磁控管的寿命判定方法、磁控管的寿命判定装置的制作方法

专利名称：磁控管的寿命判定方法、磁控管的寿命判定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用利用等离子体被活化的活性种，在半导体晶片等被处理体的表面
进行处理的处理装置、磁控管的控制方法、磁控管的寿命判定方法、微波发生装置、磁控管的寿命判定装置、计算机程序以及存储介质。
背景技术：
在形成半导体制品的集成电路时，通常对半导体晶片等的被处理体进行成膜处理、改性处理、氧化扩散处理、蚀刻处理等各种处理，但是，由于近年来对半导体集成电路的高密度化、高度的微细化、薄膜化以及处理低温化的要求提高，使用等离子体的处理装置具有越来越多的倾向。在使用该等离子体的处理装置中，利用等离子体使气体活化制作活性种，通过该活性种的作用，不需要将晶片加热到较高的温度，而能够在较低温的状态中进行期望的处理。 在这种使用等离子体的等离子体处理装置中，设有产生高频的高频发生装置或产生微波的微波发生装置，用于生成等离子体。 这里以微波发生装置为例进行说明。该微波发生装置具有磁控管，该磁控管，在具有灯丝的阴极(cathode)周围同轴状地配置具有空腔谐振器的阳极(anode)，形成为2极管，并在轴方向上对两电极之间施加直流磁场的状态下，进行高频的振荡，产生微波(专利文献1 3)。 具体地说，与一般2极真空管相同，在该磁控管中，通过给灯丝通电加热阴极，释放出热电子，这时，通过加在两电极间的电场(电压)控制流经的电流。与此同时，通过在垂直于该电场的方向上施加的磁场，使上述热电子产生旋转运动，进行振荡，结果产生微波。
专利文献1 :日本特开平5-67493号公报
专利文献2 :日本特开平10-223150号公报
专利文献3 :日本特开2003-308958号公报 另外，所述磁控管的灯丝，一般由包括少量钍的钨金属材料制成，而且在包括灯丝的阴极的表面，形成有用于有效地进行热电子释放的碳化层。因此，该磁控管的寿命也将由于该碳化层的过度减少而终结。 所以，现有的磁控管的一般控制方法，在磁控管的输出发生变化的情况下，为了延长灯丝的寿命，灯丝电压向反方向变化，由此防止灯丝过度升温。例如，如果为了增大磁控管的输出而增大阳极电流，则灯丝的温度也上升，碳化层的消耗加剧。因此，在为了增大磁控管的输出而增大阳极电流时，为了抑制灯丝温度上升，减小灯丝施加电压，由此，能够防止碳化层因为过度升温而引起的消耗。而且，与上述相反，在为了减小磁控管的输出而减小阳极电流时，增加灯丝施加电压。
然而，现有的磁控管的控制方法，为了防止灯丝的过加热，按照上述磁控管输出的增减，反方向地增减灯丝施加电压，但是，实际上灯丝温度变动很大，根据情况的不同，有时会产生灯丝的过加热，碳化层过度地消耗使磁控管的寿命大幅度縮短。

发明内容
本发明着眼于上述问题，是为了有效解决上述问题而提出的。本发明的目的在于，提供一种构造不复杂且能够精确控制磁控管的灯丝温度，并能够延长灯丝寿命的磁控管控制方法、磁控管的寿命判定方法、微波发生装置、磁控管的寿命判定装置、处理装置和存储介质。 发明人对于磁控管的振荡进行了潜心研究，结果发现以在灯丝施加的电压和在此流过的电流为基础求出电阻值，根据电阻值求出灯丝温度，通过控制该灯丝温度维持在规定温度，能够延长灯丝的寿命，根据上述见解完成了本发明。 本发明提供一种磁控管的控制方法，其特征在于，所述磁控管产生微波，具备包括灯丝的阴极；与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极；和提供与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器，所述磁控管的控制方法包括向所述灯丝供给电力的工序；基于在所述灯丝上施加的电压和流经所述灯丝的电流，求出所述灯丝的电阻值的电阻值计算工序；基于在所述电阻值计算工序中求出的电阻值和预先求出的所述灯丝的电阻一温度相关特性，求出所述灯丝温度的温度计算工序；和通过调整流经所述灯丝的电流和/或在灯丝上施加的电压，控制在所述温度计算工序中求出的灯丝温度，使其维持在规定的温度范围内的温度控制工序。 由此，通过调整灯丝施加电压和流经灯丝的电流，控制灯丝温度，使其维持在规定的温度范围内，因而，能够精确控制灯丝的温度且不使设备复杂化，从而能够延长磁控管的寿命。 本发明的磁控管的控制方法的特征在于所述规定的温度范围为1900 2100°C的范围。 本发明提供一种磁控管的寿命判定方法，其特征在于，所述磁控管产生微波，具备包括灯丝的阴极；与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极；和提供与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器，所述磁控管的寿命判定方法包括向所述灯丝供给电力，使磁控管工作，产生预先确定的频率的微波的工作开始工序；逐渐降低在所述灯丝上施加的电压，求出产生模变(moding)现象时向所述灯丝施加的电压作为模变电压的模变电压测定工序；和基于在所述模变电压测定工序中求出的模变电压，进行所述磁控管的寿命的判定的寿命判定工序。 本发明的磁控管的寿命的判定方法的特征在于在所述寿命判定工序中，当所述模变电压为所述灯丝的额定电压的规定百分比以上时，判定寿命终结。
本发明的磁控管的寿命的判定方法的特征在于在所述寿命判定工序中，当所述模变电压以预先求出的模变电压为基准变化了规定的百分比以上时，判定寿命终结。
本发明的磁控管的寿命的判定方法的特征在于所述磁控管的寿命判定方法，在预先设定的时刻进行。
本发明提供一种微波发生装置，其特征在于，具备磁控管，产生微波，具备包括灯丝的阴极、与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极、和提供与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器；向所述灯丝可变地供给电力的灯丝电源；求出流经所述灯丝的电流的电流测定部；求出在所述灯丝上施加的电压的电压测定部；基于在所述电流测定部求出的灯丝电流和在所述电压测定部求出的灯丝电压，求出所述灯丝电阻值的电阻值计算部；基于在所述电阻值计算部求出的电阻值和预先求出的所述灯丝的电阻一温度相关特性，求出所述灯丝温度的温度计算部；和控制所述灯丝电源，使得在所述温度计算部求出的灯丝温度维持在规定的温度范围内的电源控制部。 本发明的微波发生装置的特征在于所述灯丝电源为基于P丽(脉宽调制PulseWidth Modulation)方式的电源，所述电源控制部调整通电角。 本发明的微波发生装置的特征在于所述灯丝电源为基于晶体管开关的通断方式的电源，所述电源控制部调整所述晶体管开关的栅电流。 本发明的微波发生装置的特征在于所述规定的温度范围为1900 210(TC的范围。 本发明提供一种磁控管的寿命判定装置，其特征在于，所述磁控管产生微波，具备包括灯丝的阴极；与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极；和提供与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器，所述磁控管的寿命判定装置具备逐渐降低在所述灯丝上施加的电压，求出产生模变现象时向所述灯丝施加的电压作为模变电压的模变电压测定部；和基于由所述模变电压测定部求出的模变电压，进行所述磁控管寿命的判定的寿命判定部。 本发明的磁控管的寿命判定装置的特征在于当所述模变电压变化为所述灯丝的额定电压的规定百分比以上时，所述寿命判定部判定寿命终结。 本发明的磁控管的寿命判定装置的特征在于当所述模变电压以预先求出的模变电压为基准，变化了规定的百分比以上时，所述寿命判定部判定寿命终结。
本发明提供一种处理装置，对被处理体实施规定的处理，其特征在于，具备能够抽真空的处理容器；载置所述被处理体的载置台；向所述处理容器内导入规定气体的气体导入单元；微波发生装置；引导在所述微波发生装置中产生的微波的波导管；和向所述气体照射在所述波导管中被引导的微波并将其活化的微波照射单元，其中，所述微波发生装置具备磁控管，产生微波，具备包括灯丝的阴极、与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极、和提供与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器；向所述灯丝可变的供给电力的灯丝电源；求出流经所述灯丝的电流的电流测定部；求出在所述灯丝上施加的电压的电压测定部；基于由所述电流测定部求出的灯丝电流和由所述电压测定部求出的灯丝电压，求出所述灯丝的电阻值的电阻值计算部；基于由所述电阻值计算部求出的电阻值和预先求出的所述灯丝的电阻一温度相关特性，求出所述灯丝温度的温度计算部；和控制所述灯丝电源，使得由所述温度计算部求出的温度维持在规定的范围内的电源控制部。 本发明的处理装置的特征在于所述微波照射单元由具有多个缝隙的平面天线部件构成。 本发明的处理装置的特征在于还具有寿命判定装置，该寿命判定装置具备逐渐降低在所述灯丝上施加的电压，求出产生模变现象时向所述灯丝施加的电压作为模变电
5压的模变电压测定部；和基于所述求出的模变电压，进行所述磁控管寿命判定的寿命判定部。 本发明提供一种计算机程序，其特征在于在使用具有产生微波的磁控管的微波发生装置产生微波时，控制所述微波发生装置进行下述工序，其中，所述磁控管具备包括灯丝的阴极；与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极；和产生与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器，所述工序为向所述灯丝供给电力的工序；基于在所述灯丝上施加的电压和流经所述灯丝的电流，求出所述灯丝电阻值的电阻值计算工序；基于在所述电阻值计算工序中求出的电阻值和预先求出的所述灯丝的电阻一温度相关特性，求出所述灯丝温度的温度计算工序；和通过调整流经所述灯丝的电流和/或在灯丝上施加的电压，控制在所述温度计算工序中求出的灯丝温度，使其维持在规定的温度范围内的温度控制工序。 本发明提供一种存储介质，其特征在于存储有计算机程序，该计算机程序在使用具有产生微波的磁控管的微波发生装置产生微波时，控制所述微波发生装置进行下述工序，其中，所述磁控管具备包括灯丝的阴极；与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极；和产生与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器，所述工序为向所述灯丝供给电力的工序；基于在所述灯丝上施加的电压和流经所述灯丝的电流，求出所述灯丝电阻值的电阻值计算工序；基于在所述电阻值计算工序中求出的电阻值和预先求出的所述灯丝的电阻一温度相关特性，求出所述灯丝温度的温度计算工序；和通过调整流经所述灯丝的电流和/或在灯丝上施加的电压，控制在所述温度计算工序中求出的灯丝温度，使其维持在规定的温度范围内的温度控制工序。 采用本发明涉及的磁控管控制方法、磁控管的寿命判定方法、微波发生装置、磁控
管的寿命判定装置、处理装置和存储介质，能够发挥如下所述的良好的作用效果。 通过调整磁控管的灯丝施加电压和流经灯丝的电流，控制灯丝温度，使其维持在
规定的温度范围内，因此，能够精确控制灯丝温度并不使结构复杂化，从而延长磁控管的寿命。 另外，采用本发明，能够通过探讨模变电压的推移，确认磁控管的寿命(剩余寿命)。


图1是使用本发明的微波发生装置的处理装置的一个示例的结构示意图。 图2是微波发生装置的模块结构示意图。 图3是灯丝的电阻一温度相关特性的一个示例的示意图。 图4(A) (B)是阳极电流与磁控管输出以及灯丝电压的关系示意图。 图5是磁控管的控制方法的一个示例的流程示意图。 图6是磁控管的寿命终结前模变电压的一般变化的示意图。 图7是本发明的磁控管的寿命判定方法的一个示例的流程示意图。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明的磁控管控制方法、磁控管的寿命判定方法、微波发生
6装置、磁控管的寿命判定装置、处理装置、以及存储介质的一个实施方式进行说明。 图i是使用本发明的微波发生装置的处理装置的一个示例的结构图。图2是微波
发生装置的模块结构图。在此，以处理装置使用通过微波产生的等离子体进行蚀刻的情形 作为例子进行说明。 如图所示，使用等离子体的该处理装置2，例如侧壁和底部由铝等导体构成，并具 有整体成形为圆筒状的处理容器4。处理容器4的内部构成为密闭的处理空间，在该处理空 间中形成等离子体。该处理容器4本身被接地。 在该处理容器4内，收纳有上面载置有例如半导体晶片W作为被处理体的载置台 6。该载置台6，由例如经过氧化铝膜处理的铝等形成为平坦的大致圆板状，并通过由铝等形 成的支柱8从容器底部立起。 在该处理容器4的侧壁，设有将晶片搬入 搬出该内部时进行开关的闸阀10。并 且，在容器底部设有排气口 12，同时该排气口 12上连接有依次与压力控制阀14和真空泵 16连接的排气管18，必要的时候，可以将处理容器4内部抽真空到规定压力。
而且，处理容器4的顶部有开口 ，这里通过0形圈等密封部件22气密地设置有由 例如A1203等陶瓷材料构成的对微波具有透过性的顶板20。考虑到耐压性，该顶板20的厚 度被设定为例如20mm左右。 此外，在该顶板20的上面设有用于在所述处理容器4内利用微波产生等离子体的 微波照射单元24。具体地说，该微波照射单元24，具有设置在上述顶板20上面的圆板状的 平面天线部件26，该平面天线部件26上设有滞波部件28。为了縮短微波的波长，该滞波部 件28具有高介电常数特性。上述平面天线部件26，构成为覆盖上述滞波部件28的整个 上方，由导电性的中空圆筒状容器构成波导箱30的底板，并与上述处理容器4内的上述载 置台6相对配置。在该波导箱30的上部，设有流过用于冷却其的制冷剂的冷却罩32。
该波导箱30和平面天线部件26的周边部都与处理容器4导通，并且在该波导箱 30上部的中心，连接有同轴波导管34的外管34A，内部的内部电缆(cable) 34B，通过上述滞 波部件28的中心的贯通孔连接于上述平面天线部件26的中心部。而且，该同轴波导管34， 通过连接在模式转换器36和匹配电路38之间的波导管40连接于产生例如2. 45GHz的微 波的作为本发明特征的微波发生装置42，向上述平面天线部件26输送微波。关于该微波发 生装置42的结构，在后面描述。该微波的频率不限于2.45GHz，也可以使用其它的频率，例 如8.35GHz。该波导管40，可使用截面为圆形或矩形的波导管或圆筒波导管。而且，在上述 平面天线部件26的上面侧设置的具有高介电常数特性的滞波部件28，通过波长縮短效应， 縮短微波的管内波长。作为该滞波部件28，例如可使用氮化铝等。 上述平面天线部件26，在晶片尺寸为300mm的情况下，由例如直径为400 500mm，厚度为1 数mm的导电性材料形成，例如由表面经过镀银处理的铜板或铝板构成， 在该圆板上形成有例如由长槽状的贯通孔所形成的多个缝隙44。该缝隙44的配置形态，没 有特别的限制，例如可以配置成同心圆状、漩涡状、或放射状，也可以均匀分布在整个天线 部件的表面。 另外，在上述载置台6的上方，设置有进行蚀刻时向该处理容器4内供给必要气体 的气体导入单元46。具体地说，该气体导入单元46，例如由石英玻璃制的气体喷嘴构成。此 外，该气体导入单元46也可以为石英玻璃制的喷淋头结构。于是，通过上述气体喷嘴46，能够根据需要一边对所希望的气体进行流量控制， 一边供给气体。 另外，在上述载置台6的下方，设有晶片W搬入搬出时升降晶片的多根例如三根升 降销50(图1中仅显示两根)，该升降销50，利用通过能够伸縮的波纹管52贯通容器底部 而设置的升降杆54进行升降。并且，在上述载置台6，形成有用于插通上述升降销50的销 插入孔56。整个上述载置台6由耐热材料例如氧化铝等的陶瓷构成，且在该陶瓷中设置有 加热单元58。该加热单元58，由埋藏在载置台6的大致整个区域内的薄板状电阻加热器构 成，该电阻加热器58，经由通过支柱8内的配线60连接于加热器电源62。
另外，在载置台6的上面侧，设置有薄的静电卡盘64，其在内部具有配设成例如网 眼状的导体线。详细来说，能够利用静电吸附力将静电卡盘64上载置的晶片W吸附在该载 置台6上。而且，该静电卡盘64的上述导体线，为了发挥上述静电吸附力，通过配线66连 接于直流电源68。 整个该处理装置2的工作，被例如由微型计算机等构成的控制单元70控制。进行 该工作的计算机程序被存储在软盘或CD (Compact disk :光盘)或闪存或硬盘等的存储介 质72中。具体地说，通过来自该控制单元70的指令进行各气体的供给及流量控制、微波和 高频的供给及控制、处理温度及处理压力的控制等。 接着，参照图2，对作为本发明特征的微波发生装置42进行说明。 如图2所示，该微波发生装置42具有磁控管74，其直接产生预先设定频率例如
2. 45GHz的微波。该磁控管74，在真空的例如金属制的管壳76内设置有包括灯丝78的阴
极80和与此相对配置的阳极82。在实际的磁控管74中，上述阴极80，例如成形为圆筒状，
并配置圆筒状的阳极82包围其周围，成形为同轴圆筒状，但是，在图2中仅示意性的显示磁
控管74的结构。上述阳极82，在其灯丝78的相对面侧，具有成形为凹部状的多个空腔谐振
器84。 在阳极82上，通过绝缘材料86连接有贯通管壳76的天线引线88，该天线引线88 的前端部连接有天线90，将在磁控管74产生的微波从该天线90传送到波导管40内。
上述管壳76的侧面(图中的上下面)，由非磁性材料92构成，通过在其外侧配置 的永久磁石(磁场发生器)94，在上述阴极80和阳极82之间的空间以与这两个电极的配置 方向L正交的方式赋予强的磁场。 这里，上述阳极82，例如由铜形成，另外，包括灯丝78的阴极80，由含有少量钍的 钨材料形成，在其表面形成有效地进行热电子释放的碳化层，例如碳化钨(W2C)。
而且，上述灯丝78的两端，通过配线96连接于供给加热用电力的灯丝电源98，能 够加热包括上述灯丝78的阴极80。该灯丝电源98在必要的时候能够可变地输出电力。而 且，该灯丝电源98的额定电压为例如5伏左右。 在上述配线96的途中，分别设有求出流经上述灯丝78的电流的电流测定部100， 和求出施加于上述灯丝78的电压的电压测定部102。 而且，在上述电流测定部100求出的电流值和在上述电压测定部102求出的电压 值被输入到电阻值计算部104，在该电阻值计算部104基于上述电流值和电压值求出上述 灯丝78的电阻值。 此处求出的电阻值被输入到温度计算部106，这里基于预先求出的灯丝的电阻一 温度相关特性，求出上述灯丝78的温度。该温度计算部106，具有储存上述电阻一温度相关特性相关信息的存储器108，通过参照例如该存储器108内的信息，求出灯丝78的温度。 图3是灯丝的电阻一温度相关特性的一个示例的示意图，与该图相关的信息被存储在上述 存储器108中。 在图3中，横轴为x，表示绝对温度，纵轴为y，表示归一化电阻(R/RO)。在这里"R" 表示灯丝的电阻值，"R0"表示温度25t:时的灯丝电阻值。这种情况下，上述归一化电阻(R/ RO)的值以公式"y = 0. 0057x-1.3729"的直线表示。而且，图中的"R2"表示方差，由于这 里R2 = 0.9969，因此，各温度数据几乎位于同一直线上。所以，通过上述图或公式，只要判 断出灯丝电阻78的电阻值，就能够知道此时灯丝78的绝对温度。 这里回到图2，在上述温度计算部106求出的灯丝78的温度被输入到电源控制部 110。该电源控制部110，通过控制上述灯丝电源98的输出电力例如电压或电流或两者，控 制上述灯丝78维持在规定的温度范围内。该规定的温度范围，根据灯丝78的设计，一般为 1900 210(TC的范围。具体的控制以将其维持在该温度范围内的预先设定的一定值，或将 其控制在比上述温度范围更小的温度范围内往复变动的方式进行控制。
上述灯丝电源98，例如以移相P丽方式控制输出，或以晶体管开关的通断控制方 式控制输出。在上述移相P丽方式的情况下，通过调整通电角控制输出电力，或者，在晶体 管开关的通断控制方式的情况下，通过调整晶体管开关的栅电流控制输出电力。
而且，上述电源控制部110，具有控制包括后述磁控管的寿命判定装置的整个微波 发生装置的工作的装置控制部112，该装置控制部112具有由例如软盘或CD(光盘Compact Disk)或闪存等构成的存储介质114，其存储用于进行工作控制的程序。此外，在图示例中， 分别显示有电阻值计算部104、温度计算部106、存储器108、电源控制部110、以及装置控制 部112等，但是在实际的装置示例中，可以共同设置在例如一个微型计算机中。此外，该装 置控制部112，在图1所示的控制单元70的支配下进行工作。 另一方面，可变的阳极电源120通过配线116连接于上述阴极80和上述阳极82 之间，施加从阳极82到阴极80的规定电场。而且，该阳极电源120的额定电源为4千伏左 右。 此外，该微波发生装置42还设有用于判定上述磁控管74的寿命(剩余寿命)的 寿命判断装置122。该寿命判断装置122，主要包括求出模变现象产生时在上述灯丝78施 加的电压作为模变电压的模变电压测定部124，以及基于该得到的模变电压判定上述磁控 管74的寿命的寿命判定部126。 上述模变电压测定部124，具有设置在与上述阳极电源120连接的配线116上的电 流检测器128，通过测定流经该配线116的电流，确定模变现象是否发生。该模变电压测定 部124进行控制，使得在测定时控制上述灯丝电源98的输出电压从额定值一点点地逐渐减 小，接受来自电压测定部102的输出，识别此时的灯丝施加电压。 此处，模变现象指的是磁控管在预先设定的频率之外的频带内产生振荡，或振荡 本身停止，或振荡不稳定的现象，由于产生模变现象会使阳极电流Ib急剧变化，所以通过 检测该阴极电流Ib就能够知道模变现象的产生。 而且，上述寿命判定部126具有告知部130，用于在判定磁控管的寿命终结时，将 该结果通知操作员。作为该告知部130，可以使用警报灯、警报蜂鸣器或打印输出该信息的 打印机等。此外，也可以向图l所示的控制单元70报告该判定结果。该模变电压测定部124和寿命判定部126，实际上由例如微型计算机等构成。 接着，针对使用如上述构成的处理装置2，进行例如蚀刻处理作为规定处理的情况 进行说明。 首先，利用搬送臂(未图示)通过闸阀10将半导体晶片W收容在处理容器4内， 接着通过升降销50的上下运动将晶片W载置在载置台6上面的载置面，然后通过静电卡盘 64静电吸附该晶片W。 通过加热单元58将该晶片W维持在规定的处理温度，通过气体导入单元46以规 定流量将作为规定气体的例如蚀刻气体供给至处理容器4内，控制压力控制阀14，将处理 容器4内维持在规定的处理压力。与此同时，通过驱动微波发生装置42，将此处产生的微 波，通过波导管40和同轴波导管34供给至平面天线部件26，将通过滞波部件28波长被縮 短的微波导入处理空间，由此，在处理空间产生等离子体，进行使用规定等离子体的蚀刻处 理。 由此，如果从平面天线部件26向处理容器4内导入微波，则向处理空间导入的气 体被该微波等离子体化、活化，通过此时产生的活性种，在低温下有效地对晶片W表面进行 蚀刻。 此处，根据处理条件等，根据需要，通过调整阳极电源120的输出电压，控制微波 发生装置42的磁控管74的输出，使其增加或减少。 图4(A) (B)是阳极电流和磁控管输出以及灯丝电压的关系的示意图。如上所述， 如果调整阳极电源120，增加阳极电流Ib，则如图4(A)所示，磁控管输出大致呈直线状增 加。这种情况下，如果不对灯丝电压进行任何调整，则如先前说明的那样，由于灯丝78过度 升温，磁控管的寿命縮短，所以，如图4(B)所示，随着阳极电流Ib的增加，使灯丝施加电压 (灯丝电压)逐渐减小，而实现磁控管寿命的延长。这种情况下，不是仅仅降低灯丝施加电 压，而是控制灯丝温度，使其维持在规定的温度范围内，例如1900 210(TC的范围内。
接着，参照图5，进一步详细说明上述磁控管的控制方法。
图5是磁控管的控制方法的一个示例的流程图。 在图2中，如果驱动微波发生装置42，则通过灯丝电源98向灯丝78施加规定的电 压，例如额定电压，通电，并通过加热包括灯丝78的阴极80使其升温，释放热电子。
与此同时，从阳极电源120向阴极80和阳极82之间施加规定电压，产生电场。此 时，由于在与电场垂直的方向上产生比永久磁铁94强力的磁场，因而产生振荡现象，产生 规定频率例如2. 45GHz的微波。该微波通过天线90在波导管40内传送。
在这种运行中，根据处理条件等的变更变化磁控管的输出，为了防止磁控管的寿 命縮短，必须防止灯丝温度过度升温，其顺序如下所述。在下面所说明的工作，基于存储在 存储介质114中的程序，根据来自装置控制部112的指示进行。 首先，具有与2极真空管类似结构的该磁控管，热电子释放现象存在温度限制状 态和空间电荷限制状态。在前者中，由于热电子全部流入阳极，阳极电流仅为灯丝的绝对温 度的函数，在后者中，由于空间电荷的存在，热电流被排斥，一定值以上电流不流动，此时， 电流与阳极电压的3/2次方成比例。由此，对于阴极温度即一定的灯丝电流，在阳极电压较 低的时候，如上所述以空间电荷限制状态规定阳极电流，转变到温度限制状态时，由阴极温 度决定一定的温度限制电流流动。
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在阴极电压增大的过程，即阴极电流增大的过程中，每单位时间的热电子释放量
增加，因此从空间电荷限制状态转变到温度限制状态的阳极电压逐渐增大。 这里，本发明所涉及的控制，以阴极被加热到某种程度以上的温度为前提，在空间
电荷限制状态中进行。 首先，在磁控管74的工作状态中，电压测定部102测定通过灯丝电源98向灯丝78 施加的电压Ef (Sl)。与此同时，电流测定部100测定流经该灯丝78的电流If (S2)。
然后，电阻值计算部104基于上述测定的电压Ef和电流If ，求出上述灯丝78的电 阻值R(S3)。由此，电阻值计算工序完成。 接着，温度计算部106，求出上述算出的灯丝电阻78的电阻值R与预先求出的该灯
丝78的温度为27t:时的电阻值RO的比(R/RO)，参照存储在存储器108中的如图3所示的
函数关系，从而求出灯丝78的绝对温度(S4)。由此，温度计算工序完成。 接着，电源控制部IIO，基于计算出的上述灯丝78的绝对温度，控制上述灯丝电源
98的输出电力即灯丝施加电压，或流经灯丝78的电流，或两者，使得该温度维持在预先设
定的规定温度范围内，例如1900 2100°C (S5)。由此，进行温度控制工序。这种情况下，
也可以控制灯丝78的温度维持在上述温度范围内的更小范围内，例如1950 205(TC的温
度范围内。总之，灯丝78的温度维持在预先设定的一定值，或一定范围内。 于是，上述一系列的步骤Sl S5，在晶片W的处理完成之前连续进行(S6的NO)，
当晶片W的处理完成时(S6的YES)，停止该磁控管74的工作，完成运转。 如此，由于通过调整灯丝施加电压和流经灯丝78的电流可以控制灯丝温度，使其
维持在规定的温度范围内，因此，能够精确控制灯丝78的温度而并不使结构复杂化，能够
进一步延长磁控管74的寿命。 这里，灯丝78的温度控制范围1900 210(TC，仅为一个示例，毫无疑问，根据灯丝 78的设计能够变动温度限制范围。 接着，对使用磁控管的寿命判定装置122所进行的寿命判定方法进行说明。图6 是磁控管寿命终结前的模变电压的一般变化的示意图，图7是本发明的磁控管的寿命判定 方法的一个示例的流程图。如上所述，这里模变现象指的是，在预先设定的规定频率之外产 生振荡、振动不稳定、或振动自身停止的状态。 如图6所示，模变电压，即模变现象产生时的灯丝施加电压，通常为灯丝额定电压 以下的电压，大约为定值，当磁控管的寿命即将终结时，模变电压急剧上升，当模变电压达 到灯丝的额定电压时，寿命终结。所以，通过检测模变电压急剧上升的时刻，能够确认寿命 在其后的短时间内即将终结。 首先，在预先设定的时刻进行该寿命判定方法(S11)。例如，在该处理装置调试时， 每处理一定枚数，例如一批25枚晶片时，或者每当磁控管74的累计工作时间到达一定值 时，按照预先设定的时刻进行。尤其是为了不降低处理装置的运转率，优选在处理装置调试 时刻、空闲时刻等不进行晶片处理的时刻，实施寿命判定方法。 如此，当达到必须进行寿命判定的时刻时(S11的YES)，驱动磁控管74，产生预先 设定频率例如2. 45GHz的微波，作为工作开始工序(S12)。在这种情况下，从阳极电源120 向阴极80和阳极82之间施加额定电压，并且从灯丝电源98向灯丝78施加额定电压。而 且，这时，不向处理容器4内搬入作为处理对象的晶片，从而成为空状态，必要的时候，可以事先搬入作为模拟(dummy)的晶片。 接着，将上述灯丝78的施加电压略微降低AV(S13)，此时，基于通过电流检测器 128检测出的阳极电流Ib，判断预先设定频率例如2. 45GHz的微波是否继续输出(S14)。这 里，如果上述2. 45GHz的微波继续输出，则阳极电流Ib稳定地流通。如果微波的频率不稳 定，振荡本身不稳定，即产生模变现象，则阳极电流lb变得不稳定。所以，在该阳极电流lb 变得不稳定之前，每次仅将灯丝施加电压降低AV。即反复进行步骤S13以及步骤S14(S14 的YES)。 然后，如果微波振动不稳定引起阳极电流Ib不稳定(S14的NO)，则确认模变现象 发生，在电压测定部102检测此时的灯丝施加电压Ef，并将该电压作为模变电压[模变电压 测定工序](S15)。 接着，寿命判定部126，基于上述求出的模变电压，判断该磁控管74是否到达寿命 终结的基准值[寿命判定工序](S16)。 如图6所示，该寿命终结的基准值，设定在模变电压在寿命的最后阶段急剧上升 的部分，例如预先设定达到相对于灯丝额定电压的规定比率(％)。例如该基准值在灯丝额 定电压的85 90%左右的范围内，预先设定该范围内的一定值例如88%作为基准值。该 寿命终结的基准值，根据装置本身的运转状态而适当设定。 如图6所示，从到达该寿命终结的基准值的时刻到寿命终结时刻之间的区间是剩 余寿命，即其后能够运转的时间。而且，该基准值的测定方法，除了上述方法，也可以将图6 中所示的从模变电压稳定时的电压上升规定比率(％ )例如10%后的电压作为基准值。
在这里的判定结果，如果求出的模变电压低于基准值(S16的NO)，则反复返回上 述步骤Sll，运行直到步骤S15的操作。 与此相反，如果求出的模变电压在基准值以上(S16的YES)，则为了输出磁控管74 的寿命终结的信息，例如告知部130开始工作，将该信息通知操作人员(S17)。到此，磁控管 的寿命判定方法完成。 如此，通过检测磁控管电压的推移，能够确认磁控管74的寿命(剩余寿命)。于 是，能够恰好在磁控管74的寿命终结之前，对其进行替换。 另外，在上述实施例中，虽然以使用通过微波产生的等离子体进行蚀刻的情况为 例进行了说明，但是本发明并不限于此，能够将本发明应用于成膜处理、溅射处理、蚀刻处 理等全部处理中。 而且，在这里虽然使用平面天线部件26作为微波照射装置24，并将通过该平面天
线部件26放射的微波直接导入处理容器4内，将气体活化，但是，也不限定于此，可以使用
所谓的远程等离子体(remote plasma)产生元件作为微波照射单元24，从处理容器4的外
部向气体照射微波，将其活化，并将活化后的气体导入到处理容器4内。 再者，被处理体也不限于半导体晶片，能够将本发明应用于玻璃基板、LCD基板、陶
瓷基板等。
1权利要求
一种磁控管的寿命判定方法，其特征在于，所述磁控管产生微波，具备包括灯丝的阴极；与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极；和提供与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器，所述磁控管的寿命判定方法包括向所述灯丝供给电力，使磁控管工作，产生预先确定的频率的微波的工作开始工序；逐渐降低在所述灯丝上施加的电压，求出产生模变现象时向所述灯丝施加的电压作为模变电压的模变电压测定工序；和基于在所述模变电压测定工序中求出的模变电压，进行所述磁控管的寿命的判定的寿命判定工序。
2. 如权利要求1所述的磁控管的寿命判定方法，其特征在于在所述寿命判定工序中，当所述模变电压为所述灯丝的额定电压的规定百分比以上时，判定寿命终结。
3. 如权利要求1所述的磁控管的寿命判定方法，其特征在于在所述寿命判定工序中，当所述模变电压以预先求出的模变电压为基准变化了规定的百分比以上时，判定寿命终结。
4. 如权利要求1 3中任一项所述的磁控管的寿命判定方法，其特征在于所述磁控管的寿命判定方法，在预先设定的时刻进行。
5. —种磁控管的寿命判定装置，其特征在于，所述磁控管产生微波，具备包括灯丝的阴极；与该阴极相对配置的包括空腔谐振器的阳极；和提供与所述阴极和所述阳极的配置方向正交的磁场的磁场发生器，所述磁控管的寿命判定装置具备逐渐降低在所述灯丝上施加的电压，求出产生模变现象时向所述灯丝施加的电压作为模变电压的模变电压测定部；禾口基于由所述模变电压测定部求出的模变电压，进行所述磁控管寿命的判定的寿命判定部。
6. 如权利要求5所述的磁控管的寿命判定装置，其特征在于当所述模变电压变化为所述灯丝的额定电压的规定百分比以上时，所述寿命判定部判定寿命终结。
7. 如权利要求5所述的磁控管的寿命判定装置，其特征在于当所述模变电压以预先求出的模变电压为基准，变化了规定的百分比以上时，所述寿命判定部判定寿命终结。
全文摘要
本发明以提高磁控管的寿命为目的，提供一种磁控管的寿命判定方法。本发明的微波发生装置，具备具备包括灯丝(78)的阴极(80)和包括空腔谐振器(84)的阳极(82)的磁控管(74)；灯丝的电流测定部(100)；求出在灯丝上施加的电压的电压测定部(102)。基于电流测定部(100)和电压测定部(102)求出的电流和电压，在电阻值计算部(104)求出灯丝的电阻值。基于电阻-温度相关特性，在温度计算部(106)根据所述电阻值求出灯丝的温度。电源控制部(110)控制灯丝电源(98)，使得灯丝温度维持在规定的温度范围内。并且，逐渐降低在灯丝上施加的电压，求出发生模变现象时向灯丝施加的电压作为模变电压，基于该模变电压进行磁控管的寿命的判定。
文档编号H01J25/50GK101788638SQ20101010420
公开日2010年7月28日 申请日期2006年8月30日 优先权日2005年9月8日
发明者河西繁, 长田勇辉 申请人:东京毅力科创株式会社