(57)【要約】【課題】複数のマイクロ波導入モジュールが設けられたプラズマ処理装置においてＳパラメータを取得する。【解決手段】プラズマ処理装置１は、処理容器２と、複数のマイクロ波導入モジュール６１を有するマイクロ波導入装置５とを備えている。複数のマイクロ波導入モジュール６１毎にマイクロ波を導入し、このマイクロ波と、処理容器２から複数のマイクロ波導入モジュール６１に反射された反射マイクロ波に基づいて、複数のマイクロ波導入モジュール６１の組み合わせ毎のＳパラメータを求める。【選択図】図１２
2014017121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器内においてプラズマを生成させるためのマイクロ波を前記処理容器内に導入する複数のマイクロ波導入モジュールを有するマイクロ波導入装置と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
を備えたプラズマ処理装置において前記マイクロ波導入モジュールのＳパラメータを取得する方法であって、
前記複数のマイクロ波導入モジュールは、それぞれ、前記マイクロ波を前記処理容器内の別々の場所に導入するものであり、
前記処理容器内を、真空状態、且つ、前記プラズマが生成されない状態にして、前記複数のマイクロ波導入モジュール毎に前記マイクロ波を導入し、このマイクロ波と、前記処理容器から前記複数のマイクロ波導入モジュールに反射された反射マイクロ波に基づいて、前記複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせ毎のＳパラメータを求めることを特徴とするＳパラメータの取得方法。
【請求項２】
前記複数のマイクロ波導入モジュールは、それぞれ、前記マイクロ波及び前記反射マイクロ波の電力値を測定する電力測定器を有し、
前記複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせ毎のＳパラメータは、前記マイクロ波及び前記反射マイクロ波の電力値を用いて求められるものであることを特徴とする請求項１に記載のＳパラメータの取得方法。
【請求項３】
前記マイクロ波は、前記複数のマイクロ波導入モジュール毎に電力値の異なる複数の入射波を含み、
前記反射マイクロ波は、それぞれ前記複数の入射波に対応する複数の反射波を含むことを特徴とする請求項２に記載のＳパラメータの取得方法。
【請求項４】
前記複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせ毎のＳパラメータは、前記複数の入射波の電力値と前記複数の反射波の電力値から、最小二乗法によって求められるものであることを特徴とする請求項３に記載のＳパラメータの取得方法。
【請求項５】
前記マイクロ波導入装置は、前記複数のマイクロ波導入モジュールとして、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュールを有し、
前記処理容器は、それぞれ前記第１ないし第７のマイクロ波導入モジュールによって導入される前記マイクロ波を前記処理容器内に通過させる第１ないし第７のマイクロ波導入ポートを有する天井部を含み、
前記第１のマイクロ波導入ポートは、前記天井部の中央部分に配置され、
前記第２ないし第７のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、前記天井部において、前記第１のマイクロ波導入ポートを中心とする仮想の正六角形の頂点に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＳパラメータの取得方法。
【請求項６】
前記複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせは、前記第１のマイクロ波導入モジュールと前記第２ないし第７のいずれかのマイクロ波導入モジュールとの組み合わせを含むことを特徴とする請求項５に記載のＳパラメータの取得方法。
【請求項７】
前記複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせは、前記仮想の正六角形の外周に沿って隣接する２つのマイクロ波導入モジュールを組み合わせる第１の組み合わせと、前記仮想の正六角形の外周に沿って１つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュールを組み合わせる第２の組み合わせと、前記仮想の正六角形の外周に沿って２つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュールを組み合わせる第３の組み合わせのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のＳパラメータの取得方法。
【請求項８】
前記複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせは、前記第１ないし第７のマイクロ波導入モジュールの全てを網羅する組み合わせであることを特徴とする請求項５に記載のＳパラメータの取得方法。
【請求項９】
被処理体を収容する処理容器と、
前記処理容器内においてプラズマを生成させるためのマイクロ波を前記処理容器内に導入する複数のマイクロ波導入モジュールを有するマイクロ波導入装置と、
前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、
を備えたプラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入モジュールにおける異常を検知する方法であって、
前記複数のマイクロ波導入モジュールは、それぞれ、前記マイクロ波を前記処理容器内の別々の場所に導入するものであり、
請求項１から８のいずれか１項に記載のＳパラメータの取得方法によって取得された、複数のＳパラメータの絶対値の間で差分を求め、この差分に基づき前記異常を検知することを特徴とする異常検知方法。
【請求項１０】
前記差分の絶対値を、前記複数のマイクロ波導入モジュールにおける異常を表す所定のしきい値と比較することを特徴とする請求項９に記載の異常検知方法。
【請求項１１】
前記差分は、取得された複数のＳパラメータのすべてについて相互に演算して得られた複数の差分であることを特徴とする請求項１０に記載の異常検知方法。
【請求項１２】
前記複数の差分の絶対値の最大値と、前記しきい値とを比較することを特徴とする請求項１１に記載の異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のマイクロ波導入モジュールを有するマイクロ波導入装置を備えたプラズマ処理装置におけるＳパラメータ取得方法及び異常検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ等の被処理体に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置として、複数のスロットを有する平面アンテナを用いて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるスロットアンテナ方式のプラズマ処理装置が知られている。また、他のプラズマ処理装置として、コイル状のアンテナを用いて処理容器内に高周波を導入してプラズマを生成させる誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma；ＩＣＰ）方式のプラズマ処理装置が知られている。これらのプラズマ処理装置では、処理容器内で高密度のプラズマを生成させることが可能であり、生成されたプラズマによって、例えば酸化処理、窒化処理、堆積処理、エッチング処理等が行われる。
【０００３】
次世代以降のデバイス開発に向けて、例えば３次元デバイス加工や微細化への対応を図りながら生産性を向上させるためには、ウエハ面内における処理の均一性を確保しながら、現在３００ｍｍ径のウエハを４５０ｍｍ径に大型化させる必要がある。そのためには、ウエハに対応して大型化する処理容器内におけるプラズマの分布（密度分布）を均一化させる必要がある。
【０００４】
上記のスロットアンテナ方式のマイクロ波プラズマ処理装置では、プラズマの分布の制御は、スロットの形状や配置、処理容器やマイクロ波導入窓の形状設計等によって行われていた。例えば、処理内容に応じてプラズマの分布を変えるためには、最適に調整された異なるスロット形状や配置の平面アンテナに交換することが必要であった。また、上記のＩＣＰ方式のプラズマ処理装置でも、プラズマの分布を変えるためには、最適に調整された異なるコイル形状や配置のアンテナに変換することが必要であった。しかしながら、このようなアンテナの交換は、再設計等の手間と時間を要する大掛かりな作業であった。
【０００５】
また、プラズマの分布は、例えば、マイクロ波のパワー、処理圧力、ガス流量等のプロセスパラメータを変えることによって最適なプラズマ環境に調整することが可能である。しかしながら、これらのプロセスパラメータは、プロセス条件と切り離すことが出来ないため、プロセスパラメータを変化させうる範囲でのプラズマの分布の変化幅(マージン)が小さく、その効果には限界があった。
【０００６】
また、平面アンテナ、処理容器等の製作公差、組み立て誤差、同一仕様の装置間での機差等の諸要因により、処理容器内でプラズマの対称性が崩れてプラズマの分布が偏心した場合、これを簡易な方法で補正する手段がなかったため、平面アンテナの交換等の大掛かりな装置改変が必要になってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、処理容器内におけるプラズマの分布を均一化させるために、マイクロ波を処理容器内の別々の場所に導入し、これらのマイクロ波によって生成される複数のプラズマの分布を制御するプラズマ処理装置が考えられる。このようなプラズマ処理装置では、処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入モジュールを複数（例えば７つ）設けることが想定される。
【０００８】
ところで、プラズマ処理装置では、使用開始後に発生する種々の異常を検知することが求められる。特許文献１には、真空チャンバー内に設けられた下部電極に電力を供給してプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、下部電極に印加される電圧を監視して、プラズマ状態の異常を判断する方法が記載されている。特許文献２には、出力周波数が異なる２つの高周波電源から電力が供給されるプラズマ処理装置において、給電回路上の電圧等を監視して、プラズマ処理装置の異常の有無を監視する方法が記載されている。
【０００９】
また、複数のマイクロ波導入モジュールが設けられたプラズマ処理装置のように、複数の入射波と複数の反射波が存在する装置の場合、この装置の状態を表すパラメータとして、複数の入射波と複数の反射波との関係を表すＳパラメータを用いることが考えられる。特許文献３には、ベクトルネットワークアナライザのパワー校正において、２ポートＳパラメータ校正を実行することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３０５１８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１１９１７９号公報
【特許文献３】特開２００６−３１７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
複数のマイクロ波導入モジュールが設けられたプラズマ処理装置では、複数のマイクロ波導入モジュール間でバランス良くマイクロ波を導入することが求められる。しかし、１つ又は２つ以上のマイクロ波導入モジュールに異常が発生すると、複数のマイクロ波導入モジュール間のバランスが崩れてしまい、その結果、プラズマ処理が正常に行われなくなる。そのため、このようなプラズマ処理装置では、複数のマイクロ波導入モジュール間のバランスを崩すようなマイクロ波導入モジュールにおける異常を検知することが求められる。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数のマイクロ波導入モジュールが設けられたプラズマ処理装置においてＳパラメータを取得する方法、及び、マイクロ波導入モジュールにおける異常を検知する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＳパラメータの取得方法が適用されるプラズマ処理装置は、被処理体を収容する処理容器と、処理容器内においてプラズマを生成させるためのマイクロ波を処理容器内に導入する複数のマイクロ波導入モジュールを有するマイクロ波導入装置と、前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、を備えている。複数のマイクロ波導入モジュールは、それぞれ、マイクロ波を処理容器内の別々の場所に導入するものである。
【００１４】
本発明のＳパラメータの取得方法は、前記処理容器内を、真空状態、且つ、前記プラズマが生成されない状態にして、複数のマイクロ波導入モジュール毎にマイクロ波を導入し、このマイクロ波と、処理容器から複数のマイクロ波導入モジュールに反射された反射マイクロ波に基づいて、複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせ毎のＳパラメータを求める。
【００１５】
本発明のＳパラメータの取得方法において、複数のマイクロ波導入モジュールは、それぞれ、マイクロ波及び反射マイクロ波の電力値を測定する電力測定器を有していてもよい。この場合、複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせ毎のＳパラメータは、マイクロ波及び反射マイクロ波の電力値を用いて求められるものであってもよい。また、この場合、マイクロ波は、複数のマイクロ波導入モジュール毎に電力値の異なる複数の入射波を含み、反射マイクロ波は、それぞれ複数の入射波に対応する複数の反射波を含んでいてもよい。複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせ毎のＳパラメータは、複数の入射波の電力値と複数の反射波の電力値から、最小二乗法によって求められるものであってもよい。
【００１６】
また、本発明のＳパラメータの取得方法において、マイクロ波導入装置は、複数のマイクロ波導入モジュールとして、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュールを有し、処理容器は、それぞれ第１ないし第７のマイクロ波導入モジュールによって導入されるマイクロ波を処理容器内に通過させる第１ないし第７のマイクロ波導入ポートを有する天井部を含んでいてもよい。この場合、第１のマイクロ波導入ポートは、天井部の中央部分に配置されてもよい。また、第２ないし第７のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、天井部において、第１のマイクロ波導入ポートを中心とする仮想の正六角形の頂点に配置されてもよい。
【００１７】
また、本発明のＳパラメータの取得方法において、マイクロ波導入装置が第１ないし第７のマイクロ波導入モジュールを有する場合、複数のマイクロ波導入モジュールの中から選ばれる２つの組み合わせは、第１のマイクロ波導入モジュールと第２ないし第７のいずれかのマイクロ波導入モジュールとの組み合わせを含んでいてもよいし、以下の第１ないし第３の組み合わせのうち、少なくとも１つを含んでいてもよいし、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュールの全てを網羅する組み合わせであってもよい。第１の組み合わせは、上記仮想の正六角形の外周に沿って隣接する２つのマイクロ波導入モジュールを組み合わせるものである。第２の組み合わせは、上記仮想の正六角形の外周に沿って１つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュールを組み合わせるものである。第３の組み合わせは、上記仮想の正六角形の外周に沿って２つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュールを組み合わせるものである。
【００１８】
本発明の異常検知方法が適用されるプラズマ処理装置は、被処理体を収容する処理容器と、処理容器内においてプラズマを生成させるためのマイクロ波を処理容器内に導入する複数のマイクロ波導入モジュールを有するマイクロ波導入装置と、前記処理容器内を減圧排気する排気装置と、を備えている。複数のマイクロ波導入モジュールは、それぞれ、マイクロ波を処理容器内の別々の場所に導入するものである。
【００１９】
本発明の異常検知方法は、本発明のＳパラメータの取得方法によって取得された、複数のＳパラメータの絶対値の間で差分を求め、この差分に基づき前記異常を検知する。この場合、前記差分の絶対値を、複数のマイクロ波導入モジュールにおける異常を表す所定のしきい値と比較してもよい。また、前記差分は、取得された複数のＳパラメータのすべてについて相互に演算して得られた複数の差分であってもよく、さらに、前記複数の差分の絶対値の最大値と、前記しきい値とを比較してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のＳパラメータの取得方法では、複数のマイクロ波導入モジュール毎にマイクロ波を導入し、このマイクロ波と反射マイクロ波に基づいてＳパラメータを求める。これにより、本発明によれば、複数のマイクロ波導入モジュールが設けられたプラズマ処理装置において、Ｓパラメータを取得することができる。
【００２１】
また、本発明の異常検知方法では、Ｓパラメータの絶対値と、複数のマイクロ波導入モジュールの組み合わせが異なる他のＳパラメータとの差分を求め、この差分と、複数のマイクロ波導入モジュールにおける異常を表す所定のしきい値とを比較する。これにより、本発明によれば、マイクロ波導入モジュールにおける異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した制御部の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入装置の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入モジュールの一部を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入モジュールのアンテナ部を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入モジュールの平面アンテナを示す平面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における処理容器の天井部の底面を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における複数のマイクロ波導入モジュールの第１の組み合わせを示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態における複数のマイクロ波導入モジュールの第２の組み合わせを示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における複数のマイクロ波導入モジュールの第３の組み合わせを示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る異常検知方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施の形態に係るＳパラメータの取得方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［プラズマ処理装置］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１及び図２を参照して、本発明の一実施の形態に係るＳパラメータの取得方法及び異常検知方法が適用されるプラズマ処理装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略の構成を示す断面図である。図２は、図１に示した制御部の構成を示す説明図である。本実施の形態におけるプラズマ処理装置１は、連続する複数の動作を伴って、例えば半導体デバイス製造用の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す。）Ｗに対して、成膜処理、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理等の所定の処理を施す装置である。
【００２４】
プラズマ処理装置１は、被処理体であるウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２の内部に配置され、ウエハＷを載置する載置面２１ａを有する載置台２１と、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構３と、処理容器２内を減圧排気する排気装置４と、処理容器２内においてプラズマを生成させるためのマイクロ波を処理容器２内に導入する複数のマイクロ波導入モジュール６１を有するマイクロ波導入装置５と、これらプラズマ処理装置１の各構成部を制御する制御部８とを備えている。なお、処理容器２内にガスを供給する手段としては、ガス供給機構３の代わりに、プラズマ処理装置１の構成には含まれない外部のガス供給機構を使用してもよい。
【００２５】
＜処理容器＞
処理容器２は、例えば略円筒形状をなしている。処理容器２は、例えばアルミニウム及びその合金等の金属材料によって形成されている。マイクロ波導入装置５は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入してプラズマを生成するプラズマ生成手段として機能する。マイクロ波導入装置５の構成については、後で詳しく説明する。
【００２６】
処理容器２は、板状の天井部１１及び底部１３と、天井部１１と底部１３とを連結する側壁部１２とを含んでいる。天井部１１は、その上面から下面にかけて貫通するように設けられた複数のマイクロ波導入ポート１１ａを有している。複数のマイクロ波導入ポート１１ａの配置については、後で詳しく説明する。側壁部１２は、処理容器２に隣接する図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１２ａを有している。処理容器２と図示しない搬送室との間には、ゲートバルブＧが配置されている。ゲートバルブＧは、搬入出口１２ａを開閉する機能を有している。ゲートバルブＧは、閉状態で処理容器２を気密にシールすると共に、開状態で処理容器２と図示しない搬送室との間でウエハＷの移送を可能にする。
【００２７】
＜排気装置＞
底部１３は、複数（図１では２つ）の排気口１３ａを有している。プラズマ処理装置１は、更に、排気口１３ａと排気装置４とを接続する排気管１４を備えている。排気装置４は、ＡＰＣバルブと、処理容器２の内部空間を所定の真空度まで高速に減圧することが可能な高速真空ポンプとを有している。このような高速真空ポンプとしては、例えばターボ分子ポンプ等がある。排気装置４の高速真空ポンプを作動させることによって、処理容器２は、その内部空間が所定の真空度、例えば０．１３３Ｐａまで減圧される。
【００２８】
＜載置台＞
プラズマ処理装置１は、更に、処理容器２内において載置台２１を支持する支持部材２２と、支持部材２２と処理容器２の底部１３との間に設けられた絶縁材料よりなる絶縁部材２３とを備えている。載置台２１は、被処理体であるウエハＷを水平に載置するためのものである。支持部材２２は、底部１３の中央から処理容器２の内部空間に向かって延びる円筒状の形状を有している。載置台２１及び支持部材２２は、例えば表面にアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されたアルミニウム等によって形成されている。
【００２９】
載置台２１は、載置面２１ａに対して突没可能に設けられた複数の支持ピンを有している。複数の支持ピンは、任意の昇降機構により上下に変位し、上昇位置において、図示しない搬送室との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるように構成されている。
【００３０】
＜高周波バイアス電源＞
プラズマ処理装置１は、更に、載置台２１に高周波電力を供給する高周波バイアス電源２５と、載置台２１と高周波バイアス電源２５との間に設けられた整合器２４とを備えている。高周波バイアス電源２５は、ウエハＷにイオンを引き込むために、載置台２１に高周波電力を供給する。
【００３１】
＜温度制御機構＞
図示しないが、プラズマ処理装置１は、更に、載置台２１を加熱又は冷却する温度制御機構を備えている。温度制御機構は、例えば、ウエハＷの温度を、２５℃（室温）〜９００℃の範囲内で制御する。
【００３２】
＜ガス供給機構＞
プラズマ処理装置１は、更に、処理容器２の天井部１１に設けられたガス導入部１５を備えている。ガス導入部１５は、円筒形状をなす複数のノズル１６を有している。ノズル１６は、その下面に形成されたガス孔１６ａを有している。
【００３３】
ガス供給機構３は、ガス供給源３１を含むガス供給装置３ａと、ガス供給源３１とガス導入部１５とを接続する配管３２とを有している。なお、図１では、１つのガス供給源３１を図示しているが、ガス供給装置３ａは、使用されるガスの種類に応じて複数のガス供給源を含んでいてもよい。
【００３４】
ガス供給源３１は、例えば、プラズマ生成用の希ガスや、酸化処理、窒化処理、成膜処理、エッチング処理及びアッシング処理に使用される処理ガス等のガス供給源として用いられる。また、処理容器２においてＣＶＤ処理が行われる場合には、ガス供給源３１は、成膜原料ガス、処理容器２内の雰囲気を置換する際に使用されるパージガス、処理容器２内をクリーニングする際に使用されるクリーニングガス等の供給源として用いられる。
【００３５】
図示しないが、ガス供給装置３ａは、更に、配管３２の途中に設けられたマスフローコントローラ及び開閉バルブを含んでいる。処理容器２内に供給されるガスの種類や、これらのガスの流量等は、マスフローコントローラ及び開閉バルブによって制御される。
【００３６】
＜制御部＞
プラズマ処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部８に接続されて、制御部８によって制御される。制御部８は、典型的にはコンピュータである。図２に示した例では、制御部８は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ８１と、このプロセスコントローラ８１に接続されたユーザーインターフェース８２及び記憶部８３とを備えている。
【００３７】
プロセスコントローラ８１は、プラズマ処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、バイアス印加用の高周波電力、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部（例えば、高周波バイアス電源２５、ガス供給装置３ａ、排気装置４、マイクロ波導入装置５等）を統括して制御する制御手段である。
【００３８】
ユーザーインターフェース８２は、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。
【００３９】
記憶部８３には、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ８１の制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記録されたレシピ等が保存されている。プロセスコントローラ８１は、ユーザーインターフェース８２からの指示等、必要に応じて、任意の制御プログラムやレシピを記憶部８３から呼び出して実行する。これにより、プロセスコントローラ８１による制御下で、プラズマ処理装置１の処理容器２内において所望の処理を行ったり、後述するＳパラメータの取得や異常検知に関する処理を行ったりすることができる。
【００４０】
上記の制御プログラム及びレシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。
【００４１】
［マイクロ波導入装置］
次に、図１、図３ないし図６を参照して、マイクロ波導入装置５の構成について詳しく説明する。図３は、マイクロ波導入装置５の構成を示す説明図である。図４は、マイクロ波導入モジュール６１の一部を示す断面図である。図５は、マイクロ波導入モジュール６１のアンテナ部を示す斜視図である。図６は、マイクロ波導入モジュール６１の平面アンテナを示す平面図である。図１及び図３に示したように、マイクロ波導入装置５は、マイクロ波を生成すると共に、このマイクロ波を複数の経路に分配して出力するマイクロ波出力部５０と、マイクロ波出力部５０によって分配されたマイクロ波を、処理容器２内の別々の場所に導入する複数のマイクロ波導入モジュール６１とを有している。
【００４２】
＜マイクロ波出力部＞
マイクロ波出力部５０は、電源部５１と、マイクロ波発振器５２と、マイクロ波発振器５２によって発振されたマイクロ波を増幅するアンプ５３と、アンプ５３によって増幅されたマイクロ波を複数の経路に分配する分配器５４とを有している。マイクロ波発振器５２は、所定の周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）でマイクロ波を発振（例えば、ＰＬＬ発振）させる。なお、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限らず、８．３５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等であってもよい。また、このようなマイクロ波出力部５０は、マイクロ波の周波数を８００ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲内とする場合にも適用することが可能である。分配器５４は、入力側と出力側のインピーダンスを整合させながらマイクロ波を分配する。
【００４３】
＜マイクロ波導入モジュール＞
複数のマイクロ波導入モジュール６１は、それぞれ、互いに異なる位置に配置され、分配器５４によって分配されたマイクロ波を、処理容器２内の別々の場所に導入する。本実施の形態では、複数のマイクロ波導入モジュール６１の構成は全て同一である。各マイクロ波導入モジュール６１は、分配されたマイクロ波を主に増幅して出力するアンプ部６２と、アンプ部６２から出力されたマイクロ波を処理容器２内に導入するマイクロ波導入部６３とを有している。
【００４４】
（アンプ部）
アンプ部６２は、マイクロ波の位相を変化させる位相器６２Ａと、メインアンプ６２Ｃに入力されるマイクロ波の電力レベルを調整する可変ゲインアンプ６２Ｂと、ソリッドステートアンプとして構成されたメインアンプ６２Ｃと、後述するマイクロ波導入部６３のアンテナ部で反射されてメインアンプ６２Ｃに向かうマイクロ波を分離するアイソレータ６２Ｄと、処理容器２内に導入されるマイクロ波及び処理容器２で反射された反射マイクロ波の電力値（パワー）を測定する電力測定器６２Ｅとを含んでいる。
【００４５】
位相器６２Ａは、マイクロ波の位相を変化させて、マイクロ波の放射特性を変化させることができるように構成されている。位相器６２Ａは、例えば、マイクロ波導入モジュール６１毎にマイクロ波の位相を調整することによって、マイクロ波の指向性を制御してプラズマの分布を変化させることに用いられる。なお、このような放射特性の調整を行わない場合には、位相器６２Ａを設けなくてもよい。
【００４６】
可変ゲインアンプ６２Ｂは、個々のマイクロ波導入モジュール６１のばらつきの調整や、プラズマ強度の調整のために用いられる。例えば、可変ゲインアンプ６２Ｂをマイクロ波導入モジュール６１毎に変化させることによって、処理容器２内全体のプラズマの分布を調整することができる。
【００４７】
図示しないが、メインアンプ６２Ｃは、例えば、入力整合回路、半導体増幅素子、出力整合回路及び高Ｑ共振回路を含んでいる。半導体増幅素子としては、例えば、Ｅ級動作が可能なＧａＡｓＨＥＭＴ、ＧａＮＨＥＭＴ、ＬＤ（Laterally Diffused）−ＭＯＳが用いられる。
【００４８】
アイソレータ６２Ｄは、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有している。サーキュレータは、後述するマイクロ波導入部６３のアンテナ部で反射されたマイクロ波をダミーロードへ導くものである。ダミーロードは、サーキュレータによって導かれたマイクロ波を熱に変換するものである。なお、前述のように、本実施の形態では、複数のマイクロ波導入モジュール６１が設けられており、複数のマイクロ波導入モジュール６１の各々のマイクロ波導入部６３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波は、処理容器２内において合成される。そのため、個々のアイソレータ６２Ｄは小型のものでもよく、アイソレータ６２Ｄをメインアンプ６２Ｃに隣接して設けることができる。
【００４９】
電力測定器６２Ｅは、処理容器２内に導入されるマイクロ波及び反射マイクロ波の電力値を測定できるように構成されている。例えば、電力測定器６２Ｅは、入射波と反射波を検出することが可能な方向性結合器によって構成されていてもよい。なお、電力測定器６２Ｅの位置は、図３に示した例に限られず、任意に設定することができる。また、アンプ部６２は、電力測定器６２Ｅの代わりに、処理容器２内に導入されるマイクロ波の電力値を測定する電力測定器と、反射マイクロ波の電力値を測定する電力測定器とを有していてもよい。この場合、これらの電力測定器は、異なる位置に配置されていてもよい。例えば、処理容器２内に導入されるマイクロ波の電力値を測定する電力測定器は、マイクロ波発振器５２により近い位置に配置されていてもよい。
【００５０】
（マイクロ波導入部）
図１に示したように、複数のマイクロ波導入部６３は、天井部１１に設けられている。図４に示したように、マイクロ波導入部６３は、インピーダンスを整合させるチューナ６４と、増幅されたマイクロ波を処理容器２内に放射するアンテナ部６５と、金属材料よりなり、同軸管を構成する本体容器６６及び内部導体６７とを有している。本体容器６６は、図４における上下方向に延びる円筒状の形状を有し、同軸管の外側導体を構成している。内側導体６７は、図４における上下方向に延びる棒状又は筒状の形状を有している。本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間の空間は、マイクロ波伝送路６８を形成する。
【００５１】
図示しないが、マイクロ波導入モジュール６１は、更に、本体容器６６の基端側（上端側）に設けられた給電変換部を有している。給電変換部は、同軸ケーブルを介してアンプ部６２に接続されている。
【００５２】
アンテナ部６５は、本体容器６６における給電変換部とは反対側に設けられている。後で説明するように、本体容器６６におけるアンテナ部６５よりも基端側の部分は、チューナ６４によるインピーダンス調整範囲となっている。
【００５３】
図４及び図５に示したように、アンテナ部６５は、内側導体６７の下端部に接続された平面アンテナ７１と、平面アンテナ７１の上面側に配置されたマイクロ波遅波材７２と、平面アンテナ７１の下面側に配置されたマイクロ波透過板７３とを有している。マイクロ波透過板７３の下面は、処理容器２の内部空間に露出している。マイクロ波透過板７３は、本体容器６６を介して、天井部１１の複数のマイクロ波導入ポート１１ａに嵌合している。
【００５４】
平面アンテナ７１は、円板形状を有している。また、平面アンテナ７１は、平面アンテナ７１を貫通するように形成されたスロット７１ａを有している。図５及び図６に示した例では、４つのスロット７１ａが設けられており、各スロット７１ａは、４つに均等に分割された円弧形状を有している。なお、スロット７１ａの数は、４つに限らず、５つ以上であってもよいし、１つ以上３つ以下であってもよい。
【００５５】
マイクロ波遅波材７２は、真空よりも大きい誘電率を有する材料によって形成されている。マイクロ波遅波材７２を形成する材料としては、例えば、石英、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。マイクロ波は、真空中ではその波長が長くなる。マイクロ波遅波材７２は、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。また、マイクロ波の位相は、マイクロ波遅波材７２の厚みによって変化する。そのため、マイクロ波遅波材７２の厚みによってマイクロ波の位相を調整することにより、平面アンテナ７１が定在波の腹の位置になるように調整することができる。これにより、平面アンテナ７１における反射波を抑制することができると共に、平面アンテナ７１から放射されるマイクロ波の放射エネルギーを大きくすることができる。その結果、マイクロ波のパワーを効率よく処理容器２内に導入することができる。
【００５６】
マイクロ波透過板７３は、誘電体材料によって形成されている。マイクロ波透過板７３を形成する誘電体材料としては、例えば石英やセラミックス等が用いられる。マイクロ波透過板７３は、マイクロ波をＴＥモードで効率的に放射することができるような形状をなしている。図５に示した例では、マイクロ波透過板７３は、円柱形状を有している。なお、マイクロ波透過板７３の形状は、円柱形状に限らず、例えば直方体形状、五角形柱形状、六角形柱形状、八角形柱形状であってもよい。
【００５７】
上記のように構成されたマイクロ波導入部６３では、メインアンプ６２Ｃで増幅されたマイクロ波は、本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間（マイクロ波伝送路６８）を通って平面アンテナ７１に達し、平面アンテナ７１のスロット７１ａからマイクロ波透過板７３を透過して処理容器２の内部空間に放射される。
【００５８】
チューナ６４は、スラグチューナを構成している。具体的には、図４に示したように、チューナ６４は、本体容器６６のアンテナ部６５よりも基端部側（上端部側）の部分に配置された２つのスラグ７４Ａ，７４Ｂと、２つのスラグ７４Ａ，７４Ｂを動作させるアクチュエータ７５と、このアクチュエータ７５を制御するチューナコントローラ７６とを有している。
【００５９】
スラグ７４Ａ，７４Ｂは、板状且つ環状の形状を有し、本体容器６６の内周面と内側導体６７の外周面との間に配置されている。また、スラグ７４Ａ，７４Ｂは、誘電体材料によって形成されている。スラグ７４Ａ，７４Ｂを形成する誘電体材料としては、例えば、比誘電率が１０の高純度アルミナを用いることができる。高純度アルミナは、通常、スラグを形成する材料として用いられている石英（比誘電率３．８８）やテフロン（登録商標）（比誘電率２．０３）よりも比誘電率が大きいため、スラグ７４Ａ，７４Ｂの厚みを小さくすることができる。また、高純度アルミナは、石英やテフロン（登録商標）に比べて、誘電正接（ｔａｎδ）が小さく、マイクロ波の損失を小さくすることができるという特徴を有している。高純度アルミナは、更に、歪みが小さいという特徴と、熱に強いという特徴も有している。高純度アルミナとしては、純度９９．９％以上のアルミナ焼結体であることが好ましい。また、高純度アルミナとして、単結晶アルミナ（サファイア）を用いてもよい。
【００６０】
チューナ６４は、チューナコントローラ７６からの指令に基づいて、アクチュエータ７５によって、スラグ７４Ａ，７４Ｂを上下方向に移動させる。これにより、チューナ６４は、インピーダンスを調整する。例えば、チューナコントローラ７６は、終端部のインピーダンスが５０Ωになるように、スラグ７４Ａ，７４Ｂの位置を調整する。
【００６１】
メインアンプ６２Ｃ、チューナ６４及び平面アンテナ７１は、互いに近接して配置されている。特に、チューナ６４及び平面アンテナ７１は、集中定数回路を構成し、且つ共振器として機能する。平面アンテナ７１の取り付け部分には、インピーダンス不整合が存在する。本実施の形態では、チューナ６４によって、プラズマを含めて高精度でチューニングすることができ、平面アンテナ７１における反射の影響を解消することができる。また、チューナ６４によって、平面アンテナ７１に至るまでのインピーダンス不整合を高精度で解消することができ、実質的に不整合部分をプラズマ空間とすることができる。これにより、チューナ６４によって、高精度のプラズマ制御が可能になる。
【００６２】
［マイクロ波導入ポート］
次に、図７を参照して、天井部１１における複数のマイクロ波導入ポート１１ａの配置について説明する。図７は、処理容器２の天井部１１の底面を示す平面図である。なお、図７では、本体容器６６の図示を省略している。
【００６３】
本実施の形態では、マイクロ波導入装置５は、複数のマイクロ波導入モジュール６１として、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１，６１２，６１３，６１４，６１５，６１６，６１７を有している。また、天井部１１は、複数のマイクロ波導入ポート１１ａとして、第１ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ１，１１ａ２，１１ａ３，１１ａ４，１１ａ５，１１ａ６，１１ａ７を有している。第１ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ１〜１１ａ７は、それぞれ、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７から導入されるマイクロ波を処理容器２内に通過させる。
【００６４】
第１のマイクロ波導入ポート１１ａ１は、天井部１１の中央部分に配置されている。第２ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ２〜１１ａ７は、それぞれ、天井部１１において、第１のマイクロ波導入ポート１１ａ１を中心とする仮想の正六角形の頂点に配置されている。第１のマイクロ波導入ポート１１ａ１は、その平面形状（上方から見た形状）における中心と上記仮想の正六角形の中心が、一致又はほぼ一致するように配置されている。第２ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ２〜１１ａ７は、それぞれの平面形状における中心と上記仮想の正六角形の頂点が、一致又はほぼ一致するように配置されている。なお、平面形状の中心と上記仮想の正六角形の中心又は頂点がほぼ一致するというのは、第１ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ１〜１１ａ７の加工精度等の観点から、平面形状の中心の位置は、所望の位置からわずかにずれていてもよいことを意味する。
【００６５】
第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７の各々のマイクロ波透過板７３は、それぞれ第１ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ１〜１１ａ７に嵌合している。図４に示したように、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７の一部であるマイクロ波導入部６３は、マイクロ波透過板７３を含んだ一体構造をなしている。従って、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７は、それぞれ、図７に示した第１ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ１〜１１ａ７の配置に従って、互いに異なる位置に配置されている。上方から見たときに、第１のマイクロ波導入モジュール６１１は、天井部１１の中央部分に配置されている。また、上方から見たときに、第２ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１２〜６１７は、それぞれ、天井部１１において、第１のマイクロ波導入モジュール６１１を中心とする仮想の正六角形の頂点に配置されている。
【００６６】
ガス導入部１５の複数のノズル１６は、第１のマイクロ波導入ポート１１ａ１と第２ないし第７のマイクロ波導入ポート１１ａ２〜１１ａ７との間において、第１のマイクロ波導入ポート１１ａ１の周囲を囲むように配置されている。
【００６７】
［処理手順］
次に、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理の一例について説明する。ここでは、処理ガスとして窒素を含有するガスを使用して、ウエハＷの表面に対してプラズマ窒化処理を施す場合を例に挙げて、プラズマ処理の手順について説明する。まず、例えばユーザーインターフェース８２から、プラズマ処理装置１においてプラズマ窒化処理を行うように、プロセスコントローラ８１に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ８１は、この指令を受けて、記憶部８３又はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によってプラズマ窒化処理が実行されるように、プロセスコントローラ８１からプラズマ処理装置１の各エンドデバイス（例えば、高周波バイアス電源２５、ガス供給装置３ａ、排気装置４、マイクロ波導入装置５等）に制御信号が送出される。
【００６８】
次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが、ゲートバルブＧ及び搬入出口１２ａを通って処理容器２内に搬入される。ウエハＷは、載置台２１の載置面２１ａに載置される。次に、ゲートバルブＧが閉状態にされて、排気装置４によって、処理容器２内が減圧排気される。次に、ガス供給機構３によって、所定の流量の希ガス及び窒素含有ガスが、ガス導入部１５を介して処理容器２内に導入される。処理容器２の内部空間は、排気量及びガス供給量を調整することによって、所定の圧力に調整される。
【００６９】
次に、マイクロ波出力部５０において、処理容器２内に導入するマイクロ波を発生させる。マイクロ波出力部５０の分配器５４から出力されたマイクロ波は、複数のマイクロ波導入モジュール６１に入力され、各マイクロ波導入モジュール６１によって、処理容器２内に導入される。各マイクロ波導入モジュール６１では、マイクロ波は、アンプ部６２及びマイクロ波導入部６３を伝搬する。マイクロ波導入部６３のアンテナ部６５に到達したマイクロ波は、平面アンテナ７１のスロット７１ａから、マイクロ波透過板７３を透過して、処理容器２内におけるウエハＷの上方の空間に放射される。このようにして、各マイクロ波導入モジュール６１によって、処理容器２内にマイクロ波が導入される。
【００７０】
処理容器２内に導入されたマイクロ波は、処理容器２内に導入された不活性ガスや窒素含有ガス等の処理ガスをプラズマ化し、処理容器２内において合成される。そして、プラズマ中の活性種、例えばラジカルやイオンの作用によって、ウエハＷのシリコン表面が窒化されてシリコン窒化膜ＳｉＮの薄膜が形成される。
【００７１】
プロセスコントローラ８１からプラズマ処理装置１の各エンドデバイスにプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波の発生が停止されると共に、希ガス及び窒素含有ガスの供給が停止されて、ウエハＷに対するプラズマ処理が終了する。次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが搬出される。
【００７２】
なお、窒素含有ガスの代わりに酸素含有ガスを使用することにより、ウエハＷに対して酸化処理を施すことができる。また、成膜原料ガスを使用することにより、プラズマＣＶＤ法によって、ウエハＷに対して成膜処理を施すことができる。
【００７３】
［Ｓパラメータの取得方法］
次に、本実施の形態に係るＳパラメータの取得方法について説明する。ここでは、マイクロ波導入装置５が前述の第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７を有する場合を例にとって説明する。
【００７４】
第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７から処理容器２内に導入されるマイクロ波（以下、入射マイクロ波と言う。）と、処理容器２から第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７に反射される反射マイクロ波との関係は、下記の式（１）で表される。
【００７５】
【数１】
2014017121.tif 000003
【００７６】
式（１）において、ａ１〜ａ７は、それぞれ第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７によって導入される入射マイクロ波を表し、ｂ１〜ｂ７は、それぞれ第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７に反射される反射マイクロ波を表している。ここで、ｉ、ｊは、それぞれ１以上７以下の整数を表すものとする。以下の説明では、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７のうち、任意のマイクロ波導入モジュールを、ｉ、ｊを用いて、「第ｉのマイクロ波導入モジュール６１ｉ」、「第ｊのマイクロ波導入モジュール６１ｊ」と表す。Ｓｉｊは、第ｊのマイクロ波導入モジュール６１ｊによって導入される入射マイクロ波と、第ｉのマイクロ波導入モジュール６１ｉに反射される反射マイクロ波との関係を表すＳパラメータを表している。処理容器２内が真空状態であり、且つ、プラズマが生成されていない状態では、理想的には、Ｓパラメータは、下記の式（２）で表される関係を満たす。
【００７７】
【数２】
2014017121.tif 000004
【００７８】
式（２）において、等式Ｓｉｊ＝Ｓｊｉは、第ｊのマイクロ波導入モジュール６１ｊによって導入される入射マイクロ波と、第ｉのマイクロ波導入モジュール６１ｉに反射される反射マイクロ波との関係を表すＳパラメータＳｉｊと、第ｉのマイクロ波導入モジュール６１ｉによって導入される入射マイクロ波と、第ｊのマイクロ波導入モジュール６１ｊに反射される反射マイクロ波との関係を表すＳパラメータＳｊｉが等しいことを表している。式（２）におけるその他の等式についても同様である。
【００７９】
処理容器２内におけるプラズマの分布を均一化させるためには、Ｓパラメータは、式（２）で表される関係を満たすことが好ましい。しかし、複数のマイクロ波導入モジュール６１のうち、１つ又は２つ以上のマイクロ波導入モジュール６１に異常が発生すると、マイクロ波導入モジュール６１間のバランスが崩れることにより、式（２）で表される関係を満たすことができなくなる。従って、Ｓパラメータを用いる（例えば、Ｓパラメータ同士の関係を調べる）ことにより、複数のマイクロ波導入モジュール６１における異常を検知することが可能である。
【００８０】
以下、Ｓパラメータの取得方法について具体的に説明する。本実施の形態では、Ｓパラメータは、電力測定器６２Ｅによって測定される入射マイクロ波及び反射マイクロ波の電力値を用いて求められるものである。なお、処理容器２においてプラズマが生成された状態では、入射マイクロ波がプラズマに吸収されてしまい、反射マイクロ波の電力値を正確に測定することができなくなる。これを防止するため、Ｓパラメータは、処理容器２内が真空状態であり、且つ、プラズマが生成されない状態で求めることが好ましい。ここで、「プラズマが生成されない状態」とは、例えば、処理容器２内への処理ガスの供給を全く行わない状態や、パッシェンカーブにより明らかにプラズマ放電が生じない程度のガス供給量及び圧力条件である状態を意味する。
【００８１】
まず、第１のマイクロ波導入モジュール６１１から処理容器２内に導入される入射マイクロ波と、第ｉのマイクロ波導入モジュール６１ｉに反射される反射マイクロ波との関係を表すＳパラメータＳｉ１の求め方について説明する。ＳパラメータＳｉ１を求める場合には、まず、第２ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１２〜６１７からのマイクロ波の導入を停止する。この場合における入射マイクロ波と反射マイクロ波との関係は、下記の式（３）で表される。
【００８２】
【数３】
2014017121.tif 000005
【００８３】
次に、第１のマイクロ波導入モジュール６１１によって処理容器２内に入射マイクロ波を導入すると共に、第１のマイクロ波導入モジュール６１１の電力測定器６２Ｅによって入射マイクロ波の電力値を測定する。次に、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７のそれぞれの電力測定器６２Ｅによって、反射マイクロ波の電力値を測定する。入射マイクロ波の電力値と反射マイクロ波の電力値は、下記の式（４）で表される関係を満たす。
【００８４】
【数４】
2014017121.tif 000006
【００８５】
式（４）において、｜ａ１｜２は、第１のマイクロ波導入モジュール６１１によって処理容器２内に導入される入射マイクロ波の電力値を表し、｜ｂｉ｜２は、第ｉのマイクロ波導入モジュール６１ｉで測定された反射マイクロ波の電力値を表し、｜Ｓｉ１｜２は、ＳパラメータＳｉ１の絶対値の２乗を表している。式（４）から理解されるように、｜ａ１｜２及び｜ｂｉ｜２から、｜Ｓｉ１｜２を求めることが可能である。本実施の形態では、第１のマイクロ波導入モジュール６１１によって導入される入射マイクロ波は、電力値の異なる複数の入射波を含んでいる。一例として、入射マイクロ波は、電力値が、１Ｗ〜５Ｗの範囲内で１Ｗずつ異なる５つの入射波を含んでいてもよい。反射マイクロ波は、それぞれ複数の入射波に対応する複数の反射波を含んでいる。そして、複数の｜ａ１｜２と複数の｜ｂｉ｜２から、最小二乗法によって｜Ｓｉ１｜２を求め、これによりＳパラメータＳｉ１を求めている。
【００８６】
第２ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１２〜６１７から処理容器２内に導入される入射マイクロ波と、第ｉのマイクロ波導入モジュール６１ｉに反射される反射マイクロ波との関係を表すＳパラメータＳｉｊ（ｊ≠１）の取得方法は、上述したＳパラメータＳｉ１の取得方法と同様である。すなわち、入射マイクロ波を第２ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１２〜６１７毎に導入し、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７に反射される反射マイクロ波を測定することによって、ＳパラメータＳｉｊを求めることができる。
【００８７】
複数のマイクロ波導入モジュール６１の中から選ばれる２つの組み合わせに関するＳパラメータＳｉｊは、複数のマイクロ波導入モジュール６１の中から選ばれる２つの全ての組み合わせについて網羅するように取得してもよいし、特定の組み合わせについて取得してもよい。特定の組み合わせとしては、例えば、第１のマイクロ波導入モジュール６１１と第２ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１２〜６１７との組み合わせや、第２ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１２〜６１７間の組み合わせがある。第２ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１２〜６１７間の組み合わせとしては、例えば、以下で説明する第１ないし第３の組み合わせがある。
【００８８】
図８は、第１の組み合わせを示す説明図である。第１の組み合わせは、前述の仮想の正六角形の外周に沿って隣接する２つのマイクロ波導入モジュール６１を組み合わせるものである。図８では、隣接する２つのマイクロ波導入モジュール６１の組み合わせを二点鎖線で示している。
【００８９】
図９は、第２の組み合わせを示す説明図である。第２の組み合わせは、前述の仮想の正六角形の外周に沿って１つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュール６１を組み合わせるものである。図９では、１つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュール６１の組み合わせを二点鎖線で示している。
【００９０】
図１０は、第３の組み合わせを示す説明図である。第３の組み合わせは、前述の仮想の正六角形の外周に沿って２つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュール６１を組み合わせるものである。図１０では、２つおきに隣接する２つのマイクロ波導入モジュール６１の組み合わせを二点鎖線で示している。
【００９１】
［異常検知方法］
次に、本実施の形態に係る異常検知方法について説明する。本実施の形態では、上述のようにして取得されたＳパラメータＳｉｊを用いて、複数のマイクロ波導入モジュール６１における異常を検知している。なお、この異常検知は、プラズマ処理装置１の使用開始後、任意の時期に行うことができる。例えば、特定のロットの製品を処理する前に、この異常検知を実行してもよい。
【００９２】
以下、本実施の形態に係る異常検知方法について具体的に説明する。本実施の形態では、複数のマイクロ波導入モジュール６１の中から選ばれる任意の２つの組み合わせのＳパラメータＳｉｊの絶対値と、組み合わせが異なる他の２つのマイクロ波導入モジュール６１のＳパラメータＳｉｊの絶対値との差分を求め、この差分の絶対値と、複数のマイクロ波導入モジュール６１における異常を表す所定のしきい値とを比較することにより、複数のマイクロ波導入モジュール６１における異常を検知する。上記の差分の絶対値としては、下記の式（５）で定義されたΔＳ１、ΔＳ２、ΔＳ３、ΔＳ４、ΔＳ５、ΔＳ６がある。
【００９３】
【数５】
2014017121.tif 000007
【００９４】
式（５）は、式（２）に基づいて導出されたものである。従って、理想的には、ΔＳ１〜ΔＳ６は、いずれも０になる。しかし、マイクロ波導入モジュール６１に何らかの異常が発生すると、ΔＳ１〜ΔＳ６は、０よりも大きくなる。マイクロ波導入モジュール６１における異常としては、例えば、アンプ部６２、チューナ６４、アンテナ部６５の故障等がある。
【００９５】
なお、ΔＳ４は、前述の第１の組み合わせのＳパラメータＳｉｊ同士の差分の絶対値を表し、ΔＳ５は、前述の第２の組み合わせのＳパラメータＳｉｊ同士の差分の絶対値を表し、ΔＳ６は、前述の第３の組み合わせのＳパラメータＳｉｊ同士の差分の絶対値を表している。
【００９６】
本実施の形態では、次に、ΔＳ１〜ΔＳ６のそれぞれの最大値を求める。以下、ΔＳ１〜ΔＳ６のそれぞれの最大値を、ΔＳ１ｍａｘ〜ΔＳ６ｍａｘと記す。次に、ΔＳ１ｍａｘ〜ΔＳ６ｍａｘのうちの最大値ΔＳｍａｘを求める。このように、最大値ΔＳ１ｍａｘ〜ΔＳ６ｍａｘ及び最大値ΔＳｍａｘを用いることにより、後述するしきい値との比較における演算処理の負荷を軽減することができる。次に、ΔＳｍａｘと、複数のマイクロ波導入モジュール６１における異常を表す所定のしきい値とを比較する。例えば、ΔＳｍａｘが所定のしきい値よりも小さい場合には、全てのマイクロ波導入モジュール６１は正常であると判定する。また、ΔＳｍａｘが所定のしきい値以上である場合には、複数のマイクロ波導入モジュール６１のいずれかが異常であると判定する。しきい値は、マイクロ波導入モジュール６１が正常な状態のＳパラメータと、異常が生じた状態のＳパラメータとを参照して所定の値に設定することが可能であり、例えば０．０７とすることができる。
【００９７】
異常が発生したマイクロ波導入モジュール６１は、例えば、複数のマイクロ波導入モジュール６１の組み合わせのうち、どの組み合わせによってΔＳｍａｘが得られたものであるかを調べることにより特定することができる。
【００９８】
ここで、異常が検知された後の処理について簡単に説明する。まず、異常が検知されたマイクロ波導入モジュール６１は、プラズマ処理装置１から取り外され、正常なマイクロ波導入モジュール６１と交換される。これにより、プラズマ処理装置１を正常に使用することが可能になる。一方、プラズマ処理装置１から取り外されたマイクロ波導入モジュール６１は、種々の動作確認が行われ、その結果に応じて部品交換等の修理が行われる。これにより、このマイクロ波導入モジュール６１を、正常なマイクロ波導入モジュール６１として使用することが可能になる。
【００９９】
次に、図１１及び図１２を参照して、本実施の形態に係る異常検知方法が、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理の前に行われる場合について例を挙げて説明する。図１１は、異常検知方法の手順の一例を示すフローチャートである。図１２は、Ｓパラメータの取得方法の手順の一例を示すフローチャートである。この例では、まず、ＳパラメータＳｉｊを取得する。この際、処理容器２内は、真空状態、且つ、プラズマが生成されない状態としておく。図１２に示したように、ＳパラメータＳｉｊを取得するステップでは、まず、第１のマイクロ波導入モジュール６１１によって入射マイクロ波を導入する。次に、第１ないし第７のマイクロ波導入モジュール６１１〜６１７において反射マイクロ波を測定する。次に、ＳパラメータＳ１１〜Ｓ７１を求める。次に、入射マイクロ波を導入するステップからＳパラメータを求めるステップを、第２のマイクロ波導入モジュール６１２から第７のマイクロ波導入モジュール６１７まで順次実行する。以上の演算処理は、例えば制御部８のプロセスコントローラ８１により行うことができる。
【０１００】
上記のようにＳパラメータＳｉｊを取得した後、次に、ΔＳ１〜ΔＳ６を求める。次に、ΔＳ１ｍａｘ〜ΔＳ６ｍａｘを求める。次に、ΔＳｍａｘを求める。次に、ΔＳｍａｘと複数のマイクロ波導入モジュール６１における異常を表す所定のしきい値とを比較する。以上の演算処理は、例えば制御部８のプロセスコントローラ８１により行うことができる。そして、ΔＳｍａｘが所定のしきい値よりも小さい場合、すべてのマイクロ波導入モジュール６１が正常な状態であることが確認できたため、プロセスコントローラ８１は、所定のプラズマ処理を実行するように制御信号を送出し、処理容器２内でプラズマ処理が実行される。
【０１０１】
一方、ΔＳｍａｘが所定のしきい値以上である場合、マイクロ波導入モジュール６１における異常が検知される。次に、異常が発生したマイクロ波導入モジュール６１を特定する。この場合、例えば、制御部８のユーザーインターフェース８２のディスプレイに、異常が検知された事実と、異常が検出されたマイクロ波導入モジュール６１の情報を表示したりすることができる。
【０１０２】
ここまでの手順は、例えば、異常検知レシピに基づき、制御部８のプロセスコントローラ８１により自動的に実行することができる。異常が検知されたマイクロ波導入モジュール６１は、正常なマイクロ波導入モジュール６１に交換する。次に、本実施の形態に係る異常検知方法を再度実行する。
【０１０３】
以上説明したように、本実施の形態に係るＳパラメータの取得方法では、複数のマイクロ波導入モジュール６１（６１１〜６１７）毎に入射マイクロ波を導入し、入射マイクロ波と、処理容器２から複数のマイクロ波導入モジュール６１に反射された反射マイクロ波に基づいて、複数のマイクロ波導入モジュール６１の中から選ばれる任意の２つの組み合わせ毎のＳパラメータＳｉｊを求めている。また、本実施の形態に係る異常検知方法では、複数のマイクロ波導入モジュール６１の中から選ばれる任意の２つの組み合わせのＳパラメータＳｉｊの絶対値と、組み合わせが異なる他の２つのマイクロ波導入モジュール６１のＳパラメータＳｉｊの絶対値との差分を求め、この差分の絶対値の最大値と、複数のマイクロ波導入モジュール６１における異常を表す所定のしきい値とを比較している。これらのことから、本実施の形態によれば、マイクロ波導入モジュール６１における異常を検知することができる。
【０１０４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、ＳパラメータＳｉｊ同士の差分の絶対値であるΔＳ１〜ΔＳ６のそれぞれについて、直接所定のしきい値と比較することによって、マイクロ波導入モジュール６１における異常を検知してもよい。また、しきい値の設定の仕方によって、必ずしもＳパラメータＳｉｊ同士の差分の絶対値ΔＳ１〜ΔＳ６によらず、差分そのものをしきい値と比較してもよい。また、請求の範囲の要件を満たす限り、マイクロ波導入モジュール６１の数および配置は、実施の形態に示した例に限られず、任意である。
【符号の説明】
【０１０５】
１…プラズマ処理装置、２…処理容器、３…ガス供給機構、４…排気装置、５…マイクロ波導入装置、８…制御部、１１…天井部、２１…載置台、５０…マイクロ波出力部、６１…マイクロ波導入モジュール、６２…アンプ部、６３…マイクロ波導入部、６４…チューナ、６５…アンテナ部、７１…平面アンテナ、７２…マイクロ波遅波材、７３…マイクロ波透過板、８１…プロセスコントローラ、８２…ユーザーインターフェース、８３…記憶部、Ｗ…半導体ウエハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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