WO2020137131A1 - プラズマの発光強度分布の測定方法、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

プラズマの発光強度分布の測定方法、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2020137131A1
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plasma
emission intensity
dimensional
distribution
image data
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French (fr)
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宜裕 巣山
孝嗣 並木
兼次 長尾
寺本　章伸
後藤　哲也
智之 諏訪
平山　昌樹
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住友電気工業株式会社
国立大学法人東北大学
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for measuring an emission intensity distribution of plasma, a semiconductor manufacturing device, and a semiconductor device manufacturing method.
  • Non-Patent Document 1 measures the emission intensity distribution of plasma in a capacitively coupled plasma (CCP: Capacitively Coupled Plasma) and an inductively coupled plasma (ICP: Inductively Coupled Plasma) by using computer tomography (CT). A method is disclosed.
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • the detection system consists of an optical sensor head, an optical fiber, a monochromator, and an optical amplifier.
  • the optical sensor head includes a rectangular entrance slit, a lens, and an opening of an optical fiber, and functions as a collimator. Due to the arrangement of the slits and the design of the lens shape, the detection system has a constant sensitivity over a length of 40 cm. Two-dimensional and three-dimensional plasma emission distributions can be detected by mounting the optical sensor head on the arm of a four-axis industrial robot and scanning.
  • Non-Patent Document 2 discloses a method of measuring a three-dimensional dust density distribution using CT in dust plasma in which plasma and dust particles are mixed.
  • an LED (Light Emitted Diode) panel that emits uniform white light is arranged in the entire plasma volume, and a CCD (Charge-Coupled Device) camera is arranged on the opposite side of the LED panel. It Both side telecentric lenses are mounted on the camera so that only parallel rays from the LED panel are incident.
  • an optical filter is used to block the incidence of plasma self-emission.
  • a method for measuring a plasma emission intensity distribution is a plurality of imaging positions that are rotationally symmetric with respect to a rotational symmetry axis that passes through a plasma generation region in a vacuum container. From the step, the controller acquires a plurality of two-dimensional image data by capturing the emission of plasma using one or a plurality of cameras, and the controller uses the plurality of two-dimensional image data as projection data. And reconstructing a three-dimensional distribution of the emission intensity of plasma.
  • a semiconductor manufacturing apparatus comprises one or more cameras and a data processing device.
  • the one or more cameras are rotationally symmetric with respect to a rotational symmetry axis that passes through the plasma generation region, and images the plasma emission from a plurality of imaging positions located at equal intervals.
  • the data processing device includes an acquisition unit, an image processing unit, a calculation unit, and an output unit.
  • the acquisition unit acquires, from one or a plurality of cameras, a plurality of two-dimensional image data representing images of plasma taken from a plurality of imaging positions.
  • the image processing unit reconstructs a three-dimensional distribution of plasma emission intensity by using the plurality of two-dimensional image data as a projection.
  • the calculation unit specifies the peak position where the emission intensity is a peak, based on the reconstructed three-dimensional distribution of the emission intensity.
  • the output unit outputs information regarding the identified peak position.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of mounting a substrate on a substrate stage in a vacuum container, a step of starting plasma generation for performing plasma processing on the substrate, and a step of generating plasma.
  • the controller uses a plurality of imaging positions that are rotationally symmetric with respect to a rotational symmetry axis that passes through the region and that are located at equal intervals, by using one or a plurality of cameras to cause the controller to detect a plurality of images.
  • the controller reconstructs the three-dimensional distribution of the emission intensity of the plasma by using the plurality of two-dimensional image data as a projection, and the controller converts the three-dimensional distribution of the emission intensity into the three-dimensional distribution of the emission intensity.
  • a step of identifying a peak position where the emission intensity reaches a peak, and a step of the controller outputting information regarding the identified peak position are provided.
  • FIG. 1A is a vertical sectional view schematically showing the overall configuration of a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma process.
  • 1B is a horizontal sectional view taken along the line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the controller 32.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the focus position of the camera.
  • FIG. 4A is a vertical sectional view schematically showing a configuration of a modified example of the semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 4B is a horizontal sectional view taken along line IVB-IVB in FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a diagram for explaining a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data (No. 1).
  • FIG. 1A is a vertical sectional view schematically showing the overall configuration of a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma process.
  • 1B is a horizontal sectional view taken along the line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data (No. 2).
  • FIG. 5C is a diagram for explaining a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data (No. 3).
  • FIG. 6A is a diagram for explaining a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data (part 4).
  • FIG. 6B is a diagram for explaining the procedure for reconstructing the three-dimensional distribution of the plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data (No. 5).
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data (No. 5).
  • FIG. 6C is a diagram for explaining a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data (No. 6).
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of the emission intensity of plasma from a plurality of two-dimensional image data.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining a display example of a two-dimensional emission intensity distribution created from the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution (three-dimensional emission intensity distribution).
  • FIG. 8B is a diagram for explaining a display example of the two-dimensional emission intensity distribution created from the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution (cross section parallel to the xy plane).
  • FIG. 8C is a diagram for explaining a display example of a two-dimensional emission intensity distribution created from the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution (cross section parallel to the xz plane).
  • FIG. 8D is a diagram for explaining a display example of the two-dimensional emission intensity distribution created from the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution (cross section parallel to the yz plane).
  • FIG. 8E is a diagram for explaining a display example of a two-dimensional emission intensity distribution created from the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution (rz plane at an angle ⁇ ).
  • FIG. 12B is a diagram showing a light emission intensity distribution on a cut surface when cut along a plane parallel to the xz plane at y
  • FIG. 13A is a diagram showing an electron density distribution measured by a Langmuir probe.
  • FIG. 13B is a diagram showing a one-dimensional emission intensity distribution.
  • FIG. 14 is a block diagram showing the functional configuration of the semiconductor manufacturing apparatus.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device.
  • An object of one aspect of the present disclosure is to measure a three-dimensional distribution of plasma self-emission intensity by using CT with a simple device configuration, a method for measuring plasma emission intensity distribution, a semiconductor manufacturing apparatus, and A method of manufacturing a semiconductor device is provided.
  • the method for measuring the plasma emission intensity distribution (FIGS. 1A, 1B, 4A, 4B, 5A to 5C, 6A to 6C, and FIG. 7) according to one embodiment of the present invention is provided in the vacuum container 20.
  • the controller 32 acquires a plurality of two-dimensional image data, and the controller 32 uses the plurality of two-dimensional image data as projection data to reconstruct a three-dimensional distribution of plasma emission intensity. And configuring steps.
  • the above measuring method it is possible to measure the emission intensity distribution of self-emission of plasma with a simple device configuration using one or more cameras 35.
  • the position of the lens 45 of each of the one or more cameras 35 is adjusted so that the rotational symmetry axes 41 and 43 become the focal position (FIG. 3). ..
  • the step of reconstructing the three-dimensional distribution of emission intensity is perpendicular to the rotational symmetry axes 41 and 43. Assuming a different plane, extracting one-dimensional projection data g(r, ⁇ ) on the assumed plane from each of the plurality of two-dimensional image data, and a step of extracting the plurality of one-dimensional projection data g(r, ⁇ ).
  • the emission intensity distribution can be reconstructed with a relatively small amount of calculation.
  • Semiconductor manufacturing apparatuses 100A and 100B (FIGS. 1A, 1B, 4A, 4B, and 14) according to one embodiment of the present invention are provided with a vacuum container 20 and a substrate 40 mounted therein.
  • a substrate stage 26 a plasma generation device 38 for generating plasma 42 in a plasma generation region in the vacuum container, one or more cameras 35, and a data processing device 32B.
  • One or a plurality of cameras 35 image the emission of the plasma 42 from a plurality of imaging positions that are rotationally symmetric with respect to rotational symmetry axes 41 and 43 that pass through the plasma generation region and that are located at equal intervals.
  • the data processing device 32B includes an acquisition unit 70, an image processing unit 72, a calculation unit 74, and an output unit 76.
  • the acquisition unit 70 acquires, from one or a plurality of cameras 35, a plurality of two-dimensional image data representing images of plasma captured from a plurality of imaging positions.
  • the image processing unit 72 reconstructs the three-dimensional distribution of the emission intensity of the plasma 42 by using the plurality of two-dimensional image data as the projection.
  • the calculation unit 74 identifies the peak position where the emission intensity reaches a peak, based on the reconstructed three-dimensional distribution of the emission intensity.
  • the output unit 76 outputs information regarding the identified peak position.
  • the above semiconductor manufacturing apparatus it is possible to measure the emission intensity distribution of the self-emission of process plasma with a simple apparatus configuration using one or more cameras 35. By utilizing this emission intensity distribution, it is possible to detect an abnormality in the semiconductor manufacturing apparatus.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of mounting a substrate 40 on a substrate stage 26 in a vacuum container 20, A step of starting generation of plasma 42 for performing plasma processing on the substrate, and a plurality of steps which are rotationally symmetric with respect to rotational symmetry axes 41 and 43 passing through the plasma generation region and which are located at equal intervals.
  • the step of reconstructing the three-dimensional distribution of the emission intensity of the plasma the step of the controller 32 specifying the peak position where the emission intensity is a peak based on the three-dimensional distribution of the emission intensity, and the controller 32 And outputting information on the identified peak position.
  • the semiconductor device manufacturing method it is possible to measure the self-luminous emission intensity distribution of process plasma with a simple device configuration using one or more cameras 35. Since the abnormality of the semiconductor manufacturing apparatuses 100A and 100B can be detected by using the measured emission intensity distribution, the possibility of abnormality of the semiconductor device can be known at an early stage before the product is completed. ..
  • FIG. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing the overall configuration of a semiconductor manufacturing apparatus using a plasma process.
  • the horizontal direction is represented by the x direction and the y direction
  • the vertical direction is represented by the z direction.
  • FIG. 1A shows a vertical cross section along the xz plane.
  • 1B shows a horizontal cross section at the position of the section line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 1A and 1B exemplify a plasma etching apparatus as an example of a semiconductor manufacturing apparatus, but the present invention is not limited to the plasma etching apparatus and may be a sputtering film forming apparatus, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, or the like.
  • the semiconductor manufacturing apparatus using the plasma process is not particularly limited.
  • the type of plasma is not limited to the capacitively coupled plasma (CCP) illustrated in FIG. 1A, but may be inductively coupled plasma (ICP) or ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma, and plasma generation The method is not particularly limited.
  • a semiconductor manufacturing apparatus 100A is for mounting a vacuum container 20, a vacuum pump 30, a processing gas source 31, a lower electrode 22, and a substrate 40 (also referred to as a wafer). It includes a substrate stage 26, a high frequency source 33, an insulating top plate 27, a cylindrical transmission window 21, a camera 35, a support member 37 for supporting the camera 35, and a camera rotation motor 36.
  • the vacuum pump 30 exhausts the inside of the vacuum container 20.
  • the processing gas source 31 supplies a source gas for generating the plasma 42 inside the vacuum container 20.
  • the processing gas source 31 may be individually provided depending on the type of source gas.
  • the lower electrode 22 is attached to the bottom surface inside the vacuum container 20.
  • the substrate stage 26 includes an electrostatic chuck (ESC: Electrostatic Chuck) 24 for fixing the mounted substrate 40, and insulating members 23 and 25.
  • the insulating member 23 is interposed between the electrostatic chuck 24 and the lower electrode 22.
  • the insulating member 25 is arranged so as to cover the end surface of the substrate 40 and the end portion of the electrostatic chuck 24.
  • the lower electrode 22 is connected to the high frequency source 33 via a capacitor 34.
  • the plasma 42 is generated in the plasma generation region (the region between the substrate stage 26 and the top plate 27 in the case of FIGS. 1A and 1B) in the vacuum container 20. Is generated.
  • the processing gas source 31, the lower electrode 22, the high frequency source 33, the condenser 54, and the like constitute a plasma generation device 38 that generates plasma 42.
  • the top plate 27 made of an insulator is attached to the upper surface inside the vacuum container 20.
  • the top plate 27 is provided so as to face the substrate stage 26 with a region where the plasma 42 is generated being sandwiched therebetween.
  • the transparent window 21 is continuously provided on the side surface of the vacuum container 20 in the circumferential direction. That is, the transmission window 21 has a cylindrical shape.
  • the material of the transmission window 21 is typically glass.
  • the camera 35 photographs the light emission of the plasma 42 inside the vacuum container 20 through the transparent window 21.
  • the camera 35 includes a two-dimensional image sensor composed of a CCD (Charge-Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), and the two-dimensional integrated value of the emission intensity of the plasma 42 in the optical axis direction. Record as image data. Note that a specific wavelength region may be selected by using an optical filter.
  • the camera 35 is attached to a support member 37, and the support member 37 can be rotated by a motor 36. As a result, the camera 35 can be swung around the swirl center axis 41 passing through the plasma 42 in the vacuum container 20, and the light emission of the plasma 42 can be photographed through the transmission window 21 from an arbitrary angle of 360°. it can. Therefore, the plasma 42 is imaged from a plurality of imaging positions that are rotationally symmetric with respect to the rotational symmetry axis (same as the swivel center axis 41) that passes through the plasma 42 generation region in the vacuum container 20 and are located at equal intervals. This makes it possible to acquire a plurality of two-dimensional image data.
  • the plurality of imaging positions are arranged at equal distances from the axis of rotational symmetry and at equal intervals in the circumferential direction around the turning center axis 41.
  • the direction of the camera 35 is preferably adjusted so that the turning center axis 41 is located at the center of the horizontal field of view of the camera 35.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 100A further includes a controller 32 as a control/processing circuit.
  • the controller 32 functions as a control device 32A and a data processing device 32B.
  • the controller 32A controls the operations of the vacuum pump 30, the high frequency source 33, the processing gas source 31, the camera turning motor 36, the camera 35, and the like.
  • the data processing device 32B calculates the spatial distribution of the emission intensity of the plasma 42 by performing CT (Computer Tomography) processing based on the imaging data acquired from the camera 35.
  • CT Computer Tomography
  • the controller 32 may be configured based on a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit) and a memory, may be configured using an FPGA (Field Programmable Gate Array), or may be configured using an ASIC (Application It may be configured as a dedicated circuit such as Specific Integrated Circuit). Further, the controller 32 may be configured by combining these circuits.
  • a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit) and a memory
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • ASIC Application It may be configured as a dedicated circuit such as Specific Integrated Circuit.
  • the controller 32 may be configured by combining these circuits.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the controller 32.
  • the controller 32 is configured based on a microcomputer is shown.
  • the controller 32 includes a CPU 50, a volatile memory 51 forming a RAM (Random Access Memory), and a non-volatile memory 52 forming a ROM (Read Only Memory). It includes a storage 53 that constitutes an external storage device, a human interface device (HID) 59, an input I/F (Interface) 54, and output I/Fs 55 to 58. These components of the controller 32 are connected to each other via a bus 60.
  • a bus 60 a bus 60.
  • RAM and ROM are the main memory of the CPU 50.
  • the volatile memory 51 that constitutes the RAM is configured by, for example, DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), or the like.
  • the non-volatile memory 52 forming the ROM is formed of, for example, a flash memory.
  • the storage 53 is, for example, a flash memory, a hard disk, or an optical disk.
  • the storage 53 stores the imaging data of the camera 35 and the data of the emission intensity distribution of plasma reconstructed based on the imaging data.
  • the storage 53 further stores a control program and a data processing program for operating the CPU 50.
  • HID59 includes a keyboard, pointing device (mouse, touch panel, etc.), display, speaker, etc.
  • the image pickup data of the camera 35 is taken into the controller 32 via the input I/F 54. Further, the CPU 50 outputs control signals to the vacuum pump 30, the high frequency source 33, the processing gas source 31, and the camera turning motor 36 via the output I/Fs 55 to 58, respectively.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the focus position of the camera.
  • camera 35 includes a lens 45 and a two-dimensional image sensor 46.
  • the light from the plasma 42 forms an image on the imaging surface of the two-dimensional image sensor 46 through the lens 45.
  • the lens position is set such that the turning center axis 41 is at the focal position of the camera 35, that is, the plane 47 that passes through the turning center axis 41 and is parallel to the image pickup surface of the two-dimensional image sensor 46 is the focal plane. Is adjusted. Specifically, if the distance from the lens 45 to the central axis of rotation 41 is the object distance L1, the distance from the lens 45 to the imaging surface of the two-dimensional image sensor 46 is the image distance L2, and the focal length of the lens is Lf, The following equation (1) is established in the approximation of geometrical optics.
  • FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing the configuration of a modified example of the semiconductor manufacturing apparatus of FIGS. 1A and 1B.
  • the horizontal direction is represented by the x direction and the y direction
  • the vertical direction is represented by the z direction.
  • FIG. 4A shows a vertical cross section along the xz plane.
  • FIG. 4B shows a horizontal cross section at the section line IVB-IVB of FIG. 4A.
  • a plurality of viewports (12 viewports in the case of FIGS. 4A and 4B) to which the transmission window 21 is attached are arranged in the circumferential direction around the rotational symmetry axis 43.
  • the semiconductor manufacturing apparatus 100A differs from the semiconductor manufacturing apparatus 100A shown in FIGS. 1A and 1B in that they are provided at equal intervals (30° intervals in the case of FIGS. 4A and 4B).
  • the twelve cameras 35A to 35L are arranged corresponding to the twelve viewports, respectively, and the plasma 42 generated in the vacuum container 20 can be photographed through the transmission window 21 of the corresponding viewport. .. Since the other points of FIGS. 4A and 4B are similar to those of FIGS. 1A and 1B, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference symbols and description thereof will not be repeated.
  • a plurality of rotationally symmetric axes 43 passing through the plasma 42 generated in the vacuum container 20 and located at equal intervals are arranged.
  • a plurality of two-dimensional image data can be acquired by photographing the plasma 42 from the image pickup position.
  • the directions of the cameras 35A to 35L are preferably adjusted so that the turning center axis 41 is located at the center of the horizontal visual field of the cameras 35A to 35L. Further, as described with reference to FIG. 3, it is desirable that the positions of the lenses of the cameras 35A to 35L be adjusted so that the rotational symmetry axis 43 becomes the focal position.
  • a plurality of cameras may be provided with the configurations of FIGS. 1A and 1B. Specifically, two cameras 35 facing each other with the vacuum container 20 sandwiched therebetween may be provided, and these cameras may be rotated from 0° to 180°. A plurality of viewports may be provided instead of the cylindrical transmission window 21 in FIGS. 1A and 1B.
  • CT processing procedure Next, a procedure for calculating a three-dimensional distribution of plasma emission intensity using a plurality of two-dimensional image data will be described. The procedure described below applies CT (Computer Tomography).
  • FIGS. 5A to 5C and FIGS. 6A to 6C are diagrams for explaining a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data.
  • FIG. 5A a cross-sectional view at a position of a certain height z is shown, and the two-dimensional emission intensity distribution of the real space at this height z is f(x, y).
  • the one-dimensional projection data indicates the light emission intensity for each pixel X in the horizontal direction.
  • Such one-dimensional data p(X, ⁇ ) is obtained at 360°/ ⁇ [pieces] for the height z.
  • the height z may correspond to the pixel number Z in the height direction.
  • FIG. 5C shows the one-dimensional data p(X, ⁇ ) of FIG. 5B converted into one-dimensional polar coordinate data p(r, ⁇ ).
  • p(X, ⁇ ) the two-dimensional distribution (x, y) by CT
  • coordinate conversion to polar coordinates is performed.
  • a sinogram is generated. Specifically, the sinogram is generated by convolving the filter function with the one-dimensional projection data shown in FIG. 5C obtained for each pitch angle ⁇ .
  • the filter function h(s) is obtained by inverse Fourier transforming the filter function H( ⁇ ) defined in the frequency space as represented by the following expression (2).
  • the frequency spatial filter function H( ⁇ ) for example, a Shepp-Logan filter or a Ram-Lak filter can be used.
  • the Nyquist frequency ⁇ H is the maximum spatial frequency of the one-dimensional data p(r, ⁇ ).
  • FIG. 6B shows a two-dimensional emission intensity distribution f(x, y) at a height z reconstructed by backprojection based on the sinogram of FIG. 6A.
  • Backprojection means adding all projections passing through coordinates (x, y) with respect to ⁇ .
  • the two-dimensional emission intensity distribution f(x, y) at the reconstructed height z is expressed by the following equation (3).
  • g(r, ⁇ ) is one-dimensional data
  • h(x ⁇ cos ⁇ +y ⁇ cos ⁇ r) is obtained by substituting x ⁇ cos ⁇ +y ⁇ cos ⁇ r for the variable s in the above equation (2). It was done.
  • the method of reconstructing the two-dimensional distribution according to the above equations (2) and (3) is called the superposition integration method or convolution back projection method.
  • This latter method is called the filtered back projection method.
  • the amount of calculation is smaller when the superposition integration method is used.
  • the sinogram peak position 44 changes sinusoidally with respect to ⁇ as shown in FIG. 6A. ..
  • FIG. 6C shows a reconstructed three-dimensional emission intensity distribution F(x, y, z).
  • the three-dimensional emission intensity distribution F(x, y, z) is obtained by performing the two-dimensional reconstruction described in FIG. 6B at each of the heights z.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for reconstructing a three-dimensional distribution of plasma emission intensity from a plurality of two-dimensional image data. The above description will be summarized below with reference to FIGS. 5A to 5C, FIGS. 6A to 6C, and FIG. 7.
  • a plurality of two-dimensional image data are obtained as projection data of the three-dimensional light emission distribution in the real space.
  • the pixel number in the horizontal direction of each two-dimensional image data is X
  • the pixel number in the height direction (vertical direction) is Z.
  • the CPU 50 of FIG. 2 extracts the data of the area to be reconstructed from the plurality of two-dimensional image data. This step is not necessary if the data of the entire captured area is used.
  • step S120 the CPU 50 sets the pixel number Z in the height direction to the initial value 0.
  • steps S130 to S160 are repeated while increasing Z by 1 (step S180) until the maximum number of pixels in the maximum direction is exceeded (until YES in step S170).
  • step S130 the CPU 50 extracts a one-dimensional emission intensity distribution (that is, one-dimensional projection data p(X, ⁇ )) in the pixel Z in the height direction from each of the plurality of two-dimensional image data.
  • a one-dimensional emission intensity distribution that is, one-dimensional projection data p(X, ⁇ )
  • the one-dimensional projection data on this supposed plane is extracted from each of the plurality of two-dimensional image data.
  • the CPU 50 coordinate-converts the extracted one-dimensional projection data p(X, ⁇ ) into polar one-dimensional projection data p(r, ⁇ ).
  • step S140 it is not necessary to adjust the coordinate origin of polar coordinates in step S140.
  • the sinogram is generated for each turning angle ⁇ by the filtering process of step S151 (specifically, the integration of ⁇ in the above equation (2)) and the superposition integration of step S152 (specifically, the above-mentioned integration). And the integral with respect to r in equation (3). Either step S151 or step S152 may be performed first.
  • the CPU 50 performs back projection (specifically, integration with respect to ⁇ in the above equation (3)) on the basis of the generated sinogram, to thereby obtain a pixel Z in the height direction (that is, , Reconstruct the two-dimensional emission intensity distribution (on the plane assumed in step S130).
  • This calculation is substantially the same as the inverse Fourier transform, since the complex exponential term is multiplied in equation (2) above.
  • the size of the real space reconstructed by CT processing is a cylindrical shape with a bottom diameter of about 140 mm ⁇ and a height of about 35 mm.
  • the measurement result can be displayed as a two-dimensional emission intensity distribution on a cut surface when the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution is cut at an arbitrary cross section. Further, it can be displayed as a one-dimensional emission intensity distribution in an arbitrary linear direction.
  • FIG. 8A to 8E are diagrams for explaining a display example of the two-dimensional emission intensity distribution created from the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution.
  • FIG. 8A shows the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution F(x, y, z).
  • FIG. 8B shows a two-dimensional emission intensity distribution f(x, y) on the cut surface when cut along a plane parallel to the xy plane (that is, a plane perpendicular to the z axis). The value of z is fixed to the set value.
  • FIG. 8C shows a two-dimensional emission intensity distribution in the cut surface when cut along a plane parallel to the xz plane (that is, a plane perpendicular to the y axis). The value of y is fixed to the set value.
  • FIG. 8A shows the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution F(x, y, z).
  • FIG. 8B shows a two-dimensional emission intensity distribution f(x, y) on the cut surface when cut
  • FIG. 8D shows a two-dimensional emission intensity distribution in the cut surface when cut along a plane parallel to the yz plane (that is, a plane perpendicular to the x axis).
  • the value of x is fixed to the set value.
  • FIG. 8E shows a two-dimensional emission intensity distribution on the cut surface when cut along a plane including the z axis and forming an angle ⁇ with the xz plane.
  • the angle ⁇ corresponds to the turning angle ⁇ described above.
  • the emission intensity is shown in gray scale such that the larger the value, the whiter the image becomes, and the smaller the value, the blacker the image becomes.
  • 13A and 13B are diagrams showing comparison results between the electron density distribution measured by the Langmuir probe and the one-dimensional emission intensity distribution.
  • the vertical axis represents the value of electron density [unit: cm ⁇ 3 ], that is, the number of electrons per 1 cm 3 . It can be seen that the position where the electron density has a peak is deviated from the center.
  • the one-dimensional emission intensity distribution shown in FIG. 13B has a correlation with the electron density distribution shown in FIG. 13A, and it was verified that the reconstruction of the emission intensity distribution based on the CT processing is almost correct.
  • the signal intensity As is about twice the noise intensity An, so the S/N ratio is about 6 dB.
  • the method for measuring the three-dimensional emission intensity distribution described above can be used to detect an abnormality in the semiconductor manufacturing apparatus using process plasma.
  • a functional block diagram of the semiconductor manufacturing apparatus and an example of a method of detecting an abnormality in the semiconductor manufacturing apparatus will be described.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a functional configuration of a semiconductor manufacturing apparatus.
  • the semiconductor manufacturing apparatuses 100A and 100B include a vacuum container 20, a substrate stage 26, a plasma generation device 38, one or more cameras 35, a control device 32A, and a data processing device 32B. Equipped with.
  • the substrate stage 26 is provided in the vacuum container 20 and mounts the substrate 40.
  • the plasma generation device 38 generates the plasma 42 in the plasma generation region 42A inside the vacuum container 20.
  • the one or more cameras 35 are rotationally symmetric with respect to the rotational symmetry axes 41 and 43 passing through the plasma generation region 42A, and images the emission of the plasma 42 from a plurality of imaging positions 48 located at equal intervals. ..
  • the data processing device 32B includes an acquisition unit 70, an image processing unit 72, a calculation unit 74, and an output unit 76.
  • the acquisition unit 70 acquires, from one or a plurality of cameras 35, a plurality of two-dimensional image data representing images of plasma captured from a plurality of imaging positions.
  • the image processing unit 72 reconstructs the three-dimensional distribution of the emission intensity of the plasma 42 by using the plurality of two-dimensional image data as the projection.
  • the calculation unit 74 identifies the peak position where the emission intensity reaches a peak, based on the reconstructed three-dimensional distribution of the emission intensity.
  • the output unit 76 outputs information regarding the identified peak position.
  • the functional configuration of the data processing device 32B is realized by the CPU 50 of FIG. 2 executing a program stored in any of the volatile memory 51, the non-volatile memory 52, and the storage 53.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor device.
  • the semiconductor manufacturing apparatus the etching apparatus using the CCP plasma shown in FIGS. 1A, 1B, 4A, and 4B will be described as an example, but the semiconductor manufacturing apparatus is not limited thereto.
  • step S200 substrate 40 is mounted on substrate stage 26 in vacuum container 20.
  • the controller 32 exhausts the inside of the vacuum container 20 by activating the vacuum pump 30.
  • the controller 32 introduces the processing gas from the processing gas source 31 into the vacuum container 20.
  • the controller 32 turns on the high frequency source 33 to generate plasma in the plasma generation region in the vacuum container 20. This starts the plasma process.
  • step S204 the controller 32 controls the camera 35 and the camera turning motor 36 so as to rotate from a plurality of imaging positions which are rotationally symmetric with respect to the turning center axis 41 and are located at equal intervals.
  • the light emission of the plasma 42 is photographed.
  • the controller 32 acquires a plurality of two-dimensional image data.
  • This step S204 corresponds to steps S100 to S102 in FIG.
  • the controller 32 ends the plasma process by turning off the high frequency source 33.
  • step S206 the controller 32 reconstructs the three-dimensional distribution of plasma emission intensity by using the plurality of two-dimensional data acquired in step S204 as projection data.
  • This step S206 corresponds to steps S110 to S180 of FIG.
  • the controller 32 identifies the peak position of the emission intensity based on the reconstructed three-dimensional emission intensity distribution. Then, if the specified peak position has changed from the previously measured peak position to the extent that it exceeds the threshold value (YES in step S208), the controller 32 issues an alarm using the HID 59 (step S209). ..
  • the controller 32 ends the process by stopping the supply of the processing gas from the processing gas source 31 in step S210 and stopping the vacuum pump 30 in step S211.
  • the controller 32 may directly output the information on the identified peak position of the emission intensity.
  • the controller 32 instead of the above step S209, when the identified peak position has changed from the previously measured peak position to the extent that it exceeds the threshold value (YES in step S208), the controller 32 outputs the identified emission intensity Information on the peak position may be output. Therefore, in a broader concept, the above steps S208 and S209 can be rephrased as that the controller 32 outputs information regarding the identified peak position.
  • steps S206 to S209 may be executed during execution of the plasma process. That is, the plasma may be monitored in-situ.
  • step S205 of FIG. 15 that is, the end of the plasma process
  • step S210 that is, the supply of the processing gas is stopped.
  • steps S206 to S209 may be executed after the vacuum pump 30 is stopped, that is, after step S211.
  • the measurement of the self-luminous intensity distribution of the above process plasma can be performed at an appropriate timing such as for each lot, at the time of starting the device, after performing the device maintenance, etc.
  • the emission of plasma is photographed using one or more cameras from a plurality of imaging positions that are rotationally symmetric with respect to a rotational symmetry axis that passes through the plasma generation region in the vacuum container and that are located at equal intervals.
  • a step of causing the controller to acquire a plurality of two-dimensional image data A controller reconstructs a three-dimensional distribution of the emission intensity of the plasma by using the plurality of two-dimensional image data as projection data.
  • Appendix 2 The plasma emission intensity distribution measuring method according to Appendix 1, wherein the signal-to-noise ratio of the three-dimensional distribution of emission intensity is 0 dB or more and 40 dB or less.

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Abstract

プラズマの発光強度分布の測定方法は、真空容器内のプラズマの生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラを用いてプラズマを撮影することにより、複数の２次元画像データを取得するステップと、複数の２次元画像データを投影データとして用いることにより、プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップとを備える。

Description

プラズマの発光強度分布の測定方法、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法
　本開示は、プラズマの発光強度分布の測定方法、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法に関する。本出願は、２０１８年１２月２５日に出願した日本特許出願である特願２０１８－２４１３７３号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　非特許文献１は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively　Coupled　Plasma）および誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively　Coupled　Plasma）において、プラズマの発光強度分布をコンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computer　Tomography）を利用して測定する方法を開示する。
　具体的に、検出システムは、光センサヘッド、光ファイバ、モノクロメータ、および光増幅器から構成される。光センサヘッドは、矩形の入口スリットと、レンズと、光ファイバの開口からなり、コリメータとして機能する。スリットの配置とレンズ形状の工夫により、検出システムは４０ｃｍの長さにわたって一定の感度を有する。光センサヘッドを４軸工業用ロボットのアームに取り付けて走査することにより、２次元および３次元のプラズマ発光分布を検出することができる。
　非特許文献２は、プラズマとダスト微粒子とが混在したダストプラズマにおいて、ＣＴを利用して３次元のダスト密度分布を測定する方法を開示する。
　具体的に、吸光測定を行うために、プラズマ容積全体に均一な白色光を放出するＬＥＤ（Light　Emitted　Diode）パネルが配置され、ＬＥＤパネルの反対側にＣＣＤ（Charge-Coupled　Device）カメラが配置される。ＬＥＤパネルからの平行光線のみが入射されるようにカメラには両側テレセントリックレンズが実装される。さらに、プラズマ自発光の入射を阻止するために光フィルタが使用される。ダスト微粒子がない状態で撮影された参照画像と比較することにより、ダスト微粒子による散乱および吸収に伴う吸光が検出される。
T.　Makabe、他１名、"Development　of　optical　computerized　tomography　in　capacitively　coupled　plasmas　and　inductively　coupled　plasmas　for　plasma　etching"、Applied　Surface　Science、Elsevier　B.V.、2002年5月30日、第192巻、第1-4号、p.　88-114 C.　Killer、他２名、"Computer　tomography　of　large　dust　clouds　in　complex　plasmas"、Review　of　Scientific　Instruments、AIP　Publishing　LLC.、2014年10月20日、第85巻、p.　103711-6
　本開示の一態様に係るプラズマの発光強度分布の測定方法は、真空容器内のプラズマの生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラを用いてプラズマの発光を撮影することにより、コントローラが、複数の２次元画像データを取得するステップと、コントローラが、複数の２次元画像データを投影データとして用いることにより、プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップとを備える。
　本開示の一態様に係る半導体製造装置は、真空容器と、真空容器内に設けられ、基板を装着するための基板ステージと、真空容器内のプラズマ生成領域にプラズマを生成するプラズマ生成装置と、１つまたは複数のカメラと、データ処理装置とを備える。１つまたは複数のカメラは、プラズマ生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置からプラズマの発光を撮像する。データ処理装置は、取得部と、画像処理部と、演算部と、出力部とを含む。取得部は、複数の撮像位置から撮像されたプラズマの画像を表す複数の２次元画像データを、１つまたは複数のカメラから取得する。画像処理部は、前記複数の２次元画像データを投影として用いることにより、プラズマの発光強度の３次元分布を再構成する。演算部は、再構成された発光強度の３次元分布に基づいて、発光強度がピークとなるピーク位置を特定する。出力部は、特定したピーク位置に関する情報を出力する。
　本開示の一態様に係る半導体装置の製造方法は、真空容器内の基板ステージに基板を装着するステップと、基板に対してプラズマ処理を施すためにプラズマの生成を開始するステップと、プラズマの生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラを用いてプラズマを撮影することにより、コントローラが、複数の２次元画像データを取得するステップと、コントローラが、複数の２次元画像データを投影として用いることにより、プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップと、コントローラが、発光強度の３次元分布に基づいて、発光強度がピークとなるピーク位置を特定するステップと、コントローラが、特定したピーク位置に関する情報を出力するステップとを備える。
図１Ａは、プラズマプロセスを利用した半導体製造装置の全体構成を模式的に示す垂直断面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線に沿う水平断面図である。 図２は、コントローラ３２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図３は、カメラの焦点位置について説明するための図である。 図４Ａは、図１の半導体製造装置の変形例の構成を模式的に示す垂直断面図である。 図４Ｂは、図４ＡのIVＢ－IVＢ線に沿う水平断面図である。 図５Ａは、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を説明するための図である（その１）。 図５Ｂは、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を説明するための図である（その２）。 図５Ｃは、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を説明するための図である（その３）。 図６Ａは、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を説明するための図である（その４）。 図６Ｂは、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を説明するための図である（その５）。 図６Ｃは、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を説明するための図である（その６）。 図７は、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を示すフローチャートである。 図８Ａは、再構成された３次元発光強度分布から作成された２次元発光強度分布の表示例を説明するための図である（３次元発光強度分布）。 図８Ｂは、再構成された３次元発光強度分布から作成された２次元発光強度分布の表示例を説明するための図である（ｘｙ平面に平行な断面）。 図８Ｃは、再構成された３次元発光強度分布から作成された２次元発光強度分布の表示例を説明するための図である（ｘｚ平面に平行な断面）。 図８Ｄは、再構成された３次元発光強度分布から作成された２次元発光強度分布の表示例を説明するための図である（ｙｚ平面に平行な断面）。 図８Ｅは、再構成された３次元発光強度分布から作成された２次元発光強度分布の表示例を説明するための図である（角度θにおけるｒｚ平面）。 図９Ａは、ｚ＝０ｍｍにおいて、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す図である。 図９Ｂは、ｚ＝６ｍｍにおいて、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す図である。 図９Ｃは、ｚ＝１３ｍｍにおいて、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す図である。 図１０Ａは、ｚ＝１９ｍｍにおいて、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す図である。 図１０Ｂは、ｚ＝２６ｍｍにおいて、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す図である。 図１１Ａは、ｘ＝－４０ｍｍにおいて、ｙｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１１Ｂは、ｘ＝－２０ｍｍにおいて、ｙｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１１Ｃは、ｘ＝０ｍｍにおいて、ｙｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１１Ｄは、ｘ＝２０ｍｍにおいて、ｙｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１１Ｅは、ｘ＝４０ｍｍにおいて、ｙｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１２Ａは、ｙ＝－４０ｍｍにおいて、ｘｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１２Ｂは、ｙ＝－２０ｍｍにおいて、ｘｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１２Ｃは、ｙ＝０ｍｍにおいて、ｘｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１２Ｄは、ｙ＝２０ｍｍにおいて、ｘｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１２Ｅは、ｙ＝４０ｍｍにおいて、ｘｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。 図１３Ａは、ラングミュアプローブで測定した電子密度分布を示す図である。 図１３Ｂは、１次元発光強度分布を示す図である。 図１４は、半導体製造装置の機能的構成を示すブロック図である。 図１５は、半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
　[本開示が解決しようとする課題]
　本開示の一態様の目的は、簡単な装置構成でＣＴを利用してプラズマの自発光強度の３次元分布を測定することが可能な、プラズマの発光強度分布の測定方法、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法を提供することである。
　[本開示の効果]
　上記によれば、簡単な装置構成でＣＴを利用してプラズマの自発光強度の３次元分布を測定することが可能な、プラズマの発光強度分布の測定方法、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法を提供することができる。
　[本発明の実施形態の説明]
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
　（１）本発明の一態様に係るプラズマの発光強度分布の測定方法（図１Ａ、図１Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ～５Ｃ、図６Ａ～６Ｃ、図７）は、真空容器２０内のプラズマ４２の生成領域を通過する回転対称軸４１，４３に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラ３５を用いてプラズマ４２の発光を撮影することにより、コントローラ３２が、複数の２次元画像データを取得するステップと、コントローラ３２が、複数の２次元画像データを投影データとして用いることにより、プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップとを備える。
　上記の測定方法によれば、１つまたは複数のカメラ３５を用いた簡単な装置構成で、プラズマの自発光の発光強度分布を測定することができる。
　（２）上記（１）において好ましくは、１つまたは複数のカメラ３５の各々のレンズ４５の位置は、上記の回転対称軸４１，４３が焦点位置になるように調整されている（図３）。
　このようにカメラ３５の焦点位置を調整することによって、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する際に、再構成像のぼけをより小さくすることができる。
　（３）上記（１）および（２）において好ましくは、発光強度の３次元分布を再構成するステップ（図５Ａ～５Ｃ、図６Ａ～６Ｃ、図７）は、回転対称軸４１，４３に垂直な平面を想定し、想定された平面における１次元投影データｇ（ｒ，θ）を、複数の２次元画像データの各々から抽出するステップと、複数の１次元投影データｇ（ｒ，θ）の各々にフィルタ関数ｈ（ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・ｃｏｓθ－ｒ）を重畳積分するステップと、フィルタ関数が重畳積分された複数の１次元投影データを逆投影することによって、想定された平面における２次元発光強度分布ｆ（ｘ，ｙ）を再構成するステップとを含む。
　このように、重畳積分法を用いて逆投影を行うことによって、比較的少ない計算量で、発光強度分布を再構成することができる。
　（４）本発明の一態様に係る半導体製造装置１００Ａ，１００Ｂ（図１Ａ、図１Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図１４）は、真空容器２０と、真空容器内に設けられ、基板４０を装着するための基板ステージ２６と、真空容器内のプラズマ生成領域にプラズマ４２を生成するプラズマ生成装置３８と、１つまたは複数のカメラ３５と、データ処理装置３２Ｂとを備える。１つまたは複数のカメラ３５は、プラズマ生成領域を通過する回転対称軸４１，４３に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置からプラズマ４２の発光を撮像する。データ処理装置３２Ｂは、取得部７０と、画像処理部７２と、演算部７４と、出力部７６とを含む。取得部７０は、複数の撮像位置から撮像されたプラズマの画像を表す複数の２次元画像データを、１つまたは複数のカメラ３５から取得する。画像処理部７２は、複数の２次元画像データを投影として用いることにより、プラズマ４２の発光強度の３次元分布を再構成する。演算部７４は、再構成された発光強度の３次元分布に基づいて、発光強度がピークとなるピーク位置を特定する。出力部７６は、特定したピーク位置に関する情報を出力する。
　上記の半導体製造装置によれば、１つまたは複数のカメラ３５を用いた簡単な装置構成で、プロセスプラズマの自発光の発光強度分布を測定することができる。この発光強度分布を利用することによって、半導体製造装置の異常を検出することができる。
　（５）本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法（図１Ａ、図１Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図１４）は、真空容器２０内の基板ステージ２６に基板４０を装着するステップと、基板に対してプラズマ処理を施すためにプラズマ４２の生成を開始するステップと、プラズマの生成領域を通過する回転対称軸４１，４３に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラ３５を用いてプラズマを撮影することにより、コントローラ３２が、複数の２次元画像データを取得するステップと、コントローラ３２が、複数の２次元画像データを投影として用いることにより、プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップと、コントローラ３２が、発光強度の３次元分布に基づいて、発光強度がピークとなるピーク位置を特定するステップと、コントローラ３２が、特定したピーク位置に関する情報を出力するステップとを備える。
　上記の半導体装置の製造方法によれば、１つまたは複数のカメラ３５を用いた簡単な装置構成で、プロセスプラズマの自発光の発光強度分布を測定することができる。そして、測定した発光強度分布を利用することによって半導体製造装置１００Ａ，１００Ｂの異常を検知することができるので、製品として完成する前の早期の段階で半導体装置の異常の可能性を知ることができる。
　[本発明の実施形態の詳細]
　以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない場合がある。
　（半導体製造装置の全体構成）
　図１Ａおよび図１Ｂは、プラズマプロセスを利用した半導体製造装置の全体構成を模式的に示す断面図である。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、水平方向をｘ方向およびｙ方向で表し、垂直方向をｚ方向で表す。図１Ａは、ｘｚ平面に沿った垂直断面を示す。図１Ｂは、図１Ａの切断面線ＩＢ－ＩＢの位置での水平断面を示す。
　なお、図１Ａ，図１Ｂでは、半導体製造装置の一例としてプラズマエッチング装置の例を挙げているが、プラズマエッチング装置に限らず、スパッタリング成膜装置、プラズマＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）装置などであってもよく、プラズマプロセスを利用した半導体製造装置であれば特に限定されない。また、プラズマの種類は、図１Ａに例示した容量結合プラズマ（ＣＣＰ）に限らず、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）であってもよいし、ＥＣＲ（Electron　Cyclotron　Resonance）プラズマであってもよく、プラズマ生成方法は特に限定されない。
　図１Ａおよび図１Ｂを参照して、半導体製造装置１００Ａは、真空容器２０と、真空ポンプ３０と、処理ガス源３１と、下部電極２２と、基板４０（ウェハとも称する）を載置するための基板ステージ２６と、高周波源３３と、絶縁体の天板２７と、円筒状の透過窓２１と、カメラ３５と、カメラ３５を支持する支持部材３７と、カメラ旋回用モータ３６とを含む。
　真空ポンプ３０は、真空容器２０の内部を排気する。処理ガス源３１は、真空容器２０の内部にプラズマ４２を生成するための原料ガスを供給する。複数種類の原料ガスを用いる場合には、原料ガスの種類に応じて個別に処理ガス源３１を設けてもよい。
　下部電極２２は、真空容器２０内の底面に取り付けられている。基板ステージ２６は、載置された基板４０を固定するための静電チャック（ＥＳＣ：Electrostatic　Chuck）２４と、絶縁部材２３，２５とを含む。絶縁部材２３は、静電チャック２４と下部電極２２との間に介在されている。絶縁部材２５は、基板４０の端面と静電チャック２４の端部とを覆うように配置されている。
　下部電極２２は、高周波源３３にコンデンサ３４を介して接続される。高周波源３３から高周波電圧が下部電極２２に印加されることによって、真空容器２０内のプラズマ生成領域（図１Ａおよび図１Ｂの場合、基板ステージ２６と天板２７との間の領域）にプラズマ４２が生成される。図１の場合には、処理ガス源３１、下部電極２２、高周波現３３、コンデンサ５４などによって、プラズマ４２を生成するプラズマ生成装置３８が構成される。
　絶縁体の天板２７は、真空容器２０内の上面に取り付けられている。天板２７は、プラズマ４２が生成される領域を挟んで基板ステージ２６に対向して設けられる。
　透過窓２１は、真空容器２０の側面にその周回方向に連続的に設けられている。すなわち、透過窓２１は円筒形状を有している。透過窓２１の材料は代表的にはガラスである。カメラ３５は、透過窓２１を介して真空容器２０の内部のプラズマ４２の発光を撮影する。具体的に、カメラ３５は、ＣＣＤ（Charge-Coupled　Device）またはＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）などによって構成された２次元イメージセンサを含み、プラズマ４２の発光強度の光軸方向の積分値を２次元画像データとして記録する。なお、光学フィルタを用いることによって特定の波長領域を選択できるようにしてもよい。
　カメラ３５は支持部材３７に取り付けられ、支持部材３７はモータ３６によって回転可能である。これにより、真空容器２０中のプラズマ４２を通る旋回中心軸４１の周りにカメラ３５を旋回させることができ、３６０°の任意の角度から透過窓２１を介してプラズマ４２の発光を撮影することができる。したがって、真空容器２０内のプラズマ４２の生成領域を通る回転対称軸（旋回中心軸４１と同じ）に対して回転対称であり、かつ等間隔に位置する複数の撮像位置から、プラズマ４２を撮影することによって複数の２次元画像データを取得することができる。言い替えると、複数の撮像位置は、回転対称軸から等距離、かつ、旋回中心軸４１の回りの周方向に等間隔に配置される。なお、カメラ３５の水平方向の視野の中心に旋回中心軸４１が位置するようにカメラ３５の方向が調整されているのが望ましい。
　半導体製造装置１００Ａは、さらに、制御・処理回路としてのコントローラ３２を含む。コントローラ３２は、制御装置３２Ａおよびデータ処理装置３２Ｂとして機能する。制御装置３２Ａは、真空ポンプ３０、高周波源３３、処理ガス源３１、カメラ旋回用モータ３６、カメラ３５などの動作を制御する。データ処理装置３２Ｂは、カメラ３５から取得した撮像データに基づいて、ＣＴ（Computer　Tomography）処理を行うことによってプラズマ４２の発光強度の空間分布を算出する。
　コントローラ３２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）およびメモリなどを含むマイクロコンピュータに基づいて構成されていてもよいし、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）を利用して構成されていてもよいし、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）などの専用の回路として構成されていてもよい。また、コントローラ３２は、これらの回路を組み合わせることによって構成されていてもよい。
　図２は、コントローラ３２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２では、コントローラ３２がマイクロコンピュータに基づいて構成されている例が示されている。
　図１Ａ、図１Ｂおよび図２を参照して、コントローラ３２は、ＣＰＵ５０と、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）を構成する揮発性メモリ５１と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）を構成する不揮発性メモリ５２と、外部記憶装置を構成するストレージ５３と、ヒューマンインタフェースデバイス（ＨＩＤ：Human　Interface　Device）５９と、入力Ｉ／Ｆ（Interface）５４と、出力Ｉ／Ｆ５５～５８とを含む。コントローラ３２のこれらの構成要素は、バス６０を介して相互に接続されている。
　ＲＡＭおよびＲＯＭはＣＰＵ５０の主記憶である。ＲＡＭを構成する揮発性メモリ５１は、たとえば、ＤＲＡＭ（Dynamic　Random　Access　Memory）、ＳＲＡＭ（Static　Random　Access　Memory）などによって構成される。ＲＯＭを構成する不揮発性メモリ５２は、たとえば、フラッシュメモリなどによって構成される。
　ストレージ５３は、たとえば、フラッシュメモリまたはハードディスクまたは光ディクスなどである。ストレージ５３は、カメラ３５の撮像データを格納したり、撮像データに基づいて再構成したプラズマの発光強度分布のデータを格納したりする。ストレージ５３は、さらに、ＣＰＵ５０を動作させるための制御プログラムおよびデータ処理プログラムを格納する。
　ＨＩＤ５９は、キーボード、ポインティングデーバイス（マウス、タッチパネルなど）、ディスプレイ、スピーカなどを含む。
　カメラ３５の撮像データは入力Ｉ／Ｆ５４を介してコントローラ３２に取り込まれる。また、ＣＰＵ５０は、出力Ｉ／Ｆ５５～５８をそれぞれ介して、真空ポンプ３０、高周波源３３、処理ガス源３１、およびカメラ旋回用モータ３６に制御信号を出力する。
　（カメラの焦点位置について）
　図３は、カメラの焦点位置について説明するための図である。図３を参照して、カメラ３５は、レンズ４５と２次元イメージセンサ４６とを含む。プラズマ４２からの光は、レンズ４５を通して２次元イメージセンサ４６の撮像面に結像する。
　ここで、旋回中心軸４１がカメラ３５の焦点位置になるように、すなわち、旋回中心軸４１を通って２次元イメージセンサ４６の撮像面に平行な面４７が焦点面になるように、レンズ位置が調整される。具体的に、レンズ４５から旋回中心軸４１までの距離を物体距離Ｌ１とし、レンズ４５から２次元イメージセンサ４６の撮像面までの距離を像距離Ｌ２とし、レンズの焦点距離をＬｆとすれば、幾何光学の近似において次式（１）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記のように焦点位置を調整することによって、カメラ３５を用いて撮影された複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する際に、再構成像のぼけをより小さくすることができる。
　（半導体製造装置の変形例の構成）
　図４Ａおよび図４Ｂは、図１Ａおよび図１Ｂの半導体製造装置の変形例の構成を模式的に示す断面図である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、水平方向をｘ方向およびｙ方向で表し、垂直方向をｚ方向で表す。図４Ａは、ｘｚ平面に沿った垂直断面を示す。図４Ｂは、図４Ａの切断面線IVＢ－IVＢの位置での水平断面を示す。
　図４Ａおよび図４Ｂの半導体製造装置１００Ｂは、透過窓２１の取り付けられた複数のビューポート（図４Ａおよび図４Ｂの場合、１２個のビューポート）が、回転対称軸４３の周りの周方向に等間隔（図４Ａおよび図４Ｂの場合、３０°間隔）に設けられている点で、図１Ａおよび図１Ｂの半導体製造装置１００Ａと異なる。１２個のカメラ３５Ａ～３５Ｌはそれぞれ１２個のビューポートに対応して配置され、対応するビューポートの透過窓２１を介して、真空容器２０内に生成されたプラズマ４２を撮影可能になっている。図４Ａおよび図４Ｂのその他の点は図１Ａおよび図１Ｂの場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
　上記の構成によっても、図１Ａおよび図１Ｂの場合と同様に、真空容器２０内で生成されたプラズマ４２を通る回転対称軸４３に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、プラズマ４２を撮影することによって複数の２次元画像データを取得することができる。なお、各カメラ３５Ａ～３５Ｌの水平方向の視野の中心に旋回中心軸４１が位置するように各カメラ３５Ａ～３５Ｌの方向が調整されているのが望ましい。また、図３を参照して説明したように、各カメラ３５Ａ～３５Ｌのレンズの位置は、回転対称軸４３が焦点位置になるように調整されているのが望ましい。
　他の変形例として、図１Ａおよび図１Ｂの構成で複数のカメラを設けてもよい。具体的に、真空容器２０を挟んで互いに対向する２個のカメラ３５を設け、これらのカメラを０°から１８０°まで旋回させてもよい。図１Ａおよび図１Ｂにおいて円筒状の透過窓２１に代えて、複数のビューポートを設けるようにしてもよい。
　（ＣＴ処理手順）
　次に、複数の２次元画像データを利用してプラズマ発光強度の３次元分布を計算する手順について説明する。以下で説明する手順は、ＣＴ（Computer　Tomography）を応用したものである。
　図５Ａ～５Ｃおよび図６Ａ～６Ｃは、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を説明するための図である。
　図５Ａを参照して、まず、２次元画像データの取得について説明する。旋回中心軸４１の周りに送り角Θでカメラ３５を移動させながら、複数の撮像位置からプラズマ４２をカメラ３５で撮影する。ここで、旋回基準（図の場合、ｘ方向）に対する２次元イメージセンサの撮像面の角度をθとする。図５Ａでは、ある高さｚの位置での断面図が示されており、この高さｚにおける実空間の２次元発光強度分布をｆ（ｘ，ｙ）とする。
　次に、図５Ｂに示すように、２次元画像データから、高さｚおよび角度θにおける投影、すなわち、積分発光強度ｐ［任意単位：ａ．ｕ．］の１次元分布が抽出される。１次元投影データは、水平方向の各ピクセルＸに対する発光強度を示すものである。高さｚに対して、このような１次元データｐ（Ｘ，θ）が３６０°／Θ［個］得られる。なお、高さｚは、高さ方向のピクセル番号Ｚに対応するとしてよい。
　図５Ｃは、図５Ｂの１次元データｐ（Ｘ，θ）を極座標の１次元データｐ（ｒ，θ）に変換したものである。ＣＴによって２次元分布（ｘ，ｙ）を再構成するためには、旋回中心軸４１と撮像データの水平方向の中央位置とを一致させる必要がある。このために、極座標への座標変換を行われる。
　次に、図６Ａに示すように、サイノグラムが生成される。具体的には、ピッチ角Θごとに得られた図５Ｃに示す１次元投影データに対して、フィルタ関数を畳み込み積分することによって、サイノグラムが生成される。
　ここで、フィルタ関数ｈ（ｓ）は、次式（２）で表されるように、周波数空間で定義されたフィルタ関数Ｈ（ρ）を逆フーリエ変換することによって得られる。この周波数空間フィルタ関数Ｈ（ρ）として、たとえば、Ｓｈｅｐｐ－ＬｏｇａｎフィルタまたはＲａｍ－Ｌａｋフィルタなどを用いることができる。式（２）において、ナイキスト周波数ρＨは、１次元データｐ（ｒ，θ）が有する最大の空間周波数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図６Ｂは、図６Ａのサイノグラムに基づいた逆投影によって再構成された高さｚにおける２次元発光強度分布ｆ（ｘ，ｙ）を示す。逆投影とは、座標（ｘ，ｙ）を通る全ての投影を、θについて足し合わせることをいう。再構成された高さｚにおける２次元発光強度分布ｆ（ｘ，ｙ）は、次式（３）で表される。次式（３）において、ｇ（ｒ，θ）は１次元データであり、ｈ（ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・ｃｏｓθ－ｒ）は、上式（２）の変数ｓにｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・ｃｏｓθ－ｒを代入したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　なお、上式（２）および（３）に従って、２次元分布を再構成する方法を重畳積分法またはコンボリューション逆投影法という。これに対して、ｇ（ｒ，θ）をフーリエ変換したものにフィルタ関数Ｈ（ρ）を乗算し、乗算結果を逆フーリエ変換してから、逆投影を行ってもよい。この後者の方法をフィルタ補正逆投影法という。ただし、本実施形態の場合には、重畳積分法を用いたほうが計算量が少なくて済む。
　図６Ｂのように２次元分布が旋回中心軸４１からずれた位置で単峰のピークを有する場合には、図６Ａに示すようにサイノグラムのピーク位置４４は、θに対して正弦的に変化する。
　図６Ｃは、再構成された３次元発光強度分布Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）を示す。３次元発光強度分布Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、複数の高さｚの各々で、図６Ｂで説明した２次元再構成を実行することによって得られる。
　図７は、複数の２次元画像データからプラズマの発光強度の３次元分布を再構成する手順を示すフローチャートである。以下、図５Ａ～５Ｃ、図６Ａ～６Ｃ、図７を参照してこれまでの説明を総括する。
　ステップＳ１００～Ｓ１０２において、旋回角θを送り角Θで変化させながらθ＝０°からθ＝３６０°までの角度の間で、カメラ３５を用いてプラズマ４２の発光空間が撮影される。これによって、実空間での３次元発光分布の投影データとして、複数の２次元画像データが得られる。各２次元画像データの水平方向のピクセル番号をＸとし、高さ方向（垂直方向）のピクセル番号をＺとする。
　次のステップＳ１１０において、図２のＣＰＵ５０は、再構成の対象となる領域のデータを複数の２次元画像データから抽出する。撮影した全領域のデータを使用する場合には、このステップは必要でない。
　その次のステップＳ１２０において、ＣＰＵ５０は、高さ方向のピクセル番号Ｚを初期値０に設定する。以下のステップＳ１３０～Ｓ１６０は、Ｚを１つずつ増やしながら（ステップＳ１８０）、最大方向の最大ピクセル数を超えるまで（ステップＳ１７０でＹＥＳとなるまで）繰り返される。
　まず、ステップＳ１３０において、ＣＰＵ５０は、複数の２次元画像データの各々について、高さ方向のピクセルＺにおける１次元発光強度分布（すなわち、１次元投影データｐ（Ｘ，θ））を抽出する。言い換えると、旋回中心軸４１（または回転対称軸４３）に垂直な平面を想定し、この想定された平面における１次元投影データが複数の２次元画像データの各々から抽出されることになる。
　次のステップＳ１４０において、ＣＰＵ５０は、抽出した１次元投影データｐ（Ｘ，θ）を、極座標の１次元投影データｐ（ｒ，θ）に座標変換する。このとき、ＣＰＵ５０は、ｒ＝０となる投影中心が、各１次元投影データｐ（ｒ、θ）［θ＝０°～３６０°、送り角Θ］で一致するように、極座標の座標原点を調整する。
　なお、カメラの移動機構または配置位置などの精度が十分な場合には、上記の投影中心は撮像画像の中心に一致する。したがって、この場合には、ステップＳ１４０における極座標の座標原点の調整は不要である。
　その次のステップＳ１５０～Ｓ１５３において、ＣＰＵ５０は、ステップＳ１４０で生成した複数の１次元投影データｐ（ｒ，θ）［θ＝０°～３６０°、送り角Θ］に基づいて、サイノグラムを生成する。サイノグラムの生成は、各旋回角θごとに、ステップＳ１５１のフィルタ処理（具体的には、前述の式（２）のρについての積分）と、ステップＳ１５２の重畳積分（具体的には、前述の式（３）のｒについての積分）とを含む。ステップＳ１５１とステップＳ１５２はどちらを先に行ってもよい。
　その次のステップＳ１６０において、ＣＰＵ５０は、生成したサイノグラムに基づいて逆投影（具体的には、前述の式（３）のθについての積分）を行うことによって、高さ方向のピクセルＺにおける（すなわち、ステップＳ１３０で想定された平面における）２次元発光強度分布を再構成する。前述の式（２）で複素指数関数の項が掛かっているので、この計算は、逆フーリエ変換と実質的に同じある。
　以上のステップＳ１３０～Ｓ１６０が、高さ方向のピクセル番号Ｚごとに繰り返されることによって、３次元の発光強度分布が再構成される。
　（測定データの一例）
　以下、実際のＡｒプラズマの発光強度分布の測定結果の一例を示す。ＣＴ処理によって再構成した実空間のサイズは、底面の直径がおよそ１４０ｍｍφの円柱形状で高さはおよそ３５ｍｍである。測定結果は、再構成された３次元の発光強度分布を任意の断面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布として表示することができる。さらには、任意の直線方向の１次元発光強度分布として表示することもできる。
　図８Ａ～８Ｅは、再構成された３次元発光強度分布から作成された２次元発光強度分布の表示例を説明するための図である。図８Ａは、再構成された３次元発光強度分布Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）を示す。図８Ｂは、ｘｙ平面に平行な面（すなわち、ｚ軸に垂直な面）で切断したときの切断面における２次元発光強度分布ｆ（ｘ，ｙ）を示す。ｚの値は設定値に固定されている。図８Ｃは、ｘｚ平面に平行な面（すなわち、ｙ軸に垂直な面）で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す。ｙの値は設定値に固定されている。図８Ｄは、ｙｚ平面に平行な面（すなわち、ｘ軸に垂直な面）で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す。ｘの値は設定値に固定されている。図８Ｅは、ｚ軸を含み、かつ、ｘｚ平面に対して角度θをなす平面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す。角度θは、前述の旋回角θに対応する。
　図９Ａ～９Ｃは、ｚ＝０ｍｍ、６ｍｍ、１３ｍｍの各々において、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す図である。発光強度は、値が大きいほど白くなり、値が小さいほど黒くなるようにグレースケールで示されている。
　図１０Ａおよび図１０Ｂは、ｚ＝１９ｍｍ、２６ｍｍの各々において、ｘｙ平面に平行な面で切断したときの切断面における２次元発光強度分布を示す図である。
　図１１Ａ～１１Ｅは、ｘ＝－４０ｍｍ、－２０ｍｍ、０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍの各々において、ｙｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。
　図１２Ａ～１２Ｅは、ｙ＝－４０ｍｍ、－２０ｍｍ、０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍの各々において、ｘｚ平面に平行な面で切断したときの切断面における発光強度分布を示す図である。
　（電子密度分布との比較）
　電子密度が高いほど、生成されるイオンおよびラジカルの密度が増加するので、発光強度が増加する。したがって、電子密度の分布と発光強度の分布とには相関があると考えられる。以下、ラングミュアプローブを用いて測定した電子密度の１次元分布とＣＴ処理に基づく１次元発光強度分布とを対比することによって、本開示による測定方法の正当性を検証する。
　図１３Ａおよび図１３Ｂは、ラングミュアプローブで測定した電子密度分布と１次元発光強度分布との比較結果を示す図である。
　図１３Ａはｚ＝２０ｍｍおよび旋回角θ＝１５°（すなわち、ｚ＝２０ｍｍでの切断面において、ｘ軸に平行な方向とのなす角度θが１５°）における、電子密度の測定結果を示す。図１３Ａにおいて、横方向は、旋回角θ＝１５°における径方向の位置ｒを示す。縦軸は、電子密度の値［単位：ｃｍ－３］、すなわち、１ｃｍ３あたりの電子の個数を表す。電子密度がピークとなる位置は、中心からずれていることがわかる。
　図１３Ｂは、ＣＴ処理によって再構成された３次元発光強度分布に基づいて作成した、ｚ＝２０ｍｍおよび旋回角θ＝１５°における１次元発光強度分布を示す。図１３Ｂに示す１次元発光強度分布は、図１３Ａに示す電子密度分布と相関があり、ＣＴ処理に基づく発光強度分布の再構成が概ね正しいものであることが実証された。
　ここで、信号強度Ａｓとノイズ強度Ａｎとの比、いわゆる信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）は、
　［Ｓ／Ｎ］ｄＢ＝２０ｌｏｇ１０（Ａｓ／Ａｎ）　　…(4)
で表される。図１３Ｂに示す発光強度分布の場合、信号強度Ａｓはノイズ強度Ａｎの約２倍であるので、Ｓ／Ｎ比は約６ｄＢである。
　（半導体装置の製造方法）
　これまで説明した３次元発光強度分布の測定方法は、プロセスプラズマを用いた半導体製造装置の異常を検出するのに用いることができる。以下、半導体製造装置の機能ブロック図および半導体製造装置の異常検出方法の一例について説明する。
　図１４は、半導体製造装置の機能的構成を示すブロック図である。図１４を参照して、半導体製造装置１００Ａ，１００Ｂは、真空容器２０と、基板ステージ２６と、プラズマ生成装置３８と、１つまたは複数のカメラ３５と、制御装置３２Ａと、データ処理装置３２Ｂとを備える。
　基板ステージ２６は、真空容器２０内に設けられ、基板４０を装着する。プラズマ生成装置３８は、真空容器２０内のプラズマ生成領域４２Ａにプラズマ４２を生成する。１つまたは複数のカメラ３５は、プラズマ生成領域４２Ａを通過する回転対称軸４１，４３に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置４８からプラズマ４２の発光を撮像する。
　データ処理装置３２Ｂは、取得部７０と、画像処理部７２と、演算部７４と、出力部７６とを含む。取得部７０は、複数の撮像位置から撮像されたプラズマの画像を表す複数の２次元画像データを、１つまたは複数のカメラ３５から取得する。画像処理部７２は、複数の２次元画像データを投影として用いることにより、プラズマ４２の発光強度の３次元分布を再構成する。演算部７４は、再構成された発光強度の３次元分布に基づいて、発光強度がピークとなるピーク位置を特定する。出力部７６は、特定したピーク位置に関する情報を出力する。上記のデータ処理装置３２Ｂの機能構成は、図２のＣＰＵ５０が揮発性メモリ５１、不揮発性メモリ５２、およびストレージ５３のいずれかに格納されたプログラムを実行することによって実現される。
　図１５は、半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。以下では、半導体製造装置として、図１Ａ、図１Ｂ、図４Ａ、図４Ｂに示したＣＣＰプラズマによるエッチング装置を一例として説明するが、これに限定されるものではない。
　図１Ａ、図１Ｂおよび図１５を参照して、ステップＳ２００において、真空容器２０内の基板ステージ２６に基板４０が装着される。
　次のステップＳ２０１において、コントローラ３２は、真空ポンプ３０を起動することによって真空容器２０内を排気する。その次のステップＳ２０２において、コントローラ３２は、処理ガス源３１から真空容器２０内に処理ガスを導入する。
　その次のステップＳ２０３において、コントローラ３２は、高周波源３３をオンすることにより、真空容器２０内のプラズマ生成領域にプラズマを生成する。これによって、プラズマプロセスが開始される。
　その次のステップＳ２０４において、コントローラ３２は、カメラ３５およびカメラ旋回用モータ３６を制御することにより、旋回中心軸４１に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、プラズマ４２の発光を撮影する。これによって、コントローラ３２は、複数の２次元画像データを取得する。このステップＳ２０４は、図７のステップＳ１００～Ｓ１０２に相当する。
　その次のステップＳ２０５において、コントローラ３２は、高周波源３３をオフすることにより、プラズマプロセスを終了する。
　その次のステップＳ２０６において、コントローラ３２は、ステップＳ２０４で取得した複数の２次元データを投影データとして用いることによって、プラズマの発光強度の３次元分布を再構成する。このステップＳ２０６は、図７のステップＳ１１０～Ｓ１８０に相当する。
　その次のステップＳ２０７において、コントローラ３２は、再構成された３次元発光強度分布に基づいて、発光強度のピーク位置を特定する。そして、コントローラ３２は、特定されたピーク位置が以前に測定したピーク位置から、閾値を超えるほど変化している場合に（ステップＳ２０８でＹＥＳ）、ＨＩＤ５９を利用して警報を報知する（ステップＳ２０９）。
　その後、コントローラ３２は、ステップＳ２１０において、処理ガス源３１からの処理ガスの供給を停止し、ステップＳ２１１において真空ポンプ３０を停止することによってプロセスを終了する。
　上記のステップＳ２０８，Ｓ２０９に代えて、コントローラ３２は、特定した発光強度のピーク位置の情報をそのまま出力してもよい。もしくは、上記のステップＳ２０９に代えて、コントローラ３２は、特定されたピーク位置が以前に測定したピーク位置から、閾値を超えるほど変化している場合に（ステップＳ２０８でＹＥＳ）、特定した発光強度のピーク位置の情報を出力してもよい。したがって、より広い概念では、上記のステップＳ２０８，Ｓ２０９は、コントローラ３２は、特定したピーク位置に関する情報を出力すると言い替えることができる。
　上記の手順において、ステップＳ２０４のプラズマの発光の撮影が短時間で終了する場合には、プラズマプロセスの実行中にステップＳ２０６～Ｓ２０９を実行してもよい。すなわち、プラズマの監視をin-situで行ってもよい。この場合、図１５のステップＳ２０５（すなわち、プラズマプロセスの終了）は、ステップＳ２１０（すなわち、処理ガスの供給停止）の前に実行される。
　もしくは、上記の手順において、真空ポンプ３０の停止後、すなわちステップＳ２１１の後に、ステップＳ２０６～Ｓ２０９を実行してもよい。
　上記のプロセスプラズマの自発光強度分布の測定は、ロットごと、装置立ち上げ時、装置のメンテナンスを行った後など、適切なタイミングで行うことができる。
　（実施の形態の効果）
　上記のとおり、本実施の形態によれば、１つまたは複数のカメラ３５を用いた簡単な装置構成で、プロセスプラズマの発光強度の３次元分布を検出することができる。そして、この３次元の光強度分布を利用することによって、プラズマプロセスを利用した半導体製造装置１００Ａ，１００Ｂの異常を検知することができる。さらに、製品として完成する前の早期の段階で半導体デバイス製品の異常の可能性を知ることができる。
　従来技術では、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、コリメータまたは特殊光学系などを用いていた。これに対して、本開示のシステムでは、高価な光学系を用いずに、２次元イメージセンサによる撮像画像そのまま利用してＣＴ処理を行っている。このため、焦点位置にない発光点からの光信号も２次元イメージセンサに取り込まれることになるので、結果として再構成分布にはボケが生じることになる。しかし、プラズマプロセスの異常の有無をモニタするという本開示の目的に照らせば、再構成分布にある程度のボケが生じることは許容される。具体的には、再構成された３次元光強度分布のＳ／Ｎ比は、０ｄＢ以上４０ｄＢ以下の範囲であれば十分である。
　（撮像位置の総数について）
　上記の逆投影によるＣＴ再構成を行うには、最低限、旋回角が１８０°異なる２箇所の撮像位置からプラズマ４２の発光を撮影する必要がある。この場合、上記の図１４のステップＳ２０７，Ｓ２０８のようにピーク位置が変化したどうかを判定することは一応可能である。ただし、より精度良く発光強度分布を検出するためには、さらに、撮像位置の数を増やす必要がある。サンプリング定理によれば、空間周波数の最大値をρＨとすれば、撮像位置の相互の間隔は１／（２ρＨ）以下にする必要がある。経験上は、３０°のピッチ角で１２個の撮像位置からの撮影データを用いることにより、許容できる精度で３次元発光分布のピーク位置を判定することができる。
　今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　＜付記＞
　以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
　(付記１）
　真空容器内のプラズマの生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラを用いて前記プラズマの発光を撮影することにより、コントローラが複数の２次元画像データを取得するステップと、
　コントローラが、前記複数の２次元画像データを投影データとして用いることにより、前記プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップとを備える、プラズマの発光強度分布の測定方法。
　（付記２）
　前記発光強度の３次元分布の信号対ノイズ比は、０ｄＢ以上４０ｄＢ以下である、付記１に記載のプラズマ発光強度分布の測定方法。
　２０　真空容器、　２１　透過窓、　２２　下部電極、　２３，２５　絶縁部材、　２４　静電チャック、　２６　基板ステージ、　２７　天板、　３０　真空ポンプ、　３１　処理ガス源、　３２　コントローラ、３２Ａ　制御装置、３２Ｂ　データ処理装置　３３　高周波源、　３４　コンデンサ、　３５，３５Ａ～３５Ｌ　カメラ、　３６　カメラ旋回用モータ、　３７　支持部材、３８　プラズマ生成装置、　４０　基板、　４１　旋回中心軸（回転対称軸）、　４３　回転対称軸、　４２　プラズマ、４２Ａ　プラズマ生成領域、　４５　レンズ、　４６　２次元イメージセンサ、　５０　ＣＰＵ、　５１　揮発性メモリ、　５２　不揮発性メモリ、　５３　ストレージ、　５４　入力Ｉ／Ｆ、　５５～５８　出力Ｉ／Ｆ、　５９　ヒューマンインタフェースデバイス、　６０　バス、７０　取得部、７２　画像処理部、７４　演算部、７６　出力部、　１００Ａ，１００Ｂ　半導体製造装置。

Claims (5)

  1. 　真空容器内のプラズマの生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラを用いて前記プラズマの発光を撮影することにより、コントローラが、複数の２次元画像データを取得するステップと、
    　前記コントローラが、前記複数の２次元画像データを投影データとして用いることにより、前記プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップとを備える、プラズマの発光強度分布の測定方法。
  2. 　前記１つまたは複数のカメラの各々のレンズの位置は、前記回転対称軸が焦点位置になるように調整されている、請求項１に記載のプラズマ発光強度分布の測定方法。
  3. 　前記発光強度の３次元分布を再構成するステップは、
    　前記回転対称軸に垂直な平面を想定し、前記想定された平面における１次元投影データを、前記複数の２次元画像データの各々から抽出するステップと、
    　複数の前記１次元投影データの各々にフィルタ関数を重畳積分するステップと、
    　フィルタ関数が重畳積分された複数の前記１次元投影データを逆投影することによって、前記想定された平面における２次元発光強度分布を再構成するステップとを含む、請求項１または請求項２に記載のプラズマの発光強度分布の測定方法。
  4. 　真空容器と、
    　前記真空容器内に設けられ、基板を装着するための基板ステージと、
    　前記真空容器内のプラズマ生成領域にプラズマを生成するプラズマ生成装置と、
    　前記プラズマ生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から前記プラズマの発光を撮像する１つまたは複数のカメラと、
    　データ処理装置とを備え、
    　前記データ処理装置は、
    　前記複数の撮像位置から撮像された前記プラズマの画像を表す複数の２次元画像データを、前記１つまたは複数のカメラから取得する取得部と、
    　前記複数の２次元画像データを投影として用いることにより、前記プラズマの発光強度の３次元分布を再構成する画像処理部と、
    　再構成された前記発光強度の３次元分布に基づいて、発光強度がピークとなるピーク位置を特定する演算部と、
    　特定した前記ピーク位置に関する情報を出力する出力部とを含む、半導体製造装置。
  5. 　真空容器内の基板ステージに基板を装着するステップと、
    　前記基板に対してプラズマ処理を施すためにプラズマの生成を開始するステップと、
    　前記プラズマの生成領域を通過する回転対称軸に対して回転対称であり、かつ、等間隔に位置する複数の撮像位置から、１つまたは複数のカメラを用いて前記プラズマを撮影することにより、コントローラが、複数の２次元画像データを取得するステップと、
    　前記コントローラが、前記複数の２次元画像データを投影として用いることにより、前記プラズマの発光強度の３次元分布を再構成するステップと、
    　前記コントローラが、前記発光強度の３次元分布に基づいて、発光強度がピークとなるピーク位置を特定するステップと、
    　前記コントローラが、特定した前記ピーク位置に関する情報を出力するステップとを備える、半導体装置の製造方法。
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