KR101645118B1

KR101645118B1 - 플라즈마 처리 장치, 이상 판정 방법 및 마이크로파 발생기

Info

Publication number: KR101645118B1
Application number: KR1020150001147A
Authority: KR
Inventors: 가즈시 가네코; 유노스케 하시모토; 요헤이 이시다
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2016-08-02
Also published as: US20150194292A1; JP5819448B2; JP2015130252A; KR20150082126A; US10662531B2

Abstract

본 발명은 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 마이크로파 발진기를 포함하고, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 기구와, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하는 조정부와, 조정부에 의해 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부와, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부를 구비하였다.

Description

플라즈마 처리 장치, 이상 판정 방법 및 마이크로파 발생기{PLASMA PROCESSING APPARATUS, ABNORMALITY DETERMINATION METHOD, AND MICROWAVE GENERATOR}

본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는, 플라즈마 처리 장치, 이상 판정 방법 및 마이크로파 발생기에 관한 것이다.

마이크로파를 발진하는 마이크로파 발진기를 이용하여 처리 용기 내에서 플라즈마를 여기시키는 플라즈마 처리 장치가 있다. 마이크로파 발진기로서는, 저렴하고, 또한, 고출력의 마이크로파를 발진하는 것이 가능한 마그네트론이 이용되는 경우가 많다.

단, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수(이하 「발진 주파수」라고 함)는, 여러 가지 요인에 의해, 목표로 되는 원하는 주파수로부터 변동하는 경우가 있다. 예컨대, 마이크로파 발진기는, 기계 가공품이기 때문에, 복수의 마이크로파 발진기끼리의 기계 오차에 의해, 발진 주파수가 원하는 주파수로부터 변동하는 경우가 있다. 또한, 마이크로파 발진기는, 출력 전력에 대한 주파수 의존성을 갖기 때문에, 출력 전력의 크기에 의해, 발진 주파수가 원하는 주파수로부터 변동하는 경우가 있다. 또한, 마이크로파 발진기의 경년(經年) 열화에 의해, 발진 주파수가 원하는 주파수로부터 변동하는 경우도 있다.

이에 대하여, 원하는 주파수로부터 변동한 발진 주파수를 조정하는 기술이 다양하게 검토되고 있다. 예컨대, 마이크로파 발진기의 후단에 임피던스 발생기를 설치하고, 마이크로파 발진기에 부여되는 임피던스를 변경함으로써, 발진 주파수를 원하는 주파수로 조정하는 기술이 있다. 또한, 원하는 주파수와 동일한 주파수이며, 마이크로파 발진기의 출력 전력보다 전력이 낮은 기준 신호를 마이크로파 발진기에 주입함으로써, 발진 주파수를 기준 신호의 주파수로 고정시키는 기술이 있다.

[특허문헌 1] 국제 공개 제2004/068917호 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2007-228219호 공보 [특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2002-43848호 공보 [특허문헌 4] 일본 특허 공개 제2006-94214호 공보 [특허문헌 5] 일본 특허 공개 평성 제5-144381호 공보 [특허문헌 6] 일본 특허 공개 평성 제5-299024호 공보 [특허문헌 7] 일본 특허 제4528870호 공보 [특허문헌 8] 국제 공개 제2013/125260호

그러나, 전술한 종래 기술에서는, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단하는 것까지는 고려되어 있지 않다.

즉, 임피던스 발생기를 이용하여 마이크로파 발진기에 부여되는 임피던스를 변경하는 종래 기술에서는, 임피던스 발생기에 의한 주파수의 조정 범위에 제한이 있기 때문에, 발진 주파수가 원하는 주파수로 정확히 조정되어 있지 않을 가능성이 있다. 또한, 기준 신호를 마이크로파 발진기에 주입하는 종래 기술에서는, 기준 신호의 중심 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역에 존재하는 주파수가 기준 신호의 주파수로 고정되지만, 상기 주파수 대역의 외측에 발진 주파수가 존재하면, 발진 주파수가 원하는 주파수로 조정되지 않는다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치에 있어서 임피던스의 변경이나 기준 신호의 주입에 의해 발진 주파수의 조정이 행해지는 경우에, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단하는 것이 요망된다.

개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시양태에 있어서, 처리 용기와, 마이크로파 발진기를 포함하고, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 기구와, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하는 조정부와, 상기 조정부에 의해 상기 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부와, 상기 검출부에 의해 검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 상기 소정의 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부를 구비하였다.

개시하는 플라즈마 처리 장치의 하나의 양태에 의하면, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 포함되는 슬롯 안테나판을 하방측, 즉, 도 1 중의 화살표 II 방향에서 본 도면이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 기계 오차 및 출력 전력에 의한 발진 주파수의 변동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 경년 열화에 의한 발진 주파수의 변동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제1 실시형태에서의 마그네트론의 동작 특성을 도시한 리케 선도이다.
도 7은 제1 실시형태에서의 임피던스 발생기에 설정되는 스터브의 돌출 위치와, 마그네트론의 발진 주파수의 조정 범위와의 관계의 일례를 설명하기 위한 도면(1)이다.
도 8은 제1 실시형태에서의 임피던스 발생기에 설정되는 스터브의 돌출 위치와, 마그네트론의 발진 주파수의 조정 범위와의 관계의 일례를 설명하기 위한 도면(2)이다.
도 9는 제1 실시형태에 따른 발진 주파수 조정 성공 여부 판정 처리의 흐름의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 발진 주파수 조정 성공 여부 판정 처리의 흐름의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 12는 제3 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 13은 제4 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 14는 제5 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 15는 제6 실시형태에 따른 마이크로파 발진기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 16은 마그네트론의 이상 발진이 발생하고 있지 않은 경우의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 17은 마그네트론의 이상 발진이 발생하고 있는 경우의 강도 분포를 도시한 도면이다.
도 18은 제7 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 19는 제8 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 20은 기준 신호의 전력과 마그네트론의 이상 발진과의 관계성을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 제8 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 변형예의 구성을 도시한 블록도이다.

이하에, 개시하는 플라즈마 처리 장치, 이상 판정 방법 및 마이크로파 발생기의 실시형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 한편, 본 실시형태에 의해 개시하는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.

개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 마이크로파 발진기를 포함하고, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 기구와, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하는 조정부와, 조정부에 의해 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부와, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부를 구비하였다.

또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 가동 가능한 가동 부재를 포함하고, 설정되는 가동 부재의 가동량에 따라, 마이크로파 발진기에 부여되는 임피던스를 발생시키는 임피던스 발생기를 더 구비하며, 조정부는, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분을 감소시키는 가동 부재의 가동량을 임피던스 발생기에 설정함으로써, 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하고, 판정부는, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수가, 소정의 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역에 존재하는 경우에, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정하고, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수가, 소정의 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역에 존재하지 않는 경우에, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다.

또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 가동 가능한 가동 부재를 포함하고, 설정되는 가동 부재의 가동량에 따라, 마이크로파 발진기에 부여되는 임피던스를 발생하는 임피던스 발생기를 더 구비하며, 조정부는, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분을 감소시키는 가동 부재의 가동량을 임피던스 발생기에 설정함으로써, 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하고, 판정부는, 파라미터로서, 조정부에 의해 임피던스 발생기에 설정되는 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하는 경우에, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정하고, 파라미터로서, 조정부에 의해 임피던스 발생기에 설정되는 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하지 않는 경우에, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다.

또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 발진 주파수와 주파수가 동일하며, 또한, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 마이크로파 발진기에 주입하는 주입부를 더 구비하였다.

또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 조정부는, 주파수가 소정의 주파수이며, 또한, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호인 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생기를 포함하고, 기준 신호 발생기에 의해 발생되는 기준 신호를 마이크로파 발진기에 주입함으로써, 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정한다.

또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 검출부는, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파가 분기되어 얻어지는 분기 마이크로파의 주파수에 대한, 분기 마이크로파의 강도의 분포를 검출하는 스펙트럼 레벨 검출기를 포함하고, 분포에 있어서의 최대값에 대응하는 주파수를 발진 주파수로서 검출하며, 판정부는, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수를 이용하여, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 검출부에 의해 검출된 분포에 있어서의 최대값과, 분포에 있어서의, 최대값에 대응하는 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값의 차분을 산출하며, 산출한 차분의 값을 이용하여, 마이크로파 발진기의 이상 발진을 판정한다.

또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 판정부에 의한 판정 결과를 통지하는 통지부를 더 구비하였다.

또한, 개시하는 이상 판정 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 마이크로파 발진기를 포함하고, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 기구와, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하는 조정부를 구비한 플라즈마 처리 장치에 의한 이상 판정 방법으로서, 조정부에 의해 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하고, 검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다.

또한, 개시하는 마이크로파 발생기는, 하나의 실시형태에 있어서, 마이크로파를 발진하는 마이크로파 발진기와, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하는 조정부와, 조정부에 의해 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부와, 검출부에 의해 검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 조정부에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부를 구비하였다.

(제1 실시형태)

도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 포함되는 슬롯 안테나판을 하방측, 즉, 도 1 중의 화살표 II 방향에서 본 도면이다. 한편, 도 1에 있어서, 이해 용이의 관점에서, 부재의 일부의 해칭을 생략하고 있다. 또한, 이 실시형태에서는, 도 1 중의 화살표 II로 나타내는 방향 또는 그 반대 방향으로 나타나는 도 1에서의 지면 상하 방향을, 플라즈마 처리 장치에 있어서의 상하 방향으로 하고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 플라즈마 처리 장치(11)는, 피처리 대상물인 피처리 기판(W)에 대하여, 플라즈마를 이용하여 처리를 행한다. 구체적으로는, 에칭이나 CVD, 스퍼터링 등의 처리를 행한다. 피처리 기판(W)으로서는, 예컨대, 반도체 소자의 제조에 이용되는 실리콘 기판을 들 수 있다.

플라즈마 처리 장치(11)는, 그 내부에서 피처리 기판(W)에 대하여 플라즈마에 의해 처리를 행하는 처리 용기(12)와, 처리 용기(12) 내에 플라즈마 여기용의 가스나 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 가스 공급부(13)와, 처리 용기(12) 내에 설치되고, 그 위에서 피처리 기판(W)을 유지하는 원판 형상의 유지대(14)와, 마이크로파를 이용하여, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구(19)와, 플라즈마 처리 장치(11) 전체의 동작을 제어하는 제어부(15)를 구비한다. 제어부(15)는, 가스 공급부(13)에 있어서의 가스 유량, 처리 용기(12) 내의 압력 등, 플라즈마 처리 장치(11) 전체의 제어를 행한다.

처리 용기(12)는, 유지대(14)의 하방측에 위치하는 저부(底部; 21)와, 저부(21)의 외주로부터 상방향으로 연장되는 측벽(22)을 포함한다. 측벽(22)은, 대략 원통 형상이다. 처리 용기(12)의 저부(21)에는, 그 일부를 관통하도록 배기용의 배기 구멍(23)이 형성되어 있다. 처리 용기(12)의 상부측은 개구되어 있고, 처리 용기(12)의 상부측에 배치되는 덮개부(24), 후술하는 유전체창(16), 및 유전체창(16)과 덮개부(24) 사이에 개재하는 시일 부재로서의 O링(25)에 의해, 처리 용기(12)는 밀봉 가능하게 구성되어 있다.

가스 공급부(13)는, 피처리 기판(W)의 중앙을 향해 가스를 제1 유로를 통해 공급하는 제1 가스 공급부(26)와, 피처리 기판(W)의 외측으로부터 가스를 제2 유로를 통해 공급하는 제2 가스 공급부(27)를 포함한다. 제1 가스 공급부(26)에 있어서 제1 유로에 연통(連通)되며, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(30a)은, 유전체창(16)의 직경 방향 중앙이며, 유지대(14)와 대향하는 대향면이 되는 유전체창(16)의 하면(28)보다 유전체창(16)의 내방측으로 후퇴한 위치에 형성되어 있다. 제1 가스 공급부(26)는, 제1 가스 공급부(26)에 접속된 가스 공급계(29)에 의해 유량 등을 조정하면서 플라즈마 여기용의 불활성 가스나 플라즈마 처리용의 가스를 공급한다. 제2 가스 공급부(27)는, 측벽(22)의 상부측의 일부에 있어서, 처리 용기(12) 내에 플라즈마 여기용의 불활성 가스나 플라즈마 처리용의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 구멍(30b)을 마련함으로써 형성되어 있다. 복수의 가스 공급 구멍(30b)은, 둘레 방향으로 동일한 간격을 두고 형성되어 있다. 제1 가스 공급부(26) 및 제2 가스 공급부(27)에는, 동일한 가스 공급원으로부터 동일한 종류의 플라즈마 여기용의 불활성 가스나 플라즈마 처리용의 가스가 공급된다. 한편, 요구나 제어 내용 등에 따라, 제1 가스 공급부(26) 및 제2 가스 공급부(27)로부터 다른 가스를 공급할 수도 있으며, 이들의 유량비 등을 조정할 수도 있다.

유지대(14)에는, RF(radio frequency) 바이어스용의 고주파 전원(38)이 매칭 유닛(39)을 통해 유지대(14) 내의 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(38)은, 예컨대, 13.56 ㎒의 고주파를 소정의 전력(바이어스 파워)으로 출력 가능하다. 매칭 유닛(39)은, 고주파 전원(38)측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 처리 용기(12)와 같은 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있으며, 이 정합기 중에 자기 바이어스 생성용의 블로킹 커패시터가 포함되어 있다. 한편, 플라즈마 처리시에 있어서, 이 유지대(14)에의 바이어스 전압의 공급은, 필요에 따라 행해도 좋고, 행하지 않아도 좋다.

유지대(14)는, 정전척(도시하지 않음)에 의해 그 위에 피처리 기판(W)을 유지 가능하다. 또한, 유지대(14)는, 내부에 가열을 위한 히터(도시하지 않음) 등의 온도 조정 기구(33)를 구비하고, 온도 조정 기구(33)에 의해 원하는 온도로 설정 가능하다. 유지대(14)는, 저부(21)의 하방측으로부터 수직 상방으로 연장되는 절연성의 통 형상 지지부(31)에 지지되어 있다. 상기한 배기 구멍(23)은, 처리 용기(12)의 저부 중앙에 형성되며, 통 형상 지지부(31)가 배기 구멍(23)을 관통한다. 환형의 배기 구멍(23)의 하방측에는 배기관(도시하지 않음)을 통해 배기 장치(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 배기 장치는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있다. 배기 장치에 의해, 처리 용기(12) 내를 소정의 압력까지 감압할 수 있다.

플라즈마 발생 기구(19)는, 처리 용기(12) 외부에 설치되어 있고, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(41a)를 포함한다. 또한, 플라즈마 발생 기구(19)는, 처리 용기(12)의 상부에 유지대(14)와 대향하는 위치에 배치되며, 마이크로파 발생기(41a)에 의해 발생시킨 마이크로파를 처리 용기(12) 내에 도입하는 유전체창(16)을 포함한다. 또한, 플라즈마 발생 기구(19)는, 유전체창(16) 위에 배치되며, 마이크로파를 유전체창(16)에 방사하는 복수의 슬롯 구멍이 형성된 슬롯 안테나판(17)을 포함한다. 또한, 플라즈마 발생 기구(19)는, 슬롯 안테나판(17)의 상방측에 배치되며, 후술하는 동축 도파관(36)에 의해 도입된 마이크로파를 직경 방향으로 전파하고, 마이크로파를 지연하는 기능을 갖는 유전체 부재(18)를 포함한다.

마이크로파 발생기(41a)는, 4E 튜너(51), 도파관(35) 및 모드 변환기(34)를 통해, 마이크로파를 도입하는 동축 도파관(36)의 상부에 접속되어 있다. 예컨대, 마이크로파 발생기(41a)에서 발생시킨 TE 모드의 마이크로파는, 4E 튜너(51)를 통해 도파관(35)을 지나고, 모드 변환기(34)에 의해 TEM 모드로 변환되며, 동축 도파관(36)을 전파한다. 4E 튜너(51)는, 부하(50)에 대하여 임피던스 정합을 취하고, 마이크로파 발생기(41a)에 반사파가 투입되는 것을 방지한다. 마이크로파 발생기(41a)의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다. 한편, 마이크로파 발생기(41a)에 대한 도파관(35)측이, 후술하는 부하측이 된다.

유전체창(16)은, 대략 원판 형상이며, 유전체로 구성되어 있다. 유전체창(16)의 하면(28)의 일부에는, 도입된 마이크로파에 의한 정재파의 발생을 용이하게 하기 위한 테이퍼 형상으로 움푹 패인 환형의 오목부(37) 또는 원형 형상으로 움푹 패인 오목부가 형성되어 있다. 이 오목부(37)에 의해, 유전체창(16)의 하부측에 마이크로파에 의한 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있다. 한편, 유전체창(16)의 구체적인 재질로서는, 석영이나 알루미나 등을 들 수 있다.

슬롯 안테나판(17)은, 박판 형상이며, 원판 형상이다. 복수의 슬롯 구멍(20)에 대해서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 각각 소정의 간격을 두고 직교하도록 2개의 슬롯 구멍(20)이 한 쌍이 되도록 형성되어 있고, 복수의 슬롯 구멍(20) 쌍들이 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 또한, 직경 방향에 있어서도, 복수의 한 쌍의 슬롯 구멍(20)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있다.

마이크로파 발생기(41a)에 의해 발생시킨 마이크로파는, 동축 도파관(36)을 통해, 유전체 부재(18)에 전파된다. 내부에 냉매 등을 순환시키는 순환로(40)를 가지며, 슬롯 안테나판(17), 유전체창(16) 및 유전체 부재(18) 등을 냉각하여 온도 조정을 행하는 냉각 재킷(32)과 슬롯 안테나판(17) 사이에 끼워진 유전체 부재(18)의 내부를 직경 방향 외측을 향해, 마이크로파는 방사상으로 퍼지고, 슬롯 안테나판(17)에 형성된 복수의 슬롯 구멍(20)으로부터 유전체창(16)에 방사된다. 유전체창(16)을 투과한 마이크로파는, 유전체창(16)의 바로 아래에 전계를 발생시키고, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성시킨다.

플라즈마 처리 장치(11)에 있어서 마이크로파 플라즈마를 발생시킨 경우, 유전체창(16)의 하면(28)의 바로 아래, 구체적으로는, 유전체창(16)의 하면(28)의 수 cm 정도 아래에 위치하는 영역에서는, 플라즈마의 전자 온도가 비교적 높은 이른바 플라즈마 생성 영역이 형성된다. 그리고, 그 하측에 위치하는 영역에는, 플라즈마 생성 영역에서 생성된 플라즈마가 확산하는 이른바 플라즈마 확산 영역이 형성된다. 이 플라즈마 확산 영역은, 플라즈마의 전자 온도가 비교적 낮은 영역이며, 이 영역에서 플라즈마 처리를 행한다. 그러면, 플라즈마 처리시에 있어서의 피처리 기판(W)에 대한 이른바 플라즈마 손상을 주지 않고, 또한, 플라즈마의 전자 밀도가 높기 때문에, 효율적인 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

다음으로, 상기한 구성의 플라즈마 처리 장치(11)에 구비되는 플라즈마 발생 기구(19)에 포함되는 마이크로파 발생기(41a)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다. 도 3은 제1 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 마이크로파 발생기(41a)는, 마그네트론(42)과, 마그네트론 전원(43)과, 론처(launcher; 44)와, 임피던스 발생기(45)와, 주파수 결합기(46)와, 주파수 검출기(47)와, 발진 주파수 조정기(48)와, 서큘레이터(49)를 갖는다. 또한, 마이크로파 발생기(41a)는, 메모리(101)와, 주파수 비교기(102)와, 통지기(103)를 갖는다.

마그네트론(42)은, 마그네트론 전원(43)으로부터 공급되는 전압에 따라, 고주파로서의 마이크로파를 발진한다. 마그네트론(42)은, 마이크로파를 발진하는 마이크로파 발진기의 일례이다. 여기서, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수(이하 「발진 주파수」라고 함)는, 여러 가지 요인에 의해, 목표로 되는 원하는 주파수(이하 「목표 주파수」라고 함)로부터 변동하는 경우가 있다. 예컨대, 마그네트론(42)은, 기계 가공품이기 때문에, 복수의 마그네트론(42)끼리의 기계 오차에 의해, 발진 주파수가 목표 주파수로부터 변동하는 경우가 있다. 또한, 마그네트론(42)은, 출력 전력에 대한 주파수 의존성을 갖기 때문에, 출력 전력의 크기에 의해, 발진 주파수가 목표 주파수로부터 변동하는 경우가 있다. 또한, 마그네트론(42)의 경년 열화에 의해, 발진 주파수가 목표 주파수로부터 변동하는 경우도 있다.

도 4는 기계 오차 및 출력 전력에 의한 발진 주파수의 변동을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 있어서, 횡축은 마그네트론(42)의 출력 전력[W]을 나타내고, 종축은 신품의 마그네트론(42)의 발진 주파수인 초기 주파수 Fi[㎒]를 나타내고 있다. 또한, 도 4에 있어서, 「Average」 및 「±3 Sigma」는, 각각, 신품의 마그네트론(42)의 100대(즉, n수가 100)에 대응하는 초기 주파수 Fi의 평균값 및 표준 편차를 나타내고 있다. 또한, 도 4의 예에서는, 마그네트론(42)에 부여되는 임피던스가, VSWR(Voltage Standing Wave Ratio): 1.5 및 정재파의 위상: 0.4λg에 대응하는 값으로 설정된 것으로 한다. 도 4에 예시되는 바와 같이, 마그네트론(42)의 발진 주파수는, 복수의 마그네트론(42)끼리의 기계 오차에 의해, ±15 ㎒의 범위에서 변동한다. 즉, 복수의 마그네트론(42)끼리의 기계 오차에 의해, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 목표 주파수로부터 변동할 가능성이 있다. 또한, 도 4에 예시되는 바와 같이, 마그네트론(42)의 발진 주파수는, 마그네트론(42)의 출력 전력에 의해, ±3 ㎒의 범위에서 변동한다. 즉, 마그네트론(42)의 출력 전력에 의해, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 목표 주파수로부터 변동할 가능성이 있다.

도 5는 경년 열화에 의한 발진 주파수의 변동을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 있어서, 횡축은 마그네트론(42)의 사용 시간[hr]을 나타내고, 종축은 초기 주파수 Fi로부터의 편차[㎒]를 나타내고 있다. 도 5에 예시되는 바와 같이, 마그네트론(42)의 발진 주파수는, 마그네트론(42)의 사용 시간이 길어짐에 따라 저하된다. 즉, 마그네트론(42)의 경년 열화에 의해, 발진 주파수가 목표 주파수로부터 변동할 가능성이 있다.

도 3의 설명으로 되돌아간다. 마그네트론 전원(43)은, 마이크로파의 발진에 이용되는 전압을 마그네트론(42)에 공급하는 전원이다.

론처(44)는, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파를 마그네트론(42)의 후단측의 도파관(60)에 전송한다.

임피던스 발생기(45)는, 마그네트론(42)의 후단측의 도파관(60)에 설치되고, 마그네트론(42)에 부여되는 임피던스를 발생시킨다. 구체적으로는, 임피던스 발생기(45)는, 도파관과, 도파관의 관벽으로부터 관 내로 돌출 가능한, 적어도 하나의 금속 막대(스터브)를 포함하고, 기준 위치에 대한 스터브의 돌출 위치를 변경함으로써, 마그네트론(42)에 부여되는 임피던스를 발생시킨다. 스터브는, 가동 가능한 부재의 일례이며, 기준 위치에 대한 스터브의 돌출 위치는, 가동 부재의 가동량의 일례이다. 또한, 임피던스 발생기(45)에 의해 발생되는 임피던스는, 후술하는 발진 주파수 조정기(48)에 의해 제어된다. 즉, 임피던스 발생기(45)는, 발진 주파수 조정기(48)로부터 설정되는 스터브의 돌출 위치에 따라, 마그네트론(42)에 부여되는 임피던스를 발생시킨다.

여기서, 마그네트론(42)에 부여되는 임피던스와, 마그네트론(42)의 발진 주파수와의 관계에 대해서 설명한다. 도 6은 제1 실시형태에서의 마그네트론의 동작 특성을 도시한 리케 선도이다. 도 6에 도시된 리케 선도는, 극좌표에 의해 나타나는 임피던스 선도 상에, 마그네트론(42)의 출력 전력 및 발진 주파수를 등고선 형상으로 표시한 선도이다. 도 6에 있어서, 반경 방향의 좌표는 VSWR을 나타내고, 원주 방향의 좌표는 정재파의 위상을 나타낸다. 도 6에 예시되는 바와 같이, 마그네트론(42)에 부여되는 임피던스, 즉, VSWR 및 정재파의 위상이 변동하면, 마그네트론(42)의 발진 주파수도 변동한다. 이 현상은, 풀링 현상이라고 불린다. 본 실시형태의 임피던스 발생기(45)는, 풀링 현상을 이용하여, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 변동시킨다.

도 3의 설명으로 되돌아간다. 주파수 결합기(46)는, 임피던스 발생기(45)의 출력단에 접속되고, 임피던스 발생기(45)로부터 부하(50)측을 향해 도파관(60) 내를 진행하는 마이크로파를 분기하며, 분기된 한쪽의 마이크로파(이하 「분기 마이크로파」라고 함)를 주파수 검출기(47)에 출력하고, 분기된 다른쪽의 마이크로파를 서큘레이터(49)에 출력한다. 여기서, 부하(50)는, 도파관(35)의 하류측에 위치하는 모드 변환기(34), 동축 도파관(36) 및 처리 용기(12) 등의 부재이다.

주파수 검출기(47)는, 후술하는 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출한다. 구체적으로는, 주파수 검출기(47)는, 주파수 결합기(46)로부터 입력되는 분기 마이크로파를 분석하고, 분석한 분기 마이크로파의 주파수를, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수로서 검출한다. 발진 주파수 조정기(48)에 의해 발진 주파수의 조정이 행해진 시점에서는, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 상한 위치 또는 하한 위치에 도달했을 가능성이 있고, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 목표 주파수로 정확히 조정되어 있지 않을 가능성이 있다. 그리고, 주파수 검출기(47)는, 검출된 발진 주파수를 발진 주파수 조정기(48) 및 주파수 비교기(102)에 출력한다. 주파수 검출기(47)는, 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부의 일례이다.

발진 주파수 조정기(48)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정한다. 구체적으로는, 발진 주파수 조정기(48)는, 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수와 목표 주파수의 차분을 구하고, 구한 차분을 감소시키는 스터브의 돌출 위치를 임피던스 발생기(45)에 설정함으로써, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정한다.

여기서, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치와, 마그네트론(42)의 발진 주파수의 조정 범위와의 관계의 일례를 설명한다. 도 7은 제1 실시형태에서의 임피던스 발생기에 설정되는 스터브의 돌출 위치와, 마그네트론의 발진 주파수의 조정 범위와의 관계의 일례를 설명하기 위한 도면(그 1)이다. 도 7에 있어서, 횡축은 마그네트론(42)의 출력 전력[W]을 나타내고, 종축은 마그네트론(42)의 발진 주파수[㎒]를 나타내고 있다. 또한, 그래프 151은, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치(예컨대 0 ㎜)인 경우의 마그네트론(42)의 발진 주파수를 나타내고 있다. 또한, 그래프 152는, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 상한 위치(예컨대 20 ㎜)인 경우의 마그네트론(42)의 발진 주파수를 나타내고 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치(예컨대 0 ㎜)와 상한 위치(예컨대 20 ㎜) 사이에서 변경되면, 각 출력 전력에 대한 마그네트론(42)의 발진 주파수가 그래프 151과 152 사이에 끼워진 범위에서 조정된다.

도 8은 제1 실시형태에서의 임피던스 발생기에 설정되는 스터브의 돌출 위치와, 마그네트론의 발진 주파수의 조정 범위와의 관계의 일례를 설명하기 위한 도면(그 2)이다. 도 8에 있어서, 횡축은 마그네트론(42)의 출력 전력[W]을 나타내고, 종축은 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치[㎜]를 나타내고 있다. 또한, 도 8의 예에서는, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치의 하한이 0[㎜]이고, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치의 상한이 20[㎜]인 것으로 한다. 또한, 도 8에서는, 마그네트론(42)의 발진 주파수[㎒]를 아울러 나타내었다. 도 8에 도시한 바와 같이, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 2463[㎒]으로 조정되는 경우, 마그네트론(42)의 출력 전력이 변경된 경우라도, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한으로부터 상한까지의 범위에 수용되었다.

이에 비하여, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 2460[㎒]으로 조정되는 경우, 마그네트론(42)의 출력 전력이 4500[W] 이상으로 변경되면, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 상한 위치에 도달하였다. 또한, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 2455[㎒]로 조정되는 경우, 마그네트론(42)의 출력 전력이 2000[W] 이상으로 변경되면, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 상한 위치에 도달하였다. 또한, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 2465[㎒]로 조정되는 경우, 마그네트론(42)의 출력 전력이 500 W 이하 또는 4500[W] 이상으로 변경되면, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치에 도달하였다. 즉, 도 8의 예로부터 알 수 있듯이, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 상한 위치 또는 하한 위치에 도달한 경우에는, 마그네트론(42)의 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했을 가능성이 있다. 바꿔 말하면, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 상한 위치 또는 하한 위치에 도달한 경우에는, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 목표 주파수로 조정되어 있지 않을 가능성이 있다.

도 3의 설명으로 되돌아간다. 서큘레이터(49)는, 주파수 결합기(46)로부터 입력되는 마이크로파를 도파관(35)을 통해 부하(50)측에 전송하고, 부하(50)측에서 반사된 마이크로파를 더미 부하에 흡수시킨다.

메모리(101)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하기 위해서 이용되는 판정용 주파수 대역을 기억한다. 판정용 주파수 대역은, 목표 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역이다. 본 실시형태에서의 판정용 주파수 대역은, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치와 상한 위치 사이에서 변경됨으로써 변동할 수 있는 마그네트론(42)의 발진 주파수의 변동 범위에 포함된다. 예컨대, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치와, 마그네트론(42)의 발진 주파수의 조정 범위와의 관계가 도 7에 도시한 관계인 경우를 상정한다. 이 경우, 판정용 주파수 대역은, 그래프 151과 152 사이에 끼워진 범위에 포함된다.

주파수 비교기(102)는, 주파수 검출기(47)에 의해 검출된 발진 주파수와, 메모리(101)에 기억된 판정용 주파수 대역을 비교함으로써, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다. 구체적으로는, 주파수 비교기(102)는, 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수가, 메모리(101)에 기억된 판정용 주파수 대역에 존재하는지의 여부를 판정한다. 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)로부터 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치와 상한 위치 사이에 수용된다. 이 때문에, 주파수 비교기(102)는, 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정한다. 한편, 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하지 않는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)로부터 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치 또는 상한 위치에 도달하고 있다. 이 때문에, 주파수 비교기(102)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다. 계속해서, 주파수 비교기(102)는, 판정 결과를 통지기(103)에 출력한다. 주파수 비교기(102)는, 검출된 발진 주파수를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부의 일례이다.

통지기(103)는, 주파수 비교기(102)에 의한 판정 결과를 통지한다. 예컨대, 통지기(103)는, 소리, 빛 및 진동 등을 이용하여 판정 결과를 통지한다.

다음으로, 제1 실시형태에 따른 발진 주파수 조정 성공 여부 판정 처리에 대해서 설명한다. 도 9는 제1 실시형태에 따른 발진 주파수 조정 성공 여부 판정 처리의 흐름의 일례를 나타낸 플로우차트이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 주파수 검출기(47)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 발진 주파수의 조정이 행해지면(단계 S101; Yes), 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출한다(단계 S102). 발진 주파수 조정기(48)에 의해 발진 주파수의 조정이 행해진 시점에서는, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 상한 위치 또는 하한 위치에 도달했을 가능성이 있고, 마그네트론(42)의 발진 주파수가 목표 주파수로 정확히 조정되어 있지 않을 가능성이 있다.

주파수 비교기(102)는, 주파수 검출기(47)에 의해 검출된 발진 주파수가, 메모리(101)에 기억된 판정용 주파수 대역에 존재하는지의 여부를 판정한다(단계 S103). 주파수 비교기(102)는, 검출된 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하는 경우에는(단계 S103; Yes), 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치와 상한 위치 사이에 수용되기 때문에, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정한다(단계 S104).

한편, 주파수 비교기(102)는, 검출된 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하지 않는 경우에는(단계 S103; No), 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치 또는 상한 위치에 도달하고 있기 때문에, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다(단계 S105).

통지기(103)는, 주파수 비교기(102)에 의한 판정 결과를 통지한다(단계 S106).

이상과 같이, 제1 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 조정 후의 발진 주파수를 검출하고, 검출된 발진 주파수를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치(11)는, 목표 주파수로부터 변동한 발진 주파수를 조정하는 경우에, 발진 주파수가 목표 주파수로 정확히 조정되었는지의 여부를 판정할 수 있다. 결과로서, 제1 실시형태에 의하면, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다.

또한, 제1 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 검출된 발진 주파수와 목표 주파수의 차분을 감소시키는 스터브의 돌출 위치를 임피던스 발생기(45)에 설정함으로써, 발진 주파수의 조정을 행한다. 그리고, 플라즈마 처리 장치(11)는, 검출된 발진 주파수가, 목표 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역에 존재하는 경우에, 임피던스 발생기(45)를 이용한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정한다. 한편, 플라즈마 처리 장치(11)는, 검출된 발진 주파수가, 목표 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역에 존재하지 않는 경우에, 임피던스 발생기(45)를 이용한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다. 그 결과, 제1 실시형태에 의하면, 임피던스 발생기를 이용한 임피던스의 변경에 의해 발진 주파수의 조정이 행해지는 경우에, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다.

(제2 실시형태)

제1 실시형태에서는, 임피던스 발생기(45)를 이용하여 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 조정 후의 발진 주파수의 검출 결과를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하였다. 그러나, 조정 후의 발진 주파수의 검출 결과와 목표 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정해도 좋다. 그래서, 제2 실시형태에서는, 조정 후의 발진 주파수의 검출 결과와 목표 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 실시형태와 동일한 구성 요건에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 10은 제2 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 10에 도시한 마이크로파 발생기(41b)는, 도 3에 도시한 메모리(101), 주파수 비교기(102) 및 통지기(103)를 대신하여, 메모리(201), 스터브 위치 판정기(202) 및 통지기(203)를 갖는다.

주파수 검출기(47)는, 도 3에 도시한 주파수 검출기(47)와 마찬가지로, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출한다. 구체적으로는, 주파수 검출기(47)는, 주파수 결합기(46)로부터 입력되는 분기 마이크로파를 분석하고, 분석한 분기 마이크로파의 주파수를, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수로서 검출한다. 그리고, 주파수 검출기(47)는, 검출된 발진 주파수를 발진 주파수 조정기(48)에 출력한다.

발진 주파수 조정기(48)는, 도 3에 도시한 발진 주파수 조정기(48)와 마찬가지로, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정한다. 구체적으로는, 발진 주파수 조정기(48)는, 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수와 목표 주파수의 차분을 구하고, 구한 차분을 감소시키는 스터브의 돌출 위치를 임피던스 발생기(45)에 설정함으로써, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정한다. 그리고, 발진 주파수 조정기(48)는, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 스터브 위치 판정기(202)에 출력한다. 발진 주파수 조정기(48)에 의해 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치는, 검출된 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터의 일례이다.

메모리(201)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하기 위해서 이용되는 판정용 위치 범위를 기억한다. 판정용 위치 범위는, 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치에 대해서 미리 허용된 범위, 즉, 스터브의 돌출 위치의 상한 위치로부터 하한 위치에 이르는 범위이다. 예컨대, 판정용 위치 범위는, 0[㎜]∼20[㎜]의 범위로 설정된다.

스터브 위치 판정기(202)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치와, 메모리(201)에 기억된 판정용 위치 범위를 비교함으로써, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다. 구체적으로는, 스터브 위치 판정기(202)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 발진 주파수 조정기(48)로부터 취득한다. 스터브 위치 판정기(202)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가, 메모리(201)에 기억된 판정용 위치 범위에 존재하는지의 여부를 판정한다. 스터브 위치 판정기(202)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가 판정용 위치 범위에 존재하는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정한다. 한편, 스터브 위치 판정기(202)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가 판정용 위치 범위에 존재하지 않는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다. 계속해서, 스터브 위치 판정기(202)는, 판정 결과를 통지기(203)에 출력한다. 스터브 위치 판정기(202)는, 검출된 발진 주파수와 소정의 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부의 일례이다.

통지기(203)는, 스터브 위치 판정기(202)에 의한 판정 결과를 통지한다. 예컨대, 통지기(203)는, 소리, 빛 및 진동 등을 이용하여 판정 결과를 통지한다.

다음으로, 제2 실시형태에 따른 발진 주파수 조정 성공 여부 판정 처리에 대해서 설명한다. 도 11은 제2 실시형태에 따른 발진 주파수 조정 성공 여부 판정 처리의 흐름의 일례를 나타낸 플로우차트이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 스터브 위치 판정기(202)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 발진 주파수의 조정이 행해지면(단계 S201; Yes), 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 발진 주파수 조정기(48)로부터 취득한다(단계 S202).

스터브 위치 판정기(202)는, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가, 메모리(201)에 기억된 판정용 위치 범위에 존재하는지의 여부를 판정한다(단계 S203). 스터브 위치 판정기(202)는, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가 판정용 위치 범위에 존재하는 경우에는(단계 S203; Yes), 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정한다(단계 S204).

한편, 스터브 위치 판정기(202)는, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가 판정용 위치 범위에 존재하지 않는 경우에는(단계 S203; No), 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다(단계 S205).

통지기(203)는, 스터브 위치 판정기(202)에 의한 판정 결과를 통지한다(단계 S206).

이상과 같이, 제2 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치(11)는, 목표 주파수로부터 변동한 발진 주파수를 조정하는 경우에, 발진 주파수가 목표 주파수로 정확히 조정되었는지의 여부를 판정할 수 있다. 결과로서, 제2 실시형태에 의하면, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다.

또한, 제2 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가 미리 허용된 범위에 존재하는 경우에, 임피던스 발생기(45)를 이용한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정한다. 한편, 플라즈마 처리 장치(11)는, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치가 미리 허용된 범위에 존재하지 않는 경우에, 임피던스 발생기(45)를 이용한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다. 그 결과, 제2 실시형태에 의하면, 임피던스 발생기를 이용한 임피던스의 변경에 의해 발진 주파수의 조정이 행해지는 경우에, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다.

(제3 실시형태)

제1 실시형태에서는, 임피던스 발생기(45)를 이용하여 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 조정 후의 발진 주파수의 검출 결과를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하였다. 그러나, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 임피던스 발생기(45)를 이용하여 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 조정 후의 발진 주파수의 검출 결과를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정해도 좋다. 그래서, 제3 실시형태에서는, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 임피던스 발생기(45)를 이용하여 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 조정 후의 발진 주파수의 검출 결과를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 실시형태와 동일한 구성 요건에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 12는 제3 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 12에 도시한 마이크로파 발생기(41c)는, 도 3에 도시한 각 부위에 더하여, 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)(301) 및 증폭기(302)를 더 갖는다. 또한, 마이크로파 발생기(41c)는, 도 3에 도시한 서큘레이터(49)를 대신하여, 서큘레이터(303) 및 서큘레이터(304)를 갖는다.

주파수 검출기(47)는, 도 3에 도시한 주파수 검출기(47)와 마찬가지로, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출한다. 그리고, 주파수 검출기(47)는, 검출된 발진 주파수를 발진 주파수 조정기(48), 주파수 비교기(102) 및 VCO(301)에 출력한다.

VCO(301)는, 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수와 주파수가 동일한 신호를 발진하고, 발진한 신호를 증폭기(302)에 출력한다.

증폭기(302)는, VCO(301)로부터 입력되는 신호를 증폭함으로써, 발진 주파수와 주파수가 동일하고, 또한, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 생성하며, 생성한 신호를 서큘레이터(303)에 출력한다.

서큘레이터(303)는, 증폭기(302)로부터 입력되는 신호(이하 「기준 신호」라고 함)를 서큘레이터(304)에 전송하고, 부하(50)측에서 반사된 마이크로파를 더미 부하에 흡수시킨다.

서큘레이터(304)는, 서큘레이터(303)에 의해 전송되는 기준 신호를 도파관(60)을 통해 마그네트론(42)에 주입한다. 마그네트론(42)으로부터 발진되는 마이크로파의 파형은, 마그네트론(42)에 주입되는 기준 신호에 의해 가지런해진다. VCO(301), 증폭기(302), 서큘레이터(303) 및 서큘레이터(304)는, 발진 주파수와 주파수가 동일하며, 또한, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 마이크로파 발진기에 주입하는 주입부의 일례이다.

이상과 같이, 제3 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 임피던스 발생기(45)를 이용하여 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 조정 후의 발진 주파수의 검출 결과를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다. 결과로서, 제3 실시형태에 의하면, 마이크로파의 파형을 가지런히 하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다.

(제4 실시형태)

제2 실시형태에서는, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하였다. 그러나, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정해도 좋다. 그래서, 제4 실시형태에서는, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제2 실시형태와 동일한 구성 요건에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 13은 제4 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 13에 도시한 마이크로파 발생기(41d)는, 도 10에 도시한 각 부위에 더하여, VCO(401) 및 증폭기(402)를 더 갖는다. 또한, 마이크로파 발생기(41d)는, 도 10에 도시한 서큘레이터(49)를 대신하여, 서큘레이터(403) 및 서큘레이터(404)를 갖는다.

주파수 검출기(47)는, 도 10에 도시한 주파수 검출기(47)와 마찬가지로, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출한다. 구체적으로는, 주파수 검출기(47)는, 주파수 결합기(46)로부터 입력되는 분기 마이크로파를 분석하고, 분석한 분기 마이크로파의 주파수를, 발진 주파수 조정기(48)에 의해 목표 주파수로 조정된 발진 주파수로서 검출한다. 그리고, 주파수 검출기(47)는, 검출된 발진 주파수를 발진 주파수 조정기(48) 및 VCO(401)에 출력한다.

VCO(401)는, 주파수 검출기(47)로부터 입력되는 발진 주파수와 주파수가 동일한 신호를 발진하고, 발진한 신호를 증폭기(402)에 출력한다.

증폭기(402)는, VCO(401)로부터 입력되는 신호를 증폭함으로써, 발진 주파수와 주파수가 동일하고, 또한, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 생성하며, 생성한 신호를 서큘레이터(403)에 출력한다.

서큘레이터(403)는, 증폭기(402)로부터 입력되는 신호(이하 「기준 신호」라고 함)를 서큘레이터(404)에 전송하고, 부하(50)측에서 반사된 마이크로파를 더미 부하에 흡수시킨다.

서큘레이터(404)는, 서큘레이터(403)에 의해 전송되는 기준 신호를 도파관(60)을 통해 마그네트론(42)에 주입한다. 마그네트론(42)으로부터 발진되는 마이크로파의 파형은, 마그네트론(42)에 주입되는 기준 신호에 의해 가지런해진다. VCO(401), 증폭기(402), 서큘레이터(403) 및 서큘레이터(404)는, 발진 주파수와 주파수가 동일하며, 또한, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 마이크로파 발진기에 주입하는 주입부의 일례이다.

이상과 같이, 제4 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 경우에, 임피던스 발생기(45)에 설정된 스터브의 돌출 위치를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다. 결과로서, 제4 실시형태에 의하면, 마이크로파의 파형을 가지런히 하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다.

(제5 실시형태)

제3 실시형태에서는, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 임피던스 발생기(45)를 이용하여 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하였다. 그러나, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입함으로써, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정해도 좋다. 그래서, 제5 실시형태에서는, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입함으로써, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정하는 예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제3 실시형태와 동일한 구성 요건에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 14는 제5 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 14에 도시한 마이크로파 발생기(41e)는, 도 12에 도시한 VCO(301), 증폭기(302), 서큘레이터(303) 및 서큘레이터(304)를 대신하여, 기준 신호 발생기(501), 서큘레이터(502) 및 서큘레이터(503)를 갖는다. 또한, 마이크로파 발생기(41e)는, 도 12에 도시한 임피던스 발생기(45)를 갖지 않는다.

메모리(101)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하기 위해서 이용되는 판정용 주파수 대역을 기억한다. 본 실시형태에서의 판정용 주파수 대역은, 후술하는 기준 신호 발생기(501)로부터 발생되는 기준 신호의 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역이다.

기준 신호 발생기(501)는, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호인 기준 신호를 발생한다. 기준 신호 발생기(501)는, 예컨대, 수정 발진기에서 안정적으로 발진한 신호를 소정의 전력까지 증폭함으로써, 기준 신호를 발생한다.

서큘레이터(502)는, 기준 신호 발생기(501)로부터 발생한 기준 신호를 서큘레이터(503)에 전송하고, 부하(50)측에서 반사된 마이크로파를 더미 부하에 흡수시킨다.

서큘레이터(503)는, 서큘레이터(502)에 의해 전송되는 기준 신호를 도파관(60)을 통해 마그네트론(42)에 주입한다. 마그네트론(42)으로부터 발진되는 마이크로파의 파형은, 마그네트론(42)에 주입되는 기준 신호에 의해 가지런해진다. 또한, 마그네트론(42)으로부터 발진되는 마이크로파의 주파수, 즉, 발진 주파수는, 마그네트론(42)에 주입되는 기준 신호의 주파수인 목표 주파수로 끌어당겨져, 조정된다. 기준 신호 발생기(501), 서큘레이터(502) 및 서큘레이터(503)는, 기준 신호 발생기(501)에 의해 발생되는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입함으로써, 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하는 조정부의 일례이다.

이상과 같이, 제5 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입함으로써, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정한다. 결과로서, 제5 실시형태에 의하면, 임피던스 조정기를 이용하지 않고 발진 주파수의 조정을 행할 수 있고, 마이크로파의 파형을 가지런히 하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 적절히 판단할 수 있다.

(제6 실시형태)

제1 실시형태에서는, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하였다. 그러나, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정해도 좋다. 그래서, 제6 실시형태에서는, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정하는 예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 실시형태와 동일한 구성 요건에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 15는 제6 실시형태에 따른 마이크로파 발진기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 15에 도시한 마이크로파 발생기(41f)는, 도 3에 도시한 주파수 비교기(102) 및 통지기(103)를 대신하여, 스펙트럼 레벨 검출기(601), CPU(Central Processing Unit)(602), D/A(Digital/Analog) 변환기(603) 및 통지기(604)를 갖는다.

주파수 결합기(46)는, 임피던스 발생기(45)의 출력단에 접속되고, 임피던스 발생기(45)로부터 부하(50)측을 향해 도파관(60) 내를 진행하는 마이크로파를 분기하며, 분기된 한쪽의 마이크로파(이하 「분기 마이크로파」라고 함)를 스펙트럼 레벨 검출기(601)에 출력하고, 분기된 다른쪽의 마이크로파를 서큘레이터(49)에 출력한다.

발진 주파수 조정기(48)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정한다. 구체적으로는, 발진 주파수 조정기(48)는, D/A 변환기(603)로부터 입력되는 발진 주파수와 목표 주파수의 차분을 구하고, 구한 차분을 감소시키는 스터브의 돌출 위치를 임피던스 발생기(45)에 설정함으로써, 마그네트론(42)의 발진 주파수를 목표 주파수로 조정한다.

스펙트럼 레벨 검출기(601)는, 주파수 결합기(46)로부터 입력되는 분기 마이크로파의 주파수에 대한, 분기 마이크로파의 강도의 분포(이하 「강도 분포」라고 함)를 검출하고, 검출한 강도 분포를 검출 결과로서 CPU(602)에 출력한다.

CPU(602)는, 스펙트럼 레벨 검출기(601)로부터 강도 분포의 입력을 접수한다. CPU(602)는, 강도 분포에 있어서의 최대값에 대응하는 주파수를 마그네트론(42)의 발진 주파수로서 검출한다. 스펙트럼 레벨 검출기(601) 및 CPU(602)는, 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부의 일례이다. CPU(602)는, 검출한 발진 주파수를 D/A 변환기(603)에 출력한다.

또한, CPU(602)는, 검출한 발진 주파수에 기초하여, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다. 구체적으로는, 검출한 발진 주파수가, 메모리(101)에 기억된 판정용 주파수 대역에 존재하는지의 여부를 판정한다. 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)로부터 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치와 상한 위치 사이에 수용된다. 이 때문에, CPU(602)는, 검출한 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정한다. 한편, 발진 주파수가 판정용 주파수 대역에 존재하지 않는 경우에는, 발진 주파수 조정기(48)로부터 임피던스 발생기(45)에 설정되는 스터브의 돌출 위치가 하한 위치 또는 상한 위치에 도달하고 있다. 이 때문에, CPU(602)는, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정한다. 계속해서, CPU(602)는, 판정 결과를 통지기(604)에 출력한다. CPU(602)는, 검출된 발진 주파수를 이용하여, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부의 일례이다.

또한, CPU(602)는, 강도 분포에 있어서의 최대값과, 강도 분포에 있어서의, 최대값에 대응하는 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값의 차분을 산출하고, 산출한 차분의 값에 기초하여, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정한다. 마그네트론(42)의 이상 발진이란, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 파형이 흐트러지는 현상을 가리킨다.

여기서, CPU(602)가 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정하는 처리의 상세를 설명한다. CPU(602)는, 강도 분포에 있어서의 최대값과, 강도 분포에 있어서의, 최대값에 대응하는 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값의 차분(이하 「강도차」라고 함)의 값이 소정의 임계값 이하인지의 여부를 판정한다. 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하면, 마그네트론(42)으로부터의 마이크로파의 파형의 흐트러짐이 발생하기 때문에, 강도 분포에 있어서의 최대값과, 강도 분포에 있어서의, 최대값에 대응하는 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값이 접근한다. 강도 분포에 있어서의 최대값과 주변값의 접근의 정도는, 마이크로파의 파형의 흐트러짐의 정도가 클수록, 커진다. 강도 분포에 있어서의 최대값과 주변값의 접근의 정도를 판정하기 위해서, CPU(602)는, 강도차의 값이 소정의 임계값 이하인지의 여부를 판정한다.

CPU(602)는, 강도차의 값이 임계값을 초과하는 경우에는, 강도 분포에 있어서의 최대값과 주변값의 접근의 정도가 상대적으로 작기 때문에, 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하고 있지 않다고 판정한다. 한편, CPU(602)는, 강도차의 값이 임계값 이하인 경우에는, 강도 분포에 있어서의 최대값과 주변값의 접근의 정도가 상대적으로 크기 때문에, 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하고 있다고 판정한다. 그리고, CPU(602)는, 판정 결과를 통지기(604)에 출력한다.

통지기(604)는, CPU(602)에 의한 판정 결과를 통지한다. 예컨대, 통지기(604)는, 소리, 빛 및 진동 등을 이용하여 판정 결과를 통지한다.

여기서, CPU(602)가 마그네트론(42)의 이상 발진을 판단하는 처리의 일례를 설명한다. 도 16은 마그네트론의 이상 발진이 발생하고 있지 않은 경우의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 17은 마그네트론의 이상 발진이 발생하고 있는 경우의 강도 분포를 도시한 도면이다. 도 16 및 도 17에 있어서, 횡축은 주파수[㎓]를 나타내고, 종축은 분기 마이크로파의 강도[dB]를 나타낸다.

이상 발진이 발생하고 있지 않은 경우에는, 강도 분포에 있어서의 최대값과, 최대값에 대응하는 주파수 「2.463(㎓)」을 중심으로 하는 ±2(㎒)의 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값과의 강도차의 값은, 도 16에 도시한 바와 같이, 43, 40(dBc)이다. 이에 비하여, 이상 발진이 발생하고 있는 경우에는, 강도 분포에 있어서의 최대값과, 최대값에 대응하는 주파수 「2.463(㎓)」을 중심으로 하는 ±2(㎒)의 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값과의 강도차의 값은, 도 17에 도시한 바와 같이, 32, 12(dBc)이다. 즉, 이상 발진이 발생한 경우, 이상 발진이 발생하고 있지 않은 경우와 비교하여, 강도차의 값이 작아졌다. 이 때문에, 도 16 및 도 17에 도시한 예에서는, 강도차의 값이 예컨대 35(dBc) 이하인 경우에, 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하는 것이 파악된다. 그래서, CPU(602)는, 임계값의 일례로서, 강도차가 35(dBc) 이하인 경우에, 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하고 있다고 판정한다.

이상과 같이, 제6 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정한다. 결과로서, 제6 실시형태에 의하면, 발진 주파수의 조정의 성공 여부와 마그네트론(42)의 이상 발진을 복합적으로 판단할 수 있다.

(제7 실시형태)

제6 실시형태에서는, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정하였다. 그러나, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정해도 좋다. 그래서, 제7 실시형태에서는, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정하는 예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제6 실시형태와 동일한 구성 요건에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 18은 제7 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 18에 도시한 마이크로파 발생기(41g)는, 도 15에 도시한 각 부위에 더하여, D/A 변환기(701), VCO(702) 및 증폭기(703)를 더 갖는다. 또한, 마이크로파 발생기(41g)는, 도 15에 도시한 서큘레이터(49)를 대신하여, 서큘레이터(704) 및 서큘레이터(705)를 갖는다.

CPU(602)는, 도 15에 도시한 CPU(602)와 마찬가지로, 스펙트럼 레벨 검출기(601)로부터 강도 분포의 입력을 접수한다. CPU(602)는, 강도 분포에 있어서의 최대값에 대응하는 주파수를 마그네트론(42)의 발진 주파수로서 검출한다. 스펙트럼 레벨 검출기(601) 및 CPU(602)는, 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부의 일례이다. CPU(602)는, 검출한 발진 주파수를 D/A 변환기(603) 및 D/A 변환기(701)에 출력한다.

D/A 변환기(701)는, CPU(602)로부터 입력되는 발진 주파수의 값에 디지털/아날로그 변환을 행하고, 변환 후의 발진 주파수의 값을 VCO(702)에 출력한다.

VCO(702)는, D/A 변환기(701)로부터 입력되는 발진 주파수와 주파수가 동일한 신호를 발진하고, 발진한 신호를 증폭기(703)에 출력한다.

증폭기(703)는, VCO(702)로부터 입력되는 신호를 증폭함으로써, 발진 주파수와 주파수가 동일하며, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 생성하고, 생성한 신호를 서큘레이터(704)에 출력한다.

서큘레이터(704)는, 증폭기(703)로부터 입력되는 신호(이하 「기준 신호」라고 함)를 서큘레이터(705)에 전송하고, 부하(50)측에서 반사된 마이크로파를 더미 부하에 흡수시킨다.

서큘레이터(705)는, 서큘레이터(704)에 의해 전송되는 기준 신호를 도파관(60)을 통해 마그네트론(42)에 주입한다. 마그네트론(42)으로부터 발진되는 마이크로파의 파형은, 마그네트론(42)에 주입되는 기준 신호에 의해 가지런해진다. D/A 변환기(701), VCO(702), 증폭기(703), 서큘레이터(704) 및 서큘레이터(705)는, 발진 주파수와 주파수가 동일하며, 또한, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 마이크로파 발진기에 주입하는 주입부의 일례이다.

이상과 같이, 제7 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정한다. 결과로서, 제7 실시형태에 의하면, 마이크로파의 파형을 가지런히 하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부와 마그네트론(42)의 이상 발진을 복합적으로 판단할 수 있다.

(제8 실시형태)

제6 실시형태에서는, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정하였다. 그러나, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정해도 좋다. 그래서, 제8 실시형태에서는, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정하는 예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제6 실시형태와 동일한 구성 요건에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 19는 제8 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 구성을 도시한 블록도이다. 도 19에 도시한 마이크로파 발생기(41h)는, 도 15에 도시한 서큘레이터(49)를 대신하여, 기준 신호 발생기(801), 서큘레이터(802) 및 서큘레이터(803)를 갖는다.

메모리(101)는, 마그네트론(42)의 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하기 위해서 이용되는 판정용 주파수 대역을 기억한다. 본 실시형태에서의 판정용 주파수 대역은, 후술하는 기준 신호 발생기(801)로부터 발생되는 기준 신호의 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역이다.

기준 신호 발생기(801)는, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호인 기준 신호를 발생한다. 기준 신호 발생기(801)는, 예컨대, 수정 발진기에서 안정적으로 발진한 신호를 소정의 전력까지 증폭함으로써, 기준 신호를 발생한다. 여기서, 기준 신호의 전력은, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력의 소정치분의 1 이하의 전력으로 설정되는 것이 바람직하고, 예컨대, 1/50 이하의 전력으로 설정되는 것이 바람직하다. 이것은, 기준 신호의 전력이 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력의 1/50을 초과하는 경우에는, 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하기 쉬워지기 때문이다.

도 20은 기준 신호의 전력과 마그네트론의 이상 발진과의 관계성을 설명하기 위한 도면이다. 도 20에서는, 마그네트론(42)의 주파수 특성을 나타내고 있다. 도 20에 있어서, 횡축은 주파수[㎓]를 나타내고, 종축은 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 강도[dB]를 나타낸다. 또한, 도 20에서는, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력[㎾]을 아울러 나타내고 있다. 또한, 이 예에서는, 기준 신호의 전력이 40(W)인 것으로 한다.

도 20에 도시한 바와 같이, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력이 3[㎾]인 경우, 및 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력이 4[㎾]인 경우에는, 기준 신호의 전력이 마이크로파의 전력의 1/50을 초과한다. 이 경우, 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하였다.

이에 비하여, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력이 1[㎾]인 경우, 및 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력이 2[㎾]인 경우에는, 기준 신호의 전력이 마이크로파의 전력의 1/50 이하가 된다. 이 경우, 마그네트론(42)의 이상 발진이 발생하지 않았다. 도 20의 예로부터 알 수 있듯이, 기준 신호의 전력은, 마그네트론(42)에 의해 발진되는 마이크로파의 전력의 소정치분의 1 이하의 전력으로 설정되는 것이 바람직하고, 예컨대, 1/50 이하의 전력으로 설정되는 것이 바람직하다.

도 19의 설명으로 되돌아간다. CPU(602)는, 도 15에 도시한 CPU(602)와 마찬가지로, 스펙트럼 레벨 검출기(601)로부터 강도 분포의 입력을 접수한다. CPU(602)는, 강도 분포에 있어서의 최대값에 대응하는 주파수를 마그네트론(42)의 발진 주파수로서 검출한다. 스펙트럼 레벨 검출기(601) 및 CPU(602)는, 소정의 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부의 일례이다. CPU(602)는, 검출한 발진 주파수를 D/A 변환기(603)에 출력한다.

또한, CPU(602)는, 도 15에 도시한 CPU(602)와 마찬가지로, 검출한 발진 주파수에 기초하여, 발진 주파수 조정기(48)에 의한 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정한다.

또한, CPU(602)는, 도 15에 도시한 CPU(602)와 마찬가지로, 강도 분포에 있어서의 최대값과, 강도 분포에 있어서의, 최대값에 대응하는 주파수를 중심으로 하는 소정의 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값의 차분을 산출하고, 산출한 차분의 값에 기초하여, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정한다.

서큘레이터(802)는, 기준 신호 발생기(801)로부터 발생한 기준 신호를 서큘레이터(803)에 전송하고, 부하(50)측에서 반사된 마이크로파를 더미 부하에 흡수시킨다.

서큘레이터(803)는, 서큘레이터(802)에 의해 전송되는 기준 신호를 도파관(60)을 통해 마그네트론(42)에 주입한다. 마그네트론(42)으로부터 발진되는 마이크로파의 파형은, 마그네트론(42)에 주입되는 기준 신호에 의해 가지런해진다. 또한, 마그네트론(42)으로부터 발진되는 마이크로파의 주파수, 즉, 발진 주파수는, 마그네트론(42)에 주입되는 기준 신호의 주파수인 목표 주파수로 끌어당겨져, 조정된다. 기준 신호 발생기(801), 서큘레이터(802) 및 서큘레이터(803)는, 기준 신호 발생기(801)에 의해 발생되는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입함으로써, 발진 주파수를 소정의 주파수로 조정하는 조정부의 일례이다.

이상과 같이, 제8 실시형태의 플라즈마 처리 장치(11)는, 주파수가 목표 주파수이며, 또한, 마이크로파의 파형을 가지런히 하는 기준 신호를 마그네트론(42)에 주입하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 마그네트론(42)의 이상 발진을 판정한다. 결과로서, 제8 실시형태에 의하면, 마이크로파의 파형을 가지런히 하면서, 발진 주파수의 조정의 성공 여부와 마그네트론(42)의 이상 발진을 복합적으로 판단할 수 있다.

한편, 상기 제8 실시형태에서는, 임피던스 발생기(45)를 탑재하는 예를 설명하였으나, 실시형태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 임피던스 발생기(45)가 생략되어도 좋다. 이 경우, 마이크로파 발생기(41h)는, 도 21에 도시한 구성이 된다. 한편, 도 21은 제8 실시형태에 따른 마이크로파 발생기의 변형예의 구성을 도시한 블록도이다.

11: 플라즈마 처리 장치 12: 처리 용기
19: 플라즈마 발생 기구
41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 41g, 41h: 마이크로파 발생기
42: 마그네트론 45: 임피던스 발생기
47: 주파수 검출기 48: 발진 주파수 조정기
49: 서큘레이터 101, 201: 메모리
102: 주파수 비교기 103, 203, 604: 통지기
202: 스터브 위치 판정기 302, 402, 703: 증폭기
303, 304, 403, 404, 502, 503, 704, 705, 802, 803: 서큘레이터
501, 801: 기준 신호 발생기 601: 스펙트럼 레벨 검출기
602: CPU 603, 701: D/A 변환기

Claims

처리 용기와,
마이크로파 발진기를 포함하고, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 기구와,
상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 미리 정해진 주파수로 조정하는 조정부와,
상기 조정부에 의해 상기 미리 정해진 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부와,
상기 검출부에 의해 검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 상기 미리 정해진 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부와,
가동 가능한 가동 부재를 포함하고, 설정되는 상기 가동 부재의 가동량에 따라, 상기 마이크로파 발진기에 부여되는 임피던스를 발생하는 임피던스 발생기
를 구비하며,
상기 조정부는, 상기 검출부에 의해 검출된 발진 주파수와 상기 미리 정해진 주파수의 차분을 감소시키는 상기 가동 부재의 가동량을 상기 임피던스 발생기에 설정함으로써, 상기 발진 주파수를 상기 미리 정해진 주파수로 조정하고,
상기 판정부는, 상기 파라미터로서, 상기 조정부에 의해 상기 임피던스 발생기에 설정되는 상기 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정하고, 상기 파라미터로서, 상기 조정부에 의해 상기 임피던스 발생기에 설정되는 상기 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하지 않는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 판정부는, 상기 검출부에 의해 검출된 발진 주파수가, 상기 미리 정해진 주파수를 중심으로 하는 미리 정해진 주파수 대역에 존재하는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정하고, 상기 검출부에 의해 검출된 발진 주파수가, 상기 미리 정해진 주파수를 중심으로 하는 미리 정해진 주파수 대역에 존재하지 않는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발진 주파수와 주파수가 동일하며, 또한, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호를 상기 마이크로파 발진기에 주입하는 주입부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 조정부는, 주파수가 상기 미리 정해진 주파수이며, 또한, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파보다 전력이 낮은 신호인 기준 신호를 발생하는 기준 신호 발생기를 포함하고, 상기 기준 신호 발생기에 의해 발생되는 상기 기준 신호를 상기 마이크로파 발진기에 주입함으로써, 상기 발진 주파수를 상기 미리 정해진 주파수로 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출부는, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파가 분기되어 얻어지는 분기 마이크로파의 주파수에 대한, 상기 분기 마이크로파의 강도의 분포를 검출하는 스펙트럼 레벨 검출기를 포함하고, 상기 분포에 있어서의 최대값에 대응하는 주파수를 상기 발진 주파수로서 검출하며,
상기 판정부는, 상기 검출부에 의해 검출된 상기 발진 주파수를 이용하여, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하고, 또한, 상기 검출부에 의해 검출된 상기 분포에 있어서의 최대값과, 상기 분포에 있어서의, 상기 최대값에 대응하는 주파수를 중심으로 하는 미리 정해진 주파수 대역의 양단에 대응하는 주변값의 차분을 산출하며, 산출한 차분의 값을 이용하여, 상기 마이크로파 발진기의 이상 발진을 판정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판정부에 의한 판정 결과를 통지하는 통지부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
처리 용기와,
마이크로파 발진기를 포함하고, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 기구와,
상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 미리 정해진 주파수로 조정하는 조정부와,
가동 가능한 가동 부재를 포함하고, 설정되는 상기 가동 부재의 가동량에 따라, 상기 마이크로파 발진기에 부여되는 임피던스를 발생하는 임피던스 발생기를 구비한 플라즈마 처리 장치에 의한 이상 판정 방법으로서,
상기 조정부에 의해 상기 미리 정해진 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 단계와,
검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 상기 미리 정해진 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 단계
를 포함하고,
상기 조정부에서는, 상기 검출된 발진 주파수와 상기 미리 정해진 주파수의 차분을 감소시키는 상기 가동 부재의 가동량을 상기 임피던스 발생기에 설정함으로써, 상기 발진 주파수를 상기 미리 정해진 주파수로 조정하고,
상기 판정하는 단계는, 상기 파라미터로서, 상기 조정부에 의해 상기 임피던스 발생기에 설정되는 상기 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정하고, 상기 파라미터로서, 상기 조정부에 의해 상기 임피던스 발생기에 설정되는 상기 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하지 않는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상 판정 방법.
마이크로파를 발진하는 마이크로파 발진기와,
상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수인 발진 주파수를 미리 정해진 주파수로 조정하는 조정부와,
상기 조정부에 의해 상기 미리 정해진 주파수로 조정된 발진 주파수를 검출하는 검출부와,
상기 검출부에 의해 검출된 발진 주파수를 이용하거나, 또는, 상기 발진 주파수와 상기 미리 정해진 주파수의 차분에 따라 변동하는 파라미터를 이용하여, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정의 성공 여부를 판정하는 판정부와,
가동 가능한 가동 부재를 포함하고, 설정되는 상기 가동 부재의 가동량에 따라, 상기 마이크로파 발진기에 부여되는 임피던스를 발생하는 임피던스 발생기
를 구비하며,
상기 조정부는, 상기 검출부에 의해 검출된 발진 주파수와 상기 미리 정해진 주파수의 차분을 감소시키는 상기 가동 부재의 가동량을 상기 임피던스 발생기에 설정함으로써, 상기 발진 주파수를 상기 미리 정해진 주파수로 조정하고,
상기 판정부는, 상기 파라미터로서, 상기 조정부에 의해 상기 임피던스 발생기에 설정되는 상기 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공했다고 판정하고, 상기 파라미터로서, 상기 조정부에 의해 상기 임피던스 발생기에 설정되는 상기 가동 부재의 가동량이, 미리 허용된 범위에 존재하지 않는 경우에, 상기 조정부에 의한 상기 발진 주파수의 조정이 성공하지 못했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생기.