JP2023001619A - 測定方法および測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出する。【解決手段】測定方法は、工程ａ）、工程ｂ）、工程ｃ）、および工程ｄ）を含む。工程ａ）では、受光素子を用いて、異なる露光時間毎に、プラズマ処理装置内で生成されたプラズマから検出される光の波長毎の発光強度を測定する。工程ｂ）では、予め定められた波長範囲を構成する複数の異なる個別波長範囲のそれぞれについて、個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された個別波長範囲における発光強度の分布を特定する。工程ｃ）では、特定された発光強度の分布から、個別波長範囲の発光強度の分布を選択する。工程ｄ）では、個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布を出力する。【選択図】図５

Description

本開示の種々の側面および実施形態は、測定方法および測定装置に関する。
例えば、下記の特許文献１には、プラズマの発光強度の測定を安定して行う技術が記載されている。
特開平４－３３８６６３号公報
本開示は、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる測定方法および測定装置を提供する。
本開示の一側面は、測定方法であって、工程ａ）、工程ｂ）、工程ｃ）、および工程ｄ）を含む。工程ａ）では、受光素子を用いて、異なる露光時間毎に、プラズマ処理装置内で生成されたプラズマから検出される光の波長毎の発光強度を測定する。工程ｂ）では、予め定められた波長範囲を構成する複数の異なる個別波長範囲のそれぞれについて、個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された個別波長範囲における発光強度の分布を特定する。工程ｃ）では、特定された発光強度の分布から、個別波長範囲の発光強度の分布を選択する。工程ｄ）では、個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布を出力する。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
図１は、本開示の一実施形態における処理システムの一例を示すシステム構成図である。 図２は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示すシステム構成図である。 図３は、本開示の一実施形態における受光装置の一例を示す図である。 図４は、本開示の第１の実施形態における測定装置の一例を示すブロック図である。 図５は、本開示の第１の実施形態における測定方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、受光装置から出力された発光強度の分布の一例を示す図である。 図７は、受光装置から出力された発光強度の分布の一例を示す図である。 図８は、受光装置から出力された発光強度の分布の一例を示す図である。 図９は、個別波長範囲毎に特定された発光強度の分布の一例を示す図である。 図１０は、本開示の第２の実施形態における測定装置の一例を示すブロック図である。 図１１は、発光強度が大きい光における露光時間と発光強度の関係の一例を示す図である。 図１２は、発光強度が小さい光における露光時間と発光強度の関係の一例を示す図である。 図１３は、発光状態情報の一例を示す図である。 図１４は、本開示の第２の実施形態における測定方法の一例を示すフローチャートである。 図１５は、測定装置を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。
以下に、測定方法および測定装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される測定方法および測定装置が限定されるものではない。
ところで、プラズマを用いた半導体製造プロセスにおいて、プラズマから検出される光にはプラズマに含まれる物質に起因する様々な波長の光が含まれる。それぞれの波長の発光強度は、プラズマに含まれる物質の量に依存するため、それぞれの波長の発光強度を監視することにより、プラズマ処理の進行の度合いを推定することができる。例えば、エッチングの対象となる膜のエッチングにおいて、エッチングの対象となる膜の下層の膜（以下、下層膜と記載する）の物質に対応する波長の発光強度が増加した場合、エッチングの対象となる膜に形成された凹部の底部が下層膜に達したと推定することができる。
しかし、近年、半導体製造プロセスの微細化に伴い、凹部の開口が小さくなる傾向にある。凹部の開口が小さくなると、エッチングの対象となる膜に形成された凹部の底部が下層膜に達したとしても、下層膜のエッチングにより放出される物質が少なくなる。そのため、エッチングの対象となる膜に形成された凹部の底部が下層膜に達した際の下層膜の物質に対応する波長の発光強度の変化量が小さくなる。そのため、発光強度の僅かな変化を精度よく監視する技術が求められている。
そこで、本開示は、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる技術を提供する。
（第１の実施形態）
［処理システム１の構成］
図１は、本開示の一実施形態における処理システム１の一例を示すシステム構成図である。処理システム１は、プラズマ処理システム２、受光装置３、および測定装置４を備える。
プラズマ処理システム２は、基板Ｗに対してプラズマを用いたエッチングを行う。また、プラズマ処理システム２は、プラズマから検出された光の波長毎の発光強度に関する情報を測定装置４から取得する。そして、波長毎の発光強度の分布が、例えば処理条件を変更するタイミングにおける発光強度の分布である予め定められた分布に変化した場合に、エッチングの終了またはエッチング条件の変更等の処理を行う。なお、プラズマ処理システム２によって行われる処理は、プラズマを用いた処理であれば、成膜、改質、またはクリーニング等の処理であってもよい。
受光装置３は、プラズマ処理システム２によって行われるプラズマ処理において生成されるプラズマから検出される光を受光する。そして、受光装置３は、測定装置４から指示された露光時間で、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度を測定する。そして、受光装置３は、波長毎の発光強度の情報を測定装置４へ出力する。
測定装置４は、プラズマ処理システム２によってプラズマを用いた処理が実行されている間、異なる露光時間毎に、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度を、受光装置３に測定させる。そして、受光装置３によって測定された露光時間毎の発光強度の分布の情報を加工し、加工された発光強度の分布の情報をプラズマ処理システム２へ出力する。
［プラズマ処理システム２の構成］
以下に、プラズマ処理システム２の構成例について説明する。図２は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システム２の一例を示すシステム構成図である。プラズマ処理システム２は、容量結合型のプラズマ処理装置２０および制御部２１を含む。プラズマ処理装置２０は、プラズマ処理チャンバ２１０、ガス供給部２２０、電源２３０、および排気システム２４０を含む。また、プラズマ処理装置２０は、基板支持部２１１およびガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ２１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド２１３を含む。基板支持部２１１は、プラズマ処理チャンバ２１０内に配置されている。シャワーヘッド２１３は、基板支持部２１１の上方に配置されている。一実施形態において、シャワーヘッド２１３は、プラズマ処理チャンバ２１０の天部（Ceiling）の少なくとも一部を構成する。
プラズマ処理チャンバ２１０は、シャワーヘッド２１３、プラズマ処理チャンバ２１０の側壁２１０ａ、および基板支持部２１１により規定されたプラズマ処理空間２１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ２１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間２１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口２１３ａと、プラズマ処理空間２１０ｓからガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口２１０ｅとを有する。側壁２１０ａは接地されている。側壁２１０ａには、例えば石英等の光を透過する材料により形成された窓２１０ｂが設けられている。窓２１０ｂには、レンズ等の光学部材を有する集光部３０が設けられている。集光部３０は、プラズマ処理空間２１０ｓ内で生成されたプラズマが発する光を窓２１０ｂを介して集光し、集光された光を例えば光ファイバ等の導光部３１に導く。導光部３１は、受光装置３に接続されており、集光部３０によって集光された光を受光装置３に導く。シャワーヘッド２１３および基板支持部２１１は、プラズマ処理チャンバ２１０の筐体とは電気的に絶縁されている。
基板支持部２１１は、本体部２１１１およびリングアセンブリ２１１２を含む。本体部２１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域である基板支持面２１１１ａと、リングアセンブリ２１１２を支持するための環状領域であるリング支持面２１１１ｂとを有する。基板Ｗはウエハと呼ばれることもある。本体部２１１１のリング支持面２１１１ｂは、平面視で本体部２１１１の基板支持面２１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部２１１１の基板支持面２１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ２１１２は、本体部２１１１の基板支持面２１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部２１１１のリング支持面２１１１ｂ上に配置されている。
一実施形態において、本体部２１１１は、静電チャックおよび基台を含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置されている。静電チャックの上面は、基板支持面２１１１ａである。
リングアセンブリ２１１２は、１または複数の環状部材を含む。１または複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部２１１は、静電チャック、リングアセンブリ２１１２、および基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部２１１は、基板Ｗと基板支持面２１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
シャワーヘッド２１３は、ガス供給部２２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間２１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド２１３は、少なくとも１つのガス供給口２１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室２１３ｂ、および複数のガス導入口２１３ｃを有する。ガス供給口２１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室２１３ｂを通過して複数のガス導入口２１３ｃからプラズマ処理空間２１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド２１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド２１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド２１３に加えて、側壁２１０ａに形成された１または複数の開口部に取り付けられる１または複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Side Gas Injector）を含んでもよい。
ガス供給部２２０は、少なくとも１つのガスソース２２１および少なくとも１つの流量制御器２２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２２０は、少なくとも１つの処理ガスを、対応するガスソース２２１から対応する流量制御器２２２を介してシャワーヘッド２１３に供給するように構成されている。流量制御器２２２は、例えばマスフローコントローラまたは圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調またはパルス化する１またはそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電源２３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ（Radio Frequency）電源２３１を含む。ＲＦ電源２３１は、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号を、基板支持部２１１の導電性部材、シャワーヘッド２１３の導電性部材、またはその両方に供給するように構成されている。これにより、プラズマ処理空間２１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源２３１は、プラズマ処理チャンバ２１０において１またはそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部２１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
一実施形態において、ＲＦ電源２３１は、第１のＲＦ生成部２３１ａおよび第２のＲＦ生成部２３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部２３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部２１１の導電性部材、シャワーヘッド２１３の導電性部材、またはその両方に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号を生成するように構成される。ソースＲＦ信号は、ソースＲＦ電力と呼んでもよい。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数の信号を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部２３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１または複数のソースＲＦ信号は、基板支持部２１１の導電性部材、シャワーヘッド２１３の導電性部材、またはその両方に供給される。
第２のＲＦ生成部２３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部２１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号は、バイアスＲＦ電力と呼んでもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の信号を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部２３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１または複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部２１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号およびバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つはパルス化されてもよい。
また、電源２３０は、プラズマ処理チャンバ２１０に結合されるＤＣ（Direct Current）電源２３２を含んでもよい。ＤＣ電源２３２は、第１のＤＣ生成部２３２ａおよび第２のＤＣ生成部２３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部２３２ａは、基板支持部２１１の導電性部材に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のＤＣ信号は、基板支持部２１１の導電性部材に印加される。他の実施形態において、第１のＤＣ信号は、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部２３２ｂは、シャワーヘッド２１３の導電性部材に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、シャワーヘッド２１３の導電性部材に印加される。種々の実施形態において、第１および第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つはパルス化されてもよい。なお、第１のＤＣ生成部２３２ａおよび第２のＤＣ生成部２３２ｂは、ＲＦ電源２３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部２３２ａが第２のＲＦ生成部２３１ｂに代えて設けられてもよい。
排気システム２４０は、例えばプラズマ処理チャンバ２１０の底部に設けられたガス排出口２１０ｅに接続され得る。排気システム２４０は、圧力調整弁および真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間２１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。
制御部２１は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置２０に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２１は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置２０の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２１の一部または全部がプラズマ処理装置２０に含まれてもよい。制御部２１は、例えばコンピュータ２１ａを含んでもよい。コンピュータ２１ａは、例えば、処理部２１ａ１、記憶部２１ａ２、および通信インターフェイス２１ａ３を含んでもよい。処理部２１ａ１は、記憶部２１ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。処理部２１ａ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んでもよい。記憶部２１ａ２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェイス２１ａ３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプラズマ処理装置２０との間で通信を行う。
［受光装置３の構成］
図３は、本開示の一実施形態における受光装置３の一例を示す図である。受光装置３は、導光部３１、回折格子３２、受光素子３３、および制御部３４を有する。導光部３１は、例えば光ファイバであり、集光部３０によって集光された光を受光装置３内に導き、回折格子３２に照射する。
回折格子３２は、導光部３１によって導かれた光を波長毎に分離して受光素子３３に照射する。受光素子３３は、制御部３４から指示された露光時間で、回折格子３２から照射された波長毎の光の発光強度を測定し、測定値を制御部３４へ出力する。本実施形態において、受光素子３３は、例えば、１００ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下の範囲内の波長について、回折格子３２から照射された波長毎の発光強度を測定する。制御部３４は、測定装置４から指示された露光時間を受光素子３３へ指示する。そして、受光素子３３から出力された波長毎の発光強度の測定値を測定装置４へ出力する。
［測定装置４の構成］
図４は、本開示の第１の実施形態における測定装置４の一例を示すブロック図である。取得部４０、特定部４１、選択部４２、出力部４３、およびＤＢ（Data Base）４４を有する。
取得部４０は、異なる露光時間を受光装置３に指示する。本実施形態において、露光時間は、例えば、１ｍｓｅｃ以上かつ１０００ｍｓｅｃ以下の範囲内において選択される。本実施形態において、取得部４０は、１０ｍｓｅｃ、２０ｍｓｅｃ、および６０ｍｓｅｃの露光時間を、それぞれ受光装置３に指示する。そして、取得部４０は、それぞれの露光時間において、波長毎の発光強度のデータを受光装置３から取得する。そして、取得部４０は、取得した波長毎の発光強度のデータを、露光時間に対応付けてＤＢ４４に保存する。
特定部４１は、ＤＢ４４を参照し、予め定められた波長範囲を構成する複数の個別波長範囲のそれぞれについて、個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された発光強度の分布を特定する。本実施形態において、予め定められた波長範囲は、例えば１００ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下の波長範囲である。また、本実施形態において、予め定められた波長範囲は、３つの個別波長範囲Ｒ１～Ｒ３に分けられている。
選択部４２は、特定部４１によって特定された発光強度の分布から、個別波長範囲の発光強度の分布を選択する。出力部４３は、選択部４２によって個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布をプラズマ処理システム２へ出力する。
［測定方法］
図５は、本開示の第１の実施形態における測定方法の一例を示すフローチャートである。図５のフローチャートに例示される各処理は、測定装置４によって実行される。以下では、図６～図９を参照しながら説明を行う。
まず、取得部４０は変数ｍの値を１に初期化し、特定部４１は変数ｎの値を１に初期化する（Ｓ１００）。そして、取得部４０は、ｍ番目の露光時間を受光装置３に指示する。そして、取得部４０は、ｍ番目の露光時間で測定された波長毎の発光強度の分布を受光装置３から取得する（Ｓ１０１）。ステップＳ１０１は、工程ａ）の一例である。そして、取得部４０は、ｍ番目の露光時間で測定された波長毎の発光強度の分布のデータを、露光時間に対応付けてＤＢ４４に保存する（Ｓ１０２）。
次に、取得部４０は、変数ｍの値を１増やし（Ｓ１０３）、変数ｍの値が最大値ｍmaxを超えたか否かを判定する（Ｓ１０４）。本実施形態において、最大値ｍmaxは、例えば３である。変数ｍの値が最大値ｍmaxを超えていない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、再びステップＳ１０１に示された処理が実行される。
ここで、本実施形態において、１番目の露光時間は例えば１０ｍｓｅｃであり、２番目の露光時間は例えば２０ｍｓｅｃであり、３番目の露光時間は例えば６０ｍｓｅｃである。１０ｍｓｅｃの露光時間では、例えば図６に示されるような波長毎の発光強度の分布が測定される。２０ｍｓｅｃの露光時間では、例えば図７に示されるような波長毎の発光強度の分布が測定される。６０ｍｓｅｃの露光時間では、例えば図８に示されるような波長毎の発光強度の分布が測定される。
図６～図８において、Ｒ１～Ｒ３は、個別波長範囲である。本実施形態において、個別波長範囲とは、例えば、処理条件の変更のタイミングにおいて発光強度の特徴的な変化を示す特定の波長を少なくとも１つ含む波長範囲である。個別波長範囲Ｒ１には波長λ１が含まれ、個別波長範囲Ｒ２には波長λ２が含まれ、個別波長範囲Ｒ３には波長λ３が含まれている。即ち、ｎ番目の個別波長範囲Ｒｎには波長λｎが含まれる。波長λ１～λ３は、プラズマ処理システム２よって実行されるプラズマ処理の進行に応じて発光強度が変化する波長である。波長λ１～λ３の発光強度の変化を監視することにより、プラズマ処理の進行の度合いを推定することができる。なお、本実施形態において、それぞれの個別波長範囲には、プラズマ処理システム２によって実行されるプラズマ処理の進行に応じて発光強度が変化する波長が１つ含まれる。しかし、開示の技術はこれに限られず、それぞれの個別波長範囲には、プラズマ処理システム２によって実行されるプラズマ処理の進行に応じて発光強度が変化する波長が２つ以上含まれていてもよい。
図６～図８の例において、波長λ１の発光強度は波長λ２の発光強度よりも高く、波長λ３の発光強度は波長λ１の発光強度よりも高きい。図６～図８から明らかなように、露光時間が長いほど、発光強度の測定値が大きい。そのため、プラズマから検出される光に含まれる波長の中で、発光強度が高い波長の光は、露光時間が長くなると、受光素子３３による測定値が大きくなり過ぎる場合がある。露光時間が２０ｍｓｅｃになると、例えば図７に示されるように、波長λ３の発光強度が発光強度の測定範囲を超えてしまう。さらに、露光時間が６０ｍｓｅｃになると、例えば図８に示されるように、波長λ１の発光強度も発光強度の測定範囲を超えてしまう。
一方、露光時間が１０ｍｓｅｃである図６の発光強度の分布では、波長λ２の発光強度が小さく、波長λ２の発光強度がノイズに埋もれている。そのため、例えば図６の発光強度分布では、波長λ２の発光強度の僅かな変化を検出することが難しい。なお、露光時間が２０ｍｓｅｃになると、例えば図７に示されるように、波長λ２の発光強度が増加するが、まだノイズの影響が大きい。しかし、露光時間が６０ｍｓｅｃになると、例えば図８に示されるように、ノイズの影響が小さくなり、波長λ２の発光強度の僅かな変化を検出することが可能となる。
図５に戻って説明を続ける。変数ｍの値が最大値ｍmaxを超えた場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、特定部４１は、ＤＢ４４を参照する。そして、特定部４１は、ｎ番目の個別波長範囲Ｒｎに含まれる波長λｎの発光強度のピークが予め定められた発光強度の範囲ΔＩに含まれる露光時間で測定された発光強度の分布を特定する（Ｓ１０５）。予め定められた発光強度の範囲ΔＩは、例えば、発光強度の測定値が飽和せず、かつ、ノイズに埋もれない範囲である。ステップＳ１０５は、工程ｂ）の一例である。本実施形態において、予め定められた発光強度の範囲ΔＩは、例えば測定値の範囲の３０％から８０％の範囲である。図６～図８の例では、測定値の範囲が０～６５０００であるため、測定値の範囲の３０％である１９５００に対応する下限値ＩLから測定値の範囲の８０％である５２０００に対応する上限値ＩUまでが範囲ΔＩとなる。
例えば１番目の個別波長範囲Ｒ１に含まれる波長λ１の発光強度のピークが範囲ΔＩに含まれる発光強度の分布は、図７に例示された分布である。そのため、特定部４１は、１番目の個別波長範囲Ｒ１に含まれる波長λ１については、露光時間が２０ｍｓｅｃである図７に例示された発光強度の分布を特定する。
同様に、例えば２番目の個別波長範囲Ｒ２に含まれる波長λ２の発光強度のピークが範囲ΔＩに含まれる発光強度の分布は、図８に例示された分布である。そのため、特定部４１は、２番目の個別波長範囲Ｒ２に含まれる波長λ２については、露光時間が６０ｍｓｅｃである図８に例示された発光強度の分布を特定する。
同様に、例えば３番目の個別波長範囲Ｒ３に含まれる波長λ３の発光強度のピークが範囲ΔＩに含まれる発光強度の分布は、図６に例示された分布である。そのため、特定部４１は、３番目の個別波長範囲Ｒ３に含まれる波長λ３については、露光時間が１０ｍｓｅｃである図６の発光強度の分布を特定する。
次に、選択部４２は、ステップＳ１０５で特定された発光強度の分布から、ｎ番目の個別波長範囲Ｒｎの発光強度の分布を選択する（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６は、工程ｃ）の一例である。そして、選択部４２は、選択された発光強度の分布のデータを、ｎ番目の個別波長範囲Ｒｎの情報に対応付けてＤＢ４４に保存する（Ｓ１０７）。例えば１番目の個別波長範囲Ｒ１に含まれる波長λ１について、図７に例示された発光強度の分布が特定された場合、選択部４２は、図７に例示された発光強度の分布から個別波長範囲Ｒ１の発光強度の分布を選択する。
次に、特定部４１は、変数ｎの値を１増やし（Ｓ１０８）、変数ｎの値が最大値ｎmaxを超えたか否かを判定する（Ｓ１０９）。本実施形態において、最大値ｎmaxは、例えば３である。変数ｎの値が最大値ｎmaxを超えていない場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）、再びステップＳ１０５に示された処理が実行される。
一方、変数ｎの値が最大値ｎmaxを超えた場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、出力部４３は、ＤＢ４４を参照し、個別波長範囲毎に選択部４２によって選択された発光強度の分布のデータをプラズマ処理システム２へ出力する（Ｓ１１０）。ステップＳ１１０は、工程ｄ）の一例である。出力部４３は、個別波長範囲毎の発光強度の分布のデータを合成し、例えば図９に示されるような発光強度の分布を示す１つのデータとしてプラズマ処理システム２へ出力してもよい。
次に、取得部４０は、プラズマ処理システム２によって実行されているプラズマ処理が終了したか否かを判定する（Ｓ１１１）。プラズマ処理が終了していない場合（Ｓ１１１：Ｎｏ）、再びステップＳ１００に示された処理が実行される。一方、プラズマ処理が終了した場合（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、本フローチャートに示された測定方法が終了する。
以上、第１の実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における測定方法は、工程ａ）、工程ｂ）、工程ｃ）、および工程ｄ）を含む。工程ａ）では、受光素子３３を用いて、異なる露光時間毎に、プラズマ処理装置２０内で生成されたプラズマから検出される光の波長毎の発光強度を測定する。工程ｂ）では、予め定められた波長範囲を構成する複数の個別波長範囲のそれぞれについて、個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された発光強度の分布を特定する。工程ｃ）では、特定された発光強度の分布から、個別波長範囲の発光強度の分布を選択する。工程ｄ）では、個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布を出力する。これにより、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
また、上記した実施形態において、工程ｄ）では、個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布が合成されて出力されてもよい。これにより、複数の個別波長範囲全体における発光強度の分布に基づいて、発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ）からｄ）は、この順番で複数回繰り返し実行される。これにより、発光強度の変化に追従して、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ）では、１００ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下の範囲内の波長について、受光素子３３を用いて異なる露光時間毎に、波長毎の発光強度が測定される。これにより、プラズマ処理の進行の度合いに関連する物質から放射される光の波長を網羅することができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ）では、１ｍｓｅｃ以上かつ１０００ｍｓｅｃ以下の範囲内の露光時間において、受光素子を用いて異なる露光時間毎に、波長毎の発光強度が測定される。これにより、予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された発光強度の分布を特定することができる。
また、上記した実施形態における測定装置４は、取得部４０と、特定部４１と、選択部４２と、出力部４３とを備える。取得部４０は、プラズマ処理装置２０内で生成されたプラズマから検出される光を受光した受光素子３３から、異なる露光時間毎に測定された波長毎の発光強度を取得する。特定部４１は、予め定められた波長範囲を構成する複数の個別波長範囲のそれぞれについて、個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された発光強度の分布を特定する。選択部４２は、特定された発光強度の分布から、個別波長範囲の発光強度の分布を選択する。出力部４３は、個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布を出力する。これにより、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、個別波長範囲毎に、個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が範囲ΔＩ内の発光強度となる露光時間で測定された発光強度の分布が選択された。これに対し、本実施形態では、波長毎に露光時間に対する発光強度の変化率が算出され、算出された波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布を示す発光状態情報が出力される。このような発光状態情報を参照することにより、波長毎の発光強度の変化を精度よく検出することができる。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
［測定装置４の構成］
図１０は、本開示の第２の実施形態における測定装置４の一例を示すブロック図である。本実施形態における測定装置４は、取得部４０、ＤＢ４４、算出部４５、および出力部４６を備える。なお、以下に説明する点を除き、図１０において、図４と同じ符号を付した構成は、図４における構成と同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
算出部４５は、ＤＢ４４に保存された露光時間毎の発光強度の分布を参照し、波長毎に、露光時間に対する発光強度の変化率を算出する。ここで、例えば図１１および図１２に示されるように、発光強度は、露光時間に依存して変化する。また、露光時間が短い場合には、発光強度の測定値がノイズに埋もれるため、発光強度の測定値がノイズレベルＩNOISEとなる。また、露光時間が長い場合には、発光強度の測定値が測定値の上限値ＩLIMITに達する。
また、露光時間に対する発光強度の変化率は、発光強度の大きさに依存する。例えば、発光強度が大きい波長については、例えば図１１に示されるように、露光時間に対する発光強度の変化率が大きい。図１１の例では、ノイズレベルＩNOISEと上限値ＩLIMITの間における発光強度の変化は、直線Ｌ1で近似される。
一方、発光強度が小さい波長については、例えば図１２に示されるように、露光時間に対する発光強度の変化率が、図１１に例示された露光時間に対する発光強度の変化率よりも小さい。図１２の例では、ノイズレベルＩNOISEと上限値ＩLIMITの間における発光強度の変化は、直線Ｌ2で近似される。
算出部４５は、例えば、予め定められた発光強度の範囲内における発光強度の変化を直線で近似し、直線の変化率を表す係数を露光時間に対する発光強度の変化率として算出する。直線の変化率は、例えば直線を表す数式を露光時間について微分した係数を用いることができる。予め定められた発光強度の範囲とは、例えばノイズレベルＩNOISEと上限値ＩLIMITの間の発光強度の測定値の範囲である。図１１に例示された直線Ｌ1および図１２に例示された直線Ｌ2は、例えば下記の（１）式で近似される。
Figure 2023001619000002
 上記した（１）式において、ｔは露光時間を示し、Ｉは発光強度の測定値を示し、ａおよびｂは係数を示す。
算出部４５は、例えば、波長毎に、上記した（１）式における係数ａを、露光時間に対する発光強度の変化率として算出する。そして、算出部４５は、算出された変化率を、波長の情報に対応付けてＤＢ４４に保存する。
なお、算出部４５は、予め定められた発光強度の範囲内における発光強度の変化を曲線で近似し、曲線の変化率を表す係数を露光時間に対する発光強度の変化率として算出してもよい。例えば、算出部４５は、図１１および図１２において、ノイズレベルＩNOISEと上限値ＩLIMITの間における発光強度の変化を、例えば下記の（２）式に示されるような曲線で近似してもよい。
Figure 2023001619000003
 上記した（２）式において、ｔは露光時間を示し、Ｉは発光強度の測定値を示し、ＡおよびＢは係数を示す。係数ＡおよびＢは、上記した（２）式で表される曲線の、露光時間に対する発光強度の変化率を表す係数の一例である。
そして、算出部４５は、例えば、波長毎に、上記した（２）式における係数ＡまたはＢ、あるいは、（２）式を露光時間について微分した係数を、露光時間に対する発光強度の変化率として算出してもよい。
出力部４６は、ＤＢ４４に保存された波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の情報を参照し、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布を示す発光状態情報を作成する。そして、出力部４６は、作成された発光状態情報を、プラズマ処理システム２へ出力する。図１３は、発光状態情報の一例を示す図である。発光状態情報では、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさが示されており、露光時間に対する発光強度の変化率の大きさは、発光強度の大きさに依存する。そのため、発光状態情報を参照することにより、波長毎の発光強度の大きさの変化を監視することができる。
［測定方法］
図１４は、本開示の第２の実施形態における測定方法の一例を示すフローチャートである。図１４のフローチャートに例示される各処理は、測定装置４によって実行される。なお、以下に説明する点を除き、図１４において、図５と同じ符号を付した処理は、図５において説明された処理と同様であるため説明を省略する。
ステップＳ１００において、取得部４０は変数ｍの値を１に初期化し、算出部４５は変数ｋの値を１に初期化する（Ｓ１００）。
変数ｍの値が最大値ｍmaxを超えた場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、算出部４５は、ＤＢ４４に保存されている露光時間毎の発光強度の分布を参照し、ｋ番目の波長について、露光時間に対する発光強度の変化率を算出する（Ｓ２００）。ステップＳ２０５は、工程ｂ）の一例である。そして、算出部４５は、算出された変化率のデータを、ｋ番目の波長の情報に対応付けてＤＢ４４に保存する（Ｓ２０１）。
次に、算出部４５は、変数ｋの値を１増やし（Ｓ２０２）、変数ｋの値が最大値ｋmaxを超えたか否かを判定する（Ｓ２０３）。本実施形態において、最大値ｋmaxは、例えば１，０００～１，０００，０００である。変数ｋの値が最大値ｋmaxを超えていない場合（Ｓ２０３：Ｎｏ）、再びステップＳ２００に示された処理が実行される。
一方、変数ｋの値が最大値ｋmaxを超えた場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、出力部４６は、ＤＢ４４に保存された波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の情報を参照し、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布を示す発光状態情報を作成する（Ｓ２０４）。そして、出力部４６は、作成された発光状態情報のデータをプラズマ処理システム２へ出力する（Ｓ２０５）。ステップＳ２０５は、工程ｃ）の一例である。そして、ステップＳ１１１に示された処理が実行される。
以上、第２の実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における測定方法は、工程ａ）、工程ｂ）、および工程ｃ）を含む。工程ａ）では、受光素子３３を用いて、異なる露光時間毎に、プラズマ処理装置２０内で生成されたプラズマから検出される光の波長毎の発光強度を測定する。工程ｂ）では、波長毎に、露光時間に対する発光強度の変化率を算出する。工程ｃ）では、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布を示す発光状態情報を出力する。これにより、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
また、上記した実施形態において、工程ｂ）では、予め定められた発光強度の範囲内における発光強度の変化が直線または曲線で近似され、直線または曲線の変化率を表す係数が露光時間に対する発光強度の変化率として算出される。これにより、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
また、上記した実施形態において、工程ａ）からｃ）は、この順番で複数回繰り返し実行される。これにより、発光強度の変化に追従して、プラズマから検出される光の波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率を精度よく検出することができる。
また、上記した実施形態における測定装置４は、取得部４０と、算出部４５と、出力部４６とを備える。取得部４０は、プラズマ処理装置２０内で生成されたプラズマから検出される光を受光した受光素子３３から、異なる露光時間毎に測定された波長毎の発光強度を取得する。算出部４５は、波長毎に、露光時間に対する発光強度の変化率を算出する。出力部４６は、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布を示す発光状態情報を出力する。これにより、プラズマから検出される光の波長毎の発光強度の分布の変化を精度よく検出することができる。
［ハードウェア］
測定装置４は、例えば図１３に示すような構成のコンピュータ９０により実現される。図１５は、測定装置４を実現するコンピュータ９０の一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ９０は、ＣＰＵ９１、ＲＡＭ９２、ＲＯＭ９３、補助記憶装置９４、通信Ｉ／Ｆ（インターフェイス）９５、入出力Ｉ／Ｆ９６、およびメディアＩ／Ｆ９７を備える。
ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９３または補助記憶装置９４に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ９３は、コンピュータ９０の起動時にＣＰＵ９１によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ９０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。
補助記憶装置９４は、例えばＨＤＤまたはＳＳＤ等であり、ＣＰＵ９１によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。ＣＰＵ９１は、当該プログラムを、補助記憶装置９４から読み出してＲＡＭ９２上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。
通信Ｉ／Ｆ９５は、ＬＡＮ等の通信回線を介してプラズマ処理システム２および受光装置３との間で通信を行う。通信Ｉ／Ｆ９５は、通信回線を介してプラズマ処理システム２または受光装置３からデータを受信してＣＰＵ９１へ送り、ＣＰＵ９１が生成したデータを、通信回線を介してプラズマ処理システム２または受光装置３へ送信する。
ＣＰＵ９１は、入出力Ｉ／Ｆ９６を介して、キーボード等の入力装置およびディスプレイ等の出力装置を制御する。ＣＰＵ９１は、入出力Ｉ／Ｆ９６を介して、入力装置から入力された信号を取得してＣＰＵ９１へ送る。また、ＣＰＵ９１は、生成したデータを、入出力Ｉ／Ｆ９６を介して出力装置へ出力する。
メディアＩ／Ｆ９７は、記録媒体９８に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、補助記憶装置９４に格納する。記録媒体９８は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。
コンピュータ９０が第１の実施形態における測定装置４として機能する場合、コンピュータ９０のＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９２上にロードされたプログラムを実行することにより、取得部４０、特定部４１、選択部４２、および出力部４３の各機能を実現する。発光強度等のデータは、ＲＡＭ９２またはＲＯＭ９３に格納される。
また、コンピュータ９０が第２の実施形態における測定装置４として機能する場合、コンピュータ９０のＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９２上にロードされたプログラムを実行することにより、取得部４０、算出部４５、および出力部４６の各機能を実現する。発光強度のデータおよび露光時間に対する発光強度の変化率等のデータは、ＲＡＭ９２またはＲＯＭ９３に格納される。
コンピュータ９０のＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９２上にロードされるプログラムを、記録媒体９８から読み取って補助記憶装置９４に格納するが、他の例として、他の装置から、通信回線を介してプログラムを取得して補助記憶装置９４に格納してもよい。あるいは、コンピュータ９０のＣＰＵ９１は、他の装置から、通信回線を介してプログラムを取得し、取得したプログラムをＲＡＭ９２上にロードして実行してもよい。
［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した第１の実施形態では、プラズマ処理システム２の制御部２１は、測定装置４から出力された波長毎の発光強度の分布に基づいて、波長毎の発光強度の分布が予め定められた分布に変化したか否かを監視する。そして、制御部２１は、波長毎の発光強度の分布が予め定められた分布に変化した場合に、エッチングの終了またはエッチング条件の変更等の処理を行う。しかし、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、測定装置４内に、波長毎の発光強度の分布が予め定められた分布に変化したか否かを監視する機能が設けられていてもよい。この場合、プラズマ処理システム２は、波長毎の発光強度の分布が予め定められた分布に変化したことが測定装置４から通知された場合に、エッチングの終了またはエッチング条件の変更等の処理を行う。
また、上記した第２の実施形態では、プラズマ処理システム２の制御部２１は、測定装置４から出力された波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布に基づいて、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布が予め定められた分布に変化したか否かを監視する。そして、制御部２１は、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布が予め定められた分布に変化した場合に、エッチングの終了またはエッチング条件の変更等の処理を行う。しかし、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、測定装置４内に、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布が予め定められた分布に変化したか否かを監視する機能が設けられていてもよい。この場合、プラズマ処理システム２は、波長毎の露光時間に対する発光強度の変化率の大きさの分布が予め定められた分布に変化したことが測定装置４から通知された場合に、エッチングの終了またはエッチング条件の変更等の処理を行う。
また、上記した各実施形態では、受光装置３と測定装置４とが別な装置として説明されたが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、受光装置３と測定装置４とは１つの装置として実現されてもよい。
また、上記した実施形態では、プラズマ源の一例として、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）を用いて処理を行う処理システム１を説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ）、電子サイクロトン共鳴プラズマ（ＥＣＰ）、およびヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）等が挙げられる。
本願に開示された測定方法又は測定装置は、プラズマ処理装置に組み込むことにより、例えば、プラズマ処理反応の終点検出に用いることができる。より具体的には、プラズマ処理装置がエッチング装置である場合に、本願に開示された測定方法又は測定装置は、エッチング反応の終点検出に用いることができる。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
Ｗ 基板
１ 処理システム
２ プラズマ処理システム
２０ プラズマ処理装置
２１ 制御部
２１ａ コンピュータ
２１０ プラズマ処理チャンバ
２１０ａ 側壁
２１０ｂ 窓
３ 受光装置
３０ 集光部
３１ 導光部
３２ 回折格子
３３ 受光素子
３４ 制御部
４ 測定装置
９０ コンピュータ

Claims (12)

  1. ａ） 受光素子を用いて、異なる露光時間毎に、プラズマ処理装置内で生成されたプラズマから検出される光の波長毎の発光強度を測定する工程と、
    ｂ） 予め定められた波長範囲を構成する複数の異なる個別波長範囲のそれぞれについて、前記個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された前記個別波長範囲における発光強度の分布を特定する工程と、
    ｃ） 特定された発光強度の分布から、前記個別波長範囲の発光強度の分布を選択する工程と、
    ｄ） 前記個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布を出力する工程と
    を含む測定方法。
  2. 前記工程ｄ）では、
    前記個別波長範囲毎に選択された発光強度の２つ以上の分布が合成されて出力される請求項１に記載の測定方法。
  3. 前記工程ａ）からｄ）は、この順番で複数回繰り返し実行される請求項１または２に記載の測定方法。
  4. ｅ） 前記個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布が、予め定められた分布に変化した場合に、通知を出力する工程
    を含む請求項３に記載の測定方法。
  5. ａ） 受光素子を用いて、異なる露光時間毎に、プラズマ処理装置内で生成されたプラズマから検出される光の波長毎の発光強度を測定する工程と、
    ｂ） 波長毎に、露光時間に対する発光強度の変化率を算出する工程と、
    ｃ） 波長毎の前記変化率の大きさの分布を示す発光状態情報を出力する工程と
    を含む測定方法。
  6. 前記工程ｂ）では、予め定められた発光強度の範囲内における、露光時間に対する発光強度の変化が直線または曲線で近似され、前記直線または曲線の変化率を表す係数が前記変化率として算出される請求項５に記載の測定方法。
  7. 前記工程ａ）からｃ）は、この順番で複数回繰り返し実行される請求項５または６に記載の測定方法。
  8. ｄ） 前記発光状態情報における波長毎の前記変化率の大きさの分布が、予め定められた分布に変化した場合に、通知を出力する工程
    を含む請求項５から７のいずれか一項に記載の測定方法。
  9. 前記工程ａ）では、１００ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下の範囲内の波長について、受光素子を用いて異なる露光時間毎に、波長毎の発光強度が測定される請求項１から８のいずれか一項に記載の測定方法。
  10. 前記工程ａ）では、１ｍｓｅｃ以上かつ１０００ｍｓｅｃ以下の範囲内の露光時間において、受光素子を用いて異なる露光時間毎に、波長毎の発光強度が測定される請求項１から９のいずれか一項に記載の測定方法。
  11. プラズマ処理装置内で生成されたプラズマから検出される光を受光した受光素子から、異なる露光時間毎に測定された波長毎の発光強度を取得する取得部と、
    予め定められた波長範囲を構成する複数の異なる個別波長範囲のそれぞれについて、前記個別波長範囲に含まれる予め定められた波長の発光強度が予め定められた範囲内の発光強度となる露光時間で測定された前記個別波長範囲における発光強度の分布を特定する特定部と、
    特定された発光強度の分布から、前記個別波長範囲の発光強度の分布を選択する選択部と、
    前記個別波長範囲毎に選択された発光強度の分布を出力する出力部と
    を備える測定装置。
  12. プラズマ処理装置内で生成されたプラズマから検出される光を受光した受光素子から、異なる露光時間毎に測定された波長毎の発光強度を取得する取得部と、
    波長毎に、露光時間に対する発光強度の変化率を算出する算出部と、
    波長毎の前記変化率の大きさの分布を示す発光状態情報を出力する出力部と
    を備える測定装置。
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