JP2020129696A - 基板処理装置、プラズマのちらつき判定方法、プラズマ異常判定方法、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマの異常を判定することが可能な技術を提供する。【解決手段】基板を処理する処理室と、プラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたプラズマ生成部と、前記ガス供給口を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する制御部と、を有する技術を提供する。【選択図】図９

Description

本発明は、基板処理装置、プラズマのちらつき判定方法、プラズマ異常判定方法、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
半導体装置製造工程の１つに、基板処理装置の処理室内に基板を搬入し、処理室内に供給した原料ガスと反応ガスなどにプラズマを用いて活性化させ、基板上に絶縁膜や半導体膜、導体膜等の各種膜を形成したり、各種膜を除去したりする基板処理が行われることがある。プラズマは、堆積する薄膜の反応を促進したり、薄膜から不純物を除去したり、あるいは成膜原料の化学反応を補助したりする為などに用いられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５−９２６３７号公報
しかしながら、経年変化や予期せぬ原因によるプラズマ電極の劣化が生じると、プラズマ生成部または励起種供給口などのプラズマ生成部周辺からアーク放電等の異常放電が生じたり、プラズマのちらつきが生じたりするが、これらの異常状態への対応方法はそれぞれ異なるため、発生している異常の厳格な判定が必要となる場合があった。
本発明の目的は、プラズマの異常を判定することが可能な技術を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
プラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたプラズマ生成部と、
前記ガス供給口を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する制御部と、
を有する技術が提供される。
本発明によれば、プラズマの異常を判定することが可能な技術を提供することが可能となる。
本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を図１のＡ−Ａ線断面図で示す図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図であり、コントローラの制御系をブロック図で示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理工程のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る基板処理工程におけるガス供給のタイミングを示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ異常判定時における処理室内の構成を反応管の縦断面図で示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ異常判定時における処理室内の構成を反応管の横断面図で示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ異常判定時におけるコントローラの制御系をブロック図で示す図である。 本発明の実施形態に係る基板処理工程に用いるプラズマの異常判定を示すフローチャートである。 （Ａ）は、本発明の実施形態に係るプラズマモニタを用いてガス供給口周辺を撮像した画像の一例を示す図であって、プラズマが正常な状態を示す図である。（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るプラズマモニタを用いてガス供給口周辺を撮像した画像の一例を示す図であって、プラズマが異常な状態を示す図である。 （Ａ）は、ガス供給口の上下方向におけるプラズマの発光強度の分布を示す図であって、撮像した画像にトリミング加工をしないで検出した例を示す図である。（Ｂ）（Ｃ）は、ガス供給口の上下方向におけるプラズマの発光強度の分布を示す図であって、撮像した画像にトリミング加工をして検出した例を示す図である。
＜本発明の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態の基板処理装置について、図１から図９を参照しながら説明する。
（１）基板処理装置の構成
（加熱装置）
本発明の一実施形態の基板処理装置は、図１に示すように、処理炉２０２を有する。この処理炉２０２は基板を垂直方向多段に収容することが可能な、いわゆる縦型炉であり、加熱装置（加熱機構）としてのヒータ２０７を有する。ヒータ２０７は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより垂直に据え付けられている。ヒータ２０７は、後述するようにガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
（処理室）
ヒータ２０７の内側には、ヒータ２０７と同心円状に反応管２０３が配設されている。反応管２０３は、例えば石英（ＳｉＯ2）または炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０３の下方には、反応管２０３と同心円状に、マニホールド（インレットフランジ）２０９が配設されている。マニホールド２０９は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属からなり、上端および下端が開口した円筒形状に形成されている。マニホールド２０９の上端部は、反応管２０３の下端部に係合しており、反応管２０３を支持するように構成されている。マニホールド２０９と反応管２０３との間には、シール部材としてのＯリング２２０ａが設けられている。マニホールド２０９がヒータベースに支持されることにより、反応管２０３は垂直に据え付けられた状態となる。主に、反応管２０３とマニホールド２０９とにより処理容器（反応容器）が構成されている。処理容器の内側である筒中空部には処理室２０１が形成されている。処理室２０１は、複数枚の基板としてのウエハ２００を収容可能に構成されている。なお、処理容器は上記の構成に限らず、反応管２０３のみを処理容器と称する場合もある。
処理室２０１内には、ノズル２４９ａ，２４９ｂが、マニホールド２０９の側壁を貫通するように設けられている。ノズル２４９ａ，２４９ｂには、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂが、それぞれ接続されている。このように、反応管２０３には２本のノズル２４９ａ，２４９ｂと、２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂとが設けられており、処理室２０１内へ複数種類のガスを供給することが可能となっている。なお、マニホールド２０９を設置せず、反応管２０３のみを処理容器とした場合、ノズル２４９ａ，２４９ｂは反応管２０３の側壁を貫通するように設けられていてもよい。
ガス供給管２３２ａ，２３２ｂには、ガス流の上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ，２４１ｂおよび開閉弁であるバルブ２４３ａ，２４３ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａ，２３２ｂのバルブ２４３ａ，２４３ｂよりも下流側には、不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｃ，２３２ｄがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄには、ガス流の上流側から順に、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄおよびバルブ２４３ｃ，２４３ｄがそれぞれ設けられている。
ノズル２４９ａは、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における空間に、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、ノズル２４９ａは、ウエハ２００が配列（載置）されるウエハ配列領域（載置領域）の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。すなわち、ノズル２４９ａは、処理室２０１内へ搬入された各ウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直となる方向に設けられている。
ノズル２４９ａの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ａが設けられている。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０ａは、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
ノズル２４９ｂは、ガス分散空間であるバッファ室２３７内に設けられている。バッファ室２３７は、図２に示すように、反応管２０３の内壁とウエハ２００との間における平面視において円環状の空間に、また、反応管２０３の内壁の下部より上部にわたる部分に、ウエハ２００の積載方向に沿って設けられている。すなわち、バッファ室２３７は、ウエハ配列領域の側方のウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うようにバッファ構造３００によって形成されている。バッファ構造３００は、石英などの絶縁物によって構成されており、バッファ構造３００の円弧状に形成された壁面には、処理室２０１内にガスまたは後述する活性種を供給するガス供給口３０２，３０４が形成されている。
ガス供給口３０２，３０４は、図２に示すように、後述する棒状電極２６９，２７０間、棒状電極２７０，２７１間のプラズマ生成領域２２４ａ，２２４ｂに対向する位置にそれぞれ反応管２０３の中心を向くように開口しており、ウエハ２００に向けてガスまたは後述する活性種を供給することが可能となっている。ガス供給口３０２，３０４は、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
ノズル２４９ｂは、反応管２０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の積載方向上方に向かって立ち上がるように設けられている。すなわち、ノズル２４９ｂは、バッファ構造３００の内側であって、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域の側方の、ウエハ配列領域を水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域に沿うように設けられている。すなわち、ノズル２４９ｂは、処理室２０１内へ搬入されたウエハ２００の端部の側方にウエハ２００の表面と垂直となる方向に設けられている。
ノズル２４９ｂの側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０ｂが設けられている。ガス供給孔２５０ｂは、バッファ構造３００の円弧状に形成された壁面に対して径方向に形成された壁面に向くように開口しており、壁面に向けてガスを供給することが可能となっている。これにより、反応ガスがバッファ室２３７内で分散され、棒状電極２６９〜２７１に直接吹き付けることがなくなり、パーティクルの発生が抑制される。ガス供給孔２５０ｂは、ガス供給孔２５０ａと同様に、反応管２０３の下部から上部にわたって複数設けられている。
ガス供給管２３２ａからは、所定元素を含む原料として、例えば、所定元素としてのシリコン（Ｓｉ）を含むシラン原料ガスが、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａ、ノズル２４９ａを介して処理室２０１内へ供給される。
シラン原料ガスとしては、例えば、Ｓｉおよびハロゲン元素を含む原料ガス、すなわち、ハロシラン原料ガスを用いることができる。ハロシラン原料とは、ハロゲン基を有するシラン原料のことである。ハロゲン元素は、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）からなる群より選択される少なくとも１つを含む。
ハロシラン原料ガスとしては、例えば、ＳｉおよびＣｌを含む原料ガス、すなわち、クロロシラン原料ガスを用いることができる。クロロシラン原料ガスとしては、例えば、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2、略称：ＤＣＳ）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｂからは、上述の所定元素とは異なる元素を含むリアクタント（反応体）として、例えば、反応ガスとしての窒素（Ｎ）含有ガスが、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給されるように構成されている。Ｎ含有ガスとしては、例えば、窒化水素系ガスを用いることができる。窒化水素系ガスは、ＮおよびＨの２元素のみで構成される物質ともいえ、窒化ガス、すなわち、Ｎソースとして作用する。窒化水素系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ3）ガスを用いることができる。
ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄからは、不活性ガスとして、例えば、窒素（Ｎ2）ガスが、それぞれＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、ノズル２４９ａ，２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給される。
主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａにより、第１のガス供給系としての原料供給系が構成される。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより、第２のガス供給系としての反応体供給系（リアクタント供給系）が構成される。主に、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄ、バルブ２４３ｃ，２４３ｄにより、不活性ガス供給系が構成される。原料供給系、反応体供給系および不活性ガス供給系を総称して単にガス供給系（ガス供給部）とも称する。
（プラズマ生成部）
バッファ室２３７内には、図２に示すように、導電体からなり、細長い構造を有する３本の棒状電極２６９，２７０，２７１が、反応管２０３の下部より上部にわたりウエハ２００の配列方向に沿って配設されている。棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれは、ノズル２４９ｂと平行に設けられている。棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれは、上部より下部にわたって電極保護管２７５により覆われることで保護されている。棒状電極２６９，２７０，２７１のうち両端に配置される棒状電極２６９，２７１は、整合器２７２とインピーダンス測定器２７４を介して高周波電源２７３に接続されている。棒状電極２７０は、基準電位であるアースに接続され、接地されている。すなわち、高周波電源２７３に接続される棒状電極と、接地される棒状電極と、が交互に配置され、高周波電源２７３に接続された棒状電極２６９，２７１の間に配置された棒状電極２７０は、接地された棒状電極として、棒状電極２６９，２７１に対して共通して用いられている。換言すると、接地された棒状電極２７０は、隣り合う高周波電源２７３に接続された棒状電極２６９，２７１に挟まれるように配置され、棒状電極２６９と棒状電極２７０、同じく、棒状電極２７１と棒状電極２７０がそれぞれ対となるように構成されてプラズマを生成する。つまり、接地された棒状電極２７０は、棒状電極２７０に隣り合う２本の高周波電源２７３に接続された棒状電極２６９，２７１に対して共通して用いられている。そして、高周波電源２７３から棒状電極２６９，２７１に高周波（ＲＦ）電力を印加することで、棒状電極２６９，２７０間のプラズマ生成領域２２４ａ、棒状電極２７０，２７１間のプラズマ生成領域２２４ｂにプラズマが生成される。
インピーダンス測定器２７４は、整合器２７２と高周波電源２７３の間に設けられている。インピーダンス測定器２７４は、高周波の進行波と反射波を測定し、整合器２７２により棒状電極２６９，２７１における負荷インピーダンスや高周波の反射状態を測定する。すなわち、インピーダンス測定器２７４が高周波の進行波と反射波を測定し、測定した値をコントローラ１２１にフィードバックしてコントローラ１２１が高周波電源２７３を制御することで、プラズマ生成領域２２４ａ，２２４ｂに生成されるプラズマ生成量が制御される。
インピーダンス測定器２７４により測定される情報には、高周波の進行波に対する反射波の電圧比または電力比、高周波の進行波に対する反射波の位相差、若しくはこれら電圧比または電力比と位相差から算出されるレジスタンス、リアクタンス、コンダクタンス、サセプタンス、インピーダンス及びアドミタンス等の少なくとも１つが含まれている。ここで、棒状電極２６９とインピーダンス測定器２７４の間、および、棒状電極２７１とインピーダンス測定器２７４の間には、図示しないスイッチが設けられていても良い。このように棒状電極２６９とインピーダンス測定器２７４の間にスイッチを設け、棒状電極２７１とインピーダンス測定器２７４の間にスイッチを設けることで、棒状電極２６９，２７０の劣化や断線、短絡等の異常を生じさせている電極を特定することが可能となる。
主に、棒状電極２６９，２７０，２７１、整合器２７２によりプラズマ生成領域２２４ａ，２２４ｂにプラズマを生成するプラズマ生成部が構成される。電極保護管２７５、高周波電源２７３、インピーダンス測定器２７４をプラズマ生成部に含めて考えてもよい。プラズマ生成部は、後述するように、ガスをプラズマ励起、すなわち、プラズマ状態に励起（活性化）させるプラズマ励起部（活性化機構）として機能する。
電極保護管２７５は、棒状電極２６９，２７０，２７１のそれぞれをバッファ室２３７内の雰囲気と隔離した状態でバッファ室２３７内へ挿入できる構造となっている。電極保護管２７５の内部のＯ2濃度が外気（大気）のＯ2濃度と同程度であると、電極保護管２７５内へそれぞれ挿入された棒状電極２６９，２７０，２７１は、ヒータ２０７による熱で酸化されてしまう。このため、電極保護管２７５の内部にＮ2ガス等の不活性ガスを充填しておくか、不活性ガスパージ機構を用いて電極保護管２７５の内部をＮ2ガス等の不活性ガスでパージすることで、電極保護管２７５の内部のＯ2濃度を低減させ、棒状電極２６９，２７０，２７１の酸化を防止することができる。
（排気部）
反応管２０３には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられている。排気管２３１には、処理室２０１内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ２４５および排気バルブ（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２４４を介して、真空排気装置としての真空ポンプ２４６が接続されている。ＡＰＣバルブ２４４は、真空ポンプ２４６を作動させた状態で弁を開閉することで、処理室２０１内の真空排気および真空排気停止を行うことができ、更に、真空ポンプ２４６を作動させた状態で、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、処理室２０１内の圧力を調整することができるように構成されているバルブである。主に、排気管２３１、ＡＰＣバルブ２４４、圧力センサ２４５により、排気系が構成される。真空ポンプ２４６を排気系に含めて考えてもよい。排気管２３１は、反応管２０３に設ける場合に限らず、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様にマニホールド２０９に設けてもよい。
マニホールド２０９の下方には、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、マニホールド２０９の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｂが設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６７が設置されている。回転機構２６７の回転軸２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６７は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管２０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。また、マニホールド２０９の下方には、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９を降下させている間、マニホールド２０９の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシャッタ２１９ｓが設けられている。シャッタ２１９ｓは、例えばＳＵＳ等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シャッタ２１９ｓの上面には、マニホールド２０９の下端と当接するシール部材としてのＯリング２２０ｃが設けられている。シャッタ２１９ｓの開閉動作（昇降動作や回動動作等）は、シャッタ開閉機構１１５ｓにより制御される。
（基板支持具）
図１に示すように基板支持具としてのボート２１７は、１枚または複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、所定の間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱板２１８が多段に支持されて断熱領域を形成している。
図２に示すように反応管２０３の内部には、温度検出器としての温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合を調整することで、処理室２０１内の温度を所望の温度分布とする。温度センサ２６３は、ノズル２４９ａ，２４９ｂと同様に反応管２０３の内壁に沿って設けられている。
（制御装置）
次に制御装置について図３を用いて説明する。図３に示すように、制御部（制御装置）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。
記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する成膜処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する各種処理（成膜処理）における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、プロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、ヒータ２０７、温度センサ２６３、整合器２７２、高周波電源２７３、インピーダンス測定器２７４、回転機構２６７、ボートエレベータ１１５、シャッタ開閉機構１１５ｓ等に接続されている。
ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、回転機構２６７の制御、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄの開閉動作、インピーダンス測定器２７４によるインピーダンス監視に基づく高周波電源２７３の調整動作、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくヒータ２０７の温度調整動作、回転機構２６７によるボート２１７の正逆回転、回転角度および回転速度調節動作、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置１２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程
次に、本実施形態の基板処理装置を使用して、半導体装置の製造工程の一工程として、基板処理方法であるウエハ２００上に薄膜を形成する成膜工程（成膜処理）について、図４及び図５を参照しながら説明する。以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
ここでは、原料ガスとしてＤＣＳガスを供給するステップと、反応ガスとしてプラズマ励起させたＮＨ3ガスを供給するステップとを非同期に、すなわち同期させることなく所定回数（１回以上）行うことで、ウエハ２００上に、ＳｉおよびＮを含む膜として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する例について説明する。また、例えば、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよい。また、ウエハ２００または所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。
本明細書では、図５に示す成膜処理のプロセスフローを、便宜上、以下のように示すこともある。以下の他の実施形態の説明においても、同様の表記を用いることとする。
（ＤＣＳ→ＮＨ3 *）×ｎ ⇒ ＳｉＮ
本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（搬入ステップ：Ｓ１）
複数枚のウエハ２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、シャッタ開閉機構１１５ｓによりシャッタ２１９ｓが移動させられて、マニホールド２０９の下端開口が開放される（シャッタオープン）。その後、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を支持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１内へ搬入（ボートロード）される。この状態で、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる。
（圧力・温度調整ステップ：Ｓ２）
処理室２０１の内部、すなわち、ウエハ２００が存在する空間が所望の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ２４６によって真空排気（減圧排気）される。この際、処理室２０１内の圧力は圧力センサ２４５で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ２４４がフィードバック制御される。また、処理室２０１内のウエハ２００が所望の温度となるようにヒータ２０７によって加熱される。この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように、温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０７への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２６７によるボート２１７およびウエハ２００の回転を開始する。処理室２０１内の排気、ウエハ２００の加熱および回転は、いずれも、少なくともウエハ２００に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。
（成膜ステップ：Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）
その後、ステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を順次実行することで成膜ステップを行う。
（原料ガス供給ステップ：Ｓ３，Ｓ４）
ステップＳ３では、処理室２０１内のウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給する。
バルブ２４３ａを開き、ガス供給管２３２ａ内へＤＣＳガスを流す。ＤＣＳガスは、ＭＦＣ２４１ａにより流量調整され、ノズル２４９ａを介してガス供給孔２５０ａから処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。このとき同時にバルブ２４３ｃを開き、ガス供給管２３２ｃ内へＮ2ガスを流してもよい。Ｎ2ガスは、ＭＦＣ２４１ｃにより流量調整され、ＤＣＳガスと一緒に処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
また、ノズル２４９ｂ内へのＤＣＳガスの侵入を抑制するため、バルブ２４３ｄを開き、ガス供給管２３２ｄ内へＮ2ガスを流してもよい。Ｎ2ガスは、ガス供給管２３２ｂ、ノズル２４９ｂを介して処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
ＭＦＣ２４１ａで制御するＤＣＳガスの供給流量は、例えば１ｓｃｃｍ以上、６０００ｓｃｃｍ以下、好ましくは２０００ｓｃｃｍ以上、３０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。ＭＦＣ２４１ｃ，２４１ｄで制御するＮ2ガスの供給流量は、それぞれ例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１Ｐａ以上、２６６６Ｐａ以下、好ましくは６６５Ｐａ以上、１３３３Ｐａの範囲内の圧力とする。ＤＣＳガスの供給時間は、例えば１秒以上、１０秒以下、好ましくは１秒以上、３秒以下の範囲内の時間とする。
ヒータ２０７の温度は、ウエハ２００の温度が、例えば０℃以上７００℃以下、好ましくは室温（２５℃）以上５５０℃以下、より好ましくは４０℃以上５００℃以下の範囲内の温度となるような温度に設定する。本実施形態のように、ウエハ２００の温度を７００℃以下、さらには５５０℃以下、さらには５００℃以下とすることで、ウエハ２００に加わる熱量を低減させることができ、ウエハ２００が受ける熱履歴の制御を良好に行うことができる。
上述の条件下でウエハ２００に対してＤＣＳガスを供給することにより、ウエハ２００（表面の下地膜）上に、Ｃｌを含むＳｉ含有層が形成される。Ｃｌを含むＳｉ含有層はＣｌを含むＳｉ層であってもよいし、ＤＣＳの吸着層であってもよいし、それらの両方を含んでいてもよい。以下、Ｃｌを含むＳｉ含有層を、単にＳｉ含有層とも称する。
Ｓｉ含有層が形成された後、バルブ２４３ａを閉じ、処理室２０１内へのＤＣＳガスの供給を停止する。このとき、ＡＰＣバルブ２４４を開いたままとし、真空ポンプ２４６により処理室２０１内を真空排気し、処理室２０１内に残留する未反応もしくはＳｉ含有層の形成に寄与した後のＤＣＳガスや反応副生成物等を処理室２０１内から排除する（Ｓ４）。また、バルブ２４３ｃ，２４３ｄは開いたままとして、処理室２０１内へのＮ2ガスの供給を維持する。Ｎ2ガスはパージガスとして作用する。なお、このステップＳ４を省略してもよい。
原料ガスとしては、ＤＣＳガスのほか、テトラキスジメチルアミノシランガス、トリスジメチルアミノシランガス、ビスジメチルアミノシランガス、ビスジエチルアミノシランガス、ビスターシャリーブチルアミノシランガス、ジメチルアミノシランガス、ジエチルアミノシランガス、ジプロピルアミノシランガス、ジイソプロピルアミノシランガス、ブチルアミノシランガス、ヘキサメチルジシラザンガス等の各種アミノシラン原料ガスや、モノクロロシランガス、トリクロロシランガス、テトラクロロシランガス、ヘキサクロロジシランガス、オクタクロロトリシランガス等の無機系ハロシラン原料ガスや、モノシランガス、ジシランガス、トリシランガス等のハロゲン基非含有の無機系シラン原料ガスを好適に用いることができる。
不活性ガスとしては、Ｎ2ガスの他、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。
（反応ガス供給ステップ：Ｓ５，Ｓ６）
成膜処理が終了した後、処理室２０１内のウエハ２００に対して反応ガスとしてのプラズマ励起させたＮＨ3ガスを供給する（Ｓ５）。
このステップでは、バルブ２４３ｂ〜２４３ｄの開閉制御を、ステップＳ３におけるバルブ２４３ａ，２４３ｃ，２４３ｄの開閉制御と同様の手順で行う。ＮＨ3ガスは、ＭＦＣ２４１ｂにより流量調整され、ノズル２４９ｂを介してバッファ室２３７内へ供給される。このとき、棒状電極２６９，２７０，２７１間に高周波電力を供給する。バッファ室２３７内へ供給されたＮＨ3ガスはプラズマ状態に励起され（プラズマ化されて活性化され）、活性種（ＮＨ3 *）として処理室２０１内へ供給され、排気管２３１から排気される。
ＭＦＣ２４１ｂで制御するＮＨ3ガスの供給流量は、例えば１００ｓｃｃｍ以上、１００００ｓｃｃｍ以下、好ましくは１０００ｓｃｃｍ以上、２０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の流量とする。棒状電極２６９，２７０，２７１に印加する高周波電力は、例えば５０Ｗ以上、６００Ｗ以下の範囲内の電力とする。処理室２０１内の圧力は、例えば１Ｐａ以上、５００Ｐａ以下の範囲内の圧力とする。プラズマを用いることで、処理室２０１内の圧力をこのような比較的低い圧力帯としても、ＮＨ3ガスを活性化させることが可能となる。ＮＨ3ガスをプラズマ励起することにより得られた活性種をウエハ２００に対して供給する時間、すなわち、ガス供給時間（照射時間）は、例えば１秒以上、１８０秒以下、好ましくは１秒以上、６０秒以下の範囲内の時間とする。その他の処理条件は、上述のＳ３と同様な処理条件とする。
上述の条件下でウエハ２００に対してＮＨ3ガスを供給することにより、ウエハ２００上に形成されたＳｉ含有層がプラズマ窒化される。この際、プラズマ励起されたＮＨ3ガスのエネルギーにより、Ｓｉ含有層が有するＳｉ−Ｃｌ結合、Ｓｉ−Ｈ結合が切断される。Ｓｉとの結合を切り離されたＣｌ、Ｈは、Ｓｉ含有層から脱離することとなる。そして、Ｃｌ等が脱離することで未結合手（ダングリングボンド）を有することとなったＳｉ含有層中のＳｉが、ＮＨ3ガスに含まれるＮと結合し、Ｓｉ−Ｎ結合が形成されることとなる。この反応が進行することにより、Ｓｉ含有層は、ＳｉおよびＮを含む層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化させられる（改質される）。
なお、Ｓｉ含有層をＳｉＮ層へと改質させるには、ＮＨ3ガスをプラズマ励起させて供給する必要がある。ＮＨ3ガスをノンプラズマの雰囲気下で供給しても、上述の温度帯では、Ｓｉ含有層を窒化させるのに必要なエネルギーが不足しており、Ｓｉ含有層からＣｌやＨを充分に脱離させたり、Ｓｉ含有層を充分に窒化させてＳｉ−Ｎ結合を増加させたりすることは、困難なためである。
Ｓｉ含有層をＳｉＮ層へ変化させた後、バルブ２４３ｂを閉じ、ＮＨ3ガスの供給を停止する。また、棒状電極２６９，２７０，２７１間への高周波電力の供給を停止する。そして、ステップＳ４と同様の処理手順、処理条件により、処理室２０１内に残留するＮＨ3ガスや反応副生成物を処理室２０１内から排除する（Ｓ６）。なお、このステップＳ６を省略してもよい。
窒化剤、すなわち、プラズマ励起させるＮＨ3含有ガスとしては、ＮＨ3ガスの他、ジアゼン（Ｎ2Ｈ2）ガス、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）ガス、Ｎ3Ｈ8ガス等を用いてもよい。
不活性ガスとしては、Ｎ2ガスの他、例えば、ステップＳ４で例示した各種希ガスを用いることができる。
（所定回数実施：Ｓ７）
上述したＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をこの順番に沿って非同時に、すなわち、同期させることなく行うことを１サイクルとし、このサイクルを所定回数（ｎ回）、すなわち、１回以上行う（Ｓ７）ことにより、ウエハ２００上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。上述のサイクルは、複数回繰り返すことが好ましい。すなわち、１サイクルあたりに形成されるＳｉＮ層の厚さを所望の膜厚よりも小さくし、ＳｉＮ層を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所望の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すことが好ましい。
（大気圧復帰ステップ：Ｓ８）
上述の成膜処理が完了したら、ガス供給管２３２ｃ，２３２ｄのそれぞれから不活性ガスとしてのＮ2ガスを処理室２０１内へ供給し、排気管２３１から排気する。これにより、処理室２０１内が不活性ガスでパージされ、処理室２０１内に残留するガス等が処理室２０１内から除去される（不活性ガスパージ）。その後、処理室２０１内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される（Ｓ８）。
（搬出ステップ：Ｓ９）
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済のウエハ２００が、ボート２１７に支持された状態でマニホールド２０９の下端から反応管２０３の外部に搬出（ボートアンロード）される（Ｓ９）。ボートアンロードの後は、シャッタ２１９ｓが移動させられ、マニホールド２０９の下端開口がＯリング２２０ｃを介してシャッタ２１９ｓによりシールされる（シャッタクローズ）。処理済のウエハ２００は、反応管２０３の外部に搬出された後、ボート２１７より取り出されることとなる（ウエハディスチャージ）。
（３）プラズマ異常判定
上述した成膜処理やエッチング処理などでは、反応ガスをプラズマ化させた活性種（イオンやラジカル）を用いて、特に基板表面での化学反応を促成させて、緻密な膜の形成や除去を行っているが、繰り返し処理を行なうことにより、プラズマ電極（本実施形態では棒状電極）の劣化や周辺の環境の影響を受けて、プラズマ特性が変化し、成膜特性やエッチング特性が安定しない場合がある。
本実施形態においては、基板処理装置におけるプラズマの状態を光学的にモニタリングするために、上述した基板処理装置を使用して、上述した半導体装置の製造工程の一工程として上述の成膜処理やエッチング処理などの基板処理を所定回数実施した後に、処理室２０１内へウエハを保持していない空のボート２１７を搬入し、処理室２０１内に配置可能に構成される後述するプラズマモニタ１０を処理室２０１内に設置し、上述した基板処理工程の反応ガス供給ステップＳ５を行って、プラズマ化したガスを供給するガス供給口３０２，３０４を撮像してプラズマの発光強度をモニタリングして記録する。そして、撮像した画像を分析して、プラズマの異常放電とちらつきとを区別して判定する。
処理室２０１内には、図６に示すように、反応管２０３の下部より上部にわたり細長い構造を有するシールキャップ２１９、またはシャッタ２１９ｓに取り付けおよび取り外しが可能（着脱可能）なプラズマモニタ１０が挿入される。
プラズマモニタ１０は、バッファ構造３００の円弧状に形成された壁面に形成されたガス供給口３０２，３０４を撮像可能な位置に配設される。また、プラズマモニタ１０は、バッファ室２３７内に設置された棒状電極２６９〜２７１と略平行に配設されている。
プラズマモニタ１０は、プラズマの発光強度を撮像する撮像装置としての内視鏡カメラ１２と、チューブ状の保護管１４で構成されている。保護管１４は、例えば石英部材で構成されている。また、内視鏡カメラ１２は、保護管１４内を上下方向と回転方向に移動可能に構成されている。
また、内視鏡カメラ１２は、ケーブルを介して反応管２０３の外部に設置された受像装置１６、または、受像装置１６を介したコントローラ１２１に接続されている。また、内視鏡カメラ１２には、レンズ１８が装着されている。また、内視鏡カメラ１２の周囲は、図７に示すように、例えば金属メッシュや金属箔等のノイズ除去部材としての金属網２０で覆われて保護されている。内視鏡カメラ１２は、プラズマ発生源である高周波電源２７３からの影響を受けると、ノイズを多く受け取ってしまう。このように金属網２０で内視鏡カメラ１２を覆うことにより、高周波電源２７３から発生する電磁波を遮蔽して電気的なノイズを除去している。金属網２０には、撮像位置であるレンズ１８を遮らないように開口部が形成され、内視鏡カメラ１２は、金属網２０に周囲を覆われた状態で保護管１４の内側に配置されている。なお、金属網２０は、プラズマからのノイズを除去することができれば網状であることに限らず、板状や円筒状など、どのような形状であっても良い。
つまり、内視鏡カメラ１２は、保護管１４内で上下方向・回転方向に移動自在であって、内視鏡カメラ１２のレンズ１８がガス供給口３０２，３０４に対して任意の回転角度を維持した状態で、ガス供給口３０２，３０４の下部から上部にわたる全域を一定の速度で垂直方向に移動して撮像し、画像データを取得するよう構成されている。
図８は、プラズマ異常判定を行う場合のコントローラの制御系を示すブロック図である。制御手段（制御部）としてのコントローラ１２１は、検出手段（検出部）としての検出論理回路２２と、判定手段（判定部）としての判定論理回路２４とを備えている。検出論理回路２２は、内視鏡カメラ１２により撮像されたガス供給口３０２，３０４周辺の画像データに基づいて、プラズマの発光強度を検出する。判定論理回路２４は、検出論理回路２２により検出された発光強度に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する。
具体的には、トリミング加工した画像データに基づいて、プラズマの発光強度を予め記憶装置１２１ｃまたは外部記憶装置１２３に記憶されている論理回路であって、ＲＡＭ１２１ｂに読みだされ、ＣＰＵ１２１ａで演算される検出論理回路２２によって検出し、検出された発光強度が閾値以上か否かを予め記憶装置１２１ｃまたは外部記憶装置１２３に記憶されている論理回路であって、ＲＡＭ１２１ｂに読みだされ、ＣＰＵ１２１ａで演算される判定論理回路２４によって判定する。
そして、判定論理回路２４は、検出論理回路２２により検出された発光強度が閾値以上である場合には、異常放電が発生していると判定する。また、判定論理回路２４は、検出論理回路２２により検出された発光強度が閾値より小さい場合には、検出された発光強度の最大値と最小値との間に予め設定された範囲以上あって、例えば±１０％以上の差があるか否かを判定する。そして、判定論理回路２４は、検出された発光強度の最大値と最小値との間に±１０％以上の差があると判定された場合には、ちらつきが発生していると判定し、±１０％以上の差がないと判定された場合には、正常であると判定する。そして、正常である（異常放電及びちらつきの発生がない）と判定された場合には、ウエハを保持したボート２１７を処理室２０１内に搬入し、上述した成膜処理等の基板処理工程を行う。
図９は、プラズマ異常判定を行う動作を示すフローチャートを示す図である。なお、プラズマ異常判定を行う動作は後述する動作を含め、基板処理動作と同様に主に制御部としてのコントローラ１２１によって制御される。
まず、図６及び図７に示すように、処理室２０１内に内視鏡カメラ１２を内蔵したプラズマモニタ１０を挿入する（ステップＳ１０）。
そして、上述した基板処理工程の反応ガス供給ステップＳ５と同様の制御を行ってプラズマを生成し、プラズマモニタ１０により、内視鏡カメラ１２のレンズ１８がガス供給口３０２，３０４に対して任意の回転角度を維持した状態で、ガス供給口３０２，３０４の下部から上部にわたる全域を一定の速度で垂直方向に移動させて撮像する。内視鏡カメラ１２で取得された信号は、画像データとして受像装置１６に送信されて、プラズマの発光状態を動画として保存する（ステップＳ１１）。
そして、画像データのプラズマが強く発生している領域をトリミング加工する（ステップＳ１２）。これにより、ノイズ成分と発光強度の信号成分の比であるＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ、信号対雑音比）が向上される。
そして、トリミング加工した画像データに基づいて、プラズマの発光強度を検出論理回路２２によって検出し（ステップＳ１３）、検出された発光強度が閾値以上か否かを判定論理回路２４によって判定する（ステップＳ１４）。
検出された発光強度が閾値以上である場合には（ステップＳ１４においてＹｅｓ）、異常放電が発生していると判定論理回路２４によって判定する（ステップＳ１５）。
そして、異常放電が発生していると判定された場合には、周波数を高周波化したり、反応管２０３の交換等を行う。
一方、検出された発光強度が閾値より小さい場合には（ステップＳ１４においてＮｏ）、検出された発光強度の最大値と最小値との間に予め設定された範囲以上あって、例えば±１０％以上の差があるか否かを判定論理回路２４によって判定する（ステップＳ１６）。
そして、検出された発光強度の最大値と最小値との間に±１０％以上の差があると判定された場合には（ステップＳ１６においてＹｅｓ）、ちらつきが発生していると判定論理回路２４によって判定する（ステップＳ１７）。
そして、ちらつきが発生していると判定された場合には、周波数を制御したり、棒状電極２６９〜２７１の交換等を行う。
そして、検出された発光強度の最大値と最小値との間に±１０％以上の差がないと判定された場合には（ステップＳ１６においてＮｏ）、正常であると判定論理回路２４によって判定し（ステップＳ１８）、ウエハを保持したボート２１７を処理室２０１内に搬入し、上述した成膜処理等の基板処理工程を行う。
（４）実施例
次に、実施例について詳述する。
本実施例では、上述した基板処理装置を用いて基板処理工程の反応ガス供給ステップＳ５において、処理室２０１の温度を室温、処理室２０１内の圧力を６６Ｐａ、高周波電源２７３の周波数ｆを１３．５６ＭＨｚにして、長さ０．６ｍ、直径１２ｍｍ程度の直流抵抗１Ω未満の棒状電極２６９，２７０，２７１を用いてＮＨ3ガスのＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）モードのプラズマを生成してバッファ室２３７内へ供給し、ガス供給口３０２，３０４をプラズマモニタ１０を用いて撮像した。
本実施例では、プラズマモニタ１０の内視鏡カメラ１２の回転角をガス供給口３０２，３０４に向けて固定し、保護管１４内を下部から上部に一定の速度で移動させて動画（１分あたり３０フレーム）を取得した。
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）において、破線枠は、トリミング加工する領域を示している。つまり、本実施例では、各フレーム画像のプラズマが強く発生している領域をトリミング加工して、発光強度のＳ／Ｎ比を向上させて判定している。
図１０（Ｂ）に示されているように、プラズマが異常な状態では、図１０（Ａ）に示されているプラズマが正常な状態と比較して、強力な発光が局所的に複数個所で発生しているのが分かる。反応管２０３の損耗や劣化が原因でガス供給口３０２，３０４の形状が変化し、その形状が変化したガス供給口３０２，３０４で異常放電が発生するような場合にこのような状態となる。
図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）のプラズマが正常な状態と図１０（Ｂ）のプラズマが異常の場合におけるガス供給口３０２，３０４の下部から上部におけるプラズマの発光強度の分布を示す図であって、取得した画像にトリミング加工をしないで発光強度を検出した例を示す図である。図１１（Ｂ）は、トリミング加工した領域の発光強度を１０フレーム毎に平均化してプロットした場合を示す図であって、図１１（Ｃ）は、トリミング加工した領域の発光強度を１０フレーム毎に最大値及び最小値をプロットした場合を示す図である。
つまり、図１１（Ａ）に示されているように、取得した画像にトリミング加工がされていない場合には、ノイズレベルの分布となり、プラズマの異常が発生しているか否かの判断が難しい。一方、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）に示されているように、取得した画像にトリミング加工がされている場合には、Ｓ／Ｎ比が向上し、プラズマに異常がある場合にプラズマの発光強度にメリハリがつく。
そして、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）に示されているように、プラズマの発光強度が閾値以上である場合に、このピーク位置が異常放電の発生箇所であると判定する。また、図１１（Ｃ）に示すように、フレーム毎に発光強度の最大値と最小値をプロットした場合に、最大プロットと最小プロットの差が例えば±１０％以上である場合はちらつきが生じていると判定する。
つまり、図１１（Ｃ）に示されているように、最大値と最小値のプロット曲線に大きな差が表れている箇所は、ちらつきを伴っていることを意味している。
なお、上述したコントローラ１２１は、プラズマの生成やプラズマの異常判定を制御するプラズマ制御装置としても機能する。すなわち、コントローラ１２１は、プラズマモニタ１０に内蔵された内視鏡カメラ１２により撮像されたプラズマの発光強度をモニタし、コンピュータのアルゴリズム処理でも正常・異常の判定を行うことができる。
そして、正常と判定できる場合には、プラズマの発光強度が数値化されているため、活性種の生成量を表わす指数として管理し、高周波電源の電力や周波数等を調整することで、活性種の生成量、言い換えるとプラズマ特性を維持することができる。
（５）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果が得られる。
（ａ）本実施形態によれば、プラズマの異常を高精度に判定することが可能となる。
（ｂ）また、本実施形態によれば、プラズマの異常放電とちらつきとを区別して判定することができ、それぞれに対応した措置をとることができる。
（ｃ）また、本実施形態によれば、電極や、その周辺の環境が変更されても、画像データに基づいて高周波電源の電力値や周波数値を調整することで、プラズマ特性を維持し、成膜特性やエッチング特性を安定化させることが可能となる。
（ｄ）また、本実施形態によれば、プラズマ特性を維持することにより、成膜特性やエッチング特性を安定化させ、ウエハ処理に対する生産性や安定性を向上させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上述の実施形態では、プラズマモニタ１０の配設位置（挿入位置）を図６及び図７に示したが、これに限らず、対象の全体を撮影することが可能であって、空間的に余裕がある、内視鏡カメラ１２の焦点が対象に合わせられる、反応管２０３やボート２１７等の他の部材に接触しない等の条件を満たせばどこに配設してもよい。
また、上述の実施形態では、上述した成膜処理やエッチング処理を所定回数実施した後に、処理室２０１内へ空のボート２１７を搬入してプラズマの異常判定を行う構成について説明したが、本発明はこのような態様に限定されず、ウエハを保持した状態のボートを搬入した状態でプラズマの異常判定を行うようにしてもよいし、装置を立ち上げる際のセッティング時に異常判定を行うようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、１つのバッファ構造を設けた場合について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、２つ以上のバッファ構造を設けた場合にも適用される。２つ以上のバッファ構造において、ちらつきが発生していると判定された場合には、２台の高周波電源間でトリガー信号を同期させて改善することもできる。
また、上述の実施形態では、原料を供給した後に反応ガスを供給する例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、原料、反応ガスの供給順序は逆でもよい。すなわち、反応ガスを供給した後に原料を供給するようにしてもよい。供給順序を変えることにより、形成される膜の膜質や組成比を変化させることが可能となる。
また、上述の実施形態では、成膜処理を所定回数実施した後に、プラズマの異常判定を行う例について説明した。本発明はこのような態様に限定されず、エッチング処理を所定回数実施した後に、プラズマ異常判定を行うなど、他のプラズマを用いる基板処理に対しても適用される。これにより、プラズマ特性を維持し、エッチング特性を安定化させることができる。
また、成膜処理やエッチング処理に用いられるレシピは、処理内容に応じて個別に用意し、電気通信回線や外部記憶装置１２３を介して記憶装置１２１ｃ内に格納しておくことが好ましい。そして、各種処理を開始する際、ＣＰＵ１２１ａが、記憶装置１２１ｃ内に格納された複数のレシピの中から、処理内容に応じて適正なレシピを適宜選択することが好ましい。これにより、１台の基板処理装置で様々な膜種、組成比、膜質、膜厚の薄膜を汎用的に、かつ、再現性よく形成することができるようになる。また、オペレータの負担を低減でき、操作ミスを回避しつつ、各種処理を迅速に開始できるようになる。
また、上述のレシピは、新たに作成する場合に限らず、例えば、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを変更することで用意してもよい。レシピを変更する場合は、変更後のレシピを、電気通信回線や当該レシピを記録した記録媒体を介して、基板処理装置にインストールしてもよい。また、既存の基板処理装置が備える入出力装置１２２を操作し、基板処理装置に既にインストールされていた既存のレシピを直接変更するようにしてもよい。
また、上述の実施形態では、基板処理装置について説明したが、半導体製造装置全般に適用することができる。
１０ プラズマモニタ
１２ 内視鏡カメラ（撮像装置）
１６ 受像装置
１８ レンズ
２００ ウエハ
２０１ 処理室

Claims (17)

  1. 基板を処理する処理室と、
    プラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたプラズマ生成部と、
    前記ガス供給口を撮像する撮像装置と、
    前記撮像装置により撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する制御部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記画像に基づいて、プラズマの発光強度を検出する検出部と、前記検出部により検出された発光強度に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する判定部を備える請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記判定部は、前記検出部により検出された発光強度が閾値より小さく、前記発光強度の最大値と最小値との間に予め設定された範囲以上の差がある場合に、プラズマのちらつきが発生していると判定する請求項２に記載の基板処理装置。
  4. 複数枚の前記基板を垂直方向に多段に支持する基板支持具を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記ガス供給口は、前記垂直方向に複数設けられる請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 前記撮像装置は前記処理室内に配置され、前記撮像装置の周囲はノイズ除去部材で覆われている請求項１に記載の基板処理装置。
  7. 前記プラズマ生成部は、プラズマを生成するバッファ室を形成し、前記バッファ室内に供給されプラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたバッファ構造を備える請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記バッファ構造内に、プラズマを生成する複数の電極が配置される請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 前記複数の電極は、垂直方向に設けられる棒状電極である請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 基板を処理する処理室と、
    プラズマを生成するバッファ室を形成し、前記バッファ室内に供給されプラズマ化されたガスを前記処理室内に供給するガス供給口が形成されたバッファ構造と、
    前記ガス供給口を撮像する撮像装置と、
    前記撮像装置により撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する制御部と、
    を有する基板処理装置。
  11. 前記制御部は、前記画像に基づいて、プラズマの発光強度を検出する検出部と、前記検出部により検出された発光強度に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無を判定する判定部を備える請求項１０に記載の基板処理装置。
  12. 処理室内にプラズマ化されたガスを供給するガス供給口を撮像し、
    撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定するプラズマのちらつき判定方法。
  13. 基板を処理する処理室内に、プラズマを生成するバッファ室を形成するバッファ構造の壁面に形成されたガス供給口を介して、プラズマ化されたガスを供給し、
    前記ガス供給口を撮像し、
    撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する
    プラズマ異常判定方法。
  14. 基板を処理する処理室内にガス供給口からプラズマ化されたガスを供給する工程と、
    前記プラズマ化されたガスを前記基板に供給して前記基板を処理する工程と、
    前記ガス供給口を撮像する工程と、
    撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する工程と、
    を備えた半導体装置の製造方法。
  15. 基板を処理する処理室内に、プラズマを生成するバッファ室を形成するバッファ構造の壁面に形成されたガス供給口を介して、プラズマ化されたガスを供給する工程と、
    前記プラズマ化されたガスを前記基板に供給して前記基板を処理する工程と、
    前記ガス供給口を撮像する工程と、
    撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する工程と、
    を備えた半導体装置の製造方法。
  16. 基板処理装置の処理室内にプラズマ化されたガスを供給するガス供給口を撮像する手順と、
    撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマのちらつきの発生の有無を判定する手順と、
    をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
  17. 基板を処理する基板処理装置の処理室内に、プラズマを生成するバッファ室を形成するバッファ構造の壁面に形成されたガス供給口を介して、プラズマ化されたガスを供給する手順と、
    前記プラズマ化されたガスを前記基板に供給して前記基板を処理する工程と、
    前記ガス供給口を撮像する手順と、
    撮像された前記ガス供給口の画像に基づいて、プラズマの異常放電の発生の有無とちらつきの発生の有無の少なくとも一方を判定する手順と、
    をコンピュータにより前記基板処理装置に実行させるプログラム。
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