(57)【要約】【課題】歩留まりを向上させたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】処理室の周囲を囲む真空容器の一方の側の側壁に配置され処理室内のプラズマからの光が透過する一方の窓と、一方の窓の処理室を挟んだ他方の側に配置された他方の窓と、一方の窓の外側で一方の窓を透過した光が吸収される光吸収部と、他方の窓の外側に配置された光源と他方の窓との間に配置され光源からの光を処理室内に向かう光路及び別の方向に向かう光路に分岐すると共に他方の窓からの処理室内の光をさらに別の方向に分岐する光分岐部とを備え、光分岐部から処理室へ向かう光と光分岐部で別の方向に分岐された光及び光分岐部でさらに別の方向への光との各々が受光部へ選択的に伝達可能に構成され、受光部で受光されたこれらの光の量を検出する検出部と、検出部が検出した結果に基づいてウエハを処理する条件を調節する制御部とを備えた。【選択図】図１
2020065081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内部に配置された処理室内に形成されるプラズマを用いて前記処理室内に配置されたウエハを処理するプラズマ装置であって、
前記処理室の周囲を囲む前記真空容器の一方の側の側壁に配置され前記処理室内のプラズマからの光が透過する一方の窓と、この一方の窓の処理室を挟んだ他方の側に配置されこの処理室からの光が透過する他方の窓と、前記一方の窓の外側であって前記処理室の外側に配置され当該一方の窓を透過した光が吸収される光吸収部と、前記他方の窓の外側であって前記処理室の外側に配置された光源と、当該光源と前記他方の窓との間に配置され前記光源からの光を前記処理室内に向かう光路及び別の方向に向かう光路に分岐すると共に前記他方の窓からの前記処理室内の光をさらに別の方向に分岐する光分岐部とを備え、
当該光分岐部から前記処理室へ向かう光と前記光分岐部で前記別の方向に分岐された光及び前記光分岐部で前記さらに別の方向への光との各々が受光部へ選択的に伝達可能に構成されると共に、
選択的に伝達されて前記受光部で受光されたこれらの光の量を検出する検出部と、当該検出部が検出した結果に基づいて前記ウエハを処理する条件を調節する制御部とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ装置であって、
前記光源から前記他方の窓に入射する光を平行にする機構を備え、
前記受光部は、前記光源からの光が平行にされた後に前記他方の窓を透過して前記処理室に入射して前記一方の窓から反射された光を受光するプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ装置であって、
前記光吸収部が前記一方の窓の外側の大気圧にされた部材の表面上に配置されたプラズマ処理装置
【請求項４】
請求項１または２に記載のプラズマ装置であって、
前記検出部が、前記受光部で受光された光の量を用いて前記処理室の内壁の表面に形成された堆積膜の状態を検出するプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマ処理装置であって、
前記検出部が、前記検出した前記処理室内の内壁の表面に形成された堆積膜の状態をパラメータとして前記プラズマの条件と前記処理後に得られるウエハの表面の形状の寸法との相関を示すデータを用いて、前記ウエハを処理する条件を調節するプラズマ装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のプラズマ処理装置であって、
前記プラズマが形成される前記ウエハが処理中に、前記光源からの光が前記他方の窓を透過して前記処理室内に放射される期間及び放射されない期間を有し、前記検出部が、前記放射される期間に前記受光器部で受光された光の量と前記放射されない期間に前記受光部で受光された光の量とを用いて前記堆積膜の状態を検出するプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項４に記載のプラズマ処理装置であって、
前記真空容器内部の前記一方および他方の窓の内側に配置され前記処理室内の前記プラズマが形成される空間を囲んで配置され当該空間からの光及び前記光源からの光が透過するライナーを備え、前記検出部が、前記受光部で受光された光の量を用いて前記ライナーの内壁の表面に形成された堆積膜の状態を検出するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内部に配置された処理室内に形成したプラズマを用いて当該処理室内に配置した半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運転方法に係り、特に、処理室内からの光を検出した結果を用いて前記試料の処理を調節するプラズマ処理装置及びプラズマ処理装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの性能向上のため、半導体ウエハ等の基板状の試料の表面に当該デバイスの回路をプラズマエッチングによって形成するためウエハ表面に予め配置されたマスク層と処理対象の膜層とを含む複数の膜層を有した膜構造を処理する工程において、ナノメートルレベルの加工の精度が要求されている。さらに、このようなデバイスの生産性を向上するために、ウエハの処理装置においてこの精度を維持した状態で可能な限り数多くのウエハを継続して処理することが要求されている。
【０００３】
しかし、このような量産での工程の継続により、処理室の内壁がプラズマへ暴露される時間が増加し、内壁自体の消耗や内壁表面への耐プラズマ性化合物の堆積が続くことで、当該内壁の表面の状態が時間の経過とともに変化する。このように内壁表面の材質が変動すると、プラズマ中の反応性及び堆積性ラジカルの内壁表面での消失量や、プラズマと内壁材料の反応によって放出される原子及び分子の量が変動することになりプラズマの特性も影響を受けて変動することになる。
【０００４】
これらの変動により、プラズマを構成するラジカル及び荷電粒子の組成が変動し、それにより処理の結果としての加工後の構造の形状の寸法が変動した結果、変動量が寸法の許容される範囲を超えた場合には処理されたウエハから得られる半導体デバイスは不良品となるため、生産の歩留まりが損なわれることから処理を継続することはできない。また、内壁の表面でのこのような付着物の堆積の量が増加すると、付着した表面から欠片や粒子となって再度処理室内に遊離してしまい、これらがウエハの表面に付着すると、例え所期の寸法が得られた処理であっても当該膜構造が汚染され、同様に処理の歩留まりが低下してしまう。
【０００５】
上記の加工形状の変動を制御する技術のひとつとして、プラズマ状態や装置状態をモニタし、その結果を用いてプラズマ処理設定にフィードバックをかけ、加工形状をアクティブに制御する技術（以降ＡＰＣ：Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌと称す）がある。プラズマ状態のモニタの一つとして、プラズマ光のスペクトルを取得する分光（以下ＯＥＳ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙと称す）モニタが用いられており、ＡＰＣに適用されている。
【０００６】
プラズマ光は、プラズマ中において、電子の衝突により励起された原子または分子が脱励起する時に放出される。従って、ＯＥＳデータはプラズマ中のラジカル量及び種類、電子数密度及びエネルギー分布を反映するため、前述したプラズマ状態の変動を取得することができる。
【０００７】
また、半導体加工用のプラズマ装置の処理室内は真空または減圧雰囲気で用いられるため、プラズマ光は、プラズマ光が透過可能な装置内壁や、真空容器壁に設けられた窓等を通して取得される。従って、ＯＥＳで取得されるプラズマ光は、プラズマ光自体の変動と、プラズマ光が処理室壁を透過する過程で起こる反射、散乱等の影響を受けることになる。
【０００８】
内壁表面が異なる状態において、プラズマ状態を同一に制御することで加工形状を同一にできた場合を考えると、内壁透過前のプラズマ光は同一である。しかし、この内壁を透過して取得することになる、プラズマ光のＯＥＳデータが変動してしまう。よって、ナノメートルレベルでの高精度なＡＰＣを実現するためには、プラズマ光自体と内壁表面の変動をそれぞれ取得できる必要がある。
【０００９】
このような技術としては、特開２００３−２６４１７５号公報（特許文献１）、特開平８−１０６９９２号公報（特許文献２）に開示のものが従来から知られていた。例えば、特許文献１では、処理室側方より外部光源からの光（以降外部光と称す）を入射させ、対向側の処理室側壁の表面に設けた反射部を用いて、入射光を反射させている。
【００１０】
本従来技術は、この内壁を透過させた外部光のＯＥＳデータを用いて、内壁表面を透過したプラズマ光のＯＥＳデータを補正することで、内壁透過前のプラズマ光のＯＥＳデータを求めている。また、特許文献２では、処理室側方より入射させた外部光を、対向側の処理室側壁から処理室外へ透過させ、この内壁を透過させた外部光のＯＥＳデータを用いて、同様に内壁透過前のプラズマ光のＯＥＳデータを求めている。
【００１１】
一方で、ウエハの表面に回路構造を形成する処理を開始する前に処理室の内壁の表面に所望の被膜を形成するコーティングステップを実施して、当該被膜の存在により処理室内表面とウエハ処理中に生成されるプラズマとの間の相互作用を安定化することで、プラズマの特性の変動を抑制して処理の結果の経時的な変動を低減することが考えられている。このような従来技術は、ウエハの処理を開始する時点から終了までの間に処理室の内壁表面に残るように被膜膜を予め形成しておくことで、処理室の内表面の状態の変化を抑制するものである。
【００１２】
このような従来の技術の例は特開２００２−２４６３２０号公報（特許文献３）のものが知られていた。本特許文献３では、処理室の内壁を構成する金属の表面に生成物が付着した状態で、金属の内壁表面および付着物による膜の表面からの反射光からなる干渉光の強度の変化を検出した結果を用いて付着物の膜の状態が検出されている。本従来技術は、この検出の結果から処理室内壁の金属の表面を露出させないようにクリーニングを終了させるものを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２６４１７５号公報
【特許文献２】特開平８−１０６９９２号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来の技術は次の点について考慮が不十分であったため問題が生じていた。
すなわち、前述の通り、半導体デバイス生産のためのプラズマエッチングを用いたウエハ処理において、ナノメートルレベルの加工精度を維持しながら、量産を継続する必要がある。そのためのＡＰＣには、ナノメートルレベルの加工ばらつきを評価できる、高精度なプラズマ光のＯＥＳデータが必要である。
【００１５】
ＯＥＳでは装置内壁を透過したプラズマ光を用いて情報を取得するため、そのデータの変動する部分にはプラズマ光自体の変動と共にプラズマ光が透過する処理室の内壁の表面の状態が変動した分が含まれている。この両者を切り分けできる必要がある。このことから、被処理体である半導体ウエハ等の基板状の試料を処理中の状態を精度良く検出するためには、ＯＥＳのデータから当該内壁の表面の変動分とプラズマの発光の変動分とを分けて抽出できることが必要となる。
【００１６】
半導体デバイスの量産するために用いられるプラズマ処理装置の運転が開始された後の真空容器内部の処理室の内壁表面は、通常内壁表面の部材がプラズマとの相互作用により消耗する、あるいは表面の部材とプラズマ中または処理室内のガスとが化合して形成された化合物が当該表面に付着し堆積する。また、これら両方により消耗した内壁表面上にプラズマ中または試料の表面での反応によりに形成された化合物が堆積する場合がある。
【００１７】
発明者らは、運転を中断して処理室の内壁の表面を清掃したもの或いはこれまで運転に供されていない処理室を用いて、予め定められた一纒まりの枚数の同じ種類の同じ膜構造が形成された試料を連続または断続的に一枚ずつ処理する運転を開始した後で、運転の初期での新品に近い状態から、予定の枚数の中程または枚数の処理終了後での状態までの内壁の表面を測定し、その経時間の変化を検出した。この結果、内壁の表面の状態は、プラズマに暴露されている時間の増加に伴い消耗し、運転の開始時の清浄で平滑な表面から徐々に面粗さ及び堆積物の厚さや量が増加することが分かった。
【００１８】
図１５は、従来の技術に係るプラズマ処理装置の処理室の内側壁の表面の上下方向の異なる位置おける処理室の内壁の表面の面粗さの分布を模式的に示すグラフである。本図に示すように、数時間から数百時間プラズマに暴露した後には最大で１００μｍ程度の凹凸や球面状の面荒れが発生し、その面粗さは内側壁の高さ方向の位置により異なっており、相対的に下方の内壁の表面の方が大きいという分布であることが判った。さらに、内壁の表面の部材と処理室内のガスやプラズマとの化合物が堆積する場合には、その堆積物の厚さや量も内壁表面の位置により分布があることが分かった。
【００１９】
このことから、前述の内壁を透過した外部光及びプラズマ光をＯＥＳで取得するにあたり、内壁の表面を透過する位置及び面積によって、これら光が処理室壁を透過する過程で起こる反射、散乱等の影響の度合いが異なることが分かる。そして、上記したプラズマ光を用いたＯＥＳのデータを高い精度で検出するうえで、これと通してプラズマの発光を検出する内壁の箇所での表面の位置及び面積の状態を検出したデータを用いる場合には、これらの位置や面積とプラズマ光時に透過する内壁表面の位置及び面積を一致させる必要がある。
【００２０】
特許文献２に開示された技術は、処理室の内壁を透過した外部光及びプラズマ光を取得する場合、計測対象の内壁表面の両側に光ファイバの発光及び受光用の端部の軸断面が対向するように配置されたものである。このような構成では、複数のファイバから構成された光ファイバの端面にはその開口の数に応じた最大入射角度（一般的に最大放射角度と等しい値となるもの）があり、内壁の状態を検出するため処理容器（処理室）外部から光ファイバの端面から内部に向けて放射される光は、端面から拡散して放射された最大放射角度以内のものが処理室内へ入射し反対の側の内壁の表面に配置された透過部材を介した受光側では、最大入射角度以内の光が取得されることになる。
【００２１】
このような配置では、発光側の端面から放射され対向する箇所の２つの容器壁面を経て途中で経路が屈曲されることなく受光側のファイバの端面へ入射する光の放射された光全体の中での割合は、双方のファイバの軸を結ぶ線上を通るもののみの極わずかな分であり、拡散されて放射される外部光の大半は上記対向する箇所以外の処理室の内側の壁面で一回以上反射さえた後に受光されると考えられる。このことから、内壁の表面を通過して受光側の端面に入射した光から得られるＯＥＳのデータは、当該光が通過する経路上に設置された表面すべての状態が影響していることになる。
【００２２】
その一方で、プラズマからの発光は、処理室内の大半の領域に存在するバルクプラズマ部分から放射されるため、受光側の端部へ入射する光の強度は、金属壁で反射する強度と比較して、相対的に反射なく直接的に入射する光によるものの割合が大きいと考えられる。以上のことから、外部光とプラズマ光が透過する内壁表面の位置及び透過回数が異なることになり、さらには、前述の通り内壁表面の状態には分布があるため、外部光のＯＥＳデータを用いた場合でも、プラズマ光自体のＯＥＳデータの変化を求めることができないという問題がある。
【００２３】
また、特許文献２には、受光側に集光レンズを配置した構成が開示されている。この構成によれば上記受光される光のうち反射光の成分を除外することも可能になる。しかし、この場合には、外部光が透過する内壁表面の位置及び面積が、放射側と受光側で異なってしまうという問題が生じる。
【００２４】
例えば、この両者の面積比は、放射位置からの入射側及び受光側２つの内壁表面の距離をそれぞれ２乗した値の比となる。直径２００ｍｍのウエハに対応する処理室の場合において、放射位置からの放射側及び受光側の内壁表面までの距離を、それぞれ１０ｍｍ及び３００ｍｍとすると、両表面の面積比は９００倍にもなる。このため、プラズマ光自体のＯＥＳデータの変化を精度良く求めることが困難となってしまう。
【００２５】
この場合に、外部光が透過する面積について、受光側をφ１０ｍｍとすると、放射側ではφ０．３３ｍｍ程度となる。前述の通り、内壁表面の面荒れのサイズは最大１００μｍ程度にまで増加するため、放射側の内壁表面の面内に、このような堆積物や面荒れが特異的に含まれる場合には、外部光のＯＥＳデータが大きく変動してしまうという問題が生じていた。
【００２６】
さらには、プラズマからの光或いは外部から供給される光が通過する処理室内壁の表面の状態を精密に評価するうえでは、当該内壁の表面を透過する光のスペクトルを高い精度で検出できることが必要となる。このためには、ＯＥＳにより検出された外部から導入される光自体（つまり処理室内に導入される前の光）に関するデータと、内壁の表面を透過させた外部光のＯＥＳデータとを取得し、この両者を高精度に比較し差異を検出できる必要がある。
【００２７】
外部から処理室内へ光を入射して内壁の状態を検出するためには、計測対象に応じた複数の光路を用いる必要があり、各計測対象の光を分光器へ入射させることでＯＥＳデータを取得する。各計測対象のＯＥＳデータを取得し、それらを高精度に比較するためには、各光路による誤差や、分光器の個体差に起因する誤差を抑制する必要がある。
【００２８】
外部光を用いて内壁状態を評価するためには、計測対象に応じた複数の光路を用いる必要があり、各計測対象の光を分光器へ入射させることでＯＥＳデータを取得する。各計測対象のＯＥＳデータを取得し、それらを高精度に比較するためには、各光路による誤差や、分光器の個体差に起因する誤差を抑制する必要がある。
【００２９】
また、特許文献３では、処理室内壁の金属製の表面及び付着物が堆積して形成された膜の表面からの反射光による干渉光を用いて当該膜の状態を検出するものであり、内壁の表面が金属であるためこれに入射した光の大半が反射されることから干渉光を十分な強度で計測することができる。
【００３０】
しかしながら、処理室の内壁として光の透過率の高い材料が使用された場合には、外部から光を処理室の内壁部材に照射しても内壁に入射した光の大半は処理室へ透過してしまう。上記の通り、このような材料の内壁を透過した光は、処理室を構成する真空容器壁等の表面で反射することで迷光となり、内壁及び膜の表面からの反射光による干渉光に対するノイズとなって干渉光を検出する際のノイズとなってしまう。
【００３１】
例えば、石英製の内壁の表面に堆積した付着物の膜の状態を検出しようとして、外部から当該内壁に照射された可視光域の光の９３％以上は内壁を透過して内壁表面に堆積した付着物の膜に入射する。一方で、内壁の表面に堆積した付着物の膜は典型的なプラズマによりウエハを処理する条件においては１０マイクロメートル以下の薄膜であって、その膜が有機系膜やＳｉＯ系である場合には当該膜に入射した光の９０％以上は処理室内へ透過し、堆積膜の種類によっては９９％以上が処理室内へ透過してしまう。
【００３２】
つまり、石英製の内壁の表面と付着物の膜との境界及び当該膜と処理室内側の空間との境界において反射される光は、膜へ入射した光の内１０％以下、膜の種類によっては１％以下となってしまう。上記した通り、内壁部材及びその表面の付着物の膜からの反射光による干渉光の強度に対してノイズとなる処理室内に透過して反射された光は１０から１００倍の強度を有することになるため、干渉光を用いて堆積膜の状態を精度良く計測するためには、処理室内へ透過した光が計測時のノイズとなることを抑制する必要がある。
【００３３】
このような課題について、上記従来技術では考慮されていなかった。このため処理室内の処理の状態を精密に検出することができないため、処理室内の光を検出した結果を用いて所期の結果が得るための処理の条件を精度良く定めることが困難となっていた。或いは、得られる加工結果が所期のものからズレてしまう大きさが許容範囲を超えて大きくなってしまい歩留まりが損なわれてしまうという問題が生じていた。
【００３４】
発明の目的は、歩留まりを向上させたプラズマ処理装置またはその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記目的は、真空容器内部に配置された処理室内に形成されるプラズマを用いて前記処理室内に配置されたウエハを処理するプラズマ装置であって、前記処理室の周囲を囲む前記真空容器の一方の側の側壁に配置され前記処理室内のプラズマからの光が透過する一方の窓と、この一方の窓の処理室を挟んだ他方の側に配置されこの処理室からの光が透過する他方の窓と、前記一方の窓の外側であって前記処理室の外側に配置され当該一方の窓を透過した光が吸収される光吸収部と、前記他方の窓の外側であって前記処理室の外側に配置された光源と、当該光源と前記他方の窓との間に配置され前記光源からの光を前記処理室内に向かう光路及び別の方向に向かう光路に分岐すると共に前記他方の窓からの前記処理室内の光をさらに別の方向に分岐する光分岐部とを備え、当該光分岐部から前記処理室へ向かう光と前記光分岐部で前記別の方向に分岐された光及び前記光分岐部で前記さらに別の方向への光との各々が受光部へ選択的に伝達可能に構成されると共に、選択的に伝達されて前記受光部で受光されたこれらの光の量を検出する検出部と、当該検出部が検出した結果に基づいて前記ウエハを処理する条件を調節する制御部とを備えたことにより達成される。
【発明の効果】
【００３６】
外部光及びプラズマ光のＯＥＳデータ取得と、プラズマ光自体のＯＥＳデータ及び表面状態データを高精度に求めることができるプラズマ装置及び処理方法を提供でき、高精度なプラズマ光のＯＥＳデータ及び装置の内壁の状態を占めすデータが取得できる。さらに、取得したデータを用いることで、高精度なＡＰＣを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す実施例においてシャッターの開閉の組み合わせと各々で選択される光路の測定対称となる光とを示す表である。
【図３】図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の運転における動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】図１に示す実施例の外部光源の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図５】図１に示す実施例の分岐ファイバの他方の端部の断面を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図１に示す実施例の分岐ファイバの他方の端部の断面を模式的に示す縦断面図である。
【図７】図１に示す実施例に係るスプリッタ及びスプリッタホルダの変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図８】図１に示す実施例に係る受光部及び放射部の光視準用の手段の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図９】図１に示す実施例の光学系を複数配置した構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】図９に示した光学系Ａ，Ｂを連結するスプリッタの別の例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】図９に示した光学系Ａ，Ｂを連結するスプリッタの別の例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【図１３】図１２の変形例において検出される処理室１００の内壁表面の膜からの干渉光の量Ｉｆの時間の変化に対する変化を示すグラフである。
【図１４】図１２の変形例における処理室の内壁表面の膜の厚さまたはその状態を検出する動作の流れを示すフローチャートである。
【図１５】従来の技術に係るプラズマ処理装置の処理室の内側壁の表面の上下方向の異なる位置おける処理室の内壁の表面の面粗さの分布を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明では、真空容器外部から内部に配置されプラズマが形成される処理室に向けて照射された光を用いて処理室の内壁を構成する部材の表面の状態を検出し、プラズマからの発光の変動及び処理室内壁の表面の状態の変動を検出する構成を備えている。この構成により、外部からの参照光及びプラズマからの発光についてのＯＥＳデータが高精度に検出され、当該ＯＥＳデータ及び内壁の表面の状態が高い精度で検出される。
【００３９】
また、ウエハの処理中に形成され内壁の表面上に堆積される付着物の膜やウエハの処理の前または後に内壁の表面に形成される被膜に外部から参照光を照射して内壁及び膜からの反射光による干渉光を精度良く検出するため処理室１００内へ透過して干渉光に対するノイズとなる光による干渉光への影響を抑制した。このような構成により、内壁の表面上に形成された膜の状態の変動を高い精度で検出し、この結果を用いて所望の処理の結果が得られるように処理の条件を高い精度で調節するＡＰＣを実現することができる。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例】
【００４１】
本発明の実施例を図１乃至８を用いて以下に説明する。
【００４２】
図１は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本図では、プラズマ処理装置の真空容器及びその外側に配置され内部に光を放射或いは内部からの光を受けて検出する構成を特に拡大して示している。
【００４３】
本実施例の真空容器の上部の内部に配置された処理室１００は、内部に処理対象のウエハが配置される空間であって、円筒形を有した真空容器壁５と、その上端に載せられて石英等の電界が透過できる誘電体製の材料で構成され真空容器を構成する円形を有した天板２とによりその周囲を囲まれた円筒形を有したプラズマが形成される空間である。真空容器壁５の円筒の部材上には、これを構成して内部の処理室１００と外側との大気圧との空間との間で光が通過する材料で構成れた複数の採光窓７が、円筒の中心部を挟んで相互に（中心の回りに１８０度の角度の位置に）対向して配置されている。
【００４４】
処理室１００の下方では、真空容器下部に図示していないターボ分子ポンプ等の真空ポンプが配置されて、処理室１００下部の開口と真空ポンプ入り口とが排気用通路により連結され、これらの間に配置されて回転することで排気用通路の断面積を増減する図示しない複数の板状のフラップバルブの動作により流量が調節されつつ、真空ポンプの動作によって処理室１００内部が排気されて所定の真空度まで減圧される。さらに、処理室１００は、真空容器壁５の上端と天板２の外周縁部下面との間及び採光窓７の透光性を有した部材と真空容器壁５の円筒形の側壁を構成する部材との間で、これらに挟まれたＯリング４を備え、複数のＯリング４によって減圧される内部と大気圧の外部との間が気密に封止されている。
【００４５】
天板２の上方には、処理室１００内に供給されプラズマを形成するための電界が形成または伝播される電力導入部１０５が配置されている。電界を供給する手段としては、本実施例では高周波電力が供給される板状の金属製のアンテナや電極あるいはコイルや、マグネトロン等の発振器によりマイクロ波を形成し当該マイクロ波が内部を伝播する導波管や管路内の同軸ケーブル等が考えられる。また、これらの電力導入部１０５は、真空容器壁５の外周外側に巻かれて配置されたコイルや処理室１００上方に配置された平板状の電極用いても良い。本実施例では、プラズマを生成するため電界として１３．５６ＭＨｚから１０ＧＨｚの範囲内の高周波のものを用いることができる。
【００４６】
処理室１００内の下部には、処理対象のウエハがその円形の上面上に載置される円筒形状を有した試料台１１が配置されている。また、試料台１１内部に配置された金属製の円板または円筒形の部材である基材は、整合器（図示せず）を介して高周波電源（図示せず）が電気的に接続されており、ウエハが載せられた状態または処理室１００内にプラズマが形成れた状態で周波数１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの高周波電力が供給され、ウエハまたは試料台１１上面の上方にプラズマ中のイオン等荷電粒子をウエハ表面に誘引するためのバイアス電位が形成される。
【００４７】
また、試料台１１内の金属製の基材の内部には、多重の同心状または螺旋状に配置され内部を所定の温度に調節された冷媒が通流する冷媒流路が配置され、基材を介して試料台１１またはウエハの温度が処理に適した値の範囲内に調節される。また、基材またはその上面を被って配置された誘電体製の被膜の内部に電力が供給されて加熱するヒーターが配置されていてもよい。
【００４８】
さらに、誘電体製の被膜の内部には、直流電力が供給されて誘電体膜を介してウエハとの間に形成される静電気力によってウエハを吸着する静電チャック用の膜状の複数の電極が配置され、被膜の上面にはウエハが誘電体製の膜上に載せられた状態でこれらの間のすき間に供給される熱伝達を促進するＨｅ等の伝熱ガスの供給口が配置されている。基材及び誘電体製の膜の内部にはこれらを貫通して伝熱ガスの供給口と連通したガス導入路が配置されている。
【００４９】
処理室１００内の天板２の下方で試料台１１の上方には、試料台１１のウエハの載置面と対向して配置され、処理室１００の天井面を構成するシャワープレート３が配置されており、その中央部にはプラズマ生成用の処理ガスが通流して処理室１００内に導入される複数の貫通孔が配置されている。
【００５０】
また、処理室１００には、形成されたプラズマを試料台１１の上方の処理室１００内の空間に効率良く閉じ込めるために、バッフル９を設けても良い。本実施例のバッフル９は、試料台１１の上部外周の側壁と処理室１００を区画する真空容器壁７の円筒部の内壁との間のリング状の空間に配置され、上方の処理室１００内のガスやプラズマ内の粒子が下方に通過して流れることができる複数の貫通孔を備えて接地電位にされた導体製の部材で構成されている。処理室１００内のバッフル９の下方には軸回りに回転して処理室１００内部の下向きのガス流れの流路断面積を調節する板状の圧力制御バルブ１０が複数配置され、これらのバルブの回転による排気量速度の調節により、処理室内の圧力値を処理に適した範囲内になるように調節される。
【００５１】
処理対象のウエハは、真空容器壁５に連結された図示しない真空容器であって減圧された内部の空間である室内を図示しない搬送用のロボットの伸縮するアーム先端上に載せられ保持された状態で搬送され、処理室１００内の試料台１１に受け渡されてその上面に載せられる。この状態で、搬送ロボットのアームが処理室１００内から搬送室へ退出した後、処理室１００と搬送室との間を気密に封止して区画するゲートバルブが閉塞される。
【００５２】
次に、試料台１１上面の被膜内の静電チャック用電極に直流電力が供給されてウエハが試料台１１上面の被膜上に吸着された状態で、シャワープレート３の貫通孔から処理用ガスが処理室１００内に供給されつつ真空ポンプの動作により処理室１００内が排気されて、これらの処理室１００内へのガスの流入量の速度とこれからの排出量とのバランスにより処理室１００内の圧力が減圧された所定の範囲内の値にされる。
【００５３】
電力導入部１０５から処理室１００内に供給された高周波電力により、処理室１００内の処理用ガスが励起されてプラズマが試料台１１上方に形成され、試料台１１内の基材に供給された高周波電源からの電力によりウエハ上方に形成されるバイアス電位とプラズマの電位との電位差によりウエハ上にプラズマ中の荷電粒子が誘引されてウエハ上面上方に予め配置された上下に複数の膜層が重ねられた膜構造の処理対象の膜の処理が開始される。
【００５４】
本実施例では、ウエハの処理中に処理室１００内に形成される反応生成物やプラズマ中の励起された粒子から放射される光を受光しその強度等の特性の変化は処理室１００外に配置された検出器により検出され、この結果を用いて処理の終点や処理の進行する速度、或いはプラズマの密度の分布や特性等が検出される。処理中にプラズマ内に形成される反応生成物から放射される特定の波長の光の強度が閾値を超えて増大するか或いは低下したことを検知して処理の終点への到達が検出されると、図示しないプラズマ処理装置の制御部から発信される指令信号に応じて基材への高周波電力の供給が停止され、プラズマが消火されて処理ガスの供給が停止されウエハの処理が停止される。
【００５５】
この後、ウエハの静電吸着が解除され上記ゲートバルブが開放されて処理室１００内に進入したロボットのアーム先端部に試料台１１上方からウエハが受け渡されてウエハが処理室１００から搬出される。次に処理されるべき未処理のウエハが存在する場合には、この後当該未処理のウエハがロボットのアームの動作により処理室１００内に搬入されて、上記と同様に処理が実行される。次に処理されるべき未処理のウエハが無い場合には、１ロットとしての一纒まりの枚数の複数ウエハの処理が終了したことが制御部により判定され、制御部からの指令に応じてプラズマ処理装置での運転を停止または休止されるか、あるいは内部を洗浄する運転が実施される。
【００５６】
実施例のプラズマ処理装置では、複数枚のウエハは上記の複数の工程を経て処理室１００内で一枚ずつ処理が施され、１ロットとして一纒まりの枚数が処理されるまで断続的に処理が継続される。処理されるウエハの枚数が増大して処理室１００内壁はそのプラズマへの暴露時間が増加する。
【００５７】
これに伴って、処理室１００内壁はプラズマとの相互作用、例えば内壁表面とプラズマの電位差によりプラズマ中のイオン等荷電粒子が内壁表面に誘引されて衝突して表面の材料が遊離したり当該荷電粒子やプラズマ中の励起された原子、分子と内壁の材料とが化合して形成された物質が揮発したりして生じる内壁の消耗や変形、或いは処理中に処理室１００内に形成された反応生成物が内壁の表面に付着して生じる堆積により、内壁の表面の状態が変化する。例えば、発明者らの検討によれば表面の面粗さは処理中のプラズマへ曝露される累積時間の増大に伴って増大することが判っている。
【００５８】
これらの部材としては、処理室１００内部の表面を構成する部材及び処理室内部に設置される部材であって真空及びプラズマ雰囲気に暴露される虞の有る表面を持つ部材であるが、本実施例においては特にこれらのうちで天板２、シャワープレート３、真空容器壁５、バッフル９、試料台１１が該当する。これらの部材の中にはプラズマによる消耗によって、電気的な短絡や真空の破れ等の危険かつ致命的な故障原因となり得る部材がある。
【００５９】
このような部材は可能な限りプラズマからの暴露を避ける必要があり、そこで、試料台１１の側面には、これがプラズマから保護してこれに直接暴露されないように、試料台１１側壁面の外周を被って円筒形を有した誘電体製の電極カバー１２及び試料台１１の上面の外周端縁部を被ってリング形状を有した誘電体製のサセプタ８が設置されている。また、アルミニウムやステンレス或いはこれら金属の合金製の真空容器壁５の内側の壁面を保護するために、プラズマから保護してこれに直接暴露されないように、真空容器壁５の内周壁面上にはこれを被って誘電体製または金属製の表面を有した円筒形を有したライナー６が備えられている。
【００６０】
上記の保護部材として用いた電極カバー１２、サセプタ８、ライナー６を含め、プラズマに直接暴露されるシャワープレート３、バッフル９といった処理室１００の内側壁を構成する部材の表面は、上記の通り、プラズマを用いて実施されるウエハの処理の累積の時間の増加に伴ってその面粗さ等の状態が変動することになる。また、ライナー６、シャワープレート３、サセプタ８、及び電極カバー１２を用いない場合には、天板２、真空容器壁５、採光窓７、及び試料台１１がプラズマに直接暴露されることになり、プラズマとの相互作用による消耗や変形が進行しその表面状態がより大きく変動することになる。
【００６１】
このような内壁の表面の状態の変動は、プラズマを用いた処理によりウエハの表面に形成される膜構造の形状の所期のものからの変動が増大する原因となる。このような変動を低減するために、従来よりＡＰＣを用いて処理の条件を適切なものに調節する、或いは終点の判定の精度を向上する等の技術が実施されている。今後求められる更に高い精度での膜構造の加工を実現するためには、ＡＰＣによる調節の精度を高めることが必要となり、このためには経時的に変化するプラズマ発光自体と内壁の表面による影響の変動とをより高い精度で検出することが要求されている。
【００６２】
本実施例の処理室１００では、円板形またはこれと見做せる程度に近似した形状を有したウエハの表面方向において処理の結果としての加工後の形状の不均一をより低減するため、円筒形状を有した処理室１００の中心軸に対して軸回りに対称となるように、軸を一致させるかこれと見做せる程度に近似した位置に配置された円板及び円筒形状を有している。このような構成により、プラズマ及びウエハ表面の電界、電位や温度の分布を周方向または軸周りに不均一を低減したものにすることができ、ウエハの面内方向における加工処理の不均一さを低減させることができる。
【００６３】
次に、本実施例において、プラズマからの発光と内壁の表面との変動を検出する構成について説明する。
【００６４】
本実施例では、試料台１１の上面の上方であってシャワープレート３の下方の高さで処理室１００の中心を挟んで対向する位置の真空容器壁５に２つの貫通孔を備え、これらの貫通孔の外周側の壁面上の開口を被って配置された透光性の材料により構成された２つの採光窓７を備えている。一方の採光窓７から処理室１００内に入射した光を他方の採光窓７を通過して放射させるため、ライナー６を通過できる構成を備えている。
【００６５】
ライナー６は、石英やサファイア等の光が透過する材料により構成されている。また、採光窓７も、同様に光が透過できる石英等の材料により構成され、貫通孔を被って真空容器壁５に装着された状態で処理室１００側の表面の外周縁部が真空容器壁５の部材とＯリングを挟んで変形させることで、Ｏリングにより採光窓７内外を気密に封止している。
【００６６】
本実施例の一方の側（図上真空容器の左側）に配置された採光窓７は、真空容器壁５の外側に配置された受光部１０１がこれを被って取り付けられて接続されている。受光部１０１は、採光窓７を通して処理室１００内部から外部に放射された光を受光するための石英等の透光性材料製の円筒形を有した部材を備えた受光ポート１５、この受光ポート１５と採光窓７との間に配置され採光窓７から射出された光を平行な光に視準するためのコリメートレンズ１４、及びコリメートレンズ１４を内包してその外側の周囲を囲んで照明等の周辺からの環境光を遮蔽する光路シールド１３を備えて構成される。
【００６７】
他方の側（図上右側）に配置された採光窓７は、真空容器壁５の外側に配置された放射部１０２がこれを覆って取り付けられて接続されている。放射部１０２は、受光部１０１と同様に、一方の採光窓７から処理室１００内に入射する光を放射するための石英等の透光性材料製の円筒形を有した部材を備えた放射ポート１６、当該放射ポート１６と採光窓７との間に配置され入射する光を平行に視準するコリメートレンズ１４及びコリメートレンズ１４を内包してその外側の周囲を囲んで照明等の周辺からの環境光を遮蔽する光路シールド１３を備えて構成されている。
【００６８】
天板２またはシャワープレート３の材料として光を透過するものを用いる場合には、受光部１０１及び放射部１０２に周辺の環境光が入射することを抑制する必要がある。そのため、本実施例では、真空容器壁５の円筒部の上端上方において天板２の全体を被って配置された遮光プラスチック製の部材、若しくは黒色等の透光性の小さな色の塗料を塗布したもの又は黒色アルマイト処理をした金属製のシールド１が配置されている。
【００６９】
さらに、真空容器壁５に光を透過しない金属等の材料を採用することでも、周辺の環境光が受光部１０１及び放射部１０２に入射することを低減できる。真空容器壁５に光を透過する材料を採用する場合には、真空容器壁の外周にシールド１と同様の遮光のための部材を配置する。
【００７０】
放射ポート１６から放出される光を発生させる外部光源２１と放射ポート１６との間には、当該外部光源２１からの光を複数の方向の経路に分岐させるスプリッタ１９が配置されている。スプリッタ１９はその容器であるスプリッタホルダ２０内に密閉されて配置され、スプリッタホルダ２０の容器壁面には平板形状を有したスプリッタ１９の表面を挟んで対向した４つの位置に光入出力用のポートが配置されている。
【００７１】
これらポートのうちの１つである外部光入射用ポートからスプリッタホルダ２０の容器内部に射出された光がスプリッタ１９を介して３つの方向のポート各々から異なる経路を通り伝達される。これらのスプリッタ１９の構成により、スプリッタ１９及びスプリッタホルダ２０の各ポートへの周辺の環境光の入射が低減されている。
【００７２】
外部光源２１に備えられた外部光源ポート２２より出力される外部光は、スプリッタホルダ２０内のスプリッタ１９によって２つ方向に分岐される。分岐された一つの光は、基準外部光として、４つのポートの１つである基準光ポート１７より出力される。分岐された他方の光は、スプリッタホルダ２０のポートの１つである外部参照光ポートを通り放射部１０２の放射ポート１６に伝達されてここから出力され、平行光として処理室１００及び採光窓７並びにライナー６を透過し、受光部１０１の受光ポート１５に内壁透過外部光として受光される。
【００７３】
また、このような構成においては、外部光源２１で形成された外部光が放射ポート１６から受光ポート１５に到達するまでの間に透過する各部材の表面において反射光が発生する。これら反射光は放射部１０２を通り放射ポート１６からスプリッタ１９へ到達して分岐され、その分岐された一方の光がスプリッタホルダ２０の容器に配置された反射ポート１８より内壁反射外部光として外部に出力される。ライナー６以外の採光窓７及びコリメートレンズ１４の表面には反射防止用のコーティング膜を設けることで、内壁表面の変動を反映した上記反射光をより高精度に取得することができる。
【００７４】
プラズマの発光は、ライナー６、採光窓７、及びコリメートレンズ１４を透過して、受光部１０１側及び放射部側の各々においてプラズマからの発光として受光ポート１５及び放射ポート１６へ入射する。また、本実施例では、基準光ポート１７、受光ポート１５、及び反射ポート１８からの光は、各々の経路を通り分光器ポート２４に入射して分光器２３へ入力され、これらの光からスペクトル演算部２８において各光のスペクトルデータが検出される。
【００７５】
外部光源ポート２２とスプリッタホルダ２０の外部光入射用ポートとの間、スプリッタホルダ２０の外部参照光と放射ポート１６との間、基準光ポート１７と分岐光ポート２４との間、反射光ポート１８と分岐光ポート２４との間は、その両端にファイバコネクタ２６を持つ光路としての光ファイバ２５を介して接続され、その内部を光が伝達される。また、受光ポート１５と分光器ポート２４との間はこれらを連結する光ファイバであって、基準光ポート１７と連結された光路を構成する光ファイバ及び反射光ポート１８と連結された光路を構成する光ファイバとが連結された分岐ファイバ２７が配置されて、３つの光路を伝達されてきた光が纏まって分光器ポート２４を介して分光器２３に伝達される。
【００７６】
さらに、スプリッタホルダ２０の４つのポートとこれら４つのポートの接続先のポートとの間及び受光ポート１５と分光器ポート２４の間には、シャッター２７ａ〜２７ｅが設置されている。これらシャッター２７ａ〜２７ｅの開閉により、光路の遮断または接続を使用者の要求に応じて切り替えることができる。これらのシャッター２７ａ〜２７ｅの開閉の動作の状態を組み合わせることにより、上記各ポート同士が連結されて構成される光路を伝達される光を対称として検出することが可能となる。このような組み合わせを図２に示す。図２は、図１に示す実施例においてシャッターの開閉の組み合わせと各々で選択される光路の測定対称となる光とを示す表である。この表に示した通り、各シャッターの開閉を適宜設定することで、分光器２３を用いて、各々異なる光を計測の対象として検出することができる。
【００７７】
上記のように、本実施例における各光路には周辺の環境光がこれらに入射することが無いように、シャッター２７ａ〜２７ｅのように、光路が周辺から遮蔽されるように覆うか、少なくとも周辺環境光が光路へ直接入射することが無いように反射防止処理をした部材を備えている。
【００７８】
各光路を通って分光器２３に伝達された光は、分光された後スペクトルのデータがスペクトル演算部２８においてＯＥＳデータとして算出されデータベース作成部２９においてこれに有線また無線の通信手段を介して接続された図示しない記憶装置内のデータベースに格納され記録される。さらに、データベースには、検出されたプラズマの放電の密度や強度、エネルギーの分布を含むプラズマの状態についてのデータと処理後に別の検出用の装置を用いて得られる加工されたウエハ上の膜構造の寸法のデータ及びこれらの寸法とプラズマの状態のデータとの相関を示すデータとが記憶される。プラズマ条件制御部３０は、通信手段を介して読み出したハードディスクや半導体デバイスで構成されたＲＡＭ等の記憶装置に保持されているデータベースのデータを用いて、プラズマ内の粒子に関する量の分布等のプラズマの状態を検出し、この状態の量に応じて所期の加工の結果が得られる処理の条件を算出する。
【００７９】
この条件を示すデータの信号が図示しないプラズマ処理装置の制御部に通信手段を介して送信される。制御部は受信した当該信号から条件を検出しこれに応じてプラズマ処理装置の運転を調節することでＡＰＣが実行される。
【００８０】
次に、本実施例に係るプラズマ処理装置おけるＯＥＳデータを検出する構成について説明する。
【００８１】
前述した通り、処理室１００は中心軸の周りに対称となるように処理室１００内壁を構成する部材が配置されている。さらに、プラズマの発光を検出するための構成である受光部１０１、放射部１０２においても、ライナー６を挟んで対向した位置に採光窓７及びコリメートレンズ１４、光路シールド１３、さらに受光ポート１５及び放射ポート１６が配置されている。
【００８２】
このような構成により、ライナー６を透過して受光部１０１に入射する光がライナー６の内壁表面を通過する部分の面積である受光側内部表面１０３及び放射部１０２から処理室１００内に放射される光がライナー６の内壁を通過する部分の面積である放射側内部表面１０４は同じかこれと見做せる程度に近似した値となっており、処理室１００の中心軸を挟んで対称な（１８０度で対向した）位置に配置され、その高さ（上下）方向の位置は同じかこれと見做せる程度に近似したものとなっている。よって、本実施例では、外部光とプラズマ光が透過する内壁表面の位置及び面積を概略一致させている。
【００８３】
さらに、本実施例では、コリメートレンズ１４の焦点距離またはコリメートレンズ１４と受光ポート１５及び放射ポート１６の位置関係を変更する、さらにはコリメート用のレンズを複数用いることで、放射ポート１６から放射され採光窓７、ライナー６を通って処理室１００内に平行に導入される光及び処理室１００からライナー６、採光窓７を通って受光部１０１のコリメートレンズ１４に入射する平行な光の光路の断面積を増減させる構成を備えている。このことにより、受光側内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４の面積を変更できる。
【００８４】
受光側内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４は、ウエハを処理した累積の時間が増大することに伴ってライナー６の内壁の表面の面粗さ等の形状や物性が変動してしまうことにより光の検出へ影響が及ぼされることを抑制するため、少なくとも直径１ｍｍ以上とする必要がある。また、プラズマからの光量及び外部からの光を透過させる面積を出来るだけ大きくして光の強度と検出の精度を向上するために、受光側内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４の面積は、直径５ｍｍ以上とすることが望ましく、さらに直径１０ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００８５】
ただし、電力導入部１０５から供給されるプラズマを形成するための電力及び試料台１１内の基材に供給される高周波電力が漏洩することを防ぐため、このような電力が供給される箇所あるいは電界に曝される箇所の開口部、例えば受光側内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４の直径、真空容器壁５の光放射、受光用の貫通孔や採光窓７は、少なくとも電源として用いられる高周波（電磁波）の１／２波長以下とする必要がある。例えば、プラズマ形成用の電界として２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いた場合には、上記開口部の直径を概略６０ｍｍ以下にする必要がある。
【００８６】
また、本実施例では、コリメートレンズ１４によって視準されて平行にされた光が処理室１００内から受光部１０１に入射あるいは放射部１０２から処理室１００内に導入される途中で真空容器壁５の壁面で反射してしまうことを防ぐために、平行な光の光路の断面積は真空容器壁５の上記開口部の直径より小さいものにされている。
【００８７】
次に、本実施例において受光部１０１で受光され分光器２３に導入された光からプラズマからの光のデータ及び内壁の表面によって影響されたデータを求める構成について説明する。図２に示すように、本実施例ではシャッター２７ａ〜ｅの開閉状態の組み合わせにより、複数の光路の各々を選択してこれを通る光を受光部１０１または分光器ポート２４において受光して分光器２３においてこれを用いて情報を検出することができる。
【００８８】
本実施例において検出を選択される各々の光路の光の量（単位時間当たりの放射束）を、基準外部光Ｉ０、内壁透過外部光Ｉｔ、受光部側プラズマ光Ｐｍ１、内壁反射外部光Ｉｒ、放射部側プラズマ光Ｐｍ２と呼称する。受光部側プラズマ光Ｐｍ１は、処理室１００内から（もし有ればライナー６の表面上の膜や堆積物を通って）受光側内壁表面１０３及びライナー６内部を通過し受光部１０１に入射してこれに接続された受光ポート１５からシャッター２７ｅ、分岐ファイバ２７と分光器ポート２４とを介して受光器２３に伝達されたプラズマからの光のスペクトルから検出された光の量である。また、放射部側プラズマ光Ｐｍ２は、処理室１００内から（もし有ればライナー６の表面上の膜や堆積物を通って）受光側内壁表面１０３及びライナー６内部を通過し放射部１０２に入射して放射ポート１６からスプリッタ１９で反射されて反射ポート１８からシャッター２７ｃ、真空容器壁５外部の光ファイバ内の光路を通って分岐ファイバ２７と分光器ポート２４とを介して分光器２３に伝達されたプラズマからの光のスペクトルから検出された光の量である。
【００８９】
材料の物理特性等の仕様から予め判明しているスプリッタ１９へ入射する光量に対するスプリッタ１９を透過する光及び反射される光の割合の値をＳｔ及びＳｒとする。これらのプラズマ処理装置の仕様上の定数と上記検出されたＩ０，Ｉｔ，Ｉｒ，Ｐｍ１，Ｐｍ２は、図示しない本実施例のプラズマ処理装置の動作を調節する制御部あるいはこれに含まれるプラズマ条件制御部３０内部に配置されたＲＡＭまたは通信可能に接続された外部のＨＤＤ等の記憶装置内に情報として記憶される。スプリッタ１９の透過及び反射の割合の値Ｓｔ，Ｓｒ及び光の量Ｉ０の値を用いて放射ポート１６より処理室へ放射される光の量Ｉｉｎは式（１．１）を用いて上記制御部内の演算器により所定のソフトウエアに記載されたアルゴリズムに沿って算出される。
【００９０】
【数１】
2020065081.tif 000003
【００９１】
さらに、受光部内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４において処理室１００内に形成されたプラズマからこれらに入射する光の量をＰ１及びＰ２とする。また、受光部内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４を含むライナー６の受光部側の内壁の表面及び放射部側の内壁の表面の光の透過率をｔ１及びｔ２とすると、プラズマが形成されていない状態で計測される、内壁透過外部光Ｉｔは式（１．２）により予め与えられる。
【００９２】
【数２】
2020065081.tif 000004
【００９３】
一方で、プラズマ光Ｐ１及びＰ２と受光部側プラズマ光Ｐｍ１及び放射部側プラズマ光Ｐｍ２との関係は、式（１．３）及び式（１．４）に示されるものとなる。
【００９４】
【数３】
2020065081.tif 000005
【００９５】
【数４】
2020065081.tif 000006
【００９６】
上記の通り、ウエハの面内方向についての処理結果としての加工形状の不均一を低減するために、プラズマの密度や強度の分布はより均一または軸対称な分布に近付けることが望ましい。これらが均一にされた場合には、式（１．２）においてｔ１＝ｔ２となり、式（１．１）からＩｉｎが検出され、計測光Ｉ０，Ｉｔ、スプリット割合Ｓｔ，Ｓｒの値を用いてｔ１及びｔ２が算出できる。また、上記光路の光を検出した結果において、Ｐｍ１＝Ｐｍ２／ｓｒとなることを確認することで、ｔ１＝ｔ２が満たされているかどうか、即ち受光部側内壁及び放射部側内壁の表面の状態が同一であるかを判定することができる。
【００９７】
その一方で、同一ウエハ面内における加工ばらつき及び量産処理される各ウエハ間での加工ばらつきには、数ｎｍ程度ではあるが、許容値が設定される。従って、ウエハ面内の加工寸法には、許容値以下のばらつきがある場合があり、若干ではあるが、プラズマ分布の偏りが許容される。この場合にはｔ１≠ｔ２，Ｐｍ１≠Ｐｍ２／Ｓｒ及びＰ１≠Ｐ２となり、上記の式と検出され上記光の量と定数との値からは、処理室１００の中心を挟んで対向する箇所に配置された受光部１０１の側及び放射部１０２の側の２つの各々に向ってプラズマから入射する光の量であるＰ１，Ｐ２の値は関係付けられるものの、これらの値は一意に定まらない。
【００９８】
本実施例では、Ｐｍ１及びＰｍ２を検出した結果を用いて、内壁透過率及びプラズマからの光の量を、受光部側内壁及び放射部側内壁での光量の値の相乗平均値として求めることができる。透過率の相乗平均ｔｇは、式（１．１）及び式（１．２）より、式（１．５）で示されたものとなる。
【００９９】
【数５】
2020065081.tif 000007
【０１００】
プラズマからの光の量の相乗平均Ｐは、式（１．３）〜式（１．５）より、式（１．６）で示されたものとなる。
【０１０１】
【数６】
2020065081.tif 000008
【０１０２】
以上より、検出された各光路の光の量Ｉ，Ｉ，Ｐ，Ｐ及びスプリッタ１９での光の反射及び透過の割合Ｓｒ，Ｓｔから、ｔ及びＰを算出することができる。本実施例では、このような値を用いてプラズマの分布が不均一である場合においても、高精度なプラズマ光のＯＥＳデータを検出し、これを用いて処理の結果としての加工形状のばらつきを算出することができる。
【０１０３】
更に、初期状態から或いはクリーニング直後から処理室１００内でウエハを処理した累計の枚数や累計の処理の時間の増加に伴うプラズマからの発光の相乗平均Ｐまたは透過率の相乗平均ｔの変動値または変動率を、処理室１００でウエハを処理する運転を停止して、これからクリーニングや保守、点検をする運転に変える判定をするタイミングとして用いることができる。具体的には、初期の状態あるいはクリーニングされて処理室１００の内壁の表面が初期状態に近い清浄な状態にされた状態で開始されたウエハの処理の際の検出したものと比較して、Ｐまたはｔの変動率が１０％以上となったと判定された場合において、当該処理室１００で処理されているウエハの処理が終了後に保守、点検をするためにこのプラズマ処理装置で半導体デバイスを製造する運転を少なくとも一時停止することが望ましい。
【０１０４】
より加工の結果としてのウエハ上面の膜構造の寸法のばらつきを小さく抑える必要がある場合には、これらの変動率が５％以上となったと判定された場合にウエハを処理する運転を停止することが望ましい。更に加工ばらつきを抑える必要がある場合には、これらのパラメータの上記変動率の許容範囲を３％にすることが望ましい。尚、半導体デバイスを製造する運転を停止した後には、処理室１００内に配置されてその内表面を構成する部品の洗浄や点検、交換等の保守の作業が実施される。
【０１０５】
ＩＣＰ及びＴＣＰ等の誘導結合型プラズマを用いるプラズマ処理装置においては、誘導コイルのターミナル端が存在することやコイル形状に依存してプラズマ分布が偏る場合が有り、本実施例の上記構成により、ウエハを処理した結果としての加工後の寸法のバラつきを効果的に低減できる。
【０１０６】
以下、処理室１００の内壁の表面とプラズマとの反応が十分に小さく、内壁表面の状態の変化に対するプラズマの変動が小さい条件において、内壁表面のデータのｔ１，ｔ２の各々の値及びプラズマ発光のデータを求める方法を説明する。まず、初期状態あるいはメンテナンスが実施された後ウエハの処理を開始する前の処理室１００において、外部から参照光を処理室１００内に照射する場合において、当該光の量や光が透過する各部材の透過率を、基準外部光Ｉ００、内壁透過外部光Ｉｔ０、処理室へ放射される光Ｉｉｎ０、受光部側内壁の透過率ｔ１０、放射部側内壁の透過率ｔ２０、透過率の相乗平均ｔｇ０と呼称する。
【０１０７】
さらに、本例では、複数枚のウエハを連続的に処理する際に処理室１００の内壁の表面に付着する付着物の量及びその質が変動していくことで変動するプラズマの発光の量及びその内壁を構成する部材での透過率について、基準となる処理室１００内で形成されるプラズマを定めてこのプラズマからの光の量とその透過率とを用いて検出する。初期状態あるいはメンテナンスが実施された後ウエハの処理を開始する前における基準となるプラズマからのこれら光の量とその透過率とを、以下、受光部側プラズマ光Ｐｍ１０＿ｓｐ、放射部側プラズマ光Ｐｍ２０＿ｓｐ、プラズマ光の相乗平均Ｐｇ０＿ｓｐ、受光部側内の透過率ｔ１０＿ｓｐ、放射部側内の透過率ｔ２０＿ｓｐ、透過率の相乗平均ｔｇ０＿ｓｐとする。
【０１０８】
受光部側プラズマ光Ｐｍ１０＿ｓｐ，Ｐｍ２０＿ｓｐは、上記のＰｍ１，Ｐｍ２と同様に、処理室１００内から（もし有ればライナー６の表面上の膜や堆積物を通って）受光側内壁表面１０３及びライナー６内部を通過し受光部１０１に入射してこれに接続された受光ポート１５からシャッター２７ｅ、分岐ファイバ２７と分光器ポート２４とを介して受光器２３に伝達された基準となるプラズマからの光のスペクトルから検出された光の量、及び処理室１００内から（もし有ればライナー６の表面上の膜や堆積物を通って）受光側内壁表面１０３及びライナー６内部を通過し放射部１０２に入射して放射ポート１６からスプリッタ１９で反射されて反射ポート１８からシャッター２７ｃ、真空容器壁５外部の光ファイバ内の光路を通って分岐ファイバ２７と分光器ポート２４とを介して分光器２３に伝達された基準となるプラズマからの光のスペクトルから検出された光の量である。更に、初期状態あるいはメンテナンスが実施された後ウエハの処理を開始する前における受光部内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４に入射する基準となるプラズマ光をＰ１０＿ｓｐ及びＰ２０＿ｓｐとする。
【０１０９】
本例の基準となるプラズマ及びプラズマ光を、基準プラズマ及び基準プラズマ光と称する。基準プラズマとしては、内壁の表面との化学反応及び内壁の表面への付着物による膜の形成が十分に小さいプラズマが望ましい。さらに、複数枚のウエハを連続的にプラズマ処理した際に生じる内壁表面の状態の変動から受ける影響が十分に小さく、処理したウエハの枚数あるいは時間の累積の値が増大してもプラズマの強度や密度の分布、プラズマの発光の強度等のプラズマの特性の変動が十分に小さいことが望ましい。
【０１１０】
本例では、基準プラズマとして希ガスを用いたプラズマを用いることができる。内壁の表面を構成する部材の材料として石英あるいはサファイアを使用する場合には、これらの材料との反応が十分に小さい酸素や窒素ガスを利用したプラズマを使用することができる。
【０１１１】
本例では、デバイスを製造するための運転中において検出される基準プラズマからの光の量及び透過率を、受光部側プラズマ光Ｐｍ１＿ｓｐ、放射部側プラズマ光Ｐｍ２＿ｓｐ、プラズマ光の相乗平均Ｐｇ＿ｓｐ、受光部側内の透過率ｔ１＿ｓｐ、放射部側内の透過率ｔ２＿ｓｐ、透過率の相乗平均ｔｇ＿ｓｐとする。これら光の量は、初期状態あるいはメンテナンスが実施された後ウエハの処理を開始する前における上記Ｐｍ１０＿ｓｐ，Ｐｍ２０＿ｓｐ等と同じ光路を通してデバイスを製造するための運転中において検出されるものである。また、デバイスを製造するための運転中において受光部内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４に入射するプラズマからの光の量をＰ１＿ｓｐ及びＰ２＿ｓｐとする。
【０１１２】
上記初期状態またはクリーニング後で処理室１００の内壁の表面が初期状態と見做せる程度に清浄である状態において、形成され基準プラズマからの光の処理室１００の中心軸を挟んで対向する２つの側に入射する光及びこれらの側に配置された受光部１０１の側及び放射部１０２を通して検出される各光の量及びライナー６の内壁表面での透過率の関係は、式（１．３）及び式（１．４）から、式（１．３ａ）及び式（１．４ａ）となる。
【０１１３】
【数７】
2020065081.tif 000009
【０１１４】
【数８】
2020065081.tif 000010
【０１１５】
本例においては、処理室１００内に配置される前あるいはデバイスの製造のための運転における最初のウエハの処理が開始される前におけるライナー６の内壁を構成する部材の表面の透過率ｔ１０＿ｓｐ及びｔ２０＿ｓｐが、予め測定され検出される。この結果を用いて、初期状態あるいはメンテナンスが実施された後ウエハの処理を開始する前における受光部内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４に入射する基準プラズマからの光の量Ｐ１０＿ｓｐ，Ｐ２０＿ｓｐが検出される。
【０１１６】
上記透過率ｔ１０＿ｓｐ及びｔ２０＿ｓｐを検出するために、図１の実施例の光学系及び放射部１０２から受光部１０１の経路に置かれる部品及び外部光源２１等を用いても良い。受光部１０１または受光部１０１及び採光窓を処理室１００の側となる内壁の内側またはライナー６の内側となる空間に設置し、放射部１０２と対向させるように設置することで透過率ｔ１０＿ｓｐが検出できる。また、透過率ｔ２０＿ｓｐは、放射部１０２および受光部１０１の位置を反対にするか、ライナー６をｔ１０＿ｓｐの検出の際の位置から１８０°回転させた位置にして検出できる。
【０１１７】
また、上記検出をプラズマ処理装置のメンテナンス期間において、処理室１００にライナー６を設置した状態で実施しても良い。本例では、上記の外部からの光を照射した検出によって得られる透過率ｔ１０，ｔ２０の値を透過率ｔ１０＿ｓｐ，ｔ２０＿ｓｐと見做し得るとして、以下に説明する光の量を検出する。或いは、ライナー６の内壁の表面の形状を変位計等で検出した結果を用いて、透過率ｔ１０＿ｓｐ及びｔ２０＿ｓｐのスペクトルを数値計算によって求めても良い。
【０１１８】
また、これまで説明したものと同様に、検出された光の量や透過率の値は、図示しない本実施例のプラズマ処理装置の動作を調節する制御部あるいはこれに含まれるプラズマ条件制御部３０内部に配置されたＲＡＭまたは通信可能に接続された外部のＨＤＤ等の記憶装置内に情報として記憶される。
【０１１９】
このようにして検出された透過率の値を用いてデバイスの製造用の運転におけるウエハの処理を開始する前において処理室１００内に形成された基準プラズマからの光のライナー６の受光部側内壁および放射部側内壁の透過率の相乗平均ｔｇ０＿ｓｐは式（１．５ａ）となる。
【０１２０】
【数９】
2020065081.tif 000011
【０１２１】
また、当該処理の開始前において外部光源２１からの光の量及びライナー６の処理室１００内壁の透過率の関係は、式（１．１）、式（１．２）及び式（１．５）を用いて、式（１．５ｂ）となる。
【０１２２】
【数１０】
2020065081.tif 000012
【０１２３】
式（１．５ａ）及び式（１．５ｂ）の透過率の相乗平均が等しくなることを利用して、両者を比較して事前に検出した透過率ｔ１０＿ｓｐ及びｔ２０＿ｓｐの値の精度が許容範囲内であるかを判定することも、予め検出したｔ１０及びＩ００，Ｉｔｏ，Ｓｒ，Ｓｔを用いて式（１．５ｂ）を用いて算出されるｔ２０と予め検出したｔ２０との値とを比較して検出の精度が許容範囲内であるかを判定することも出来る。
【０１２４】
デバイスを製造するための運転が開始され最初のウエハの処理が開始された後における基準プラズマからの光の量及び処理室１００内壁の透過率の関係は、式（１．３）及び式（１．４）より、式（１．３Ａ）及び式（１．４Ａ）となる。
【０１２５】
【数１１】
2020065081.tif 000013
【０１２６】
【数１２】
2020065081.tif 000014
【０１２７】
デバイス製造の運転における処理室１００内の内壁表面の透過率の変動に対して、基準プラズマからの光の量の変化が十分に小さい場合には、式（２．１）及び式（２．２）が成り立つと見做せる。
【０１２８】
【数１３】
2020065081.tif 000015
【０１２９】
【数１４】
2020065081.tif 000016
【０１３０】
この場合には、式（１．３Ａ）、式（１．４Ａ）、式（２．１）及び式（２．２）よりデバイス製造の運転中におけるライナー６の受光部１０１側の処理室１００内壁表面の透過率ｔ１＿ｓｐ、放射部１０２側の透過率ｔ２＿ｓｐが、ライナー６の内壁の表面が初期状態あるいはメンテナンス運転後でウエハの処理を開始する前においてメンテナンス中にクリーニングが実施され当該内壁表面が初期状態に近似した清浄な状態であると見做され得る状態での受光部１０１の側及び放射部１０２の側へ入射する基準プラズマの光の量とデバイスを製造するための運転においてウエハの処理が開始された後に放射部１０１、受光部１０２を通して検出される光の量との比率を用いて、制御部内の演算器により所定のアルゴリズムに基づいて算出される。
【０１３１】
検出されたこれら透過率ｔ１＿ｓｐ及びｔ２＿ｓｐと、式（１．３）及び式（１．４）を用いることで、式（２．３）及び式（２．４）より、このデバイス製造のための運転における任意のウエハを処理中において受光部１０１の側及び放射部１０２の側へ入射するプラズマから光の量であるＰ１及びＰ２が算出される。
【０１３２】
【数１５】
2020065081.tif 000017
【０１３３】
【数１６】
2020065081.tif 000018
【０１３４】
本例では、デバイスを製造する運転中及びその前後において基準プラズマからの光の量の変化が十分に小さいことが重要である。このことは、式（１．５）より求められるデバイスを製造する運転において外部光源２１からの光を用いた場合のライナー６の処理室１００内壁表面の受光部側および放射側の透過率の相乗平均ｔｇと、当該運転中に処理室１００内に形成した基準プラズマからの光の上記内壁表面の透過率の相乗平均ｔｇ＿ｓｐとの差の大きさが許容範囲内であるかを判定することで確認できる。
【０１３５】
式（１．５）より、当該透過率の相乗平均ｔｇ＿ｓｐは、式（１．５Ａ）より求められる。
【０１３６】
【数１７】
2020065081.tif 000019
【０１３７】
通常、処理室１００内壁表面がクリーニングされるプラズマ処理装置のメンテナンス作業の期間とデバイスを製造するための運転の期間とは、相互に繰返して実施される。そこで、デバイスの製造のための運転中またはメンテナンス中のクリーニングの後でデバイス製造のための運転におけるウエハの処理の開始前の各光の量及び透過率の値を記憶、例えば図示しない制御部内に配置されたＲＡＭやＨＤＤ等の記憶装置内に記録しておき、任意のデバイスを製造するための運転においてその開始より以前に実施された上記クリーニング後やデバイス製造の運転中において検出され記憶された光量及び透過率の値から基準プラズマの光の量Ｐ１０＿ｓｐ，Ｐ２０＿ｓｐやＰ１＿ｓｐ及びＰ２＿ｓｐの情報を得ることができる。
【０１３８】
この場合には、前記のようにライナー６の内壁表面の透過率ｔ１０＿ｓｐ及びｔ２０＿ｓｐをデバイス製造のためのウエハの処理の開始前に予め検出せずとも、式（１．３ａ）及び式（１．４ａ）よりｔ１０＿ｓｐ及びｔ２０＿ｓｐを検出することができる。さらに、式（１．５ａ）及び式（１．５ｂ）を用いて、検出された透過率ｔ１０＿ｓｐ及びｔ２０＿ｓｐが正しいことを確認することができる。更に、式（１．３Ａ）、式（１．４Ａ）、及び式（２．１）〜式（２．４）を用いて透過率ｔ１＿ｓｐ，ｔ２＿ｓｐ、ウエハの処理中におけるプラズマからの光の量Ｐ１及びＰ２を求めることができる。
【０１３９】
以上より、処理室１００の内壁表面が初期状態またはこれと見做せる程度に清浄な状態において及びデバイスの製造のための運転中においてウエハの処理が開始された後において検出された基準プラズマからの光の量及び処理室１００内壁表面の透過率の値と、デバイスを製造するための運転におけるウエハの処理中のプラズマからの光の量とを用いて、当該ウエハの処理中における受光部１０１の側及び処理室１００の中心部を挟んでこれに対向する位置に配置された放射部１０２の側でのプラズマからの光の量が高精度に検出される。この構成により、ウエハの処理中に処理室１００内に形成されるプラズマの分布に偏りが生じている場合でも、当該プラズマからの光の量Ｐ１及びＰ２についてのＯＥＳデータを精度良く得ることができる。さらに、このデータを用いることにより、ウエハ表面の膜構造がエッチング処理された形状の寸法のばらつきを高精度に評価でき、処理室１００内にプラズマを形成してウエハを処理する条件を適切に調節して処理の歩留まりを向上できる。
【０１４０】
式（１．１）〜（１．６）を用いて説明したように、外部光源２１からの光の量である基準外部光Ｉ０を利用して求めたプラズマからの光の量Ｐ１及びＰ２の相乗平均Ｐｇを用いることで、プラズマの強度や密度に処理室１００またはウエハの半径方向あるいは周方向について偏りがある場合においても、プラズマからの光に関するＯＥＳデータを高精度に得ることができる。ただし、この場合には、当該プラズマの偏りが大きくなるに伴ってＰｇとＰ１またはＰ２との差も大きくなる。
【０１４１】
また、Ｐ１が増加しＰ２が減少、またはＰ２が増加しＰ１が減少するようにプラズマの偏りが変化する場合には、Ｐ１及びＰ２の相乗平均Ｐｇが変化せず、Ｐ１あるいはＰ２は変化する場合がある。基準プラズマの光を用いた場合には、Ｐ１及びＰ２の各々を検出することができることから、Ｐｇが変化せずＰ１またはＰ２が変化する場合であってもプラズマの強度や密度等の特性の変動を検出でき、よりプラズマからの光のＯＥＳデータを高い精度で取得でき、これを用いたプラズマによるウエハの処理の条件を調節して加工後の形状の分布が初期のものからバラつくことを低減できる。
【０１４２】
更には、ウエハを処理する運転の時間や処理の枚数の増大に伴うプラズマからの光の量Ｐ１，Ｐ２や透過率ｔ１，ｔ２の変動の大きさや変動率を検出して、これに基づいて当該運転の停止を判定することができる。また、これらＰ１とＰ２との間やｔ１とｔ２との間の差分または比率を用いて当該運転の停止を判定しても良い。具体的な判定の基準は、前述の通り、必要な加工ばらつきの抑制幅に応じて、Ｐ１，Ｐ２，ｔ１，ｔ２及びＰ１とＰ２，ｔ１とｔ２の差分または比率の変動率の１０％または５％或いは３％を選択することができる。
【０１４３】
上記の実施例では、処理室１００内に形成される基準プラズマ及びデバイスを製造する運転におけるウエハの処理中に形成されるプラズマの分布に偏りがある場合について説明したが、これらのプラズマの密度や強度等の特性を示すパラメータが処理室１００またはウエハの半径方向もしくは周方向について十分に小さい場合においても同様の方法にて各光の量や透過率を検出できることは言う迄もない。
【０１４４】
次に、図３を用いて本実施例に係るプラズマ処理装置の運転中の動作を説明する。図３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の運転における動作の流れを示すフローチャートである。
【０１４５】
本実施例では、上記の通り、プラズマ処理装置はメンテナンスの工程３２１の作業が実施されている期間中において、処理室１００外部に取り出されて内壁の表面が清掃されて清浄化されたライナー６についてその内壁の表面の透過率ｔ１０＿ｓｐ，ｔ２０＿ｓｐが検出される（ステップ３０１）。この際に、外部光源２１等の図１に示す参照光及びプラズマからの光を検出するための構成を用いても良い。
【０１４６】
次に、ステップ３０１の透過率が検出されその値が図示しない制御部内に配置されたＲＡＭやＨＤＤ等の記憶装置に記憶されると、ライナー６の処理室１００内への装着を含むプラズマ処理装置の組み立て及び処理室１００内を真空排気したリークのチェック等の作業が実施された後メンテナンスが終了する（ステップ３０２）。その後、外部光源２１から所定の量の光が照射されて、図２に示すシャッター２７ａ〜ｄの選択的な開閉の動作に応じて光ファイバを含む光路が選択されて基準外部光Ｉ００、内壁通過外部光Ｉｔ０の各光の量が検出されるステップ３０３）、検出されたＩ００，Ｉｔ０とスプリッタ１９の仕様から定められる透過光と反射光との割合Ｓｔ，Ｓｒの値を用いて放射ポート１６から処理室１００内に放射される光の量Ｉｉｎ０が制御部内に配置された演算器により算出される。
【０１４７】
さらに、処理室１００内に希ガスが導入されて基準プラズマが形成され、この基準プラズマからの光についてＰｍ１０＿ｓｐ，Ｐｍ２０＿ｓｐの各光の量が検出される（ステップ３０４）。検出されたこれらＰｍ１０＿ｓｐ，Ｐｍ２０＿ｓｐのデータからこれらの相乗平均値Ｐｇ０＿ｓｐ、基準プラズマからライナー６の受光部側内壁表面１０３及び放射部側内壁表面１０４に入射する光の量Ｐ１０＿ｓｐ，Ｐ２０＿ｓｐが制御部内の演算器により算出される。上記検出または算出された光の量が透過率とともに制御部内に配置されたＲＡＭやＨＤＤ等の記憶装置に記憶される。
【０１４８】
本例においては、ステップ３０３，３０４の前後の順序は上記と逆でも良い。また、メンテナンス作業中で処理室１００内が大気に開放されている状態のプラズマ処理装置において、ライナー６の内壁の２つの透過率を検出するステップ３０１はステップ３０２においてライナー６を処理室１００内に設置した後に実施しても良い。
【０１４９】
次に、半導体デバイスを製造するためウエハを処理する運転の工程３２２に移行する。当該運転が開始されステップ３０５において、処理室１００内が高真空排気されて先のプラズマの形成の際に処理室１００内に形成された粒子を排気して一旦ウエハの処理を実施する際の圧力より低い圧力まで減圧される。
【０１５０】
その後、上記の通り、処理対象のウエハが、真空容器壁５に連結された図示しない真空容器であって減圧された内部の空間である室内を図示しない搬送用のロボットの伸縮するアーム先端上に載せられ保持された状態で処理室１００内に搬送され（ステップ３０６）、試料台１１に受け渡されてその上面に載せられる。さらに、処理室１００と搬送室との間を気密に封止して区画するゲートバルブが閉塞される。
【０１５１】
次に、試料台１１上面の被膜内の静電チャック用電極に直流電力が供給されてウエハが試料台１１上面の被膜上に吸着された状態で、シャワープレート３の貫通孔から処理用ガスが処理室１００内に供給されつつ真空ポンプの動作により処理室１００内が排気されて処理室１００内の圧力が処理に適した値にされる。その後、処理室１００内に供給された高周波電力によりプラズマが試料台１１上方の処理室１００内に形成され、試料台１１に供給された高周波電力によりウエハ上方にバイアス電位が形成されウエハ上面上方の膜構造の処理対象の膜層のエッチング処理が開始される（ステップ３０７）。
【０１５２】
本実施例では、ステップ３０７のエッチング処理では少なくとも１ｓｔｅｐ以上の工程から構成されており、複数のｓｔｅｐから成る場合には各々のｓｔｅｐにおいてプラズマを形成する条件や高周波電力の大きさ、処理室１００内の圧力の値等を異ならせた処理の条件（所謂、レシピ）で処理が行われる。図上は任意の自然数Ｎ個までのｓｔｅｐで構成されている。
【０１５３】
さらに、エッチング処理のｓｔｅｐ（複数の場合は各々のｓｔｅｐ）において処理中に処理室１００内に形成されるプラズマの光が受光部１０１及び放射部１０２を通して分光器２３で受光されてその光の量が制御部で検出され、これら検出された光の量から、処理中のライナー６の受光部側内壁表面１０３と放射部側内壁表面１０４とに入射するプラズマからの光の量が演算器により算出される。制御部またはプラズマ条件制御部３０の演算器は、記憶装置に記憶されたソフトウエアに記載されたアルゴリズムに沿って、ライナー６の内壁表面の対向する２つの位置へのプラズマからの光の量により、処理室１００内のプラズマの密度や強度の分布を算出し、必要に応じて当該密度や強度の分布から得られるウエハの処理後の形状の寸法（例えばＣＤ）の値を算出する。さらに、その算出した値と所定の許容範囲の値とを比較した結果から所期の処理の結果あるいはその分布が得られる処理室１００内の処理の条件を実現する指令を算出して、これをプラズマ処理装置に発信してその動作を調節する。
【０１５４】
分光器２３からの出力からエッチング処理の終点の到達が図示しない制御部において検出されると、制御部からの指令信号に基づいてプラズマが消火されて試料台１１への高周波電力の供給が停止される。この後、上記の搬送用ロボットのアームが処理室１００内に進入してウエハを処理室１００外へ搬出される（ステップ３０８）。
【０１５５】
ゲートバルブが閉塞されて処理室１００内が再度密封されると、クリーニング用のガスが処理室１００内に導入され、先のウエハのエッチング中に処理室１００内に発生して内壁部材の表面に付着した生成物を除去するためにプラズマが形成され、プラズマクリーニングが実施される（ステップ３０９）。このステップ３０９は、処理の条件やウエハ上の膜構造や処理室１００内壁を構成する部材の材料に応じて、各ウエハに対する処理が終了する毎に実施されても良く、所定の枚数のウエハの処理が終了する毎でも、各ウエハの処理を構成する複数のｓｔｅｐの間に実施されても良い。
【０１５６】
本実施例において、ウエハの処理が終了した後にクリーニングされたことにより、処理室１００内のライナー６の内壁表面は、半導体デバイスを製造するための運転の最初のウエハに対する処理が開始される前の初期状態と同等またはこれと見做せる程度に清浄な状態にされたと判定されると、ステップ３０３，３０４と同様に、基準プラズマが形成され当該プラズマからの光の量が検出され（ステップ３１０）及び外部光源２１からの参照光が処理室１００内に放射部１０２と採光窓７とを通して導入され処理室１００内のライナー６を透過した当該参照光の量が検出される（ステップ３１１）。
【０１５７】
ステップ３０３，３０４と同様に、ステップ３１０，３１１の前後の順序は逆でも良く、ステップ３１１はステップ３０５乃至３０９の間に実施されても良い。上記の通り、ステップ３０７における複数のｓｔｅｐの間においてプラズマが一旦消火される場合に、その間にステップ３１１が実施されても良い。
【０１５８】
また、ステップ３０７の工程のうちでｓｔｅｐの基準プラズマとして使用可能な処理の条件がある場合には、ステップ３１０に代えて当該ｓｔｅｐ中に基準プラズマからの光の量Ｐｍ１０＿ｓｐ，Ｐｍ２０＿ｓｐを検出しても良い。その際には、基準プラズマが形成されるｓｔｅｐの一つ前のｓｔｅｐがライナー６の内壁の表面に付着した膜を除去できるプラズマであることが望ましい。
【０１５９】
例えば、ステップ３０７のｓｔｅｐ３が基準プラズマを形成する工程である場合には、ｓｔｅｐ２において上記膜が除去されれば良い。このｓｔｅｐ２において付着物の膜を除去可能なプラズマとしてＦ（フッ素）やＣｌ（塩素）を含むプラズマを用いることができる。
【０１６０】
基準プラズマからの光の量の検出は、ウエハの処理の枚数の増大に対する処理結果としての膜構造の寸法の変動が十分に小さい場合には、ウエハ一枚の処理毎に実施する必要はなく、ロット毎、または１００枚、５００枚、１０００枚毎等、所望の結果が得られるようなステップ３０９のプラズマクリーニングとステップ３１０の基準プラズマの光の量の検出を実施するウエハの処理枚数を選択できる。これらのクリーニングと基準プラズマの光の量の検出のステップ間のウエハを処理する枚数を大きくすることで、全体としてのプラズマ処理装置による処理のスループットが向上する。
【０１６１】
また、スループットの向上は、基準プラズマの光の量の検出に要する時間を小さくすることでも達成できるが、一方でこのような検出の精度を高く維持できるためには基準プラズマが短時間で再現性良く生成される必要がある。このことから、一定時間以上を基準プラズマの放電を継続する必要があり、当該放電の時間としては少なくとも１秒以上が望ましく、さらに基準プラズマの再現性を向上させる上では５秒以上、更には１０秒以上とすることが望ましい。なお、スループット向上のためには、上記放電時間の各々の場合において、放電時間は５秒以下、１０秒以下、３０秒以下とすることが望ましい。
【０１６２】
本実施例で検出された光の量や透過率は、ウエハの処理の工程毎に時系列データまたは時間平均データとして図示しない制御部と通信可能に接続された外部の記憶装置内にデータベースの情報として格納される。ＡＰＣにおいては、これらのデータが実現する対象である基準パラメータとしてのＣＤを予測するために用いられる。
【０１６３】
このようなデータベースに格納される他のデータとしては、処理の結果としてのウエハ表面の加工後の形状のＣＤ値及び当該処理に係るウエハの処理の条件がある。このような処理の条件としては、処理室１００内に導入されたガスの種類と組成、ガスの流量、処理室１００内の圧力、プラズマを生成するために供給された電力の大きさ等がある。
【０１６４】
これらデータは図示しない制御部またはこれと通信可能に接続されたホストコンピュータ等の計算機に送信され予め記憶されたソフトウエアに記載されたアルゴリズムに沿って解析され、所望のＣＤ値とその分布とを実現できる処理の条件や当該ＣＤを高精度に予測可能なデータが算出あるいは抽出され、高精度なＡＰＣが実施される。また、プラズマからの光の量Ｐ１，Ｐ２が検出されると、上記予測するためのデータとしてＰ１とＰ２との差分または比率を使用することができる。
【０１６５】
前述したＡＰＣにおいて用いるＯＥＳデータの波長は、プラズマ生成用のガス種、圧力、電源出力、電源周波数等のプラズマ生成用パラメータに加えて、ウエハ表面で加工されるＳｉ，ＳｉＯ２，Ｓｉｎ、アモルファスカーボン、レジスト、Ｔｉ，Ａｌ，Ｗ，Ｃｕ等の材質及び形状によって、異なる波長が使用される。また、特定の波長データに加えて、複数の波長データを用いて演算した結果が用いられる。
【０１６６】
そのため、本実施例において求めるプラズマからの光および内壁の透過率のスペクトルデータも広帯域のスペクトルであることが望ましい。外部光源２１から導入される光のスペクトルにおいて光の放出が無いか若しくはこれが弱い波長の領域については、プラズマ光Ｐ１，Ｐ２，Ｐｇ及び透過率ｔ１，ｔ２，ｔｇの波長特性を取得できない領域となるため、外部光源２１も広帯域の光源とすることが望ましい。
【０１６７】
また、プラズマを形成してウエハを処理する時間の累積が数十時間から数百時間になるような枚数のウエハを連続的に処理する場合に対応するうえでは、外部光源２１の出力が所定の値で安定していることが望ましい。このような光源としては、キセノンランプ、重水素ランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、レーザ励起光源等を用いることができる。さらにはこれらの光源を複数組み合わせた、単一の光出力ポートをもつ光源を用いても良い。
【０１６８】
外部光源２１では、１つまたは複数の光源による発光の形状が点状、線状、または面状であり、このような光源から放出される光を集光して出力用の外部光源ポート２２に伝達する。このような構成の例を図４を用いて説明する。図４は、図１に示す実施例の外部光源２１の構成を模式的に示す縦断面図である。
【０１６９】
本図において、外部光源２１は光源としての発光部が点状である例が示されている。外部光源２１は光源としてのランプを内蔵したランプケース５４を備え、ランプケース５４の内部に対向して配置されたソケット５２同士の間でランプバルブ５３が差し込まれて保持されている。ランプバルブ５３の内部には放電用ガスが封入される。
【０１７０】
ランプケース５４内でソケット５２を介して２つの放電針５１が図示しない電源に接続され電力が供給される。また、各々の一方の端部は放電針５１は対向して配置されたソケット５２の各々に接続され、他方の端は互いに先端を近接させて配置され、電力が供給されて所定の値以上の電位差が放電針５１の先端同士の間に形成される。
【０１７１】
放電針５１の間で所定の値以上の電位差が形成されることでこれらの間のランプバルブ５３内の空間に放電が起こり、この放電が生じた領域に光源発光部５０が形成され光が放射される。光源発光部５０の大きさは、条件によって異なるが実施例では数百ｎｍから数ミリ程度であるため、ランプバルブ５３を交換した際に新しいものをランプケース５４に取り付けた前後で外部光出力ポート２２から出力される光量の変化が低減されるためには、ランプの発光や寸法の個体差やランプバルブ５３の取り付け誤差による外部光出力ポート２２へ伝達される光の量のばらつきを調節する必要が生じる。
【０１７２】
本実施例では、ランプケース５４内部でランプバルブ５３とランプケース５４の側壁にこれを貫通して取り付けられた円筒形の透光性部材から構成された外部光源ポート２２との間に配置され光源発光部５０からランプバルブ５３外に放射される光を外部光源ポート２２の方向に収束させる集光レンズ１４０を備え、集光レンズ１４０と光源発光部５０との間の相対的な位置を調節する必要がある。外部光出力ポート２２を複数備えた場合には、光源発光部５０と各外部光出力ポート２２との間の相対位置の各々を全て所望の範囲内のものに調整することが難しくなるため、各外部出力ポートへの光量を一定とすることが難しい。よって、外部光源２１から光を取り出す外部光源ポート２２は単一のポートとすることが望ましい。
【０１７３】
処理室１００内の表面の状態が変動する原因の１つは、上記の通り、内壁を構成する部材の表面の材料がプラズマとの相互作用により消耗したりプラズマ中の物質、粒子が表面に付着することである。このような部材が透光性を有している場合、内壁の表面を透過する光は内壁の表面の粗さ等の形状や付着物の材質、組成或いはその厚さ等の量に依存して散乱や反射または吸収等の作用を受ける。
【０１７４】
内壁の表面の面粗さの大きさや付着物の厚さ等の大きさと比較して透過する光の波長が小さくなるほど、内壁の表面に入射した光は散乱する。従って、短波長の光ほど微小な表面の形状の変動に対して散乱が起こり易く、受光部側まで到達する光の強度が減少することになり、その結果透過率ｔ１，ｔ２，ｔｇが減少する。
【０１７５】
従って、内壁の表面の透過率を示すデータとしては、透過率のスペクトルデータを用いる以外にもそのスペクトルデータを波長に関して積分したデータを用いることができる。本実施例において、広い帯域でスペクトルデータを取得するために、処理室１００内のライナー６、採光窓７、コリメートレンズ１４、ポート同士を連結するファイバ２５やスプリッタ１９にも、それに対応したスペクトルを透過するものを使用する必要がある。
【０１７６】
各光路の光の量をより正確に取得するためには、個体差による影響を排除するため１台の分光器２３で全ての光路の光を検出できることが望ましい。さらに、各ポートからの各光が分光器２３内部に配置された分光素子部へ入射する場合の効率を一定とすることが望ましい。そのためには、分光器２３のへの入力ポートである分光器ポート２４を単一とすることが望ましい。
【０１７７】
本実施例では、受光ポート１５、基準光ポート１７及び反射ポート１８の各出力用のポートと分光器ポート２４との間にこれらを連結する分岐ファイバ２７を配置している。分岐ファイバ２７は、分岐側となる各ポートからの複数のファイバの端部が接続される側を一方端として、これら複数のファイバが束ねられたものが他方の端部において分光器ポート２４に光学的に接続された光ファイバである。
【０１７８】
図５，６に、分岐ファイバ２７の他方の端部の断面の構成を説明する。図５及び６は、図１に示す実施例の分岐ファイバ２７の他方の端部の断面を模式的に示す縦断面図である。
【０１７９】
分光器ポート２３には分岐ファイバ２７内を伝達されてきた光の一部を分光器２３内部の分光素子部へ向けてその内側を通過させるスリットである分光器スリット６０が配置されている。本実施例では、この分光器スリット６０のスリットは図上上下方向に縦長な矩形状を有した貫通孔であって、その長辺方向の長さが０．１ｍｍから数ｍｍの範囲内のものである。分光器スリット６０は分岐ポート２７の複数の光ファイバの端面に対向して配置され、伝達されてきた光のうち内側の領域に入射したもののみが内側のすき間を通過するスリットの周囲は遮光できる材料で構成されている。
【０１８０】
本実施例では、分岐ファイバ２７の一方の端部である分岐側の各ポートから放射された光が分光器スリット６０に入射する効率を、各ポートからのファイバの他方の端部であるバンドル６１、バンドル６２及びバンドル６３の間で一定または差を低減するために、分光器スリット６０に対する各光ファイバの配列を、図４，５に示した配置にする。図４の例では、分光器スリット６０の長辺の方向を横切る方向（図上左右方向）に各バンドル６１，６２，６３を構成する複数の光ファイバの集合が並列に配置され、これら集合が長辺方向に接するように重ねられて配置されている。図５の例では、３つの光路を構成する複数の光ファイバの集合であるバンドル６１，６２，６３が全体として六方最密に配置され、且つ各バンドルの光ファイバ各々はその周囲を断面の軸の周方向について他の２つの集合のバンドルの光ファイバ３本ずつが交互に囲んで配置された構成となっている。
【０１８１】
このように複数バンドル束が配置された構成において、分光器スリット６０が形成された面に対して分岐ファイバ２７の他方の端面が平行となるかまたはこれと見做せる程度に近似した相対角度になる配置にすることで、分岐ファイバ２７の他方の端面に対して分光器スリット６０は垂直かこれに近似した角度で対向して、端面での各バンドル毎の面積を均等に近づけて、このことにより各バンドルの一方の端部から伝達された所定の量の光が分光器スリット６０に面した各々の他方の端面から放射される量の不均一を低減することができる。このことにより、分光器２３に伝達される光異なる光路からの光での当該各光路毎の個体差を低減して、光の量とこれらの比較によって得られる内壁の表面の状態について高い精度で検出を行うことができる。
【０１８２】
また、上記分岐ファイバ２７の他方の端面と分光器スリット６０との間の相対的は配置や角度位置を長期に亘り正確に実現ために、各バンドルを構成する光ファイバに回転止めの溝やプッシュロック型の角型のコネクタを具備したものを用いることができる。また、分岐ファイバ２７から出力される光を分光器スリット６０との間に配置したレンズ等の集光手段により光路を集中させて分光器スリット６０へ照射しても良い。
【０１８３】
上記の本実施例の構成により、外部光源２１の単一の外部光源ポート２２から放射された光をスプリッタ１９を用いて２つの光路に分岐し、その分岐された光の量の透過及び反射の割合Ｓｔ及びＳｒを用いて、基準外部光Ｉ０より、放射ポート１６から処理室１００内へ放射される光Ｉｉｎの量を高精度に検出することができる。さらに、受光部１０１の受光ポート１５、スプリッタホルダ２０の基準光ポート１７及び反射ポート１８の各出力ポートから各々の光路を通ってきた光を分岐ファイバ２７において纏めて、その端部から単一の分光器ポート２４へ放射して分光器２３に入力する。
【０１８４】
本実施例は、各光の分光器２３への入射の効率の差異が抑制される構成を備え、基準外部光Ｉ０、内壁透過外部光Ｉｔ、受光部側プラズマ光Ｐｍ１、放射部側プラズマ光Ｐｍ２の量を高い精度で検出できる。これら検出した光の量を示すデータを用いて、式（１．１）〜（１．６）に沿って受光部内壁表面１０３及び放射側内壁表面１０４に入射するプラズマ光Ｐ１及びＰ２、両プラズマ光の相乗平均Ｐｇ、受光部側内壁及び放射部側内壁の透過率ｔ１及びｔ２、両透過率の相乗平均ｔｇが高い精度で検出できる。
【０１８５】
さらに、得られた上記光路の光の量のデータやプラズマ自体からの発光の量及び内壁の表面の状態のデータは、データベースのデータを示す信号として記録され、これらのデータを用いて処理室１００内のプラズマ或いはこれを用いた処理の状態が高い精度で検出される。この結果を用いてプラズマ処理装置の動作の条件や処理の条件がより正確に算出され、ＡＰＣに依って動作が調節されるプラズマ処理装置による処理の歩留まりが向上する。
【０１８６】
上記の実施例において、スプリッタ１９として、これにより外部光源２１からの光が透過及び反射される割合ｓｔ及びｓｒが概略同じとなるハーフミラーを用いることができる。また、ｓｔ及びｓｒが互いに異なるスプリッタを使用しても良い。
【０１８７】
また、図７に示すようにスプリッタ１９として、図６に示したように、中央部に貫通穴を備えた両面全反射ミラーを用いても良い。図７は、図１に示す実施例に係るスプリッタ１９及びスプリッタホルダ２０の変形例の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【０１８８】
本図において、スプリッタ１９として孔付き斜鏡１９０が用いられている。孔付き斜鏡１９０に入射する透過方向の光は中央部に配置された貫通穴を通過し、反射方向の光は貫通孔周囲の反射性の高い部材によって反射される。この貫通孔の直径を変更することで、Ｓｔ及びＳｒを変更することができる。また、孔付き斜鏡１９０の部材は光を完全に遮るか遮光性能の高い部材を用いることができる。
【０１８９】
さらに、受光部１０１及び放射部１０２において、図７に示すような反射型のコリメートミラー１４１を用いても良い。図７は、図１に示す実施例に係る受光部１０１及び放射部１０２の光視準用の手段の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【０１９０】
本図において、コリメートミラー１４１は、受光部１０１の光路シールド１３の内部であって採光窓７に対向する位置の内側壁面上に配置され、採光窓７に対向する面は当該採光窓７を通り入射する平行な光を、光路シールド１３の下部側（図上下方側）の内壁にこれを貫通して装着された受光ポート１５の端面に向って集中するように反射する曲面で構成された反射面を備えている。
【０１９１】
検出する対称の光の強度が強すぎるために分光器２３で検出できない場合には、このような光の強度や量を減衰させる必要がある。そのためにシャッター２７の前後の光路において、ＮＤフィルターやアイリスによる光減衰器を設置することができる。また、シャッター２７を減衰率可変型の光減衰器とすることで、光の遮断と、光透過時の透過量調節をしても良い。
【０１９２】
このような減衰器を使用した場合には、前述の式（１．１）〜（１．６）へ、減衰器への入力光に対する、減衰器透過後の透過率が追加される。シャッター２７ａ〜２７ｅ位置またはその前後の光路に設置した減衰器透過後の透過率をａａ〜ａｅとすると、式（１．１）〜式（１．２）のＩ０，Ｉｉｎ，Ｉｔ，Ｐｍ１，Ｐｍ２を、ａａＩ０，ａｂＩｉｎ，ａｅＩｔ，ａｅＰｍ１，ａｂａｃＰｍ２と置き換えることで、内壁透過率ｔ１，ｔ２，ｔｇ及びプラズマ光Ｐ１，Ｐ２，Ｐｇを得ることができる。
【０１９３】
図９に上記実施例に示した光学系を複数配置した構成の例を示す。図９は、図１に示す実施例の光学系を複数配置した構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【０１９４】
本図の変形例は、図１の実施例が備える外部光源２１及び分光器２３の間で処理室１００の内部及び外部の各々に外部光源２１からの参照光を分岐するスプリッタ１９並びに分岐された光の各々を伝達する光ファイバと処理室１００の内部に放射する放射部１０２及び受光部１０２を備えたＯＥＳデータ検出するための光学系が１つのプラズマ処理装置の１つの処理室１００に複数組配置された構成を備えている。すなわち、図９の変形例は、図１の実施例におけるものと同等の構成を備えた光学系Ａと光学系Ｂとが各々のスプリッタと受光部との間を光ファイバで接続されて連結されて、一方から他方に外部光源２１からの参照光が伝達され、光学系Ａ，Ｂとで並行して処理室１００内壁の表面の状態と処理室１００内のプラズマからの光からＯＥＳデータを検出可能に構成されている。
【０１９５】
本例の光学系Ａには、図１のスプリッタホルダ２０に備えられた基準光ポート１７に相当する光学系Ａのスプリッタホルダ２０００のポートと分光器ポート２４との間にスプリッタ１９０１を内部に備えたスプリッタホルダ２００１が配置され、これらが光ファイバによって光を伝達可能に接続されている。光学系Ａのスプリッタホルダ２０００に導入されて内部のスプリッタ１９００により分岐された外部光源２１からの参照光は、スプリッタホルダ２００１に導入されその内部のスプリッタ１９０１によって、光学系Ａを構成して分光器ポート２４に光ファイバを介して光を伝達可能に接続されたポートＤ０及び光学系Ｂのスプリッタホルダ２０１０のポートに光ファイバを介して光伝達可能に接続されたポートとに分岐されて、これらに供給される。
【０１９６】
本例において、処理室１００の異なる箇所に配置され各々が処理室１００内部の異なる光路を構成する光学系Ａ，Ｂに外部光源２１からの参照光が伝達可能に構成され、光ファイバ上に配置されたシャッターの開閉を調節することで各々の光学系において並行して或いは独立して処理室１００内からの光及び外部光源２１からの光の量及び処理室１００内壁の透過率が検出される。光学系Ｂには外部光源２１が直接接続されていないが、光学系Ａに配置されたスプリッタ１９０１を通して供給された参照光を光学系Ｂの基準外部光として使用することができる。
【０１９７】
また、光学系Ｂのスプリッタ１９１１を透過する基準外部光が通過するポートに、光学系Ｂと同様の構成を備えて処理室１００の異なる箇所に配置された光学系を光ファイバを介して接続することができる。このように他の光学系を光ファイバとスプリッタとを用いて数珠繋ぎに接続することで、スプリッタにより分岐した外部光源２１からの参照光を基準外部光として用いて、処理室１００の複数点におけるプラズマと処理室１００の内壁表面の状態との変動を検出することができる。
【０１９８】
例えば、光学系Ａ，Ｂ…を有した複数の光学系の各々を、円筒形を有した処理室１００の円筒の中心軸方向またはこれに垂直な面内方向の異なる位置に各々の光学系の処理室１００内の光路が位置するように配置することで、処理室１００の中心軸（高さの）方向及び水平方向（或いは周方向）のプラズマの強度は密度または処理室１００内壁の状態の分布を検出することができる。また、検出したこれらの結果を、記憶装置内にデータベースのデータとして格納し、解析することで、より高精度なＡＰＣが可能となる。
【０１９９】
図１０，１１は、図９に示した構成においての光学系Ａ，Ｂを連結するスプリッタ１９０１の別の構成の例を模式的に示す縦断面図である。本例では、９に示したスプリッタホルダ２０００，２００１，２０１０，２０１１を光ファイバを介して接続する構成に代えて、各ホルダの側壁に配置された貫通孔同士を連通させるようにホルダの外側壁面同士が相互に接続された構成を備え、これら複数のスプリッタホルダを一纒まりの部材として取り扱うことが可能にされている。
【０２００】
また、図１１に示すように、これらのスプリッタホルダ２０００，２００１，２０１０，２０１１を外側壁面同士を接続して直線状に連結させ、一纒まりのスプリッタホルダとして構成することもできる。図１１は、光学系Ａ，Ｂを処理室１００に設置する場合に適用される構成である。なお、これらの図においては、図９に示したスプリッタホルダに接続される各ポートと図１０に示した各ポートはポートＡ０〜Ｄ０、Ａ１〜Ｄ１及びＥ１として同じ名称を与えて対応させている。
【０２０１】
更に光学系を増やす場合には、図１１のスプリッタホルダをもう一つ用意し、１つめのスプリッタホルダのポートＥ１を取外し、２つめのスプリッタホルダのポートＡ０を取外し、両スプリッタホルダのポートＥ１及びＡ０を接続すれば良い。尚、２つのスプリッタを一つのスプリッタホルダへ設置したものを複数用いても良い。上記の通り、複数のスプリッタが設置されたスプリッタホルダを用いることで、スプリットホルダ間のファイバ及びスプリットホルダに接続されるポートの数を少なくすることができる。
【０２０２】
〔変形例〕
次に、上記の実施例の変形例を図１２乃至１５を用いて説明する。図１２は、図１に示す実施例の変形例に係るプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
【０２０３】
本例に係るプラズマ処理装置は、処理室１００内に配置されたライナー６の内壁の表面上にウエハの処理中に形成される付着物の膜、または処理の前あるいは後に内壁を保護する目的で形成された被膜の状態の変動を検出する。図１２に示された光吸収部４５０、分岐ファイバ２７、及び堆積膜４００以外の構成は図１に示した実施例において説明したものと同等であって、特に必要としない限り説明を省略する。
【０２０４】
本例において、図１に示した実施例の真空容器壁５の受光部１０１と同様の高さ位置であって真空容器壁５の外側に配置された光吸収部４５０は、その外壁面を構成して参照光を透過させない部材で構成された光路シールド１３及びこの光路シールド１３内部で真空容器壁５の貫通孔と対向した箇所に配置された光吸収体４５１とを備えている。光路シールド１３は、貫通孔及び光吸収体４５１に対してプラズマ処理装置の周囲に配置された照明等の光源からの光を遮蔽して、これら周囲の光源からの光が処理室１００内へ入射して分光器２３を通して検出される処理室１００内からの光に対するノイズ光となることを抑制する。
【０２０５】
また、光吸収部４５０の内部において、光吸収体４５１が、放射部１０２の放射ポート１６及び採光部７に処理室１００のプラズマが形成される空間を挟んで対向した真空容器壁５上の位置に配置された貫通孔を通して採光部７と対向して面している。このことにより、処理室１００内部を通り光吸収部４５０へ到達した光が光吸収部４５０内で反射し放射ポート１６へ戻ることが抑制される。
【０２０６】
この作用・効果を効果的に奏するため、光吸収体４５１はコリメートレンズからの平行光の断面積以上の大きさとする必要がある。また、光吸収体４５１はコリメートレンズからの平行光の光路を遮る形で設置してあれば良く、真空容器壁５の貫通孔を通して放射部１０２側の採光窓７に対向する形で光吸収部４５０の光路シールド１３内の空間に配置される。光吸収体４５１が光路シールド１３の内壁表面を覆ってこれを被覆しても良く、また光シールド１３内部の空間は光吸収体４５１が埋めて稠密に充填されても良い。
【０２０７】
また、採光窓７の大気側側面または大気側表面全体に光吸収体４５１を配置しても良い。また、採光窓７の処理室１００側（真空側）の表面または採光窓７を有さない真空容器壁５においてコリメートレンズからの平行光が照射される面に光吸収体４５１を配置しても良い。
【０２０８】
光吸収体４５１は、光路シールド１３の内側表面に黒色塗料の塗布する、あるいは反射防止フィルムを接着する、当該内側表面を陽極酸化させて黒色アルマイト処理する、またはモスアイ構造等の反射防止用微細パターンを形成する等の手段により配置される。また、光路シールド１３内部にこれらの表面処理が施された板状の部材を配置して構成しても良い。さらにまた、光路シールド１３の処理室１００側の真空容器壁５の貫通孔を塞いで配置された別の採光窓の表面に上記表面処理を施して構成しても良い。
【０２０９】
分岐ファイバ２７としては２つに分岐されるファイバを用いており、この分岐ファイバ２７が内部に持つバンドルを２組として、分光器２３のスリットに対するファイバ配列及びファイバ固定時の角度、ファイバのコネクタの構成を図５，６に示したものにすることで、処理室１００内からの光の量や処理室１００の内壁の透過率がより高い精度で検出され付着物の膜または保護用の被膜の状態の検出の精度が向上する。
【０２１０】
処理室１００の内壁を構成するライナー６及びシャワープレート３の表面には、付着物の膜あるいは保護用の被膜である堆積膜４００が形成される。なお、本例においては、図示していないが、この堆積膜４００は、これら以外に、処理室１００の内側壁面を構成する部材である天板２、真空容器壁５、採光窓７、サセプタ８、バッフル９、試料台１１、及び電極カバー１２の表面にも形成される。
【０２１１】
放射部１０２から処理室１００内にライナー６を透過して導入される外部光源２１からの参照光及び処理室１００内部で形成されたプラズマからの光は、処理室１００の内もしくは外で反射して放射ポート１６へ戻ることを抑制するために、図１に示した構成を用いることができる。図１では、受光部１０１へ入射する外部光源２１からの参照光及びプラズマからの光は、受光ポート１５へ入射し分光器ポート２４へ入力されるため、受光部１０１内で反射して放射ポート１６へ戻る光の強度を十分小さくすることができる。
【０２１２】
また、本例においても、分光器２３において検出された各光のスペクトルデータは、スペクトル演算部２８で演算され、ＯＥＳデータとしてデータベース作成部２９のデータベースに保存される。このデータはプラズマ条件制御部３０に送信されて使用され、演算器が予め定められたアルゴリズムに基づいて算出した目標値となるように調節する指令信号が発信されてＡＰＣが実行される。
【０２１３】
次に、本変形例において、検出された各光の量と透過率との情報から、処理室１００の内壁表面上に形成される付着物の膜または保護用の被膜の状態の変動を検出する構成を説明する。本例において検出される光の量としては、基準外部光Ｉ０、バックグラウンド光Ｉｂ、干渉計測光Ｉｍ、干渉光Ｉｆ、放射部側プラズマ光Ｐｍ２が用いられる。上記の実施例と同様に、基準外部光Ｉ０及び放射部側プラズマ光Ｐｍ２は、スプリッタホルダ２０の基準光ポート１７及び放射ポート１６の各々を通して接続された光ファイバから分岐ファイバ及び分光器２３と通して伝達されて検出される光の量である。
【０２１４】
バックグラウンド光Ｉｂは、プラズマ及びライナー６の内壁表面上に付着物の膜あるいは保護用の膜が無いかこれと見做せる程度に少ない状態において、放射ポート１６から外部光源２１からの参照光を放射した際に、処理室１００内または外で反射して放射ポート１６やスプリッタ１９等を経由して分光器２３へ入射する光の量である。なお、本例においては、実施例と異なり受光部１０１が備えられず、放射部１０２側のスプリッタホルダ２００に備えられた反射ポート２７ｃに光路が分岐ファイバ２７を通して接続された分光器ポート２４及び分光器２３において、ライナー６の受光側内壁表面１０３及びその表面の被膜で反射されたものとともに放射側内壁表面１０４に入射するプラズマからの光が受光される構成であって、放射部側プラズマ光Ｐｍ２は受光部側プラズマ光であるとも言える。
【０２１５】
石英と真空または大気との界面へ入射した可視光域の光は数％反射するため、上記のバックグラウンド光Ｉｂが発生する。処理室１００内壁表面の膜の状態を干渉光Ｉｆを用いて検出する精度を向上するためには、バックグラウンド光Ｉｂの強度を抑制することが望ましい。このためには、大気中に設置または大気に接する各光入出力ポート、レンズ、及び窓の表面には反射防止膜を配置することが望ましい。
【０２１６】
干渉計測光Ｉｍは、プラズマが形成されている間またはプラズマが停止されている状態で且つ処理室１００の内壁表面上に膜が形成されている状態において、放射ポート１６より外部光源２１からの特定の波長のものを含む参照光を放射した際に、分光器２３へ入射する特定の波長のものを含む光の量である。干渉計測光Ｉｍには、上記したバックグラウンド光Ｉｂ、プラズマが形成中のこれからの光である放射部側プラズマ光Ｐｍ２、及び内壁の表面上の膜において発生する干渉光Ｉｆが含まれるため、干渉計測光Ｉｍを検出した結果を用いて当該膜の状態を検出できる。また、基準外部光Ｉ０の強度の変動によるバックグラウンド光Ｉｂ及び干渉光Ｉｆの強度の変動を補正すると干渉計測光Ｉｍとの関係は式（３．１）に示す通りのものとなる。
【０２１７】
【数１８】
2020065081.tif 000020
【０２１８】
この式（３．１）を用いて干渉光Ｉｆは式（３．２）から図示しない制御部の演算器によって所定のアルゴリズムが用いられて算出される。
【０２１９】
【数１９】
2020065081.tif 000021
【０２２０】
尚、処理室１００内にプラズマが無い状態では式（３．１）及び式（３．２）においてＰｍ２＝０となる。これらの式から、分光器２３の出力を用いて基準外部光Ｉ０、バックグラウンド光Ｉｂ、及び受光部側プラズマ光Ｐｍ２の値を検出することで、干渉光Ｉｆのみを算出できるため、精度良く膜の状態を検出できることが分かる。
【０２２１】
なお、干渉計測光Ｉｍと放射部側プラズマ光Ｐｍ２とはプラズマが形成されている間の同じ時刻のものを分光器２３の出力から同時に検出することはできないため、プラズマが形成されている間に形成または分解が進む内壁表面の膜から干渉光Ｉｆを精度良く検出する上で、できるだけ小さい時間差で干渉計測光Ｉｍと受光部側プラズマ光Ｐｍ２とを検出する必要がある。このため、外部光源２１からの参照光の放射のＯｎ／Ｏｆｆまたはシャッター２７ｄの開閉によって、放射ポート１６からの処理室１００内への参照光の放射のＯｎ／Ｏｆｆを繰り返しても良い。
【０２２２】
プラズマが形成された直後は、一般にプラズマの発光の変化が大きいため、参照光の放射のＯｎ／Ｏｆｆの切り替えは１秒以内で実施されることが望ましく、処理室１００の内壁表面の膜の状態を検出する精度や時間分解能を向上させるうえでは、０．５秒以内とすることが望ましい。更には、０．１秒以内に切り替えられることが望ましい。
【０２２３】
上記基準外部光Ｉ０、バックグラウンド光Ｉｂ、干渉計測光Ｉｍ、干渉光Ｉｆ、放射部側プラズマ光Ｐｍ２を検出する際には、図２に示したシャッター２７を開閉する動作と同様に、本変形例で備えられる各光路の遮断または接続を適宜選択すれば良い。バックグラウンド光Ｉｂ及び干渉計測光Ｉｍを計測する際には、シャッターの２７ａ及び２７ｅを閉じ、２７ｂ、２７ｃ及び２７ｄを開ければ良い。また上記した外部光源２１からの参照光の放射をＯｎ／Ｏｆｆするにはシャッター２７ｄを開閉すれば良い
プラズマを形成してウエハの処理を開始した後の処理が進行する時間の経過に伴なって内壁表面上に形成されて厚さが変化していく膜からの干渉光Ｉｆの変化を図１３に示す。図１３は、図１２の変形例において検出される処理室１００の内壁表面の膜からの干渉光の量Ｉｆの時間の変化に対する変化を示すグラフである。
【０２２４】
本図の縦軸及び横軸は、波長及びプラズマによるウエハの処理が開始されてからの時間であり、その色の濃淡が干渉光Ｉｆの各波長の光の強度の大小を示している。つまり、本図において、本変形例の処理室１００の内壁表面上に膜が形成されるに伴なう干渉光の波長をパラメータとする強度のパターンとその時間変化が示されている。本図で得られる干渉光Ｉｆの変化のパターンを干渉スペクトルパターンと称する。
【０２２５】
また、図１３の横軸の処理中の各時刻または処理開始後の時間の値は内壁表面上の膜の厚さに対応しており、同一のウエハ処理の工程において形成されたプラズマの特性が安定して変化が十分に小さい場合には、各時刻での膜の厚さを干渉スペクトルパターン上で対応する値から検出ことが可能である。逆に、同じ条件でプラズマの形成を繰り返した場合でも干渉スペクトルパターンが変動してしまう場合には、膜の膜厚さまたは材質が変動していることを示している。
【０２２６】
以上から、処理室１００内にプラズマが形成され内壁表面上に膜が形成される処理の後、または堆積膜を除去するためのプラズマクリーニングが実施された後における干渉光スペクトルについて、ウエハの処理枚数またはプラズマを形成して処理が実施された時間の累計の値が増大するに伴うスペクトルの変動を検出することで、膜の状態の変動を検出することが可能となる。
【０２２７】
また、内壁の表面上に膜が形成されている或いは当該膜をクリーニングにおいて除去している際の干渉光スペクトルパターンを取得し、累計の処理枚数または処理時間の増大に伴う干渉スペクトルパターンの変動を取得することで、膜の状態の変動を検出することも可能である。干渉スペクトルパターンの変動を取得する方法としては、プラズマを形成した処理中の特定の時刻でのスペクトルパターンの変動、または特定の波長の光強度の時間変化を用いることも可能である。
【０２２８】
上記の通り、本変形例においても、処理室１００内壁表面上に形成される膜の状態の変動を検出するためには、干渉スペクトルまたは干渉スペクトルパターンを取得するため、外部光源２１を広帯域の光源とすることが望ましい。
【０２２９】
実施例と同様にして本例においても、累計の処理枚数または処理時間の増大に伴う干渉計測光Ｉｍ、干渉光Ｉｆまたは干渉光スペクトルパターンの変動値または変動率を、デバイスを製造するための装置の運転においてウエハの処理を停止させるか判定するパラメータとして用いることができる。具体的なウエハ処理の停止タイミングは、前述した通り、必要な加工ばらつきの抑制幅に応じて、干渉計測光Ｉｍ、干渉光Ｉｆまたは干渉光スペクトルパターンの変動率が１０％、５％及び３％の何れか使用者が選択した値以上となったタイミングとすることが望ましい。
【０２３０】
本発明における堆積膜及びコーティング膜の状態の計測にて取得する各光は、量産開始前及び量産中ウエハ毎の時系列データまたは時間平均データとしてデータベースに格納される。ＡＰＣにおいて、これらのデータは制御対象であるＣＤを予測するための計測データとして用いる。
【０２３１】
その他にデータベースに格納されるデータとしては、前述した通り、検証結果となるＣＤデータ及びプラズマ条件がある。プラズマ条件としては、ガス種、ガス流量、圧力、プラズマ生成電力等の多数の項目がある。これらのデータを解析し、ＣＤを制御可能なプラズマ条件及びＣＤを高精度に予測可能な計測データを見出すことで、高精度なＡＰＣが可能となる。
【０２３２】
図１４を用いて本変形例における処理室１００の内壁表面の膜の厚さまたはその状態を検出する動作の流れを説明する。図１４は、図１２の変形例における処理室の内壁表面の膜の厚さまたはその状態を検出する動作の流れを示すフローチャートである。
【０２３３】
実施例と同様に、基準外部光Ｉ０等及び放射部側プラズマ光Ｐｍ２等は、各々が基準光ポート１７及び放射ポート１６から図２に示したシャッター２７ａ〜ｄの選択的な開閉の動作により光ファイバにより構成された光路が選択されて検出される光の量である。
【０２３４】
本例のプラズマ処理装置においても、実施例と同様に、メンテナンスの工程１４２１の作業が実施されている期間中において、処理室１００外部に取り出されて内壁の表面が清掃されて清浄化されたライナー６の内壁の表面うち放射部１０２側の表面での基準プラズマからの光の透過率ｔ２０＿ｓｐ及び光吸収部４５０側の表面での反射率ｒ１０＿ｓｐ，が検出される（ステップ１４０１）。この際に、外部光源２１等の図１２に示す外部光源２１からの参照光及びプラズマからの光を検出するための構成を用いても良く、また、ライナー６を真空容器壁５内の処理室１００内に設置した状態でこれら透過率、反射率を検出しても良い。
【０２３５】
本例でも、ステップ１４０１において外部光源２１からの参照光を用いて検出されたライナー６の内壁の反射率ｒ１０と透過率ｔ２０の値が、基準プラズマからの光に対するライナー６の内壁の反射率ｒ１０＿ｓｐと透過率ｔ２０＿ｓｐの各々と等しいと見做し得るとして以下に説明する。これらｒ１０＿ｓｐ，ｔ２０＿ｓｐを透過率等を称する。
【０２３６】
ステップ１４０１において検出された透過率等ｒ１０＿ｓｐ，ｔ２０＿ｓｐの値は、上記の通り、プラズマ条件制御部３０内に配置されたＲＡＭやプラズマ条件制御部３０と通信可能に配置された遠隔した箇所のＨＤＤ等の記憶装置に記憶される。次に、ライナー６の処理室１００内への装着を含むプラズマ処理装置の組み立て及び処理室１００内を真空排気したリークのチェック等の作業が実施された後メンテナンスが終了する（ステップ１４０２）。
【０２３７】
その後、外部光源２１からの所定の量の参照光が照射されて、図２に示すシャッター２７ａ〜ｄの選択的な開閉の動作に応じて光ファイバを含む光路が選択されてＩ００，Ｉｔ０の各光の量が検出され（ステップ１４０３）る。検出されたＩ００，Ｉｔｏと予め仕様上から定まるスプリッタ１９の透過及び反射の割合の値Ｓｔ，Ｓｒとを用いて放射光の量Ｉｉｎ０が算出される。続いて、放射ポート１６から外部光源２１からの所定の量の参照光が放射されバックグラウンド光Ｉｂ０が検出される（ステップ１４０４）。
【０２３８】
さらに、処理室１００内に希ガスが導入されて基準プラズマが形成され、この基準プラズマからの光について放射部側プラズマ光の量Ｐｍ２０＿ｓｐが検出され（ステップ１４０５）る。上記Ｉ００，Ｉｔｏ，Ｉｉｎ０等の検出または算出された上記光の量が制御部内に配置されたＲＡＭや通信可能に接続された遠隔した箇所のＨＤＤ等の記憶装置内に記憶される。
【０２３９】
本例においては、ステップ１４０３，１４０４の前後の順序は上記と逆でも良い。また、メンテナンス作業中で処理室１００内が大気に開放されている状態のプラズマ処理装置において、ライナー６の放射部１０２側の内壁表面の透過率を検出するステップ１４０１はステップ１４０２においてライナー６を処理室１００内に設置した後に実施しても良い。
【０２４０】
次に、半導体デバイスを製造するためウエハを処理する運転の工程１４２２に移行する。当該運転が開始されステップ１４０６において、処理室１００内が高真空排気されて先のプラズマの形成の際に処理室１００内に形成された粒子を排気して一旦ウエハの処理を実施する際の圧力より低い圧力まで減圧される（ステップ１４０６）。
【０２４１】
次に、本変形例では、処理室１００内にその内側表面を保護する被膜を形成するためのプラズマが形成され、この被膜を形成する工程の期間中に、予め定められた時間で外部光源２１からの参照光が処理室１００内に放射ポート１６を通して放射されて得られたライナー６の内壁表面からの干渉光が放射部１０２を通して分光器２３で受光され、その光の量である干渉計測光Ｉｍが制御部において検出される。そして、参照光を照射していない時間においてプラズマからの光が放射部１０２を通して分光器２３で受光され放射部側プラズマ光Ｐｍ２が制御部で検出される（ステップ１４０７）。
【０２４２】
さらに、本ステップにおいて検出されたＩｍとステップ１４０１乃至１４０５において検出された基準外部光Ｉ００，Ｉｂを用いて制御部の演算器により保護膜からの干渉光の量Ｉｆが算出される。干渉計測光Ｉｍは、予め定められた間隔及び時間で検出され、これら間隔で検出されたＩｍの結果に基づいて干渉光Ｉｆが算出され、この干渉光Ｉｆの強度の変化から保護用被膜の厚さが制御部内の演算器により算出される。
【０２４３】
この厚さの算出は、上記の通り、予めデバイス製造用のウエハ上のものと同等の構成を有したテスト用のウエハ上の膜構造をデバイスを製造するものと同等の条件で処理した差異に取得された基準となる膜厚さの変化に対する波長をパラメータとする干渉光Ｉｆの強度の変化のパターンとを比較し、当該基準となるパターンのうちでステップ１４０７で算出された干渉光の量Ｉｆのパターンとの差異が最小となる膜厚さのパターンを算出される。そして、これを干渉計測光Ｉｍが検出された被膜を形成中のタイミング（時刻）での被膜の膜厚さとして判定して行われる。
【０２４４】
なお、このような干渉計測光Ｉｍ及び干渉光Ｉｆ及び保護用の被膜の厚さの値の時系列のデータは、制御部内あるいはこれと通信可能に接続された記憶装置内のデータベース内にその情報としてデータベース作成部２９の動作により格納される。
【０２４５】
また、ステップ１４０７における被膜の形成が終了した後の処理室１００の内壁表面からの干渉光のスペクトルの強度のパターンとその変化とが検出され、当該変化の量に応じて被膜の状態の変動が制御部において検出される。また、被膜の形成中においても、干渉光のスペクトルのパターンの変動が検出されて被膜の状態が検出される。本例では、これら変動の大きさが所定の許容範囲を超えたと制御部が判定すると、プラズマ処理装置のデバイスを製造する運転が停止されてメンテナンスの運転に切り替えられメンテナンスの運転へ移行されたこと、またはデバイス製造の運転の停止及びメンテナンスの運転への移行をすべきことが報知される。
【０２４６】
その後、上記の通り、処理対象のウエハが、真空容器壁５に連結された図示しない真空容器であって減圧された内部の空間である室内を図示しない搬送用のロボットの伸縮するアーム先端上に載せられ保持された状態で処理室１００内に搬送され（ステップ１４０８）、試料台１１に受け渡されてその上面に載せられる。さらに、処理室１００と搬送室との間を気密に封止して区画するゲートバルブが閉塞される。
【０２４７】
次に、試料台１１上面の被膜内の静電チャック用電極に直流電力が供給されてウエハが試料台１１上面の被膜上に吸着された状態で、シャワープレート３の貫通孔から処理用ガスが処理室１００内に供給されつつ真空ポンプの動作により処理室１００内が排気されて処理室１００内の圧力が処理に適した値にされる。その後、処理室１００内に供給された高周波電力によりプラズマが試料台１１上方の処理室１００内に形成され、試料台１１に供給された高周波電力によりウエハ上方にバイアス電位が形成されウエハ上面上方の膜構造の処理対象の膜層のエッチング処理が開始される（ステップ１４０９）。
【０２４８】
本実施例では、ステップ１４０９のエッチング処理では少なくとも１ｓｔｅｐ以上の工程から構成されており、複数のｓｔｅｐから成る場合には各々のｓｔｅｐにおいてプラズマを形成する条件や高周波電力の大きさ、処理室１００内の圧力の値等を異ならせた処理の条件（所謂、レシピ）で処理が行われる。図上は任意の自然数Ｎ個までのｓｔｅｐで構成されている。さらに、エッチング処理のｓｔｅｐ（複数の場合は各々のｓｔｅｐ）において処理中に、ステップ１４０６と同様に、処理室１００内に形成されるプラズマの光が受光部１０１を通して分光器２３で受光されるとともに、予め定められた間隔ごとに予め定められた期間でプラズマからの光の量Ｐｍ２とライナー６の内壁表面からの干渉光の量（干渉計測光）Ｉｍとが受光されて制御部で検出される。
【０２４９】
エッチング処理のｓｔｅｐ（複数の場合は各々のｓｔｅｐ）において検出された放射部側プラズマ光Ｐｍ２、干渉計測光Ｉｍとステップ１４０１乃至１４０５において検出された基準外部光Ｉ００，Ｉｂとを用いて制御部の演算器により保護膜からの干渉光の量Ｉｆが算出される。そして、算出された干渉光の量Ｉｆの複数の波長をパラメータとするパターンと、事前にデータとして取得された基準となる当該膜の厚さの変化に伴なう干渉光Ｉｆの強度のパターンとが比較され、基準となるパターンのうち差異が最も小さいものに対応する膜厚さが処理中の所定の時刻での膜厚さとして検出される。
【０２５０】
このような干渉光を用いた被膜の厚さの変化の検出は、少なくとも複数ｓｔｅｐのうちで付着性の大きな物質がプラズマ中に形成されるものや被膜に作用を及ぼしてその厚さを小さくするものにおいて、実施される。一方、処理室１００内の表面の膜の厚さや材質の変動が小さい条件で実施されるｓｔｅｐでは、放射部側プラズマ光Ｐｍ２を時系列で検出したデータおよび仕様上から予め定まるスプリッタ１９の透過及び反射の割合Ｓｔ，Ｓｒとから、処理室１００内から受光部１０１の側に入射するプラズマの光の量Ｐ２の時系列のデータが制御部において算出され、これらのデータをＯＥＳに用いてウエハ上の処理の条件が高精度に調節される。
【０２５１】
なお、各ｓｔｅｐにおいて検出された放射部側プラズマ光Ｐｍ２、干渉計測光Ｉｍ及び干渉光Ｉｆ及び保護用の被膜の厚さの値の時系列のデータは、制御部内あるいはこれと通信可能に接続された記憶装置内のデータベース内にその情報としてデータベース作成部２９の動作により格納される。
【０２５２】
分光器２３からの出力からエッチング処理の終点の到達が制御部において検出されると、制御部からの指令信号に基づいてプラズマが消火されて試料台１１への高周波電力の供給が停止される。この後、上記の搬送用ロボットのアームが処理室１００内に進入してウエハを処理室１００外へ搬出される（ステップ１４１０）。
【０２５３】
ゲートバルブが閉塞されて処理室１００内が再度密封されると、クリーニング用のガスが処理室１００内に導入され、先のウエハのエッチング中に処理室１００内に発生して内壁部材の表面に付着した生成物と処理室内壁に予め形成された被膜を除去するためにプラズマが形成され、プラズマクリーニングが実施される（ステップ１４１１）。このステップ１４１１は、処理の条件やウエハ上の膜構造や処理室１００内壁を構成する部材の材料に応じて、各ウエハに対する処理が終了する毎に実施されても良く、所定の枚数のウエハの処理が終了する毎でも、各ウエハの処理を構成する複数のｓｔｅｐの間に実施されても良い。
【０２５４】
このプラズマによるクリーニングの処理中においても、ステップ１４０７と同様にして、放射部側プラズマ光Ｐｍ２、干渉計測光Ｉｍと予め検出されたバックグラウンド光Ｉｂとを用いて、干渉光の量Ｉｆの時系列データが算出され、処理中の任意のタイミング（時刻）での干渉光Ｉｆのパターンと予め取得された基準となるパターンとの比較から上記タイミングでの被膜の膜厚さが検出される。被膜の厚さが減少するステップ１４１０は、予め定められた被膜の膜厚さの到達が制御部により判定されると停止される。
【０２５５】
さらに、ステップ１４１１における被膜の除去が終了した後の処理室１００の内壁表面からの干渉光のスペクトルの強度のパターンとその変化とが検出され、当該変化の量に応じて被膜の状態の変動が制御部において検出される。また、被膜の除去中においても、干渉光のスペクトルのパターンの変動が検出されて被膜の状態が検出される。本例では、これら変動の大きさが所定の許容範囲を超えたと制御部が判定すると、プラズマ処理装置のデバイスを製造する運転が停止されてメンテナンスの運転に切り替えられメンテナンスの運転へ移行されたこと、またはデバイス製造の運転の停止及びメンテナンスの運転への移行をすべきことが報知される。
【０２５６】
本例においても、ウエハの処理が終了した後にクリーニングされたことにより、処理室１００内のライナー６の内壁表面は、半導体デバイスを製造するための運転の最初のウエハに対する処理が開始される前の初期状態と同等またはこれと見做せる程度に清浄な状態にされたと判定されると、ステップ１４０３，１４０５と同様に、処理室１００内に基準プラズマが形成され当該プラズマからの光の量が検出され（ステップ１４１２）及び外部光源２１からの参照光が処理室１００内に放射部１０２と採光窓７とを通して導入され処理室１００内のライナー６を透過した当該参照光の量が検出される（ステップ１４１３）。
【０２５７】
次に、ステップ１４１４において、１４０４と同様にバックグラウンド光の量Ｉｂを放射部１０２及びスプリッタ１９を介して分光器２３で受光した出力を用いて検出する。これらのうちステップ１４１３，１４１４の前後の順序は逆でも良く、ステップ１４１３はステップ１４０５乃至１４１０の間に実施されても良い。上記の通り、ステップ１４０９における複数のｓｔｅｐの間においてプラズマが一旦消火される場合に、その間にステップ１４１３及びステップ１４１４が実施されても良い。
【０２５８】
また、ステップ１４０９の工程のうちでｓｔｅｐの基準プラズマとして使用可能な処理の条件がある場合には、ステップ１４１２に代えて当該ｓｔｅｐ中に基準プラズマからの光の量Ｐｍ２０＿ｓｐを検出しても良い。その際には、基準プラズマが形成されるｓｔｅｐの一つ前のｓｔｅｐがライナー６の内壁の表面に付着した膜を除去できるプラズマであることが望ましい。例えば、ステップ１４０９のｓｔｅｐ３が基準プラズマを形成する工程である場合には、ｓｔｅｐ２において上記膜が除去されれば良い。このｓｔｅｐ２において付着物の膜を除去可能なプラズマとしてＦ（フッ素）やＣｌ（塩素）を含むプラズマを用いることができる。
【０２５９】
さらに、ステップ１４１２乃至１４１４において、制御部の演算器が検出された放射部側プラズマ光の量Ｐｍ２＿ｓｐの情報を用いてライナー６の放射側内壁表面１０４に入射する基準プラズマの光の量Ｐ２＿ｓｐを算出し、基準外部光Ｉ０，干渉計測光Ｉｍ，Ｓｒ，Ｓｔから放射部から処理室１００に放射される光の量Ｉｔｉｎを算出し、検出または算出されたＰｍ２＿ｓｐ，Ｐ２＿ｓｐ，Ｉ０，Ｉｍ等の光の量は、制御部内あるいはこれと通信可能に接続された記憶装置内に記憶される。
【０２６０】
その後、次に処理されるべきウエハの有無が判定され（ステップ１４１５）、ウエハが存在すると判定された場合（Ｎｏ）にはステップ１４０５に戻り、デバイスを製造するためのウエハの処理を継続する。また、ウエハが存在しないと判定された場合（Ｙｅｓ）にはステップ１４１６に移行してプラズマ処理装置におけるデバイスを製造するため運転を終了する（ステップ１４１６）。
【０２６１】
上記の変形例の工程において、処理室１００内に被膜を形成またはこれを除去する処理中に被膜の厚さまたは状態を干渉光を用いて検出して、その結果をＡＰＣにおいてウエハの処理結果としての処理後の形状の寸法を予測するためのデータとして用いることができる。さらに、ガス種、ガスの組成と各々の流量、圧力、プラズマ形成のための電力の値等のプラズマの条件とともに、干渉光から得られる被膜の厚さや状態のデータを用いて、形状の寸法とこれを実現するプラズマの条件を高精度に予測することができ、これを用いることでウエハの処理の再現性や歩留まりを向上させることができる。
【符号の説明】
【０２６２】
１…シールド、
２…天板、
３…シャワープレート、
４…Ｏリング、
５…真空容器壁、
６…ライナー、
７…採光窓、
８…サセプタ、
９…バッフル、
１０…圧力制御バルブ、
１１…試料台、
１２…電極カバー、
１３…光路シールド、
１４…コリメートレンズ、
１５…受光ポート、
１６…放射ポート、
１７…基準光ポート、
１８…反射ポート、
１９…スプリッタ、
２０…スプリッタホルダ、
２１…外部光源、
２２…外部光源ポート、
２３…分光器、
２４…分光器ポート、
２５…ファイバ、
２６…ファイバコネクタ、
２７…分岐ファイバ、
２８…スペクトル演算部、
２９…データベース作成部、
３０…プラズマ条件制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020065081.tif 000029
【図９】
2020065081.tif 000030
【図１０】
2020065081.tif 000031
【図１１】
2020065081.tif 000032
【図１２】
2020065081.tif 000033
【図１３】
2020065081.tif 000034
【図１４】
2020065081.tif 000035
【図１５】
2020065081.tif 000036