経路６８ｉが設けられている。経路６８ｉは、緩やかな円弧を描いて１２０°曲がるように設けられている。
【００７２】
図１２に示す状態においては、開口６７ｆの位置と開口６７ｉの位置が合わせられており、開口６７ｈの位置と開口６７ｊの位置が合わせられている。このような状態においては、開口６７ｆ側から経路６８ｆ、経路６８ｉ、および経路６８ｈを順次経由して、開口６７ｈ側に高周波を伝搬させることができる。また、図１３に示すように、内部ロータ６５ｂを図１０中の矢印Ａ２で示す方向に１２０°回転させて、開口６７ｈの位置と開口６７ｉの位置を合わせ、開口６７ｇの位置と開口６７ｊの位置を合わせることにより、開口６７ｇ側から経路６８ｇ、経路６８ｉ、および経路６８ｈを経由して、開口６７ｈ側に高周波を伝搬させることができる。
【００７３】
開口６７ｆには、第一のランチャー６２ａが接続されている。第一のマグネトロン４２ａ側から発振される高周波は、第一のランチャー６２ａおよび開口６７ｆを通じて、経路６８ｆに伝播される。開口６７ｇには、第二のランチャー６２ｂが接続されている。第二のマグネトロン４２ｂ側から発振される高周波は、第二のランチャー６２ｂおよび開口６７ｇを通じて、経路６８ｇに伝播される。また、経路６８ｈから伝搬される高周波は、開口６７ｈ側に設けられる導波管６１に伝播される。なお、第一および第二のランチャー６２ａ、６２ｂ、および導波管切り替え器６３ｂは、発振部において、導波管の一部を構成するものである。このような構成としてもよい。
【００７４】
もちろん、導波管切り替え器については、他の構成、例えば、より多くの開口や経路等が設けられている構成や、内部ロータの回転の角度等が異なるものを用いても構わない。なお、導波管切り替え器の各開口位置において、位置決めを完了させるセンサを設け、マグネトロンを発振してマイクロ波出力を行ってよいか否かのインタロック回路を設けることにしてもよい。
【００７５】
また、上記の実施の形態においては、ロータリー式の導波管切り替え器を用いることとしたが、これに限らず、可逆式のサーキュレーターを含む導波管切り替え器を採用することにしてもよい。
【００７６】
図１４は、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器に含まれ、マイクロ波を発振する発振部の周辺の構成を示す概略図である。図１４は、上記した図４および図５に相当する図である。なお、図１４中、図４および図５と同じ構成の部材等については、同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
【００７７】
図１４を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係るプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器４１ｂに含まれ、マイクロ波を発振する発振部５５ｂは、切り替え機構の一部として、可逆式サーキュレーター６３ｃを含む。可逆式サーキュレーター６３ｃは、切り替え制御回路５９からの切り替え信号により、導波管６１へ伝播するマイクロ波の発振源を第一のマグネトロン４２ａから第二のマグネトロン４２ｂへ切り替える。
【００７８】
ここで、可逆式サーキュレーター６３ｃの構成について説明する。図１５および図１６は、図１４に示すマイクロ波発生器に含まれる可逆式サーキュレーター６３ｃを示す概略図である。図１７は、可逆式サーキュレーター６３ｃの動作を制御する電磁石回路の構成を示す概略図である。図１８および図１９は、図１４〜図１６に示す可逆式サーキュレーター６３ｃのうち、マイクロ波の伝播方向を示す図である。図１８および図１９中の符号７８ａ、７８ｂにおいて磁界の向き、すなわち、磁力線の方向を示している。図１８に示す符号７８ａについては、紙面表側から紙面裏側に磁界が向いており、逆に図１９に示す符号７８ｂについては、紙面裏側から紙面表側に磁界が向いていることを示す。
【００７９】
図１４〜図１９を参照して、可逆式サーキュレーター６３ｃは、その中心にフェライト７６を備え、それぞれ１２０°間隔で設けられた３つのポート７７ａ、７７ｂ、７７ｃを含む。可逆式サーキュレーター６３ｃは、ＤＣ電源８２、保護抵抗８３、一対のコイル８４ａ、８４ｂから構成される電磁石８５、および切り替えスイッチ８６が内部に組み込まれた電磁石回路８１により制御される。具体的には、フェライト７６の上下方向に、一対のコイル８４ａ、８４ｂが配置されて構成されており、電磁石回路８１による通電状態を変更することにより、一方のコイル８４ａから他方のコイル８４ｂへ向かう図１９中の点線で示す磁力線８７の方向を変更することができる。具体的には、切り替えスイッチ８６を一方側の端子に切り替えて、フェライト７６の上側に配置されるコイル８４ａをＮ極とし、フェライト７６の下側に配置されるコイル８４ｂをＳ極として、図１７の点線に示す方向の磁力線８７を発生させることができる。また、切り替えスイッチ８６を他方側の端子に切り替えて、フェライト７６の上側に配置されるコイル８４ａをＳ極とし、フェライト７６の下側に配置されるコイル８４ｂをＮ極として、図１７の点線に示す方向と逆の方向の磁力線を発生させることができる。
【００８０】
可逆式サーキュレーター６３ｃは、磁力線８７の方向を変更して、受動素子であるサーキュレーターにおいて、ポート７７ａ〜７７ｃ間の伝播方向を変更することができる。具体的には、図１８に示す状態、すなわち、コイル８４ａからコイル８４ｂに向かって磁力線８７が向く構成とすることにより、ポート７７ａからポート７７ｃ、ポート７７ｃからポート７７ｂ、ポート７７ｂからポート７７ａに向かって伝送方向を一方向とすることができる。逆に、図１９に示す状態、すなわち、コイル８４ｂからコイル８４ａに向かって磁力線８７が向く構成とすることにより、ポート７７ａからポート７７ｂ、ポート７７ｃからポート７７ａ、ポート７７ｂからポート７７ｃに向かって伝送方向を一方向とすることができる。
【００８１】
このような構成の可逆式サーキュレーター６３ｃを用いて、マイクロ波の発振源となるマグネトロンを切り替えることができる。すなわち、ポート７７ａに第一のマグネトロン４２ａを接続し、ポート７７ｂに第二のマグネトロン４２ｂを接続し、ポート７７ｃに、導波管６１を接続する。そして、電磁石回路８１において、切り替えスイッチ８６を切り替えてコイル８４ａからコイル８４ｂに向かう方向に磁力線８７が発生するようにすると、図１８中の矢印Ａ４、Ａ５で示すようにマイクロ波が伝播される。このようにして、第一のマグネトロン４２ａから可逆式サーキュレーター６３ｃを経由して導波管６１にマイクロ波を伝搬させることができる。そして、上記した判断機構による判断によりマイクロ波の発振源を第一のマグネトロン４２ａから第二のマグネトロン４２ｂに切り替える際には、切り替えスイッチ８６を切り替えてコイル８４ｂからコイル８４ａに向かう方向に磁力線が発生するようにする。そうすると、図１９中の矢印Ａ６、Ａ５で示すようにマイクロ波が伝播される。このようにして、第二のマグネトロン４２ｂから可逆式サーキュレーター６３ｃを経由して導波管６１にマイクロ波を伝搬させることができる。このように構成してもよい。
【００８２】
なお、このような可逆式サーキュレーターを採用した場合において、コイル８４ａ、８４ｂの内部に鉄心を入れることにより、磁力線を強くすることにしてもよい。また、半導体磁気抵抗素子やホール素子等の磁気センサを取り付け、磁力線の向きや大きさを検知して、マグネトロンを発振してマイクロ波出力を行ってよいか否かのインタロック回路を採用することにしてもよい。
【００８３】
以上より、上記のような構成によると、プラズマ処理を行うことができない期間を短くすることができ、生産性を向上させることができる。
【００８４】
なお、上記の実施の形態においては、マイクロ波発生器において、判断機構、報知機構、および冷却機構は、発振部に含まれる構成としたが、これに限らず、判断機構、報知機構、および冷却機構は、発振部の外部において、例えば、プラズマ処理装置に含まれる構成としてもよい。
【００８５】
また、上記の実施の形態において、判断機構を設けない構成としてもよい。この場合、例えば、第一のマグネトロンの状態に関わらず、所定のタイミングで第一のマグネトロンから第二のマグネトロンにマイクロ波の発振源を切り替えるようにしてもよい。また、報知機構を設けない構成にしてもよく、冷却機構については、上記の実施の形態においては、水冷式としたが、空冷式としてもよく、必要に応じて冷却機構を設けない構成にしてもよい。
【００８６】
なお、上記の実施の形態において、判断機構において異周波成分の増加をマグネトロンの交換のタイミングとしたが、このような判断機構としては、例えば、以下の構成を備える。すなわち、判断機構は、いずれも図示はしないが、マイクロ波の基本波の成分のスペクトラムレベルおよび異周波の成分のスペクトラムレベルを検出するスペクトラムレベル検出部と、スペクトラムレベル検出部により検出した基本波の成分のスペクトラムレベルの値および異周波の成分のスペクトラムレベルの値とを比較するスペクトラムレベル比較部とを含む。そして、スペクトラムレベル検出部は、導波管の途中に設けられた分岐部と、分岐部から分岐され、入力された周波数信号を減衰する減衰器と、減衰器から周波数信号を入力される第一のバンドパスフィルタと、減衰器から周波数信号を入力される第二のバンドパスフィルタと、第一のバンドパスフィルタを通過した周波数を検出する第一の検出器と、第二のバンドパスフィルタを通過した周波数を検出する第二の検出器と、第一の検出器によって検出した周波数信号を増幅させる第一のゲイン調整アンプと、第二の検出器によって検出した周波数信号を増幅させる第二のゲイン調整アンプとを含む。また、スペクトラムレベル比較部は、第一のゲイン調整アンプにより増幅させた周波数および第二のゲイン調整アンプにより増幅させた周波数との差分を算出する減算回路と、減算回路により算出された差分の値と所定の値となる閾値とを比較する比較器と、比較器により比較される比較対象となる閾値を調整する閾値調整部とを備える。
【００８７】
第一のバンドパスフィルタは、基本波の成分の周波数帯域のみを通過させ、その他の周波数帯域を取り除くフィルタリングを行う。第一の検出器においては、第一のバンドパスフィルタを通過した基本波の成分を検出する。そして、第一の検出器によって検出された基本波の成分は、第一のゲイン調整アンプにより増幅され、減算回路に入力される。第二のバンドパスフィルタは、異周波の成分の周波数帯域のみを通過させ、その他の周波数帯域を取り除くフィルタリングを行う。第二の検出器においては、第二のバンドパスフィルタを通過した異周波の成分を検出する。そして、第二の検出器によって検出された異周波の成分は、第二のゲイン調整アンプにより増幅され、減算回路に入力される。減算回路では、それぞれ増幅された基本波のスペクトラムレベルと異周波のスペクトラムレベルとの差分を算出する。そして、算出された差分は、比較器に入力される。また、比較器には、閾値調整部から調整された差分の比較対象となる閾値も入力される。比較器により差分の値と閾値との比較を行い、比較結果に基づいて、マグネトロンの状態を判断する。この判断結果は、報知器に入力され、報知される。
【００８８】
図２０は、基本波のスペクトラムのレベルと異周波のスペクトラムのレベルとの差と反射波電力との関係を示すグラフである。この反射波電力の発生は、好ましくないものである。図２０を参照して、スペクトラムレベルの差が４０．０ｄＢｍ以上であれば、反射波電力の値は、０（Ｗ）である。すなわち、反射波電力は発生していない。これに対し、スペクトラムレベルの差が４０．０ｄＢｍよりも小さければ、反射波電力が発生する。ここで、スペクトラムレベルの差が４０ｄＢｍ以上であれば、反射波電力が発生しないことが把握できる。したがって、この実施形態においては、閾値として４０．０ｄＢｍを設定する。そして、この差が４０．０ｄＢｍよりも小さくなったタイミングで報知器によるアラーム音の発生等の報知を行う。このタイミングが、マグネトロンの交換のタイミングの目安となる。
【００８９】
なお、判断機構としては、さらに例えば、基本波の初期の周波数と基本波の現在の周波数とを検出し、検出した基本波の初期の周波数と基本波の現在の周波数とを比較して、交換のタイミングを判断することにしてもよい。さらには、マグネトロンの初期の効率とマグネトロンの現在の効率とを検出し、検出したマグネトロンの初期の効率とマグネトロンの現在の効率とを比較して、交換のタイミングを判断することにしてもよい。さらには、マグネトロンの積算の使用時間を利用して、交換のタイミングを判断することにしてもよい。
【００９０】
また、上記したリセットする内部データとしては、例えば、マグネトロンの積算の使用時間、フィラメント電源のオンオフのカウント数、フィラメント電力が供給されている時間、フィラメント電力が供給されている時間の積算値等が挙げられる。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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】
【００９４】
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、３５，６１  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、４１ａ，４１ｂ  マイクロ波発生器、４２ａ，４２ｂ  マグネトロン、４３  高圧電源、４４  フィラメント電源、４５  回路、４６ａ，４６ｂ  カソード電極、４７ａ，４７ｂ  アノード電極、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、５５ａ，５５ｂ  発振部、５６  電圧制御回路、５７ａ，５７ｂ，８６  切り替えスイッチ、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆ  端子、５９  切り替え制御回路、６０  マイクロ波発生器制御回路、６２ａ，６２ｂ  ランチャー、６３ａ，６３ｂ  導波管切り替え器、６３ｃ  可逆式サーキュレーター、６４ａ，６４ｂ  外枠体、６５ａ，６５ｂ  内部ロータ、６６ａ，６６ｂ  中心、６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄ，６７ｅ，６７ｆ，６７ｇ，６７ｈ，６７ｉ，６７ｊ  開口、６８ａ，６８ｂ，６８ｃ，６８ｄ，６８ｅ，６８ｆ，６８ｇ，６８ｈ，６８ｉ  経路、６９  判断機構、７０  報知器、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ  冷却機構、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ  管、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈ，７３ｉ  バルブ、７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ  熱交換器、７５ａ  入り口、７５ｂ  出口、７６  フェライト、７７ａ，７７ｂ，７７ｃ  ポート、７８ａ，７８ｂ  符号、８１  電磁石回路、８２  ＤＣ電源、８３  保護抵抗、８４ａ，８４ｂ  コイル、８５  電磁石、８７  磁力線。
【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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