CN104472020A - 微波导入组件中的s参数取得方法和异常检测方法 - Google Patents

微波导入组件中的s参数取得方法和异常检测方法 Download PDF

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Abstract

等离子体处理装置(1)包括处理容器(2)和具有多个微波导入组件(61)的微波导入装置(5)。向多个微波导入组件(61)中的每个导入微波，基于该微波和从处理容器(2)反射至多个微波导入组件(61)的反射微波，求取多个微波导入组件(61)的每个组合的S参数。

Description

微波导入组件中的S参数取得方法和异常检测方法
技术领域
本发明涉及包括具有多个微波导入组件的微波导入装置的等离子体处理装置中的S参数取得方法和异常检测方法。
背景技术
作为对半导体晶片等被处理体实施规定的等离子体处理的等离子体处理装置，已知有使用具有多个槽的平面天线对处理容器内导入微波而生成等离子体的隙缝天线方式的等离子体处理装置。另外，作为其它的等离子体处理装置，已知有使用线圈状的天线对处理容器内导入高频波而生成等离子体的电感耦合型等离子体(Inductively CoupledPlasma；ICP)方式的等离子体处理装置。在这些等离子体处理装置中，能够在处理容器内生成高密度的等离子体，利用所生成的等离子体，进行例如氧化处理、氮化处理、堆积处理、蚀刻处理等。
面向下一代以后的器件开发，例如为了实现对三维器件加工和对微细化的应对并提高生产性，需要确保晶片面内中的处理的均匀性，并且使当前300mm径的晶片大型化至450mm径。因此，需要使与晶片对应地大型化的处理容器内中的等离子体的分布(密度分布)均匀化。
在上述的隙缝天线方式的微波等离子体处理装置中，等离子体的分布的控制通过槽的形状、配置、处理容器、微波导入窗的形状设计等而进行。例如，为了根据处理内容改变等离子体的分布，需要更换为调整为最佳的不同的槽形状、配置的平面天线。另外，即使为上述的ICP方式的等离子体处理装置，为了改变等离子体的分布，也需要更换为调整为最佳的不同的线圈形状、配置的天线。然而，这种天线的更换是需要花费再设计等的精力和时间的繁琐的作业。
另外，等离子体的分布例如能够通过改变微波的功率、处理压力、气体流量等过程参数而调整为最佳的等离子体环境。然而，这些过程参数不能够与过程(process)条件分离，因此使过程参数变化的范围中的等离子体的分布的变化幅度(边限)小，其效果存在限制。
另外，由于平面天线、处理容器等的制造公差、组装误差、同一式样的装置间的设备差别等诸多因素，有时在处理容器内等离子体的对称性崩溃而等离子体的分布偏心。在这样的情况下，没有通过简单的方法对其进行修正的方法，因此，存在需要平面天线的更换等大规模的装置改变的问题。
因此，为了使处理容器内的等离子体的分布均匀化，考虑将微波导入到处理容器内的不同位置，对由这些微波生成的多个等离子体的分布进行控制的等离子体处理装置。这样的等离子体处理装置中，设定设置多个对处理容器内导入微波的微波导入组件(例如7个)。
但是，在等离子体处理装置中，要求检测在使用开始后产生的各种异常。专利文献1(日本国专利特开2002-305182号公报)中记载有，在对设置在真空腔室内的下部电极供给电力而产生等离子体的等离子体处理装置中，监视施加在下部电极的电压来判断等离子体状态的异常的方法。专利文献2(日本国专利特开2004-119179号公报)中记载有，从输出频率不同的两个高频电源供给电力的等离子体处理装置中，监视供电电路上的电压等来监视等离子体处理装置的异常的有无的方法。
另外，如设置有多个微波导入组件的等离子体处理装置，存在多个入射波和多个反射波的装置的情况下，作为表示该装置的状态的参数，考虑使用表示多个入射波和多个反射波的关系的S参数。专利文献3(日本国专利特开2006-317448号公报)中记载有在矢量网络分析仪的功率校正中执行双口S参数校正的技术。
在设置有多个微波导入组件的等离子体处理装置中，要求在多个微波导入组件间平衡良好地导入微波。但是，当在一个或两个以上的微波导入组件中产生异常时，多个微波导入组件间的平衡崩溃，其结果，不能够正常地进行等离子体处理。因此，在这样的等离子体处理装置中，要求检测使多个微波导入组件间的平衡崩溃的微波导入组件中的异常。
发明内容
本发明提供一种在设置有多个微波导入组件的等离子体处理装置中取得S参数的方法和检测微波导入组件中的异常的方法。
适用本发明的S参数的取得方法的等离子体处理装置，包括：收纳被处理体的处理容器；具有在处理容器内将用于生成等离子体的微波导入处理容器内的多个微波导入组件的微波导入装置；和对上述处理容器内进行减压排气的排气装置。多个微波导入组件分别将微波导入处理容器内的不同位置。
本发明的S参数的取得方法，使上述处理容器内为真空状态且不产生上述等离子体的状态，对多个微波导入组件的每个导入微波。而且，基于该微波和从处理容器反射到多个微波导入组件的反射微波，求取选自多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合各自的S参数。
本发明的S参数的取得方法中，多个微波导入组件可以分别具有测定微波和反射微波的电功率值的电力测定器。在该情况下，选自多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合各自的S参数可以使用微波和反射微波的电功率值求取。另外，在该情况下，微波在多个微波导入组件的每个中包括电功率值不同的多个入射波，反射微波可以包括分别与多个入射波对应的多个反射波。选自多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合各自的S参数，可以通过最小二乘法根据多个入射波的电功率值和多个反射波的电功率值求取。
另外，在本发明的S参数的取得方法中，微波导入装置可以具有第1至第7微波导入组件作为多个微波导入组件。而且，本发明的S参数的取得方法中，处理容器可以包括具有使分别由第1至第7微波导入组件导入的微波在处理容器内通过的第1至第7微波导入口的顶部。在该情况下，第1微波导入口可以配置在顶部的中央部分。另外，第2至第7微波导入口可以分别配置在顶部中以第1微波导入口为中心的假想的正六边形的顶点。
另外，本发明的S参数的取得方法中，在微波导入装置具有第1至第7微波导入组件的情况下，选自多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合可以包括第1微波导入组件和第2至第7中任一微波导入组件的组合。
另外，本发明的S参数的取得方法中，微波导入装置具有第1至第7微波导入组件的情况下，选自多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合可以包括以下第1至第3组合中的至少1个。在此，第1组合是组合沿着上述假想的正六边形的外周相邻的两个微波导入组件。第2组合是组合沿上述假想的正六边形的外周隔一个相邻的两个微波导入组件。第3组合是组合沿上述假想的正六边形的外周隔两个相邻的两个微波导入组件。
另外，本发明的S参数的取得方法中，微波导入装置具有第1至第7微波导入组件的情况下，选自多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合可以为包罗第1至第7微波导入组件全部的组合。
适用本发明的异常检测方法的等离子体处理装置包括：收纳被处理体的处理容器；具有在处理容器内将用于生成等离子体的微波导入处理容器内的多个微波导入组件的微波导入装置；和对上述处理容器内进行减压排气的排气装置。多个微波导入组件分别将微波导入处理容器内的不同位置。
本发明的异常检测方法，在通过本发明的S参数的取得方法取得的多个S参数的绝对值之间求取差，基于该差检测上述异常。在该情况下，可以将上述差的绝对值与表示多个微波导入组件中的异常的规定的阈值进行比较。另外，上述差可以为对于取得的多个S参数的全部相互进行运算得到的多个差，并且，可以比较上述多个差的绝对值的最大值和上述阈值。
本发明的S参数的取得方法中，对多个微波导入组件的每个导入微波，基于该微波和反射微波求取S参数。由此，根据本发明，能够在设置有多个微波导入组件的等离子体处理装置中取得S参数。
另外，本发明的异常检测方法中，求取S参数的绝对值和多个微波导入组件的组合不同的其它的S参数的差，比较该差和表示多个微波导入组件中的异常的规定的阈值。由此，根据本发明，能够检测微波导入组件中的异常。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式中的等离子体处理装置的概略的构成的截面图。
图2是表示图1所示的控制部的构成的说明图。
图3是表示本发明的一个实施方式中的微波导入装置的构成的说明图。
图4是表示本发明的一个实施方式中的微波导入组件的一部分的截面图。
图5是表示本发明的一个实施方式中的微波导入组件的天线部的立体图。
图6是表示本发明的一个实施方式中的微波导入组件的平面天线的平面图。
图7是表示本发明的一个实施方式中的处理容器的顶部的底面的平面图。
图8是表示本发明的一个实施方式中的多个微波导入组件的第1组合的说明图。
图9是表示本发明的一个实施方式中的多个微波导入组件的第2组合的说明图。
图10是表示本发明的一个实施方式中的多个微波导入组件的第3组合的说明图。
图11是表示本发明的一个实施方式的异常检测方法的步骤的一例的流程图。
图12是表示本发明的一个实施方式的S参数的取得方法的步骤的一例的流程图。
具体实施方式
[等离子体处理装置]
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。首先，参照图1和图2，对适用本发明的一个实施方式的S参数的取得方法和异常检测方法的等离子体处理装置的概略的构成进行说明。图1是表示本实施方式中的等离子体处理装置的概略的构成的截面图。图2是表示图1所示的控制部的构成的说明图。本实施方式中的等离子体处理装置1是伴随连续的多个动作，对例如半导体器件制造用的半导体晶片(以下简称为“晶片”。)W实施成膜处理、扩散处理、蚀刻处理、灰化处理等规定的处理的装置。
等离子体处理装置1包括：收纳作为被处理体的晶片W的处理容器2；配置在处理容器2的内部、具有载置晶片W的载置面21a的载置台21；对处理容器2内供给气体的气体供给机构3；对处理容器2内进行减压排气的排气装置4；具有在处理容器2内将用于生成等离子体的微波导入处理容器2内的多个微波导入组件61的微波导入装置5；和对这些等离子体处理装置1的各构成部进行控制的控制部8。此外，作为对处理容器2内供给气体的机构，替代气体供给机构3，可以使用等离子体处理装置1的构成中不包括的外部的气体供给机构。
<处理容器>
处理容器2例如呈大致圆筒形状。处理容器2例如由铝和其合金等金属材料形成。微波导入装置5设置在处理容器2的上部，作为对处理容器2内导入电磁波(微波)而生成等离子体的等离子体生成装置发挥作用。对于微波导入装置5的构成在后面详细说明。
处理容器2包括板状的顶部11、底部13和连结顶部11与底部13的侧壁部12。顶部11具有从其上表面贯通至下表面的多个微波导入口11a。对于多个微波导入口11a的配置在后面详细说明。侧壁部12具有用于在与处理容器2邻接的未图示的搬送室之间进行晶片W的搬入搬出的搬入搬出口12a。在处理容器2与未图示的搬送室之间配置有闸阀G。闸阀G具有开闭搬入搬出口12a的功能。闸阀G能够在关闭状态下将处理容器2气密地密封并且在打开状态下在处理容器2与未图示的搬送室之间移送晶片W。
<排气装置>
底部13具有多个(图1中有两个)排气口13a。等离子体处理装置1还具有连接排气口13a和排气装置4的排气管14。排气装置4具有APC泵和能够将处理容器2的内部空间高速减压至规定的真空度的高速真空泵。作为这样的高速真空泵例如有涡轮分子泵等。通过使排气装置4的高速真空泵工作，处理容器2其内部空间被减压至规定的真空度，例如0.133Pa。
<载置台>
等离子体处理装置1还具有：在处理容器2内支承载置台21的支承部件22；和设置在支承部件22与处理容器2的底部13之间的由绝缘材料形成的绝缘部件23。载置台21用于水平地载置作为被处理体的晶片W。支承部件22具有从底部13的中央向处理容器2的内部空间延伸的圆筒状的形状。载置台21和支承部件22例如由表面被实施过耐酸铝处理(阳极氧化处理)的铝等形成。
载置台21具有设置成相对载置面21a能够突出和缩回的多个支承销(省略图示)。多个支承销通过任意的升降机构上下变位，能够在上升位置中在与未图示的搬送室之间交接晶片W。
<高频偏压电源>
等离子体处理装置1还包括对载置台21供给高频电力的高频偏压电源25和设置在载置台21与高频偏压电源25之间的匹配器24。高频偏压电源25为了将离子引入晶片W而对载置台21供给高频电力。
<温度控制机构>
虽然未图示，但等离子体处理装置1还具有对载置台21加热或冷却的温度控制机构。温度控制机构例如将晶片W的温度控制在25℃(室温)～900℃的范围内。
<气体供给机构>
等离子体处理装置1还具有设置在处理容器2的顶部11的气体导入部15。气体导入部15具有呈圆筒形状的多个喷嘴16。喷嘴16具有形成在其下表面的气孔16a。
气体供给机构3具有包括气体供给源31的气体供给装置3a和连接气体供给源31和气体导入部15的配管32。其中，图1中，图示一个气体供给源31，但是气体供给装置3a可以根据使用的气体的种类包括多个气体供给源。
气体供给源31例如用作等离子体生成用的稀有气体、氧化处理、氮化处理、成膜处理、蚀刻处理和灰化处理所使用的处理气体等的气体供给源。另外，在处理容器2中进行CVD处理的情况下，气体供给源31用作在对成膜原料气体、处理容器2内的空气进行置换时所使用的吹扫气体、对处理容器2内进行清洁时所使用的清洁气体等的供给源。
虽然未图示，但气体供给装置3a还具有设置在配管32的中途的质量流控制器和开闭阀。供给到处理容器2内的气体的种类、这些气体的流量等由质量流控制器和开闭阀控制。
<控制部>
等离子体处理装置1的各构成部分别与控制部8连接而由控制部8控制。控制部8典型的是计算机。图2所示的例中，控制部8包括具有CPU的过程控制器81、与该过程控制器81连接的用户接口82和存储部83。
过程控制器81是在等离子体处理装置1中，例如对与温度、压力、气体流量、偏压施加用的高频电力、微波输出等过程条件有关的各构成部(例如高频偏压电源25、气体供给装置3a、排气装置4、微波导入装置5等)进行统一控制的控制机构。
用户接口82具有用于工序管理者为了管理等离子体处理装置1而进行指令的输入操作等的键盘、触摸面板、将等离子体处理装置1的工作状况可视化显示的显示器等。
在存储部83中保存有方案，该方案记录有用于通过过程控制器81的控制实现由等离子体处理装置1执行的各种处理的控制程序(软件)、处理条件数据等。过程控制器81根据来自用户接口82的指示等、需要，从存储部83读取任意的控制程序、方案来执行。由此，在过程控制器81的控制下，能够在等离子体处理装置1的处理容器2内进行所期望的处理，或能够进行与后述的S参数的取得、异常检测有关的处理。
上述的控制程序和方案，能够利用收纳于例如CD-ROM、硬盘、软盘、闪存、DVD、蓝光盘等计算机可读取的存储介质中的状态的控制程序和方案。另外，上述方案也能够从其它的装置例如经由专用线路随时传送而在线利用。
[微波导入装置]
接着，参照图1、图3至图6对微波导入装置5的构成进行详细说明。图3是表示微波导入装置5的构成的说明图。图4是表示微波导入组件61的一部分的截面图。图5是表示微波导入组件61的天线部的立体图。图6是表示微波导入组件61的平面天线的平面图。如图1和图3所示，微波导入装置5包括生成微波并将该微波分配到多个路径进行输出的微波输出部50和将由微波输出部50分配的微波导入处理容器2内的不同位置的多个微波导入组件61。
<微波输出部>
微波输出部50包括：电源部51；微波振荡器52；将由微波振荡器52起振的微波放大的放大器53；和将由放大器53放大后的微波分配到多个路径的分配器54。微波振荡器52使微波以规定的频率(例如2.45GHz)振荡(例如PLL振荡)。此外，微波的频率不限于2.45GHz，可以为8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz等。另外，这样的微波输出部50也能够适用在微波的频率为从800MHz至1GHz的范围内的情况。分配器54使输入侧和输出侧的阻抗匹配并对微波进行分配。
<微波导入组件>
多个微波导入组件61分别配置在相互不同的位置，将由分配器54分配的微波导入处理容器2内的不同位置。本实施方式中，多个微波导入组件61的构成全部相同。各微波导入组件61包括主要对分配的微波进行放大并输出的放大器部62和将从放大器部62输出的微波导入处理容器2内的微波导入部63。
(放大器部)
放大器部62包括：使微波的相位变化的相位器62A；对输入到主放大器62C的微波的电平进行调整的可变增益放大器62B；构成为固态放大器的主放大器62C；对由后述的微波导入部63的天线部反射而向主放大器62C去的微波进行分离的隔离器62D；和对导入到处理容器2内的微波和由处理容器2反射的反射微波的电功率值(功率)进行测定的电力测定器62E。
相位器62A构成为能够使微波的相位变化，而使微波的辐射特性变化。相位器62A例如用于通过对每个微波导入组件61调整微波的相位，来控制微波的指向性而使等离子体的分布变化。此外，在不进行这样的辐射特性的调整的情况下，可以不设置相位器62A。
可变增益放大器62B用于各个微波导入组件61的偏差的调整、等离子体强度的调整。例如，通过使可变增益放大器62B按每个微波导入组件61变化，能够对处理容器2内整体的等离子体的分布进行调整。
虽然未图示，但是主放大器62C例如包括输入匹配电路、半导体放大元件、输出匹配电路和高Q谐振电路。作为半导体放大元件例如能够使用能够进行E级动作的GaAsHEMT、GaNHEMT、LD(LaterallyDiffused)-MOS。
隔离器62D具有循环器和伪负载(同轴终端器)。循环器是将由后述的微波导入部63的天线部反射的微波导入伪负载的部件。伪负载是将由循环器导入的微波转换为热的部件。此外，如上所述，本实施方式中，设置有多个微波导入组件61，由多个微波导入组件61的各个微波导入部63导入处理容器2内的微波在处理容器2内合成。因此，各个隔离器62D也可以为小型的，能够将隔离器62D与主放大器62C邻接地设置。
电力测定器62E能够测定导入到处理容器2内的微波和反射微波的电功率值。例如，电力测定器62E也可以由能够检测入射波和反射波的方向性耦合器构成。此外，电力测定器62E的位置不限于图3所示的例子，能够任意设定。另外，放大器部62，替代电力测定器62E，可以具有对导入到处理容器2内的微波的电功率值进行测定的电力测定器和对反射微波的电功率值进行测定的电力测定器。在该情况下，这些电力测定器可以配置在不同的位置。例如，对导入到处理容器2内的微波的电功率值进行测定的电力测定器可以配置在接近微波振荡器52的位置。
(微波导入部)
如图1所示，多个微波导入部63设置在顶部11。如图4所示，微波导入部63包括：使阻抗匹配的调谐器64；将放大了的微波辐射到处理容器2内的天线部65；和由金属材料形成，构成同轴管的主体容器66以及内部导体67。主体容器66具有在图4中的上下方向延伸的圆筒状的形状，构成同轴管的外侧导体。内侧导体67具有在图4中的上下方向延伸的棒状或筒状的形状。主体容器66的内周面和内侧导体67的外周面之间的空间形成微波传送路径68。
虽然未图示，但微波导入组件61还具有设置在主体容器66的基端侧(上端侧)的供电转换部。供电转换部经由同轴电缆与放大器部62连接。
天线部65设置在主体容器66的与供电转换部相反的一侧。如在后所述，在主体容器66的比天线部65靠基端侧的部分成为调谐器64的阻抗调整范围。
如图4和图5所示，天线部65包括：与内侧导体67的下端部连接的平面天线71；配置在平面天线71的上表面侧的微波慢波材料72；和配置在平面天线71的下表面侧的微波透过板73。微波透过板73的下表面在处理容器2的内部空间露出。微波透过板73经由主体容器66与顶部11的多个微波导入口11a嵌合。
平面天线71具有圆板形状。另外，平面天线71具有以贯通平面天线71的方式形成的槽71a。在图5和图6所示的例中，设置有4个槽71a，各槽71a具有均等地分隔为4个的圆弧形状。此外，槽71a的数量不限于4个，可以为5个以上，可以为1个以上3个以下。另外，槽71a的形状不限于圆弧形状，例如可以为长方形状等。
微波慢波材料72由具有比真空大的介电常数的材料形成。作为形成微波慢波材料72的材料例如能够使用石英、陶瓷、聚四氟乙烯树脂等氟类树脂、聚酰亚胺树脂等。微波在真空中其波长变长。微波慢波材料72具有使微波的波长变短来对等离子体进行调整的功能。另外，微波的相位根据微波慢波材料72的厚度而变化。因此，通过根据微波慢波材料72的厚度对微波的相位进行调整，能够调整为平面天线71位于驻波的波腹的位置。由此，能够抑制平面天线71中的反射波，并且能够增大从平面天线71辐射的微波的辐射能量。其结果是，能够有效地将微波的功率导入处理容器2内。
微波透过板73由电介质材料形成。作为形成微波透过板73的电介质材料例如能够使用石英、陶瓷等。微波透过板73形成为能够以TE模式有效地辐射微波的形状。在图5所示的例中，微波透过板73具有圆柱形状。此外，微波透过板73的形状不限于圆柱形状，例如可以为长方体形状、五棱柱形状、六棱柱形状、八棱柱形状。
在如上述的方式构成的微波导入部63中，由主放大器62C放大了的微波通过主体容器66的内周面和内侧导体67的外周面之间(微波传送路径68)到达平面天线71，从平面天线71的槽71a透过微波透过板73辐射到处理容器2的内部空间。
调谐器64构成插芯调谐器。具体而言，如图4所示，调谐器64包括：配置在主体容器66的比天线部65靠基端部侧(上端部侧)的部分的两个插芯74A、74B；使两个插芯74A、74B动作的驱动器(actuator)75和控制该驱动器75的调谐器控制器76。
插芯74A、74B具有板状且环状的形状，配置在主体容器66的内周面和内侧导体67的外周面之间。另外，插芯74A、74B由电介质材料形成。作为形成插芯74A、74B的电介质材料例如能够使用介电常数为10的高纯度氧化铝。高纯度氧化铝与通常作为形成插芯的材料使用的石英(介电常数3.88)、特氟龙(Teflon注册商标)(介电常数2.03)相比介电常数较大，因此能够减小插芯74A、74B的厚度。另外，高纯度氧化铝与石英、特氟龙(Teflon注册商标)相比，具有介质损耗角正切(tanδ)小，能够减小微波的损失的特征。高纯度氧化铝还具有形变小的特征和耐热的特征。作为高纯度氧化铝优选纯度99.9％以上的氧化铝烧结体。另外，作为高纯度氧化铝可以使用单晶氧化铝(蓝宝石)。
调谐器64根据来自调谐器控制器76的指令，通过驱动器75使插芯74A、74B在上下方向移动。由此，调谐器64对阻抗进行调整。例如，调谐器控制器76对插芯74A、74B的位置进行调整，使得终端部的阻抗成为50Ω。
主放大器62C、调谐器64和平面天线71相互接近地配置。特别是，调谐器64和平面天线71构成集总常数电路，且作为谐振器发挥作用。平面天线71的安装部分存在阻抗失配。在本实施方式中，能够通过调谐器64，包围等离子体地以高精度进行调谐，能够消除平面天线71中的反射的影响。另外，能够通过调谐器64高精度地消除至平面天线71为止的阻抗失配，能够使实质上失配部分为等离子体空间。由此，能够通过调谐器64进行高精度的等离子体控制。
[微波导入口]
接着，参照图7对顶部11中的多个微波导入口11a的配置进行说明。图7是表示处理容器2的顶部11的底面的平面图。此外，图7中，省略主体容器66的图示。
本实施方式中，微波导入装置5具有第1至第7微波导入组件611、612、613、614、615、616、617作为多个微波导入组件61。另外，顶部11具有第1至第7微波导入口11a1、11a2、11a3、11a4、11a5、11a6、11a7作为多个微波导入口11a。第1至第7微波导入口11a1～11a7分别使从第1至第7微波导入组件611～617导入的微波通到处理容器2内。
第1微波导入口11a1配置在顶部11的中央部分。第2至第7微波导入口11a2～11a7分别配置在顶部11中以第1微波导入口11a1为中心的假想的正六边形的顶点。第1微波导入口11a1配置成其平面形状(从上方观看的形状)中的中心和上述假想的正六边形的中心一致或者大致一致。第2至第7微波导入口11a2～11a7配置成各自的平面形状中的中心和上述假想的正六边形的顶点一致或者大致一致。此外，平面形状的中心和上述假想的正六边形的中心或者顶点大致一致是指，从第1至第7微波导入口11a1～11a7的加工精度等观点出发，平面形状的中心的位置可以从所期望的位置稍微偏离。
第1至第7微波导入组件611～617的各个微波透过板73分别与第1至第7微波导入口11a1～11a7嵌合。如图4所示，作为第1至第7微波导入组件611～617的一部分的微波导入部63形成包括微波透过板73的一体构造。因此，第1至第7微波导入组件611～617分别根据图7所示的第1至第7微波导入口11a1～11a7的配置，配置在相互不同的位置。当从上方观看时，第1微波导入组件611配置在顶部11的中央部分。另外，当从上方观看时，第2至第7微波导入组件612～617分别配置在顶部11中以第1微波导入组件611为中心的假想的正六边形的顶点。
气体导入部15的多个喷嘴16配置成在第1微波导入口11a1和第2至第7微波导入口11a2～11a7之间包围第1微波导入口11a1的周围。
[处理步骤]
接着，对等离子体处理装置1中的等离子体处理的一例进行说明。在此，以使用含氮的气体作为处理气体来对晶片W的表面实施等离子体氮化处理的情况为例，对等离子体处理的步骤进行说明。首先，例如从用户接口82对过程控制器81输入指令，使得在等离子体处理装置1中进行等离子体氮化处理。接着，过程控制器81接收该指令，读出保存在存储部83或计算机可读取的存储介质中的方案(recipe)。接着，从过程控制器81对等离子体处理装置1的各终端器件(例如高频偏压电源25、气体供给装置3a、排气装置4、微波导入装置5等)发送控制信号，使得根据基于方案的条件执行等离子体氮化处理。
接着，使闸阀G成为打开状态，通过未图示的搬送装置将晶片W通过闸阀G和搬入搬出口12a搬入到处理容器2内。晶片W载置在载置台21的载置面21a上。接着，使闸阀G成为关闭状态，通过排气装置4对处理容器2内进行减压排气。接着，通过气体供给机构3将规定的流量的稀有气体和含氮气体经由气体导入部15导入到处理容器2内。处理容器2的内部空间通过调整排气量和气体供给量而被调整为规定的压力。
接着，在微波输出部50中，产生导入处理容器2内的微波。从微波输出部50的分配器54输出的微波被输入到多个微波导入组件61，由各微波导入组件61导入处理容器2内。各微波导入组件61中，微波在放大器部62和微波导入部63传播。到达微波导入部63的天线部65的微波，从平面天线71的槽71a透过微波透过板73辐射到处理容器2内中的晶片W的上方的空间。这样，通过各微波导入组件61将微波导入处理容器2内。
导入到处理容器2内的微波，使导入到处理容器2内的惰性气体、含氮气体等处理气体等离子体化，在处理容器2内合成。而且，通过等离子体中的活性种，例如自由基和离子的作用，使晶片W的硅表面氮化而形成氮化硅膜SiN的薄膜。
当从过程控制器81对等离子体处理装置1的各终端器件发送使等离子体处理结束的控制信号时，停止微波的产生并且停止稀有气体和含氮气体的供给，对晶片W进行的等离子体处理结束。接着，使闸阀G成为打开状态，通过未图示的搬送装置搬出晶片W。
此外，替代含氮气体而使用含氧气体，由此能够对晶片W实施氧化处理。另外，使用成膜原料气体，由此能够通过等离子体CVD法对晶片W实施成膜处理。
[S参数的取得方法]
接着，对本实施方式的S参数的取得方法进行说明。在此，以微波导入装置5具有上述第1至第7微波导入组件611～617的情况为例进行说明。
从第1至第7微波导入组件611～617导入处理容器2内的微波(以下称为入射微波。)和从处理容器2反射到第1至第7微波导入组件611～617的反射微波的关系由下述的式(1)表示。
式1
b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 b 7 = S 11 S 12 S 13 S 14 S 15 S 16 S 17 S 21 S 22 S 23 S 24 S 25 S 26 S 27 S 31 S 32 S 33 S 34 S 35 S 36 S 37 S 41 S 42 S 43 S 44 S 45 S 46 S 47 S 51 S 52 S 53 S 54 S 55 S 56 S 57 S 61 S 62 S 63 S 64 S 65 S 66 S 67 S 71 S 72 S 73 S 74 S 75 S 76 S 77 a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 . . . ( 1 )
在式(1)中，a1～a7分别表示由第1至第7微波导入组件611～617导入的入射微波，b1～b7分别表示反射至第1至第7微波导入组件611～617的反射微波。此处，i、j分别表示1以上7以下的整数。以下的说明中，使用i、j将第1至第7微波导入组件611～617之中任意的微波导入组件表示为“第i微波导入组件61i”、“第j微波导入组件61j”。Sij表示S参数，S参数表示由第j微波导入组件61j导入的入射微波和反射到第i微波导入组件61i的反射微波的关系。处理容器2内为真空状态，且在没有生成等离子体的状态下，理想来讲，S参数满足由下述的式(2)表示的关系。
式2
S ij = S ji S i 1 = S 1 j , ( i &NotEqual; j ) S ii = S jj , ( i &NotEqual; 1 , j &NotEqual; 1 ) S i , i + 1 = S j , j + 1 = S j , j + 5 , ( i &NotEqual; j &NotEqual; 1 ) S i , i + 2 = S j , j + 2 = S j , j + 4 , ( i &NotEqual; j &NotEqual; 1 ) S i , i + 3 = S j , j + 3 , ( i &NotEqual; j &NotEqual; 1 ) . . . ( 2 )
在式(2)中，等式Sij＝Sji表示：表示由第j微波导入组件61j导入的入射微波和反射至第i微波导入组件61i的反射微波的关系的S参数Sij，与表示由第i微波导入组件61i导入的入射微波和反射至第j微波导入组件61j的反射微波的关系的S参数Sji相等。式(2)中的其它的等式也同样。
为了使处理容器2内中的等离子体的分布均匀化，优选S参数满足由式(2)表示的关系。但是，但在多个微波导入组件61之中的一个或两个以上的微波导入组件61中产生异常时，微波导入组件61间的平衡崩溃，由此不能够满足由式(2)表示的关系。所以，通过使用S参数(例如调查S参数彼此的关系)，能够检测多个微波导入组件61中的异常。
以下，对S参数的取得方法进行具体说明。本实施方式中，S参数使用由电力测定器62E测定的入射微波和反射微波的电功率值而求取。此外，在处理容器2中生成了等离子体的状态下，入射微波被等离子体吸收，不能够正确测定反射微波的电功率值。为了防止该问题，优选S参数在处理容器2内为真空状态且没有生成等离子体的状态下求取。在此，“没有生成等离子体的状态”是指，例如对处理容器2内完全不进行处理气体的供给的状态和由帕邢曲线明确的不产生等离子体放电程度的气体供给量和压力条件下的状态。
首先，对表示从第1微波导入组件611导入处理容器2内的入射微波和反射到第i微波导入组件61i的反射微波的关系的S参数Si1的求取方法进行说明。在求S参数Si1的情况下，首先，停止从第2至第7微波导入组件612～617导入微波。该情况下的入射微波和反射微波的关系由下述的式(3)表示。
式3
b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 b 7 = S 11 S 12 S 13 S 14 S 15 S 16 S 17 S 21 S 22 S 23 S 24 S 25 S 26 S 27 S 31 S 32 S 33 S 34 S 35 S 36 S 37 S 41 S 42 S 43 S 44 S 45 S 46 S 47 S 51 S 52 S 53 S 54 S 55 S 56 S 57 S 61 S 62 S 63 S 64 S 65 S 66 S 67 S 71 S 72 S 73 S 74 S 75 S 76 S 77 a 1 0 0 0 0 0 0 . . . ( 3 )
接着，通过第1微波导入组件611对处理容器2内导入入射微波并且通过第1微波导入组件611的电力测定器62E测定入射微波的电功率值。接着，通过第1至第7微波导入组件611～617各自的电力测定器62E测定反射微波的电功率值。入射微波的电功率值和反射微波的电功率值满足由下述的式(4)表示的关系。
公式4
|bi|2＝|Si1|2·|a1|2   …(4)
在式(4)中，|a1|2表示由第1微波导入组件611导入处理容器2内的入射微波的电功率值，|bi|2表示由第i微波导入组件61i测定的反射微波的电功率值，|Si1|2表示S参数Si1的绝对值的平方。从式(4)可以理解，能够根据|a1|2和|bi|2求取|Si1|2。本实施方式中，由第1微波导入组件611导入的入射微波包括电功率值不同的多个入射波。作为一例，入射微波可以包括电功率值在1W～5W的范围内每1W不同的5个入射波。反射微波包括分别与多个入射波对应的多个反射波。而且，根据多个|a1|2和多个|bi|2通过最小二乘法求取|Si1|2，由此求取S参数Si1。
表示从第2至第7微波导入组件612～617导入处理容器2内的入射微波和反射到第i微波导入组件61i的反射微波的关系的S参数Sij(j≠1)的取得方法与上述S参数Si1的取得方法相同。即，将入射微波导入第2至第7微波导入组件612～617的每个中，测定反射至第1至第7微波导入组件611～617的反射微波，由此能够求取S参数Sij。
选自多个微波导入组件61中的两个微波导入组件构成的组合的S参数Sij，可以以网罗选自多个微波导入组件61中的两个微波导入组件的所有组合的方式取得，也可以针对特定的组合取得。作为特定的组合，例如有第1微波导入组件611和第2至第7微波导入组件612～617的组合、第2至第7微波导入组件612～617间的组合。作为第2至第7微波导入组件612～617间的组合，例如有以下说明的第1至第3组合。
图8是表示第1组合的说明图。第1组合是组合沿着上述假想的正六边形的外周相邻的两个微波导入组件61而成的组合。图8中，用双点划线表示相邻的两个微波导入组件61的组合。
图9是表示第2组合的说明图。第2组合是组合沿着上述假想的正六边形的外周每隔一个微波导入组件而相邻的两个微波导入组件61而成的。图9中，用双点划线表示每隔一个微波导入组件而相邻的两个微波导入组件61的组合。
图10是表示第3组合的说明图。第3组合是组合沿着上述假想的正六边形的外周每隔两个微波导入组件而相邻的两个微波导入组件61而成的。图10中，用双点划线表示每隔两个微波导入组件而相邻的两个微波导入组件61的组合。
[异常检测方法]
接着，对本实施方式的异常检测方法进行说明。本实施方式中，使用如上述方式取得的S参数Sij，检测多个微波导入组件61中的异常。此外，该异常检测能够在等离子体处理装置1的使用开始后、任意的时期进行。例如可以在处理特定的批量产品之前，执行该异常检测。
以下，对本实施方式的异常检测方法进行具体说明。本实施方式中，求取选自多个微波导入组件61中的任意的两个组合的S参数Sij的绝对值和组合不同的其它的两个微波导入组件61的S参数Sij的绝对值的差，将该差的绝对值和表示多个微波导入组件61中的异常的规定的阈值进行比较，由此检测多个微波导入组件61中的异常。作为上述差的绝对值有由下述的式(5)定义的ΔS1、ΔS2、ΔS3、ΔS4、ΔS5、ΔS6。
公式5
&Delta;S 1 = | | S ij | - | S ji | | &Delta;S 2 = | | S i 1 | - | S 1 j | | , ( i &NotEqual; j ) &Delta; S 3 = | | S ii | - | S jj | | , ( i &NotEqual; j &NotEqual; 1 ) &Delta;S 4 = | | S i , i + 1 | - | S j , j + j | | | | S j , j + 1 | - | S j , j + 5 | | | | S j , j + 5 | - | S i , i + 1 | | , ( i &NotEqual; j &NotEqual; 1 ) &Delta;S 5 = | | S i , i + 2 | - | S j , j + 2 | | | | S j , j + 2 | - | S j , j + 4 | | | | S j , j + 4 | - | S i , i + 2 | | , ( i &NotEqual; j &NotEqual; 1 ) &Delta;S 6 = | | S i , i + 3 | - | S j , j + 3 | | , ( i &NotEqual; j &NotEqual; 1 ) . . . ( 4 )
式(5)是基于式(2)而导出的。因而，理想而言，ΔS1～ΔS6均成为0。但是，当在微波导入组件61产生任何的异常时，ΔS1～ΔS6变得比0大。作为微波导入组件61中的异常，例如有放大器部62、调谐器64、天线部65的故障等。
此外，ΔS4表示上述第1组合的S参数Sij彼此的差的绝对值，ΔS5表示上述第2组合的S参数Sij彼此的差的绝对值，ΔS6表示上述第3组合的S参数Sij彼此的差的绝对值。
本实施方式中，接着，求取ΔS1～ΔS6各自的最大值。以下，将ΔS1～ΔS6各自的最大值标记为ΔS1max～ΔS6max。接着，求取ΔS1max～ΔS6max中的最大值ΔSmax。这样，通过使用最大值ΔS1max～ΔS6max和最大值ΔSmax，能够减轻后述的与阈值的比较中的运算处理的负荷。接着，比较ΔSmax和表示多个微波导入组件61中的异常的规定的阈值。例如，在ΔSmax小于规定的阈值的情况下，判定所有的微波导入组件61为正常。另外，在ΔSmax为规定的阈值以上的情况下，判定多个微波导入组件61的任一个为异常。阈值能够参照微波导入组件61为正常的状态的S参数和产生了异常的状态的S参数而设定为规定的值，例如能够设为0.07。
产生了异常的微波导入组件61例如能够通过调查是否由多个微波导入组件61的组合中的某个组合而得到了ΔSmax来进行确定。
在此，对检测出异常后的处理进行简单的说明。首先，检测出异常的微波导入组件61被从等离子体处理装置1取下，更换为正常的微波导入组件61。由此，能够正常使用等离子体处理装置1。另一方面，从等离子体处理装置1取下的微波导入组件61进行各种的动作确认，根据其结果进行部件更换等修理。由此，能够将该微波导入组件61作为正常的微波导入组件61使用。
接着，参照图11和图12，针对本实施方式的异常检测方法在等离子体处理装置1中的等离子体处理之前进行的情况列举例子进行说明。图11是表示异常检测方法的步骤的一例的流程图。图12是表示S参数的取得方法的步骤的一例的流程图。在该例中，首先取得S参数Sij。此时，处理容器2内为真空状态且没有生成等离子体的状态。如图12所示，取得S参数Sij的步骤中，首先通过第1微波导入组件611导入入射微波。接着，在第1至第7微波导入组件611～617中测定反射微波。接着，求取S参数S11～S71。接着，从第2微波导入组件612至第7微波导入组件617依次执行从导入入射微波的步骤到求取S参数的步骤。以上的运算处理例如能够通过控制部8的过程控制器81进行。
在如上述方式取得S参数Sij后，接着，如图11所示求取ΔS1～ΔS6。接着，求取ΔS1max～ΔS6max。接着，求取ΔSmax。接着，比较ΔSmax和表示多个微波导入组件61中的异常的规定的阈值。以上的运算处理例如能够通过控制部8的过程控制器81进行。而且，在ΔSmax小于规定的阈值的情况下，能够确认所有的微波导入组件61为正常的状态，因此过程控制器81发送控制信号，以执行规定的等离子体处理，能够在处理容器2内执行等离子体处理。
另外一方面，在ΔSmax为规定的阈值以上的情况下，检测到微波导入组件61中的异常。接着，确定产生了异常的微波导入组件61。在该情况下，例如在控制部8的用户接口82的显示器能够显示检测出异常的情况和检测出异常的微波导入组件61的信息。
至此为止的步骤例如能够基于异常检测方案由控制部8的过程控制器81自动执行。检测出异常的微波导入组件61更换为正常的微波导入组件61。接着，再次执行本实施方式的异常检测方法。
如以上说明的方式，在本实施方式的S参数的取得方法中，对多个微波导入组件61(611～617)中的每个导入入射微波，基于入射微波和从处理容器2反射到多个微波导入组件61的反射微波，求取选自多个微波导入组件61中的任意两个微波导入组件构成的组合各自的S参数Sij。另外，本实施方式的异常检测方法中，求取选自多个微波导入组件61中的任意两个微波导入组件构成的组合的S参数Sij的绝对值和组合不同的其它两个微波导入组件61的S参数Sij的绝对值的差，比较该差的绝对值的最大值和表示多个微波导入组件61中的异常的规定的阈值。根据以上，根据本实施方式，能够检测微波导入组件61中的异常。
此外，本发明不限于上述实施方式，能够进行各种变更。例如，对于分别作为S参数Sij彼此的差的绝对值的ΔS1～ΔS6，与直接规定的阈值比较，由此可以检测微波导入组件61中的异常。另外，根据阈值的设定的方法，可以肯定与S参数Sij彼此的差的绝对值ΔS1～ΔS6无关地将差其自身与阈值进行比较。另外，只要满足权利要求的范围的必要条件，微波导入组件61的数量和配置不限于实施方式所示的例子，可以为任意。
本国际申请主张基于2012年7月9日申请的日本国专利申请2012-153902号的优先权，在此引用该申请的全部内容。

Claims (12)

1.一种S参数的取得方法，是在等离子体处理装置中取得微波导入组件的S参数的方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置包括：
收纳被处理体的处理容器；
微波导入装置，其具有在所述处理容器内将用于生成等离子体的微波导入所述处理容器内的多个微波导入组件；和
对所述处理容器内进行减压排气的排气装置，其中
所述多个微波导入组件分别将所述微波导入所述处理容器内的不同位置，
使所述处理容器内成为真空状态且没有生成所述等离子体的状态，对各个所述多个微波导入组件导入所述微波，基于该微波和从所述处理容器反射到所述多个微波导入组件的反射微波，求取选自所述多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合各自的S参数。
2.如权利要求1所述的S参数的取得方法，其特征在于：
所述多个微波导入组件分别具有测定所述微波和所述反射微波的电功率值的电力测定器，
选自所述多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合各自的S参数是使用所述微波和所述反射微波的电功率值而求取的。
3.如权利要求2所述的S参数的取得方法，其特征在于：
所述微波包括在每个所述多个微波导入组件中电功率值不同的多个入射波，
所述反射微波包括分别与所述多个入射波对应的多个反射波。
4.如权利要求3所述的S参数的取得方法，其特征在于：
选自所述多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合各自的S参数，能够通过最小二乘法根据所述多个入射波的电功率值和所述多个反射波的电功率值求取。
5.如权利要求1所述的S参数的取得方法，其特征在于：
所述微波导入装置具有第1至第7微波导入组件作为所述多个微波导入组件，
所述处理容器包括顶部，该顶部具有使分别由所述第1至第7微波导入组件导入的所述微波通过所述处理容器内的第1至第7微波导入口，
所述第1微波导入口配置在所述顶部的中央部分，
所述第2至第7微波导入口分别配置在所述顶部中以所述第1微波导入口为中心的假想的正六边形的顶点。
6.如权利要求5所述的S参数的取得方法，其特征在于：
选自所述多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合包括所述第1微波导入组件和所述第2至第7中任一微波导入组件构成的组合。
7.如权利要求5所述的S参数的取得方法，其特征在于：
选自所述多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合包括第1组合、第2组合和第3组合中的至少一个，其中，第1组合是组合沿着所述假想的正六边形的外周相邻的两个微波导入组件，第2组合是组合沿所述假想的正六边形的外周每隔一个微波导入组件而相邻的两个微波导入组件，第3组合是组合沿着所述假想的正六边形的外周每隔两个微波导入组件而相邻的两个微波导入组件。
8.如权利要求5所述的S参数的取得方法，其特征在于：
选自所述多个微波导入组件中的两个微波导入组件构成的组合是网罗全部所述第1至第7微波导入组件的组合。
9.一种异常检测方法，是在等离子体处理装置中检测所述微波导入组件的异常的异常检测方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置包括：
收纳被处理体的处理容器；
微波导入装置，其具有在所述处理容器内将用于生成等离子体的微波导入所述处理容器内的多个微波导入组件；和
对所述处理容器内进行减压排气的排气装置，其中
所述多个微波导入组件分别将所述微波导入所述处理容器内的不同位置，
求取利用权利要求1至8中任一项所述的S参数的取得方法取得的多个S参数的绝对值之间的差，基于该差检测所述异常。
10.如权利要求9所述的异常检测方法，其特征在于：
对所述差的绝对值和表示所述多个微波导入组件中的异常的规定的阈值进行比较。
11.如权利要求10所述的异常检测方法，其特征在于：
所述差是对取得的全部的多个S参数相互进行运算而得到的多个差。
12.如权利要求11所述的异常检测方法，其特征在于：
对所述多个差的绝对值的最大值和所述阈值进行比较。
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