特開 2023-16204 基板処理方法及び基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023016204

(43)【公開日】2023-02-02

(54)【発明の名称】基板処理方法及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/318 20060101AFI20230126BHJP

   G01N 21/3563 20140101ALI20230126BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20230126BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230126BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20230126BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20230126BHJP

【ＦＩ】

H01L21/318 B

G01N21/3563

H01L21/318 A

H01L21/302 103

H01L21/31 C

H01L21/66 N

C23C16/44 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021120366

(22)【出願日】2021-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大槻 友志

【テーマコード（参考）】

2G059

4K030

4M106

5F004

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059AA05

2G059BB10

2G059DD13

2G059EE01

2G059EE02

2G059EE09

2G059EE12

2G059GG04

2G059HH01

2G059MM01

4K030HA13

4M106AA01

4M106AA10

4M106BA08

4M106CA21

4M106CA22

4M106DH13

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB28

5F004CB02

5F004DA17

5F004DB07

5F004EB04

5F045AA08

5F045AA15

5F045AA20

5F045AB33

5F045BB02

5F045BB19

5F045DP03

5F045EF05

5F045EH05

5F045EK06

5F045EM05

5F045GB08

5F045GB11

5F058BA06

5F058BC08

5F058BF07

5F058BF74

5F058BJ06

(57)【要約】

【課題】基板処理による基板の状態を検出すること。
【解決手段】第１の測定工程は、干渉信号が基板での吸光による変化よりも低下する第１の入射角で基板に対してＰ偏光の赤外光を照射し、基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理工程は、第１の測定工程の後、基板に対して基板処理を行う。第２の測定工程は、基板処理工程の後、干渉信号が基板での吸光による変化よりも低下する第２の入射角で基板に対してＰ偏光の赤外光を照射し、基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する。抽出工程は、第１の測定工程により測定した透過光又は反射した反射光のスペクトルと第２の測定工程により測定した透過光又は反射した反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。
【選択図】図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

凹部を含むパターンが形成された基板に対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、前記基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する第１の測定工程と、
前記第１の測定工程の後、前記基板に対して基板処理を行う基板処理工程と、
前記基板処理工程の後、前記基板処理された前記基板に対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、前記基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する第２の測定工程と、
前記第１の測定工程により測定した透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルと前記第２の測定工程により測定した透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルとの差分スペクトルを抽出する抽出工程と、
を有し、
前記第１の入射角及び前記第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光が前記基板を透過した透過光又は反射した反射光のスペクトルにおいて、干渉信号が前記基板での吸光による変化よりも低下する入射角である、
基板処理方法。

【請求項2】

前記基板に応じた前記第１の入射角及び前記第２の入射角を特定する特定工程をさらに有し、
前記第１の測定工程は、前記基板に対して、前記特定工程により特定した前記第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、前記基板の透過光又は反射光を測定し、
前記第２の測定工程は、前記基板処理工程の後、前記基板に対して、前記特定工程により特定した前記第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、前記基板の透過光又は反射光を測定する
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記基板に対して複数の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、前記複数の入射角でそれぞれ前記基板の透過光又は反射光を測定する調整測定工程をさらに有し、
前記特定工程は、前記調整測定工程により前記複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルに基づいて、前記第１の入射角及び前記第２の入射角を特定する
請求項２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記特定工程は、前記調整測定工程により前記複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルから、干渉信号が最も小さくなる入射角を求め、求めた入射角を基準とした所定角度範囲から前記第１の入射角及び前記第２の入射角を特定する
請求項３に記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記特定工程は、前記基板に形成された前記パターン部分と当該パターン部分の下層の屈折率から演算によりブリュースター角を算出し、算出したブリュースター角を基準とした所定角度範囲から前記第１の入射角及び前記第２の入射角を特定する
請求項２に記載の基板処理方法。

【請求項6】

前記特定工程は、前記第１の入射角及び前記第２の入射角を同じ角度として特定する
請求項２～５の何れか１つに記載の基板処理方法。

【請求項7】

前記調整測定工程は、前記基板処理前の前記基板、及び前記基板処理後の前記基板に対して複数の入射角からＰ偏光の赤外光を照射し、前記複数の入射角で前記基板の透過光又は反射光を測定し、
前記特定工程は、前記基板処理前の前記基板及び前記基板処理後の前記基板に対して前記複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルから、前記基板処理前の前記基板と前記基板処理後の前記基板についてそれぞれ干渉信号が最も小さくなる入射角を求め、前記基板処理前の前記基板で干渉信号が最も小さくなる入射角と前記基板処理後の前記基板で干渉信号が最も小さくなる入射角から前記第１の入射角及び前記第２の入射角を特定する
請求項３又は４に記載の基板処理方法。

【請求項8】

前記特定工程は、前記基板処理前の前記基板で干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から前記第１の入射角を特定し、前記基板処理後の前記基板で干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から前記第２の入射角を特定する
請求項７に記載の基板処理方法。

【請求項9】

前記特定工程は、前記基板処理前の前記基板で干渉信号が最も小さくなる入射角と前記基板処理後の前記基板で干渉信号が最も小さくなる入射角の中間の角度を基準とした所定角度範囲から前記第１の入射角と前記第２の入射角を同じ角度として特定する
請求項７に記載の基板処理方法。

【請求項10】

前記第１の入射角及び前記第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光の前記基板に対するブリュースター角を基準とした所定角度範囲内の入射角である
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項11】

前記第１の入射角及び前記第２の入射角は、同じ入射角とする
請求項１又は２に記載の基板処理方法。

【請求項12】

前記基板は、前記パターンの前記凹部の深さが７００ｎｍ以上とされた
請求項１～１１の何れか１つに記載の基板処理方法。

【請求項13】

前記抽出工程は、前記第２の測定工程により測定した透過光又は反射光のスペクトルから前記第１の測定工程により測定した透過光又は反射光のスペクトルを減算して、波数毎の赤外光の吸光度を示す差分スペクトルを抽出する
請求項１～１２の何れか１つに記載の基板処理方法。

【請求項14】

前記抽出工程により抽出された差分スペクトルに基づき、前記基板処理工程により基板処理された前記基板の状態を表示する表示工程
請求項１～１３の何れか１つに記載の基板処理方法。

【請求項15】

前記抽出工程により抽出された差分スペクトルに基づき、前記基板処理工程のプロセスパラメータを制御する制御工程
請求項１～１４の何れか１つに記載の基板処理方法。

【請求項16】

前記制御工程は、複数の基板の前記差分スペクトルから基板間の差分スペクトルの比較に基づいて前記基板処理工程のプロセスパラメータを制御する
請求項１５に記載の基板処理方法。

【請求項17】

前記第１の測定工程及び前記第２の測定工程は、前記基板の面内の複数個所でそれぞれ実施し、
前記制御工程は、前記複数個所のそれぞれで、前記第１の測定工程により測定した透過光又は反射光のスペクトルと前記第２の測定工程により測定した透過光又は反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出し、抽出した前記複数個所の差分スペクトルに基づいてプロセスパラメータを制御する
請求項１５に記載の基板処理方法。

【請求項18】

前記基板処理工程は、前記基板に成膜する工程であり、
前記制御工程は、前記複数個所の差分スペクトルから前記基板に成膜された膜の膜厚の分布と膜質を求め、膜厚の分布を均一化しつつ所定の膜質となるようにプロセスパラメータを制御する
請求項１７に記載の基板処理方法。

【請求項19】

前記基板処理工程は、前記基板をエッチングする工程であり、
前記制御工程は、前記複数個所の差分スペクトルからエッチングされた膜の体積の分布と組成を求め、エッチング量の分布を均一化しつつ所定の膜がエッチングされるようにプロセスパラメータを制御する
請求項１７に記載の基板処理方法。

【請求項20】

前記基板処理工程は、定期的に同じ処理条件で基板に基板処理を行い、
同じ処理条件で基板処理された複数の基板の前記差分スペクトルから基板間の差分スペクトルの比較に基づいて前記基板処理工程を実施する装置のコンディションを診断する診断工程
をさらに有する請求項１～１９の何れか１つに記載の基板処理方法。

【請求項21】

凹部を含むパターンが形成された基板を載置する載置台と、
前記基板に基板処理を行う基板処理部と、
前記基板に対してＰ偏光の赤外光を照射して赤外分光法により測定を行う測定部と、
前記測定部により、基板処理前の前記基板に対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射して前記基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定し、前記基板処理部により前記基板に基板処理を行い、前記測定部により、基板処理後の前記基板に対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射して前記基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定し、測定した基板処理前の前記基板の透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルと基板処理後の前記基板の透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルとの差分スペクトルを抽出する制御を行う制御部と、
を有し、
前記第１の入射角及び前記第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光が前記基板を透過した透過光又は反射した反射光のスペクトルにおいて、干渉信号が前記基板での吸光による変化よりも低下する入射角である、
基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、成膜用基板とモニタ用基板とを載置して成膜を行い、モニタ用基板に形成された薄膜を赤外分光法により分析し、分析値に基づいて成膜用基板に形成する膜の膜質を適正化する技術を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－５６０１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、基板処理による基板の状態を検出する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様による基板処理方法は、第１の測定工程と、基板処理工程と、第２の測定工程と、抽出工程とを有する。第１の測定工程は、凹部を含むパターンが形成された基板に対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理工程は、第１の測定工程の後、基板に対して基板処理を行う。第２の測定工程は、基板処理工程の後、基板処理された基板に対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する。抽出工程は、第１の測定工程により測定した透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルと第２の測定工程により測定した透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光が基板を透過した透過光又は反射した反射光のスペクトルにおいて、干渉信号が基板での吸光による変化よりも低下する入射角である。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、基板処理による基板の状態を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係る成膜装置の一例を示す概略断面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る成膜装置において基板を載置台から上昇させた状態を示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係る成膜装置の他の一例を示す概略構成図である。

【図4】図４は、実施形態に係るプラズマによる成膜を説明する図である。

【図5】図５は、実施形態に係る膜を成膜した基板の一例を示す図である。

【図6】図６は、従来のＦＴ－ＩＲ分析を説明する図である。

【図7A】図７Ａは、干渉信号の発生原因を説明する図である。

【図7B】図７Ｂは、干渉信号の発生原因を説明する図である。

【図8】図８は、分析結果の一例を示す図である。

【図9】図９は、基板に対する赤外光の入射角と赤外光の偏光の制御を説明する図である。

【図10】図１０は、実施形態に係る基板を概略的に示した図である。

【図11】図１１は、基板に対する赤外光の入射角と透過率の変化の一例を説明する図である。

【図12】図１２は、実施形態に係る特定方法の流れの一例を示すフローチャートである。

【図13】図１３は、実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。

【図14】図１４は、実施形態に係る差分データを説明する図である。

【図15A】図１５Ａは、成膜した膜のスペクトルの一例を示す図である。

【図15B】図１５Ｂは、干渉信号を抽出した結果の一例を示す図である。

【図15C】図１５Ｃは、干渉強度の入射角依存性の一例を示す図である。

【図16】図１６は、成膜した膜のスペクトルの一例を示す図である。

【図17】図１７は、成膜した膜のスペクトルの一例を示す図である。

【図18】図１８は、実施形態に係る成膜装置の他の一例を示す概略断面図である。

【図19】図１９は、実施形態に係る成膜装置の他の一例を示す概略構成図である。

【図20】図２０は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。

【図21】図２１は、スペクトルの一例を示す図である。

【図22】図２２は、差分スペクトルの一例を示す図である。

【図23】図２３は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。

【図24】図２４は、差分スペクトルの一例を示す図である。

【図25】図２５は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。

【図26】図２６は、差分スペクトルの一例を示す図である。

【図27】図２７は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。

【図28】図２８は、差分スペクトルの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本願の開示する基板処理方法及び基板処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する基板処理方法及び基板処理装置が限定されるものではない。

【0009】

半導体デバイスの製造では、凹部を含むパターンが形成された半導体ウエハ等の基板に対して、成膜装置によって成膜が行われる。成膜装置は、所定の真空度にされたチャンバ（処理容器）内に基板を配置し、チャンバ内に成膜原料ガスを供給する共にプラズマを生成して、基板に対して成膜を行う。成膜技術として、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等が知られている。

【0010】

ところで、基板に形成されるパターンの微細化が進み、プラズマを用いた成膜では、パターンに含まれる凹部の側壁・底部の膜質が悪くなりやすい。基板に形成された膜が所望の組成、膜質であるかを分析するために、しばしば赤外分光法が用いられる。具体的には、半導体デバイスを製造する実際の基板とは別に、平坦なモニタ用基板に成膜を行い、モニタ用基板に形成した膜を赤外分光法により分析することで、実際の基板に成膜した膜の状態を類推する。

【0011】

しかし、実際の基板とモニタ用基板では、成膜される膜の状態が異なり、モニタ用基板に成膜した膜を赤外分光法で分析しても、実際の基板に成膜された膜の状態を求めることができない。また、赤外分光法では、試料内での赤外光の多重反射の影響により干渉信号が発生する場合があり、干渉信号の影響により基板に成膜した膜の状態が検出し難い。

【0012】

なお、凹部を含むパターンが形成された基板に成膜した膜などの基板（試料）の状態を赤外分光法により検出する場合を例に課題を説明した。しかし、このような課題は、凹部を含むパターンが形成された基板に対して成膜やエッチング、改質などの各種の基板処理を行い、基板処理による試料の状態を赤外分光法により検出する場合全般に発生するものである。

【0013】

そこで、基板処理による試料の状態を検出する技術が期待されている。

【0014】

［実施形態］
［成膜装置の構成］
次に、実施形態について説明する。最初に、本開示の基板処理装置の一例について説明する。以下では、本開示の基板処理装置を成膜装置１００とし、成膜装置１００により、基板処理として成膜を行う場合を主な例として説明する。図１は、実施形態に係る成膜装置１００の概略構成の一例を示す概略断面図である。本実施形態では、成膜装置１００が本開示の基板処理装置に対応する。成膜装置１００は、１つの実施形態において、基板Ｗに対して成膜を行う装置である。図１に示す成膜装置１００は、気密に構成され、電気的に接地電位とされたチャンバ１を有している。このチャンバ１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜を形成されたアルミニウム、ニッケル等から構成されている。チャンバ１内には、載置台２が設けられている。

【0015】

載置台２は、例えばアルミニウム、ニッケル等の金属により形成されている。載置台２の上面には、半導体ウエハ等の基板Ｗが載置される。載置台２は、載置された基板Ｗを水平に支持する。載置台２の下面は、導電性材料により形成された支持部材４に電気的に接続されている。載置台２は、支持部材４によって支持されている。支持部材４は、チャンバ１の底面で支持されている。支持部材４の下端は、チャンバ１の底面に電気的に接続されており、チャンバ１を介して接地されている。支持部材４の下端は、載置台２とグランド電位との間のインピーダンスを下げるように調整された回路を介してチャンバ１の底面に電気的に接続されていてもよい。

【0016】

載置台２には、ヒータ５が内蔵されており、載置台２に載置される基板Ｗをヒータ５によって所定の温度に加熱することができる。載置台２は、冷媒を流通させるための流路（図示せず）が内部に形成され、チャンバ１の外部に設けられたチラーユニットによって温度制御された冷媒が流路内に循環供給されてもよい。ヒータ５による加熱と、チラーユニットから供給された冷媒による冷却とにより、載置台２は、基板Ｗを所定の温度に制御してもよい。なお、載置台２は、ヒータ５を搭載せず、チラーユニットから供給される冷媒のみで基板Ｗの温度制御を行ってもよい。

【0017】

なお、載置台２には、電極が埋め込まれていてもよい。この電極に供給された直流電圧によって発生した静電気力により、載置台２は、上面に載置された基板Ｗを吸着させることができる。

【0018】

載置台２は、基板Ｗを昇降するためのリフターピン６が設けられている。成膜装置１００では、基板Ｗを搬送する場合や、基板Ｗに対して赤外分光法による分析を行う場合、載置台２からリフターピン６を突出させ、リフターピン６で基板Ｗを裏面から支持して基板Ｗを載置台２から上昇させる。図２は、実施形態に係る成膜装置１００において基板Ｗを載置台２から上昇させた状態を示す図である。成膜装置１００には、基板Ｗが搬送される。例えば、チャンバ１の側壁には、基板Ｗを搬入出するための不図示の搬入出口が設けられている。この搬入出口には、当該搬入出口を開閉するゲートバルブが設けられている。基板Ｗを搬入出する際、ゲートバルブは、開状態とされる。基板Ｗは、搬送室内の搬送機構（図示せず）により搬入出口からチャンバ１内に搬入される。成膜装置１００は、チャンバ１外に設けられた昇降機構（図示せず）を制御してリフターピン６を上昇させて搬送機構から基板Ｗを受け取る。成膜装置１００は、搬送機構の退出後、昇降機構を制御してリフターピン６を下降させて基板Ｗを載置台２に載置する。

【0019】

載置台２の上方であってチャンバ１の内側面には、略円盤状に形成されたシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６は、セラミックス等の絶縁部材４５を介して、載置台２の上部に支持されている。これにより、チャンバ１とシャワーヘッド１６とは、電気的に絶縁されている。シャワーヘッド１６は、例えばニッケル等の導電性の金属により形成されている。

【0020】

シャワーヘッド１６は、天板部材１６ａと、シャワープレート１６ｂとを有する。天板部材１６ａは、チャンバ１内を上側から塞ぐように設けられている。シャワープレート１６ｂは、天板部材１６ａの下方に、載置台２に対向するように設けられている。天板部材１６ａには、ガス拡散空間１６ｃが形成されている。天板部材１６ａとシャワープレート１６ｂは、ガス拡散空間１６ｃに向けて開口する多数のガス吐出孔１６ｄが分散して形成されている。

【0021】

天板部材１６ａには、ガス拡散空間１６ｃへ各種のガスを導入するためのガス導入口１６ｅが形成されている。ガス導入口１６ｅには、ガス供給路１５ａが接続されている。ガス供給路１５ａには、ガス供給部１５が接続されている。

【0022】

ガス供給部１５は、成膜に用いる各種のガスのガス供給源にそれぞれ接続されたガス供給ラインを有している。各ガス供給ラインは、成膜のプロセスに対応して適宜分岐し、開閉バルブなどのバルブや、マスフローコントローラなどの流量制御器など、ガスの流量を制御する制御機器が設けられている。ガス供給部１５は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器などの制御機器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。

【0023】

ガス供給部１５は、ガス供給路１５ａに成膜に用いる各種のガスを供給する。例えば、ガス供給部１５は、成膜の原料ガスをガス供給路１５ａに供給する。また、ガス供給部１５は、パージガスや原料ガスと反応する反応ガスをガス供給路１５ａに供給する。ガス供給路１５ａに供給されたガスは、ガス拡散空間１６ｃで拡散されて各ガス吐出孔１６ｄから吐出される。

【0024】

シャワープレート１６ｂの下面と載置台２の上面とによって囲まれた空間は、成膜処理が行われる処理空間をなす。また、シャワープレート１６ｂは、載置台２と対になり、処理空間に容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を形成するための電極板として構成されている。シャワーヘッド１６には、整合器１１を介して高周波電源１０が接続されている。高周波電源１０からシャワーヘッド１６を介して処理空間４０に供給されたガスに高周波電力（ＲＦ電力）が印加されると共にシャワーヘッド１６からガスが供給されることで、処理空間にプラズマが形成される。なお、高周波電源１０は、シャワーヘッド１６に接続される代わりに載置台２に接続され、シャワーヘッド１６が接地されるようにしてもよい。本実施形態では、シャワーヘッド１６、ガス供給部１５、高周波電源１０などの成膜を実施する部分が本開示の基板処理部に対応する。本実施形態では、基板処理部により、基板Ｗに対して、基板処理として、成膜処理を行う。

【0025】

チャンバ１の底部には、排気口７１が形成されている。排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプや圧力調整バルブを有する。排気装置７３は、真空ポンプや圧力調整バルブを作動させることにより、チャンバ１内を所定の真空度まで減圧、調整できる。

【0026】

本実形態に係る成膜装置１００は、チャンバ１内の基板Ｗに対して赤外分光法（IR：infrared spectroscopy）の分析を行い、基板Ｗに成膜した膜の状態の検出が可能とされている。赤外分光法には、基板Ｗに赤外光を照射し、基板Ｗを透過した光（透過光）を測定する手法（透過法）と、基板Ｗを反射した光（反射光）を測定する手法（反射法）がある。図１に示した成膜装置１００は、基板Ｗを透過した透過光を測定する構成とした場合の例を示している。チャンバ１は、載置台２を介して相対する側壁に、窓８０ａ、窓８０ｂが設けられている。窓８０ａは、側壁の高い位置に設けられている。窓８０ｂは、側壁の低い位置に設けられている。窓８０ａ、窓８０ｂは、例えば石英などの赤外光に対して透過性を有する部材がはめ込まれ、封止されている。窓８０ａの外側には、赤外光を照射する照射部８１が設けられている。窓８０ｂの外側には、赤外光を検出可能な検出部８２が設けられている。

【0027】

赤外分光法の透過法での分析を行う場合、成膜装置１００は、図２に示したように、載置台２からリフターピン６を突出させ、基板Ｗを載置台２から上昇させる。窓８０ａ及び照射部８１は、照射部８１から照射された赤外光が窓８０ａを介して、上昇させた基板Ｗの上面に照射されるように位置が調整されている。また、窓８０ｂ及び検出部８２は、上昇させた基板Ｗを透過した赤外光による透過光が窓８０ｂを介して検出部８２に入射するように位置が調整されている。

【0028】

照射部８１は、照射した赤外光が窓８０ａを介して、上昇させた基板Ｗの中央付近の所定の領域に当たるように配置されている。例えば、照射部８１は、基板Ｗの１～１０ｍｍ程度の範囲の領域に赤外光を照射する。検出部８２は、基板Ｗの所定の領域を透過した透過光が窓８０ｂを介して入射するよう配置されている。

【0029】

本実形態に係る成膜装置１００は、赤外分光法により、基板Ｗを透過した透過光の波数毎の吸光度を求めることで、基板Ｗに成膜した膜の状態を検出する。具体的には、成膜装置１００は、フーリエ変換赤外分光法により、基板Ｗを透過した透過光の波数毎の吸光度を求めることで、基板Ｗに成膜した膜に含まれる物質を検出する。

【0030】

照射部８１は、赤外光を発する光源や、ミラー、レンズ等の光学素子を内蔵し、干渉させた赤外光を照射可能とされている。例えば、照射部８１は、光源で発生した赤外光が外部へ出射されるまでの光路の中間部分を、ハーフミラー等で２つの光路に分光し、一方の光路長を、他方の光路長に対して変動させて光路差を変えて干渉させて、光路差の異なる様々な干渉波の赤外光を照射する。なお、照射部８１は、光源を複数設け、それぞれの光源の赤外光を光学素子で制御して、光路差の異なる様々な干渉波の赤外光を照射可能としてもよい。

【0031】

検出部８２は、基板Ｗを透過した様々な干渉波の赤外光による透過光の信号強度を検出する。本実施形態では、照射部８１、検出部８２などの赤外分光法の測定を実施する部分が本開示の計測部に対応する。

【0032】

上記のように構成された成膜装置１００は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。制御部６０には、ユーザインターフェース６１と、記憶部６２とが接続されている。

【0033】

ユーザインターフェース６１は、工程管理者が成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボード等の操作部や、成膜装置１００の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等の表示部から構成されている。ユーザインターフェース６１は、各種の動作を受け付ける。例えば、ユーザインターフェース６１は、プラズマ処理の開始を指示する所定操作を受け付ける。

【0034】

記憶部６２には、成膜装置１００で実行される各種処理を制御部６０の制御にて実現するためのプログラム（ソフトウエア）や、処理条件、プロセスパラメータ等のデータが格納されている。なお、プログラムやデータは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用してもよい。或いは、プログラムやデータは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

【0035】

制御部６０は、例えば、プロセッサ、メモリ等を備えるコンピュータである。制御部６０は、ユーザインターフェース６１からの指示等に基づいてプログラムやデータを記憶部６２から読み出して成膜装置１００の各部を制御することで、後述する基板処理方法の処理を実行する。

【0036】

制御部６０は、データの入出力を行う不図示のインタフェースを介して、照射部８１及び検出部８２と接続され、各種の情報を入出力する。制御部６０は、照射部８１及び検出部８２を制御する。例えば、照射部８１は、制御部６０からの制御情報に基づいて、光路差の異なる様々な干渉波を照射する。また、制御部６０は、検出部８２により検出された赤外光の信号強度の情報が入力する。

【0037】

ここで、図１及び図２では、赤外分光法の透過法での分析が可能なように、成膜装置１００を、基板Ｗを透過した透過光を測定する構成とした場合の例を説明した。しかし、成膜装置１００は、赤外分光法の反射法での分析が可能なように構成してもよい。図３は、実施形態に係る成膜装置１００の他の一例を示す概略構成図である。図３に示した成膜装置１００は、基板Ｗを反射した反射光を測定する構成とした場合の例を示している。

【0038】

図３に示す成膜装置１００では、チャンバ１の側壁の載置台２を介して対向した位置に、窓８０ａ、窓８０ｂが設けられている。窓８０ａの外側には、赤外光を照射する照射部８１が設けられている。窓８０ｂの外側には、赤外光を検出可能な検出部８２が設けられている。窓８０ａ及び照射部８１は、照射部８１から照射された赤外光が窓８０ａを介して基板Ｗに照射されるように位置が調整されている。また、窓８０ｂ及び検出部８２は、基板Ｗで反射された赤外光が窓８０ｂを介して検出部８２に入射するように位置が調整されている。また、チャンバ１の窓８０ａ、窓８０ｂと異なる側壁には、基板Ｗを搬入出するための不図示の搬入出口が設けられている。この搬入出口には、当該搬入出口を開閉するゲートバルブが設けられている。

【0039】

照射部８１は、照射した赤外光が窓８０ａを介して基板Ｗの中央付近の所定の領域に当たるように配置されている。例えば、照射部８１は、基板Ｗの１～１０ｍｍ程度の範囲の領域に赤外光を照射する。検出部８２は、基板Ｗの所定の領域で反射された赤外光が窓８０ｂを介して入射するよう配置されている。このように、図３に示す成膜装置１００は、赤外分光法の反射法での分析が可能とされている。

【0040】

ところで、半導体デバイスは、微細化が進み、基板Ｗに形成されるパターンもナノスケールの複雑な形状を有する。プラズマを用いた成膜では、微細なパターンに含まれる凹部の側壁・底部の膜質が悪くなりやすい。図４は、実施形態に係るプラズマによる成膜を説明する図である。図４には、基板Ｗが示されている。基板Ｗには、ナノスケールの凹部９０ａを含むパターン９０が形成されている。例えば、図４では、基板Ｗは、複数の凹部９０ａを含むパターン９０としてトレンチ９２が形成されている。プラズマを用いた成膜では、イオンやラジカルが凹部９０ａの側壁や底部に届きづらく、凹部９０ａの側壁・底部の膜質が悪くなりやすい。膜質改善するために、凹部９０ａの側壁・底部の膜の組成を分析する必要がある。図５は、実施形態に係る膜を成膜した基板Ｗの一例を示す図である。図５は、凹部９０ａを有するパターン９０にプラズマＡＬＤにより膜９１を成膜した状態を模式的に示している。例えば、図５では、基板Ｗに形成されたトレンチ９２に膜９１が成膜されている。

【0041】

成膜した膜を分析する技術としては、例えば、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ－ＩＲ：Fourier transform Infrared spectroscopy）などの赤外分光法がある。

【0042】

図６は、従来のＦＴ－ＩＲ分析を説明する図である。従来、ＦＴ－ＩＲ分析は、半導体デバイスを製造する実際の基板Ｗとは別に、平坦なモニタ用基板に成膜を行い、モニタ用基板に赤外光を照射し、モニタ用基板を透過した光を分析することで、実際の基板Ｗに成膜した膜の状態を類推する。図６には、モニタ用として平坦なシリコン基板９５に、膜９１と同様の成膜条件でプラズマＡＬＤにより、膜９６を成膜した状態を模式的に示している。図６では、シリコン基板９５に赤外光を照射し、シリコン基板９５を透過した光を検出器で検出してＦＴ－ＩＲ分析を行っている。ＦＴ－ＩＲ分析では、透過光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルを求める。ＦＴ－ＩＲ分析では、スペクトルから化学結合の情報が得られる。また、ＦＴ－ＩＲ分析では、スペクトルから原子、分子の振動を観測でき、水素などの軽い原子を検出できる。例えば、膜９６では、赤外光を吸収して分子が振動するため、ＦＴ－ＩＲ分析により、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＨ、ＮＨなどの化学結合を検出できる。

【0043】

しかし、半導体デバイスを製造する実際の基板Ｗとモニタ用のシリコン基板９５では、成膜される膜の状態が異なり、シリコン基板９５に成膜した膜９６を赤外分光法で分析しても、基板Ｗに成膜した膜９１の状態を求めることができない。

【0044】

そこで、実際の基板Ｗに対して、以下のような処理を実施して、基板Ｗに成膜した膜の状態を検出する手法が考えられる。例えば、成膜前の基板Ｗに対して赤外分光法により測定を実施する。また、成膜後の基板Ｗに対して赤外分光法により測定を実施する。成膜前の基板Ｗで測定した光のスペクトルと成膜後の基板Ｗで測定した光のスペクトルとの差分を示す差分スペクトルを抽出し、抽出された差分スペクトルから、基板Ｗに成膜した膜の状態を検出する。

【0045】

ところで、半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、基板Ｗに形成されるパターン９０の高アスペクト比化が進み、パターン９０の凹部９０ａが深くなっている。例えば、３Ｄ ＮＡＮＤの製造では、基板Ｗに形成されるトレンチやビアなどのパターン９０の凹部９０ａが深くなっている。赤外分光法では、基板Ｗに形成されたパターン９０の凹部９０ａの深さが、赤外光の波長に近くなると、パターン９０内での赤外光の多重反射に起因した干渉信号の強度が顕著に大きくなる。この干渉信号の影響で基板Ｗに成膜した膜の状態が検出し難い。

【0046】

図７Ａ及び図７Ｂは、干渉信号の発生原因を説明する図である。図７Ａは、赤外分光法の透過法での分析を行う場合を示している。図７Ｂは、赤外分光法の反射法での分析を行う場合を示している。図７Ａ及び図７Ｂでは、７００ｎｍ以上の深さの凹部９０ａを含むパターン９０が基板Ｗに形成されている。このような基板Ｗに赤外光を照射すると、パターン９０（トレンチ９２）内で赤外光の多重反射が発生する。基板Ｗを透過した透過光を検出して赤外分光法により分析した場合、分析結果には、パターン９０（トレンチ９２）での多重の反射による干渉信号が発生する。このような試料内内での多重の反射は、薄膜干渉と呼ばれる。図８は、分析結果の一例を示す図である。図８は、Ｃ－Ｈ結合、Ｃ＝Ｏ結合を含んだ膜９１を成膜した基板Ｗを赤外分光法により分析結果であり、基板Ｗを透過した赤外光（透過光）の波数毎の吸光度が示されている。図８の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図８には、波数ごとの吸光度を示すスペクトルの波形Ｌ１が示されている。波形Ｌ１は、薄膜干渉により、周期的な変化が発生している。図８には、薄膜干渉による周期的な変化の成分を破線により波形Ｌ２として示している。このような干渉信号は、基板Ｗに形成されたパターン９０の凹部９０ａの深さが、赤外光の波長に近づくほど信号強度が大きくなる。具体的には、干渉信号は、パターン９０の凹部９０ａの深さが７００ｎｍ以上で顕著な大きさとなる。また、干渉信号は、凹部９０ａの深さが深くなるにつれて周期的な変化の周期が短くなる。波形Ｌ１は、基板Ｗに含まれる組成の成分に対応した波数の位置で吸光度が上昇する。例えば、波形Ｌ１は、Ｃ－Ｈ結合、Ｃ＝Ｏ結合に応じた波数の位置で吸光度が変化している。しかし、波形Ｌ１は、干渉信号の周期的な変化の影響により、Ｃ－Ｈ結合、Ｃ＝Ｏ結合による吸光度の変化が判別し難い状態となっている。例えば、どこをベースラインとするのかの判断が難しく、ベースラインの引き方に依存して定量結果が変わってしまう。

【0047】

基板Ｗのパターン９０部分での赤外光の多重反射は、基板Ｗに対する赤外光の入射角と赤外光の偏光を制御することで低減できる。図９は、基板Ｗに対する赤外光の入射角と赤外光の偏光の制御を説明する図である。赤外光の光路には、Ｐ偏光の赤外光のみを透過する偏光子８３が設けてられている。図９では、無偏光の赤外光を偏光子８３に照射し、偏光子８３を透過したＰ偏光の赤外光を基板Ｗに照射し、基板Ｗを透過した透過光を検出部８２で検出する例を示している。基板Ｗには、パターン９０が示されている。Ｐ偏光の赤外光は、基板Ｗに対する入射角θに応じてパターン９０とその下地膜の界面で一部が反射する。図１０は、実施形態に係る基板Ｗを概略的に示した図である。基板Ｗには、ナノスケールの凹部９０ａを含むパターン９０が形成されている。例えば、図１０では、基板Ｗは、複数の凹部９０ａを含むパターン９０としてトレンチ９２が形成されている。Ｐ偏光の赤外光は、基板Ｗに対する入射角θに応じてトレンチ９２と、トレンチ９２の下地膜９３との界面で一部が反射する。Ｐ偏光の赤外光がパターン９０とその下地膜の界面を透過する透過率は、基板Ｗに対する入射角θによって変化する。図１１は、基板Ｗに対する赤外光の入射角と透過率の変化の一例を説明する図である。図１１には、Ｐ偏光の赤外光とＳ偏光の赤外光の基板Ｗに対する入射角の変化に対する透過率の変化を示している。Ｓ偏光の赤外光は、入射角が大きくなるほど透過率が低下する。一方、Ｐ偏光の赤外光は、入射角が大きくなると一旦上昇して透過率が１（１００％）となった後、透過率が低下する。この透過率が１となる入射角は、ブリュースター角と呼ばれる。ブリュースター角では、パターン９０とその下地膜の界面をＰ偏光の赤外光が全て透過する。このブリュースター角は、膜９１の成分等によって変化する。なお、基板Ｗでは、Ｐ偏光の赤外光がブリュースター角で入射した場合でも、例えば、パターン９０の空気との界面や下地膜９３と空気との界面など、パターン９０と下地膜の界面以外でＰ偏光の赤外光が一部反射する。このため、基板Ｗに対してＰ偏光の赤外光をブリュースター角で入射させた場合であっても、赤外分光法の反射法による分析は、可能である。

【0048】

そこで、実施形態に係る成膜装置１００では、照射部８１の赤外光の光路に、Ｐ偏光の赤外光のみを透過する偏光子８３を設けて、照射部８１からＰ偏光の赤外光を照射するように構成する。

【0049】

また、実施形態に係る成膜装置１００では、成膜前の基板Ｗに対して、第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射して赤外分光法により測定を実施する。また、成膜装置１００では、成膜後の基板Ｗに対して、第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射して赤外分光法により測定を実施する。第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光が基板Ｗを透過又は反射した光のスペクトルにおいて、干渉信号が基板Ｗでの吸光による変化よりも低下する入射角とする。図１に示した実施形態に係る成膜装置１００では、第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光が基板Ｗを透過した光のスペクトルにおいて、干渉信号が基板Ｗでの吸光による変化よりも低下する入射角とする。図３に示した実施形態に係る成膜装置１００では、第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光が基板Ｗを反射した光のスペクトルにおいて、干渉信号が基板Ｗでの吸光による変化よりも低下する入射角とする。第１の入射角及び第２の入射角は、同じ角度であってもよく、異なる角度であってもよい。第１の入射角及び第２の入射角は、予め定められていてもよい。第１の入射角及び第２の入射角を具体的に特定する手法は、後述する。

【0050】

実施形態に係る成膜装置１００は、基板Ｗの所定の領域に対して、照射部８１から照射したＰ偏光の赤外光が第１の入射角及び第２の入射角で入射するように、照射部８１の位置を調整して配置してもよい。例えば、図１に示した成膜装置１００は、載置台２からリフターピン６を突出させて上昇させた基板Ｗの所定の領域に対して、照射部８１から照射したＰ偏光の赤外光が第１の入射角及び第２の入射角で入射するように、照射部８１の位置を調整して配置してもよい。また、成膜装置１００は、基板Ｗの所定の領域を透過した透過光が窓８０ｂを介して検出部８２に入射するように、検出部８２の位置を調整して配置してもよい。また、図３に示した成膜装置１００は、載置台２に載置された基板Ｗの所定の領域に対して、照射部８１から照射したＰ偏光の赤外光が第１の入射角及び第２の入射角で入射するように、照射部８１の位置を調整して配置してもよい。また、成膜装置１００は、基板Ｗの所定の領域を反射した反射光が窓８０ｂを介して検出部８２に入射するように、検出部８２の位置を調整して配置してもよい。第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光の基板Ｗに対するブリュースター角を基準とした所定角度範囲内の入射角とする。干渉信号は、入射角に対して連続的に変化し、ブリュースター角から若干ずれていても、干渉信号の強度は小さくなる。所定角度範囲は、干渉信号の信号レベルが基板Ｗに含まれる物質による信号レベルと同等以下になるような角度範囲であればよい。例えば、所定角度範囲は、ブリュースター角から－４０°～＋１０°の範囲であればよく、ブリュースター角から－３０～＋７．５°の範囲とすることが好ましく、ブリュースター角から－２０°～＋５°の範囲とすることがより好ましい。角度範囲について、マイナスの範囲は、入射角が小さくなり、基板Ｗに対して、より垂直方向から入射することを示す。また、プラスの範囲は、入射角が大きくなり、基板Ｗに対して、より水平方向から入射することを示す。第１の入射角及び第２の入射角は、同じ角度であってもよく、異なる角度であってもよい。例えば、第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光の基板Ｗに対するブリュースター角とする。

【0051】

また、実施形態に係る成膜装置１００は、照射部８１から基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成してもよい。例えば、図１及び図３では、不図示の駆動機構により、照射部８１を上下方向に移動可能及び回転可能に構成して、照射部８１から基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成している。制御部６０は、照射部８１の位置及び回転角度を変えて、基板Ｗに対するＰ偏光の赤外光の入射角を第１の入射角や第２の入射角に調整する。第１の入射角や第２の入射角は、成膜装置１００で特定してもよく、ユーザインターフェース６１から指定されてもよく、ネットワーク等を介して他の装置から指定されてもよい。

【0052】

第１の入射角及び第２の入射角を特定する手法について説明する。以下では、図１及び図３に示したように照射部８１から基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成した成膜装置１００を用いて第１の入射角及び第２の入射角を特定する場合を例に説明する。

【0053】

例えば、実施形態に係る成膜装置１００は、実際の基板Ｗを用いて調整用の測定を実施する。調整用の測定では、凹部９０ａを含むパターン９０が表面に形成された基板Ｗが載置台２に載置される。成膜装置１００では、基板Ｗに対して複数の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角でそれぞれ基板Ｗの透過光又は反射した反射光を測定する。例えば、図１に示したように透過光を測定する場合、制御部６０は、載置台２からリフターピン６を突出させ、リフターピン６で基板Ｗを裏面から支持して基板Ｗを載置台２から上昇させる。制御部６０は、照射部８１の位置及び回転角度を変えて、照射部８１から基板Ｗに対して複数の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角でそれぞれ基板Ｗの透過光を検出部８２で検出する。なお、図３に示したように反射光を測定する場合、リフターピン６で基板Ｗを上昇させなくてもよい。

【0054】

制御部６０は、検出部８２で検出されたデータから、複数の入射角について、各入射角での透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルを求める。各入射角のスペクトルには、薄膜干渉による干渉信号が含まれる。干渉信号は、入射角によって変化する。制御部６０は、複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルから、干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。例えば、各入射角のスペクトルは、基板Ｗに含まれる各物質に応じて、物質に対応した波数の信号レベルが変化する。このため、基板Ｗに含まれる物質によって、信号レベルの変化が小さい波数範囲が定まる。例えば、基板Ｗに含まれる物質において、信号レベルに変化が生じない波数範囲を、信号レベルの変化が小さい波数範囲と定める。基板Ｗに含まれる物質による信号レベルの変化が小さい波数範囲について、各入射角のスペクトルの周期的な強度変化の振幅が変化している場合、その振幅の変化は、干渉信号によるものであると推測される。制御部６０は、各入射角のスペクトルについて、基板Ｗに含まれる物質による信号レベルの変化が小さい波数範囲の信号レベルを比較し、干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。例えば、制御部６０は、各入射角のスペクトルから、信号レベルの変化が小さい波数範囲内での周期的な強度変化の振幅をそれぞれ求め、振幅が最も小さくなる入射角を求める。そして、制御部６０は、実際に基板Ｗに照射した複数の入射角の中から、干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。なお、制御部６０は、実際に基板Ｗに照射した複数の入射角での信号レベルのピークから、入射角と信号レベルのピークとの関係を回帰分析等で分析して信号レベルのピークが最も小さくなる入射角を求めてもよい。例えば、制御部６０は、回帰分析して得られた入射角と信号レベルのピークとの関係から入射角を信号レベルのピークが最も小さくなる入射角と求めてもよい。すなわち、制御部６０は、実際に基板Ｗに照射した複数の入射角以外の入射角を信号レベルのピークが最も小さくなる入射角と求めてもよい。

【0055】

制御部６０は、干渉信号が最も小さくなる入射角から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。例えば、制御部６０は、第１の入射角及び第２の入射角を干渉信号が最も小さくなる入射角と特定する。成膜装置１００は、第１の入射角及び第２の入射角を干渉信号が最も小さくなる入射角とすることで、第１の入射角及び第２の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルに含まれる干渉信号を小さくすることができる。

【0056】

ここで、第１の入射角及び第２の入射角が、干渉信号が最も小さくなる入射角から若干ずれていても、干渉信号を十分に小さくすることができる。

【0057】

そこで、制御部６０は、干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角及び第２の入射角を特定してもよい。所定角度範囲は、干渉信号の信号レベルが基板Ｗに含まれる物質による信号レベルと同等以下になるような角度範囲であればよい。例えば、所定角度範囲は、干渉信号が最も小さくなる入射角から－４０°～＋１０°の範囲であればよく、干渉信号が最も小さくなる入射角から－３０～＋７．５°の範囲とすることが好ましく、干渉信号が最も小さくなる入射角から－２０°～＋５°の範囲とすることがより好ましい。例えば、制御部６０は、干渉信号が最も小さくなる入射角から－４０°～＋１０°の範囲から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。第１の入射角及び第２の入射角は、同じ角度であってもよく、異なる角度であってもよい。

【0058】

また、実施形態に係る成膜装置１００は、膜を成膜する成膜前の基板Ｗ、及び膜を成膜した成膜後の基板Ｗに対して、それぞれ調整用の測定を実施してもよい。成膜後の基板Ｗは、成膜装置１００で成膜を実施した基板であってもよく、他の成膜装置で成膜を実施した基板であってもよい。

【0059】

この場合、調整用の測定では、成膜前の基板Ｗが載置台２に載置される。成膜装置１００では、成膜前の基板Ｗに対して複数の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角でそれぞれ基板Ｗの透過光又は反射光を測定する。制御部６０は、成膜前の基板Ｗの透過光のスペクトルから干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。また、調整用の測定では、成膜後の基板Ｗが載置台２に載置される。成膜装置１００では、成膜後の基板Ｗに対して複数の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角でそれぞれ基板Ｗの透過光を測定する。制御部６０は、成膜後の基板Ｗの透過光又は反射光のスペクトルから干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。制御部６０は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。

【0060】

例えば、制御部６０は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角を特定してもよい。所定角度範囲は、干渉信号の信号レベルが基板Ｗに含まれる物質による信号レベルと同等以下になるような角度範囲であればよい。例えば、所定角度範囲は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角から－４０°～＋１０°の範囲であればよく、干渉信号が最も小さくなる入射角から－３０～＋７．５°の範囲とすることが好ましく、干渉信号が最も小さくなる入射角から－２０°～＋５°の範囲とすることがより好ましい。例えば、制御部６０は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角から－４０°～＋１０°の範囲から第１の入射角を特定する。また、制御部６０は、成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第２の入射角を特定してもよい。所定角度範囲は、干渉信号の信号レベルが基板Ｗに含まれる物質による信号レベルと同等以下になるような角度範囲であればよい。例えば、所定角度範囲は、成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角から－４０°～＋１０°の範囲であればよく、干渉信号が最も小さくなる入射角から－３０～＋７．５°の範囲とすることが好ましく、干渉信号が最も小さくなる入射角から－２０°～＋５°の範囲とすることがより好ましい。例えば、制御部６０は、成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角から－４０°～＋１０°の範囲から第２の入射角を特定する。

【0061】

また、例えば、制御部６０は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角の中間の角度を基準とした所定角度範囲から第１の入射角と第２の入射角を同じ角度として特定してもよい。例えば、制御部６０は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角の間の中央となる角度を基準とした所定角度範囲から第１の入射角と第２の入射角を同じ角度として特定してもよい。所定角度範囲は、干渉信号の信号レベルが基板Ｗに含まれる物質による信号レベルと同等以下になるような角度範囲であればよい。例えば、所定角度範囲は、中間の角度から－４０°～＋１０°の範囲であればよく、中間の角度から－３０～＋７．５°の範囲とすることが好ましく、中間の角度から－２０°～＋５°の範囲とすることがより好ましい。例えば、制御部６０は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角の中間の角度から－４０°～＋１０°の範囲から、第１の入射角と第２の入射角を同じ角度として特定する。

【0062】

ところで、ブリュースター角は、屈折率から演算により算出できる。例えば、図１０のようにトレンチ９２と下地膜９３との界面でのブリュースター角は、トレンチ９２部分と下地膜９３部分の屈折率から演算により算出できる。トレンチ９２部分の屈折率をｎ_trenchとし、下地膜９３部分の屈折率ｎ_substrateとすると、ブリュースター角θ_Ｂは、以下の式（１）から算出できる。

【0063】

θ_Ｂ ＝ Ａｒｃｔａｎ（ｎ_substrate／ｎ_trench） ・・・（１）

【0064】

例えば、基板Ｗの凹部９０ａ部を含むパターン９０は、大気とシリコン（Ｓｉ）で形成されており、大気とシリコンの体積比が０．３５とする。この場合、ｎ_trenchは、以下の式（２）から算出できる。

【0065】

ｎ_trench ＝ ０．６５ｎ_ｓｉ＋０．３５ｎ_ａｉｒ ・・・（２）
＝ ０．６５×３．５＋０．３５×１
＝ ２．６３
ここで、ｎ_ｓｉは、シリコンの屈折率である。
ｎ_ａｉｒは、凹部、つまり大気の屈折率である。

【0066】

この場合、式（１）から、ブリュースター角θ_Ｂは、式（１）から以下の式（３）のように５３°と算出できる。

【0067】

θ_Ｂ ＝ Ａｒｃｔａｎ（３．５／２．６３）＝５３ｄｅｇｒｅｅ ・・・（３）

【0068】

そこで、制御部６０は、調整用の測定を実施せずに、演算により第１の入射角及び第２の入射角を特定してもよい。例えば、制御部６０は、基板Ｗに形成されたパターン９０部分（トレンチ９２部分）と当該パターン９０部分の下層（下地膜９３）の屈折率から演算によりブリュースター角を算出する。制御部６０は、算出したブリュースター角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角及び第２の入射角を特定してもよい。所定角度範囲は、干渉信号の信号レベルが基板Ｗに含まれる物質による信号レベルと同等以下になるような角度範囲であればよい。例えば、所定角度範囲は、ブリュースター角から－４０°～＋１０°の範囲であればよく、ブリュースター角から－２０°～＋５°の範囲とすることが好ましく、ブリュースター角から－３０～＋７．５°の範囲とすることがより好ましい。例えば、制御部６０は、ブリュースター角から－４０°～＋１０°の範囲から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。

【0069】

次に、実施形態に係る成膜装置１００が実施する処理の流れを説明する。最初に、実施形態に係る成膜装置１００が、第１の入射角及び第２の入射角を特定する特定方法の流れを説明する。図１２は、実施形態に係る特定方法の流れの一例を示すフローチャートである。

【0070】

最初に、基板Ｗに対して複数の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角でそれぞれ基板Ｗの透過光又は反射光を測定する（ステップＳ１０）。例えば、凹部９０ａを含むパターン９０が表面に形成された基板Ｗが載置台２に載置される。成膜装置１００では、制御部６０が、照射部８１を制御し、照射部８１から複数の入射角で基板ＷにＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を検出部８２で検出する。

【0071】

次に、複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルに基づいて、第１の入射角及び第２の入射角を特定し（ステップＳ１１）、処理を終了する。例えば、制御部６０は、検出部８２により検出したデータから、複数の入射角について、各入射角での透過光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルを求める。制御部６０は、複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルから、干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。制御部６０は、干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。例えば、制御部６０は、第１の入射角及び第２の入射角を干渉信号が最も小さくなる入射角と特定する。

【0072】

次に、実施形態に係る成膜装置１００が実施する基板処理方法の流れを説明する。図１３は、実施形態に係る基板処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。本実施形態では、基板処理を成膜処理とし、基板処理方法により、基板に成膜を行う場合を例に説明する。

【0073】

最初に、成膜前の凹部を含むパターン９０が形成された基板に対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する（ステップＳ２０）。例えば、凹部９０ａを含むパターン９０が表面に形成された基板Ｗが載置台２に載置される。成膜装置１００では、制御部６０が、照射部８１を制御し、成膜前に、照射部８１から基板Ｗに対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光を検出部８２で検出する。

【0074】

次に、ＣＶＤ、ＡＬＤなどを用いて基板に膜を成膜する（ステップＳ２１）。例えば、制御部６０は、ガス供給部１５、高周波電源１０を制御し、プラズマＡＬＤにより基板Ｗの表面に膜９１を成膜する。

【0075】

次に、成膜後の基板に対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板を透過した透過光又は反射した反射光を測定する（ステップＳ２２）。例えば、成膜装置１００では、制御部６０が、照射部８１を制御し、成膜後に、照射部８１から基板Ｗに対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を検出部８２で検出する。

【0076】

次に、ステップＳ２０で測定した成膜前の基板Ｗの透過光のスペクトルと、ステップＳ２２で測定した成膜後の基板Ｗの透過光又は反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する（ステップＳ２３）。例えば、制御部６０は、ステップＳ２０で検出部８２により検出したデータから、成膜前の基板Ｗの透過光又は反射光のスペクトルを求める。また、制御部６０は、ステップＳ２２で検出部８２により検出したデータから、成膜後の基板Ｗの透過光又は反射光のスペクトルを求める。制御部６０は、成膜前の基板Ｗの透過光又は反射光のスペクトルと成膜後の基板Ｗの透過光又は反射光のスペクトルの差分スペクトルを抽出する。例えば、制御部６０は、波数毎に、成膜後の赤外光のスペクトルから成膜前の赤外光のスペクトルを減算して、膜９１による波数毎の赤外光の吸光度を示す差分スペクトルを差分データとして抽出する。図１４は、実施形態に係る差分データを説明する図である。図１４には、「成膜前」として、凹部９０ａを含むパターン９０が形成された基板Ｗが示されている。また、「成膜後」として、パターン９０上に膜９１が形成された基板Ｗが示されている。成膜後の透過光又は反射光のスペクトルから成膜前の透過光又は反射光のスペクトルとの差分を抽出することで、差分スペクトルとして膜９１のスペクトルの信号を抽出できる。

【0077】

次に、抽出された差分スペクトルに基づき、基板Ｗに成膜した膜の状態を表示する（ステップＳ２４）。例えば、制御部６０は、差分データが示す差分スペクトルに基づき、膜９１に含まれる化学結合を検出し、検出した化学結合をユーザインターフェース６１に表示する。

【0078】

また、抽出された差分スペクトルに基づき、成膜のプロセスパラメータを制御する（ステップＳ２５）。例えば、制御部６０は、差分データが示す差分スペクトルに基づき、膜９１に含まれる化学結合を検出し、検出した化学結合に応じてプロセスパラメータを制御する。

【0079】

図１２に示した特定方法の処理は、図１３に示した基板処理方法の処理とは、別に実施してもよく、図１３に示した基板処理方法の前や、基板処理方法の後に実施してもよい。例えば、特定方法の処理は、成膜装置１００の導入時やメンテナンス終了時など、定期的に実施してもよい。これにより、成膜装置１００は、第１の入射角及び第２の入射角を定期的に調整できる。また、特定方法の処理は、基板処理方法の処理の前に実施してもよい。これにより、成膜装置１００は、成膜する基板Ｗ毎に、基板Ｗに対して第１の入射角及び第２の入射角を適切に調整できる。また、特定方法の処理は、基板処理方法の処理の前と、基板Ｗに膜を成膜した後（ステップＳ２１とステップＳ２２の間）にそれぞれ実施してもよい。これにより、成膜装置１００は、成膜前の基板Ｗに対して第１の入射角を適切に調整でき、成膜後の基板Ｗに対して第２の入射角を適切に調整できる。

【0080】

ここで、具体的な検出結果の一例を説明する。実施例として、第１の入射角及び第２の入射角を同じ角度として、凹部９０ａを含むパターン９０が形成された基板Ｗに、実施形態に係る基板処理方法により、膜９１を成膜し、成膜した膜９１のスペクトルの入射角依存性を調査した。

【0081】

図１５Ａは、成膜した膜のスペクトルの一例を示す図である。図１５Ａの横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図１５Ａでは、入射角ごとのスペクトルを重ならないように任意にシフトさせて示しており、入射角ごとのスペクトルにそれぞれ対応させて入射角を示している。図１５Ａでは、膜９１に含まれる物質による信号レベルの変化が小さい波数範囲のスペクトルを示している。すべてのスペクトルは、干渉信号により、周期的に変化が発生している。しかしながら、入射角度に依存して干渉信号の強度は変化している。例えば周期的な変化の中点をなぞってベースライン処理をすることで、干渉信号を抽出し、その強度を算出することができる。図１５Ｂは、干渉信号を抽出した結果の一例を示す図である。図１５Ｂでは、周期的信号の中点でベースライン処理したものを、図１５Ａと同様に、縦方向にシフトさせて示しており、入射角ごとの干渉信号にそれぞれ対応させて入射角を示している。図１５Ｃは、干渉強度の入射角依存性の一例を示す図である。図１５Ｃは、周期的ノイズの中点でベースライン処理したデータについて、１９００～２６００ｃｍ^－１の範囲で１周期分の信号から振幅を算出したものである。干渉強度は、入射角に依存して変化し、ブリュースター角付近である５７．５°では、入射角０°に対して干渉信号が１／５に減少している。このように、入射角をブリュースター角に近づけて測定することで、干渉信号が小さく抑えられているため、膜９１の状態を精度良く検出できる。

【0082】

上述のように、パターン９０の凹部９０ａの深さが７００ｎｍ以上となると、干渉信号の影響により、膜９１による吸光度の変化が判別し難くなる。パターン９０の凹部９０ａの深さが７００ｎｍ以上の場合は、実施形態に基板処理方法により、差分スペクトルを求めることで、干渉信号を小さく抑えることができる。干渉信号は、基板Ｗに形成されたパターン９０の凹部９０ａの深さが、赤外光の波長に近づくほど信号強度が大きくなる。また、干渉信号は、凹部９０ａの深さが深くなるにつれて周期的な変化の周期が短くなる。このため、パターン９０の凹部９０ａの深さが深くなるほど、実施形態に基板処理方法により、差分スペクトルを求めることが好ましい。例えば、パターン９０の凹部９０ａの深さが１０００ｎｍ以上となると、干渉信号の影響により、膜９１による吸光度の変化がより判別し難いなり、パターン９０の凹部９０ａの深さが１５００ｎｍ以上となると、干渉信号の影響により、膜９１による吸光度の変化がさらに判別し難くなる。このため、パターン９０の凹部９０ａの深さが７００ｎｍ以上の場合は、本実施形態に基板処理方法により、差分スペクトルを求めることで、干渉信号を小さく抑えて膜９１の状態を精度良く検出できる。特に、パターン９０の凹部９０ａの深さが１０００ｎｍ以上、より好ましくは、パターン９０の凹部９０ａの深さが１５００ｎｍ以上の場合は、基板処理方法により、差分スペクトルを求めることで、干渉信号の影響を抑えて膜９１の状態を精度良く検出できる。

【0083】

一方、パターン９０の凹部９０ａの深さが２ｍｍを超えると、干渉信号の周期が極端に短くなり、装置分解能の範囲で平均化されて目立たなくなる。このため、実施形態に基板処理方法は、パターン９０の凹部９０ａの深さが７００ｎｍ以上、２ｍｍ以下の範囲である場合に適用することが好ましい。

【0084】

次に、実施例として、第１の入射角及び第２の入射角をブリュースター角近傍である５７．５°として、凹部９０ａを含むパターン９０が形成された基板Ｗに、実施形態に係る基板処理方法により、膜９１を成膜し、成膜した膜９１のスペクトルを求めた。

【0085】

また、比較例として、第１の入射角及び第２の入射角をブリュースター角近傍である５７．５°として、平坦なシリコン基板９５に、膜９１と同様の成膜条件で、膜９６を成膜し、成膜した膜９６のスペクトルを求めた。

【0086】

図１６は、成膜した膜のスペクトルの一例を示す図である。図１６の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図１６には、凹部９０ａを含むパターン９０が形成された基板Ｗに成膜した膜９１のスペクトルを示す線Ｌ５が示されている。また、比較例として、平坦なシリコン基板９５に成膜した膜９６のスペクトルを示す線Ｌ６が示されている。図５に示したように、凹部９０ａを含むパターン９０が形成された基板Ｗでは、膜９１が、パターン９０の凹部９０ａの側壁や底部にも成膜される。このため、基板Ｗに成膜した膜９１は、平坦なシリコン基板９５上の膜９６よりも体積が大きい。このため、基板Ｗに成膜した膜９１のスペクトルを示す線Ｌ５は、平坦なシリコン基板９５に成膜した膜９６のスペクトルを示す線Ｌ６も吸光度が大きい。線Ｌ５の方が線Ｌ６よりも微弱な信号も検出できるため、線Ｌ５の方が微量の物質も検出できる。赤外光は、波長が短いほど波数が大きくなる。また、吸収する赤外光の波数は、物質によって異なる。よって、ＦＴ－ＩＲ分析は、赤外光の波数からどのような物質が含まれるかを特定できる。また、ＦＴ－ＩＲ分析は、波数ごとの吸光度から物質の含有量を推定できる。また、ＦＴ－ＩＲ分析は、波数ごとの吸光度から成膜された膜の体積（膜厚）を推定できる。

【0087】

また、基板Ｗに成膜した膜９１は、パターン９０の凹部９０ａが深くなるほど、凹部９０ａの側壁の膜の部分の体積が大きくなる。よって、凹部９０ａが深くなるほど、線Ｌ５は、凹部９０ａの側壁の成分が支配的となる。すなわち、凹部９０ａが深くなるほど、線Ｌ５は、凹部９０ａの側壁の状態を表すようになる。

【0088】

図１７は、成膜した膜のスペクトルの一例を示す図である。図１７の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、ピーク強度で規格化した赤外光の吸光度である。図１７には、パターン９０を有する基板Ｗに成膜した膜９１のスペクトルを示す線Ｌ７と、比較例として、平坦なシリコン基板９５に成膜した膜９６のスペクトルを示す線Ｌ８が示されている。図１７は、ＳｉＯの化学結合を検出可能な波数範囲を示している。線Ｌ７と線Ｌ８は、スペクトルの形状が異なる。このことから、パターン９０が形成された基板Ｗと平坦なシリコン基板９５では、成膜された膜９１と膜９６の状態が異なる。例えば、膜に含まれるＳｉＯの結合が強いほどスペクトルのピーク波数が高くなる。また、膜に含まれるＳｉＯの構造乱れが小さい程、スペクトル幅は小さくなる。このことから、膜９６は、膜９１よりも膜質がよく、膜９１は、相対的に構造乱れの大きい状態であることが推測できる。

【0089】

制御部６０は、差分スペクトルに基づき、基板Ｗに成膜された膜９１の状態を表示する。例えば、制御部６０は、成膜された膜９１のスペクトルをユーザインターフェース６１に表示する。また、例えば、制御部６０は、成膜された膜９１のスペクトルにおける、物質や化学結合ごとの吸収される赤外光の波数の位置での吸光度から、膜９１に含まれる物質や化学結合を特定し、特定した物質や化学結合をユーザインターフェース６１に表示する。なお、制御部６０は、波数ごとの吸光度から、膜９１の膜厚を推定し、推定した膜厚をユーザインターフェース６１に表示してもよい。

【0090】

また、制御部６０は、差分スペクトルに基づき、成膜された膜９１の状態を検出し、検出した膜９１の状態に応じてプロセスパラメータを制御する。例えば、制御部６０は、膜９１が酸化や窒化不足である場合、反応を促進するように成膜のプロセスパラメータを制御する。これにより、成膜装置１００は、以降の成膜においてパターン９０上に成膜される膜９１の膜質を改善できる。

【0091】

なお、本実施形態では、膜９１の成膜前と成膜後のＦＴ－ＩＲ分析を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。成膜装置１００は、成膜中の特定の工程の前後でＦＴ－ＩＲ分析を行って透過光又は反射光の測定を行い、特定の工程での差分スペクトルを抽出してもよい。例えば、成膜装置１００は、膜９１をプラズマＡＬＤで成膜するものとする。プラズマＡＬＤでは、プリカーサの吸着工程、改質工程、反応工程、排気工程となどの各種の工程を順に実施する。成膜装置１００は、プラズマＡＬＤの特定の工程の前後でＦＴ－ＩＲ分析を行って透過光又は反射光の測定を行い、特定の工程での差分スペクトルを抽出してもよい。これにより、成膜装置１００は、プラズマＡＬＤの特定の工程の状態を検出できる。また、プラズマＡＬＤでプリカーサの吸着工程、改質工程、反応工程、排気工程となどの各種の工程を複数回繰り返す際に、所定の回数を繰り返した時点で測定してもよい。これにより、成膜装置１００は、プラズマＡＬＤの各種の工程を所定の回数を繰り返した時点での膜９１の状態を検出できる。また、成膜装置１００は、各工程中に常時、ＦＴ－ＩＲ分析を行い、各工程前の透過光又は反射光のスペクトルと、リアルタイムに測定される透過光又は反射光のスペクトルとの差分スペクトルを求めて、リアルタイムモニターしてもよい。これにより、成膜装置１００は、プラズマＡＬＤの各工程の状態をリアルタイムに検出できる。制御部６０は、差分スペクトルに基づき、プロセスパラメータを制御する。例えば、制御部６０は、吸着工程、改質工程、反応工程において、差分スペクトルから吸着や、改質、反応の状態を検出した結果、吸着や、改質、反応が不足している場合、不足した工程を実施するようにプロセスパラメータを制御する。これにより、吸着や、改質、反応の不足を抑制でき、成膜される膜９１の膜質を改善できる。また、不必要に長時間処理を行っている場合は、プロセス時間を短くし、生産性を高めることができる。また、例えば、成膜装置１００は、プラズマＡＬＤの各工程の前又は後でＦＴ－ＩＲ分析を行って透過光又は反射光を測定し、それぞれ工程で前の工程のスペクトルとの差分スペクトルを抽出することで、各工程の差分スペクトルを取得してもよい。これにより、成膜装置１００は、各工程の差分スペクトルから各工程の状態をリアルタイムで検出できる。

【0092】

このように、実施形態に係る基板処理方法は、第１の測定工程（ステップＳ２０）と、基板処理工程（ステップＳ２１）と、第２の測定工程（ステップＳ２２）と、抽出工程（ステップＳ２３）とを有する。第１の測定工程は、凹部９０ａを含むパターン９０が形成された基板Ｗに対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理工程は、第１の測定工程の後、基板Ｗに対して基板処理を行う。例えば、基板処理工程は、基板Ｗに膜９１を成膜する。第２の測定工程は、基板処理工程の後、基板処理された基板Ｗに対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。例えば、第２の測定工程は、膜９１が成膜された基板Ｗに対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、透過光又は反射光を測定する。抽出工程は、第１の測定工程により測定した透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルと第２の測定工程により測定した透過光又は反射光の波数毎の赤外光の吸光度を示すスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光が基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光のスペクトルにおいて、干渉信号が基板Ｗでの吸光による変化よりも低下する入射角である。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、抽出された差分スペクトルから、基板処理による試料の状態を検出できる。例えば、実施形態に係る基板処理方法は、抽出された差分スペクトルから、基板Ｗに成膜した膜９１の状態を検出できる。

【0093】

また、実施形態に係る基板処理方法は、特定工程（ステップＳ１１）をさらに有する。特定工程は、基板Ｗに応じた第１の入射角及び第２の入射角を特定する。第１の測定工程は、基板Ｗに対して、特定工程により特定した第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗの透過光又は反射光を測定する。第２の測定工程は、基板処理工程の後、基板Ｗに対して、特定工程により特定した第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗの透過光又は反射光を測定する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗに応じた第１の入射角及び第２の入射角を特定して測定を実施できるため、干渉信号の影響を抑えて基板処理による試料の状態を検出できる。例えば、実施形態に係る基板処理方法は、干渉信号の影響を抑えて基板Ｗに成膜した膜９１の状態を検出できる。

【0094】

また、実施形態に係る基板処理方法は、調整測定工程（ステップＳ１０）をさらに有する。調整測定工程は、基板Ｗに対して複数の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角でそれぞれ基板Ｗの透過光又は反射光を測定する。特定工程は、調整測定工程により複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルに基づいて、第１の入射角及び第２の入射角を特定する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、複数の入射角で基板Ｗの透過光又は反射光をそれぞれ測定した結果から、基板Ｗでの干渉信号が基板Ｗでの吸光による変化よりも低下する第１の入射角及び第２の入射角を特定できる。

【0095】

また、特定工程は、調整測定工程により複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルから、干渉信号が最も小さくなる入射角を求め、求めた入射角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗでの干渉信号が小さくなる第１の入射角及び第２の入射角を特定できる。

【0096】

また、特定工程は、基板Ｗに形成されたパターン部分（トレンチ９２部分）と当該パターン部分の下層（下地膜９３）の屈折率から演算によりブリュースター角を算出し、算出したブリュースター角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、調整測定工程を行わなくても、演算により、基板Ｗでの干渉信号が基板Ｗでの吸光による変化よりも低下する、基板Ｗに対応した第１の入射角及び第２の入射角を特定できる。

【0097】

また、特定工程は、第１の入射角及び第２の入射角を同じ角度として特定する。このように、第１の入射角及び第２の入射角を同じ角度とすることより、第１の測定工程の透過光又は反射光のスペクトルと第２の測定工程の光のスペクトルには、基板Ｗによる同様の信号が発生する。実施形態に係る基板処理方法は、第１の測定工程の透過光又は反射光のスペクトルと第２の測定工程の透過光又は反射光のスペクトルの差分スペクトルを求めることで、基板Ｗの信号を打ち消すことができ、基板Ｗに成膜した膜の状態を検出できる。

【0098】

また、調整測定工程は、基板処理前の基板Ｗ、及び基板処理後の基板Ｗに対して複数の入射角からＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角で基板Ｗの透過光又は反射光を測定する。特定工程は、基板処理前の基板Ｗ及び基板処理後の基板Ｗに対して複数の入射角でそれぞれ測定された透過光又は反射光のスペクトルから、基板処理前の基板Ｗと基板処理後の基板Ｗについてそれぞれ干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。特定工程は、基板処理前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と基板処理後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。例えば、調整測定工程は、膜９１を成膜する成膜前の基板Ｗ、及び膜９１を成膜した成膜後の基板Ｗに対して複数の入射角からＰ偏光の赤外光を照射し、複数の入射角で透過光又は反射光を測定する。特定工程は、成膜前の基板Ｗ及び成膜後の基板Ｗに対して複数の入射角でそれぞれ測定された光のスペクトルから、成膜前の基板Ｗと成膜後の基板Ｗについてそれぞれ干渉信号が最も小さくなる入射角を求める。そして、特定工程は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角から第１の入射角及び第２の入射角を特定する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、第１の測定工程及び第２の測定工程でそれぞれ基板Ｗでの干渉信号が小さくなる第１の入射角及び第２の入射角を特定できる。

【0099】

また、特定工程は、基板処理前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角を特定し、基板処理後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第２の入射角を特定する。例えば、特定工程は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第１の入射角を特定し、成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角を基準とした所定角度範囲から第２の入射角を特定する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、基板処理前の基板Ｗに合わせて第１の測定工程で干渉信号が小さくなる第１の入射角を特定でき、基板処理後の基板Ｗに合わせて第２の測定工程で干渉信号が小さくなる第２の入射角を特定できる。例えば、実施形態に係る基板処理方法は、成膜前の基板Ｗに合わせて第１の測定工程で干渉信号が小さくなる第１の入射角を特定でき、成膜後の基板Ｗに合わせて第２の測定工程で干渉信号が小さくなる第２の入射角を特定できる。

【0100】

また、特定工程は、基板処理前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と基板処理後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角の中間の角度を基準とした所定角度範囲から第１の入射角と第２の入射角を同じ角度として特定する。例えば、特定工程は、成膜前の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角と成膜後の基板Ｗで干渉信号が最も小さくなる入射角の中間の角度を基準とした所定角度範囲から第１の入射角と第２の入射角を同じ角度として特定する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、第１の測定工程と第２の測定工程でそれぞれ干渉信号が小さくなる第１の入射角と第２の入射角特定できる。また、第１の入射角と第２の入射角を同じ角度とすることより、第１の測定工程の光のスペクトルと第２の測定工程の光のスペクトルには、基板Ｗによる同様の信号が発生する。実施形態に係る基板処理方法は、第１の測定工程の光のスペクトルと第２の測定工程の光のスペクトルの差分スペクトルを求めることで、基板の信号を打ち消すことができ、成膜した膜のスペクトルを抽出できる。

【0101】

また、基板Ｗは、パターン９０の凹部９０ａの深さが７００ｎｍ以上とされている。このような基板Ｗでは、基板Ｗを透過又は反射した赤外線の光に大きな干渉信号が重畳するが、実施形態に係る基板処理方法により、干渉強度を低減して、基板処理による試料の状態を検出できる。例えば、実施形態に係る基板処理方法により、基板Ｗに成膜した膜９１の状態を検出できる。

【0102】

また、抽出工程は、第２の測定工程により測定した透過光又は反射光のスペクトルから第１の測定工程により測定した透過光又は反射光のスペクトルを減算して波数毎の赤外光の吸光度を示す差分スペクトルを抽出する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、抽出された差分スペクトルから、基板処理による試料の状態を検出できる。例えば、実施形態に係る基板処理方法は、差分スペクトルから、基板Ｗに成膜した膜９１の状態を検出できる。

【0103】

また、実施形態に係る基板処理方法は、表示工程（ステップＳ２４）をさらに有する。表示工程は、抽出工程により抽出された差分スペクトルに基づき、基板処理工程により基板Ｗに成膜された膜の状態を表示する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、基板処理による試料の状態を提示できる。例えば、実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗに実際に成膜した膜の状態を工程管理者に提示できる。

【0104】

また、実施形態に係る基板処理方法は、制御工程（ステップＳ２５）をさらに有する。制御工程は、抽出工程により抽出された差分スペクトルに基づき、基板処理工程のプロセスパラメータを制御する。これにより、実施形態に係る基板処理方法は、基板処理による試料の状態に応じてプロセスパラメータを調整でき、以降の基板処理において試料の状態を改善できる。例えば、実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗに実際に成膜した膜の状態に応じてプロセスパラメータを調整でき、以降の成膜において基板Ｗに成膜される膜９１の膜質を改善できる。

【0105】

以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【0106】

例えば、上記の実施形態では、照射部８１を上下方向に移動可能及び回転可能に構成して、基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成した場合を説明したが、これに限定されない。例えば、照射部８１から照射される赤外光の光路や、検出部８２に入射する赤外光の光路にミラー、レンズ等の光学素子を設け、光学素子により基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成してもよい。図１８は、実施形態に係る成膜装置１００の他の一例を示す概略断面図である。図１８に示す成膜装置１００は、照射部８１から照射される赤外光の光路や、検出部８２に入射する赤外光の光路にミラー８４が設けられている。ミラー８４は、不図示の駆動機構により移動及び回転が可能に構成されている。成膜装置１００は、ミラー８４の位置及び角度を変えることで基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成してもよい。

【0107】

また、上記の実施形態では、基板Ｗの中央付近で赤外光を透過させて基板Ｗの中央付近の膜の状態を検出する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、チャンバ１内に赤外光を反射するミラー、レンズ等の光学素子を設け、光学素子により基板Ｗの中央付近、周辺付近など複数の個所に照射し、それぞれの個所で透過光又は反射光を検出して基板Ｗの複数の個所それぞれの基板処理された基板Ｗの状態を検出してもよい。例えば、成膜前と成膜後に、基板Ｗの面内の複数個所でＦＴ－ＩＲ分析を行って検出した光のスペクトルを取得する。制御部６０は、複数個所のそれぞれについて、成膜前の基板Ｗで検出した光のスペクトルと成膜後の基板Ｗで検出した光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。制御部６０は、抽出した複数個所の差分スペクトルに基づいて基板処理工程のプロセスパラメータを制御する。例えば、制御部６０は、何れかの個所で膜９１が反応不足である場合、反応を促進するように成膜のプロセスパラメータを制御する。制御部６０は、複数個所の差分スペクトルに基づいて、基板Ｗの複数の個所で膜厚を推定して、膜厚の分布を検出してもよい。そして、制御部６０は、膜厚の分布を均一化しつつ所定の膜質となるようにプロセスパラメータを制御してもよい。例えば、制御部６０は、膜９１の膜厚の分布が不均一であり、何れかの個所で膜９１が反応不足である場合、膜９１を均一化しつつ反応を促進するように成膜のプロセスパラメータを制御する。

【0108】

また、上記の実施形態では、１つの基板Ｗの差分スペクトルから基板処理工程のプロセスパラメータを制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。複数の基板Ｗの差分スペクトルから基板Ｗ間の差分スペクトルの比較に基づいて基板処理工程のプロセスパラメータを制御してもよい。例えば、成膜装置１００は、複数の基板Ｗに成膜を行うと経時的な変化等に伴い、成膜される膜の状態が変化する場合がある。制御部６０は、基板Ｗ間の差分スペクトルの比較に基づいて、膜の状態の変化を抑制するように基板処理工程のプロセスパラメータを変更する。例えば、制御部６０は、膜９１が反応不足する場合、窒化を促進するよういに成膜のプロセスパラメータを制御する。これにより、複数の基板Ｗに成膜される膜の状態の変化を抑制できる。

【0109】

また、上記の実施形態では、１つの基板Ｗの差分スペクトルから基板処理工程のプロセスパラメータを制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。成膜装置１００は経時的にコンディションが変化し、同じ成膜条件（レシピ）で成膜を実施しても成膜される膜の状態が変化する場合がある。そこで、成膜装置１００は、数日毎や所定のタイミング毎など定期的に同じ成膜条件で成膜し、成膜前後でＦＴ－ＩＲ分析を行い、ＦＴ－ＩＲ分析の結果から成膜装置１００のコンディション診断を行ってもよい。例えば、成膜装置１００は、定期的に同じ成膜条件で基板Ｗに膜を成膜する。制御部６０は、同じ成膜条件で成膜された複数の基板Ｗの差分スペクトルから基板Ｗ間の差分スペクトルの比較に基づいて成膜装置１００のコンディションを診断する。これにより、成膜装置１００は、同じ成膜条件で成膜された膜の状態の変化からコンディションの変化を検出できる。

【0110】

また、上記の実施形態では、本開示の基板処理装置を、チャンバを１つ有するシングルチャンバータイプの成膜装置１００とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。本開示の基板処理装置は、チャンバを複数有するマルチチャンバタイプの成膜装置であってもよい。

【0111】

図１９は、実施形態に係る成膜装置２００の他の一例を示す概略構成図である。図１９に示すように、成膜装置２００は、４つのチャンバ２０１～２０４を有するマルチチャンバタイプの成膜装置である。成膜装置２００では、４つのチャンバ２０１～２０４においてそれぞれプラズマＡＬＤを実施する。

【0112】

チャンバ２０１～チャンバ２０４は、平面形状が七角形をなす真空搬送室３０１の４つの壁部にそれぞれゲートバルブＧを介して接続されている。真空搬送室３０１内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。真空搬送室３０１の他の３つの壁部には３つのロードロック室３０２がゲートバルブＧ１を介して接続されている。ロードロック室３０２を挟んで真空搬送室３０１の反対側には大気搬送室３０３が設けられている。３つのロードロック室３０２は、ゲートバルブＧ２を介して大気搬送室３０３に接続されている。ロードロック室３０２は、大気搬送室３０３と真空搬送室３０１との間で基板Ｗを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力を制御するものである。

【0113】

大気搬送室３０３のロードロック室３０２が取り付けられた壁部とは反対側の壁部には基板Ｗを収容するキャリア（ＦＯＵＰ等）Ｃを取り付ける３つのキャリア取り付けポート３０５が設けられている。また、大気搬送室３０３の側壁には、基板Ｗのアライメントを行うアライメントチャンバ３０４が設けられている。大気搬送室３０３内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。

【0114】

真空搬送室３０１内には、搬送機構３０６が設けられている。搬送機構３０６は、チャンバ２０１～チャンバ２０４、ロードロック室３０２に対して基板Ｗを搬送する。搬送機構３０６は、独立に移動可能な２つの搬送アーム３０７ａ，３０７ｂを有している。

【0115】

大気搬送室３０３内には、搬送機構３０８が設けられている。搬送機構３０８は、キャリアＣ、ロードロック室３０２、アライメントチャンバ３０４に対して基板Ｗを搬送するようになっている。

【0116】

成膜装置２００は、制御部３１０を有している。成膜装置２００は、制御部３１０によって、その動作が統括的に制御される。

【0117】

このように構成された成膜装置２００では、基板Ｗを赤外分光法により測定する測定部をチャンバ２０１～チャンバ２０４以外に設けてもよい。例えば、成膜装置２００は、基板Ｗを赤外分光法により測定する測定部を、真空搬送室３０１、ロードロック室３０２、大気搬送室３０３、及びアライメントチャンバ３０４の何れかに設ける。測定部には、Ｐ偏光の赤外光を照射する照射部と、赤外光を検出する検出部を配置する。照射部は、基板Ｗの所定の領域に対して、照射したＰ偏光の赤外光が第１の入射角及び第２の入射角で入射するように、位置を調整して配置してもよい。第１の入射角及び第２の入射角は、照射されたＰ偏光の赤外光の基板Ｗに対するブリュースター角を基準とした所定角度範囲内の入射角とする。第１の入射角及び第２の入射角は、同じ入射角としてもよい。検出部は、基板Ｗの所定の領域を透過又は反射した光が検出部に入射するように、位置を調整して配置してもよい。また、照射部は、基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成してもよい。例えば、照射部は、上下方向に移動可能及び回転可能に構成して、基板Ｗに入射するＰ偏光の赤外光の入射角を変更可能に構成してもよい。

【0118】

成膜装置２００は、ＦＴ－ＩＲ分析を行う場合、搬送機構３０６により基板Ｗを測定部に配置する。測定部は、照射部からＰ偏光の赤外光を基板Ｗに対して第１の入射角で照射し、基板Ｗを透過した透過光または反射した反射光を検出部で検出する。

【0119】

制御部３１０は、成膜前の基板Ｗを測定部により測定する。制御部３１０は、チャンバ２０１～チャンバ２０４の何れかにより基板Ｗに膜を成膜する。制御部３１０は、成膜後の基板Ｗを測定部により測定する。測定部は、照射部からＰ偏光の赤外光を基板Ｗに対して第２の入射角で照射し、基板Ｗを透過又は反射した光を検出部で検出する。

【0120】

制御部３１０は、成膜前の基板Ｗの透過光または反射光のスペクトルと成膜後の基板Ｗの透過光または反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。これにより成膜装置２００においても、凹部９０ａを含むパターン９０が形成された基板Ｗに成膜した膜の状態を検出できる。

【0121】

また、上記の実施形態では、基板処理工程を基板Ｗに成膜する成膜工程とし、本開示の技術を適用して基板処理による基板Ｗの状態として、基板Ｗに成膜した膜の状態を検出する例を説明してきたが、これに限定されるものではない。基板Ｗの状態を検出する基板処理工程は、例えば、成膜工程、エッチング工程、改質工程、レジスト塗布工程、洗浄工程、リソグラフィ工程、化学機械研磨工程、検査工程など半導体デバイスを製造する半導体製造工程に係る任意の工程であってもよいし、任意の工程の組合せを含む複数工程であってもよい。また、半導体製造工程に係る任意の工程及び／又はその組合せを含む複数工程の観点から、任意の工程や複数工程の前後に本開示の技術を適用することで、本開示の技術を工程内、工程間の診断、監視として適用してもよい。例えば、半導体製造の生産性（稼働率や歩留まりなど）に関わる各種トリガー（パーティクルや面内／面間分布など）に適用してもよい。

【0122】

ここで、基板処理工程を成膜工程以外とした例を説明する。図２０は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。図２０は、基板処理工程をドライエッチング工程とした場合を示している。図２０では、左側に、ドライエッチング前の基板Ｗが示されており、右側に、ドライエッチング後の基板Ｗが示されている。基板Ｗには、ナノスケールの凹部９０ａを含むパターン９０が形成されている。パターン９０には、ＳｉＮ膜１１０が成膜されている。図２０は、基板Ｗに対して、ＮＦ_３ガスを用いたドライエッチングを実施した場合を示している。基板処理装置は、ドライエッチングを行うエッチング装置とする。本実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗに対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定後、基板Ｗに対して、基板処理としてドライエッチングを行う。基板処理方法は、ドライエッチングの後、ドライエッチング後の基板Ｗに対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定したドライエッチング前の透過光又は反射光のスペクトルとドライエッチング後の透過光又は反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。図２１は、スペクトルの一例を示す図である。図２１の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図２１には、ドライエッチング前のスペクトルを示す線Ｌ１１とドライエッチング後のスペクトルを示す線Ｌ１２が示されている。また、図２１には、ＮＨ、ＳｉＮに対応する波数の位置が示されている。ドライエッチングの前後で、スペクトルを示す線Ｌ１１、Ｌ１２は、変化している。例えば、ＳｉＮに対応する波数部分のスペクトルの信号が変化している。図２２は、差分スペクトルの一例を示す図である。図２２の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図２２には、ドライエッチング前のスペクトルとドライエッチング後のスペクトルとの差分スペクトルを示す線Ｌ１３が示されている。また、図２２には、ＮＨ、ＳｉＮに対応する波数の位置が示されている。本実施形態に係る基板処理方法は、差分スペクトルから、基板処理による基板Ｗの状態を検出できる。例えば、ドライエッチングなどのエッチングでは、スペクトルでエッチングされた成分の信号が減少する。このため、差分スペクトルでは、エッチングされた成分に対応した波数の信号が負の値となる。よって、信号が負の値となる波数に対応する成分がエッチングされた成分であると検出できる。例えば、図２２では、ＳｉＮやＮＨの位置で線Ｌ１３の信号が減少していていることから膜中にＮＨを含むＳｉＮ膜１１０がエッチングされたことを検出できる。

【0123】

図２３は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。図２３は、基板処理工程をウェットエッチング工程とした場合を示している。図２３では、左側に、ウェットエッチング前の基板Ｗが示されており、右側に、ウェットエッチング後の基板Ｗが示されている。基板Ｗは、ナノスケールの凹部９０ａを含むパターン９０が形成されている。図２３は、パターン９０に形成されたＳｉＯ膜をウェットエッチングによりエッチングした場合を示している。基板処理装置は、ウェットエッチングを行うエッチング装置とする。本実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗに対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定後、基板Ｗに対して、基板処理としてウェットエッチングを行う。基板処理方法は、ウェットエッチングの後、ウェットエッチング後の基板Ｗに対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定したドライエッチング前の透過光又は反射光のスペクトルとドライエッチング後の透過光又は反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。図２４は、差分スペクトルの一例を示す図である。図２４の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図２４には、差分スペクトルを示す線Ｌ２０が示されている。また、図２４には、ＳｉＯに対応する波数の位置が示されている。本実施形態に係る基板処理方法は、差分スペクトルから、基板処理による基板Ｗの状態を検出できる。例えば、図２４では、線Ｌ２０から、ＳｉＯがエッチングされたことを検出できる。

【0124】

図２５は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。図２５は、成膜工程やエッチング工程などの基板処理工程により、基板Ｗに副生成物（byproduct）１２０が付着した場合を示している。基板Ｗは、凹部を含むパターンとしてトレンチ１２１が形成されている。本実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗに対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定後、基板Ｗに対して、基板処理を行う。基板処理方法は、基板処理の後、基板処理後の基板Ｗに対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定した基板処理前の透過光又は反射光のスペクトルと基板処理後の透過光又は反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。図２６は、差分スペクトルの一例を示す図である。図２６の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図２６には、差分スペクトルを示す線Ｌ３０が示されている。また、図２６には、ＮＨ_４Ｃｌに対応する波数の位置が示されている。本実施形態に係る基板処理方法は、差分スペクトルから、基板処理による基板Ｗの状態を検出できる。例えば、基板処理の結果で意図しない成分の信号に変化が差分スペクトルに生じているかから、基板Ｗの状態を検出できる。例えば、図２５に示したように、基板Ｗに副生成物１２０が付着した場合、差分スペクトルでは、副生成物１２０の成分に対応する波数の信号に変化が生じる。例えば、図２６では、副生成物１２０の成分であるＮＨ_４Ｃｌに対応する波数の信号に変化が生じている。このことから、本実施形態に係る基板処理方法は、基板処理により、基板Ｗに副生成物１２０が付着したことを検出できる。

【0125】

図２７は、実施形態に係る基板処理工程の一例を示す図である。図２７は、基板処理工程を、プラズマトリートメントなどの改質工程とした場合を示している。図２７では、図２０では、左側に、プラズマトリートメント前の基板Ｗが示されており、右側に、プラズマトリートメント後の基板Ｗが示されている。基板Ｗには、ナノスケールの凹部９０ａを含むパターン９０が形成されている。プラズマトリートメント前のパターン９０には、ＳｉＯ膜１３０が存在している。図２７は、基板Ｗに対して、プラズマトリートメントを実施してＳｉＯ膜１３０をＳｉＮ膜１３１に改質した場合を示している。基板処理装置は、プラズマトリートメントを行うプラズマ処理装置とする。本実施形態に係る基板処理方法は、基板Ｗに対して第１の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定後、基板Ｗに対して、基板処理としてプラズマトリートメントを行う。基板処理方法は、プラズマトリートメントの後、プラズマトリートメント後の基板Ｗに対して第２の入射角でＰ偏光の赤外光を照射し、基板Ｗを透過した透過光又は反射した反射光を測定する。基板処理方法は、測定したプラズマトリートメント前の透過光又は反射光のスペクトルとプラズマトリートメント後の透過光又は反射光のスペクトルとの差分スペクトルを抽出する。図２８は、差分スペクトルの一例を示す図である。図２８の横軸は、赤外光の波数である。縦軸は、赤外光の吸光度である。図２８には、差分スペクトルを示す線Ｌ４０が示されている。また、図２８には、ＳｉＯ、ＳｉＮに対応する波数の位置が示されている。本実施形態に係る基板処理方法は、差分スペクトルから、基板処理による基板Ｗの状態を検出できる。例えば、図２４では、線Ｌ４０から、ＳｉＯがＳｉＮに改質されたことを検出できる。

【0126】

また、上述の通り、本開示の基板処理装置は、シングルチャンバやチャンバを複数有するマルチチャンバタイプの基板処理装置を例に開示してきたが、このかぎりではない。例えば、複数枚の基板を一括で処理可能なバッチタイプの基板処理装置であってもよいし、カルーセル式のセミバッチタイプの基板処理装置であってもよい。

【0127】

なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0128】

Ｗ 基板
１ チャンバ
２ 載置台
６ リフターピン
１０ 高周波電源
１５ ガス供給部
１６ シャワーヘッド
６０ 制御部
６１ ユーザインターフェース
６２ 記憶部
８０ａ 窓
８０ｂ 窓
８１ 照射部
８２ 検出部
８３ 偏光子
８４ ミラー
９０ パターン
９０ａ 凹部
９１ 膜
９５ シリコン基板
９６ 膜
１００ 成膜装置
２００ 成膜装置
２０１～２０４ チャンバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】