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CN111800931B - 阻抗匹配装置、异常诊断方法以及存储介质 - Google Patents

阻抗匹配装置、异常诊断方法以及存储介质 Download PDF

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CN111800931B CN202010253669.7A CN202010253669A CN111800931B CN 111800931 B CN111800931 B CN 111800931B CN 202010253669 A CN202010253669 A CN 202010253669A CN 111800931 B CN111800931 B CN 111800931B
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Abstract

本发明提供一种阻抗匹配装置、异常诊断方法以及存储介质，阻抗匹配装置对构成阻抗匹配装置的各部件的异常进行自我诊断，具有：可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；第一检测器，其检测用于判断高频电源与负载之间的阻抗匹配的指标值及表示从高频电源输入的高频的状态的第一状态值；第二检测器，其检测表示向负载输出的高频的状态的第二状态值；调整部，其逐步调整可变电容元件的电容值，以使由第一检测器检测出的指标值落在表示阻抗匹配完成的目标范围内；以及诊断部，其基于由调整部调整后的电容值、由第一检测器检测出的第一状态值以及由第二检测器检测出的第二状态值来对可变电容元件、第一检测器或第二检测器的异常进行诊断。

Description

阻抗匹配装置、异常诊断方法以及存储介质
技术领域
本公开涉及一种阻抗匹配装置、异常诊断方法以及存储介质。
背景技术
以往，已知一种使用等离子体对晶圆等被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置。这种等离子体处理装置例如在能够构成真空空间的处理容器内具有兼具电极的功能的、保持被处理体的载置台。等离子体处理装置向载置台施加来自高频电源的规定的高频，来对载置于载置台的被处理体进行等离子体处理。在高频电源与作为负载的处理容器之间配置有用于进行高频电源与处理容器之间的阻抗匹配的阻抗匹配装置。阻抗匹配装置例如具有连接在高频电源与负载之间的可变电容元件，并通过调整可变电容元件的电容值来进行阻抗匹配。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-295447号公报
发明内容
发明要解决的问题
本公开提供一种能够对构成阻抗匹配装置的各部件的异常进行自我诊断的技术。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式所涉及的阻抗匹配装置具备：可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；第一检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从所述高频电源输入的高频的状态的第一状态值；第二检测器，其检测表示向所述负载输出的高频的状态的第二状态值；调整部，其逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及诊断部，其基于由所述调整部调整后的电容值、由所述第一检测器检测出的第一状态值以及由所述第二检测器检测出的第二状态值，来对所述可变电容元件、所述第一检测器或所述第二检测器的异常进行诊断。
发明的效果
根据本公开，起到能够对构成阻抗匹配装置的各部件的异常进行自我诊断的效果。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的等离子体处理装置的结构的概要截面图。
图2是示出第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置的结构的一例的图。
图3是示出第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置的处理动作的一例的流程图。
图4是示出第二实施方式所涉及的阻抗匹配装置的结构的一例的图。
图5是示出第二实施方式所涉及的阻抗匹配装置的处理动作的一例的流程图。
图6是示出第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置的结构的一例的图。
图7是示出第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置的处理动作的一例的流程图。
附图标记说明
110：阻抗匹配装置；124、125：可变电容器；130、131：输入检测器；140、141：输出检测器；161、164：调整部；162、163、165：诊断部。
具体实施方式
下面，参照附图来对各种实施方式进行详细的说明。此外，在各附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记。
以往以来，已知一种使用等离子体对晶圆等被处理体进行等离子体处理的等离子体处理装置。这种等离子体处理装置例如在能够构成真空空间的处理容器内具有兼具电极的功能的、保持被处理体的载置台。等离子体处理装置向载置台施加从高频电源供给的规定的高频，来对载置于载置台的被处理体进行等离子体处理。在高频电源与作为负载的处理容器之间配置有用于进行高频电源与处理容器之间的阻抗匹配的阻抗匹配装置。阻抗匹配装置例如具有连接在高频电源与负载之间的可变电容元件，并通过调整可变电容元件的电容值来进行阻抗匹配。
但是，在阻抗匹配装置中，没有考虑到对可变电容元件等各部件的异常进行自我诊断。因此，期望对构成阻抗匹配装置的各部件的异常进行自我诊断。
[第一实施方式]
(前提技术所涉及的等离子体处理装置的结构)
图1是示出前提技术所涉及的等离子体处理装置1的图。图1所示的等离子体处理装置1具备腔室(处理容器)12和微波输出装置16。等离子体处理装置1构成为利用微波激发气体的微波等离子体处理装置。等离子体处理装置1具有载置台14、天线18和电介质窗20。
腔室12在其内部提供处理空间S。腔室12具有侧壁12a和底部12b。侧壁12a形成为大致筒状。侧壁12a的中心轴线与沿铅垂方向延伸的轴线Z大致一致。底部12b设置于侧壁12a的下端侧。底部12b设置有排气用的排气孔12h。另外，侧壁12a的上端部开口。
侧壁12a的上端部的上方设置有电介质窗20。该电介质窗20具有与处理空间S相对的下表面20a。电介质窗20封闭侧壁12a的上端部的开口。在电介质窗20与侧壁12a的上端部之间设置有O形密封圈19。通过O形密封圈19，使腔室12的密封变得更加可靠。
载置台14收容在处理空间S内。载置台14设置为在铅垂方向上与电介质窗20相对。另外，载置台14设置为在电介质窗20和该载置台14之间夹持处理空间S。该载置台14构成为支承载置在载置台14上的作为被处理体的晶圆W。
载置台14包括基座14a和静电吸盘14c。基座14a具有大致圆盘状，由铝之类的导电性的材料形成。基座14a的中心轴线与轴线Z大致一致。基座14a由筒状支承部48支承。筒状支承部48由绝缘性的材料形成，并从底部12b垂直向上延伸。筒状支承部48的外周设置有导电性的筒状支承部50。筒状支承部50沿着筒状支承部48的外周从腔室12的底部12b垂直向上延伸。在筒状支承部50与侧壁12a之间形成有环状的排气通路51。
排气通路51的上部设置有挡板52。挡板52具有环状。在挡板52形成有沿着板厚方向贯通该挡板52的多个贯通孔。挡板52的下方设置有上述排气孔12h。排气装置56经由排气管54与排气孔12h连接。排气装置56具有自动压力控制阀(APC：Automatic PressureControl valve)和涡轮分子泵之类的真空泵。通过排气装置56，能够将处理空间S减压至期望的真空度。
基座14a兼用作高频电极。RF(Radio Frequency)偏压用的高频电源58通过供电棒62和匹配单元60与基座14a电连接。高频电源58以所设定的功率输出适于控制向晶圆W吸引的离子的能量的固定频率，例如，13.65MHz的高频(以下，适当地称为“偏压用高频”)。匹配单元60是用于在高频电源58与主要为电极、等离子体、腔室12之类的负载之间进行阻抗匹配的阻抗匹配装置。
基座14a的上表面设置有静电吸盘14c。静电吸盘14c通过静电吸附力保持晶圆W。静电吸盘14c包括电极14d、绝缘膜14e以及绝缘膜14f，并具有大致圆盘状。静电吸盘14c的中心轴线与轴线Z大致一致。静电吸盘14c的电极14d由导电膜构成，并设置在绝缘膜14e与绝缘膜14f之间。直流电源64经由开关66以及被覆线68与电极14d电连接。静电吸盘14c能够通过由从直流电源64施加的直流电压产生的库仑力来吸附保持晶圆W。另外，基座14a上设置有聚焦环14b。聚焦环14b以包围晶圆W和静电吸盘14c的方式配置。
基座14a的内部设置有制冷剂室14g。制冷剂室14g例如形成为以轴线Z为中心延伸。来自冷却单元的制冷剂经由配管70被供给到制冷剂室14g。被供给到制冷剂室14g的制冷剂经由配管72返回冷却单元。通过利用冷却单元控制该制冷剂的温度，由此控制静电吸盘14c的温度，进而控制晶圆W的温度。
另外，在载置台14形成有气体供给线74。该气体供给线74设置为用于将传热气体、例如He气体向静电吸盘14c的上表面与晶圆W的背面之间供给。
微波输出装置16产生具有与设定功率相应的功率的微波。微波输出装置16例如输出用于激发供给到腔室12内的处理气体的单频的、即单峰(SP：Single Peak)的微波。微波输出装置16构成为可变地调整微波的频率和功率。在一个示例中，微波输出装置16能够在0W～5000W的范围内调整微波的功率，并能够在2400MHz～2500MHz的范围内调整微波的频率。
等离子体处理装置1还具备波导管21、调谐器26、模式转换器27和同轴波导管28。波导管21和同轴波导管28是将由微波输出装置16产生的微波向腔室12的后述天线18引导的波导管。微波输出装置16的输出部与波导管21的一端连接。波导管21的另一端与模式转换器27连接。波导管21例如为矩形波导管。波导管21上设置有调谐器26。调谐器26具有可动短路板S1～S4。可动短路板S1～S4各自构成为能够调整其相对于波导管21的内部空间的突出量。调谐器26通过调整可动短路板S1～S4各自相对于作为基准的规定位置的突出位置，来使微波输出装置16的阻抗与负载(例如腔室12)的阻抗相匹配。
模式转换器27转换来自波导管21的微波的模式，并将模式转换后的微波向同轴波导管28供给。同轴波导管28包括外侧导体28a和内侧导体28b。外侧导体28a具有大致圆筒状，其中心轴线与轴线Z大致一致。内侧导体28b具有大致圆筒状，并在外侧导体28a的内侧延伸。内侧导体28b的中心轴线与轴线Z大致一致。同轴波导管28将来自模式转换器27的微波向天线18传送。
天线18设置在电介质窗20的与下表面20a相反的一侧的表面20b上。天线18包括缝隙板30、电介质板32以及冷却外壳34。
缝隙板30设置在电介质窗20的表面20b上。缝隙板30由具有导电性的金属形成，并具有大致圆盘状。缝隙板30的中心轴线与轴线Z大致一致。在缝隙板30形成有多个缝隙孔30a。在一个示例中，多个缝隙孔30a构成多个缝隙对。多个缝隙对各自包括在彼此交叉的方向上延伸的大致长孔形状的两个缝隙孔30a。多个缝隙对沿着绕轴线Z的一个或多个同心圆排列。另外，缝隙板30的中央部形成有能够使后述导管36通过的贯通孔30d。
电介质板32设置在缝隙板30之上。电介质板32由石英之类的电介质材料形成，并具有大致圆盘状。电介质板32的中心轴线与轴线Z大致一致。冷却外壳34设置在电介质板32之上。电介质板32设置于冷却外壳34与缝隙板30之间。
冷却外壳34的表面具有导电性。冷却外壳34的内部形成有流路34a。制冷剂被向流路34a供给。外侧导体28a的下端与冷却外壳34的上部表面电连接。另外，内侧导体28b的下端通过形成于冷却外壳34和电介质板32的中央部分的孔，与缝隙板30电连接。
来自同轴波导管28的微波在电介质板32内传播，并从缝隙板30的多个缝隙孔30a向电介质窗20供给。供给到电介质窗20的微波被导入处理空间S。
导管36通过同轴波导管28的内侧导体28b的内孔。另外，如上所述，缝隙板30的中央部形成有能够使导管36通过的贯通孔30d。导管36穿过内侧导体28b的内孔并延伸，与气体供给系统38连接。
气体供给系统38将用于处理晶圆W的处理气体向导管36供给。气体供给系统38可以包括气体源38a、阀38b以及流量控制器38c。气体源38a是处理气体的气体源。阀38b对来自气体源38a的处理气体的供给和停止供给进行切换。流量控制器38c例如是质量流量控制器，用于调整来自气体源38a的处理气体的流量。
等离子体处理装置1还可以具备喷射器41。喷射器41将来自导管36的气体向形成于电介质窗20的贯通孔20h供给。将供给到电介质窗20的贯通孔20h的气体向处理空间S供给。然后，利用从电介质窗20导入处理空间S的微波激发该处理气体。由此，在处理空间S内生成等离子体，利用来自该等离子体的离子和/或自由基之类的活性种来对晶圆W进行处理。
等离子体处理装置1还具备控制器100。控制器100统一控制等离子体处理装置1的各个部分。控制器100可以具备CPU之类的处理器、用户界面以及存储部。
处理器通过执行存储于存储部的程序和工艺制程，统一控制微波输出装置16、载置台14、气体供给系统38、排气装置56等各个部分。另外，处理器将各种测量值等存储于存储部。
用户界面包括工序管理员为了管理等离子体处理装置1而进行命令的输入操作等的键盘或触摸面板、将等离子体处理装置1的工作状况等可视化显示的显示器等。
存储部中保存有用于通过处理器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)以及包括处理条件数据等的工艺制程等。处理器根据来自用户界面的指令等，根据需要从存储部调用并执行各种控制程序。在这样的处理器的控制下，在等离子体处理装置1中执行期望的处理。另外，存储部也可以相关联地存储与执行完毕的工艺制程(工艺条件)相对应的监视结果。监视结果包括上述调谐器位置和由微波输出装置16测量的测量值(后述)等。
(阻抗匹配装置的结构)
下面，对第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的结构进行说明。图2是示出第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的结构的一例的图。图2所示的阻抗匹配装置110的结构例如可以应用于图1所示的前提技术的等离子体处理装置1所具有的匹配单元60。图2所示的阻抗匹配装置110具有与高频电源连接的输入端110a以及与负载连接的输出端110b。高频电源例如是图1所示的高频电源58，负载例如是图1所示的腔室12等。输入端110a是从高频电源输入高频的端子，输出端110b是向负载输出高频的端子。下面，将从高频电源向输入端110a输入的高频适当地称为“输入高频”，将从输出端110b向负载输出的高频适当地称为“输出高频”。
另外，阻抗匹配装置110具有位于输入端110a与输出端110b之间的阻抗匹配部120、输入检测器130、输出检测器140、存储部150以及控制部160。此外，存储部150和控制部160也可以设置于阻抗匹配装置110的外部。
阻抗匹配部120经由布线110c与输入端110a连接，并经由布线110d与输出端110b连接。阻抗匹配部120具有与布线110c及布线110d串联连接的线圈121、线圈122以及线圈123。另外，阻抗匹配部120具有连接在高频电源与负载之间(也就是，输入端110a和输出端110b之间)的位置处的可变电容器124、可变电容器125以及电容器126。可变电容器124与可变电容器125在输入端110a与输出端110b之间的位置处并联连接，其电容值是可变的。通过后述的控制部160的调整部161调整可变电容器124和可变电容器125的电容值。电容器126在输入端110a与输出端110b之间的位置处并联连接，其电容值是固定的。此外，连接在高频电源与负载之间的可变电容器的数量不限于2个，既可以是1个，也可以是3个以上。可变电容器124和可变电容器125各自是可变电容元件的一例，也能够用线圈代替电容器。此外，阻抗匹配部120的结构能够应用π型、倒L型等各种结构。
输入检测器130配置在布线110c上，检测用于判断高频电源与负载之间的阻抗匹配的“指标值”以及表示从高频电源向输入端110a输入的高频(也就是，输入高频)的状态的“第一状态值”。具体而言，输入检测器130检测输入高频的电压与电流之间的相位差来作为指标值，并检测输入高频的功率值来作为第一状态值。输入检测器130是第一检测器的一例。另外，作为指标值，不仅能够使用输入高频的电压与电流之间的相位差，还能够使用输入行波功率值和输入反射波功率值。
输出检测器140配置在布线110d上，检测表示从输出端110b向负载输出的高频(也就是，输出高频)的状态的“第二状态值”。具体而言，输出检测器140检测输出高频的功率值来作为第二状态值。输出检测器140是第二检测器的一例。
存储部150例如是硬盘、光盘、半导体存储器元件等任意的存储装置。控制部160例如是CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、MPU(Micro Processing Unit：微处理器)等处理器。
存储部150中存储有用于通过控制部160的控制执行由阻抗匹配装置110执行的各种处理的程序和各种数据。例如，存储部150中存储有损耗信息151。
损耗信息151是表示阻抗匹配部120整体的损耗与可变电容器124、125的电容值之间的关系的信息。损耗信息151例如是将损耗与可变电容器124、125的电容值相关联的表的信息。此外，损耗信息151也可以是根据可变电容器124、125的电容值计算损耗的公式的信息。
控制部160通过读取并执行存储于存储部150的程序，来作为各种处理部发挥功能。例如，控制部160具有调整部161和诊断部162。
调整部161逐步地调整可变电容器124、125的电容值，以使得由输入检测器130检测出的相位差落在表示阻抗匹配完成的目标范围内。具体而言，调整部161以与相位差相应的调整量重复调整可变电容器124、125的电容值，直到由输入检测器130检测出的该相位差落在目标范围内为止。然后，在由输入检测器130检测出的相位差落在了目标范围内的情况下，调整部161判断为阻抗匹配完成，结束对可变电容器124、125的电容值的调整。另外，也能够是，在输入行波功率值和输入反射波功率值落在目标范围内的情况下，调整部161判断为阻抗匹配完成。
诊断部162基于由调整部161调整后的电容值、由输入检测器130检测出的功率值以及由输出检测器140检测出的功率值，来对可变电容器124、125、输入检测器130或输出检测器140的异常进行诊断。下面，将可变电容器124、125、输入检测器130或输出检测器140适当地记载为“可变电容器124、125等”。
在此，对通过诊断部162进行的异常诊断的一例进行说明。首先，诊断部162基于由调整部161调整后的电容值和由输入检测器130检测出的功率值，来计算输出高频的功率值的理论值。例如，诊断部162使用损耗信息151，来获取与由调整部161调整后的电容值相对应的损耗。然后，诊断部162从由输入检测器130检测出的功率值中减去获取到的损耗，来计算输出高频的功率值的理论值。由诊断部162计算出的输出高频的功率值的理论值Pout由以下的公式(1)表示。
Pout＝Pin-Ploss(C1、C2)…(1)
在公式(1)中，Pin是输入高频的功率值，Ploss(C1、C2)是与可变电容器124、125的电容值C1、C2相对应的损耗。
然后，在计算出的功率值的理论值与由输出检测器140检测出的功率值的差为规定阈值以上的情况下，诊断部162判断为可变电容器124、125等发生了异常。
由此，在阻抗匹配装置110中，能够使用实际检测出的输出高频的功率值与输出高频的功率值的理论值的偏差来判断异常的发生，并能够对构成阻抗匹配装置110的各部件的异常进行自我诊断。
(阻抗匹配装置的处理操作)
接着，对第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的处理动作进行说明。图3是示出第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的处理动作的一例的流程图。在阻抗匹配装置110应用于图1所示的前提技术的等离子体处理装置1所具有的匹配单元60的情况下，例如，在等离子体处理装置1中，在开始针对晶圆W的等离子体处理的定时执行图3所示的处理操作。
如图3所示，调整部161获取由输入检测器130检测出的、输入高频的电压与电流之间的相位差和输入高频的功率值(步骤S11)。
调整部161判断获取到的相位差是否落在表示阻抗匹配完成的目标范围内(步骤S12)。在获取到的相位差没有落在目标范围内的情况下(步骤S12：“否”)，调整部161以与该相位差相应的调整量调整可变电容器124、125的电容值(步骤S13)，并将处理返回到步骤S11。由此，重复调整可变电容器124、125的电容值，直到相位差落在目标范围内为止。
另一方面，在获取到的相位差落在目标范围内的情况下(步骤S12：“是”)，调整部161结束对可变电容器124、125的电容值的调整，并使处理向步骤S14前进。
诊断部162使用损耗信息151，来获取与由调整部161调整后的可变电容器124、125的电容值相对应的损耗(步骤S14)。然后，诊断部162从在步骤S11中获取到的输入高频的功率值中减去获取到的损耗，来计算输出高频的功率值的理论值(步骤S15)。
诊断部162获取由输出检测器140检测出的输出高频的功率值(步骤S16)。
诊断部162判断在步骤S15中计算出的输出高频的功率值的理论值与在步骤S16中获取到的输出高频的功率值的差是否为规定阈值以上(步骤S17)。在计算出的输出高频的功率值的理论值与获取到的输出高频的功率值的差小于规定阈值的情况下(步骤S17：“否”)，诊断部162判断为可变电容器124、125等没有发生异常(步骤S18)。另一方面，在计算出的输出高频的功率值的理论值与获取到的输出高频的功率值的差为规定阈值以上的情况下(步骤S17：“是”)，诊断部162判断为可变电容器124、125等发生了异常(步骤S19)。
此外，在诊断了可变电容器124、125等的异常之后，诊断部162也可以将表示可变电容器124、125等是否发生了异常的诊断结果向规定的输出部输出。另外，在判断为可变电容器124、125等发生了异常的情况下，诊断部162也可以进行警报。警报只要能够将异常报告给阻抗匹配装置110的管理员等即可，可以采用任意的方式。另外，在判断为可变电容器124、125等发生了异常的情况下，诊断部162也可以停止高频电源来切断输入高频。
以上，第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110具有可变电容器124、125、输入检测器130、输出检测器140、调整部161以及诊断部162。可变电容器124、125连接在高频电源(例如，高频电源58)与负载(例如，腔室12等)之间。输入检测器130检测用于判断高频电源与负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从高频电源输入的高频的状态的第一状态值。输出检测器140检测表示向负载输出的高频的状态的第二状态值。调整部161逐步地调整可变电容器124、125的电容值，以使得检测出的指标值落在表示阻抗匹配完成的目标范围内。诊断部162基于调整后的电容值、检测出的第一状态值以及检测出的第二状态值，来对可变电容器124、125、输入检测器130或输出检测器140的异常进行诊断。由此，阻抗匹配装置110能够对构成阻抗匹配装置110的各部件(例如，可变电容器124、125、输入检测器130或输出检测器140)的异常进行自我诊断。
另外，在第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110中，输入检测器130检测从高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为指标值，并检测从高频电源输入的高频的功率值来作为第一状态值。输出检测器140检测向负载输出的高频的功率值来作为第二状态值。调整部161逐步地调整可变电容器124、125的电容值，以使得由输入检测器130检测出的相位差落在目标范围内。诊断部162基于调整后的电容值和由输入检测器130检测出的功率值，来计算向负载输出的高频的功率值的理论值。在计算出的功率值的理论值与由输出检测器140检测出的功率值的差为规定阈值以上的情况下，诊断部162判断为发生了异常。由此，阻抗匹配装置110能够使用实际检测出的输出高频的功率值与输出高频的功率值的理论值的偏差来高精度地判断异常的发生。
[第二实施方式]
接着，对第二实施方式进行说明。
(阻抗匹配装置的结构)
图4是示出第二实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的结构的一例的图。第二实施方式所涉及的阻抗匹配装置110具有与图2所示的第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110大致相同的结构，因此，对于相同的部分，标注相同的附图标记并省略说明，主要针对不同的部分进行说明。图4所示的阻抗匹配装置110的结构例如可以应用于图1所示的前提技术的等离子体处理装置1所具有的匹配单元60。
图4所示的阻抗匹配装置110具有输出检测器141和诊断部163，以代替图2所示的输出检测器140和诊断部162。
输出检测器141检测从输出端110b向负载输出的高频(即，输出高频)的Vpp值和负载侧的阻抗值作为第二状态值。Vpp值是高频电压的振幅值。
诊断部163基于由调整部161调整后的电容值、由输入检测器130检测出的功率值、由输出检测器141检测出的Vpp值以及负载侧的阻抗值，来对可变电容器124、125等的异常进行诊断。
在此，对通过诊断部163进行的异常诊断的一例进行说明。首先，诊断部163基于由调整部161调整后的电容值、由输入检测器130检测出的功率值以及由输出检测器141检测出的负载侧的阻抗值，来计算Vpp值的理论值。例如，诊断部163使用损耗信息151，来获取与由调整部161调整后的电容值相对应的损耗。然后，诊断部163从由输入检测器130检测出的功率值中减去获取到的损耗，来计算输出高频的功率值的理论值。由诊断部163计算出的输出高频的功率值的理论值Pout由上述的公式(1)表示。然后，诊断部163基于计算出的输出高频的功率值的理论值和由输出检测器141检测出的负载侧的阻抗值，如以下的公式(2)所示计算Vpp值的理论值。
【公式1】
在公式(2)中，Vpp是Vpp值的理论值，Pout是输出高频的功率值的理论值，R是负载侧的阻抗值的实部，X是负载侧的阻抗值的虚部。
然后，在计算出的Vpp值的理论值与由输出检测器141检测出的Vpp值的差为规定阈值以上的情况下，诊断部163判断为可变电容器124、125等发生了异常。
由此，在阻抗匹配装置110中，能够使用实际检测出的Vpp值与Vpp值的理论值的偏差来判断异常的发生，并能够对构成阻抗匹配装置110的各部件的异常进行自我诊断。
(阻抗匹配装置的处理操作)
接着，对第二实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的处理动作进行说明。图5是示出第二实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的处理动作的一例的流程图。在阻抗匹配装置110应用于图1所示的前提技术的等离子体处理装置1所具有的匹配单元60的情况下，例如，在等离子体处理装置1中，在开始针对晶圆W的等离子体处理的定时执行图5所示的处理操作。
如图5所示，调整部161获取由输入检测器130检测出的、输入高频的电压与电流之间的相位差以及输入高频的功率值(步骤S21)。
调整部161判断获取到的相位差是否落在表示阻抗匹配完成的目标范围内(步骤S22)。在获取到的相位差没有落在目标范围内的情况下(步骤S22：“否”)，调整部161以与该相位差相应的调整量对可变电容器124、125的电容值进行调整(步骤S23)，并将处理返回到步骤S21。由此，重复调整可变电容器124、125的电容值，直到相位差落在目标范围内为止。
另一方面，在获取到的相位差落在目标范围内的情况下(步骤S22：“是”)，调整部161结束对可变电容器124、125的电容值的调整，并使处理向步骤S24前进。
诊断部163使用损耗信息151，来获取与由调整部161调整后的可变电容器124、125的电容值相对应的损耗(步骤S24)。然后，诊断部163从在步骤S21中获取到的输入高频的功率值中减去获取到的损耗，来计算输出高频的功率值的理论值(步骤S25)。
诊断部163获取由输出检测器141检测出的负载侧的阻抗值(步骤S26)。然后，诊断部163基于在步骤S25中计算出的输出高频的功率值的理论值和在步骤S26中获取的负载侧的阻抗值，来计算Vpp值的理论值(步骤S27)。
诊断部163获取由输出检测器141检测出的Vpp值(步骤S28)。
诊断部163判断在步骤S27中计算出的Vpp值的理论值与在步骤S28中获取到的Vpp值的差是否为规定阈值以上(步骤S29)。在计算出的Vpp值的理论值与获取到的Vpp值的差小于规定阈值的情况下(步骤S29：“否”)，诊断部163判断为可变电容器124、125等没有发生异常(步骤S30)。另一方面，在计算出的Vpp值的理论值与获取到的Vpp值的差为规定阈值以上的情况下(步骤S29：“是”)，诊断部163判断为可变电容器124、125等发生了异常(步骤S31)。
此外，在诊断了可变电容器124、125等的异常之后，诊断部163也可以将表示可变电容器124、125等是否发生了异常的诊断结果向规定的输出部输出。另外，在判断为可变电容器124、125等发生了异常的情况下，诊断部163也可以进行警报。警报只要能够将异常报告给阻抗匹配装置110的管理员等即可，可以采用任意的方式。另外，在判断为可变电容器124、125等发生了异常的情况下，诊断部163也可以停止高频电源来切断输入高频。
以上，在第二实施方式所涉及的阻抗匹配装置110中，输入检测器130检测从高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为指标值，并检测从高频电源输入的高频的功率值来作为第一状态值。输出检测器141检测向负载输出的高频的Vpp值和负载侧的阻抗值来作为第二状态值。调整部161逐步地调整可变电容器124、125的电容值，以使得由输入检测器130检测出的相位差落在目标范围内。诊断部163基于调整后的电容值、由输入检测器130检测出的功率值以及由输出检测器141检测出的负载侧的阻抗值，来计算Vpp值的理论值。在计算出的Vpp值的理论值与由输出检测器141检测出的Vpp值的差为规定阈值以上的情况下，诊断部163判断为发生了异常。由此，阻抗匹配装置110能够使用实际检测出的Vpp值与Vpp值的理论值的偏差，来高精度地判断异常的发生。
[第三实施方式]
接着，对第三实施方式进行说明。
(阻抗匹配装置的结构)
图6是示出第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的结构的一例的图。第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置110具有与图2所示的第一实施方式所涉及的阻抗匹配装置110大致相同的结构，因此，对于相同的部分，标注相同的附图标记并省略说明，主要针对不同部分进行说明。图6所示的阻抗匹配装置110的结构例如可以应用于图1所示的前提技术的等离子体处理装置1所具有的匹配单元60。
图6所示的阻抗匹配装置110具有输入检测器131、调整部164以及诊断部165，以代替图2所示的输入检测器130、调整部161以及诊断部162。另外，在图6所示的阻抗匹配装置110中，省略了图2所示的输出检测器140和损耗信息151。
输入检测器131配置在布线110c上，并检测用于判断高频电源与负载之间的阻抗匹配的“指标值”。具体而言，输入检测器131检测输入高频的电压与电流之间的相位差来作为指标值。输入检测器131是检测器的一例。
调整部164逐步地调整可变电容器124、125的电容值，以使得由输入检测器131检测出的相位差落在表示阻抗匹配完成的目标范围内。具体而言，调整部164以与相位差相应的调整量重复调整可变电容器124、125的电容值，直到由输入检测器131检测出的该相位差落在目标范围内。然后，在由输入检测器131检测出的相位差落在目标范围内的情况下，调整部164判断为阻抗匹配完成，并结束对可变电容器124、125的电容值的调整。
诊断部165监视可变电容器124、125的电容值被调整的次数，即电容值调整次数，并基于该电容值调整次数和由输入检测器131检测出的相位差，来对可变电容器124、125或输入检测器131的异常进行诊断。下面，将可变电容器124、125或输入检测器131适当地记载为“可变电容器124、125等”。具体而言，在电容值调整次数达到规定次数，且由输入检测器131检测出的相位差不落在表示阻抗匹配完成的目标范围内的情况下，诊断部165判断为可变电容器124、125等发生了异常。
由此，在阻抗匹配装置110中，能够使用可变电容器124、125的电容值被重复调整的次数(即，电容值调整次数)来判断异常的发生，并能够对构成阻抗匹配装置110的各部件的异常进行自我诊断。
(阻抗匹配装置的处理操作)
接着，对第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的处理动作进行说明。图7是示出第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置110的处理动作的一例的流程图。在阻抗匹配装置110应用于图1所示的前提技术的等离子体处理装置1所具有的匹配单元60的情况下，例如，在等离子体处理装置1中，在开始针对晶圆W的等离子体处理的定时执行图7所示的处理操作。
如图7所示，将用于对可变电容器124、125的电容值被调整的次数(即，电容值调整次数)进行计数的变量N初始化为0(步骤S41)。调整部164获取由输入检测器131检测出的、输入高频的电压与电流之间的相位差(步骤S42)。
调整部164判断获取到的相位差是否落在表示阻抗匹配完成的目标范围内(步骤S43)。在获取到的相位差落在目标范围内的情况下(步骤S43：“是”)，调整部164结束对可变电容器124、125的电容值的调整。
另一方面，在获取到的相位差没有落在目标范围内的情况下(步骤S43：“否”)，调整部164以与该相位差相应的调整量对可变电容器124、125的电容值进行调整(步骤S44)，使电容值调整次数N增加1(步骤S45)。
诊断部165判断电容值调整次数N是否达到规定次数Nmax(步骤S46)。在电容值调整次数N没有达到规定次数Nmax的情况下(步骤S46：“否”)，诊断部165将处理返回到步骤S42，并继续通过调整部164对可变电容器124、125的电容值进行调整。由此，重复调整可变电容器124、125的电容值，直到相位差落在目标范围内为止。
另一方面，在电容值调整次数N达到规定次数Nmax的情况下(步骤S46：“是”)，诊断部165获取由输入检测器131检测出的、输入高频的电压与电流之间的相位差(步骤S47)。
诊断部165判断获取到的相位差是否落在表示阻抗匹配完成的目标范围内(步骤S48)。在获取到的相位差落在目标范围内的情况下(步骤S48：“是”)，诊断部165判断为可变电容器124、125等没有发生异常(步骤S49)。另一方面，在获取到的相位差没有落在目标范围内的情况下(步骤S48：“否”)，诊断部165判断为可变电容器124、125等发生了异常(步骤S50)。
此外，在诊断了可变电容器124、125等的异常之后，诊断部165也可以将表示可变电容器124、125等是否发生了异常的诊断结果向规定的输出部输出。另外，在判断为可变电容器124、125等发生了异常的情况下，诊断部165也可以进行警报。警报只要能够将异常报告给阻抗匹配装置110的管理员等即可，可以采用任意的方式。另外，在判断为可变电容器124、125等发生了异常的情况下，诊断部165也可以停止高频电源来切断输入高频。
以上，第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置110具有可变电容器124、125、输入检测器131、调整部164以及诊断部165。可变电容器124、125连接在高频电源(例如，高频电源58)与负载(例如，腔室12等)之间。输入检测器131检测用于判断高频电源与负载之间的阻抗匹配的指标值。调整部164逐步地调整可变电容器124、125的电容值，以使得检测出的指标值落在表示阻抗匹配完成的目标范围内。诊断部165监视可变电容器124、125的电容值被调整的次数，即电容值调整次数，并基于该电容值调整次数和检测出的指标值，来对可变电容器124、125或输入检测器131的异常进行诊断。由此，阻抗匹配装置110能够对构成阻抗匹配装置110的各部件(例如，可变电容器124、125或输入检测器131)的异常进行自我诊断。
另外，在第三实施方式所涉及的阻抗匹配装置110中，输入检测器131检测从高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为指标值。调整部164逐步地调整可变电容器124、125的电容值，以使得由输入检测器131检测出的相位差落在目标范围内。在电容值调整次数达到规定次数，且由输入检测器131检测出的相位差不落在目标范围内的情况下，诊断部165判断为发生了异常。由此，阻抗匹配装置110能够使用可变电容器124、125的电容值被重复调整的次数(也就是，电容值调整次数)，来高精度地判断异常的发生。
此外，应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。在不脱离所附权利要求书及其主旨的情况下，也可以以各种方式对上述实施方式进行省略、替换或变更。
例如，在上述各实施方式中，以将阻抗匹配装置110的结构应用于微波等离子体处理装置所具有的匹配单元的情况为例进行了说明，但阻抗匹配装置110可以应用于其它的等离子体处理装置的匹配单元。作为其他的等离子体处理装置，可以列举出使用了Capacitively Coupled Plasma(CCP：电容耦合等离子体)、Inductively Coupled Plasma(ICP：电感耦合等离子体)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR：电子回旋共振等离子体)、Helicon Wave Plasma(HWP：螺旋波等离子体)等的等离子体处理装置。

Claims (7)

1.一种阻抗匹配装置，其具有：
可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；
第一检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从所述高频电源输入的高频的状态的第一状态值；
第二检测器，其检测表示向所述负载输出的高频的状态的第二状态值；
调整部，其逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及
诊断部，其基于由所述调整部调整后的电容值、由所述第一检测器检测出的第一状态值以及由所述第二检测器检测出的第二状态值，来对所述可变电容元件、所述第一检测器或所述第二检测器的异常进行诊断，
其中，所述第一检测器检测从所述高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为所述指标值，并检测从所述高频电源输入的高频的功率值作来为所述第一状态值，
所述第二检测器检测向所述负载输出的高频的功率值来作为所述第二状态值，
所述调整部逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的所述相位差落在所述目标范围内，
所述诊断部基于由所述调整部调整后的电容值和由所述第一检测器检测出的功率值，来计算向所述负载输出的高频的功率值的理论值，在计算出的所述功率值的理论值与由所述第二检测器检测出的功率值的差为规定阈值以上的情况下，判断为发生了所述异常。
2.一种阻抗匹配装置，其具有：
可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；
第一检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从所述高频电源输入的高频的状态的第一状态值；
第二检测器，其检测表示向所述负载输出的高频的状态的第二状态值；
调整部，其逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及
诊断部，其基于由所述调整部调整后的电容值、由所述第一检测器检测出的第一状态值以及由所述第二检测器检测出的第二状态值，来对所述可变电容元件、所述第一检测器或所述第二检测器的异常进行诊断，
其中，所述第一检测器检测从所述高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为所述指标值，并检测从所述高频电源输入的高频的功率值作为所述第一状态值，
所述第二检测器检测向所述负载输出的高频的高频电压的振幅值和所述负载侧的阻抗值来作为所述第二状态值，
所述调整部逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的所述相位差落在所述目标范围内，
所述诊断部基于由所述调整部调整后的所述可变电容元件的电容值、由所述第一检测器检测出的功率值以及由所述第二检测器检测出的所述负载侧的阻抗值，来计算所述高频电压的振幅值的理论值，在计算出的所述高频电压的振幅值的理论值与由所述第二检测器检测出的高频电压的振幅值的差为规定阈值以上的情况下，判断为发生了所述异常。
3.一种阻抗匹配装置，其具备：
可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；
检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值；
调整部，其逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及
诊断部，其监视通过所述调整部调整所述可变电容元件的电容值的次数、即电容值调整次数，并基于该电容值调整次数和由所述检测器检测出的指标值，来对所述可变电容元件或所述检测器的异常进行诊断，
其中，所述检测器检测从所述高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为所述指标值，
所述调整部逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述检测器检测出的所述相位差落在所述目标范围内，
在所述电容值调整次数达到规定次数，且由所述检测器检测出的所述相位差不落在所述目标范围内的情况下，所述诊断部判断为发生了所述异常。
4.一种异常诊断方法，在阻抗匹配装置中执行，其中，
所述阻抗匹配装置具有：
可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；
第一检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从所述高频电源输入的高频的状态的第一状态值；
第二检测器，其检测表示向所述负载输出的高频的状态的第二状态值，
所述异常诊断方法包括以下工序：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及
基于调整后的所述可变电容元件的电容值、由所述第一检测器检测出的第一状态值以及由所述第二检测器检测出的第二状态值，来对所述可变电容元件、所述第一检测器或所述第二检测器的异常进行诊断，
其中，所述第一检测器检测从所述高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为所述指标值，并检测从所述高频电源输入的高频的功率值作来为所述第一状态值，
所述第二检测器检测向所述负载输出的高频的功率值来作为所述第二状态值，
所述异常诊断方法还包括以下工序：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的所述相位差落在所述目标范围内，
基于调整后的电容值和由所述第一检测器检测出的功率值，来计算向所述负载输出的高频的功率值的理论值，在计算出的所述功率值的理论值与由所述第二检测器检测出的功率值的差为规定阈值以上的情况下，判断为发生了所述异常。
5.一种异常诊断方法，在阻抗匹配装置中执行，其中，
所述阻抗匹配装置具有：
可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；
第一检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从所述高频电源输入的高频的状态的第一状态值；
第二检测器，其检测表示向所述负载输出的高频的状态的第二状态值，
所述异常诊断方法包括以下工序：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及
基于调整后的所述可变电容元件的电容值、由所述第一检测器检测出的第一状态值以及由所述第二检测器检测出的第二状态值，来对所述可变电容元件、所述第一检测器或所述第二检测器的异常进行诊断，
其中，所述第一检测器检测从所述高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为所述指标值，并检测从所述高频电源输入的高频的功率值作为所述第一状态值，
所述第二检测器检测向所述负载输出的高频的高频电压的振幅值和所述负载侧的阻抗值来作为所述第二状态值，
所述异常诊断方法还包括以下工序：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的所述相位差落在所述目标范围内，
基于调整后的所述可变电容元件的电容值、由所述第一检测器检测出的功率值以及由所述第二检测器检测出的所述负载侧的阻抗值，来计算所述高频电压的振幅值的理论值，在计算出的所述高频电压的振幅值的理论值与由所述第二检测器检测出的高频电压的振幅值的差为规定阈值以上的情况下，判断为发生了所述异常。
6.一种计算机可读取的存储介质，存储有异常诊断程序，该异常诊断程序使阻抗匹配装置执行以下步骤，其中，
所述阻抗匹配装置具有：
可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；
第一检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从所述高频电源输入的高频的状态的第一状态值；
第二检测器，其检测表示向所述负载输出的高频的状态的第二状态值，
所述异常诊断程序使所述阻抗匹配装置执行的步骤包括：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及
基于调整后的所述可变电容元件的电容值、由所述第一检测器检测出的第一状态值以及由所述第二检测器检测出的第二状态值，来对所述可变电容元件、所述第一检测器或所述第二检测器的异常进行诊断，
其中，所述第一检测器检测从所述高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为所述指标值，并检测从所述高频电源输入的高频的功率值作来为所述第一状态值，
所述第二检测器检测向所述负载输出的高频的功率值来作为所述第二状态值，
所述异常诊断程序使所述阻抗匹配装置执行的步骤还包括：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的所述相位差落在所述目标范围内，
基于调整后的电容值和由所述第一检测器检测出的功率值，来计算向所述负载输出的高频的功率值的理论值，在计算出的所述功率值的理论值与由所述第二检测器检测出的功率值的差为规定阈值以上的情况下，判断为发生了所述异常。
7.一种计算机可读取的存储介质，存储有异常诊断程序，该异常诊断程序使阻抗匹配装置执行以下步骤，其中，
所述阻抗匹配装置具有：
可变电容元件，其连接在高频电源与负载之间；
第一检测器，其检测用于判断所述高频电源与所述负载之间的阻抗匹配的指标值以及表示从所述高频电源输入的高频的状态的第一状态值；
第二检测器，其检测表示向所述负载输出的高频的状态的第二状态值，
所述异常诊断程序使所述阻抗匹配装置执行的步骤包括：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的指标值落在表示所述阻抗匹配完成的目标范围内；以及
基于调整后的所述可变电容元件的电容值、由所述第一检测器检测出的第一状态值以及由所述第二检测器检测出的第二状态值，来对所述可变电容元件、所述第一检测器或所述第二检测器的异常进行诊断，
其中，所述第一检测器检测从所述高频电源输入的高频的电压与电流之间的相位差来作为所述指标值，并检测从所述高频电源输入的高频的功率值作为所述第一状态值，
所述第二检测器检测向所述负载输出的高频的高频电压的振幅值和所述负载侧的阻抗值来作为所述第二状态值，
所述异常诊断程序使所述阻抗匹配装置执行的步骤还包括：
逐步地调整所述可变电容元件的电容值，以使得由所述第一检测器检测出的所述相位差落在所述目标范围内，
基于调整后的所述可变电容元件的电容值、由所述第一检测器检测出的功率值以及由所述第二检测器检测出的所述负载侧的阻抗值，来计算所述高频电压的振幅值的理论值，在计算出的所述高频电压的振幅值的理论值与由所述第二检测器检测出的高频电压的振幅值的差为规定阈值以上的情况下，判断为发生了所述异常。
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