JP2014093223A - Plasma processing apparatus and high frequency generator - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a high-frequency generator, and more particularly to a high-frequency generator that generates microwaves and a plasma processing apparatus that generates plasma using microwaves.
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。 Semiconductor elements such as LSI (Large Scale Integrated Circuits) and MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors, liquid crystal displays (LCDs), organic EL (Electro Luminescence) elements and processing targets, etc. It is manufactured by performing processes such as etching, CVD (Chemical Vapor Deposition), and sputtering. As for processing such as etching, CVD, and sputtering, there are processing methods using plasma as its energy supply source, that is, plasma etching, plasma CVD, plasma sputtering, and the like.
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。 Here, the technique regarding the plasma processing apparatus which processes using a plasma is disclosed by WO2004 / 068917 (patent document 1). According to Patent Document 1, it is disclosed that a magnetron is used as a high-frequency oscillation source when generating a microwave. A magnetron can be configured at a relatively low cost and can output high power, so that it is effectively used as an oscillation source for generating microwaves.
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。 As a high-frequency oscillation source, there is a case where an apparatus composed of a machined product is used. For example, a case where a magnetron is used as shown in Patent Document 1 described above will be described. The magnetron is composed of a machined product such as a filament, an anode vane that constitutes the anode side, a cavity resonance portion, or the like. About the magnetron manufactured by assembling such a machined product, the state of the magnetron changes as it is used as compared with the so-called initial state immediately after assembly. For example, there is a change in the oscillation state caused by the consumption of the surface carbide layer of the thorium tungsten alloy that is a material constituting the filament. When the change in the state of the magnetron is large, there is a possibility of affecting the plasma processing, so that it becomes necessary to replace so-called consumables such as filaments or to replace the magnetron itself. That is, since the magnetron has a so-called lifetime, it must be replaced at a certain timing such as when the lifetime is reached after the start of use.
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。 Here, if the magnetron reaches the replacement timing, the magnetron is replaced. However, the operation of the plasma processing apparatus must be stopped during the replacement of the magnetron. Of course, during this time, plasma treatment cannot be performed, resulting in production downtime. From the viewpoint of improving production efficiency, such a time is preferably as short as possible.
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。 In particular, when performing many plasma processes in parallel using a large number of plasma processing apparatuses, if the timing of magnetron replacement in multiple plasma processing apparatuses overlaps, the personnel required for replacement cannot be secured and downtime is long. There is a risk of becoming.
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。 In one aspect of the present invention, a plasma processing apparatus is a plasma processing apparatus that performs processing on an object to be processed using plasma, and that is disposed outside a processing container that performs processing using plasma inside the plasma processing apparatus. And a plasma generation mechanism for generating plasma in the processing container using the high frequency generated by the high frequency generator. The high-frequency generator is provided separately from the first high-frequency oscillator that oscillates the high frequency and the first high-frequency oscillator, and is oscillated by the second high-frequency oscillator that oscillates the high frequency and the first or second high-frequency oscillator. A waveguide for propagating the high frequency to the processing container side, which is the load side, and a switching mechanism for switching a high frequency oscillation source for propagating to the processing container side from the first high frequency oscillator to the second high frequency oscillator.
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。 With this configuration, even if the first high-frequency oscillator is unable to oscillate a desired high frequency due to wear of parts due to long-term use, the high-frequency oscillation source is switched to the first high-frequency oscillator by the switching mechanism. The high frequency oscillator can be switched to a second high frequency oscillator provided separately from the first high frequency oscillator, and a desired high frequency can be oscillated by the second high frequency oscillator. Then, the period during which a desired high frequency cannot be oscillated in the high frequency generator can be shortened, and downtime can be reduced. Therefore, in the plasma processing apparatus, the period during which plasma processing cannot be performed can be shortened to improve productivity.
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。 In the first high-frequency oscillator, there is a case where a so-called initial failure occurs due to a component assembly failure or the like, and an appropriate high-frequency oscillation may not be performed from the beginning of operation. When plasma processing is performed using such a first high-frequency oscillator, there is a possibility that plasma cannot be generated appropriately from the initial stage of operation of the plasma processing apparatus. Even in such a situation, the first high-frequency oscillator and the second high-frequency oscillator can be switched to respond immediately. That is, it is possible to appropriately oscillate the high frequency by switching to the second high frequency oscillator in the initial stage of operation. Further, when the plasma cannot be properly generated using the first high-frequency oscillator, it is possible to easily determine whether or not the cause of the failure to generate the plasma is the high-frequency oscillator.
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。 The switching mechanism is provided in the waveguide, and switches the path in the waveguide to switch the high-frequency oscillation source to be propagated to the processing container side from the first high-frequency oscillator to the second high-frequency oscillator. You may comprise so that a switching device may be included.
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。 The switching mechanism includes a reversible circulator that is provided in the waveguide and switches the high-frequency oscillation source that propagates to the processing container side from the first high-frequency oscillator to the second high-frequency oscillator by changing the direction of the magnetic field. You may comprise.
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。 Further, a determination mechanism for determining the state of the first high-frequency oscillator may be provided, and the switching mechanism may be configured to switch from the first high-frequency oscillator to the second high-frequency oscillator according to the determination result by the determination mechanism.
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。 Moreover, you may comprise so that the notification mechanism which alert | reports to the effect of switching may be provided in the case of switching by a switching mechanism.
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。 The high frequency generator may include a cooling mechanism capable of cooling the first and second high frequency oscillators.
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。 In another aspect of the present invention, the high-frequency generator includes a first high-frequency oscillator that oscillates a high frequency, a second high-frequency oscillator that is provided separately from the first high-frequency oscillator and oscillates a high frequency, and the first or Switching from the first high-frequency oscillator to the second high-frequency oscillator, the waveguide that propagates the high-frequency wave oscillated by the second high-frequency oscillator to the processing container side that is the load side, and the high-frequency oscillation source that propagates to the processing container side Switching mechanism.
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。 According to such a high frequency generator, even if the first high frequency oscillator cannot oscillate a desired high frequency due to wear of parts due to long-term use, the high frequency oscillation source is switched by the switching mechanism. By switching from one high frequency oscillator to a second high frequency oscillator provided separately from the first high frequency oscillator, a desired high frequency can be oscillated by the second high frequency oscillator. Then, the period during which a desired high frequency cannot be oscillated in the high frequency generator can be shortened, and downtime can be reduced.
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。 According to such a configuration, even if a situation in which the desired high frequency cannot be oscillated due to wear of parts due to long-term use occurs in the first high frequency oscillator, the high frequency oscillation source is switched to the first high frequency oscillator by the switching mechanism. By switching from the high frequency oscillator to a second high frequency oscillator provided separately from the first high frequency oscillator, a desired high frequency can be oscillated by the second high frequency oscillator. Then, the period during which a desired high frequency cannot be oscillated in the high frequency generator can be shortened, and downtime can be reduced. Therefore, in the plasma processing apparatus, the period during which plasma processing cannot be performed can be shortened to improve productivity.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a view of the slot antenna plate included in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 as viewed from the lower side, that is, from the direction of arrow II in FIG. In FIG. 1, some of the members are not hatched for easy understanding. In this embodiment, the vertical direction in FIG. 1 indicated by the direction indicated by arrow II in FIG. 1 or the opposite direction is the vertical direction in the plasma processing apparatus.
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。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
A high
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。
The holding table 14 can hold the substrate W to be processed thereon by an electrostatic chuck (not shown). The holding table 14 includes a heater (not shown) for heating and the like, and can be set to a desired temperature by a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The microwave generated by the
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。
When microwave plasma is generated in the
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。
The
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。
Here, a specific configuration of the
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。
1 to 4, a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Next, the configuration of the
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。
A
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。
The
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。
Specifically, in the
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。
FIG. 4 shows a case where the filament voltage from the
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。
The
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。
Note that a microwave
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。
The
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。
Here, the configuration of the
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。
Referring to FIGS. 6 and 7, the
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。
In the state shown in FIG. 6, the position of the
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。
The high frequency oscillated from the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
In addition, in order to make heat exchange efficient, it is necessary to transmit heat, and it is desirable that the outer wall portion of the anode electrode of the magnetron and the heat exchanger are in close contact with each other. Therefore, the
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。
The
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。
Next, a processing procedure in the
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。
With reference to FIGS. 1-9, plasma processing is started in the plasma processing apparatus 11 (FIG. 9 (A)). The plasma processing will be briefly described. After the substrate W to be processed is held on the holding table 14, the
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))。
Thereafter, the
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。
Here, an example of the determination of the replacement timing in the
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。
When the
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。
After that, the microwave
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。
When receiving the magnetron switching signal, the switching
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。
After switching to the
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。
According to such a configuration, even if a situation occurs in the
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。
In addition, it can respond appropriately also in the following cases. In the
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。
Here, the switched
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。
In the above embodiment, the
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。
The cooling mechanism may have the following configuration. FIG. 11 is a schematic view showing a cooling mechanism 71c included in a microwave generator provided in a plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 8 and FIG. Referring to FIG. 11, the cooling mechanism 71c includes a
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。 In the above-described embodiment, the waveguide switch has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the waveguide is switched by rotating the internal rotor by 90 °. The switch is not limited to such a configuration.
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。 12 and 13 are schematic views showing a waveguide switch included in a microwave generator provided in a plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention. 12 and 13 correspond to FIGS. 6 and 7 described above.
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。
Referring to FIGS. 12 and 13, the
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。
In the state shown in FIG. 12, the position of the
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。
A
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。 Of course, as the waveguide switching device, other configurations, for example, a configuration in which a larger number of openings, paths, and the like are provided, or a different rotation angle of the internal rotor may be used. A sensor for completing the positioning may be provided at each opening position of the waveguide switching device, and an interlock circuit may be provided to determine whether or not to output the microwave by oscillating the magnetron.
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。 In the above embodiment, the rotary waveguide switch is used. However, the present invention is not limited to this, and a waveguide switch including a reversible circulator may be used.
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。 FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration around an oscillation unit included in a microwave generator provided in a plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention, which oscillates microwaves. FIG. 14 is a view corresponding to FIGS. 4 and 5 described above. In FIG. 14, members and the like having the same configurations as those in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
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。
Referring to FIG. 14, an oscillation unit 55b included in a
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。
Here, the configuration of the
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。
14 to 19, the
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。
The
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。
Using the
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。
When such a reversible circulator is employed, the lines of magnetic force may be strengthened by placing an iron core inside the
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。 As described above, according to the above configuration, the period during which plasma treatment cannot be performed can be shortened, and productivity can be improved.
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。 In the above-described embodiment, in the microwave generator, the determination mechanism, the notification mechanism, and the cooling mechanism are included in the oscillating unit. However, the configuration is not limited thereto, and the determination mechanism, the notification mechanism, and the cooling mechanism are not limited thereto. The mechanism may be configured to be included in, for example, a plasma processing apparatus outside the oscillation unit.
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。 Further, in the above embodiment, the determination mechanism may not be provided. In this case, for example, the microwave oscillation source may be switched from the first magnetron to the second magnetron at a predetermined timing regardless of the state of the first magnetron. In addition, the notification mechanism may not be provided, and the cooling mechanism is water-cooled in the above embodiment, but may be air-cooled, and may be configured without a cooling mechanism as necessary. Also good.
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。 In the above-described embodiment, the increase in the different frequency component in the determination mechanism is used as the replacement timing of the magnetron. As such a determination mechanism, for example, the following configuration is provided. That is, although not shown in the drawings, the determination mechanism detects the spectrum level of the fundamental wave component of the microwave and the spectrum level of the component of the different frequency, and the fundamental wave detected by the spectrum level detection unit. A spectrum level comparing unit that compares the spectrum level value of the component and the spectrum level value of the component of the different frequency. The spectrum level detection unit includes a branch unit provided in the middle of the waveguide, an attenuator that is branched from the branch unit and attenuates the input frequency signal, and a frequency signal is input from the attenuator. A band-pass filter, a second band-pass filter that receives a frequency signal from an attenuator, a first detector that detects a frequency that has passed through the first band-pass filter, and a second band-pass filter A second detector for detecting the passed frequency, a first gain adjusting amplifier for amplifying the frequency signal detected by the first detector, and a second for amplifying the frequency signal detected by the second detector. Including a gain adjustment amplifier. The spectrum level comparison unit includes a subtraction circuit that calculates a difference between the frequency amplified by the first gain adjustment amplifier and the frequency amplified by the second gain adjustment amplifier, and the difference value calculated by the subtraction circuit. And a threshold value that is a predetermined value, and a threshold value adjustment unit that adjusts the threshold value to be compared by the comparator.
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。 The first band-pass filter performs filtering to pass only the frequency band of the fundamental wave component and remove other frequency bands. In the first detector, the component of the fundamental wave that has passed through the first bandpass filter is detected. The fundamental wave component detected by the first detector is amplified by the first gain adjustment amplifier and input to the subtraction circuit. The second band-pass filter performs filtering to pass only the frequency band of the different frequency component and remove the other frequency bands. In the second detector, a component having a different frequency that has passed through the second bandpass filter is detected. The different frequency component detected by the second detector is amplified by the second gain adjustment amplifier and input to the subtraction circuit. The subtraction circuit calculates the difference between the spectrum level of the amplified fundamental wave and the spectrum level of the different frequency. The calculated difference is input to the comparator. In addition, a threshold value that is a comparison target of the difference adjusted by the threshold value adjustment unit is also input to the comparator. The comparator compares the difference value with the threshold value, and determines the state of the magnetron based on the comparison result. This determination result is input to the alarm and notified.
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。 FIG. 20 is a graph showing the relationship between the difference between the spectrum level of the fundamental wave and the spectrum level of the different frequency and the reflected wave power. The generation of this reflected wave power is undesirable. Referring to FIG. 20, if the difference in spectrum level is 40.0 dBm or more, the value of the reflected wave power is 0 (W). That is, no reflected wave power is generated. On the other hand, if the difference in spectrum level is smaller than 40.0 dBm, reflected wave power is generated. Here, if the difference in spectrum level is 40 dBm or more, it can be understood that no reflected wave power is generated. Therefore, in this embodiment, 40.0 dBm is set as the threshold value. Then, at the timing when this difference becomes smaller than 40.0 dBm, an alarm device generates an alarm sound. This timing is a measure of the replacement timing of the magnetron.
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。 In addition, as a determination mechanism, for example, the initial frequency of the fundamental wave and the current frequency of the fundamental wave are detected, and the detected initial frequency of the fundamental wave is compared with the current frequency of the fundamental wave. The timing may be determined. Further, the initial efficiency of the magnetron and the current efficiency of the magnetron may be detected, and the initial efficiency of the detected magnetron and the current efficiency of the magnetron may be compared to determine the replacement timing. Furthermore, the replacement timing may be determined using the accumulated usage time of the magnetron.
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。 The internal data to be reset includes, for example, magnetron integration usage time, filament power on / off count, filament power supply time, filament power supply time integration value, etc. Can be mentioned.
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。 In the above embodiment, the magnetron is used as the high-frequency oscillator. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to the case where another high-frequency oscillator is used.
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。 In the above embodiment, the plasma processing is performed by the microwave using the radial line slot antenna. However, the plasma processing is not limited to this, and a comb-shaped antenna unit is provided and plasma is generated by the microwave. A plasma processing apparatus or a plasma processing apparatus that generates plasma by emitting microwaves from a slot may be used.
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Plasma processing apparatus, 12 Processing container, 13, 26, 27 Gas supply part, 14 Holding stand, 15 Control part, 16 Dielectric window, 17 Slot antenna plate, 18 Dielectric member, 19 Plasma generating mechanism, 20 Slot hole, 21 bottom part, 22 side wall, 23 exhaust hole, 24 lid part, 25 O-ring, 28 bottom surface, 29 gas supply system, 30a, 30b gas supply hole, 31 cylindrical support part, 32 cooling jacket, 33 temperature adjustment mechanism, 34 mode Converter, 35, 61 waveguide, 36 coaxial waveguide, 37 recess, 38 high frequency power supply, 39 matching unit, 40 circuit, 41a, 41b microwave generator, 42a, 42b magnetron, 43 high voltage power supply, 44 filament Power supply, 45 circuit, 46a, 46b cathode electrode, 47a, 47b anode electrode, 4 9 isolator, 50 load, 514E tuner, 52a, 52b, 52c, 52d movable short circuit, 53a, 53b, 53c probe, 53d arithmetic circuit, 54 directional coupler, 55a, 55b oscillator, 56 voltage control circuit, 57a 57b, 86 selector switch, 58a, 58b, 58c, 58d, 58e, 58f terminal, 59 switching control circuit, 60 microwave generator control circuit, 62a, 62b launcher, 63a, 63b waveguide switch, 63c reversible type Circulator, 64a, 64b outer frame, 65a, 65b inner rotor, 66a, 66b center, 67a, 67b, 67c, 67d, 67e, 67f, 67g, 67h, 67i, 67j opening, 68a, 68b, 68c, 68d, 68e 68f, 68g, 68h , 68i path, 69 judgment mechanism, 70 alarm, 71a, 71b, 71c cooling mechanism, 72a, 72b, 72c pipe, 73a, 73b, 73c, 73d, 73e, 73f, 73g, 73h, 73i valve, 74a, 74b, 74c, 74d, 74e, 74f Heat exchanger, 75a inlet, 75b outlet, 76 ferrite, 77a, 77b, 77c port, 78a, 78b code, 81 electromagnet circuit, 82 DC power supply, 83 protection resistance, 84a, 84b coil, 85 Electromagnet, 87 magnetic field lines.
Claims (7)
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。 A plasma processing apparatus for processing an object to be processed using plasma,
A processing vessel for processing with plasma inside,
A high-frequency generator that is arranged outside the processing vessel and generates a high frequency, and includes a plasma generation mechanism that generates plasma in the processing vessel using the high-frequency generated by the high-frequency generator,
The high-frequency generator is provided separately from the first high-frequency oscillator that oscillates a high frequency, the second high-frequency oscillator that oscillates a high frequency, and the first or second high-frequency oscillator. A waveguide for propagating the oscillated high frequency to the processing vessel side serving as a load side, and a switching mechanism for switching a high frequency oscillation source for propagating to the processing vessel side from the first high frequency oscillator to the second high frequency oscillator And a plasma processing apparatus.
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。 A determination mechanism for determining the state of the first high-frequency oscillator;
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the switching mechanism switches from the first high-frequency oscillator to the second high-frequency oscillator in accordance with a determination result by the determination mechanism.
A first high-frequency oscillator that oscillates a high frequency, a second high-frequency oscillator that is provided separately from the first high-frequency oscillator, and that loads the high-frequency oscillated by the first or second high-frequency oscillator A high-frequency generation comprising: a waveguide propagating toward the processing vessel as a side; and a switching mechanism for switching a high-frequency oscillation source propagating toward the processing vessel from the first high-frequency oscillator to the second high-frequency oscillator vessel.
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