(57)【要約】  プラズマ処理装置（１１）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マイクロ波発生器（４１）を含む。マイクロ波発生器（４１）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。ここで、マイクロ波発生器（４１）は、高周波を発振するマグネトロン（４２）と、マグネトロン（４２）が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号をマグネトロン（４２）に注入する注入手段としての分岐回路（６１）を含む。
2013125260.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、高周波を発振する高周波発振器と、前記高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を前記高周波発振器に注入する注入手段とを含む、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記高周波発生器は、前記高周波発振器から負荷側に位置する整合器へ周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターと、前記高周波発振器および前記アイソレーターの間に設けられ前記高周波を前記アイソレーター側に伝播する導波路とを含み、
前記注入手段は、前記導波路に分岐部を設けた分岐回路を含み、
前記分岐回路は、前記分岐部から分岐して前記分岐回路内に入力された高周波を用いて、前記高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を形成する信号形成手段を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記注入手段は、前記導波路上であって前記分岐部と前記アイソレーターとの間に設けられ、３つの端子を有する第一のサーキュレーターを含み、
前記第一のサーキュレーターのうち、第一の端子は、前記高周波発振器側に接続され、第二の端子は、前記アイソレーター側に接続され、第三の端子は、前記信号形成手段が設けられた側に接続される、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記信号形成手段は、前記分岐部から前記高周波の周波数信号の一部を分岐し、前記高周波の周波数信号を減衰させて前記分岐回路内に入力する減衰器、または前記分岐部から前記高周波の周波数信号の一部を分岐して前記分岐回路内に入力する方向性結合器を含む、請求項２または３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記信号形成手段は、前記高周波発振器が発振する基本周波数から所定の帯域の周波数のフィルタリングを行う第一のバンドパスフィルタを含む、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】
前記信号形成手段は、前記分岐回路に分岐されて入力され、前記第一のバンドパスフィルタにより所定の帯域の周波数のフィルタリングを行った周波数信号を増幅させる増幅器と、前記増幅器により増幅させた周波数信号から所定の帯域の周波数のフィルタリングを行った第二のバンドパスフィルタとを含む、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記信号形成手段は、前記減衰器または前記方向性結合器から前記分岐回路内に入力された周波数を電圧に変換する周波数電圧変換部と、前記周波数電圧変換部により変換された電圧により前記高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数を発振する高周波発振部とを含み、
前記注入手段は、前記高周波発振部により発振した周波数信号を、前記高周波発振器に注入する、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】
前記信号形成手段は、前記高周波発振部により発振した周波数を増幅させる増幅器と、前記増幅器により増幅させた周波数信号から所定の帯域の周波数のフィルタリングを行うバンドパスフィルタとを含む、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記注入手段は、前記高周波発振器の最大の定格の２％以下の電力の信号を注入する、請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記高周波発振部は、半導体発振器、ＶＣＯ、およびＭＥＭＳ発振器のうちのいずれか一つを含む、請求項７〜９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記分岐回路は、第二のサーキュレーターを含み、
前記第二のサーキュレーターのうち、第一の端子は、前記バンドパスフィルタに接続され、前記第二の端子は、前記第一のサーキュレーターの第三の端子に接続され、第三の端子は、ダミー負荷に接続されている、請求項２〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記アイソレーターと前記分岐回路とは、一体化されている、請求項２〜１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
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１〜１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
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１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
高周波を発振する高周波発振器と、
前記高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を前記高周波発振器に注入する注入手段とを含む、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生源として、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生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】
特許文献１に係るプラズマ処理装置は、高周波電磁界を生成する高周波発振器と、この高周波発振器よりも出力電圧が低くかつ発振周波数が安定した基準発振器とを備えることとしている。そして、基準発振器により生成された基準信号を高周波発振器に注入することにより、高周波発振器の発振周波数を基準信号の周波数に固定することとしている。このように構成することにより、高周波発振器の発振周波数のうち、基準信号の周波数と異なる周波数成分を低減して、負荷側と電源側とのインピーダンスの整合を正確に行い、処理容器内に効率よく高周波電磁界を供給することとしている。【０００６】
しかし、特許文献１のような高周波発振器の発振周波数を基準信号の周波数に固定する手法では、以下のような場合に対応することが困難である。【０００７】
高周波の発生源としては、機械加工品から構成される機器を用いる。例えば、マグネトロンを用いる場合について説明すると、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マグネトロンを構成する各部材は、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、いわゆる器差が生じてしまう。その結果、各マグネトロンにおいて発振する周波数の特性に、若干のばらつきが生じてしまう。【０００８】
具体的には、マグネトロンが発振するマイクロ波の周波数特性として、設定された基本周波数の波形について考えてみる。基本周波数のピークの周波数を同じとし、基本周波数の波形も同じとなるように、マグネトロンを構成する各機械加工品を設計して組み立て、マグネトロンを製造した場合においても、あるものについては、基本周波数の波形が、ピークの部分において急峻な形状であったり、他のものについては、基本周波数の波形が、一応ピークの部分が最も高い形状であるものの急峻ではなく、全体としてなだらかな形状であったり、基本周波数の波形が大きく乱れたりする場合がある。この傾向は、一般的には特に低パワー側で顕著となる。基本周波数の波形としては、強い共振が望まれる観点から、ピークの部分の急峻な形状が求められるものである。そうすると、基本周波数の波形が大きく乱れたものは、好ましくない。そして、複数のマグネトロンの間におけるこのような基本周波数の波形のばらつきは、発振されたマイクロ波を共振させて生成されるプラズマのばらつきにもつながりかねない。ここで、上記した特許文献１に示す手法においては、高周波発振器の発振周波数を基準信号の周波数に固定させるものであるため、全てのマグネトロンにこのような手法を用いても、基本周波数の波形が大きく乱れている場合等、対応できない場合がある。【０００９】
また、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、マイクロ波に含まれるものである。異周波成分についても、上記の製造された複数のマグネトロンの間におけるばらつきに起因して、複数のマグネトロンの間で異なる場合が多い。異周波成分は、マグネトロンが発振するマイクロ波が伝播する導波路において、予期せぬ反射波を引き起こし、この予期せぬ反射波に起因する電力が、マグネトロンに電力を供給する高圧電源側で検出される要因になる。このような予期せぬ反射波に起因する電力が発生すると、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る。このような状況は、実効パワーや負荷のインピーダンスの安定を求めるプラズマ処理において、好ましくない。そして、特許文献１のような手法を用いた場合においては、このような状況に対応することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の一つの局面においては、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る。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む。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。ここで、高周波発生器は、高周波を発振する高周波発振器と、高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を高周波発振器に注入する注入手段とを含む。【００１１】
このように構成することにより、高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を低減した信号を高周波発振器に注入するので、高周波発振器が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、高周波発振器が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響、具体的には、異周波成分を含むことにより予期せぬ反射波が発生することに基づく実効パワーの変化や負荷インピーダンスの変化のおそれや、基本周波数の波形の乱れ等を低減することができる。したがって、プラズマを長期に亘って安定して生成することができると共に、長寿命を実現することができる。【００１２】
すなわち、この発明の一つの局面におけるプラズマ処理装置としては、高周波発振器自体の基本周波数を把握した上で、把握した高周波発振器の基本周波数と同じ周波数であり異周波成分を低減した信号を高周波発振器に注入し、高周波発振器自体の発振する基本周波数における異周波成分を少なくすることにある。【００１３】
ここで、マグネトロンが発振するマイクロ波の周波数特性として、基本周波数のピークの周波数である中心周波数について考えてみる。例えば、中心周波数が２．４５ＧＨｚとなるよう各機械加工品を設計して組み立て、マグネトロンを製造した場合においても、あるものにおいては、中心周波数が２．４４ＧＨｚであったり、他のものにおいては、中心周波数が２．４６ＧＨｚであったりすることがある。【００１４】
しかし、このような中心周波数が狙いの周波数とならなくとも、その波形、具体的には、中心周波数の狙いの周波数付近において急峻であったり、異周波成分を含まず全体として乱れていないきれいな波形を有するものであれば、後の周波数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が可能となり、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る。したがって、このような狙いの中心周波数からのずれは、大きな問題とならないものである。すなわち、この発明の一つの局面におけるプラズマ処理装置は、安定して均一なプラズマを生成することの阻害要因である異周波成分を少なくすることにより、高周波発振器自体の有する中心周波数の部分の形状が急峻で、基本周波数の波形が乱れておらず、きれいな基本周波数の形状を形成しようとするものである。【００１５】
また、高周波発生器は、高周波発振器から負荷側に位置する整合器へ周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターと、高周波発振器およびアイソレーターの間に設けられ高周波をアイソレーター側に伝播する導波路とを含み、注入手段は、導波路に分岐部を設けた分岐回路を含み、分岐回路は、分岐部から分岐して分岐回路内に入力された高周波を用いて、高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を形成する信号形成手段を含むよう構成してもよい。【００１６】
また、注入手段は、導波路上であって分岐部とアイソレーターとの間に設けられ、３つの端子を有する第一のサーキュレーターを含み、第一のサーキュレーターのうち、第一の端子は、高周波発振器側に接続され、第二の端子は、アイソレーター側に接続され、第三の端子は、信号形成手段が設けられた側に接続されるよう構成してもよい。【００１７】
また、信号形成手段は、分岐部から高周波の周波数信号の一部を分岐し、高周波の周波数信号を減衰させて分岐回路内に入力する減衰器、または分岐部から高周波の周波数信号の一部を分岐して分岐回路内に入力する方向性結合器を含むよう構成してもよい。【００１８】
また、信号形成手段は、高周波発振器が発振する基本周波数から所定の帯域の周波数のフィルタリングを行う第一のバンドパスフィルタを含むよう構成してもよい。【００１９】
また、信号形成手段は、分岐回路に分岐されて入力され、第一のバンドパスフィルタにより所定の帯域の周波数のフィルタリングを行った周波数信号を増幅させる増幅器と、増幅器により増幅させた周波数信号から所定の帯域の周波数のフィルタリングを行う第二のバンドパスフィルタとを含むよう構成してもよい。【００２０】
また、信号形成手段は、減衰器または方向性結合器から分岐回路内に入力された周波数を電圧に変換する周波数電圧変換部と、周波数電圧変換部により変換された電圧により高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数を発振する高周波発振部とを含み、注入手段は、高周波発振部により発振した周波数信号を、高周波発振器に注入するよう構成してもよい。【００２１】
また、信号形成手段は、高周波発振部により発振した周波数を増幅させる増幅器と、増幅器により増幅させた周波数信号から所定の帯域の周波数のフィルタリングを行うバンドパスフィルタとを含むよう構成してもよい。こうすることにより、より確実に、かつ高精度に、高周波発振器が発振する基本周波数から異周波成分を減少させることができる。【００２２】
また、注入手段は、高周波発振器の最大の定格の２％以下の電力の信号を注入するよう構成してもよい。【００２３】
高周波発振部は、半導体発振器、ＶＣＯ、およびＭＥＭＳ発振器のうちのいずれか一つを含むよう構成してもよい。【００２４】
また、分岐回路は、第二のサーキュレーターを含み、第二のサーキュレーターのうち、第一の端子は、バンドパスフィルタに接続され、第二の端子は、第一のサーキュレーターの第三の端子に接続され、第三の端子は、ダミー負荷に接続されているよう構成してもよい。こうすることにより、第一および第二のサーキュレーターにより、整合性よく信号を送信することができる。【００２５】
また、アイソレーターと分岐回路とは、一体化されているよう構成してもよい。こうすることにより、より簡易な構成で、上記した作用効果を奏することができる。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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、高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を高周波発振器に注入する注入手段とを含む。【００２９】
このような高周波発生器によると、高周波発振器が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、高周波発振器が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響、具体的には、異周波成分を含むことにより予期せぬ反射波が発生することに基づく実効パワーの変化や負荷インピーダンスの変化のおそれや、基本周波数の波形の乱れ等を低減することができる。したがって、長期に亘って安定して良質な高周波を発生させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
このようなプラズマ処理装置の構成によると、高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を低減した信号を高周波発振器に注入するので、高周波発振器が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、高周波発振器が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響、具体的には、異周波成分を含むことにより予期せぬ反射波が発生することに基づく実効パワーの変化や負荷インピーダンスの変化のおそれや、基本周波数の波形の乱れ等を低減することができる。したがって、プラズマを長期に亘って安定して生成することができると共に、長寿命を実現することができる。【００３１】
また、このような高周波発生器によると、高周波発振器が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、高周波発振器が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響、具体的には、異周波成分を含むことにより予期せぬ反射波が発生することに基づく実効パワーの変化や負荷インピーダンスの変化のおそれや、基本周波数の波形の乱れ等を低減することができる。したがって、長期に亘って安定して良質な高周波を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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マグネトロン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４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。
【図６】図３中の二点鎖線で示す分岐回路の構成を示すブロック図である。
【図７】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分岐回路を示すブロック図である。
【図８】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分岐回路を示すブロック図である。
【図９】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分岐回路を示すブロック図である。
【図１０】注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を９ｍｍとしたものである。
【図１１】注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を９ｍｍとしたものである。
【図１２】注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を９ｍｍとしたものであって、図１０に示す場合の横軸の表示を広くした場合を示す。
【図１３】注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を９ｍｍとしたものであって、図１１に示す場合の横軸の表示を広くした場合を示す。
【図１４】注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１３ｍｍとしたものである。
【図１５】注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１３ｍｍとしたものである。
【図１６】注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１３ｍｍとしたものであって、図１３に示す場合の横軸の表示を広くした場合を示す。
【図１７】注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１３ｍｍとしたものであって、図１４に示す場合の横軸の表示を広くした場合を示す。
【図１８】注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２３００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１２ｍｍとしたものである。
【図１９】注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフであり、マイクロ波発生器における条件として、マイクロ波パワーを２３００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１２ｍｍとしたものである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
マイクロ波発生器４１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４１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３５側が、後述する負荷側となる。
【００４２】
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。
【００４３】
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３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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に含まれる後述のマグネトロン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に含まれる後述の４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。
【００４８】
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に電圧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４６ａを構成するフィラメントに電源を供給するフィラメント電源４４とを含む。発振部は、マグネトロン４２と、マグネトロン４２のマイクロ波のパワーを導波管に伝えるランチャー（図示せず）から構成されている。マグネトロン４２から発振されるマイクロ波は、図３中の矢印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３中の矢印Ａ１の逆の方向である矢印Ａ２で示す方向に進行する。
【００４９】
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アノード電極４６ｂとによって、外部に出力されるマイクロ波４８が生成される。なお、カソード電極４６ａ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４６ｂを形成する陽極ベイン（図示せず）等は、機械加工により製造される機械加工品である。
【００５０】
また、マイクロ波発生器４１は、マグネトロン４２により発振させたマイクロ波を、アイソレーター４９を介して接続される方向性結合器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３５の下流側に位置する部材である。
【００５１】
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にそれぞれ対応する図示しない同調棒の突出量が算出される。
【００５２】
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、導波管内を進行する進行波の電力信号５５ａ、および導波管内を進行する反射波の電力信号５５ｂを、マイクロ波発生器４１に設けられる電圧制御回路５６に送る。この電圧制御回路５６から、高圧電源４３により供給する電圧の制御信号５７ａおよびフィラメント電源４４に供給する電圧の制御信号５７ｂを送信し、高圧電源４３の電圧の制御を行う。
【００５３】
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、周波数信号を一方向に伝送することができる。
【００５４】
ここで、マイクロ波発生器４１は、高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を高周波発振器に注入する注入手段としての分岐回路６１を備える。分岐回路６１は、発振部からアイソレーター４９に至る導波路６０において、導波路６０を分岐させて設けられている。分岐回路６１は、図３中の二点鎖線で示している。
【００５５】
ここで、分岐回路６１の構成について説明する。図６は、図３中の二点鎖線で示す分岐回路の構成を示すブロック図である。図６を参照して、分岐回路６１は、マグネトロン４２からアイソレーター４９に至る導波路６０から分岐する分岐部６２と、分岐部６２からの分岐された基本周波数の信号を減衰させる減衰器６３と、減衰器６３により減衰させた周波数信号について、周波数信号から電圧信号への変換を行う周波数電圧変換部６４と、周波数電圧変換部６４により変換された電圧信号を基に周波数の発振を行う半導体発振器６５と、半導体発振器６５により発振した周波数を増幅させる増幅器としての半導体アンプ６６と、半導体アンプ６６により増幅させた周波数において、所定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バンドパスフィルタ６７と、バンドパスフィルタ６７によりフィルタリングした周波数について、周波数信号を導波路６０に設けられた第一のサーキュレーター６８ａに送る第二のサーキュレーター６８ｂと、導波路６０に設けられ、第二のサーキュレーター６８ｂにより送られた信号をマグネトロン４２側に注入する第一のサーキュレーター６８ａとを備える。
【００５６】
第一のサーキュレーター６８ａは、第一の端子６９ａがマグネトロン４２側に接続され、第二の端子６９ｂがアイソレーター４９側に接続され、第三の端子６９ｃが第二のサーキュレーター６８ｂの第二の端子６９ｅに接続される。第二のサーキュレーター６８ｂは、第一の端子６９ｄがバンドパスフィルタ６７に接続され、第二の端子６９ｅが第一のサーキュレーター６８ａの第三の端子６９ｃに接続され、第三の端子６９ｆがダミー負荷７０に接続されている。第二のサーキュレーター６８ｂは、バンドパスフィルタ６７から第一のサーキュレーター６８ａへ、周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターとして機能する。このような構成とすることにより、第一のサーキュレーター６８ａにより、整合性よく信号を送信することができる。
【００５７】
ここで、マイクロ波発生器４１に含まれる分岐回路６１の動作について説明する。マグネトロン４２から発振されたマイクロ波は、分岐部６２において一部分岐される。分岐部６２により分岐されて減衰器６３に入力された周波数信号は減衰器６３により減衰される。減衰された周波数信号は、周波数電圧変換部６４により電圧信号に変換される。そして、周波数信号に基づく電圧信号により、半導体発振器６５によってマグネトロン４２が発振したマイクロ波の基本周波数と同じ基本周波数の周波数信号が形成される。そして、半導体発振器６５により形成されたマイクロ波の基本周波数と同じ基本周波数を有する周波数信号が、半導体アンプ６６により増幅される。増幅された周波数信号は、バンドパスフィルタ６７によって、フィルタリングされる。半導体アンプ６６またはバンドパスフィルタ６７からの周波数信号は、モード変換器を経てＴＥ変換され、導波管に伝播させる。そして、バンドパスフィルタ６７によってフィルタリングされ、基本周波数と同じ基本周波数を有する周波数信号を、再び第二および第一のサーキュレーター６８ｂ、６８ａを介して、マグネトロン４２側に注入する。このようにして、分岐回路６１により、マグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ基本周波数であって異周波成分を減少させた信号をマグネトロン４２に注入する。
【００５８】
ここで、減衰器６３から分岐回路６１内に入力された周波数を電圧に変換する周波数電圧変換部６４、および周波数電圧変換部６４により変換された電圧によりマグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数を発振する半導体発振器６５は、マグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数の信号を形成する信号形成手段として作動する。
【００５９】
また、半導体発振器６５と、半導体アンプ６６およびバンドパスフィルタ６７は、分岐部６２から分岐して分岐回路６１内に入力された高周波を用いて、マグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を形成する信号形成手段として作動する。
【００６０】
このように構成することにより、マグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を低減した信号をマグネトロン４２に注入するので、マグネトロン４２が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、マグネトロン４２が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響、具体的には、異周波成分を含むことにより予期せぬ反射波が発生することに基づく実効パワーの変化や負荷インピーダンスの変化のおそれや、基本周波数の波形の乱れ等を低減することができる。したがって、プラズマを長期に亘って安定して生成することができると共に、長寿命を実現することができる。
【００６１】
また、このような高周波発生器としてのマイクロ波発生器４１は、高周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が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号をマグネトロン４２に注入する注入手段とを含むため、マグネトロン４２が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、マグネトロン４２が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響、具体的には、異周波成分を含むことにより予期せぬ反射波が発生することに基づく実効パワーの変化や負荷インピーダンスの変化のおそれや、基本周波数の波形の乱れ等を低減することができる。したがって、長期に亘って安定して良質な高周波を発生させることができる。
【００６２】
この場合、導波路６０に設けた分岐回路６１により、マグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を減少させた信号を、マグネトロン４２に注入している。そうすると、以下のような場合に対応することができる。すなわち、異周波成分は、マグネトロン４２の経年変化、具体的には、マグネトロン４２を構成する機械加工品部材であるフィラメントの発熱に起因する温度上昇に基づく消耗や、図示しないベインの変形等に起因して変化するものである。このような場合において、マグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を低減した信号をマグネトロン４２に注入する注入手段を分岐回路６１として設けることにより、マグネトロン４２を構成するフィラメント等の経年変化に基づいて発生する異周波成分を減少させることができる。
【００６３】
この場合、半導体発振器６５を用いてマグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ基本周波数を有するマイクロ波を発振させているため、ノイズが少なく、波形をきれいにしたマイクロ波を発振することができ、注入するマイクロ波について、異周波成分を相当少ないものとすることができる。
【００６４】
また、この場合、分岐部６２からマイクロ波の周波数信号の一部を分岐し、マイクロ波の周波数信号を減衰させて分岐回路６１内に入力する減衰器６３を用いているため、導波路６０から分岐させた周波数信号の取り扱い性を向上させることができる。
【００６５】
また、所定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バンドパスフィルタ６７を用いているため、効率的に、異周波成分を減少させることができる。
【００６６】
また、この場合、信号形成手段は、減衰器６３から分岐回路６１内に入力された周波数を電圧に変換する周波数電圧変換部６４と、周波数電圧変換部６４により変換された電圧によりマグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数を発振する半導体発振器６５とを含むため、マグネトロン４２が発振する基本周波数と同じ周波数を有する周波数信号をより、異周波成分の少ないものとすることができる。
【００６７】
なお、この場合において、マグネトロン４２の最大の定格の２％以下の電力の信号を注入することにしてもよい。すなわち、マイクロ波パワーとして３０００Ｗである場合、６０Ｗ以下の電力の信号を注入することにより、異周波成分を効率的に減少させることができる。
【００６８】
また、この場合、出力電力が小さい場合、例えば、最大の定格の２０％の出力であった場合にも、効率的に、異周波成分を減少させて、基本周波数の波形をきれいにすることができる。
【００６９】
なお、図６に示す実施形態において、半導体発振器６５の代わりに、電圧制御発振器（ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｉｌｌａｔｏｒ））を用いることにしてもよいし、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）発振器等を用いることにしてもよい。
【００７０】
なお、上記の実施の形態においては、半導体発振器や半導体発振器に付随する周波数電圧変換部等とを備える構成としたが、これに限らず、分岐回路においてこれらの部材を省略して、以下のような構成としてもよい。
【００７１】
例えば、図６において、半導体アンプ６６の出力の異周波成分が十分に小さいときは、バンドパスフィルタ６７を取り除き、半導体アンプ６６の出力を直接サーキュレーター６８ｂの端子６９ｄに接続することにしてもよい。
【００７２】
図７は、この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置８０に備えられるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路を示すブロック図である。図７は、図６に示す図に相当する。また、この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置８０に備えられるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路以外の構成は、プラズマ処理装置１１と同様であるため、その説明を省略する。
【００７３】
図７を参照して、分岐回路７１は、マグネトロン４２からアイソレーター４９に至る導波路７２から分岐する分岐部７３と、分岐部７３からの分岐された基本周波数の信号を減衰する減衰器７４と、減衰器７４により減衰させた周波数信号について、所定の周波数帯域のみを通過させてフィルタリングを行う第一のバンドパスフィルタ７５ａと、第一のバンドパスフィルタ７５ａによりフィルタリングした周波数について、周波数を増幅させる半導体アンプ７６と、半導体アンプ７６により増幅させた周波数において、所定の周波数帯域のみを通過させて再びフィルタリングを行う第二のバンドパスフィルタ７５ｂと、第二のバンドパスフィルタ７５ｂによりフィルタリングした周波数について、周波数信号を導波路７２に設けられた第一のサーキュレーター７７ａに送る第二のサーキュレーター７７ｂと、導波路７２に設けられ、第二のサーキュレーター７７ｂにより送られた信号をマグネトロン４２側に注入する第一のサーキュレーター７７ａとを備える。
【００７４】
第一のサーキュレーター７７ａは、第一の端子７８ａがマグネトロン４２側に接続され、第二の端子７８ｂがアイソレーター４９側に接続され、第三の端子７８ｃが第二のサーキュレーター７７ｂの第二の端子７８ｅに接続される。第二のサーキュレーター７７ｂは、第一の端子７８ｄが第二のバンドパスフィルタ７５ｂに接続され、第二の端子７８ｅが第一のサーキュレーター７７ａの第三の端子７８ｃに接続され、第三の端子７８ｆがダミー負荷７９に接続されている。第二のサーキュレーター７７ｂは、第二のバンドパスフィルタ７５ｂから第一のサーキュレーター７７ａへ、周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターとして機能する。
【００７５】
すなわち、図６に示す分岐回路６１の構成と図７に示す分岐回路７１の構成との大きな相違は、周波数電圧変換部および半導体発振器の代わりに、バンドパスフィルタを用いていることである。このように構成することにより、この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置８０に備えられるプラズマ発生機構に備えられるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路７１を、安価な構成で構成することができる。もちろんこの場合も、マグネトロン４２が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、マグネトロン４２が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響を低減することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置８０は、プラズマを長期に亘って安定して生成することができると共に、長寿命を実現することができる。
【００７６】
この場合、信号形成手段は、分岐回路７１に分岐されて入力され、第一のバンドパスフィルタ７５ａにより所定の帯域の周波数のフィルタリングを行った周波数信号を増幅させる増幅器としての半導体アンプ７６と、半導体アンプ７６により増幅させた周波数信号から所定の帯域の周波数のフィルタリングを行う第二のバンドパスフィルタ７５ｂとを含むよう構成しているため、より確実に、かつ高精度に、マグネトロン４２が発振する基本周波数から異周波成分を減少させることができる。
【００７７】
また、例えば、図７において、半導体アンプ７６の出力の異周波成分が十分に小さいときは、バンドパスフィルタ７５ｂを取り除き、半導体アンプ７６の出力を直接サーキュレーター７７ｂの端子７８ｄに接続することにしてもよい。
【００７８】
図８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８９に備えられるプラズマ発生機構に含まれるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路を示すブロック図である。図８は、図６および図７に示す図に相当する。また、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８９に備えられるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路以外の構成は、プラズマ処理装置１１と同様であるため、その説明を省略する。
【００７９】
図８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８９に備えられるプラズマ発生機構に含まれるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路８１は、マグネトロン４２からアイソレーター４９に至る導波路８２から分岐する分岐部８３と、分岐部８３からの分岐された基本周波数の信号を減衰する減衰器８４と、減衰器８４により減衰させた周波数信号について、所定の周波数帯域のみを通過させてフィルタリングを行うバンドパスフィルタ８５と、バンドパスフィルタ８５によりフィルタリングした周波数について、周波数信号を導波路８２に設けられた第一のサーキュレーター８６ａに送る第二のサーキュレーター８６ｂと、導波路８２に設けられ、第二のサーキュレーター８６ｂにより送られた信号をマグネトロン４２側に注入する第一のサーキュレーター８６ａとを備える。
【００８０】
第一のサーキュレーター８６ａは、第一の端子８７ａがマグネトロン４２側に接続され、第二の端子８７ｂがアイソレーター４９側に接続され、第三の端子８７ｃが第二のサーキュレーター８６ｂの第二の端子８７ｅに接続される。第二のサーキュレーター８６ｂは、第一の端子８７ｄがバンドパスフィルタ８５に接続され、第二の端子８７ｅが第一のサーキュレーター８６ａの第三の端子８７ｃに接続され、第三の端子８７ｆがダミー負荷８８に接続されている。第二のサーキュレーター８６ｂは、バンドパスフィルタ８５から第一のサーキュレーター８６ａへ、周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターとして機能する。
【００８１】
すなわち、図７に示す分岐回路の構成と図８に示す分岐回路の構成との大きな相違は、半導体アンプおよび１つのバンドパスフィルタを省略したことにある。このように構成することにより、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８９に備えられるプラズマ発生機構に備えられるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路８１を、安価な構成で構成することができる。もちろんこの場合も、マグネトロン４２が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、マグネトロン４２が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響を低減することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置８９は、プラズマを長期に亘って安定して生成することができると共に、長寿命を実現することができる。
【００８２】
また、図９に示すような構成であってもよい。図９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９０に備えられるプラズマ発生機構に含まれるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路を示すブロック図であり、アイソレーターと分岐回路とを一体化し、整合器としての４Ｅチューナーに接続した実施形態である。図９は、図６〜図８に示す図に相当する。また、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９０に備えられるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路およびアイソレーター以外の構成は、プラズマ処理装置１１と同様であるため、その説明を省略する。
【００８３】
図９を参照して、この発明の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９０に備えられるプラズマ発生機構に含まれるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路９２は、マグネトロン４２から４Ｅチューナー５１へ、周波数信号を一方向に伝送するアイソレーター９１と一体化されている。
【００８４】
分岐回路９２は、マグネトロン４２から４Ｅチューナー５１に至る導波路９３から分岐する分岐部９４と、分岐部９４からの分岐された基本周波数の信号を減衰する減衰器９５と、減衰器９５により減衰させた周波数信号について、所定の周波数帯域のみを通過させてフィルタリングを行う第一のバンドパスフィルタ９６ａと、第一のバンドパスフィルタ９６ａによりフィルタリングした周波数について、周波数を増幅させる半導体アンプ９７と、半導体アンプ９７により増幅させた周波数において、所定の周波数帯域のみを通過させて再びフィルタリングを行う第二のバンドパスフィルタ９６ｂと、第二のバンドパスフィルタ９６ｂによりフィルタリングした周波数について、周波数信号を導波路９３に設けられた第一のサーキュレーター９８ａに送る第二のサーキュレーター９８ｂと、導波路９３に設けられ、第二のサーキュレーター９８ｂにより送られた信号をマグネトロン４２側に注入する第一のサーキュレーター９８ａとを備える。
【００８５】
第一のサーキュレーター９８ａは、第一の端子９９ａがマグネトロン４２側に接続され、第二の端子９９ｂが４Ｅチューナー５１側に接続され、第三の端子９９ｃが第二のサーキュレーター９８ｂの第二の端子９９ｅに接続される。第二のサーキュレーター９８ｂは、第一の端子９９ｄが第二のバンドパスフィルタ９６ｂに接続され、第二の端子９９ｅが第一のサーキュレーター９８ａの第三の端子９９ｃに接続され、第三の端子９９ｆがダミー負荷９９ｇに接続されている。第二のサーキュレーター９８ｂは、第二のバンドパスフィルタ９６ｂから第一のサーキュレーター９８ａへ、周波数信号を一方向に伝送するアイソレーターとして機能する。
【００８６】
また、例えば、図９において、半導体アンプ９７の出力の異周波成分が十分に小さいときは、バンドパスフィルタ９６ｂを取り除き、半導体アンプ９７の出力を直接サーキュレーター９８ｂの端子９９ｄに接続することにしてもよい。
【００８７】
すなわち、図７に示す分岐回路６１の構成と図９に示す分岐回路９２の構成とは同じであり、その相違は、アイソレーターと分岐回路とが一体化されているか否かである。このように構成することにより、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９０に備えられるプラズマ発生機構に備えられるマイクロ波発生器に含まれる注入手段としての分岐回路９２を、単純な構成とすることができる。もちろんこの場合も、マグネトロン４２が発振する高周波のうちの異周波成分を少なくすることができる。そうすると、マグネトロン４２が発振する高周波において、異周波成分を含むことによる影響を低減することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置９０は、プラズマを長期に亘って安定して生成することができると共に、長寿命を実現することができる。
【００８８】
また、図７でアイソレーター４９とサーキュレーター７７ａが一体化して図９のサーキュレーター９８ａを構成しているのと同様に、図６において、アイソレーター４９とサーキュレーター６８ａとを一体化する構成としてもよい。また同様に、図８において、アイソレーター４９とサーキュレーター８６ａとを一体化する構成としてもよい。
【００８９】
なお、上記の実施の形態において、減衰器の代わりに、方向性結合器を用いることにしてもよい。この場合、分岐部からの分岐された基本周波数の信号を減衰しないで、そのまま用いることになる。
【００９０】
また、上記の実施の形態において、増幅器は、高周波発振器の最大の定格の２％以下まで、周波数を増幅させるよう構成してもよい。こうすることにより、増幅させた周波数を取り扱いやすくすることができる。
【００９１】
図１０は、注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフである。図１１は、注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の帯域幅を示すグラフである。図１０および図１１において、横軸は、周波数（ＭＨｚ（メガヘルツ））を示し、縦軸は、１ｍＷを０ｄＢとしたｄＢｍを示す。また、図１０および図１１において、横軸の右側に向かうほど、数値が大きくなり、縦軸の上側に向かうほど、数値が大きくなるものである。なお、後述する図１２〜図１９における図に示すグラフの横軸および縦軸の示す意味についても同様であるので、その説明を省略する。
【００９２】
また、図１０および図１１に示す場合のマイクロ波発生器における条件としては、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を９ｍｍとしている。
【００９３】
図１０を参照して、マイクロ波の波形としては、２４５５ＭＨｚよりもやや低い位置、具体的には、２４５４ＭＨｚ辺りにピークがみられるが、このピークはなだらかであり、いわゆる裾野の部分が大きく広がっているものである。具体的には、例えば、−３０．０ｄＢｍよりも高い部分について見てみると、おおよそ２４５２．５ＭＨｚ辺りから２５５６ＭＨｚ辺りまで、広い周波数の帯域に亘っている。これに対し、図１１を参照して、マイクロ波の波形としては、２４５５ＭＨｚ辺りにピークがみられ、このピークは急峻である。具体的には、例えば、図１０に示す場合と同様に、−３０．０ｄＢｍよりも高い部分について見てみると、おおよそ２４５４．５ＭＨｚ辺りから２４５５．５ＭＨｚ辺りまでであり、狭い周波数の帯域である。
【００９４】
図１２および図１３はそれぞれ、図１０および図１１に示す場合において、横軸、すなわち、周波数の帯域の幅の表示を広くした場合を示すグラフである。図１２を参照して、３０００ＭＨｚ付近に、−３０．０ｄＢｍ程度の大きな異周波成分が存在するのが把握できる。次に、図１３を参照して、この３０００ＭＨｚ付近に存在する異周波成分が、−５５．０ｄＢｍ程度、少なくとも−５０．０ｄＢｍよりも小さくなっており、異周波成分が大きく減少しているのを把握することができる。
【００９５】
図１４は、注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフである。図１５は、注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の帯域幅を示すグラフである。図１４および図１５は、マイクロ波発生器における条件としては、マイクロ波パワーを２０００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１３ｍｍとしている。
【００９６】
図１４を参照して、マイクロ波の波形としては、２つのピークが見られる。具体的には、２４５２ＭＨｚ辺りに第一のピークが見られ、２４５３ＭＨｚ辺りに第二のピークが見られる。また、この波形としては、なだらかな形状であり、いわゆる裾野の部分が大きく広がっているものである。具体的には、例えば、−３０．０ｄＢｍよりも高い部分について見てみると、おおよそ２４５１ＭＨｚ辺りから２５５４ＭＨｚ辺りまで、広い周波数の帯域に亘っている。これに対し、図１５を参照して、マイクロ波の波形としては、２４５２．５ＭＨｚ辺りにピークがみられ、このピークは急峻である。具体的には、例えば、図１４に示す場合と同様に、−３０．０ｄＢｍよりも高い部分について見てみると、おおよそ２４５２ＭＨｚ辺りから２４５３ＭＨｚ辺りまでであり、狭い周波数の帯域である。
【００９７】
図１６および図１７はそれぞれ、図１４および図１５に示す場合において、横軸、すなわち、周波数の帯域の幅の表示を広くした場合を示すグラフである。図１６を参照して、３０００ＭＨｚ付近に、−３５．０ｄＢｍ程度の大きな異周波成分が存在するのが把握できる。次に、図１７を参照して、この３０００ＭＨｚ付近に存在する異周波成分が、−４０．０ｄＢｍ程度となっており、異周波成分が大きく減少しているのを把握することができる。
【００９８】
図１８は、注入手段を含まないマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の周波数の帯域幅を示すグラフである。図１９は、注入手段を含むマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波の帯域幅を示すグラフである。図１８および図１９は、マイクロ波発生器における条件としては、マイクロ波パワーを２３００Ｗ（ワット）とし、可動短絡板の位置を１２ｍｍとしている。なお、横軸については、図１２、図１３、図１６、図１７と同様としている。
【００９９】
図１８を参照して、３０００ＭＨｚ付近に、−３８．０ｄＢｍ程度の大きな異周波成分が存在するのが把握できる。次に、図１９を参照して、この３０００ＭＨｚ付近に存在する異周波成分が、−５８．０ｄＢｍ程度となっており、異周波成分が大きく減少しているのを把握することができる。
【０１００】
以上より、このような構成によると、プラズマを長期に亘って安定して生成することができると共に、長寿命を実現することができる。
【０１０１】
なお、上記の実施の形態においては、増幅器として、半導体アンプを用いることとしたが、これに限らず、他の増幅器を用いることにしてもよい。
【０１０２】
また、上記の実施の形態においては、フィルタリングを行う部材としてバンドパスフィルタを用いることとしたが、この場合、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）やハイパスフィルタ（ＨＰＦ）をそれぞれ組み合わせて用いることにしてもよいし、必要に応じて、いずれか一方のみを用いることにしてもよい。
【０１０３】
なお、上記の実施の形態においては、注入手段として分岐回路を設けることとしたが、これに限らず、他の手法、例えば、分岐回路を設けずに、プラズマ処理装置を製造する初期の段階において、高周波発振器が発振する基本周波数と同じ周波数であって異周波成分を低減した信号を高周波発振器に注入する構成としてもよい。
【０１０４】
例えば、図６において、周波数を検出する手段として周波数電圧変換部６４を設けているが、周波数電圧変換部６４にて、製造する初期の段階に周波数を把握しておき、半導体発振器６５にて把握した周波数を設定して出力してもよい。このときは、減衰器６３と周波数電圧変換部６４は製造する初期段階において測定で必要となるが、取り外し可能であるため安価にシステムを構築できる。なお、周波数を把握する手段として周波数電圧変換部６４としたが、周波数を検出する手段であれば何でもよく、市販されている周波数カウンタやスペクトラムアナライザでもよい。
【０１０５】
また、製造する初期の段階に限らず、処理を行い始めても定期的に周波数を検出する手段を用いて周波数を把握して半導体発振器６５にて把握した周波数を設定して出力してもよい。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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】
【０１０８】
１１，８０，８９，９０  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  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、４４  フィラメント電源、４５  回路、４６ａ  カソード電極、４６ｂ  アノード電極、４８  マイクロ波、４９，９１  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  電力信号、５６  電圧制御回路、５７ａ，５７ｂ  制御信号、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ，６９ｅ，６９ｆ，７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄ，７８ｅ，７８ｆ，８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄ，８７ｅ，８７ｆ，９９ａ，９９ｂ，９９ｃ，９９ｄ，９９ｅ，９９ｆ  端子、５９，７０，７９，８８，９９ｇ  ダミー負荷、６０，７２，８２，９３  導波路、６１，７１，８１，９２  分岐回路、６２，７３，８３，９４  分岐部、６３，７４，８４，９５  減衰器、６４  周波数電圧変換部、６５  半導体発振器、６６，７６，９７  半導体アンプ、６７，７５ａ，７５ｂ，８５，９６ａ，９６ｂ  バンドパスフィルタ、６８ａ，６８ｂ，７７ａ，７７ｂ，８６ａ，８６ｂ，９８ａ，９８ｂ  サーキュレーター。
【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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【国際調査報告】
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