JP7580592B2 - プラズマモニタシステム、プラズマモニタ方法およびモニタ装置 - Google Patents

Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマモニタシステム、プラズマモニタ方法およびモニタ装置に関する。

特許文献１には、プラズマ処理装置に関する技術が開示されている。このプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理室と、検出窓を介して処理室の外側に設けられた光学検出器とを含む。光学検出器は、処理室内で生成されるプラズマの状態を監視する。

特開２００４－３９９５２号公報

本開示は、プラズマ処理装置内におけるプラズマの発光強度分布データを取得するための技術を提供する。

一つの例示的実施形態においては、プラズマ処理装置内で生成されるプラズマの発光強度を計測するシステムが提供される。このシステムは、モニタ装置と、制御装置とを含む。モニタ装置は、プラズマ処理装置内のステージ上に載置される装置である。モニタ装置は、板状のベース基板と、ベース基板上において上方に向いた光軸を有し、互いに離間して配置され、プラズマの発光強度を取得する複数の分光器と、を含む。制御装置は、複数の分光器によってそれぞれ取得された発光強度に基づいてプラズマ処理装置内のプラズマの発光強度分布データを取得する。

一つの例示的実施形態に係るプラズマモニタシステムによれば、プラズマ処理装置内におけるプラズマの発光強度分布データを取得することができる。

図１は、処理システムを例示する図である。 図２は、アライナを例示する斜視図である。 図３は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。 図４は、一例のモニタ装置を上面側から見た平面図である。 図５は、一例のモニタ装置の構成を示すブロック図である。 図６は、一例のモニタ装置における分光器の撮像範囲を説明するための模式図である。 図７は、分光器によって撮像された画像に基づく合成画像の一例を模式的に示す図である。 図８は、モニタ装置の動作方法の一例を示すフローチャートである。

以下、種々の例示的実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態においては、プラズマ処理装置内で生成されるプラズマの発光強度を計測するシステムが提供される。このシステムは、モニタ装置と、制御装置とを含む。モニタ装置は、プラズマ処理装置内のステージ上に載置される装置である。モニタ装置は、板状のベース基板と、ベース基板上において上方に向いた光軸を有し、互いに離間して配置され、プラズマの発光強度を取得する複数の分光器と、を含む。制御装置は、複数の分光器によってそれぞれ取得された発光強度に基づいてプラズマ処理装置内のプラズマの発光強度分布データを取得する。

一つの例示的実施形態においては、モニタ装置を用いてプラズマ処理装置内で生成されるプラズマの発光強度を計測する方法が提供される。モニタ装置は、板状のベース基板と、ベース基板上において上方に向いた光軸を有し、互いに離間して配置された複数の分光器と、を含む。該方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内のステージ上にモニタ装置を載置する工程を含む。該方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程を含む。該方法は、プラズマの発光強度を複数の分光器によって取得する工程を含む。該方法は、複数の分光器によって取得された発光強度に基づいてプラズマ処理装置内のプラズマの発光強度分布データを取得する工程含む。

上記実施形態のプラズマモニタシステム及びプラズマモニタ方法では、ステージ上に載置されたモニタ装置の複数の分光器によって、プラズマ処理装置内で生成されたプラズマの発光強度が取得される。複数の分光器は、ベース基板上に互いに離間して配置されている。そのため、それぞれの分光器における光の計測領域は、互い異なっている。すなわち、それぞれの分光器は、プラズマ処理装置内の異なる領域のプラズマの発光強度を取得することができる。したがって、プラズマモニタシステム及びプラズマモニタ方法では、複数の分光器によって取得されたプラズマの発光強度から、プラズマ処理装置内のプラズマの発光強度分布を取得することができる。

一つの例示的実施形態において、発光強度分布データは、モニタ装置における複数の分光器の各位置に対応して複数の分光器のそれぞれで取得された発光強度が表示された可視表示データであってもよい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置内における複数の分光器のそれぞれの光の計測領域は、互いに重複した領域を含まなくてもよい。この構成では、プラズマ処理装置内で生成されるプラズマの発光強度を位置ごとに明確に切り分けることができる。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

一つの例示的実施形態に係るモニタ装置１００は、半導体製造装置Ｓ１としての機能を有する処理システム１と協働することによりプラズマモニタシステムを構成する。まず、被加工物を処理するための処理装置、及び、当該処理装置に被加工物を搬送するための搬送装置を有する処理システムについて説明する。図１は、処理システムを例示する図である。処理システム１は、台２ａ～２ｄ、容器４ａ～４ｄ、ローダモジュールＬＭ、アライナＡＮ、ロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５、トランスファーモジュールＴＦ、及び、制御部ＭＣを備えている。なお、台２ａ～２ｄの個数、容器４ａ～４ｄの個数、ロードロックモジュールＬＬ１，ＬＬ２の個数、及び、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５の個数は限定されるものではなく、一以上の任意の個数であり得る。

台２ａ～２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。容器４ａ～４ｄはそれぞれ、台２ａ～２ｄ上に搭載されている。容器４ａ～４ｄの各々は、例えば、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）と称される容器である。容器４ａ～４ｄのそれぞれは、被加工物Ｗを収容するように構成され得る。被加工物Ｗは、ウエハのように略円盤形状を有する。

ローダモジュールＬＭは、大気圧状態の搬送空間をその内部に画成するチャンバ壁を有している。この搬送空間内には搬送装置ＴＵ１が設けられている。搬送装置ＴＵ１は、例えば、多関節ロボットであり、制御部ＭＣによって制御される。搬送装置ＴＵ１は、容器４ａ～４ｄとアライナＡＮとの間、アライナＡＮとロードロックモジュールＬＬ１～ＬＬ２の間、ロードロックモジュールＬＬ１～ＬＬ２と容器４ａ～４ｄの間で被加工物Ｗを搬送するように構成されている。

アライナＡＮは、ローダモジュールＬＭと接続されている。アライナＡＮは、被加工物Ｗの位置の調整（位置の校正）を行うように構成されている。図２は、アライナを例示する斜視図である。アライナＡＮは、支持台６Ｔ、駆動装置６Ｄ、及び、センサ６Ｓを有している。支持台６Ｔは、鉛直方向に延びる軸線中心に回転可能な台であり、その上に被加工物Ｗを支持するように構成されている。支持台６Ｔは、駆動装置６Ｄによって回転される。駆動装置６Ｄは、制御部ＭＣによって制御される。駆動装置６Ｄからの動力により支持台６Ｔが回転すると、当該支持台６Ｔ上に載置された被加工物Ｗも回転するようになっている。

センサ６Ｓは、光学センサであり、被加工物Ｗが回転されている間、被加工物Ｗのエッジを検出する。センサ６Ｓは、エッジの検出結果から、基準角度位置に対する被加工物ＷのノッチＷＮ（或いは、別のマーカー）の角度位置のずれ量、及び、基準位置に対する被加工物Ｗの中心位置のずれ量を検出する。センサ６Ｓは、ノッチＷＮの角度位置のずれ量及び被加工物Ｗの中心位置のずれ量を制御部ＭＣに出力する。制御部ＭＣは、ノッチＷＮの角度位置のずれ量に基づき、ノッチＷＮの角度位置を基準角度位置に補正するための支持台６Ｔの回転量を算出する。制御部ＭＣは、この回転量の分だけ支持台６Ｔを回転させるよう、駆動装置６Ｄを制御する。これにより、ノッチＷＮの角度位置を基準角度位置に補正することができる。また、制御部ＭＣは、ノッチＷＮの角度位置を任意の角度位置に補正してもよい。また、制御部ＭＣは、アライナＡＮから被加工物Ｗを受け取る際の搬送装置ＴＵ１のエンドエフェクタ（ｅｎｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒ）の位置を、被加工物Ｗの中心位置のずれ量に基づき、制御する。これにより、搬送装置ＴＵ１のエンドエフェクタ上の所定位置に被加工物Ｗの中心位置が一致する。

図１に戻り、ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２の各々は、ローダモジュールＬＭとトランスファーモジュールＴＦとの間に設けられている。ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２の各々は、予備減圧室を提供している。

トランスファーモジュールＴＦは、ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２にゲートバルブを介して気密に接続されている。トランスファーモジュールＴＦは、減圧可能な減圧室を提供している。この減圧室には、搬送装置ＴＵ２が設けられている。搬送装置ＴＵ２は、例えば、搬送アームＴＵａを有する多関節ロボットであり、制御部ＭＣによって制御される。搬送装置ＴＵ２は、ロードロックモジュールＬＬ１～ＬＬ２とプロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５との間、及び、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５のうち任意の二つのプロセスモジュール間において、被加工物Ｗを搬送するように構成されている。

プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５は、トランスファーモジュールＴＦにゲートバルブを介して気密に接続されている。プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５の各々は、被加工物Ｗに対してプラズマ処理といった専用の処理を行うよう構成された処理装置である。

この処理システム１において被加工物Ｗの処理が行われる際の一連の動作は以下の通り例示される。ローダモジュールＬＭの搬送装置ＴＵ１が、容器４ａ～４ｄのいずれかから被加工物Ｗを取り出し、当該被加工物ＷをアライナＡＮに搬送する。次いで、搬送装置ＴＵ１は、その位置が調整された被加工物ＷをアライナＡＮから取り出して、当該被加工物ＷをロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、一方のロードロックモジュールが、予備減圧室の圧力を所定の圧力に減圧する。次いで、トランスファーモジュールＴＦの搬送装置ＴＵ２が、一方のロードロックモジュールから被加工物Ｗを取り出し、当該被加工物ＷをプロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５のうちいずれかに搬送する。そして、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５のうち一以上のプロセスモジュールが被加工物Ｗを処理する。そして、搬送装置ＴＵ２が、処理後の被加工物ＷをプロセスモジュールからロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、搬送装置ＴＵ１が被加工物Ｗを一方のロードロックモジュールから容器４ａ～４ｄのいずれかに搬送する。

この処理システム１は、上述したように制御部ＭＣを備えている。制御部ＭＣは、プロセッサ、メモリといった記憶装置、表示装置、入出力装置、通信装置等を備えるコンピュータであり得る。上述した処理システム１の一連の動作は、記憶装置に記憶されたプログラムに従った制御部ＭＣによる処理システム１の各部の制御により、実現されるようになっている。

図３は、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５のいずれかとして採用され得るプラズマ処理装置の一例を示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置１０は、略円筒形状のチャンバ本体１２を備えている。チャンバ本体１２は、例えば、アルミニウムから形成されており、その内壁面には、陽極酸化処理が施され得る。このチャンバ本体１２は保安接地されている。

チャンバ本体１２の底部上には、略円筒形状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、チャンバ本体１２内に設けられており、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。また、チャンバ本体１２によって提供されるチャンバＳ内には、ステージＳＴが設けられている。ステージＳＴは、支持部１４によって支持されている。

ステージＳＴは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有しており、略円盤形状を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被加工物Ｗを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、被加工物Ｗを保持することができる。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、フォーカスリングＦＲが設けられている。このフォーカスリングＦＲは、被加工物Ｗのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むように設けられている。このフォーカスリングＦＲは、シリコン、炭化ケイ素、酸化シリコンといった種々の材料のうちいずれかから形成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、チャンバ本体１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持された被加工物Ｗの温度が制御される。

ステージＳＴには、当該ステージＳＴを貫通する複数（例えば、三つ）の貫通孔２５が形成されている。複数の貫通孔２５は、平面視において静電チャックＥＳＣの内側に形成されている。これら、それぞれの貫通孔２５には、リフトピン２５ａが挿入されている。なお、図３においては、一本のリフトピン２５ａが挿入された一つの貫通孔２５が描かれている。リフトピン２５ａは、貫通孔２５内において上下動可能に設けられている。リフトピン２５ａの上昇によって、静電チャックＥＳＣ上に支持された被加工物Ｗが上昇する。

ステージＳＴには、平面視において静電チャックＥＳＣよりも外側の位置に、当該ステージＳＴ（下部電極ＬＥ）を貫通する複数（例えば、三つ）の貫通孔２７が形成されている。これら、それぞれの貫通孔２７には、リフトピン２７ａが挿入されている。なお、図３においては、一本のリフトピン２７ａが挿入された一つの貫通孔２７が描かれている。リフトピン２７ａは、貫通孔２７内において上下動可能に設けられている。リフトピン２７ａの上昇によって、第２プレート１８ｂ上に支持されたフォーカスリングＦＲが上昇する。

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面と被加工物Ｗの裏面との間に供給する。

また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、ステージＳＴの上方において、当該ステージＳＴと対向配置されている。上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４はチャンバＳに面しており、当該天板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この天板３４は、シリコン又は石英から形成され得る。或いは、天板３４は、アルミニウム製の母材の表面に酸化イットリウムといった耐プラズマ性の膜を形成することによって構成され得る。

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この支持体３６は、水冷構造を有し得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、複数種のガス用の複数のガスソースを含んでいる。バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。

また、プラズマ処理装置１０では、チャンバ本体１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、チャンバ本体１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

チャンバ本体１２の底部側、且つ、支持部１４とチャンバ本体１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート４８には、その板厚方向に貫通する複数の孔が形成されている。この排気プレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ本体１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、チャンバ本体１２の側壁には被加工物Ｗの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源であり、例えば、２７～１００ＭＨｚの周波数を有する高周波を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されていてもよい。

第２の高周波電源６４は、被加工物Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波を発生する電源であり、例えば、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数の高周波を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。

プラズマ処理装置１０では、複数のガスソースのうち選択された一以上のガスソースからのガスがチャンバＳに供給される。また、チャンバＳの圧力が排気装置５０によって所定の圧力に設定される。さらに、第１の高周波電源６２からの第１の高周波によってチャンバＳ内のガスが励起される。これにより、プラズマが生成される。そして、発生した活性種によって被加工物Ｗが処理される。なお、必要に応じて、第２の高周波電源６４の第２の高周波に基づくバイアスにより、被加工物Ｗにイオンが引き込まれてもよい。

続いて、モニタ装置１００について説明する。モニタ装置１００は、プラズマ処理装置１０のチャンバＳ内で生成されるプラズマの発光強度を取得する。一例のモニタ装置１００は、プロセスモジュールＰＭ（プラズマ処理装置１０）内のステージＳＴ上において、所定位置に分光器を配置するための装置であるため、治具と称してもよい。

図４は、一例に係るモニタ装置１００を上面側から見た平面模式図である。図５は、一例のモニタ装置１００を示すブロック図である。なお、図５では、モニタ装置１００を使用する際に用いられる専用のＦＯＵＰ４Ｆも模式的に示されている。ＦＯＵＰ４Ｆは、容器４ａ～４ｄのいずれかであってよい。モニタ装置１００は、ベース基板１１０と、制御基板１２０と、バッテリ１４０と、を有する。モニタ装置１００は、処理システム１の搬送装置ＴＵ１，ＴＵ２によって、ＦＯＵＰ４ＦからステージＳＴ上（すなわち、静電チャックＥＳＣ上）まで搬送され得る。

すなわち、搬送装置ＴＵ１は、モニタ装置１００をＦＯＵＰ４Ｆから取り出して、アライナＡＮに搬送する。次いで、搬送装置ＴＵ１は、その位置が調整されたモニタ装置１００をアライナＡＮから取り出して、当該モニタ装置１００をロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、トランスファーモジュールＴＦの搬送装置ＴＵ２が、一方のロードロックモジュールからモニタ装置１００を取り出し、当該モニタ装置１００をプロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５のうちの何れかのステージＳＴ上に搬送する。

ベース基板１１０は、処理システム１の搬送装置ＴＵ１，ＴＵ２によって搬送できるように、被加工物Ｗと同様の円盤状のウエハを一例とする基板であってよい。ただし、ベース基板１１０は、円盤状に限られず、被加工物Ｗを搬送する搬送装置ＴＵ１，ＴＵ２により搬送できれば、多角形、楕円等であってよく、形状には限定されない。ベース基板１１０のエッジには、ノッチ１１０Ｎが形成されている。そのため、ステージＳＴ上に搬送された際のモニタ装置１００の回転位置は一定に制御され得る。ベース基板１１０の材質としては、例えばシリコン、カーボンファイバ、石英ガラス、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、アルミナなどが挙げられる。

制御基板１２０は、板状のベース基板１１０の上面に設けられる回路基板である。制御基板１２０は、複数の分光器１３０と、コネクタパッド１６０と、制御回路１７０とを含む。

分光器１３０は、チャンバＳ内で生成されるプラズマによる発光を検出するための装置である。分光器１３０は、入射される光を波長ごとに分光する分光部と、分光部によって分光された各波長の光の強度を検出する検出部とを含む。検出部は、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒ ｙ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサを含んでいてよい。一例の分光器１３０は、入射された光を波長ごとの強度に応じた電気信号に変換し、変換された電気信号に基づいて波長ごとの発光強度を取得する。

分光器１３０は、分光器１３０の光軸方向において、所定の計測領域における光を検出することができる。複数の分光器１３０は、ベース基板１１０の上方からの光を取得するために、ベース基板１１０上において上方に向いた光軸を有する。なお、光軸は、分光器１３０の光学的な中心軸として定義され得る。ベース基板１１０上において、それぞれの分光器１３０、互いに離間して配置されている。分光器１３０は、ステージＳＴに載置された状態において、チャンバＳ内で生成されたプラズマ発光をモニタすることができる。一例において、複数の分光器１３０は、平面視において、ベース基板１１０上で点対称となるように配置されていてよい。また、複数の分光器１３０は、平面視において、ベース基板１１０上で線対称となるように配置されていてよい。

一例において、分光器１３０のうちの一つは、図４に示すように、ベース基板１１０の中心に配置されている。また、分光器１３０は、ベース基板１１０の径方向の複数の位置に配置されている。また、分光器１３０は、ベース基板１１０の周方向に等間隔で配置されている。一例において、ベース基板１１０の周縁側では、中心側よりも分光器１３０が径方向に密になるように配置されていてもよい。図示例では、円盤状をなすベース基板１１０において、径方向に沿って中心を含んで８カ所に分光器１３０が配置されている。また、中心を除く位置では、それぞれ周方向に９０°間隔で４カ所に分光器１３０が配置されている。すなわち、図示例では、ベース基板１１０上に２９個の分光器１３０が配置されている。ベース基板１１０の直径が３００ｍｍの場合、一例として、ベース基板１１０の周縁から、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ及び１５０ｍｍ（中心）の位置に分光器１３０が配置されていてもよい。

それぞれの分光器１３０の光軸は、例えば、平面状をなすベース基板１１０の上面に対して実質的に直交している。なお、当該光軸は、ベース基板１１０の平面に対して斜めに交差していてもよい。また、分光器１３０は、プラズマ処理装置１０内で生成されるプラズマから内部を保護するための透光性のカバー１３１を有している。カバー１３１は、例えば、サファイヤ等の材料によって形成されてもよい。

図６は、一例のモニタ装置１００における分光器１３０の計測領域１３５を説明するための図であり、側方から見たときの複数の分光器１３０の計測領域１３５を示す。なお、図６においては、理解の容易のために、５つの分光器の計測領域１３５を模式的に示している。計測領域１３５は、それぞれの分光器１３０によって計測可能な空間の領域である。一例の計測領域１３５は、分光器１３０が有する検出角度１３３の範囲内の領域であってよい。検出角度１３３は、分光器１３０の光軸を中心として所定の角度で傾斜している。すなわち、計測領域１３５は、略円錐形状をなしている。

それぞれの分光器１３０は、対応する計測領域１３５内に存在するプラズマＰからの光を検出する。チャンバ本体１２内のステージＳＴにモニタ装置１００が載置された状態において、複数の分光器１３０のそれぞれの計測領域１３５は、それぞれの分光器１３０の直上を含む領域であってよい。一例において、複数の分光器１３０のそれぞれの計測領域１３５は、互いに重複した領域を含まない。すなわち、複数の分光器１３０のそれぞれの計測領域１３５同士は、互いに分離（離間）された、独立した領域であってよい。

コネクタパッド１６０は、バッテリ１４０を充電するための接続部であり、外部電源に接続され得る。コネクタパッド１６０は、専用のＦＯＵＰ４Ｆ内にモニタ装置１００が載置された状態で、専用のＦＯＵＰ４Ｆに設けられたコネクタ４ＦＣを介して外部電源に接続される。バッテリ１４０は、ベース基板１１０内に複数（図示例では４つ）配置されている。バッテリ１４０は、分光器１３０及び制御回路１７０に電力を供給する。図５に示されるように、コネクタパッド１６０とバッテリ１４０との間には充電回路１７７が接続されており、充電回路１７７によってバッテリ１４０の充電が制御されている。また、バッテリ１４０には電源回路１７８が接続されており、電源回路１７８を介してバッテリ１４０からの電力が各デバイスに供給されている。

制御回路１７０は、制御基板１２０に配置されている。制御回路１７０は、プロセッサを含む演算装置１７１、メモリ１７２、コントローラ１７３等を有し、メモリ１７２に記憶されたプログラムに基づいてモニタ装置１００の動作を統括的に制御する。制御回路１７０は、モニタ装置１００の各部を制御する制御部として機能する。例えば分光器１３０による計測は、コントローラ１７３によって制御される。また、外部の他の機器との通信の制御のために、制御回路１７０には、通信機器１７５が接続されている。一例において、通信機器１７５は、外部のコンピュータ８８との接続に利用される。通信機器１７５とコンピュータ８８との接続方式は、有線及び無線のいずれであってもよい。また、一例においては、モニタ装置１００は、制御回路１７０に接続されたコネクタパッド１７６を含んでいる。コネクタパッド１７６は、専用のＦＯＵＰ４Ｆに設けられたスイッチＳＷに接続される。制御回路１７０は、スイッチＳＷから入力される信号に基づいてモニタ装置１００の制御を開始し得る。なお、一例においては、スイッチＳＷと制御部ＭＣとが通信可能に接続されており、制御部ＭＣは、スイッチＳＷから入力される信号に基づいて処理システム１の制御を開始してもよい。

一例において、コントローラ１７３は、モニタ装置１００がステージＳＴ上に載置された状態で、チャンバ本体１２内においてプラズマが生成されているときに、分光器１３０による計測を実行する。分光器１３０によってモニタされたプラズマの計測データは、例えばメモリ１７２に保存され得る。計測データは、分光器１３０に入射されたプラズマ発光の波長ごとの発光強度データであってよい。この場合、計測データは、それぞれの分光器１３０ごと生成される。計測データは、時系列で取得された波長別の発光強度であってよい。計測の終了後、メモリ１７２に保存された計測データは、通信機器１７５に接続されたコンピュータ８８に送信される。コンピュータ８８（制御装置）は、複数の分光器１３０によって取得された発光強度を示す計測データに基づいて、チャンバＳ内で生成されたプラズマの発光強度分布データを取得（生成）する。

発光強度分布データは、それぞれの分光器１３０に関連づけられた発光強度のデータ群であってよい。すなわち、発光強度分布データは、それぞれの分光器１３０の計測領域における発光強度を示すデータであり、チャンバＳ内で生成されたプラズマの発光強度分布を示すことができる。例えば、コンピュータ８８は、それぞれの分光器１３０における波長ごとの発光強度を時系列で取得する。これにより、コンピュータ８８は、分光器１３０ごとに対応して、任意の波長の発光強度を時系列で出力することができる。また、コンピュータ８８は、任意の時間における任意の波長の発光強度の分布を出力することができる。

一例のコンピュータ８８は、発光強度分布データとして、モニタ装置１００における複数の分光器１３０の各位置に対応して複数の分光器１３０のそれぞれの発光強度が表示された可視表示データを出力してもよい。

例えば、可視表示データは、モニタ装置１００を模式的に示す画像に対して、複数の分光器１３０によって取得された発光強度を重畳させて表示するためのデータであってもよい。図７は、可視表示データの一例を模式的に示す図である。図７においては、説明の簡単のために、９つの分光器に基づく表示画像Ｇを模式的に示している。図７に示す表示画像Ｇには、モニタ装置１００の輪郭線を模式的に示す画像１００Ｇが示されている。画像１００Ｇにおいて、モニタ装置１００を示す輪郭線の内側には、ベース基板１１０上における分光器１３０の位置を示す円形の表示１３０Ｇが示されている。表示画像Ｇでは、それぞれの表示１３０Ｇに隣接して、対応する分光器１３０によって取得された発光強度を示す表示１３０Ｄが示されている。なお、図７では、発光強度の表示１３０Ｄを「＊＊＊」として示しているが、実際には数字によって示される。コンピュータ８８は、任意の波長における可視表示データを時系列のデータとして生成してもよい。この場合、コンピュータ８８は、計測開始からＮ秒経過時点における波長λｎｍの発光強度分布を可視表示させることができる。

続いて、モニタ装置１００を用いてプラズマ発光を計測するモニタ方法について説明する。図８は、モニタ方法の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、一例のモニタ方法では、搬送装置ＴＵ１，ＴＵ２によってモニタ装置１００が、モニタの対象となるプラズマ処理装置１０（プロセスモジュールＰＭ）内に搬送される（載置工程：ステップＳＴ１）。モニタ装置１００を動作させる場合、まず、専用のＦＯＵＰ４Ｆ内に載置されたモニタ装置１００を起動させる。上述のように、専用のＦＯＵＰ４Ｆには、モニタ装置１００を起動させるためのスイッチＳＷが設けられているため、当該スイッチＳＷによってモニタ装置１００の起動が可能となる。モニタ装置１００を利用してチャンバＳ内で生成されるプラズマをモニタする場合、まず、スイッチＳＷによってモニタ装置１００が起動される。なお、モニタ装置１００は、搬送装置ＴＵ２に接続された減圧可能なストッカ３の中に減圧環境下で保管されており、当該ストッカ３からプラズマ処理装置１０に搬送されてもよい。図１に示す例では、例えば、プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ５の並びにストッカ３が配置されている。モニタ装置１００は、このストッカ３から搬送装置ＴＵ２によってプラズマ処理装置１０に搬送されてもよい。ストッカ３は、ＦＯＵＰ４Ｆと同様にスイッチＳＷ等を有していてよい。

スイッチＳＷが操作された場合、スイッチＳＷからの信号は、制御部ＭＣにも出力される。スイッチＳＷからの信号が入力された制御部ＭＣは、搬送装置ＴＵ１，ＴＵ２がモニタ装置１００をＦＯＵＰ４ＦからプロセスモジュールＰＭ内のステージＳＴ上まで搬送するように、処理システム１を制御する。一例において、制御部ＭＣは、静電チャックＥＳＣ上にモニタ装置１００を搬送した後に、チャンバＳにガスを供給し、上部電極３０及び下部電極ＬＥに高周波を印加して、プラズマを一定時間にわたって生成する（プラズマ生成工程：ステップＳＴ２）。

続いて、チャンバＳ内に生成されたプラズマの光が分光器１３０によって計測される（計測工程：ステップＳＴ３）。コントローラ１７３は、モニタ装置１００が静電チャックＥＳＣ上に搬送された後に、分光器１３０による計測が開始されるように分光器１３０を制御する。例えば、コントローラ１７３は、スイッチＳＷの信号が入力されてから所定時間が経過したときに、分光器１３０による計測を開始してもよい。分光器１３０による計測は、予め設定された時間にわたって実行され得る。例えば、チャンバＳ内に一定時間にわたってプラズマが生成される場合、分光器１３０による計測は、プラズマの生成開始から終了までの時間にわたって実行され得る。

制御部ＭＣは、分光器１３０による計測が終了した後に、搬送装置ＴＵ１，ＴＵ２がモニタ装置１００をステージＳＴ上からＦＯＵＰ４Ｆまで搬送するように、処理システム１を制御する。すなわち、搬送装置ＴＵ２は、モニタ装置１００をプロセスモジュールから取出し、ロードロックモジュールＬＬ１及びロードロックモジュールＬＬ２のうち一方のロードロックモジュールに搬送する。次いで、搬送装置ＴＵ１がモニタ装置１００を一方のロードロックモジュールから取出し、ＦＯＵＰ４Ｆに搬送する。例えば、モニタ装置１００をステージＳＴ上に搬送してから、所定時間経過した場合に、制御部ＭＣは、モニタ装置１００による計測が終了したと判定してもよい。

続いて、プラズマの発光強度分布データが出力される（出力工程：ステップＳＴ４）。一例においては、モニタ装置１００がＦＯＵＰ４Ｆに戻ると、モニタ装置１００のメモリ１７２に保存された計測データが、コンピュータ８８に送信される。コンピュータ８８は、取得した計測データに基づいて、プラズマの発光強度分布データを出力する。一例において、コンピュータ８８は、可視表示データをプラズマの発光強度分布データとして出力する。

以上説明したように一つの例示的実施形態においては、プラズマ処理装置１０内で生成されるプラズマＰの発光強度を計測するシステムが提供される。このシステムは、モニタ装置１００を含む。モニタ装置１００は、プラズマ処理装置１０内のステージＳＴ上に載置される装置である。モニタ装置１００は、板状のベース基板１１０と、ベース基板１１０上において上方に向いた光軸を有し、互いに離間して配置され、プラズマＰの発光強度を取得する複数の分光器１３０と、を含む。このシステムでは、複数の分光器１３０によってそれぞれ取得された発光強度に基づいて、プラズマ処理装置１０内のプラズマの発光強度分布データが取得される。

一つの例示的実施形態においては、モニタ装置１００を用いてプラズマ処理装置１０内で生成されるプラズマの発光強度を計測する方法が提供される。該方法は、プラズマ処理装置１０のチャンバＳ内のステージＳＴ上にモニタ装置１００を載置する工程を含む。該方法は、プラズマ処理装置１０のチャンバＳ内でプラズマを生成する工程を含む。該方法は、プラズマの発光強度を複数の分光器１３０によって取得する工程を含む。該方法は、複数の分光器１３０によって取得された発光強度に基づいてプラズマ処理装置１０内のプラズマの発光強度分布データを取得する工程含む。

上記の例示的実施形態によれば、ステージＳＴ上に載置されたモニタ装置１００の複数の分光器１３０によって、プラズマ処理装置１０内で生成されたプラズマの発光強度が取得される。複数の分光器１３０は、ベース基板１１０上に互いに離間して配置されている。そのため、それぞれの分光器１３０における光の計測領域１３５は、互い異なっている。すなわち、それぞれの分光器１３０は、プラズマ処理装置１０内の異なる領域のプラズマの発光強度を取得することができる。したがって、複数の分光器１３０によって取得されたプラズマの発光強度に基づいて、プラズマ処理装置１０内のプラズマの発光強度分布データを取得することができる。

一つの例示的実施形態において、発光強度分布データは、モニタ装置１００における複数の分光器１３０の各位置に対応して複数の分光器１３０のそれぞれで取得された発光強度が表示された可視表示データである。このような構成によれば、それぞれの分光器１３０の位置と発光強度との関係を容易に理解できるため、プラズマ処理装置内における発光強度の分布を直感的に把握しやすい。

一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置１０内における複数の分光器１３０のそれぞれの光の計測領域１３５は、互いに重複した領域を含まない。この構成では、プラズマ処理装置１０内で生成されるプラズマの発光強度を位置ごとに明確に切り分けることができる。すなわち、位置ごとのプラズマ発光の特徴が発光強度分布データに反映されやすい。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。

プラズマ処理装置として容量結合型プラズマ処理装置を例示したが、プラズマ処理装置の形態はこれに限定されない。例えば、プラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマ処理装置であってもよい。また、プラズマ処理装置は、マイクロ波といった表面波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置であってもよい。

ベース基板上において、径方向の所定位置に、周方向に均等に分光器が配置されている例を示したが、分光器の配置の態様はこれに限定されない。例えば、径方向において中心からの距離が大きくなるに従い、周方向に配置される分光器の数を増加してもよい。また、分光器は、格子状に配置されるように、ベース基板上をＸＹ平面として、Ｘ方向及びＹ方向に均等に配置されてもよい。

モニタ装置によって取得された計測データが、計測の終了後に、コンピュータ８８に送信される例を示したが、例えば、計測データは、分光器１３０による計測が実行されている際に、無線通信等によってリアルタイムでコンピュータ８８に送信されてもよい。この場合、コンピュータ８８は、リアルタイムで発光強度分布データを生成してもよい。また、計測データは、モニタ装置１００による計測が終了した後に、搬送装置ＴＵ１，ＴＵ２がモニタ装置１００をステージＳＴ上からＦＯＵＰ４Ｆまで搬送する際に、無線通信等によってコンピュータ８８に送信されてもよい。また、例えば、モニタ装置１００に送信部が設けられており、ステージＳＴに受信部が設けられており、モニタ装置１００のメモリ１７２に保存された計測データがモニタ装置１００の送信部からステージＳＴの受信部に有線又は無線によって送信されてもよい。この場合、ステージＳＴの受信部は、外部のコンピュータに接続されていてもよい。

また、分光器１３０によって計測された計測データに基づいて、コンピュータ８８が発光強度分布データを生成する例を示したが、例えば、モニタ装置１００の演算装置１７１によって発光強度分布データが生成されてもよい。

以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

１０…プラズマ処理装置、８８…コンピュータ（制御装置）、１００…モニタ装置、１１０…ベース基板、１３０…分光器。

Claims (5)

1. プラズマ処理装置内で生成されるプラズマの発光強度を計測するシステムであって、
   プラズマ処理装置内のステージ上に載置されるモニタ装置であって、板状のベース基板と、前記ベース基板上において上方に向いた光軸を有し、互いに離間して配置され、前記プラズマの発光強度を取得する複数の分光器と、を含む前記モニタ装置と、
   前記複数の分光器によってそれぞれ取得された前記発光強度に基づいて前記プラズマ処理装置内の前記プラズマの発光強度分布データを取得する制御装置と、を含む、プラズマモニタシステム。
2. 前記発光強度分布データは、前記モニタ装置における前記複数の分光器の各位置に対応して前記複数の分光器のそれぞれで取得された前記発光強度が表示された可視表示データである、請求項１に記載のプラズマモニタシステム。
3. プラズマ処理装置内における前記複数の分光器のそれぞれの光の計測領域は、互いに重複した領域を含まない、請求項１又は２に記載のプラズマモニタシステム。
4. モニタ装置を用いてプラズマ処理装置内で生成されるプラズマの発光強度を計測する方法であって、
   前記モニタ装置は、
   板状のベース基板と、
   前記ベース基板上において上方に向いた光軸を有し、互いに離間して配置された複数の分光器と、を含み、
   該方法は、
   前記プラズマ処理装置のチャンバ内のステージ上にモニタ装置を載置する工程と、
   前記プラズマ処理装置のチャンバ内でプラズマを生成する工程と、
   前記プラズマの発光強度を前記複数の分光器によって取得する工程と、
   前記複数の分光器によって取得された前記発光強度に基づいて前記プラズマ処理装置内の前記プラズマの発光強度分布データを取得する工程と、を備える、プラズマモニタ方法。
5. プラズマ処理装置内で生成されるプラズマの発光強度を計測するモニタ装置であって、
   プラズマ処理装置内のステージ上に載置される板状のベース基板と、
   前記ベース基板上において上方に向いた光軸を有し、互いに離間して配置され、前記プラズマの発光強度を取得する複数の分光器と、
   前記複数の分光器によってそれぞれ取得された前記発光強度に基づいて前記プラズマ処理装置内の前記プラズマの発光強度分布データを取得する制御装置と、を含む、モニタ装置。

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