JPWO2013146655A1 - プラズマ処理装置、および高周波発生器 - Google Patents

プラズマ処理装置、および高周波発生器 Download PDF

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Abstract

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（１２）と、高周波を発振する高周波発振器を有し、処理容器（１２）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（１２）内にプラズマを発生させるプラズマ発生機構（１９）と、高周波発振器の状態を判断する判断機構と、判断機構による判断結果を報知する報知機構とを備える。

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。
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。
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。
ＷＯ２００４／０６８９１７号公報
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。
この消耗品の交換やマグネトロン自体の交換のタイミングについては、実際に被処理基板に対してプラズマ処理を行っている時間以外であることが望ましい。すなわち、被処理基板のプラズマ処理中においてマグネトロン等の交換のタイミングが生じてしまうと、プラズマ処理を中断しなければならない。そうすると、このようなプラズマ処理が中断した被処理基板を用いて、適切に半導体素子を製造できないおそれがある。したがって、被処理基板をプラズマ処理する際のプラズマ処理の中断という事態を回避する必要がある。
ここで、プラズマ処理の中断という事態を回避するため、さらに使用できるにも関わらず、マグネトロン等の交換を先だって行うこともできる。しかし、このような方策はもちろん、無駄の発生の要因となる。すなわち、できるだけ適切なタイミングで、マグネトロンの交換を行うことが求められる。
プラズマ処理装置において、マイクロ波発生器内に設けられた整合装置内に生じる反射波の電力を監視し、予期せぬ反射波電力の発生等、反射波の異常を検知することにより、マグネトロンの交換のタイミングを計ることも考えられる。しかし、このような反射波の異常は、マグネトロンに起因する要因以外、例えば、アンテナ部材の変化に起因して発生する場合がある。したがって、このような方策は、必ずしも適切ではない。
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。プラズマ処理装置は、その内部でプラズマによる処理を行う処理容器と、高周波を発振する高周波発振器を有し、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、高周波発振器の状態を判断する判断機構と、判断機構による判断結果を報知する報知機構とを備える。
このように構成することにより、高周波発振器の状態を判断機構により判断し、判断結果が報知されるため、高周波発振器の状態の判断結果を考慮し、消耗品や高周波発振器の交換のタイミングを計ることができる。そうすると、プラズマ処理中に交換のタイミングとなる事態を回避することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
また、判断機構は、高周波発振器から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に高周波発振器の状態を判断する第一の判断部を含むよう構成してもよい。
また、第一の判断部は、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よう構成してもよい。
また、スペクトラムレベル比較部は、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の差分を算出し、算出された差分の値が所定の値よりも小さいか否かを比較するよう構成してもよい。
また、所定の値は、４０ｄＢｍであるよう構成してもよい。
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、スペクトラムレベル検出部は、導波路から分岐された高周波を用いて、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よう構成してもよい。
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、アイソレーターおよび負荷の間に設けられ整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、スペクトラムレベル検出部は、方向性結合器から取り出された高周波を用いて、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よう構成してもよい。
また、判断機構は、高周波発振器から発振される基本波の初期の周波数を基に高周波発振器の状態を判断する第二の判断部を含むよう構成してもよい。
また、第二の判断部は、基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数を検出する周波数検出部と、周波数検出部により検出した基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数とを比較する周波数比較部とを含むよう構成してもよい。
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、周波数検出部は、導波路から分岐された高周波を用いて、基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数を検出するよう構成してもよい。
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、アイソレーターおよび負荷の間に設けられ整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、周波数検出部は、方向性結合器から取り出された高周波を用いて、基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数を検出するよう構成してもよい。
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、アイソレーターおよび負荷の間に設けられ整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、周波数検出部は、導波路から分岐された高周波を用いて、基本波の初期の周波数を検出し、方向性結合器から取り出された高周波を用いて、基本波の現在の周波数を検出するよう構成してもよい。
また、判断機構は、高周波発振器の効率を基に高周波発振器の状態を判断する第三の判断部を含むよう構成してもよい。
また、第三の判断部は、高周波発振器の初期の効率および高周波発振器の現在の効率を検出する効率検出部と、効率検出部により検出した高周波発振器の初期の効率および高周波発振器の現在の効率とを比較する効率比較部とを含むよう構成してもよい。
また、高周波発生器は、高周波発発振器にアノード電圧を印加する回路と、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、アイソレーターおよび負荷の間に設けられ整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、効率検出部は、方向性結合器から取り出された負荷への投入電力、回路から検出されたアノード電圧およびアノード電流を用いて、高周波発振器の初期の効率および高周波発振器の現在の効率を検出するよう構成してもよい。
また、判断機構は、高周波発振器の積算の使用時間を基に高周波発振器の状態を判断する第四の判断部を含むよう構成してもよい。
また、第四の判断部は、高周波発振器の積算の使用時間を検出する積算使用時間検出部と、積算使用時間検出部により検出した高周波発振器の積算の使用時間の値および所定の値を比較する積算使用時間比較部とを含むよう構成してもよい。
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、高周波発振器の状態を判断する判断機構と、判断機構による判断結果を報知する報知機構とを備える。
このような高周波発生器によると、高周波発振器の寿命や消耗品の交換のタイミングを容易に計ることができる。
また、判断機構は、高周波発振器から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に高周波発振器の状態を判断する第一の判断部、高周波発振器から発振される基本波の周波数を基に高周波発振器の状態を判断する第二の判断部、高周波発振器の効率を基に高周波発振器の状態を判断する第三の判断部、および高周波発振器の積算の使用時間を基に高周波発振器の状態を判断する第四の判断部のうちの少なくともいずれか一つを含むよう構成してもよい。
このようなプラズマ処理装置によると、高周波発振器の状態を判断機構により判断し、判断結果が報知されるため、高周波発振器の状態の判断結果を考慮し、消耗品や高周波発振器の交換のタイミングを計ることができる。そうすると、プラズマ処理中に交換のタイミングとなる事態を回避することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
また、このような高周波発生器によると、高周波発振器の寿命や消耗品の交換のタイミングを容易に計ることができる。
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１に示すプラズマ処理装置に含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。 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。 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。 マグネトロンの使用初期の段階における周波数を示すグラフである。 マグネトロンの長時間使用後の周波数を示すグラフである。 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。 この発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置に含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。 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含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。 マグネトロンの初期周波数とマイクロ波電力との関係を示すグラフである。 マグネトロンの初期周波数からの偏差とマイクロ波出力オン時間との関係を示すグラフである。 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含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。 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含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。 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含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。 初期効率とマイクロ波電力との関係を示すグラフである。 初期効率からの偏差とマイクロ波出力オン時間との関係を示すグラフである。 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含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。 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含まれるマイクロ波発生器の概略的な構成を示すブロック図である。
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。
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。
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。
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。
ガス供給部１３は、被処理基板Ｗの中央に向かってガスを第１の流路を介して供給する第一のガス供給部２６と、被処理基板Ｗの外側からガスを第２の流路を介して供給する第二のガス供給部２７とを含む。第一のガス供給部２６において第１の流路に連通し、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。
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。
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、内部に加熱のためのヒータ（図示せず）等の温度調整機構３３を備え、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、処理容器１２の底部中央に形成され、筒状支持部３１が排気孔２３を貫通する。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。
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、処理容器１２の上部に保持台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、誘電体窓１６の上に配置され、マイクロ波を誘電体窓１６に放射する複数のスロット孔が形成された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し、マイクロ波を遅延する機能を有する誘電体部材１８を含む。
マイクロ波発生器４１ａは、モード変換器３４および矩形導波管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、矩形導波管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に対しての矩形導波管３５側が、後述する負荷側となる。
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または円形状に凹んだ凹部が設けられている。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。
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。
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、スロットアンテナ板１７、誘電体窓１６および誘電体部材１８等を冷却して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。
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（電子温度Ｔｅ≧１．５ｅＶ）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（電子温度Ｔｅ＜１．５ｅＶ）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（電子密度Ｎｅ＞１．５×１０１２／ｃｍ３）ので、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
プラズマ発生機構１９は、後述する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。
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４１ａ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４１ａに含まれる後述の整合装置としての４Ｅチューナーの周辺の構成を示す模式図である。
図１〜図５を参照して、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。
マグネトロン４２と高圧電源４３との間には、回路４５が形成される。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（図４参照）、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。
また、マイクロ波発生器４１ａ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、いわゆる矩形導波管３５の下流側に位置する部材である。
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。
また、４Ｅチューナー５１には、可動短絡部５２ａに対してマグネトロン４２側に方向性結合器５４が設けられている。この方向性結合器５４は、双方向性結合器である。なお、方向性結合器５４は、３つのプローブ５３ａ、５３ｂ、５３ｃに対向していなくてもよい。この方向性結合器５４を用いて、回路５５ａにより導波管内を進行する進行波の電力信号を、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。なお、回路５５ａにより伝送される進行波の電力信号については、検出器５５ｃで進行波電力として検出される。また、この方向性結合器５４を用いて、回路５５ｂにより導波管内を進行する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。なお、回路５５ｂにより伝送される反射波の電力信号については、検出器５５ｄで反射波電力として検出される。この電圧制御回路５６から、制御回路５７ａおよび制御回路５７ｂを用いて、高圧電源４３により供給する電圧の制御信号およびフィラメント電源４４に供給する電圧の制御信号を送信し、高圧電源４３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、マグネトロン４２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。
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。
ここで、マイクロ波発生器４１ａは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構と、判断機構による判断結果を報知する報知機構とを含む。判断機構として後述する第一の判断部６１ａについては、図３中の二点鎖線で図示されている。報知機構としての報知器６２ａについては、アラームや音声等の音による報知や、光、振動等による報知結果の報知がなされる。
次に、判断機構の詳細について説明する。判断機構は、高周波発振器としてのマグネトロン４２から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に、マグネトロン４２の状態を判断する第一の判断部６１ａを含む。第一の判断部６１ａは、マグネトロン４２から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基にマグネトロン４２の状態を判断する。
ここで、異周波の成分について簡単に述べる。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、マグネトロン４２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、いわゆるマグネトロン４２の交換のタイミングの目安となる。
ここで、第一の判断部６１ａは、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６３ａと、スペクトラムレベル検出部６３ａ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６４ａとを含む。
スペクトラムレベル検出部６３ａは、導波路６０の途中に設けられた分岐部６５ａと、分岐部６５ａから分岐され、入力された周波数信号を減衰する減衰器６６ａと、減衰器６６ａ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６７ａと、減衰器６６ａ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６８ａと、第一のバンドパスフィルタ６７ａを通過した周波数を検出する第一の検出器６９ａと、第二のバンドパスフィルタ６８ａを通過した周波数を検出する第二の検出器７０ａと、第一の検出器６９ａ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７１ａと、第二の検出器７０ａ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７２ａとを含む。なお、この場合の減衰器６６ａについては、方向性結合器を用いることにしてもよい。また、スペクトラムレベル比較部６４ａは、第一のゲイン調整アンプ７１ａ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７２ａにより増幅させた周波数との差分を算出する減算回路７３ａと、減算回路７３ａ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７４ａと、比較器７４ａ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７５ａとを備える。
第一のバンドパスフィルタ６７ａ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６９ａにおいては、第一のバンドパスフィルタ６７ａ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６９ａ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７１ａにより増幅され、減算回路７３ａに入力される。第二のバンドパスフィルタ６８ａ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７０ａにおいては、第二のバンドパスフィルタ６８ａ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７０ａ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７２ａにより増幅され、減算回路７３ａに入力される。減算回路７３ａ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７４ａに入力される。また、比較器７４ａには、閾値調整部７５ａ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７４ａ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４２の状態を判断する。この判断結果は、報知器６２ａに入力され、報知される。
ここで、判断結果について説明する。図６は、マグネトロン４２の使用初期の段階における周波数を示すグラフである。図７は、マグネトロン４２の長時間使用後の周波数を示すグラフである。図６および図７において、横軸は、周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸は、強度（ｄＢｍ）を示す。図６および図７を参照して、２４５０ＭＨｚ（２．４５ＧＨｚ）付近の大きなスペクトラム７７ａは、基本波の周波数成分を示し、３０００ＭＨｚ（３ＧＨｚ）付近のスペクトラム７８ａは、異周波の周波数成分を示す。
まず、図６を参照して、マグネトロン４２の使用初期の段階においては、基本波のスペクトラム７７ａのレベルと異周波のスペクトラム７８ａのレベルとの差は、比較的大きい。図６においては、基本波のスペクトラム７７ａのレベルは、おおよそ０．０ｄＢｍであり、異周波のスペクトラム７８ａのレベルは、おおよそ−６０．０ｄＢｍであり、基本波のスペクトラム７７ａのレベルと異周波のスペクトラム７８ａのレベルとの差は、おおよそ６０．０ｄＢｍ程度である。しかし、図７を参照して、長時間の使用後においては、基本波のスペクトラム７７ａのレベルと異周波のスペクトラム７８ａのレベルとの差は、小さくなってきている。図７においては、基本波のスペクトラム７７ｂのレベルは、おおよそ０．０ｄＢｍであり、異周波のスペクトラム７８ａのレベルは、おおよそ−４０．０ｄＢｍであり、基本波のスペクトラム７７ａのレベルと異周波のスペクトラム７８ａのレベルとの差は、おおよそ４０．０ｄＢｍ程度である。
図８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。図８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６２ａ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４２の交換のタイミングの目安となる。この報知器６２ａによる報知があった際に被処理基板Ｗのプラズマ処理中であれば、プラズマ処理を終了した後にマグネトロン４２を交換するとよい。被処理基板Ｗのプラズマ処理を行う前であれば、プラズマ処理を行う前に、マグネトロン４２の交換を行えばよい。
すなわち、このようなプラズマ処理装置１１によると、判断機構としての第一の判断部６１ａによりマグネトロン４２の状態を判断し、判断結果が報知機構としての報知器６２ａにより報知されるため、マグネトロン４２の交換のタイミングを計ることができる。そうすると、プラズマ処理中にマグネトロン４２の交換のタイミングとなる事態を回避することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置１１によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
なお、この場合、判断機構においては、初期の値として特に入力する必要はない。すなわち、検出した基本波の成分と異周波の成分を用いて、マグネトロン４２の交換のタイミングを計ることができる。したがって、利便性が良好である。
この場合、分岐部６５ａからマグネトロン４２の発振する周波数信号の一部を分岐して入力されているため、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。
また、図８を参照すると、スペクトラムレベルの差が小さくなるほど、大きな反射波電力が発生する傾向があることも把握できる。したがって、反射波電力の大きさとの兼ね合いで、閾値を他の値に設定し、マグネトロン４２の交換のタイミングを計ることとしてもよい。
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６７ａ、６８ａを用いているため、効率的なフィルタリングを行うことができる。
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４１ａ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の状態を判断する判断機構と、判断機構による判断結果を報知する報知機構とを備えるため、マグネトロン４２の寿命や消耗品の交換のタイミングを容易に計ることができる。
ここで、上記の実施の形態においては、導波路６０に設けられた分岐部６５ａからマグネトロン４２の発振する周波数信号の一部を分岐して入力させることとしたが、これに限らず、他の経路からマグネトロン４２の発振する周波数信号の一部を分岐して入力させることとしてもよい。
図９は、この場合におけるプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器４１ｂの概略的な構成を示すブロック図である。図９は、図３に示す図に相当する。なお、図９に示す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４１ｂに含まれる判断機構以外の構成は、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。
図９を参照して、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４１ｂは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構としての第一の判断部６１ｂと、第一の判断部６１ｂによる判断結果を報知する報知機構としての報知器６２ｂを含む。第一の判断部６１ｂは、マグネトロン４２から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基にマグネトロン４２の状態を判断する。
第一の判断部６１ｂは、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６３ｂと、スペクトラムレベル検出部６３ｂ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６４ｂとを含む。スペクトラムレベル検出部６３ｂは、方向性結合器５４から検出器５５ｃに至る回路５５ａの途中に設けられた分岐部６５ｂと、分岐部６５ｂから分岐され、入力された周波数信号を入力される第一のバンドパスフィルタ６７ｂおよび第二のバンドパスフィルタ６８ｂと、第一のバンドパスフィルタ６７ｂを通過した周波数を検出する第一の検出器６９ｂと、第二のバンドパスフィルタ６８ｂを通過した周波数を検出する第二の検出器７０ｂと、第一の検出器６９ｂ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７１ｂと、第二の検出器７０ｂ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７２ｂとを含む。また、スペクトラムレベル比較部６４ｂは、第一のゲイン調整アンプ７１ｂ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７２ｂにより増幅させた周波数との差分を算出する減算回路７３ｂと、減算回路７３ｂ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７４ｂと、比較器７４ｂ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７５ｂとを備える。
なお、第一のバンドパスフィルタ６７ｂ、第二のバンドパスフィルタ６８ｂ、第一の検出器６９ｂ、第二の検出器７０ｂ、第一のゲイン調整アンプ７１ｂ、第二のゲイン調整アンプ７２ｂ、減算回路７３ｂ、比較器７４ｂ、および閾値調整部７５ｂのそれぞれの構成については、図３に示す実施形態における第一のバンドパスフィルタ６７ａ等と同様の構成であるため、その説明を省略する。
このような構成としてもよい。すなわち、図３に示す実施形態と比較して、分岐箇所および減衰器の有無が大きな相違点である。このように構成することにより、図３における実施形態と比較して、減衰器を省略することができる。したがって、安価な構成とすることができる。
なお、上記の実施の形態においては、マイクロ波発生器に含まれるスペクトラムレベル比較部は、減算回路、比較器、閾値調整部を含むこととしたが、これに限らず、例えば、入力されるアナログデータをデジタルデータに変換し、比較を行うこととしてもよい。
図１０は、この場合におけるプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器４１ｃの概略的な構成を示すブロック図である。図１０は、図３および図９に示す図に相当する。なお、図１０に示す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４１ｃに含まれる判断機構以外の構成は、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。
図１０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４１ｃは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構としての第一の判断部６１ｃと、第一の判断部６１ｃによる判断結果を報知する報知機構としての報知器６２ｃを含む。第一の判断部６１ｃは、マグネトロン４２から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基にマグネトロン４２の状態を判断する。
第一の判断部６１ｃは、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６３ｃと、スペクトラムレベル検出部６３ｃ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６４ｃとを含む。スペクトラムレベル検出部６３ｃは、方向性結合器５４から検出器５５ｃに至る回路５５ａの途中に設けられた分岐部６５ｃと、分岐部６５ｃから分岐され、入力された周波数信号を入力される第一のバンドパスフィルタ６７ｃおよび第二のバンドパスフィルタ６８ｃと、第一のバンドパスフィルタ６７ｃを通過した周波数を検出する第一の検出器６９ｃと、第二のバンドパスフィルタ６８ｃを通過した周波数を検出する第二の検出器７０ｃと、第一の検出器６９ｃ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７１ｃと、第二の検出器７０ｃ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７２ｃと、第一のゲイン調整アンプ７１ｃにより増幅させた周波数のＡＤ変換を行う第一のＡＤ変換器７９ｃと、第二のゲイン調整アンプ７２ｃにより増幅させた周波数のＡＤ変換を行う第二のＡＤ変換器８０ｃとを含む。また、スペクトラムレベル比較部６４ｃは、第一および第二のＡＤ変換器７９ｃ、８０ｃにより変換されたデジタルデータを入力させる
ＣＰＵ８１ｃと、ＣＰＵ８１ｃとの間でデータの授受を行うことができ、データを記憶する記憶部としてのメモリ８２ｃとを含む。
第一のバンドパスフィルタ６７ｃ、第二のバンドパスフィルタ６８ｃ、第一の検出器６９ｃ、第二の検出器７０ｃ、第一のゲイン調整アンプ７１ｃ、第二のゲイン調整アンプ７２ｃのそれぞれの構成については、図３に示す実施形態における第一のバンドパスフィルタ６７ａ等と同様の構成であるため、その説明を省略する。第一のゲイン調整アンプ７１ｃにより増幅させた周波数のアナログデータは、第一のＡＤ変換器７９ｃによってデジタルデータに変換される。同様に、第二のゲイン調整アンプ７２ｃにより増幅させた周波数のアナログデータは、第二のＡＤ変換器８０ｃによってデジタルデータに変換される。すなわち、それぞれのアナログデータがＡＤ変換される。そして、ＡＤ変換されたそれぞれの周波数のデジタルデータが、ＣＰＵ８１ｃに入力される。ここで、メモリ８２ｃには、閾値が記憶されている。ＣＰＵ８１ｃは、メモリ８２ｃから閾値を取得し、入力されたそれぞれの周波数のデジタルデータを用いて、演算処理を行う。具体的には、第一のＡＤ変換器７９ｃにより入力されたデジタルデータの値と第二のＡＤ変換器８０ｃにより入力されたデジタルデータの値との差分を算出し、得られた差分の値とメモリ８２ｃから取得した閾値との比較を行う。この閾値については、上記した図８等に示す実施形態によれば、４０．０ｄＢｍに相当するデジタルデータである。そして、比較による判断結果を、報知器６２ｃにより報知する。
このように構成することにしてもよい。こうすることにより、メモリ８２ｃによるデジタルデータの記憶を図ることができ、このデータを取得して、マグネトロン４２の状態の管理、記録等、有効活用を図ることができる。また、閾値の設定等も、デジタルデータの入力等、任意の値を容易に設定することができる。
また、上記の実施の形態においては、判断機構は、高周波発振器から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に高周波発振器の状態を判断する第一の判断部を含むよう構成することとしたが、これに限らず、判断機構は、高周波発振器から発振される基本波の初期の周波数を基に高周波発振器の状態を判断する第二の判断部を含むよう構成してもよい。
本願発明者らは、この基本波の初期の周波数を基にしたマグネトロンの状態の判断について、鋭意検討した。マグネトロン４２は、上記したように機械加工品を組み立てて製造されているため、投入するマイクロ波電力によって、発振する周波数の値が若干異なる。具体的には、狙いの周波数に対して、おおよそ±７ＭＨｚ程度の周波数のばらつきがある。そして、実験を繰り返し、以下の知見を得た。
図１１は、マグネトロン４２の初期周波数とマイクロ波電力との関係を示すグラフである。図１１において、縦軸は、初期周波数（ＭＨｚ）を示し、横軸は、マイクロ波電力（Ｗ）を示す。また、このグラフにおける実験については、マグネトロンを１００個分、すなわち、ｎ＝１００として行った。５００Ｗごとに各マイクロ波電力に対応する初期周波数を測定し、図１１における白丸印で示している。なお、参考までに、初期周波数の＋３シグマの値、−３シグマの値をそれぞれ、線８３ａ、８３ｂで示している。したがって、初期周波数より±７ＭＨｚを超えたら交換タイミングであり、より好ましくは、±５ＭＨｚを超えたら交換タイミングである。
図１１を参照して、比較的低電力の値、おおよそ１５００Ｗまでの範囲においては、比較的低い値であり、２０００Ｗ辺りからその値にピークを迎え、３０００Ｗ辺りから高くなるにつれ、その値が徐々に低下してくる。
図１２は、５０００Ｗ印加時におけるマグネトロン４２の初期周波数からの偏差とマイクロ波出力オン時間との関係を示すグラフである。縦軸は、マグネトロン４２の初期周波数からの偏差を示し、横軸は、マイクロ波出力のオン時間を示す。縦軸については、初期周波数から１ＭＨｚごとの偏差を示している。また、オン時間については、指数的に表している。
図１２を参照して、１０００時間を超える前後辺りから、周波数の偏差に変化が生じ、１００００時間を超える辺りから、偏差が大きく異なっていく。具体的には、おおよそ段階的に数ＭＨｚ程度低下することになる。したがって、例えば、マグネトロンを交換するタイミングとしては、マイクロ波出力のオン時間が１００００時間を超える辺りとなる。この時の偏差の値としては、２程度である。
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４１ｄの概略的な構成を示すブロック図である。図１３は、図３、図９等に示す図に相当する。なお、図１３に示す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４１ｄに含まれる判断機構以外の構成は、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。
図１３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４１ｄは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構としての第二の判断部６１ｄと、第二の判断部６１ｄによる判断結果を報知する報知機構としての報知器６２ｄを含む。第二の判断部６１ｄは、マグネトロン４２から発振される基本波の初期の周波数を基にマグネトロン４２の状態を判断する。
第二の判断部６１ｄは、基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数を検出する周波数検出部６３ｄと、周波数検出部６３ｄにより検出した基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数とを比較する周波数比較部６４ｄとを含む。周波数検出部６３ｄは、導波路６０の途中に設けられた分岐部６５ｄと、分岐部６５ｄから分岐され、入力された周波数信号を減衰する減衰器６６ｄと、減衰器６６ｄから入力された周波数信号を基に周波数をカウントする周波数カウンタ８４ｄと、検出器５５ｃから電圧制御回路５６に至る回路５５ａの途中に設けられた分岐部８５ｄと、分岐部８５ｄから分岐され、入力された周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換器７９ｄとを含む。また、周波数比較部６４ｄは、周波数カウンタにより得られた基本波の初期の周波数のデジタルデータとＡＤ変換器７９ｄにより変換されたデジタルデータを入力させるＣＰＵ８１ｄと、ＣＰＵ８１ｄとの間でデータの授受を行うことができ、データを記憶する記憶部としてのメモリ８２ｄとを含む。
減衰器６６ｄ、ＡＤ変換器７９ｄ等のそれぞれの構成については、図３に示す実施形態における減衰器６３ａ等と同様の構成であるため、その説明を省略する。周波数カウンタ８４ｄおよびＡＤ変換された周波数のデジタルデータが、ＣＰＵ８１ｄに入力される。ここで、メモリ８２ｄには、周波数の偏差の閾値が記憶されている。ＣＰＵ８１ｄは、メモリ８２ｄから周波数の偏差の閾値を取得し、入力された周波数のデジタルデータを用いて、演算処理を行う。具体的には、図１１に示す通り、マイクロ波電力によって初期の周波数が異なるため、マイクロ波電力に対して初期周波数をメモリ８２ｄに記録しておく。方向性結合器５４および検出器５５ｃで得られたマイクロ波電力信号は、分岐部８５ｄで分岐させてＡＤ変換器７９ｄにてデジタル信号へ変換させてＣＰＵ８１ｄに入力する。現在発振している周波数は、分岐部６５ｄから減衰器６６ｄにて減衰させた後に周波数カウンタ８４ｄへ入力させてＣＰＵ８１ｄへ入力する。ＣＰＵ８１ｄは、メモリ８２ｄに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する周波数を読みだして、現在のマイクロ波電力と周波数の差分を算出する。そして、あらかじめメモリ８２ｄに記録しておいた閾値との比較を行う。なお、メモリ８２ｄに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する初期周波数と閾値とは離散値であるため、ＣＰＵ８１ｄは、マイクロ波電力が中間値をとったときには、現在のマイクロ波電力から初期周波数を按分により計算する。この閾値については、上記した図１２に示す実施形態によれば、偏差の値として、例えば、２が選択される。そして、比較による判断結果を、報知器６２ｄにより報知する。
このように構成することにしてもよい。こうすることによっても、マグネトロン４２の状態の判断結果を考慮し、マグネトロン４２の交換のタイミングを計ることができる。そうすると、プラズマ処理中に交換のタイミングとなる事態を回避することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
この場合、メモリ８２ｄによるデジタルデータの記憶を図ることができ、このデータを取得して、有効活用を図ることができる。また、閾値の設定等も、デジタルデータの入力等、任意の値を容易に設定することができる。
なお、上記の実施の形態においては、導波路６０および回路５５ａに設けられたそれぞれの分岐部からマグネトロン４２の発振する周波数信号の一部を分岐して入力させることとしたが、これに限らず、導波路６０に設けられた分岐部のみからマグネトロン４２の発振する周波数信号の一部を分岐して入力させることとしてもよい。
図１４は、この場合におけるプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器４１ｅの概略的な構成を示すブロック図である。図１４は、図３等に示す図に相当する。なお、図１４に示す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４１ｅに含まれる判断機構以外の構成は、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。
図１４を参照して、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４１ｅは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構としての第二の判断部６１ｅと、第二の判断部６１ｅによる判断結果を報知する報知機構としての報知器６２ｅを含む。第二の判断部６１ｅは、マグネトロン４２から発振される基本波の初期の周波数を基にマグネトロン４２の状態を判断する。
第二の判断部６１ｅは、基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数を検出する周波数検出部６３ｅと、周波数検出部６３ｅにより検出した基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数とを比較する周波数比較部６４ｅとを含む。周波数検出部６３ｅは、導波路６０の途中に設けられた分岐部６５ｅと、分岐部６５ｅから分岐され、入力された周波数信号を減衰する減衰器６６ｅと、減衰器６６ｅから入力された周波数信号を基に現在の周波数をカウントする周波数カウンタ８４ｅと、減衰器６６ｅから入力された周波数信号を基に初期の周波数を検出する第二の検出器６９ｅと、第二の検出器６９ｅから入力された周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換器７９ｅとを含む。また、周波数比較部６４ｅは、周波数カウンタ８４ｅにより得られた基本波の初期の周波数のデジタルデータとＡＤ変換器７９ｅにより変換されたデジタルデータを入力させるＣＰＵ８１ｅと、ＣＰＵ８１ｅとの間でデータの授受を行うことができ、データを記憶する記憶部としてのメモリ８２ｅとを含む。
減衰器６６ｅ等のそれぞれの構成については、図３に示す実施形態における減衰器６３ａ等と同様の構成であるため、その説明を省略する。周波数カウンタ８４ｅおよびＡＤ変換された周波数のデジタルデータが、ＣＰＵ８１ｅに入力される。ここで、メモリ８２ｅには、周波数の偏差の閾値が記憶されている。ＣＰＵ８１ｅは、メモリ８２ｅから周波数の偏差の閾値を取得し、入力された周波数のデジタルデータを用いて、演算処理を行う。具体的には、図１１に示す通り、マイクロ波電力によって初期の周波数が異なるため、マイクロ波電力に対して初期周波数をメモリ８２ｅに記録しておく。導波路６０から分岐部６５ｄで分岐された周波数信号は、減衰器６６ｅと検出器６９ｅにて電圧調整され、ＡＤ変換器７９ｅにてデジタル信号へ変換させてＣＰＵ８１ｅに入力する。現在発振している周波数は、分岐部６５ｅから減衰器６６ｅにて減衰させた後に周波数カウンタ８４ｅへ入力させてＣＰＵ８１ｅへ入力する。ＣＰＵ８１ｅは、メモリ８２ｅに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する周波数を読みだして、現在のマイクロ波電力と周波数との差分を算出し、あらかじめメモリ８２ｅに記録しておいた閾値との比較を行う。なお、メモリ８２ｅに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する初期周波数と閾値とは離散値であるため、ＣＰＵ８１ｅは、マイクロ波電力が中間値をとったときには、現在のマイクロ波電力から初期周波数を按分により計算する。この閾値については、上記した図１２に示す実施形態によれば、偏差の値として２である。そして、比較による判断結果を、報知器６２ｅにより報知する。
このように構成することにしてもよい。こうすることによっても、マグネトロン４２の状態の判断結果を考慮し、マグネトロン４２の交換のタイミングを計ることができる。そうすると、プラズマ処理中に交換のタイミングとなる事態を回避することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
この場合もメモリ８２ｅによるデジタルデータの記憶を図ることができ、このデータを取得して、有効活用を図ることができる。また、閾値の設定等も、デジタルデータの入力等、任意の値を容易に設定することができる。
また、回路５５ａに設けられた分岐部のみからマグネトロン４２の発振する周波数信号の一部を分岐して入力させることとしてもよい。
図１５は、この場合におけるプラズマ処理装置に備えられるマイクロ波発生器４１ｆの概略的な構成を示すブロック図である。図１４は、図３等に示す図に相当する。なお、図１５に示す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４１ｆに含まれる判断機構以外の構成は、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。
図１５を参照して、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４１ｆは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構としての第二の判断部６１ｆと、第二の判断部６１ｆによる判断結果を報知する報知機構としての報知器６２ｆを含む。第二の判断部６１ｆは、マグネトロン４２から発振される基本波の初期の周波数を基にマグネトロン４２の状態を判断する。
第二の判断部６１ｆは、基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数を検出する周波数検出部６３ｆと、周波数検出部６３ｆにより検出した基本波の初期の周波数および基本波の現在の周波数とを比較する周波数比較部６４ｆとを含む。周波数検出部６３ｆは、回路５５ａの途中に設けられた２つの分岐部６５ｆ、８５ｆと、方向性結合器５４側に位置する分岐部６５ｆから分岐され、入力された周波数信号を基に現在の周波数をカウントする周波数カウンタ８４ｆと、電圧制御回路５６側に位置する分岐部８５ｆから分岐され、入力された周波数信号を検出する第二の検出器５５ｃと、第二の検出器５５ｃから入力された周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換器７９ｆとを含む。また、周波数比較部６４ｆは、周波数カウンタ８４ｆにより得られた基本波の初期の周波数のデジタルデータとＡＤ変換器７９ｆにより変換されたデジタルデータを入力させるＣＰＵ８１ｆと、ＣＰＵ８１ｆとの間でデータの授受を行うことができ、データを記憶する記憶部としてのメモリ８２ｆとを含む。
ＡＤ変換器７９ｆ等のそれぞれの構成については、図１０に示す実施形態におけるＡＤ変換器７９ｃ等と同様の構成であるため、その説明を省略する。周波数カウンタおよびＡＤ変換された周波数のデジタルデータが、ＣＰＵ８１ｆに入力される。ここで、メモリ８２ｆには、周波数の偏差の閾値が記憶されている。ＣＰＵ８１ｆは、メモリ８２ｆから周波数の偏差の閾値を取得し、入力された周波数のデジタルデータを用いて、演算処理を行う。具体的には、図１１に示す通り、マイクロ波電力によって初期の周波数が異なるため、マイクロ波電力に対して初期周波数をメモリ８２ｆに記録しておく。方向性結合器５４および検出器５５ｃで得られたマイクロ波電力信号は、分岐部８５ｆで分岐させてＡＤ変換器７９ｆにてデジタル信号へ変換させてＣＰＵ８１ｆに入力する。現在発振している周波数は分岐部６５ｆから周波数カウンタ８４ｆへ入力させてＣＰＵ８１ｆへ入力する。ＣＰＵ８１ｆは、メモリ８２ｆに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する周波数を読みだして、現在のマイクロ波電力と周波数との差分を算出し、あらかじめメモリ８２ｆに記録しておいた閾値との比較を行う。なお、メモリ８２ｆに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する初期周波数と閾値とは離散値であるため、ＣＰＵ８１ｆは、マイクロ波電力が中間値をとったときには、現在のマイクロ波電力から初期周波数を按分により計算する。この閾値については、上記した図１２に示す実施形態によれば、偏差の値として２である。そして、比較による判断結果を、報知器６２ｆにより報知する。このように構成することにしてもよい。
また、上記の実施の形態においては、判断機構は、高周波発振器から発振される基本波の周波数を基に高周波発振器の状態を判断する第二の判断部を含むよう構成することとしたが、これに限らず、判断機構は、高周波発振器の効率を基に高周波発振器の状態を判断する第三の判断部を含むよう構成してもよい。
本願発明者らは、このマグネトロン４２の効率を基にしたマグネトロン４２の状態の判断について、鋭意検討した。マグネトロン４２は、上記したように機械加工品を組み立てて製造されているため、投入するマイクロ波電力によって、初期の効率の値が若干異なる。そして、以下の知見を得た。
図１６は、マグネトロン４２の初期効率とマイクロ波電力との関係を示すグラフである。図１６において、縦軸は、初期効率（％）を示し、横軸は、マイクロ波電力（Ｗ）を示す。ここで、効率については、（アノード電圧×アノード電流）×１００／設定電力で算出される値である。また、このグラフにおける実験については、マグネトロンを１００個分、すなわち、ｎ＝１００として行った。５００Ｗごとに各マイクロ波電力に対応する初期周波数を測定し、図１１における白丸印で示している。なお、参考までに、初期周波数の＋３シグマの値、−３シグマの値をそれぞれ、線８６ａ、８６ｂで示している。
図１６を参照して、初期効率は、１５００Ｗ以上で±３％程度の値のばらつきが見られる。そして、１０００Ｗ以下となると、その値のばらつきが大きくなる。
図１７は、５０００Ｗ印加時におけるマグネトロン４２の初期効率の偏差とマイクロ波出力オン時間との関係を示すグラフである。縦軸は、マグネトロン４２の初期効率からの偏差を示し、横軸は、マイクロ波出力のオン時間を示す。縦軸については、初期効率から１％ごとの偏差を示している。また、オン時間については、指数的に表している。
図１７を参照して、１０００時間を超える前後辺りから、偏差に変化が生じ、効率が１％程度低下する。そして、１００００時間を超える辺りから、偏差が大きく異なっていく。具体的には、おおよそ２％から数％程度低下することになる。したがって、マグネトロンを交換するタイミングとしては、マイクロ波出力のオン時間が１００００時間を超える辺りとなる。
図１８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４１ｇの概略的な構成を示すブロック図である。図１８は、図３、図９等に示す図に相当する。なお、図１８に示す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４１ｇに含まれる判断機構以外の構成は、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。
図１８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４１ｇは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構としての第三の判断部６１ｇと、第三の判断部６１ｇによる判断結果を報知する報知機構としての報知器６２ｇを含む。第三の判断部６１ｇは、マグネトロン４２の初期効率を基にマグネトロン４２の状態を判断する。
第三の判断部６１ｇは、マグネトロン４２の初期の効率およびマグネトロン４２の現在の効率を検出する効率検出部６３ｇと、効率検出部６３ｇにより検出したマグネトロン４２の初期の効率およびマグネトロン４２の現在の効率とを比較する効率比較部６４ｇとを含む。
また、効率検出部６３ｇは、回路５５ａの途中に設けられた分岐部６５ｇと、分岐部８５ｄから分岐され、入力された周波数信号をＡＤ変換するＡＤ変換器７９ｇと、高圧電源４３側からマグネトロン４２側に供給されるアノード電流を測定するアノード電流測定部８７ｇと、アノード電流を供給する際のアノード電圧を測定するアノード電圧測定部８８ｇと、アノード電流測定部８７ｇから入力される電流値を増幅させる第一のゲイン調整アンプ７２ｇと、アノード電圧測定部８８ｇから入力される電圧値を増幅させる第二のゲイン調整アンプ７１ｇと、第一のゲイン調整アンプ７２ｇにより増幅させたアノード電流値のＡＤ変換を行う第一のＡＤ変換器８９ｇと、第二のゲイン調整アンプ７１ｇにより増幅させたアノード電圧値のＡＤ変換を行う第二のＡＤ変換器８０ｇとを含む。また、効率比較部６４ｇは、第一および第二のＡＤ変換器８９ｇ、８０ｇにより変換されたデジタルデータを入力させるＣＰＵ８１ｇと、ＣＰＵ８１ｇとの間でデータの授受を行うことができ、データを記憶する記憶部としてのメモリ８２ｇとを含む。
ＡＤ変換器等のそれぞれの構成については、図１０に示す実施形態におけるＡＤ変換器等と同様の構成であるため、その説明を省略する。ＡＤ変換された投入電力の値、アノード電流およびアノード電圧のデジタルデータが、ＣＰＵ８１ｇに入力される。ここで、メモリ８２ｇには、初期効率からの偏差の閾値が記憶されている。ＣＰＵ８１ｇは、メモリ８２ｇから初期効率の偏差の閾値を取得し、入力されたアノード電流値等のデジタルデータを用いて、演算処理を行う。具体的には、図１６に示す通り、マイクロ波電力によって初期効率が異なるため、マイクロ波電力に対して初期効率をメモリ８２ｇに記録しておく。方向性結合器５４および検出器５５ｃで得られたマイクロ波電力信号は、分岐部６５ｇで分岐させてＡＤ変換器７９ｇにてデジタル信号へ変換させてマイクロ波電力としてＣＰＵ８１ｇに入力する。アノード電流については、アノード電流測定部８７ｇから第一のゲイン調整アンプ７２ｇとＡＤ変換器８９ｇにてデジタル信号へ変換させてアノード電流としてＣＰＵ８１ｇに入力させる。アノード電圧については、アノード電圧測定部８８ｇから第二のゲイン調整アンプ７１ｇとＡＤ変換器８０ｇにてデジタル信号へ変換させてアノード電圧としてＣＰＵ８１ｇに入力させる。マグネトロンの効率については、マグネトロンへ投入するアノード電圧とアノード電流との積が入力電力となる。また、実際に得られたマイクロ波電力が出力電力となる。そして、出力電力を入力電力で割った商が、効率として計算される。ＣＰＵ８１ｇは、メモリ８２ｇに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する効率を読みだして、現在のマイクロ波電力と効率との差分を算出し、あらかじめメモリ８２ｇに記録しておいた閾値との比較を行う。なお、メモリ８２ｇに記録されている初期におけるマイクロ波電力に関する初期効率と閾値とは離散値であるため、ＣＰＵ８１ｇは、マイクロ波電力が中間値をとったときには、現在のマイクロ波電力から初期効率を按分により計算する。この閾値については、上記した図１７に示す実施形態によれば、偏差の値として１〜２％である。そして、比較による判断結果を、報知器６２ｇにより報知する。
こうすることによっても、マグネトロン４２の状態の判断結果を考慮し、マグネトロン４２の交換のタイミングを計ることができる。そうすると、プラズマ処理中に交換のタイミングとなる事態を回避することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
また、アノード電圧測定部８８ｇから第二のゲイン調整アンプ７１ｇとＡＤ変換器８０ｇにてアノード電圧としてＣＰＵ８１ｇに取り込んだが、アノード電圧を発生させる高圧電源４３を制御する電圧制御回路５６から電圧指令をＡＤ変換器にてＡＤ変換してＣＰＵ８１ｇに取り込んでもよい。こうすることで、アノード電圧測定部８８ｇが不要となり、安価なシステム構成となる。
また、以下のように構成してもよい。図１９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４１ｈの概略的な構成を示すブロック図である。図１９は、図３および図９等に示す図に相当する。なお、図１９に示す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４１ｈに含まれる判断機構以外の構成は、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。
図１９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４１ｈは、マグネトロン４２の状態を判断する判断機構としての第四の判断部６１ｈと、第四の判断部６１ｈによる判断結果を報知する報知機構としての報知器６２ｈを含む。第四の判断部６１ｈは、マグネトロン４２から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基にマグネトロン４２の状態を判断する。
第四の判断部６１ｈは、マグネトロン４２の積算の使用時間を検出する積算使用時間検出部６３ｈと、積算使用時間検出部６３ｈにより検出したマグネトロン４２の積算の使用時間の値および所定の値を比較する積算使用時間比較部６４ｈとを含む。
積算使用時間検出部６３ｈは、電圧制御回路５６から回路９１ｈを介して出力されるマイクロ波電力のオンオフステータス信号を増幅するゲイン調整アンプ９３ｈと、電圧制御回路５６から回路９２ｈを介して出力されるフィラメント電源のオンオフステータス信号を増幅するゲイン調整アンプ９４ｈと、マイクロ波電力のオンオフをカウントするカウンタ９５ｈと、マイクロ波電力の供給されている時間、すなわち、使用時間を計測するタイマ９６ｈと、使用時間の積算をカウントするカウンタ９５ｉと、フィラメント電源のオンオフをカウントするカウンタ９５ｊと、フィラメント電力の供給されている時間、すなわち、使用時間を計測するタイマ９６ｉと、使用時間の積算をカウントするカウンタ９５ｋとを含む。また、積算使用時間比較部６４ｈは、ＣＰＵ８１ｈと、メモリ８２ｈとを含む。そして、マイクロ波電力の積算の使用時間やフィラメント電源の積算の供給時間等を考慮し、これを判断結果として閾値と比較して交換のタイミングを報知する。
このような構成によっても、マグネトロン４２の状態の判断結果を考慮し、マグネトロン４２の交換のタイミングを計ることができる。そうすると、プラズマ処理中に交換のタイミングとなる事態を回避することができる。したがって、このようなプラズマ処理装置によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
以上より、上記のような構成によると、効率的なプラズマ処理を行うことができる。
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。
また、上記の実施の形態において、プラズマ処理装置は、第一〜第四の判断部のうちの任意のものを複数備えることとしてもよい。また、判断機構は、高周波発振器から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に高周波発振器の状態を判断する第一の判断部、高周波発振器から発振される基本波の周波数を基に高周波発振器の状態を判断する第二の判断部、高周波発振器の効率を基に高周波発振器の状態を判断する第三の判断部、および高周波発振器の積算の使用時間を基に高周波発振器の状態を判断する第四の判断部のうちの少なくともいずれか一つを含むよう構成してもよい。
なお、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。
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。
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。
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 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，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ，４１ｈ 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、４５，５５ａ，５５ｂ，９１ｈ，９２ｈ 回路、４６ａ カソード電極、４６ｂ アノード電極、４８ マイクロ波、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、５７ａ，５７ｂ 制御回路、５５ｃ，５５ｄ，６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｅ，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 検出器、５６ 電圧制御回路、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ 端子、５９ ダミー負荷、６０ 導波路、６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ，６１ｇ，６１ｈ 判断部、６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ，６２ｈ 報知器、６３ａ，６３ｂ，６３ｃ スペクトラムレベル検出部、６３ｄ，６３ｅ，６３ｆ 周波数検出部、６３ｇ 効率検出部、６３ｈ 積算使用時間検出部、６４ａ，６４ｂ，６４ｃ スペクトラムレベル比較部、６４ｄ，６４ｅ，６４ｆ 周波数比較部、６４ｇ 効率比較部、６４ｈ 積算使用時間比較部、６５ａ，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ，６５ｅ，６５ｆ，６５ｇ，８５ｄ，８５ｆ 分岐部、６６ａ，６６ｄ，６６ｅ 減衰器、６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６８ａ，６８ｂ，６８ｃ バンドパスフィルタ、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｇ，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｇ，９３ｈ，９４ｈ ゲイン調整アンプ、７３ａ，７３ｂ 減算回路、７４ａ，７４ｂ 比較器、７５ａ，７５ｂ 閾値調整部、７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂ スペクトラム、７９ｃ，７９ｄ，７９ｅ，７９ｆ，７９ｇ，８０ｃ，８０ｇ，８９ｇ ＡＤ変換器、８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ，８１ｇ，８１ｈ ＣＰＵ、８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，８２ｆ，８２ｇ，８２ｈ メモリ、８３ａ，８３ｂ，８６ａ，８６ｂ 線、８４ｄ，８４ｅ，８４ｆ 周波数カウンタ、８７ｇ アノード電流測定部、８８ｇ アノード電圧測定部、９５ｈ，９５ｉ，９５ｊ，９５ｋ カウンタ、９６ｈ，９６ｉ タイマ。

Claims (19)

  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、
    高周波を発振する高周波発振器を有し、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、
    前記高周波発振器の状態を判断する判断機構と、
    前記判断機構による判断結果を報知する報知機構とを備える、プラズマ処理装置。
  2. 前記判断機構は、前記高周波発振器から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に前記高周波発振器の状態を判断する第一の判断部を含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第一の判断部は、前記基本波の成分のスペクトラムレベルおよび前記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、前記スペクトラムレベル検出部により検出した前記基本波の成分のスペクトラムレベルの値および前記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、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記スペクトラムレベル比較部は、前記スペクトラムレベル検出部により検出した前記基本波の成分のスペクトラムレベルの値および前記異周波の成分のスペクトラムレベルの値の差分を算出し、算出された前記差分の値が所定の値よりも小さいか否かを比較する、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記所定の値は、４０ｄＢｍである、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
  6. 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、
    前記スペクトラムレベル検出部は、前記導波路から分岐された高周波を用いて、前記基本波の成分のスペクトラムレベルおよび前記異周波の成分のスペクトラムレベルを検出する、請求項３〜５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  7. 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、前記アイソレーターおよび前記負荷の間に設けられ前記整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、
    前記スペクトラムレベル検出部は、前記方向性結合器から取り出された高周波を用いて、前記基本波の成分のスペクトラムレベルおよび前記異周波の成分のスペクトラムレベルを検出する、請求項３〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記判断機構は、前記高周波発振器から発振される基本波の初期の周波数を基に前記高周波発振器の状態を判断する第二の判断部を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記第二の判断部は、前記基本波の初期の周波数および前記基本波の現在の周波数を検出する周波数検出部と、前記周波数検出部により検出した前記基本波の初期の周波数および前記基本波の現在の周波数とを比較する周波数比較部とを含む、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 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、
    前記周波数検出部は、前記導波路から分岐された高周波を用いて、前記基本波の初期の周波数および前記基本波の現在の周波数を検出する、請求項８または９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 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、前記アイソレーターおよび前記負荷の間に設けられ前記整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、
    前記周波数検出部は、前記方向性結合器から取り出された高周波を用いて、前記基本波の初期の周波数および前記基本波の現在の周波数を検出する、請求項９または１０に記載のプラズマ処理装置。
  12. 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、前記アイソレーターおよび前記負荷の間に設けられ前記整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、
    前記周波数検出部は、前記導波路から分岐された高周波を用いて、前記基本波の初期の周波数を検出し、前記方向性結合器から取り出された高周波を用いて、前記基本波の現在の周波数を検出する、請求項９〜１１のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記判断機構は、前記高周波発振器の効率を基に前記高周波発振器の状態を判断する第三の判断部を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  14. 前記第三の判断部は、前記高周波発振器の初期の効率および前記高周波発振器の現在の効率を検出する効率検出部と、前記効率検出部により検出した前記高周波発振器の初期の効率および前記高周波発振器の現在の効率とを比較する効率比較部とを含む、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記高周波発生器は、前記高周波発発振器にアノード電圧を印加する回路と、前記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、前記アイソレーターおよび前記負荷の間に設けられ前記整合器により整合される高周波の一部を取り出す方向性結合器とを含み、
    前記効率検出部は、前記方向性結合器から取り出された前記負荷への投入電力、前記回路から検出されたアノード電圧およびアノード電流を用いて、前記高周波発振器の初期の効率および前記高周波発振器の現在の効率を検出する、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記判断機構は、前記高周波発振器の積算の使用時間を基に前記高周波発振器の状態を判断する第四の判断部を含む、請求項１〜１５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記第四の判断部は、前記高周波発振器の積算の使用時間を検出する積算使用時間検出部と、前記積算使用時間検出部により検出した前記高周波発振器の積算の使用時間の値および所定の値を比較する積算使用時間比較部とを含む、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
  18. 高周波を発振する高周波発振器と、
    前記高周波発振器の状態を判断する判断機構と、
    前記判断機構による判断結果を報知する報知機構とを備える、高周波発生器。
  19. 前記判断機構は、前記高周波発振器から発振される基本波の成分と異周波の成分とを基に前記高周波発振器の状態を判断する第一の判断部、前記高周波発振器から発振される基本波の周波数を基に前記高周波発振器の状態を判断する第二の判断部、前記高周波発振器の効率を基に前記高周波発振器の状態を判断する第三の判断部、および前記高周波発振器の積算の使用時間を基に前記高周波発振器の状態を判断する第四の判断部のうちの少なくともいずれか一つを含む、請求項１８に記載の高周波発生器。
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