TWI575553B - Plasma processing device and plasma monitoring method - Google Patents

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TWI575553B TW102104375A TW102104375A TWI575553B TW I575553 B TWI575553 B TW I575553B TW 102104375 A TW102104375 A TW 102104375A TW 102104375 A TW102104375 A TW 102104375A TW I575553 B TWI575553 B TW I575553B
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Yutaka Fujino
Yoshinori Fukuda
Junichi Kitagawa
Nobuhiko Yamamoto
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Tokyo Electron Ltd
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Description

電漿處理裝置及電漿的監控方法
本發明是有關利用電漿來處理被處理體的電漿處理裝置及該電漿處理裝置的電漿的監控方法。
作為對半導體晶圓等的被處理體實施所定的電漿處理之電漿處理裝置，有利用具有複數個槽孔的平面天線來對處理容器內導入微波而生成電漿的槽孔天線(Slot Antenna)方式的電漿處理裝置為人所知。又，其他的電漿處理裝置，有利用線圈狀的天線來對處理容器內導入高頻而使電漿生成的感應耦合型電漿(Inductively Coupled Plasma；ICP)方式的電漿處理裝置為人所知。該等的電漿處理裝置是可在處理容器內使高密度的電漿生成，藉由所被生成的電漿來例如進行氧化處理、氮化處理、堆積處理、蝕刻處理等。
在電漿處理裝置中，為了實現安定的電漿處理，而在處理容器內所被進行之掌握電漿的狀態之監控會被進行。例如，在專利文獻1中提案一可使在處理容器內生成的電漿的發光通過設於處理容器的側部的計測窗而藉 由發光感測器來計測的電漿處理裝置。
可是，為了朝次世代以後的裝置開發，例如 為了一邊謀求3次元裝置加工或微細化的對應，一邊使生產性提升，而需要使現在300mm直徑的半導體晶圓大型化成450mm直徑。但，若被處理體的半導體晶圓大型化，則難以確保其面內的處理的均一性。作為使大型的被處理體的面內之處理的均一性提升的目的，例如在專利文獻2是設置複數的微波導入手段，從複數的部位導入微波至處理容器內，利用藉由該等的微波所生成的電漿之技術被提案。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-77092(圖2等)
[專利文獻2]日本特開2003-188154(圖1等)
如上述專利文獻2般，在處理容器內從複數的部位導入微波的方式的電漿處理裝置是藉由被導入的複數的微波來生成複數的電漿，該等是在處理容器內被合成。因此，上述方式的電漿處理裝置會有難以區別各個生成的電漿的狀態來監控之課題。例如，像專利文獻1那樣，採用在處理容器的側部設置發光感測器來檢測出電漿 的發光之方法時，無法迅速地檢測出相重疊的複數個電漿的其中一個熄滅的狀態。
本發明的目的是在於提供一種從複數的部位 導入微波至處理容器內的方式的電漿處理裝置中，可區別藉由複數的微波所生成的複數的電漿的狀態而來監控之電漿處理裝置及電漿的監控方法。
為了解決上述課題，本發明的電漿處理裝置，其特徵係具備：處理容器，其係收容被處理體；載置台，其係被配置於前述處理容器的內部，具有載置前述被處理體的載置面；氣體供給機構，其係對前述處理容器內供給處理氣體；複數的微波導入模組，其係將用以使電漿生成於前述處理容器內的微波分別導入至前述處理容器內；複數的發光感測器，其係為了根據按照在前述處理容器內所被進行的電漿處理的條件來預先選擇的對象波長，檢測出在每個前述微波導入模組所生成的電漿的發光，而分別對應於前述複數的微波導入模組來設置；及控制部，其係根據前述複數的發光感測器的檢測資料，分別監控前述複數的電漿的狀態。
又，本發明的電漿的監控方法係於電漿處理 裝置中進行電漿的監控者。本發明的電漿的監控方法中，前述電漿處理裝置係具備：處理容器，其係收容被處理體；載置台，其係被配置於前述處理容器的內部，具有載置前述被處理體的載置面；氣體供給機構，其係對前述處理容器內供給處理氣體；複數的微波導入模組，其係將用以使電漿生成於前述處理容器內的微波分別導入至前述處理容器內；及複數的發光感測器，其係為了根據按照在前述處理容器內所被進行的電漿處理的條件來預先選擇的對象波長，檢測出在每個前述微波導入模組所生成的電漿的發光，而分別對應於前述複數的微波導入模組來設置。
而且，本發明的電漿的監控方法，其特徵係根據前述複數的發光感測器的檢測資料，分別監控前述複數的電漿的狀態。
本發明的電漿處理裝置或電漿的監控方法中，前述對象波長亦可為：根據藉由從前述複數的微波導入模組之中彼此鄰接的2個微波導入模組來分別導入的微波所生成的2個電漿的發光強度的比而選擇者。此情況，前述發光強度的比亦可為：將為了生成監控對象的電漿而藉由前述微波導入模組來導入的微波功率PA與為了使鄰接於該監控對象的電漿之電漿生成而藉由前述微波導入模組來導入的微波功率PB的比PB/PA設定在5以上的條件 下分別使電漿生成而計測者。
又，本發明的電漿處理裝置或電漿的監控方 法中，係前述電漿處理亦可為電漿氧化處理，前述對象波長亦可為777nm附近。
又，本發明的電漿處理裝置或電漿的監控方 法，係前述電漿處理亦可為電漿氮化處理，前述對象波長亦可為835nm附近。
又，本發明的電漿處理裝置或電漿的監控方 法中，前述複數的微波導入模組係分別具有使微波透過至前述處理容器內而導入之微波透過窗，前述發光感測器亦可設在經由前述微波透過窗來檢測出前述電漿的發光之位置。
又，本發明的電漿處理裝置或電漿的監控方 法中，前述複數的微波導入模組係以1個的中心微波透過窗位於前述處理容器的頂部的中央部分，且以至少6個的外側微波透過窗包圍前述中心微波透過窗來位於其外側的方式配置。
若根據本發明的電漿處理裝置或電漿的監控方法，則可針對在處理容器內所生成的複數的電漿來分別高精度地監控點燃、熄滅、製程中的變動的有無等。因此，可防範於未然防止各個電漿的不點燃、熄滅等所引起的製程不良。
1‧‧‧電漿處理裝置
2‧‧‧處理容器
3‧‧‧氣體供給機構
4‧‧‧排氣裝置
5‧‧‧微波導入裝置
8‧‧‧控制部
14‧‧‧排氣管
15‧‧‧氣體導入部
16‧‧‧噴嘴
21‧‧‧載置台
21a‧‧‧載置面
24‧‧‧匹配器
25‧‧‧高頻偏壓電源
50‧‧‧微波輸出部
51‧‧‧電源部
52‧‧‧微波振盪器
53‧‧‧放大器
54‧‧‧分配器
60‧‧‧天線單元
61‧‧‧天線模組
62‧‧‧放大器部
63‧‧‧微波導入機構
64‧‧‧調諧器
65‧‧‧天線部
66‧‧‧本體容器
67‧‧‧內側導體
71‧‧‧平面天線
71a‧‧‧槽孔
72‧‧‧微波慢波材
73‧‧‧微波透過板
81‧‧‧製程控制器
82‧‧‧使用者介面
83‧‧‧記憶部
91‧‧‧微波感測器
92‧‧‧發光感測器
93‧‧‧微波感測器
W‧‧‧半導體晶圓
圖1是表示本發明的一實施形態的電漿處理裝置的概略構成的剖面圖。
圖2是表示圖1所示的控制部的構成的說明圖。
圖3是表示圖1所示的微波導入裝置的構成的說明圖。
圖4是表示圖3所示的微波導入機構的剖面圖。
圖5是表示圖4所示的微波導入機構的天線部的立體圖。
圖6是表示圖4所示的微波導入機構的平面天線的平面圖。
圖7是表示圖1所示的處理容器的頂部的底面圖。
圖8是表示圖1所示的微波導入裝置的複數的微波透過板的配置的說明圖。
圖9是模式性地說明在複數的電漿源所生成的電漿的狀態的原理圖。
圖10是表示在彼此相鄰的2個電漿源所分別生成的電漿的發光強度的比的圖。
圖11是模式性地說明在複數的電漿源所生成的電漿的別的狀態的原理圖。
圖12是表示在處理容器內的電漿的放電的有無與微波感測器之處理容器內的微波的檢測結果的關係圖表。
圖13是模式性地說明在複數的電漿源所生成的電漿的另外別的狀態的原理圖。
圖14是表示電漿的點燃、匹配開始、匹配完了為止的阻抗的軌跡的史密斯圖。
圖15是表示電漿點燃時的阻抗與電漿發光的時間變化的圖表。
以下，參照圖面詳細說明有關本發明的實施形態。首始，參照圖1及圖2來說明有關本發明的實施形態的電漿處理裝置的構成例。圖1是表示本實施形態的電漿處理裝置的概略構成的剖面圖。圖2是表示圖1所示的控制部的構成的說明圖。本實施形態的電漿處理裝置1是隨著連續的複數的動作來例如對半導體裝置製造用的半導體晶圓(以下簡稱「晶圓」)W實施成膜處理、擴散處理、蝕刻處理、灰化處理等的所定的處理的裝置。
電漿處理裝置1是具備：處理容器2，其係收容被處理體的晶圓W；載置台21，其係被配置於處理容器2的內部，具有載置晶圓W的載置面21a；氣體供給機構3，其係對處理容器2內供給氣體；排氣裝置4，其係將處理容器2內減壓排氣；微波導入裝置5，其係使供以令電漿生成於處理容器2內的微波產生，且將微波導入至處理容器2內；及 控制部8，其係控制該等電漿處理裝置1的各構成部。
另外，亦可取代氣體供給機構3，使用不含在電漿處理裝置1的構成之外部的氣體供給機構，作為對處理容器2內供給氣體的手段。
並且，電漿處理裝置1具備：微波感測器91，其係檢測出處理容器2內的微波；複數的發光感測器92，其係檢測出藉由微波所生成的電漿的發光；及複數的微波感測器93，其係檢測出微波傳送路的阻抗。
處理容器2是例如形成大略圓筒形狀。處理容器2是例如藉由鋁及其合金等的金屬材料所形成。微波導入裝置5是設在處理容器2的上部，作為在處理容器2內導入電磁波(微波)而生成電漿的電漿生成手段的機能。有關微波導入裝置5的構成會在往後詳細說明。
處理容器2是具有板狀的頂部11及底部13、及連結頂部11與底部13的側壁部12。頂部11是具有複數的開口部。側壁部12是具有用以在和鄰接於處理容器2的搬送室(未圖示)之間進行晶圓W的搬出入之搬出入口12a。在處理容器2與搬送室(未圖示)之間配置有閘閥G。閘閥G是具有開閉搬出入口12a的機能。閘閥G是在閉狀態下氣密地密封處理容器2，且在開狀態下可在處理容器2與搬送室(未圖示)之間移送晶圓W。並且，在處理容 器2的側壁部12的上部設有用以檢測出被導入至處理容器2內的微波之微波感測器91。微波感測器91是例如可使用同軸型電場感測器等。以微波感測器91所檢測出的訊號是在計測部(未圖示)被運算處理而資料化，送往控制部8的製程控制器81。有關微波感測器91的作用會在往後敘述。
底部13是具有複數(在圖1是2個)的排氣口 13a。電漿處理裝置1是更具備連接排氣口13a與排氣裝置4的排氣管14。排氣裝置4是具有APC閥、及可將處理容器2的內部空間高速減壓至所定的真空度之高速真空泵。如此的高速真空泵是例如有渦輪分子泵等。藉由使排氣裝置4的高速真空泵作動，處理容器2是其內部空間會被減壓至所定的真空度，例如0.133Pa。
電漿處理裝置1是更具備：在處理容器2內 支撐載置台21的支撐構件22、及設在支撐構件22與處理容器2的底部13之間，由絕緣材料所構成的絕緣構件23。載置台21是用以水平載置被處理體的晶圓W者。支撐構件22是具有從底部13的中央往處理容器2的內部空間延伸的圓筒狀的形狀。載置台21及支撐構件22是例如藉由AlN等所形成。
電漿處理裝置1是更具備：對載置台21供給 高頻電力的高頻偏壓電源25、及設在載置台21與高頻偏壓電源25之間的匹配器24。高頻偏壓電源25是為了將離子引入至晶圓W，而對載置台21供給高頻電力。
雖未圖示，但實際電漿處理裝置1是更具備 將載置台21加熱或冷卻的溫度控制機構。溫度控制機構是例如將晶圓W的溫度控制在25℃(室溫)~900℃的範圍內。並且，載置台21是具有設成可對載置面21a突沒的複數個支撐銷。複數的支撐銷是構成藉由任意的昇降機構來上下變位，可在上昇位置，與搬送室(未圖示)之間進行晶圓W的交接。
電漿處理裝置1是更具備設在處理容器2的 頂部11的氣體導入部15。氣體導入部15是具有形成圓筒形狀的複數個噴嘴16。噴嘴16是具有形成於其下面的氣體孔16a。有關噴嘴16的配置會在往後說明。
氣體供給機構3是具有：包含氣體供給源31 的氣體供給裝置3a、及連接氣體供給源31與氣體導入部15的配管32。另外，在圖1中是圖示1個的氣體供給源31，但氣體供給裝置3a是亦可按照所被使用的氣體種類來含複數的氣體供給源。
氣體供給源31是例如作為電漿生成用的稀有 氣體或使用在氧化處理或氮化處理的處理氣體等的氣體供給源使用。另外，電漿生成用的稀有氣體是例如可使用Ar、Kr、Xe、He等。作為使用在氧化處理的處理氣體是例如可使用氧氣體、臭氧氣體等的氧化性氣體。作為使用在氮化處理的處理氣體是例如可使用氮氣、NH3氣體等。 另外，稀有氣體也會有時與氧化處理用的處理氣體或氮化處理用的處理氣體一起被使用。
雖未圖示，但實際氣體供給裝置3a是更包含 設在配管32的途中之質量流控制器及開閉閥。被供給至處理容器2內的氣體的種類或該等的氣體的流量等是藉由質量流控制器及開閉閥來控制。
電漿處理裝置1的各構成部是分別被連接至 控制部8，藉由控制部8來控制。控制部8典型的是電腦。就圖2所示的例子而言，控制部8是具備：具備CPU的製程控制器81、及被連接至此製程控制器81的使用者介面82及記憶部83。
製程控制器81是統括控制電漿處理裝置1 中，例如與溫度、壓力、氣體流量、偏壓施加用的高頻電力、微波輸出等的製程條件有關的各構成部(例如高頻偏壓電源25、氣體供給裝置3a、排氣裝置4、微波導入裝置5等)的控制手段。並且，製程控制器81是微波感測器91、發光感測器92、微波感測器93等的感測器類也作為控制對象，接受來自該等的感測器類的檢測訊號，進行製程的條件的修正或製程的中止等的控制。
使用者介面82是具有為了工程管理者管理電 漿處理裝置1而進行指令的輸入操作等的鍵盤或觸控面板、使電漿處理裝置1的運轉狀況可視化顯示的顯示器等。
在記憶部83中是保存有用以藉由製程控制器 81的控制來實現在電漿處理裝置1所被實行的各種處理的控制程式(軟體)或記錄有處理條件資料等的處方等。並 且，在記憶部83中亦可與製程條件有所關聯地保存在使用後述的發光感測器92的監控時成為測定對象的波長。製程控制器81是按照來自使用者介面82的指示等，因應所需，從記憶部83叫出任意的控制程式或處方來實行。藉此，在製程控制器81的控制下，在電漿處理裝置1的處理容器2內進行所望的處理。
上述的控制程式及處方是例如可利用被儲存於CD-ROM、硬碟、軟碟、快閃記憶體、DVD、藍光光碟等的電腦可讀取的記憶媒體的狀態者。並且，上述的處方亦可從其他的裝置例如經由專線來使隨時傳送而上線利用。
其次，參照圖1、圖3~圖6來詳細說明有關微波導入裝置5的構成。圖3是表示微波導入裝置5的構成的說明圖。圖4是表示圖3所示的微波導入機構的剖面圖。圖5是表示圖4所示的微波導入機構的天線部的立體圖。圖6是表示圖4所示的微波導入機構的平面天線的平面圖。
<微波導入裝置>
如前述般，微波導入裝置5是設在處理容器2的上部，具有作為對處理容器2內導入電磁波(微波)而生成電漿的電漿生成手段之機能。
如圖1及圖3所示般，微波導入裝置5是具有：導電性構件的頂部11，其係配置在處理容器2的上 部，具有複數的開口部；微波輸出部50，其係生成微波，且將微波分配成複數的路徑而輸出；天線單元60，其係將從微波輸出部50輸出的微波導入至處理容器2。
就本實施形態而言，處理容器2的頂部11是兼任微波導入裝置5的導電性構件。
微波輸出部50是具有：電源部51、微波振盪器52、將藉由微波振盪器52而振盪的微波放大的放大器53、及將藉由放大器53而放大的微波分配至複數的路徑的分配器54。微波振盪器52是以所定的頻率(例如860MHz)來使微波振盪(例如PLL振盪)。另外，微波的頻率並非限於860MHz，亦可為2.45GHz、8.35GHz、5.8GHz、1.98GHz等。分配器54是一邊使輸入側及輸出側的阻抗匹配，一邊分配微波。
天線單元60是包含複數的天線模組61。複數的天線模組61是分別將藉由分配器54所分配的微波導入至處理容器2內。就本實施形態而言，複數的天線模組61的構成是全部相同。各天線模組61是具有：主要將所被分配的微波放大而輸出的放大器部62、及將從放大器部62輸出的微波導入至處理容器2內的微波導入機構63。天線模組61是對應於本發明的微波導入模組。
放大器部62是包含：相位器62A，其係使微波的相位變化； 可變增益放大器62B，其係調整被輸入至主放大器62C的微波的電力水準；主放大器62C，其係作為固態放大器構成；及隔離器62D，其係將被反射於後述的微波導入機構63的天線部而朝主放大器62C的反射微波分離。
相位器62A是構成可使微波的相位變化，而使微波的放射特性變化。相位器62A是例如被使用在按每個天線模組61調整微波的相位，藉此控制微波的指向性而使電漿的分布變化。另外，在不進行如此的放射特性的調整時，亦可不設相位器62A。
可變增益放大器62B是為了各個天線模組61的偏差調整或電漿強度的調整而被使用。例如，藉由使可變增益放大器62B按每個天線模組61變化，可調整處理容器2內全體的電漿的分布。
雖未圖示，但實際主放大器62C是例如包含輸入匹配電路、半導體放大元件、輸出匹配電路及高Q共振電路。半導體放大元件是例如可使用E級動作可能的GaAsHEMT、GaNHEMT、LD(Laterally Diffused)-MOS。
隔離器62D是具有循環器及假負載(同軸終端器)。循環器是將反射於後述的微波導入機構63的天線部的反射微波引導至假負載。假負載是將藉由循環器所引導的反射微波變換成熱。另外，如前述般，本實施形態是設有複數的天線模組61，可藉由複數的天線模組61的各個微波導入機構63來對處理容器2內導入複數的微波。因 此，各個的隔離器62D亦可為小型者，可將隔離器62D鄰接於主放大器62C而設。
如圖1所示般，複數的微波導入機構63是設在頂部11。
如圖4所示般，微波導入機構63是具有：調諧器64，其係使阻抗匹配；天線部65，其係將被放大的微波放射至處理容器2內；本體容器66，其係由金屬材料所構成，具有延伸於圖4的上下方向的圓筒狀的形狀；及內側導體67，其係於本體容器66內延伸於與本體容器66所延伸的方向同方向。
本體容器66及內側導體67是構成同軸管。本體容器66是構成此同軸管的外側導體。內側導體67是具有棒狀或筒狀的形狀。本體容器66的內周面與內側導體67的外周面之間的空間是形成微波傳送路68。
雖未圖示，但實際天線模組61是更具有設在本體容器66的基端側(上端側)的給電變換部。給電變換部是經由同軸電纜來連接至主放大器62C。隔離器62D是設在同軸電纜的途中。
天線部65是設在本體容器66之與給電變換部相反的側。如之後說明般，比本體容器66的天線部65更基端側的部分是成為調諧器64的阻抗調整範圍。
如圖4及圖5所示般，天線部65是在本體容 器66的下部，相較於上部，直徑大幅度擴大形成。天線部65是具有：被連接至內側導體67的下端部之平面天線71、及被配置在平面天線71的上面側之微波慢波材72、及被配置在平面天線71的下面側之微波透過板73。微波透過板73的下面是露出於處理容器2的內部空間。微波透過板73是經由本體容器66來嵌合於微波導入裝置5的導電性構件之頂部11的開口部。微波透過板73是對應於本發明的微波透過窗。
平面天線71是具有圓板形狀。並且，平面天 線71是具有形成貫通平面天線71的槽孔71a。圖5及圖6所示的例子是設有4個的槽孔71a，各槽孔71a是具有均等地分割成4個的圓弧形狀。另外，槽孔71a的數量是不限於4個，亦可為5個以上，或1個以上3個以下。並且，槽孔71a的形狀亦不限於圓弧狀，例如可為矩形、細溝狀等任意的形狀。
微波慢波材72是藉由具有比真空更大的介電 常數的材料所形成。形成微波慢波材72的材料是例如可使用石英、陶瓷、聚四氟乙烯樹脂等的氟系樹脂、聚醯亞胺樹脂等。微波是在真空中其波長會變長。微波慢波材72是具有縮短微波的波長來調整電漿的機能。並且，微波的相位是依微波慢波材72的厚度而變化。因此，藉由依微波慢波材72的厚度來調整微波的相位，平面天線71可調整成駐波的波腹的位置。藉此，可抑制平面天線71的反射波，且可擴大從平面天線71放射的微波的放射能 量。亦即，藉此可效率佳地將微波的功率導入至處理容器2內。
微波透過板73是藉由介電質材料所形成。作 為形成微波透過板73的介電質材料是例如使用石英或陶瓷等。微波透過板73是形成可以TE模式來有效率地放射微波之類的形狀。就圖5所示的例子而言，微波透過板73是具有長方體形狀。另外，微波透過板73的形狀是不限於長方體形狀，例如亦可為圓柱形狀、五角形柱形狀、六角形柱形狀、八角形柱形狀。
在上述那樣構成的微波導入機構63中，被放 大於主放大器62C的微波是通過本體容器66的內周面與內側導體67的外周面之間(微波傳送路68)來到達平面天線71，從平面天線71的槽孔71a透過微波透過板73來放射至處理容器2的內部空間。
<發光感測器>
在本實施形態的電漿處理裝置1中，發光感測器92是分別設在微波導入裝置5的各天線模組61。如圖4所示般，各天線模組61的微波導入機構63之圓筒狀的本體容器66的下部的天線部65相較於上部，直徑會大幅度擴大。在此擴大部分設有貫通本體容器66的壁、微波慢波材72及平面天線71來到達微波透過板73之感測器安裝用的開口66a。開口66a是設在平面天線71的徑方向比槽孔71a更內側(平面天線71的中心側)。在此開口66a安裝 有發光感測器92。另外，圖示省略，但實際開口66a是以槽孔71a的數量的n倍(n是1以上的整數)的數量來設於複數處。該等複數的開口66a是以同軸構造的微波導入機構63的內側導體67為中心來同一圓周狀地均等設置。藉由如此地均等配置複數的開口66a，由於開口66a所造成對電磁波的影響會相抵消，因此不會有打亂電場分布的情形，所以較理想。
發光感測器92是具備未圖示的受光元件的光學感測器。發光感測器92是可與計測部94連接訊號的收發。計測部94是可與控制部8連接訊號的收發。發光感測器92是經由微波透過板73來檢測出在微波透過板73的正下面的處理容器2內所生成的電漿的特定波長的發光。發光感測器92是亦可按照計測的對象波長來更換波長濾波器，或構成可切換複數的對象波長來檢測出。在發光感測器92所被檢測出的訊號是在計測部94中被運算處理而資料化，且送往控制部8的製程控制器81。有關該等的發光感測器92的機能的詳細會在往後敘述。
<微波感測器>
如圖4所示般，在各微波導入機構63的圓筒狀的本體容器66的上部，貫通本體容器66的壁而設有微波感測器93。微波感測器93是插入至微波傳送路68，檢測出微波傳送路68的阻抗。微波感測器93是例如可使用同軸型電場感測器等。以微波感測器93所檢測出的訊號是在未 圖示的計測部被運算處理而資料化，送往控制部8的製程控制器81。有關該等的微波感測器93的機能會在往後敘述。
調諧器64是構成鐵芯調諧器。具體而言，如 圖4所示，調諧器64是具有：配置於比本體容器66的天線部65更基端部側(上端部側)的部分的2個鐵芯74A，74B、及使2個鐵芯74A，74B動作的致動器75、及控制此致動器75的調諧器控制器76。
鐵芯74A，74B是具有板狀且環狀的形狀，配置於本體容器66的內周面與內側導體67的外周面之間。並且，鐵芯74A，74B是藉由介電質材料來形成。形成鐵芯74A，74B的介電質材料是例如可使用比介電常數為10的高純度氧化鋁。高純度氧化鋁通常比介電常數是比作為形成鐵芯的材料使用的石英(比介電常數3.88)或鐵氟龍(註冊商標)(比介電常數2.03)更大，因此可縮小鐵芯74A，74B的厚度。並且，高純度氧化鋁相較於石英或鐵氟龍(註冊商標)，具有介質損耗(tanδ)小，可縮小微波的損失之特徵。高純度氧化鋁是更具有應變小的特徵及耐熱的特徵。高純度氧化鋁是純度99.9%以上的氧化鋁燒結體為理想。並且，高純度氧化鋁亦可使用單結晶氧化鋁(藍寶石)。
調諧器64是根據來自調諧器控制器76的指令，藉由致動器75來使鐵芯74A，74B移動於上下方向。藉此，調諧器64調整阻抗。例如，調諧器控制器76 是以終端部的阻抗能夠形成50Ω的方式調整鐵芯74A，74B的位置。
在本實施形態中，主放大器62C、調諧器64 及平面天線71是彼此接近配置。尤其調諧器64及平面天線71是構成集總參數電路，且具有作為共振器的機能。 在平面天線71的安裝部分是存在阻抗不匹配。本實施形態是可藉由調諧器64包含電漿以高精度來調諧，可解除平面天線71的反射的影響。並且，可藉由調諧器64來高精度解除至平面天線71為止的阻抗不匹配，可實質地將不匹配部分設為電漿空間。藉此，可藉由調諧器64來高精度的電漿控制。
其次，參照圖7及圖8，說明有關微波透過板 73的配置。圖7是圖1所示的處理容器2的頂部11的底面圖。圖8是表示本實施形態的複數個微波透過板73的配置的說明圖。另外，在圖7是省略本體容器66的圖示。並且，在圖7及圖8中，為了表示發光感測器92的配置，將開口66a的位置重疊顯示於微波透過板73。在以下的說明中，微波透過板73是具有圓柱形狀。
微波導入裝置5是包含複數的微波透過板 73。如前述般，微波透過板73是對應於本發明的微波透過窗。複數的微波透過板73是在嵌合於微波導入裝置5的導電性構件之頂部11的複數的開口部的狀態下，配置於與載置台21的載置面21a平行的1個假想的平面上。 並且，複數的微波透過板73是包含在上述假想的平面 中，其中心點間的距離彼此相等或大致相等的3個微波透過板73。另外，所謂中心點間的距離大致相等是意指由微波透過板73的形狀精度或天線模組61(微波導入機構63)的組裝精度等的觀點，微波透過板73的位置是稍微偏離所望的位置也可以。
就本實施形態而言，複數的微波透過板73是 由7個的微波透過板73所構成，該7個的微波透過板73是被配置成六方最密配置。具體而言，複數的微波透過板73是由：被配置成其中心點會分別與正六角形的頂點一致或大致一致的6個微波透過板73A~73F、及被配置成其中心點會與正六角形的中心一致或大致一致的1個微波透過板73G所構成。在圖8中，符號PA~PG是分別表示微波透過板73A~73G的中心點。另外，所謂與頂點或中心點大致一致是意指由微波透過板73的形狀精度或天線模組61(微波導入機構63)的組裝精度等的觀點，微波透過板73的中心點是稍微偏離上述的頂點或中心也可以。
如圖7所示般，微波透過板73G是被配置於 頂部11的中央部分。6個的微波透過板73A~73F是以能夠包圍微波透過板73G的方式，配置於比頂部11的中央部分更外側。因此，微波透過板73G是對應於本發明的中心微波透過窗，微波透過板73A~73F是對應於本發明的外側微波透過窗。另外，在本實施形態中，所謂「頂部11的中央部分」是意指「頂部11的平面形狀的中央部分」。
]微波透過板73A~73G是一邊符合以下的第1 及第2條件一邊配置。第1條件是藉由連結微波透過板73A~73G的中心點PA~PG之中彼此鄰接的3個中心點來平面狀地形成6個的正三角形者。第2條件是藉由該等6個的正三角形來形成假想的正六角形者。如圖8所示般，若以能夠包圍微波透過板73G的方式連結微波透過板73A~73F的中心點PA~PF，則形成上述假想的正六角形。
另外，在圖8中，符號W是表示將晶圓W的 平面形狀投影於配置有複數的微波透過板73的假想的平面而形成的圖形(以下簡稱為晶圓W的平面形狀)。就圖8所示的例子而言，晶圓W的平面形狀是圓形。在本實施形態中，成為微波透過板73A~73F的中心點PA~PF的基準之正六角形的外緣是包含晶圓W的平面形狀。微波透過板73G的中心點PG是與晶圓W的平面形狀(圓)的中心點一致或大致一致。微波透過板73A~73F的中心點PA~PF是在相對於晶圓W的平面形狀之同心圓的圓周上，以均等或大致均等的間隔來配置。
本實施形態是在全部的微波透過板73中，彼 此鄰接的任意3個微波透過板73的中心點間的距離是彼此相等或大致相等。以下，針對此舉微波透過板73A，73B，73G為例進行說明。如圖8所示般，微波透過板73A，73B的中心點PA，PB是與正六角形的鄰接的2個頂點一致。又，微波透過板73G的中心點PG是與正六角形的中心點一致。如圖8所示般，連結中心點PA，PB，PG 而描繪的圖形是形成正三角形。因此，中心點PA，PB，PG間的距離是彼此相等。
有關上述的微波透過板73A，73B，73G的說 明是也適用在彼此鄰接的3個微波透過板73的任一組合。因此，本實施形態是在所有的微波透過板73中，彼此鄰接的任意3個的微波透過板73的中心點間的距離是彼此相等或大致相等。
如圖4所示般，微波導入機構63是形成包含 微波透過板73的一體構造。就本實施形態而言，複數的微波導入機構63是由7個的微波導入機構63所構成。各微波導入機構63是對應於圖7及圖8所示的微波透過板73所被配置的位置來配置。並且，如圖7所示般，氣體導入部15的複數個噴嘴16是在微波透過板73A~73F與微波透過板73G之間，配置成包圍微波透過板73G的周圍。
如圖4、圖7及圖8所示般，7個的發光感測 器92(開口66a)是對應於7個的微波透過板73來配置成與各微波透過板73分別上下重疊。對於外側的微波透過板73A~73F，外側的6個發光感測器92(6個的開口66a)是被配置成位於比連結中心點PA~PF的正六角形或圓周更靠晶圓W的徑方向外側。較理想是外側的6個發光感測器92(6個的開口66a)是以來自晶圓W的中心的距離能夠形成相等的方式，在同一圓周上，且等間隔配置。對於內側的微波透過板73G，發光感測器92(開口66a)是以和外 側的6個發光感測器92(開口66a)的距離不同會儘可能縮小的方式，重疊配置於內側的微波透過板73G。另外，各發光感測器92的配置並非限於圖示的形態。
如以上般，在電漿處理裝置1中，彼此鄰接 的微波透過板73的中心點間距離是被設定成彼此相等或大致相等。若被配置成鄰接的複數個微波透過板73的中心點間距離不同，則當根據各微波透過板73之微波電漿的密度分布全部同等時，在電漿密度產生偏差，難以確保晶圓W的面內之處理的均一性。相對於此，在電漿處理裝置1是彼此鄰接的微波透過板73的中心點間距離會被設定成彼此相等或大致相等，因此容易使微波電漿的密度分布均一化。如此，在電漿處理裝置1中，可以簡單的構成來使微波電漿的密度分布均一化，可取得晶圓W的面內之處理的均一性。
並且，在電漿處理裝置1中，微波透過板 73G是被配置於頂部11的中央部分，6個的微波透過板73A~73F是以能夠包圍微波透過板73G的方式配置於比頂部11的中央部分更外側。藉此，在電漿處理裝置1中，可於寬廣的領域，使微波電漿的密度分布均一化。並且，在電漿處理裝置1中，複數個天線模組61的構成是全部相同。藉此，在電漿處理裝置1中，可在各天線模組61使用同樣的電漿產生條件，微波電漿的密度分布的調整容易。另外，對應於正六角形的內側之領域的下方的電漿密度是比對應於正六角形的外側之領域的下方的電漿密 度更大。在本實施形態中，如參照圖8來說明般，成為微波透過板73A~73F的中心點PA~PF的基準之正六角形的外緣是包含晶圓W的平面形狀。藉此，在電漿處理裝置1中，可在電漿密度大的領域配置晶圓W。
其次，在本實施形態的電漿處理裝置1中，說明有關利用感測器類來進行的監控。
<發光監控>
在電漿處理裝置1中，發光監控是藉由發光感測器92來進行。由於電漿處理裝置1是藉由利用各天線模組61來導入至處理容器2內的微波，在各微波透過板73A~73G的正下面產生電漿，因此接近各微波透過板73A~73G來各配置一個發光感測器92。另外，在以下的說明中，有時將包含各微波透過板73A~73G的微波導入機構63分別記為「電漿源」。
圖9是模式性地說明在處理容器2內生成於3 個電漿源的電漿的狀態的原理圖。在此，基於說明的方便起見，將成為監控的對象的1個電漿源設為電漿源200A，且將鄰接於此電漿源200A的電漿源設為電漿源200B，200C。圖9是將3個電漿源之中配置於中央的電漿源設為電漿源200A。如圖9所示般，電漿處理裝置1是藉由透過各微波透過板73的微波，在各微波透過板73的正下面分別生成電漿100。由於電漿100是擴散於處理容器2內，所以在鄰接的電漿100彼此間產生部分地重 疊。因此，所欲檢測出在電漿源200A產生的電漿100的發光強度時，依照計測對象波長，檢測出在電漿源200B產生的電漿100的發光強度強的雜訊。其結果，難以精度佳地監控在電漿源200A產生的電漿100的發光。相對於此，本實施形態的電漿處理裝置1是由在電漿源200A產生的電漿100的發光強度及在電漿源200B產生的電漿100的發光強度的比來選擇預先在電漿源200B產生的電漿100的雜訊變小的波長作為對象波長，進行監控。對象波長的選擇是利用從電漿源200A的中心點P到發光感測器92的計測點PM為止的水平方向的距離L1及從電漿源200B的中心點P到計測點PM為止的水平方向的距離L2的差。
在此，基於更詳細說明本發明的原理之目 的，說明有關本發明的基礎之實驗結果。圖10是表示藉由實驗所取得之在彼此鄰接的2個電漿源所分別生成的電漿100的發光強度的比的圖。在此也是將成為監控的對象的1個電漿源設為電漿源200A，將鄰接於此電漿源200A的1個電漿源設為電漿源200B。圖10的縱軸是表示藉由電漿源200A所生成的電漿100的各波長的發光強度IA與藉由電漿源200B所生成的電漿100的各波長的發光強度IB的比(IA/IB)。橫軸是表示測定發光強度後的波長。
該等2個的發光強度IA，IB皆是藉由設置於 電漿源200A的1個發光感測器92來計測的值。並且，在實驗中是將藉由電漿源200A來導入至處理容器2內的微 波功率PA與藉由電漿源200B來導入至處理容器2內的微波功率PB的比PB/PA設定在5以上。具體而言，將微波功率PA設定成50W，將微波功率PB設定成400W。之所以如此將從電漿源200A導入的微波功率形成比從電漿源200B導入的微波功率更小的理由是為了找出發光強度的比IA/IB確實變大的波長。另外，電漿源200A，200B間的距離為微波透過板73的中心點間的距離(亦即圖9的L1與L2的和)，設定成175mm。
實驗是將壓力設定成127Pa，如以下般改變處 理氣體的種類及流量而實施。
(1)條件1：Ar氣體流量1000mL/min(sccm)
(2)條件2：Ar氣體流量1000mL/min(sccm)
N2氣體流量200mL/min(sccm)
(3)條件3：Ar氣體流量990mL/min(sccm)
O2氣體流量10mL/min(sccm)
(4)條件4：Ar氣體流量800mL/min(sccm)
O2氣體流量200mL/min(sccm)
圖10所示的發光強度的比大是意指在電漿源200A的發光感測器92中，不太受在電漿源200B所產生的電漿100的發光的影響，可感度佳地檢測出在電漿源 200A所產生的電漿100的發光強度。例如，條件2的情況是在波長835nm附近出現顯著地表示含氮電漿之強的峰值，條件4的情況是在777nm附近出現顯著地表示含氧電漿之強的峰值。並且，條件1、條件3的情況是例如在波長810nm~820nm附近，發光強度的比形成十分地大。
如此，在特定的波長中，在鄰接的2個電漿源200A，200B產生的電漿100的發光強度的比變大的理由，可想像其原因是該特定的波長之發光強度的檢測值與從各電漿100到發光感測器92的計測點PM為止的距離大有關聯。亦即，藉由設置在電漿源200A的一個發光感測器92來計測2個電漿100的發光強度IA，IB，因為電漿源200A與電漿源200B的位置不同，所以分別至計測點PM的距離L1，L2產生不同。例如，就圖9的例子而言，L1是形成比L2還相當短(L1<L2)。因為此距離L1，L2的不同，例如在距離L1是維持激發狀態而可取得大的發光強度，但在距離L2是減衰而發光強度變小的活性種時，可想像在計測點PM的發光強度的檢測結果產生大的差。 因此，藉由考量電漿100中的活性種的壽命，選擇發光強度的比IA/IB變大的波長，可一邊將在電漿源200B產生的電漿100的影響壓制到最小限度，一邊高感度地檢測出在電漿源200A產生的電漿100的發光強度。
又，圖10所示的實驗結果是將從電漿源 200A導入的微波功率PA與從電漿源200B導入的微波功 率PB的比PB/PA設定於5以上而取得者。只要在如此PA<PB的條件下，實驗性地確認選擇發光強度的比IA/IB出現大的波長作為對象波長，便應可在電漿處理裝置1所進行的通常電漿處理中假想的PA=PB的條件，發光強度的比IA/IB變更大，取得高的檢測精度。亦即，可與在電漿源200B產生的電漿100的發光強度區別而精度佳地檢測出在電漿源200A所產生的電漿100的發光強度。在用以選定對象波長的實驗中，由實際的電漿處理中找出發光強度的比IA/IB確實地變大的波長而容易監控的觀點來看，較理想是將上述微波功率的比PB/PA例如設定在5以上，更理想是設定在8以上，更加理想是設定在10以上。另外，在用以選定對象波長的實驗中，上述微波功率的比PB/PA以外的條件是準照進行監控之實際的電漿處理的條件為理想。
在以上的說明中是舉鄰接的2個電漿源 200A，200B為例，但例如分別包含圖8所示的微波透過板73A，73B，73C，73D，73E，73F，73G的7個電漿源之中，任意的2個電漿源之間是彼此按照距離在特定的波長的發光強度產生差。因此，在成為監控的對象的一個電漿源與其他的電漿源之間，只選擇上述發光強度的比變大的波長，而藉由發光感測器92來進行檢測，藉此可高感度地只監控監控對象的電漿源之電漿100的狀態。具體而言，可一邊極力排除在其他的6個電漿源所產生的電漿100的影響，一邊高精度地監控有關在監控的對象的電漿 源所產生的電漿，在製程的開始時是否電漿100正常地點燃，或在製程的途中是否電漿100熄滅，或製程中的電漿100有無變動等。
<微波監控>
在本實施形態的電漿處理裝置1中，處理容器2內的微波監控是藉由微波感測器91來進行。分別以複數的電漿源來使電漿100生成的電漿處理裝置1是如上述般，可利用複數的發光感測器92來監控電漿100的點燃、熄滅或電漿100的狀態。本實施形態的電漿處理裝置1是以補充發光感測器92的監控之目的，更以微波感測器91來檢測出被導入至處理容器2內的微波，藉此可迅速地掌握任一電漿源的電漿100的點燃或熄滅。
圖11是模式性地說明在處理容器2內生成於 3個電漿源的電漿100的狀態的原理圖。基於說明的方便起見，將中央的電漿源設為電漿源200A，將鄰接於其兩側的電漿源設為電漿源200B、200C。在圖11中，以虛線來表示電漿源200A的電漿100因某些的異常而熄滅的狀態。電漿源200B，200C是電漿100正常地放電的狀態。 就圖11所示那樣的狀態而言，假設像專利文獻1那樣，即使在處理容器2的側壁部12設置單一的發光感測器來檢測出電漿的發光，還是會因為在該發光感測器是複數的電漿100的光會被合成而射入，所以難以檢知在一個電漿源200A的電漿100的熄滅。電漿源的數量越多，此困難 性越增。於是，本實施形態的電漿處理裝置1是利用微波感測器91，檢測出處理容器2內的微波，藉此例如在電漿源200A當電漿100熄滅時，可迅速地檢知其事實。
圖12是表示在電漿處理裝置1的處理容器2 內之電漿100的放電的有無、及微波感測器91之處理容器2內的微波的檢測結果的關係圖表。此實驗是將處理容器2內的壓力設為20Pa，將Ar氣體流量設定於1000mL/min(sccm)，而以一個的電漿源來生成電漿100。圖12的縱軸是表示微波感測器91之微波的檢測值，橫軸是表示微波功率。並且，圖12中的虛線是表示電漿的點燃點，意指在由此虛線面朝紙面右側的領域中引起電漿放電。
由圖12，電漿100的點燃前是微波的檢測值 會與從電漿源導入的微波功率成比例變大。而且，可知微波的檢測值是在點燃點的附近急劇地變動，電漿放電中是在處理容器2內被檢測出的微波會變微弱。這表示被導入至處理容器2內的微波的大部分有助於電漿放電而被消費或形成反射波。因此，如圖11所示般，當複數的電漿源200A~200C之中一個的電漿源200A的電漿100點燃或熄滅時，可檢知微波感測器91之處理容器2內的微波的檢測值的變動。並且，藉由微波感測器91來檢測出電漿放電時的微弱的微波，亦可監控處理容器2內之電漿100的放電狀態。另外，作為微波感測器91的代表例，可舉電磁場探針。
另外，微波感測器91不只是配備於處理容器 2的側壁部12，例如亦可配備於頂部11，或與發光感測器92同樣配備於電漿源。並且，微波感測器91是亦可配備於每個複數的電漿源，或配備於處理容器2的側壁部12的複數處。
<阻抗監控>
在本實施形態的電漿處理裝置1中，阻抗監控是藉由各電漿源所配備的微波感測器93來進行。在複數的電漿源分別使電漿100生成的電漿處理裝置1中，如上述般，可利用複數的發光感測器92來監控電漿100的點燃、熄滅或電漿100的狀態。
本實施形態的電漿處理裝置1是以補充發光感測器92的監控之目的，更利用微波感測器93，測定隨電漿100的點燃之阻抗的變化。具體而言，藉由微波感測器93來從微波傳送路68的微波的行進波及反射波求取阻抗，藉此可迅速地掌握電漿100在各電漿源是否點燃。
圖13是模式性地說明在電漿處理裝置1的處 理容器2內生成於3個電漿源的電漿100的狀態的原理圖。在此，基於說明的方便起見，將中央的電漿源設為電漿源200A，將鄰接於其兩側的電漿源設為電漿源200B、200C。圖13中，電漿源200A是設為因某些的異常而時間上比電漿源200B，200C慢點燃電漿100。電漿源200B，200C是以正常的時序點燃電漿100。假設像專利 文獻1那樣，在處理容器2的側壁部12設置單一的發光感測器時，在該發光感測器是來自複數個電漿100的光會被合成而射入，因此電漿源的數量越多，越難檢知一個的電漿源的狀態，例如電漿源200A的電漿100是否正常地點燃。相對的，本實施形態的電漿處理裝置1是利用微波感測器93，檢測出微波傳送路68的阻抗，藉此可迅速地檢知在電漿源200A是否電漿點燃。
在此，一邊參照圖14及圖15，一邊說明針對 電漿100的點燃時的阻抗與發光的變動的關係來進行調查的實驗結果。此實驗是將處理容器2內的壓力設定成20Pa，且將Ar氣體流量設定成1000mL/min(sccm)，在一個的電漿源產生電漿100。圖14是將從微波功率的開啟(ON)到點燃、匹配開始、匹配完了之阻抗的軌跡顯示成史密斯圖者。在圖14中，菱形的繪圖(plot)的間隔不是一定，但繪圖間的時間是相等。在圖14中，繪圖PS1是輸入微量的微波功率，電漿100未被點燃的狀態。若追朔阻抗的軌跡，則形成以下般。一旦從繪圖PS1點燃電漿100，則藉由電漿100的負荷來隨大的變動而到達全反射條件的繪圖PS2。此繪圖PS1~PS2間的變動是表示電漿100的點燃。而且，從與繪圖PS2鄰接的繪圖PS3，使調諧器64的2個鐵芯74A，74B移動，開始匹配，最後至反射係數小的繪圖PS4，完成匹配。
另一方面，圖15是表示電漿點燃時的阻抗與 電漿發光的時間變化的圖表。面朝圖15的紙面左側的縱 軸是表示微波功率，右側的縱軸是規格化表示電漿100的發光的變動及阻抗的變動。在圖15所示的阻抗變動的繪圖中，從橫軸的10.5秒開啟(ON)微波功率之後，10.7秒前後開始的急劇上昇是表示電漿的點燃，對應於圖14的繪圖PS1~PS2。而且，在圖15中，電漿100點燃後，約至11.3秒前後的期間，發光強度的變化少，阻抗也幾乎不變化。然後，可知一旦發光強度開始大幅度變化，則阻抗也大幅度變化。
由圖14及圖15可理解電漿發光強度的變動 與阻抗的變動之間有關聯性。因此，藉由更換發光強度的檢測，進行阻抗的檢測，可迅速地檢知例如在圖13所示的電漿源200A是否電漿點燃。如圖13所示的事例般，當複數的電漿源之中一個電漿源200A時間上較慢點燃電漿100時，藉由電漿源200A的微波感測器93所檢測出的微波傳送路68的阻抗會成為與其他的電漿源200B，200C不同的檢測值。因此，藉由利用配備於各電漿源的微波感測器93來進行阻抗的監控，可代替或補充發光感測器92的監控。
另外，在電漿處理裝置1中，各微波感測器 93是在阻抗的匹配為必要的構成，不需要新的設備的附加，因此將該等利用於電漿100的監控，亦有利於成本面。
其次，說明有關電漿處理裝置1的電漿處理 的程序的一例。在此是舉使用含氧的氣體作為處理氣體， 對晶圓W的表面實施電漿氧化處理時為例，說明有關電漿處理的程序。首先，例如從使用者介面82，以能夠在電漿處理裝置1中進行電漿氧化處理的方式，對製程控制器81輸入指令。其次，製程控制器81接受此指令來讀出被保存於記憶部83或電腦可讀取的記憶媒體之處方。其次，以能夠依照根據處方的條件來實行電漿氧化處理的方式，從製程控制器81送出控制訊號至電漿處理裝置1的各終端裝置(例如高頻偏壓電源25、氣體供給裝置3a、排氣裝置4、微波導入裝置5等)。
其次，閘閥G會形成開狀態，藉由未圖示的 搬送裝置來使晶圓W通過閘閥G及搬出入口12a而搬入至處理容器2內。晶圓W是被載置於載置台21的載置面21a。其次，閘閥G會形成閉狀態，藉由排氣裝置4來將處理容器2內減壓排氣。其次，藉由氣體供給機構3來使所定的流量的稀有氣體及含氧氣體經由氣體導入部15而導入至處理容器2內。處理容器2的內部空間是藉由調整排氣量及氣體供給量來調整成所定的壓力。
其次，在微波輸出部50中，使被導入至處理 容器2內的微波產生。從微波輸出部50的分配器54輸出的複數的微波是被輸入至天線單元60的複數的天線模組61，藉由各天線模組61來導入至處理容器2內。在各天線模組61中，微波是傳播於放大器部62及微波導入機構63。到達微波導入機構63的天線部65的微波是從平面天線71的槽孔71a透過微波透過板73來放射至處理容器2 內的晶圓W的上方的空間。如此一來，微波會分別從各天線模組61來導入至處理容器2內。
如上述般，從複數的部位導入至處理容器2 內的微波是分別在處理容器2內形成電磁場。藉此，使被導入至處理容器2內的稀有氣體或含氧氣體等的處理氣體電漿化。然後，藉由電漿中的活性種，例如自由基或離子的作用來使晶圓W的矽表面氧化而形成矽氧化膜SiO2的薄膜。
一旦從製程控制器81送出使電漿處理終了於 電漿處理裝置1的各終端裝置的控制訊號，則微波的產生會被停止，且稀有氣體及含氧氣體的供給會被停止，對晶圓W的電漿處理終了。其次，閘閥G會成為開狀態，藉由未圖示的搬送裝置來搬出晶圓W。
另外，取代含氧氣體，使用含氮氣體，藉此 可對晶圓W實施氮化處理，形成矽氮化膜SiN的薄膜。
在上述電漿處理中，於處理容器2內的各電 漿的點燃、熄滅、以及產生的各電漿的狀態是以個別配置於各電漿源的發光感測器92來檢測出特定的對象波長的發光，藉此可按每個電漿源來區別監控。並且，亦可利用微波感測器91，檢測出處理容器2內的微波，藉此掌握處理容器2內的電漿的點燃或熄滅。而且，亦可利用微波感測器93，個別檢測出各電漿源的阻抗，藉此掌握在處理容器2內產生的各電漿的狀態。
另外，在利用發光感測器92等的監控下，例 如在進行製程之前被檢測出在一個的電漿源未點燃電漿時，可從製程控制器81送出中止製程的實行之控制訊號。並且，例如在製程途中檢測出在一個的電漿源電漿熄滅時，從製程控制器81送出控制訊號，使可在該電漿源實行再度的點燃，或中斷製程。
如以上般，若根據本實施形態的電漿處理裝 置1，則可針對在複數個電漿源之中一個乃至複數個電漿源產生的電漿100來高精度地監控是否正常地點燃、或是否在製程的途中熄滅，或在製程中有無變動等。因此，可防範於未然防止各個電漿源的電漿100的不點燃或熄滅等所造成的製程不良等。並且，藉由個別地監控複數的電漿，即使不使用品質管理用晶圓，還是可經常確認電漿的變動所引起的製程變動，因此有利於工業規模的量產。
另外，本發明並非限於上述各實施形態，亦 可實施各種的變更。例如，本發明的電漿處理方法並非限於以半導體晶圓作為被處理體時，例如亦可適用在以太陽電池面板的基板或平板顯示器用基板作為被處理體時。
又，亦可例如使用ICP電漿方式、ECR電漿 方式、表面波電漿方式、磁控管電漿方式等的其他方式的電漿處理裝置，作為電漿處理裝置。並且，不限於真空處理，亦可利用大氣壓電漿。
1‧‧‧電漿處理裝置
2‧‧‧處理容器
3‧‧‧氣體供給機構
3a‧‧‧氣體供給裝置
4‧‧‧排氣裝置
5‧‧‧微波導入裝置
8‧‧‧控制部
11‧‧‧頂部
12‧‧‧側壁部
12a‧‧‧搬出入口
13‧‧‧底部
13a‧‧‧排氣口
14‧‧‧排氣管
15‧‧‧氣體導入部
16‧‧‧噴嘴
16a‧‧‧氣體孔
21‧‧‧載置台
21a‧‧‧載置面
22‧‧‧支撐構件
23‧‧‧絶緣構件
24‧‧‧匹配器
25‧‧‧高頻偏壓電源
31‧‧‧氣體供給源
32‧‧‧配管
50‧‧‧微波輸出部
60‧‧‧天線單元
61‧‧‧天線模組
62‧‧‧放大器部
63‧‧‧微波導入機構
73‧‧‧微波透過板
91‧‧‧微波感測器
92‧‧‧發光感測器
93‧‧‧微波感測器
W‧‧‧半導體晶圓
G‧‧‧閘閥

Claims (14)

  1. 一種電漿處理裝置，其特徵係具備：處理容器，其係收容被處理體；載置台，其係被配置於前述處理容器的內部，具有載置前述被處理體的載置面；氣體供給機構，其係對前述處理容器內供給處理氣體；複數的微波導入模組，其係將用以使電漿生成於前述處理容器內的微波分別導入至前述處理容器內；複數的發光感測器，其係為了根據按照在前述處理容器內所被進行的電漿處理的條件來預先選擇的對象波長，檢測出在每個前述微波導入模組所生成的電漿的發光，而分別對應於前述複數的微波導入模組來設置；及控制部，其係根據前述複數的發光感測器的檢測資料，分別監控前述複數的電漿的狀態，前述對象波長，係利用對應於監控對象的前述微波導入模組而設的前述發光感測器，根據針對包含藉由監控對象的前述微波導入模組所生成的電漿之前述複數的電漿而檢測出的發光強度的比來選擇者。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中，前述發光強度的比係藉由從前述複數的微波導入模組之中彼此鄰接的2個微波導入模組來分別導入的微波所生成的2個電漿的發光強度的比。
  3. 如申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中，前 述發光強度的比係將為了生成監控對象的電漿而藉由前述微波導入模組來導入的微波功率PA與為了使鄰接於該監控對象的電漿之電漿生成而藉由前述微波導入模組來導入的微波功率PB的比PB/PA設定在5以上的條件下分別使電漿生成而計測者。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中的任一項所記載之電漿處理裝置，其中，前述電漿處理為電漿氧化處理。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中的任一項所記載之電漿處理裝置，其中，前述電漿處理為電漿氮化處理，前述對象波長為835nm附近。
  6. 如申請專利範圍第1~3項中的任一項所記載之電漿處理裝置，其中，前述複數的微波導入模組係分別具有使微波透過至前述處理容器內而導入之微波透過窗，前述發光感測器係設在經由前述微波透過窗來檢測出前述電漿的發光之位置。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中，前述複數的微波導入模組係以1個的中心微波透過窗位於前述處理容器的頂部的中央部分，且以至少6個的外側微波透過窗包圍前述中心微波透過窗來位於其外側的方式配置。
  8. 一種電漿的監控方法，其係於電漿處理裝置中進行電漿的監控之電漿的監控方法，其特徵為：前述電漿處理裝置係具備：處理容器，其係收容被處理體； 載置台，其係被配置於前述處理容器的內部，具有載置前述被處理體的載置面；氣體供給機構，其係對前述處理容器內供給處理氣體；複數的微波導入模組，其係將用以使電漿生成於前述處理容器內的微波分別導入至前述處理容器內；及複數的發光感測器，其係為了根據按照在前述處理容器內所被進行的電漿處理的條件來預先選擇的對象波長，檢測出在每個前述微波導入模組所生成的電漿的發光，而分別對應於前述複數的微波導入模組來設置；根據前述複數的發光感測器的檢測資料，分別監控前述複數的電漿的狀態，前述對象波長，係利用對應於監控對象的前述微波導入模組而設的前述發光感測器，根據針對包含藉由監控對象的前述微波導入模組所生成的電漿之前述複數的電漿而檢測出的發光強度的比來選擇者。
  9. 如申請專利範圍第8項之電漿的監控方法，其中，前述發光強度的比係藉由從前述複數的微波導入模組之中彼此鄰接的2個微波導入模組來分別導入的微波所生成的2個電漿的發光強度的比。
  10. 如申請專利範圍第9項之電漿的監控方法，其中，前述發光強度的比係將為了生成監控對象的電漿而藉由前述微波導入模組來導入的微波功率PA與為了使鄰接於該監控對象的電漿之電漿生成而藉由前述微波導入模組 來導入的微波功率PB的比PB/PA設定在5以上的條件下分別使電漿生成而計測者。
  11. 如申請專利範圍第8~10項中的任一項所記載之電漿的監控方法，其中，前述電漿處理為電漿氧化處理。
  12. 如申請專利範圍第8~10項中的任一項所記載之電漿的監控方法，其中，前述電漿處理為電漿氮化處理，前述對象波長為835nm附近。
  13. 如申請專利範圍第8~10項中的任一項所記載之電漿的監控方法，其中，前述複數的微波導入模組係分別具有使微波透過至前述處理容器內而導入之微波透過窗，前述發光感測器係設在經由前述微波透過窗來檢測出前述電漿的發光之位置。
  14. 如申請專利範圍第13項之電漿的監控方法，其中，前述複數的微波導入模組係以1個的中心微波透過窗位於前述處理容器的頂部的中央部分，且以至少6個的外側微波透過窗包圍前述中心微波透過窗來位於其外側的方式配置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI710286B (zh) * 2017-07-10 2020-11-11 美商梅瑞堤儀器公司 微波電漿源
US10923324B2 (en) 2017-07-10 2021-02-16 Verity Instruments, Inc. Microwave plasma source
TWI721373B (zh) * 2018-06-28 2021-03-11 美商梅瑞堤儀器公司 電漿源，用於一電漿之激發之激發系統及光學監控系統

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103632998B (zh) * 2013-11-22 2016-05-04 沈阳拓荆科技有限公司 等离子体处理装置
JP6356415B2 (ja) 2013-12-16 2018-07-11 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
CN105430862A (zh) * 2014-09-23 2016-03-23 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种表面波等离子体设备
JP2016081908A (ja) * 2014-10-21 2016-05-16 東京エレクトロン株式会社 マグネトロンを検査する方法
CN104597785B (zh) * 2014-12-09 2017-03-15 中国地质大学（武汉） 一种icp离子源自动点火控制方法
JP2016177997A (ja) * 2015-03-20 2016-10-06 東京エレクトロン株式会社 チューナ、マイクロ波プラズマ源、およびインピーダンス整合方法
JP6509049B2 (ja) * 2015-06-05 2019-05-08 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP6603586B2 (ja) * 2016-01-19 2019-11-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP6210117B2 (ja) * 2016-02-15 2017-10-11 プラズマ電子株式会社 光学式計測器、プラズマ処理装置および燃焼装置
JP6671230B2 (ja) * 2016-04-26 2020-03-25 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびガス導入機構
US10748745B2 (en) * 2016-08-16 2020-08-18 Applied Materials, Inc. Modular microwave plasma source
JP6718788B2 (ja) * 2016-10-18 2020-07-08 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波出力装置及びプラズマ処理装置
JP6749258B2 (ja) 2017-01-31 2020-09-02 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ源、マイクロ波プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法
US10790118B2 (en) * 2017-03-16 2020-09-29 Mks Instruments, Inc. Microwave applicator with solid-state generator power source
JP6899693B2 (ja) * 2017-04-14 2021-07-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び制御方法
JP6890459B2 (ja) * 2017-04-14 2021-06-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び制御方法
KR101957278B1 (ko) * 2017-08-17 2019-03-13 (주)에스엔텍 플라즈마 모니터링 장치
JP2019106358A (ja) * 2017-12-14 2019-06-27 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
JP7233348B2 (ja) * 2019-09-13 2023-03-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2021118045A (ja) * 2020-01-22 2021-08-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ観測システム及びプラズマ観測方法
KR102476767B1 (ko) 2021-03-17 2022-12-09 피에스케이홀딩스 (주) 플라즈마 감지 장치
JP2023023737A (ja) * 2021-08-06 2023-02-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び処理状況検出方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003142460A (ja) * 2001-11-05 2003-05-16 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ処理装置
JP2005072371A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Seiko Epson Corp プラズマ装置、薄膜の製造方法及び微細構造体の製造方法
WO2005093810A1 (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Sekisui Chemical Co., Ltd. 酸窒化膜及び窒化膜の形成方法、形成装置、酸窒化膜、窒化膜、及び基材
JP2006024764A (ja) * 2004-07-08 2006-01-26 Canon Inc プラズマ発光強度分布計測方法及びプラズマ処理装置
JP2006128380A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法および製造装置
CN101289736A (zh) * 2007-04-18 2008-10-22 松下电器产业株式会社 分压测量方法及分压测量装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0582289A (ja) * 1991-09-20 1993-04-02 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理方法および装置
JP3258852B2 (ja) * 1995-04-27 2002-02-18 シャープ株式会社 ドライエッチング装置の異常検出方法
JP4188004B2 (ja) * 2002-05-31 2008-11-26 芝浦メカトロニクス株式会社 プラズマ処理装置及び可変パワー分配器
TW200742506A (en) * 2006-02-17 2007-11-01 Noritsu Koki Co Ltd Plasma generation apparatus and work process apparatus
JP5161086B2 (ja) * 2006-07-28 2013-03-13 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ源およびプラズマ処理装置
JP2010170974A (ja) * 2008-12-22 2010-08-05 Tokyo Electron Ltd プラズマ源およびプラズマ処理装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003142460A (ja) * 2001-11-05 2003-05-16 Shibaura Mechatronics Corp プラズマ処理装置
JP2005072371A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Seiko Epson Corp プラズマ装置、薄膜の製造方法及び微細構造体の製造方法
WO2005093810A1 (ja) * 2004-03-26 2005-10-06 Sekisui Chemical Co., Ltd. 酸窒化膜及び窒化膜の形成方法、形成装置、酸窒化膜、窒化膜、及び基材
JP2006024764A (ja) * 2004-07-08 2006-01-26 Canon Inc プラズマ発光強度分布計測方法及びプラズマ処理装置
JP2006128380A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法および製造装置
CN101289736A (zh) * 2007-04-18 2008-10-22 松下电器产业株式会社 分压测量方法及分压测量装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI710286B (zh) * 2017-07-10 2020-11-11 美商梅瑞堤儀器公司 微波電漿源
US10923324B2 (en) 2017-07-10 2021-02-16 Verity Instruments, Inc. Microwave plasma source
TWI721373B (zh) * 2018-06-28 2021-03-11 美商梅瑞堤儀器公司 電漿源，用於一電漿之激發之激發系統及光學監控系統

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Publication number Publication date
JP5848982B2 (ja) 2016-01-27
KR20130095225A (ko) 2013-08-27
CN103258706B (zh) 2016-04-27
CN103258706A (zh) 2013-08-21
TW201346973A (zh) 2013-11-16
KR101475591B1 (ko) 2014-12-22
JP2013171847A (ja) 2013-09-02

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