特開 2023-37313 成膜システムおよび成膜方法

(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】P2023037313

(43)【公開日】2023-03-15

(54)【発明の名称】成膜システムおよび成膜方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20230308BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021143971

(22)【出願日】2021-09-03

(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】野沢 秀二

(72)【発明者】

【氏名】山口 達也

【テーマコード（参考）】

5F045

【Ｆターム（参考）】

5F045AA03

5F045AD04

5F045AD05

5F045AD06

5F045BB01

5F045EF05

5F045EK07

5F045GB09

5F045GB20

(57)【要約】

【課題】基板に形成される膜の厚さを精度よく制御する。
【解決手段】成膜システムは、成膜装置、測定装置、及び制御装置を備える。成膜装置は、処理容器、ステージ、構造物、及び窓を有する。構造物は、処理容器内に設けられ、凹部を有する。窓は、処理容器の壁面に設けられ、光を透過する部材により形成されている。測定装置は、発光部、受光部、及び測定部を有する。発光部は、窓を介して構造物に複数の波長の光を照射する。受光部は、構造物から反射した波長毎の光を窓を介して受光する。測定部は、構造物に照射した光の強度と構造物から反射した光の強度とに基づいて、構造物における波長毎の光の反射率を測定する。制御装置は、推定部及び制御部を有する。推定部は、構造物における波長毎の光の反射率に基づいて基板に形成された膜の厚さを推定する。制御部は、推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合に、基板への膜の形成を停止させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に膜を形成する成膜装置と、
前記成膜装置内の予め定められた位置に成膜された膜における波長毎の光の反射率を測定する測定装置と、
前記成膜装置および前記測定装置を制御する制御装置と
を備え、
前記成膜装置は、
処理容器と
前記処理容器内に設けられ、前記基板が載せられるステージと、
前記処理容器内に設けられ、凹部を有する構造物と、
前記処理容器の壁面に設けられ、光を透過する部材により形成された窓と
を有し、
前記測定装置は、
前記窓を介して前記構造物に複数の波長の光を照射する発光部と、
前記構造物から反射した波長毎の光を前記窓を介して受光する受光部と、
前記構造物に照射した光の強度と前記構造物から反射した光の強度とに基づいて、前記構造物における波長毎の光の反射率を測定する測定部と
を有し、
前記制御装置は、
前記構造物における波長毎の光の反射率に基づいて前記基板に形成された膜の厚さを推定する推定部と、
推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合に、前記基板への膜の形成を停止させる制御部と
を有する成膜システム。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記凹部の周囲に形成された膜の厚さに対応付けて、波長毎の光の反射率の分布を示すデータを格納するデータベースを有し、
前記推定部は、
前記データベースを参照し、前記測定部によって測定された波長毎の光の反射率の分布との類似度が最も高い分布に対応付けられている膜の厚さを、前記基板に形成された膜の厚さとして推定する請求項１に記載の成膜システム。

【請求項3】

前記凹部の深さは２０ｎｍ以上であり、
前記凹部の開口の幅は、前記基板に形成される膜の厚さの２倍以下である請求項１または２に記載の成膜システム。

【請求項4】

前記構造物は、
前記ステージの上面であって、前記基板が載せられるステージの領域の外側の領域に配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜システム。

【請求項5】

前記成膜装置は、
前記処理容器内に２種類のモノマーのガスを供給することにより、前記ステージに載せられた前記基板上に重合体の膜を形成するガス供給部をさらに有し、
前記構造物には、前記重合体の膜が形成される請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜システム。

【請求項6】

前記２種類のモノマーのガスは、アミンのガスと、イソシアネートのガスであり、
前記重合体は、尿素結合を有する請求項５に記載の成膜システム。

【請求項7】

前記窓の周囲には、前記窓を加熱するヒータが設けられており、
前記基板に前記重合体の膜が形成される際に、前記窓は３００℃以上に加熱される請求項５または６に記載の成膜システム。

【請求項8】

前記窓の周囲には、前記窓を加熱するヒータが設けられており、
前記処理容器内がクリーニングされる際に、前記窓は３００℃以上に加熱される請求項５から７のいずれか一項に記載の成膜システム。

【請求項9】

前記構造物は、前記ステージの上面であって、前記基板が載せられるステージの領域の外側の領域に配置されており、
前記構造物の下方の前記ステージ内には、前記構造物を加熱するヒータが設けられており、
前記処理容器内がクリーニングされる際に、前記構造物は３００℃以上に加熱される請求項５から８のいずれか一項に記載の成膜システム。

【請求項10】

ａ） 処理容器内のステージに載せられた基板に対して膜を形成する工程と、
ｂ） 前記処理容器の壁面に設けられ、光を透過する部材により形成された窓を介して、前記処理容器内に設けられ、凹部を有する構造物に複数の波長の光を照射し、前記構造物に照射した光の強度と前記構造物から反射した光の強度とに基づいて、前記構造物における波長毎の光の反射率を測定する工程と、
ｃ） 前記構造物における波長毎の光の反射率に基づいて前記基板に形成された膜の厚さを推定する工程と、
ｄ） 推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合に、前記基板への膜の形成を停止させる工程と
を含む成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の種々の側面および実施形態は、成膜システムおよび成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば下記特許文献１には、エッチングを行うプラズマ処理装置において、処理室の天井に石英ガラス等の透明体からなるモニター用の窓部が設けられることが開示されている。このプラズマ処理装置では、エッチング前の堆積工程において、窓部から処理室内に光を照射し、窓部の内側に付着している堆積物からの反射光の強度の変化に応じて、堆積工程の終了タイミングの判定が行われる。これにより、レジストパターンの開口部に適切な厚さの堆積物を堆積させることができ、レジストパターンの凸部の寸法を精度よく調整することができる。

【0003】

また、下記の特許文献２には、基板の表面に可視光を照射し、集光プローブにて検出した反射光の反射スペクトル信号を用いて膜厚測定を行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－９３０３９号公報

【特許文献2】特開２００３－４２７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、基板に形成される膜の厚さを精度よく制御することができる成膜システムおよび成膜方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面は、成膜システムであって、基板に膜を形成する成膜装置と、成膜装置内の予め定められた位置に成膜された膜における波長毎の光の反射率を測定する測定装置と、成膜装置および測定装置を制御する制御装置とを備える。成膜装置は、処理容器と、ステージと、構造物と、窓とを有する。ステージは、処理容器内に設けられ、基板が載せられる。構造物は、処理容器内に設けられ、凹部を有する。窓は、処理容器の壁面に設けられ、光を透過する部材により形成されている。測定装置は、発光部と、受光部と、測定部とを有する。発光部は、窓を介して構造物に複数の波長の光を照射する。受光部は、構造物から反射した波長毎の光を窓を介して受光する。測定部は、構造物に照射した光の強度と構造物から反射した光の強度とに基づいて、構造物における波長毎の光の反射率を測定する。制御装置は、推定部と、制御部とを有する。推定部は、構造物における波長毎の光の反射率に基づいて基板に形成された膜の厚さを推定する。制御部は、推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合に、基板への膜の形成を停止させる。

【発明の効果】

【0007】

本開示の種々の側面および実施形態によれば、基板に形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態における成膜システムの一例を示す概略図である。

【図2】図２は、モニタパーツの一例を示す断面図である。

【図3】図３は、制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図4】図４は、データベース（ＤＢ）に保存されている波形データの一例を示す図である。

【図5】図５は、モニタパーツに形成される膜の厚さの分布の一例を示す断面図である。

【図6】図６は、膜厚と波形データとの関係の一例を示す図である。

【図7】図７は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。

【図8】図８は、制御装置を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、開示される成膜システムおよび成膜方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される成膜システムおよび成膜方法が限定されるものではない。

【0010】

ところで、基板上に形成される膜の厚さは、成膜装置内の圧力および基板の温度等の影響により変動する場合がある。また、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、基板上に形成される膜の厚さが小さくなる傾向にある。基板に形成される膜の厚さが小さくなると、成膜装置内の状態の僅かな変化による膜厚の変動の影響が大きくなる。そのため、基板に形成される膜の厚さを精度よく制御することが難しい。

【0011】

また、基板上に形成される膜の厚さをリアルタイムで測定することができれば、成膜装置内の状態が変化しても、基板に形成される膜の厚さを制御することが可能である。しかし、前述の特許文献の技術では、膜厚が小さくなると、膜厚の測定精度が低下する。そのため、基板上に形成される薄い膜の厚さを精度よく測定することは難しい。

【0012】

そこで、本開示は、基板に形成される膜の厚さを精度よく制御することができる技術を提供する。

【0013】

［成膜システム１０の構成］
図１は、一実施形態における成膜システム１０の一例を示す概略図である。成膜システム１０は、制御装置１００、測定装置２００、および成膜装置３００を備える。成膜装置３００は、基板Ｗに膜を形成する。測定装置２００は、成膜装置３００内の予め定められた位置に成膜された膜における波長毎の光の反射率を測定する。制御装置１００は、測定装置２００および成膜装置３００を制御する。

【0014】

成膜装置３００は、処理容器３０１、排気装置３０２、シャワーヘッド３０６、およびステージ３０７を有する。本実施形態において、成膜装置３００は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置である。処理容器３０１の上部には、シャワーヘッド３０６が設けられている。処理容器３０１には、シャワーヘッド３０６を介して２種類の原料モノマーが供給される。２種類の原料モノマーは、例えばイソシアネートおよびアミンである。シャワーヘッド３０６には、イソシアネートを液体で収容する原料供給源３０３ａが、配管３０４ａを介して接続されている。また、シャワーヘッド３０６には、アミンを液体で収容する原料供給源３０３ｂが、配管３０４ｂを介して接続されている。

【0015】

原料供給源３０３ａから供給されたイソシアネートの液体は、配管３０４ａに介在する気化器３０５ａにより気化される。気化器３０５ａによって気化されたイソシアネートの蒸気は、配管３０４ａを介して、シャワーヘッド３０６に導入される。また、原料供給源３０３ｂから供給されたアミンの液体は、配管３０４ｂに介在する気化器３０５ｂにより気化される。気化器３０５ｂによって気化されたアミンの蒸気は、シャワーヘッド３０６に導入される。

【0016】

シャワーヘッド３０６の下面には、多数の吐出孔が形成されている。シャワーヘッド３０６は、配管３０４ａ介して導入されたイソシアネートの蒸気および配管３０４ｂを介して導入されたアミンの蒸気を、別々の吐出孔から処理容器３０１内にシャワー状に吐出する。シャワーヘッド３０６は、ガス供給部の一例である。

【0017】

排気装置３０２は、処理容器３０１内のガスを排気する。処理容器３０１内は、排気装置３０２によって予め定められた圧力に制御される。排気装置３０２は、制御装置１００によって制御される。

【0018】

処理容器３０１内には、基板Ｗが載せられるステージ３０７が設けられている。ステージ３０７には、基板Ｗの温度を調整するためのヒータ３０８ａが設けられている。制御装置１００は、ヒータ３０８ａを制御することにより、基板Ｗの上面が原料モノマーの蒸着重合に適した温度となるように、基板Ｗの温度を制御する。原料モノマーの蒸着重合に適した温度は、原料モノマーの種類に応じて定めることができ、例えば４０℃～２００℃とすることができる。

【0019】

このような成膜装置３００を用いて、基板Ｗの表面において２種類の原料モノマーの蒸着重合反応を起こすことにより、基板Ｗの表面に有機材料が積層される。２種類の原料モノマーがイソシアネートおよびアミンである場合、基板Ｗの表面には、尿素結合を有する重合体の膜が形成される。

【0020】

また、処理容器３０１内には、凹部を有するモニタパーツ３１０が設けられている。モニタパーツ３１０は、凹部を有する構造物の一例である。本実施形態において、モニタパーツ３１０は、ステージ３０７の上面であって、基板Ｗが配置される領域の外側に、モニタパーツ３１０の凹部が上方となる向きで配置されている。

【0021】

図２は、モニタパーツ３１０の一例を示す断面図である。モニタパーツ３１０には、複数の凹部３１１が形成されている。それぞれの凹部３１１において、深さＤ１は例えば２０ｎｍ以上であり、開口の幅Ｗ１は、基板Ｗに形成される重合体の膜厚に応じて定められる。開口の幅Ｗ１は、例えば基板Ｗに形成される重合体の膜の厚さの２倍以下の幅である。基板Ｗに形成される重合体の膜の厚さが例えば１０ｎｍである場合、開口の幅Ｗ１は、例えば２０ｎｍ以下に設定される。また、基板Ｗに形成される重合体の膜の厚さが例えば５ｎｍである場合、開口の幅Ｗ１は、例えば１０ｎｍ以下に設定される。本実施形態において、基板Ｗには１０ｎｍの厚さの重合体の膜が形成され、それぞれの凹部３１１の深さＤ１は例えば２０ｎｍであり、開口の幅Ｗ１は例えば２０ｎｍである。

【0022】

モニタパーツ３１０の下方の処理容器３０１には、モニタパーツ３１０を加熱するためのヒータ３０８ｂが設けられている。制御装置１００は、ヒータ３０８ｂを制御することにより、モニタパーツ３１０の温度を制御する。例えば、制御装置１００は、成膜処理において、モニタパーツ３１０と基板Ｗとが同じ温度となるようにヒータ３０８ｂを制御する。また、例えば、制御装置１００は、処理容器３０１内のクリーニングにおいて、モニタパーツ３１０の温度が、成膜処理における温度よりも高くなるようにヒータ３０８ｂを制御する。成膜処理における温度よりも高い温度とは、例えば３００℃以上の温度である。これにより、モニタパーツ３１０の凹部３１１に形成された膜を効率よく除去することができる。

【0023】

また、モニタパーツ３１０の上方であって、モニタパーツ３１０と対向する位置の壁面には、窓３０９が設けられている。窓３０９は、例えば石英等の光を透過する部材により形成されている。窓３０９の周囲には、モニタパーツ３１０を加熱するためのヒータ３０８ｃおよびヒータ３０８ｄが設けられている。制御装置１００は、ヒータ３０８ｃおよびヒータ３０８ｄを制御することにより、窓３０９の温度を制御する。窓３０９には、光ファイバ２０５を介して測定装置２００が接続されている。

【0024】

例えば、制御装置１００は、成膜処理において、窓３０９の温度が、反応副生成物（いわゆるデポ）が付着しにくい温度となるようにヒータ３０８ｃおよびヒータ３０８ｄを制御する。これにより、窓３０９にデポが付着することを抑制することができる。また、例えば、制御装置１００は、処理容器３０１内のクリーニングにおいて、窓３０９の温度が、デポが付着しにくい温度となるようにヒータ３０８ｃおよびヒータ３０８ｄを制御する。これにより、窓３０９に付着したデポを効率よく除去することができる。アミンおよびイソシアネートを用いた成膜処理において、デポが付着しにくい温度とは、例えば３００℃以上の温度である。

【0025】

測定装置２００は、発光部２０１、受光部２０２、および測定部２０３を有する。発光部２０１は、複数の波長の光を、測定部２０３から指示された強度で光ファイバ２０５へ出力する。光ファイバ２０５へ出力された光は、窓３０９を介して処理容器３０１内に照射され、複数の凹部３１１が形成されたモニタパーツ３１０の面に反射する。本実施形態において、窓３０９を介して処理容器３０１内に照射された光は、モニタパーツ３１０において、複数の凹部３１１および複数の凹部３１１の周辺のモニタパーツ３１０の面に反射する。モニタパーツ３１０から反射した光は、窓３０９および光ファイバ２０５を介して測定装置２００へ入力される。

【0026】

受光部２０２は、光ファイバ２０５を介して測定装置２００へ入力された光を受光する。そして、受光部２０２は、光の波長毎に、受光された光の強度に応じた電気信号を測定部２０３へ出力する。測定部２０３は、モニタパーツ３１０に照射された光の強度と処理容器３０１から反射された光の強度とに基づいて、波長毎にモニタパーツ３１０における光の反射率を測定する。そして、測定部２０３は、測定された波長毎の光の反射率の分布のデータを制御装置１００へ出力する。

【0027】

図３は、制御装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。制御装置１００は、データベース（ＤＢ）１０１、推定部１０２、および制御部１０３を有する。ＤＢ１０１には、例えば図４に示されるような波形データ１０１０が予め格納されている。波形データ１０１０には、凹部３１１の周辺のモニタパーツ３１０の面に形成される膜の厚さに対応付けて、その厚さの膜がモニタパーツ３１０に形成された際に、モニタパーツ３１０からの反射波から観測される波長毎の光の反射率の分布のデータが予め格納されている。また、ＤＢ１０１には、レシピ等の成膜処理および処理容器３０１内のクリーニングに必要なデータ等が予め格納されている。成膜処理に必要なデータには、基板Ｗに形成される膜の厚さのデータが含まれている。

【0028】

推定部１０２は、測定装置２００によって測定された波長毎の光の反射率に基づいて基板Ｗに形成された膜の厚さを推定する。例えば、推定部１０２は、ＤＢ１０１に予め格納された波形データ１０１０を参照し、測定装置２００によって測定された波長毎の光の反射率の分布との類似度が最も高い分布に対応付けられている膜の厚さを、基板Ｗに形成された膜の厚さとして推定する。

【0029】

ここで、処理容器３０１内で成膜が行われると、モニタパーツ３１０の凹部３１１の側壁および底壁に膜が形成される。この際、凹部３１１の側壁と底壁の境目では、例えば図５に示されるように、横方向および上方向に膜が成長する。これにより、凹部３１１の側壁と底壁の境目の膜の厚さは、凹部３１１の上部や側壁に形成される膜の厚さよりも厚くなる。そして、凹部３１１の幅が狭い場合には、例えば図５に示されるように、凹部３１１の底部に形成される膜の厚さＴｈ２は、凹部３１１の上部や側壁に形成される膜の厚さＴｈ１よりも厚くなる。

【0030】

光の干渉を用いて膜厚を測定する方式では、膜厚が小さい場合には膜厚の測定精度が低くなってしまう。しかし、例えば図５に示されるような構造のモニタパーツ３１０を用いることにより、厚さＴｈ１の膜４０が形成された状態において、厚さＴｈ１よりも厚い厚さＴｈ２の膜４０における波長毎の光の反射率の分布に基づいて、膜の厚さを推定することができる。

【0031】

例えば、図６に示されるように、凹部３１１の周囲に形成される膜４０の厚さＴｈ１毎に、波長毎の光の反射率の分布が予め測定される。そして、波長毎の光の反射率の分布が測定された後に、モニタパーツ３１０が搬出され、例えば走査電子顕微鏡等を用いて、凹部３１１の上部に形成される膜４０の厚さＴｈ１が測定される。これにより、凹部３１１の上部に形成される膜４０の厚さＴｈ１毎に、波長毎の光の反射率の分布のデータが収集され、波形データ１０１０としてＤＢ１０１内に予め格納される。基板Ｗに対する成膜処理が行われる際、基板Ｗに隣接してステージ３０７上に配置されるモニタパーツ３１０に形成される膜４０の厚さＴｈ１は、基板Ｗに形成される膜４０の厚さと見なすことができる。

【0032】

推定部１０２は、成膜処理において、ＤＢ１０１に予め格納された波形データ１０１０を参照し、測定装置２００によって測定された波長毎の光の反射率の分布に最も近い分布となる波長毎の光の反射率の分布のデータを特定する。そして、推定部１０２は、特定された波長毎の光の反射率の分布のデータに対応付けられている膜の厚さを、基板Ｗに形成された膜の厚さとして推定する。そして、推定部１０２は、推定された膜の厚さを示す情報を制御部１０３へ出力する。

【0033】

なお、推定部１０２は、測定装置２００によって測定された波長毎の光の反射率の分布とＤＢ１０１１に予め格納されている波長毎の光の反射率の分布との類似度に基づいて、基板Ｗに形成された膜の厚さを推定してもよい。例えば、測定装置２００によって測定された波長毎の光の反射率の分布について、１ｎｍの膜厚に対応付けられた波長毎の光の反射率の分布との類似度が２０であり、２ｎｍの膜厚に対応付けられた波長毎の光の反射率の分布との類似度が８０である場合を考える。なお、ここで仮定している類似度は、値が高い程、類似の度合いが高いことを示す。この場合、推定部１０２は、基板Ｗに形成された膜の厚さを、例えば、１ｎｍ×２０／（２０＋８０）＋２ｎｍ×８０／（２０＋８０）＝１．８ｎｍと推定する。

【0034】

制御部１０３は、成膜処理を実行する際、ＤＢ１０１に予め格納されている成膜処理に必要なデータを参照し、成膜装置３００の各部を制御する。また、制御部１０３は、推定部１０２によって推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合に、成膜装置３００の各部を制御することにより、基板Ｗへの膜の形成を停止させる。これにより、基板Ｗに所望の厚さの膜を形成することができる。

【0035】

［成膜方法］
図７は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。図７に例示される成膜方法は、例えば制御装置１００が測定装置２００および成膜装置３００を制御することにより実現される。

【0036】

まず、図示しない搬送装置により成膜装置３００の処理容器３０１内に基板Ｗが搬入され、ステージ３０７に載せられる（Ｓ１０）。そして、成膜処理が開始される（Ｓ１１）。ステップＳ１１は、工程ａ）の一例である。ステップＳ１１では、ステージ３０７内のヒータ３０８ａによって、基板Ｗの温度が成膜に適した温度（例えば４０℃～２００℃）となるように制御される。また、ステージ３０７内のヒータ３０８ｂによって、モニタパーツ３１０の温度も、基板Ｗの温度と同じ温度となるように制御される。また、ヒータ３０８ｃおよびヒータ３０８ｄによって、窓３０９の温度が、デポが付着しにくい温度（例えば３００℃以上）となるように制御される。そして、シャワーヘッド３０６から処理容器３０１内に２種類のモノマーの蒸気が供給され、排気装置３０２によって処理容器３０１内のガスが排気される。これにより、２種類のモノマーの蒸着重合反応によって基板Ｗ上に重合体の膜が形成される。

【0037】

次に、測定装置２００は、光ファイバ２０５および窓３０９を介してモニタパーツ３１０に複数の波長の光を照射することにより、波長毎の光の反射率の分布を測定する（Ｓ１２）。ステップＳ１２は、工程ｂ）の一例である。ステップＳ１２では、発光部２０１が、複数の波長の光を、測定部２０３から指示された強度で光ファイバ２０５へ出力する。光ファイバ２０５へ出力された光は、窓３０９を介して処理容器３０１内に照射され、凹部３１１が形成されたモニタパーツ３１０の面に反射する。モニタパーツ３１０から反射した光は、窓３０９および光ファイバ２０５を介して受光部２０２によって受光される。受光部２０２は、光の波長毎に、受光された光の強度に応じた電気信号を測定部２０３へ出力する。測定部２０３は、モニタパーツ３１０に照射された光の強度と処理容器３０１から反射された光の強度とに基づいて、光の波長毎にモニタパーツ３１０における光の反射率を測定する。そして、測定部２０３は、測定された光の波長毎の光の反射率の分布のデータを制御装置１００へ出力する。

【0038】

次に、制御装置１００の推定部１０２は、ＤＢ１０１に予め格納された波形データ１０１０を参照し、測定装置２００によって測定された波長毎の光の反射率の分布との類似度が最も高い反射率の分布を特定する（Ｓ１３）。そして、推定部１０２は、波形データ１０１０を参照し、特定された反射率の分布に対応付けられている膜厚を、基板Ｗに形成されている膜の厚さと推定する（Ｓ１４）。ステップＳ１３およびＳ１４は、工程ｃ）の一例である。そして、推定部１０２は、推定された膜の厚さを示す情報を制御部１０３へ出力する。

【0039】

次に、制御装置１００の制御部１０３は、推定部１０２によって推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達したか否かを判定する（Ｓ１５）。推定部１０２によって推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達していない場合（Ｓ１５：Ｎｏ）、再びステップＳ１２に示された処理が実行される。

【0040】

一方、推定部１０２によって推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、制御部１０３は、成膜装置３００の各部を制御し、成膜処理を終了させる（Ｓ１６）。ステップＳ１６は、工程ｄ）の一例である。そして、図示しない搬送装置により、基板Ｗが処理容器３０１内から搬出される。

【0041】

次に、処理容器３０１内がクリーニングされる（Ｓ１７）。ステップＳ１７では、ヒータ３０８ｂにより、モニタパーツ３１０の温度が、成膜処理における温度よりも高く（例えば３００℃以上）なるように制御される。また、ステップＳ１７では、ヒータ３０８ｃおよびヒータ３０８ｄにより、窓３０９の温度が、デポが付着しにくい温度（例えば３００℃以上）となるように制御される。そして、図示しないプラズマ生成器によって生成されたプラズマに含まれる活性種が処理容器３０１内に供給され、処理容器３０１内に供給された活性種により、処理容器３０１内に付着しているデポが除去される。

【0042】

次に、制御部１０３は、処理対象となる全ての基板Ｗに対して成膜を行ったか否かを判定する（Ｓ１８）。処理対象となる基板Ｗの中に成膜が行われていない基板Ｗがある場合（Ｓ１８：Ｎｏ）、再びステップＳ１０に示された処理が実行される。一方、処理対象となる全ての基板Ｗに対して成膜が行われた場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、本フローチャートに示された成膜方法は終了する。

【0043】

［ハードウェア］
制御装置１００は、例えば図８に示されるような構成のコンピュータ９０により実現される。図８は、制御装置１００を実現するコンピュータ９０の一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２、ＲＯＭ（Read Only Memory）９３、補助記憶装置９４、通信Ｉ／Ｆ（インターフェイス）９５、入出力Ｉ／Ｆ９６、およびメディアＩ／Ｆ９７を備える。

【0044】

ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９３または補助記憶装置９４に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ９３は、コンピュータ９０の起動時にＣＰＵ９１によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ９０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。

【0045】

補助記憶装置９４は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）等であり、ＣＰＵ９１によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。ＣＰＵ９１は、当該プログラムを、補助記憶装置９４から読み出してＲＡＭ９２上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。

【0046】

通信Ｉ／Ｆ９５は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介して測定装置２００および成膜装置３００との間で通信を行う。通信Ｉ／Ｆ９５は、通信回線を介して測定装置２００または成膜装置３００からデータを受信してＣＰＵ９１へ送り、ＣＰＵ９１が生成したデータを、通信回線を介して測定装置２００または成膜装置３００へ送信する。

【0047】

ＣＰＵ９１は、入出力Ｉ／Ｆ９６を介して、キーボード等の入力装置およびディスプレイ等の出力装置を制御する。ＣＰＵ９１は、入出力Ｉ／Ｆ９６を介して、入力装置から入力された信号を取得してＣＰＵ９１へ送る。また、ＣＰＵ９１は、生成したデータを、入出力Ｉ／Ｆ９６を介して出力装置へ出力する。

【0048】

メディアＩ／Ｆ９７は、記録媒体９８に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、補助記憶装置９４に格納する。記録媒体９８は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。

【0049】

コンピュータ９０のＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９２上にロードされたプログラムを実行することにより、推定部１０２および制御部１０３の各機能を実現する。波形データ１０１０は、ＲＯＭ９３または補助記憶装置９４内に予め格納されている。

【0050】

ＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９２上にロードされるプログラムを、記録媒体９８から読み取って補助記憶装置９４に格納するが、他の例として、他の装置から、通信回線を介してプログラムを取得して補助記憶装置９４に格納してもよい。あるいは、ＣＰＵ９１は、他の装置から、通信回線を介してプログラムを取得し、取得したプログラムをＲＡＭ９２上にロードして実行してもよい。

【0051】

以上、実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における成膜システム１０は、基板Ｗに膜を形成する成膜装置３００と、成膜装置３００内の予め定められた位置に成膜された膜における波長毎の光の反射率を測定する測定装置２００と、測定装置２００および成膜装置３００を制御する制御装置１００とを備える。成膜装置３００は、処理容器３０１と、ステージ３０７と、窓３０９と、モニタパーツ３１０とを有する。ステージ３０７は、処理容器３０１内に設けられ、基板Ｗが載せられる。モニタパーツ３１０は、処理容器３０１内に設けられ、凹部３１１を有する。窓３０９は、処理容器３０１の壁面に設けられ、光を透過する部材により形成されている。測定装置２００は、発光部２０１と、受光部２０２と、測定部２０３とを有する。発光部２０１は、窓３０９を介してモニタパーツ３１０に複数の波長の光を照射する。受光部２０２は、モニタパーツ３１０から反射した波長毎の光を窓３０９を介して受光する。測定部２０３は、モニタパーツ３１０に照射した光の強度と処理容器３０１から反射した光の強度とに基づいて、処理容器３０１における波長毎の光の反射率を測定する。制御装置は、推定部と、制御部とを有する。推定部は、構造物における波長毎の光の反射率に基づいて基板に形成された膜の厚さを推定する。制御部は、推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合に、基板への膜の形成を停止させる。これにより、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0052】

また、上記した実施形態において、制御装置１００は、モニタパーツ３１０の凹部３１１の周囲に形成された膜の厚さに対応付けて、波長毎の光の反射率の分布を示す波形データ１０１０を格納するＤＢ１０１を有する。推定部１０２は、ＤＢ１０１を参照し、測定装置２００によって測定された波長毎の光の反射率の分布との類似度が最も高い分布に対応付けられている膜の厚さを、基板Ｗに形成された膜の厚さとして推定する。これにより、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0053】

また、上記した実施形態において、凹部３１１の深さＤ１は２０ｎｍ以上であり、凹部３１１の口の幅Ｗ１は、基板Ｗに形成される重合体の膜の厚さの２倍以下の幅である。これにより、凹部３１１の底部に形成される膜の厚さを大きくすることができる。

【0054】

また、上記した実施形態において、モニタパーツ３１０は、ステージ３０７の上面であって、基板Ｗが載せられるステージ３０７の領域の外側の領域に配置されている。これにより、モニタパーツ３１０に形成される膜の厚さと、基板Ｗに形成される膜の厚さとの相関を高く維持することができる。従って、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0055】

また、上記した実施形態において、成膜装置３００は、処理容器３０１内に２種類のモノマーのガスを供給することにより、ステージ３０７に載せられた基板Ｗ上に重合体の膜を形成するシャワーヘッド３０６をさらに有する。モニタパーツ３１０には、重合体の膜が形成される。２種類のモノマーのガスは、アミンのガスと、イソシアネートのガスであり、重合体は、尿素結合を有する。尿素結合を有する重合体は、圧力や温度などの条件の僅かな変化により、成膜速度が変化するため、膜厚の制御が難しい。これに対し、本実施形態では、凹部３１１を有するモニタパーツ３１０における波長毎の光の反射率に基づいて、基板Ｗに形成される重合体の膜の厚さをリアルタイムで測定することができる。これにより、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0056】

また、上記した実施形態において、窓３０９の周囲には、窓３０９を加熱するヒータが設けられており、基板Ｗに重合体の膜が形成される際に、窓３０９は３００℃以上に加熱される。これにより、窓３０９にデポが付着することを抑制することができ、成膜中においてもモニタパーツ３１０における波長毎の光の反射率を精度よく測定することができる。従って、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0057】

また、上記した実施形態において、窓３０９の周囲には、窓３０９を加熱するヒータが設けられており、処理容器３０１内がクリーニングされる際に、窓３０９は３００℃以上に加熱される。これにより、窓３０９に付着したデポを効率よく除去することができる。従って、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0058】

また、上記した実施形態において、モニタパーツ３１０は、ステージ３０７の上面であって、基板Ｗが載せられるステージ３０７の領域の外側の領域に配置されており、モニタパーツ３１０の下方のステージ３０７内には、モニタパーツ３１０を加熱するヒータが設けられている。モニタパーツ３１０は、処理容器３０１内がクリーニングされる際に、３００℃以上に加熱される。これにより、モニタパーツ３１０に付着したデポを効率よく除去することができる。従って、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0059】

また、上記した実施形態における成膜方法は、工程ａ）、工程ｂ）、工程ｃ）、および工程ｄ）を含む。工程ａ）では、処理容器３０１内のステージ３０７に載せられた基板Ｗに対して膜が形成される。工程ｂ）では、処理容器３０１の壁面に設けられ、光を透過する部材により形成された窓３０９を介して、処理容器３０１内に設けられ、凹部３１１を有するモニタパーツ３１０に複数の波長の光が照射され、モニタパーツ３１０に照射された光の強度とモニタパーツ３１０から反射した光の強度とに基づいて、モニタパーツ３１０における波長毎の光の反射率が測定される。工程ｃ）では、モニタパーツ３１０における波長毎の光の反射率に基づいて基板Ｗに形成された膜の厚さが推定される。工程ｄ）では、推定された膜の厚さが予め定められた厚さに達した場合に、基板Ｗへの膜の形成が停止される。これにより、基板Ｗに形成される膜の厚さを精度よく制御することができる。

【0060】

［その他］
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

【0061】

例えば、上記した実施形態では、ステージ３０７上に設けられた凹部３１１を有するモニタパーツ３１０に対して複数の波長の光が照射され、モニタパーツ３１０における波長毎の光の反射率の分布に基づいて基板Ｗに形成された膜の厚さが推定された。しかし、開示の技術はこれに限られない。処理容器３０１内に凹部３１１が形成されていていれば、基板Ｗが配置される領域の外側のステージ３０７の上面に凹部３１１が形成されていてもよく、処理容器３０１の壁面に凹部３１１が形成されていてもよい。ただし、この場合であっても、凹部３１１が形成された面に対向する位置に窓３０９が設けられ、窓３０９を介して複数の波長の光が凹部３１１が形成された面に照射される。

【0062】

また、上記した実施形態では、複数の凹部３１１が形成された面に複数の波長の光が照射されるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、凹部３１１の底部にのみ複数の波長のスポット光が照射されてもよい。これにより、波長毎の光の反射率の分布の測定において、凹部３１１の周辺や凹部３１１の側壁に形成された膜の影響を抑制することができる。これにより、波長毎の光の反射率の分布の測定におけるノイズを抑制することができる。

【0063】

また、上記した実施形態では、重合体の一例として尿素結合を有する重合体が用いられたが、尿素結合以外の結合を有する重合体が用いられてもよい。尿素結合以外の結合を有する重合体としては、例えばウレタン結合を有するポリウレタン等が挙げられる。ポリウレタンは、例えばアルコール基を有するモノマーとイソシアネート基を有するモノマーとを共重合させることにより合成することができる。また、ポリウレタンは、予め定められた温度に加熱されることにより、アルコール基を有するモノマーとイソシアネート基を有するモノマーとに解重合する。

【0064】

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

【符号の説明】

【0065】

Ｗ 基板
１０ 成膜システム
１００ 制御装置
１０１ ＤＢ
１０１０ 波形データ
１０２ 推定部
１０３ 制御部
２００ 測定装置
２０１ 発光部
２０２ 受光部
２０３ 測定部
２０５ 光ファイバ
３００ 成膜装置
３０１ 処理容器
３０２ 排気装置
３０３ 原料供給源
３０４ 配管
３０５ 気化器
３０６ シャワーヘッド
３０７ ステージ
３０８ ヒータ
３０９ 窓
３１０ モニタパーツ
３１１ 凹部
４０ 膜
９０ コンピュータ
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＡＭ
９３ ＲＯＭ
９４ 補助記憶装置
９５ 通信Ｉ／Ｆ
９６ 入出力Ｉ／Ｆ
９７ メディアＩ／Ｆ
９８ 記録媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】