JP2016015457A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】１つの実施形態は、例えば、基板を適切な処理量で処理できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。【解決手段】１つの実施形態によれば、処理室と基板処理部と圧力検知部とモニター部とを有する基板処理装置が提供される。処理室には、ステージが配されている。ステージには、基板が載置される。基板処理部は、処理室内で基板を処理する。圧力検知部は、処理室内の圧力を検知する。モニター部は、基板処理部により基板が処理される期間において、検知された圧力に応じた補正量を用いながら、ステージを介して基板の質量をモニターする。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
半導体装置の製造方法では、基板に膜を形成したり基板上の膜を加工したりする場合、処理時間をモニターしながら基板を処理し、処理時間が予め定められた処理量に応じた目標時間に到達した時点で基板の処理を終了する。このとき、基板の処理量が適切な処理量から大幅にずれる可能性がある。
特開平９−１８６１３０号公報 国際公開第２００５／０９１３４６号 特開２００４−３５６２２３号公報
１つの実施形態は、例えば、基板を適切な処理量で処理できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。
１つの実施形態によれば、処理室と基板処理部と圧力検知部とモニター部とを有する基板処理装置が提供される。処理室には、ステージが配されている。ステージには、基板が載置される。基板処理部は、処理室内で基板を処理する。圧力検知部は、処理室内の圧力を検知する。モニター部は、基板処理部により基板が処理される期間において、検知された圧力に応じた補正量を用いながら、ステージを介して基板の質量をモニターする。
第１の実施形態にかかる基板処理装置の構成を示す図。 第１の実施形態におけるステージ及び基板支持部材の構成を示す図。 第１の実施形態にかかる基板処理装置の動作を示す図。 第１の実施形態にかかる基板処理装置の動作を示すフローチャート。 第１の実施形態にかかる基板処理装置による処理の工程を示す図。 第２の実施形態にかかる基板処理装置の構成を示す図。 第２の実施形態にかかる基板処理装置の動作を示す図。 第３の実施形態にかかる基板処理装置の構成を示す図。 第４の実施形態にかかる基板処理装置の構成を示す図。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる基板処理装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかる基板処理装置１について図１を用いて説明する。図１は、基板処理装置１の構成を示す図である。
基板処理装置１は、基板ＷＦの上に所定の膜（例えば、金属膜）を堆積するための成膜装置であり、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。基板処理装置１は、処理室１０、基板処理部２０、圧力検知部３０、温度検知部４０、湿度検知部５０、モニター部６０、及びコントローラ７０を備える。基板処理部２０は、ステージ２１、シャワーヘッド２２、コンダクタンス調整壁２３、ガス供給部２４、及びガス排気部２５を有する。モニター部６０は、複数の基板支持部材６１、ステージ２１、シャフト６２、真空シール構造６３、及び質量モニター６４を有する。ステージ２１は、基板処理部２０及びモニター部６０により共有されている。
処理室１０は、上部壁１１、側壁１２、及び下部壁１３により囲まれた真空排気可能な空間として設けられている。処理室１０内には、ステージ２１が配されている。ステージ２１には、複数の基板支持部材６１を介して基板ＷＦが載置されている。処理室１０は、成膜室１０ａ、空間１０ｂ、及び連通路１０ｃを含む。成膜室１０ａは、ステージ２１、シャワーヘッド２２、及びコンダクタンス調整壁２３で囲まれている。連通路１０ｃは、成膜室１０ａと空間１０ｂとを連通する。
ステージ２１は、加熱部２１ｂを有する。加熱部２１ｂは、成膜処理時に、基板ＷＦの温度が所定の膜の堆積に必要な所定の温度になるように、ステージ２１を介して基板ＷＦを加熱する。具体的には、加熱部２１ｂは、ヒータ２１ｂ１を有する。ヒータ２１ｂ１は、ステージ２１を介して基板ＷＦを加熱するように、ステージ２１の内部に配されている。
シャワーヘッド２２は、基板ＷＦの表面に成膜ガスを供給する。具体的には、シャワーヘッド２２は、ガス導入室２２ａ、拡散プレート２２ｂ、拡散室２２ｃ、及びシャワープレート２２ｄを有する。拡散プレート２２ｂは、ガス導入室２２ａと拡散室２２ｃとを連通する複数の貫通孔２２ｂ１を有している。シャワープレート２２ｄは、拡散室２２ｃと処理室１０とを連通する複数の貫通孔２２ｄ１を有している。
シャワーヘッド２２は、ガス供給部２４から供給された成膜ガスを拡散させながら処理室１０へ供給する。成膜ガスは、基板ＷＦの上に堆積すべき膜の原料を含むガスであり、例えば、基板ＷＦの上に金属の膜を堆積すべき場合、その金属となるべき元素を含むガスである。あるいは、例えば、成膜ガスは、基板ＷＦの上に半導体の膜を堆積すべき場合、その半導体となるべき元素を含むガスである。あるいは、例えば、成膜ガスは、基板ＷＦの上に絶縁体の膜を堆積すべき場合、その絶縁体となるべき元素を含むガスである。
コンダクタンス調整壁２３は、ステージ２１と一体で形成されているとともに、ステージ２１の外縁からシャワーヘッド２２の側へ延びている。コンダクタンス調整壁２３は、さらに、シャワーヘッド２２に沿って内側に向って延びていてもよい。コンダクタンス調整壁２３は、その上面２３ａがシャワープレート２２ｄと対向することで連通路１０ｃを形成し、連通路１０ｃの鉛直方向の幅に応じて成膜室１０ａから空間１０ｂへ流れる成膜ガスの流量コンダクタンスを調整する。なお、駆動部（図示せず）は、成膜処理時に、連通路１０ｃの鉛直方向の幅が予め実験的に決定された目標幅になるように、ステージ２１及びコンダクタンス調整壁２３をシャワーヘッド２２に近づく方向へ駆動する。
ガス供給部２４は、シャワーヘッド２２へ成膜ガスを供給する。ガス供給部２４は、供給管２４ａ、流量制御器２４ｂ、及び供給管２４ｃを有する。供給管２４ａは、ガス供給源（図示せず）から成膜ガスが供給される。流量制御器２４ｂは、コントローラ７０による制御のもと、供給管２４ａから供給管２４ｃへ流れる成膜ガスの流量を制御する。
ガス排気部２５は、処理室１０の空間１０ｂから成膜ガスを排気する。ガス排気部２５は、排気管２５ａ、排気量制御器２５ｂ、及び排気管２５ｃを有する。排気管２５ａは、空間１０ｂから成膜ガスが流れ出す。排気量制御器２５ｂは、コントローラ７０による制御のもと、圧力検知部３０の検知結果に基づいて、排気管２５ａから排気管２５ｃへ流れる成膜ガスの排気量を制御する。排気量制御器２５ｂは、例えば、処理室１０内の圧力が数１０〜１０×１０−２Ｔｏｒｒになるように排気量を制御できる。排気管２５ｃへ流れ出した成膜ガスは、排気装置（図示せず）へ排気される。
圧力検知部３０は、処理室１０内の圧力を検知する。圧力検知部３０は、圧力センサ３１を有する。圧力センサ３１は、例えば排気管２５ａに設けられ、排気管２５ａを通過する成膜ガスの圧力を処理室１０内の圧力として検知することができる。なお、圧力センサ３１は、処理室１０内の圧力を検知可能であれば他の場所（例えば、空間１０ｂ近傍）に設けられていてもよい。圧力検知部３０は、検知結果を質量モニター６４へ供給する。
温度検知部４０は、成膜ガス（処理ガス）の温度を検知する。温度検知部４０は、温度センサ４１を有する。温度センサ４１は、例えばコンダクタンス調整壁２３の内部に設けられ、連通路１０ｃを通過する成膜ガスの温度を検知することができる。なお、温度センサ４１は、成膜ガスの温度を検知可能であれば他の場所に設けられていてもよい。温度検知部４０は、検知結果を質量モニター６４へ供給する。
湿度検知部５０は、処理室１０内の湿度を検知する。湿度検知部５０は、湿度センサ５１を有する。湿度センサ５１は、例えばコンダクタンス調整壁２３の内部に設けられ、連通路１０ｃの湿度を処理室１０内の湿度として検知することができる。なお、湿度センサ５１は、処理室１０内の湿度を検知可能であれば他の場所に設けられていてもよい。湿度検知部５０は、検知結果を質量モニター６４へ供給する。
モニター部６０は、成膜処理時に、ｉｎ−ｓｉｔｕで基板ＷＦの質量をモニターする。すなわち、モニター部６０は、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度と湿度検知部５０で検知された湿度とに応じた補正量を用いながら、ステージ２１を介して基板ＷＦの質量をモニターする。これにより、モニター部６０は、圧力検知部３０、温度検知部４０、及び湿度検知部５０と連携しながら、成膜処理時に基板ＷＦの質量をリアルタイムでモニターできる。
具体的には、複数の基板支持部材６１は、基板ＷＦがステージ２１に載置された際に基板ＷＦに作用する重力に応じた力を受けるように、ステージ２１の表面２１ａから突出している。各基板支持部材６１は、基板ＷＦの裏面を点接触で支持するように構成されており、例えば、略半球状で形成されている。このとき、複数の基板支持部材６１のそれぞれが受ける力の大きさを合計した値は、基板ＷＦに作用する重力に対応したものとみなすことができる。
また、Ｎを３以上の整数とするとき、基板支持部材６１の個数をＮ個とすることができる。このとき、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｎ個の基板支持部材６１は、ステージ２１の表面２１ａに垂直な方向から見た場合にステージ２１の表面２１ａにおける中心ＣＰに対して互いにＮ回対称となる位置に設けられている。図２（ａ）〜（ｃ）は、ステージ２１及び基板支持部材６１をステージ２１の表面２１ａに垂直な方向から見た場合の構成を示す図である。これにより、Ｎ個の基板支持部材６１が基板ＷＦから受ける力の大きさを互いに均等にすることができ、Ｎ個の基板支持部材６１で基板ＷＦを安定的に支持することができる。
例えば、図２（ａ）の場合、Ｎ＝３であり、３個の基板支持部材６１−１〜６１−３が互いに３回対称となる位置に設けられている。すなわち、基板支持部材６１−１〜６１−３と中心ＣＰとを結ぶ直線がなす各角度α１〜α３は、互いに均等であり、略１２０度である。
例えば、図２（ｂ）の場合、Ｎ＝４であり、４個の基板支持部材６１−１１〜６１−１４が互いに４回対称となる位置に設けられている。すなわち、基板支持部材６１−１１〜６１−１４と中心ＣＰとを結ぶ直線がなす各角度β１〜β４は、互いに均等であり、略９０度である。
例えば、図２（ｃ）の場合、Ｎ＝５であり、５個の基板支持部材６１−２１〜６１−２５が互いに５回対称となる位置に設けられている。すなわち、基板支持部材６１−２１〜６１−２５と中心ＣＰとを結ぶ直線がなす各角度γ１〜γ５は、互いに均等であり、略７２度である。
図１に示すシャフト６２は、ステージ２１及び質量モニター６４の間でステージ２１の上下動に追従して上下動可能なように設けられている。これにより、シャフト６２は、複数の基板支持部材６１からステージ２１が受けた力を質量モニター６４へ伝達する。
真空シール構造６３は、シャフト６２が上下動する際に処理室１０の真空状態が維持されるように、ステージ２１の裏面２１ｃと下部壁１３との間の真空シールを行う。具体的には、真空シール構造６３は、ジャバラ構造６３ａを有する。ジャバラ構造６３ａの上端は、ステージ２１の裏面２１ｃとの間においてシール材及び／又はシールテープ等で真空シール処理されている。ジャバラ構造６３ａの下端は、下部壁１３との間においてシール材及び／又はシールテープ等で真空シール処理されている。ジャバラ構造６３ａは、上下に伸縮可能に構成されており、例えば樹脂等で形成されている。ジャバラ構造６３ａが上下に伸縮可能に構成されているため、ステージ２１が受けた力をシャフト６２が上下動することで質量モニター６４へ伝達する際に、力の伝達の損失を容易に低減できる。
質量モニター６４は、シャフト６２を介して伝達された力の大きさと圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度と湿度検知部５０で検知された湿度とに応じて、基板ＷＦの質量をモニターする。質量モニター６４は、計測器６４ａ及び演算器６４ｂを有する。計測器６４ａ及び演算器６４ｂは、質量モニター６４の筐体６４ｃ内に収容されている。計測器６４ａ及び演算器６４ｂは、筐体６４ｃ内で互いに高速通信可能な配線で接続されている。計測器６４ａ及び演算器６４ｂのそれぞれは、例えば、高速通信インターフェースを介して配線に接続されている。
計測器６４ａは、シャフト６２を介して伝達された力の大きさを、複数の基板支持部材６１に作用する基板ＷＦの質量として計測する。計測器６４ａとして、公知の電子天秤を用いることができる。計測器６４ａの計測精度は、例えば、Ｔａを主成分とする物質を１Åの厚さで成膜する場合の分散をσとすると、１σ＜０．０８ｍｇとすることができる。計測器６４ａは、計測結果を演算器６４ｂへ供給する。
演算器６４ｂは、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度と湿度検知部５０で検知された湿度とに応じて、計測器６４ａの計測結果を補正する。
ここで、基板ＷＦの質量は、成膜処理が始まると、成膜された膜厚に応じて増加していくが、複数の基板支持部材６１に作用する基板ＷＦの質量は、基板ＷＦ周辺に存在する成膜ガスによる浮力の影響をうける。この浮力は、主として、処理室１０内の圧力に依存して変化し、さらに成膜ガスの温度及び処理室１０内の湿度にも依存して変化し得る。すなわち、モニターすべき基板ＷＦの質量をＭとすると、次の数式１が成り立つ。
Ｍ ＝ Ｗ ＋ ΔＷ（Ｔ，Ｈ，Ｐ）・・・数式１
数式１において、Ｗは、計測器６４ａの計測結果、すなわち複数の基板支持部材６１に作用する力に応じた基板ＷＦの質量を表す。ΔＷは、基板ＷＦ周辺に存在する成膜ガスから基板ＷＦが受ける浮力を表す。Ｔは、温度検知部４０の検知結果、すなわち成膜ガスの温度を表す。Ｈは、湿度検知部５０の検知結果、すなわち処理室１０内の湿度を表す。Ｐは、圧力検知部３０の検知結果、すなわち処理室１０内の圧力を表す。
すなわち、演算器６４ｂは、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度と湿度検知部５０で検知された湿度とに応じた補正量ΔＷを求める。演算器６４ｂは、上記の数式１に従って、計測器６４ａの計測結果Ｗを補正量ΔＷで補正して、基板ＷＦの質量のモニター値Ｍを求める。
なお、空気の密度をρＡ、基板ＷＦの密度をρＷ、計測器６４ａを較正するために用いられる較正質量の密度をΔρとすると、補正量ΔＷは次の数式２で表される。
ΔＷ＝Ｗ×（ρＡ／ρＷ−ρＡ／Δρ）／（１−ρＡ／ρＷ）・・・数式２
また、温度検知部４０の検知結果Ｔ、湿度検知部５０の検知結果Ｈ、圧力検知部３０の検知結果Ｐを用いて、空気の密度ρＡは、例えば、次の数式３で表される。
ρＡ＝｛０．０３４８５Ｐ−０．００１３２
×（０．０３９８Ｔ２−０．１０３６Ｔ＋９．５３６６）×Ｈ｝
÷｛（２７３．１４＋Ｔ）×１０００｝・・・数式３
数式２及び数式３から補正量ΔＷが、温度検知部４０の検知結果Ｔ、湿度検知部５０の検知結果Ｈ、圧力検知部３０の検知結果Ｐの関数であることが分かる。
演算器６４ｂは、成膜処理時に、計測器６４ａから計測結果をリアルタイムで受け、圧力検知部３０、温度検知部４０、及び湿度検知部５０の各検知結果をリアルタイムで受けることができる。そして、演算器６４ｂは、計測器６４ａから計測結果と圧力検知部３０、温度検知部４０、及び湿度検知部５０の各検知結果とに応じて、上記の数式１に従った補正処理を行い、求めたモニター値Ｍをリアルタイムでコントローラ７０へ供給することができる。すなわち、質量モニター６４は、基板ＷＦの成膜処理時に、リアルタイムで補正をかけながら基板ＷＦの質量をモニターでき、モニター結果をコントローラ７０へ供給できる。
例えば、圧力検知部３０、温度検知部４０、及び湿度検知部５０の各検知結果は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す特性になる。すなわち、成膜処理が開始すると、処理室１０内の圧力、処理ガスの温度、処理室１０内の湿度は、それぞれ、初期値Ｐ１，Ｔ１，Ｈ１から目標値Ｐ２，Ｔ２，Ｈ２になって安定するまでに時間がかかる。この場合でも、質量モニター６４によれば、図３（ｄ）に示すように、基板ＷＦの成膜処理の開始後迅速に、精度よく基板ＷＦの質量のモニターを開始できる。例えば、タイミングｔ１以降、基板ＷＦの質量が初期値Ｍ１から徐々に増加していくことをモニターできる。なお、図３（ａ）〜（ｄ）は、基板処理装置１の動作を示す図である。
図１に示すコントローラ７０は、基板処理部２０の動作を制御する。また、コントローラ７０は、モニター部６０のモニター結果に基づいた制御を行うことができる。具体的には、コントローラ７０は、終点検知部７１及び異常検知部７２を有する。
終点検知部７１は、モニター部６０のモニター結果に基づいて、基板処理部２０による基板ＷＦの処理を終了させる。例えば、終点検知部７１は、成膜処理時に、図３（ｄ）に示すように、モニター部６０にモニターされた質量が目標値Ｍ２に達したタイミングｔ２で、基板ＷＦの成膜量が目標成膜量に達したものと判断し、基板処理部２０による基板ＷＦの処理を終了させる。
異常検知部７２は、モニター部６０のモニター結果に基づいて、基板処理部２０の異常を検知する。異常検知部７２は、基板処理部２０の異常が検知された場合に、基板処理部２０による基板ＷＦの処理を中断させる。例えば、異常検知部７２は、成膜処理時に、モニター部６０のモニター値Ｍの時間的な変化率（増加率）をリアルタイムで求める。異常検知部７２は、モニター部６０のモニター値Ｍの時間的な変化率（増加率）が閾値範囲を外れた場合に、基板処理部２０の異常が発生したとして、基板処理部２０による基板ＷＦの処理を中断させる。あるいは、例えば、異常検知部７２は、成膜処理時に、モニター部６０のモニター値Ｍが図３（ｄ）に一点鎖線で示すような閾値範囲を外れた場合に、基板処理部２０の異常が発生したとして、基板処理部２０による基板ＷＦの処理を中断させる。
なお、異常検知に用いる閾値範囲は、成膜ガスの分圧と処理室１０の真空度（圧力）と成膜ガスの温度と基板ＷＦの体積とから理論的に見積もってもよい。あるいは、異常検知に用いる閾値範囲は、成膜ガスの流量制御値、排気量制御値、検知される圧力・温度・湿度、計測される質量と実際の成膜量との相関を予め実験的に取得することで、経験値として決めてもよい。
次に、基板処理装置１の動作について図４を用いて説明する。図４は、基板処理装置１の動作を示すフローチャートである。
コントローラ７０は、成膜処理開始の指示を受けるまで（Ｓ１でＮｏ）待機し、成膜処理開始の指示を受けたら（Ｓ１でＹｅｓ）、Ｓ２〜Ｓ８の処理とＳ９〜Ｓ１２の処理とを並行して行わせる。
すなわち、圧力検知部３０、温度検知部４０、及び湿度検知部５０は、それぞれ、処理パラメータ（圧力、温度、湿度）を検知する（Ｓ２）。また、モニター部６０は、基板ＷＦの質量を計測する（Ｓ３）。それとともに、基板処理部２０は、基板ＷＦの成膜処理を開始する（Ｓ９）。モニター部６０は、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度と湿度検知部５０で検知された湿度とに応じた補正量を用いながら、ステージ２１を介して基板ＷＦの質量をモニターする。すなわち、モニター部６０は、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度と湿度検知部５０で検知された湿度とに応じた補正量を求め、求めた補正量で基板ＷＦの質量の計測結果を補正して基板ＷＦの質量のモニター値を求める（Ｓ４）。モニター部６０は、求めたモニター値をコントローラ７０へ供給する。
コントローラ７０は、モニター部６０のモニター結果に基づいて、基板処理部２０の異常が発生したか否かを判断する（Ｓ５）。例えば、コントローラ７０は、モニター部６０のモニター値Ｍの時間的な変化率をリアルタイムで求め、モニター部６０のモニター値Ｍの時間的な変化率が閾値範囲を外れたか否かを判断する。あるいは、例えば、コントローラ７０は、モニター部６０のモニター値Ｍが図３（ｄ）に一点鎖線で示すような閾値範囲を外れたか否かを判断する。コントローラ７０は、モニター結果に応じた値が閾値範囲を外れた場合、基板処理部２０の異常が発生したと判断し（Ｓ５でＹｅｓ）、処理を中断するように基板処理部２０に中断指令を出す（Ｓ６）。これに応じて、基板処理部２０は、中断指令を受ける（Ｓ１０でＹｅｓ）ので、基板ＷＦの成膜処理を中断するとともに、所定の報知手段で基板処理部２０の異常を報知する（Ｓ１１）。所定の報知手段は、ランプ（図示せず）を点灯させたりエラーメッセージを表示装置（図示せず）の画面に表示させたりする視覚的な方法で報知してもよいし、ブザー（図示せず）を鳴らしたりスピーカ（図示せず）からエラーメッセージを音声出力させたりする聴覚的な方法で報知してもよい。
コントローラ７０は、基板処理部２０の異常が発生していない場合（Ｓ５でＮｏ）、処理をＳ７へ進める。例えば、図３（ｄ）では、図３（ｄ）に実線で示すモニター値Ｍが一点鎖線で示す閾値範囲に収まっている、すなわち異常が発生していない場合について例示されている。これに応じて、基板処理部２０は、中断指令を受けない（Ｓ１０でＮｏ）ので、処理をＳ１２へ進める。
コントローラ７０は、モニター部６０のモニター結果に基づいて、成膜処理の終点に達したか否かを判断する（Ｓ７）。例えば、コントローラ７０は、成膜処理時に、モニター部６０にモニターされた質量が目標値Ｍ２に達した場合、成膜処理の終点に達したと判断し（Ｓ７でＹｅｓ）、処理を終了するように基板処理部２０に終了指令を出す（Ｓ８）。これに応じて、基板処理部２０は、終了指令を受ける（Ｓ１２でＹｅｓ）ので、基板ＷＦの成膜処理を終了する。
コントローラ７０は、成膜処理の終点に達していない場合（Ｓ７でＮｏ）、処理をＳ２，Ｓ３に戻す。これに応じて、基板処理部２０は、終了指令を受けない（Ｓ１２でＮｏ）ので、処理をＳ９に戻す。
ここで、仮に、基板処理装置１が基板ＷＦの処理時間で基板ＷＦの処理の終点検知を行う場合を考える。この場合、処理室１０の圧力が高めに、つまり処理室１０内の成膜ガス量が多くなると、成膜レートが高くなる。このため、時間管理で成膜処理の終点検知を行うと、成膜する膜厚（処理量）が目標膜厚（目標処理量）より大幅に厚くなってしまう可能性がある。
あるいは、仮に、基板処理装置１が補正をかけずに基板ＷＦの質量をモニターする場合を考える。この場合、処理室１０の圧力が高めに、つまり処理室１０内の成膜ガス量が多くなると、基板ＷＦが成膜ガスから受ける浮力の影響により、基板ＷＦの質量が実際の質量より低めに出てしまう傾向にある。このため、補正をかけないままの基板ＷＦの質量で成膜処理の終点検知を行うと、成膜する膜厚（処理量）が目標膜厚（目標処理量）より大幅に厚くなってしまう可能性がある。
それに対して、第１の実施形態では、基板処理装置１において、モニター部６０は、基板処理部２０により基板ＷＦが処理される期間において、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度と湿度検知部５０で検知された湿度とに応じた補正量を用いながら、ステージ２１を介して基板ＷＦの質量をモニターする。これにより、基板処理部２０による基板ＷＦの処理と並行してリアルタイムに補正をかけながら基板ＷＦの質量を高精度にモニターできる。この結果、基板ＷＦの質量が目標値に達した時点、すなわち基板ＷＦの処理量が目標処理量に達したと判断できる時点で終点検知部７１が基板ＷＦの処理を終了させることができるので、成膜処理の処理量のばらつきを低減できる。すなわち、基板ＷＦを適切な処理量（目標処理量に対する許容範囲内の処理量）で容易に処理できる。
また、第１の実施形態では、基板ＷＦを適切な処理量（目標処理量に対する許容範囲内の処理量）で容易に処理できるので、複数の膜を連続成膜する場合のトータルの処理時間を短縮できる。
例えば、図５（ａ）に示す工程で、基板ＷＦに絶縁膜１００を成膜し、図５（ｂ）に示す工程で、絶縁膜１００の上にポリシリコン膜１０１を成膜し、図５（ｃ）に示す工程で、ポリシリコン膜１０１の上にタングステン膜１０２を成膜し、図５（ｄ）に示す工程でタングステン膜１０２をエッチング加工する。このとき、図５（ａ）〜（ｃ）に示す各工程において、基板ＷＦを適切な処理量（目標処理量に対する許容範囲内の処理量）で容易に処理できるので、その工程が終了した後に適切な膜厚で成膜されているか否かを検査するＱＣ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）工程を設ける必要がない。このため、図５（ａ）〜（ｃ）に示す各工程を連続的に行うことができるので、図５（ａ）〜（ｃ）のトータルの処理時間を短縮できる。例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示す各工程を同一の処理室内で行うことができる場合、ＱＣ工程の時間を削減できることに加えて、搬送の時間も削減できる。
あるいは、例えば、図５（ｅ）に示す工程で、絶縁膜１０３にホール１０３ｈを形成し、図５（ｆ）に示す工程で、バリアメタル膜１０４を例えばＴｉ，ＴｉＮ，Ｔａなどでホール１０３ｈの底面及び側面に形成し、図５（ｇ）に示す工程で、Ｃｕ膜１０５をホール１０３ｈに埋め込む。このとき、図５（ｆ）、（ｇ）に示す各工程において、基板ＷＦを適切な処理量（目標処理量に対する許容範囲内の処理量）で容易に処理できるので、その工程が終了した後に適切な膜厚で成膜されているか否かを検査するＱＣ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）工程を設ける必要がない。このため、図５（ｆ）、（ｇ）に示す各工程を連続的に行うことができるので、図５（ｆ）、（ｇ）のトータルの処理時間を短縮できる。例えば、図５（ｆ）、（ｇ）に示す各工程を同一の処理室内で行うことができる場合、ＱＣ工程の時間を削減できることに加えて、搬送の時間も削減できる。
ここで、仮に、基板処理装置１がエリプソ法などの光学的な方法で成膜された膜の膜厚をモニターする場合を考える。この場合、金属やポリシリコンなどの光を反射しやすい膜の膜厚を計測することが困難であり、成膜処理の終点検知を行うことが困難である。
それに対して、第１の実施形態では、基板処理部２０による基板ＷＦの処理と並行してモニター部６０がリアルタイムに補正をかけながら基板ＷＦの質量を高精度にモニターできる。これにより、金属やポリシリコンなどの光を反射しやすい膜であっても、成膜処理の終点検知を高精度に行うことができる。
また、第１の実施形態では、基板処理装置１において、異常検知部７２が、基板処理部２０による基板ＷＦの処理と並行して、モニター部６０のモニター結果に基づいて基板処理部２０の異常をリアルタイムで検知する。これにより、基板処理部２０の異常を迅速に検知でき、基板ＷＦの処理を不良状態に至る前に中断させることができる。この結果、基板ＷＦをリワークさせる頻度を低減できるので、基板ＷＦを用いた半導体装置の製造コストを低減できる。
なお、第１の実施形態では、基板処理装置１が熱ＣＶＤ装置である場合について例示しているが、基板処理装置１は、ＡＰＣＶＤ（常圧ＣＶＤ）法で成膜処理を行うＣＶＤ装置であってもよいし、ＳＡＣＶＤ（準常圧ＣＶＤ）法で成膜処理を行うＣＶＤ装置であってもよいし、ＬＰＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法で成膜処理を行うＣＶＤ装置であってもよいし、加圧ＣＶＤ法で成膜処理を行うＣＶＤ装置であってもよいし、プラズマＣＶＤ法で成膜処理を行うＣＶＤ装置であってもよい。あるいは、基板処理装置１は、スパッタ装置などのＰＶＤ（Ｐｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置であってもよい。
あるいは、モニター部６０は、湿度を考慮せずに補正量を求めてもよい。モニター部６０は、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度とに応じた補正量を用いながら、ステージ２１を介して基板ＷＦの質量をモニターしてもよい。例えば、成膜処理時に基板ＷＦが受ける浮力について、湿度に対する依存性が圧力・温度に対する依存性に比べて小さい場合、次の数式４が近似的に成り立つ。
Ｍ ≒ Ｗ ＋ ΔＷ（Ｔ，Ｐ）・・・数式４
すなわち、質量モニター６４の演算器６４ｂは、圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部４０で検知された温度とに応じた補正量ΔＷを求める。演算器６４ｂは、上記の数式４に従って、計測器６４ａの計測結果Ｗを補正量ΔＷで補正して、基板ＷＦの質量のモニター値Ｍを求める。
このように、モニター部６０は、演算器６４ｂが湿度を考慮せずに補正量を求めるので、演算器６４ｂの演算量を低減でき、演算処理時間を短縮できる。
あるいは、モニター部６０は、温度・湿度を考慮せずに補正量を求めてもよい。モニター部６０は、圧力検知部３０で検知された圧力に応じた補正量を用いながら、ステージ２１を介して基板ＷＦの質量をモニターしてもよい。例えば、成膜処理時に基板ＷＦが受ける浮力について、温度・湿度に対する依存性が圧力に対する依存性に比べて小さい場合、次の数式５が近似的に成り立つ。
Ｍ ≒ Ｗ ＋ ΔＷ（Ｐ）・・・数式５
すなわち、質量モニター６４の演算器６４ｂは、圧力検知部３０で検知された圧力に応じた補正量ΔＷを求める。演算器６４ｂは、上記の数式５に従って、計測器６４ａの計測結果Ｗを補正量ΔＷで補正して、基板ＷＦの質量のモニター値Ｍを求める。
このように、モニター部６０は、演算器６４ｂが温度・湿度を考慮せずに補正量を求めるので、演算器６４ｂの演算量をさらに低減でき、演算処理時間をさらに短縮できる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる基板処理装置２００について説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
基板処理装置２００は、基板ＷＦ上の所定の膜を加工するためのエッチング装置であり、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置である。基板処理装置２００は、図６に示すように、処理室１０、基板処理部２０、温度検知部４０、湿度検知部５０（図１参照）に代えて、処理室２１０、基板処理部２２０、温度検知部２４０、湿度検知部２５０を備える。図６は、基板処理装置２００の構成を示す図である。基板処理部２２０は、シャワーヘッド２２及びコンダクタンス調整壁２３（図１参照）を有さず、電源２６、電源２７、及びプラズマ発生部２８をさらに有する。温度検知部２４０の温度センサ４１は、ステージ２１内に設けられていてもよい。湿度検知部２５０の湿度センサ５１は、ステージ２１内に設けられていてもよい。
電源２７は、基板ＷＦを処理するためのパワーを供給する電源であり、プラズマ発生部２８に高周波パワーを供給する。電源２７は、高周波電源２７ａ及びマッチングボックス２７ｂを有する。
プラズマ発生部２８は、電源２７から供給されたパワーを用いて、処理室２１０内におけるステージ２１から隔てられた空間２１１にプラズマＰＬを発生させる。具体的には、プラズマ発生部２８は、アンテナコイル２８ａ及び誘電体壁２８ｂを有する。高周波電源（ＲＦ電源）２７ａは、高周波パワーを発生させてアンテナコイル２８ａへ供給する。コントローラ７０による制御のもと、マッチングボックス２７ｂにより高周波電源２７ａとアンテナコイル２８ａとの間でインピーダンス整合がとれると、電磁波は誘電体壁２８ｂを透過して処理室２１０内の空間２１１に導入される。処理室２１０内の空間２１１では、処理ガスの電離によりプラズマＰＬが生成され、処理ガスからラジカルとともにイオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３ ＋など）が生成される。
電源２６は、処理室２１０内の底面側に配されたステージ２１にバイアス電圧を発生させる。具体的には、電源２６は、高周波電源（ＲＦ電源）２６ａ、マッチングボックス２６ｂ、及びブロッキングコンデンサ２６ｃを有する。高周波電源２６ａは高周波パワーを発生させ、コントローラ７０による制御のもと、マッチングボックス２６ｂによりインピーダンス整合がとれるとブロッキングコンデンサ２６ｃを介してステージ２１にバイアス電圧が印加される。バイアス電圧が印加されると、プラズマＰＬとの間に電位差が生じ、プラズマＰＬ領域で発生したイオン（例えば、Ｆ＋、ＣＦ３ ＋など）が基板ＷＦに引き込まれ、異方性のエッチング加工が行われる。
このとき、質量モニター６４は、シャフト６２を介して伝達された力の大きさと圧力検知部３０で検知された圧力と温度検知部２４０で検知された温度と湿度検知部２５０で検知された湿度とに応じて、基板ＷＦの質量をモニターする。
具体的には、計測器６４ａは、エッチング処理時に、シャフト６２を介して伝達された力の大きさを、複数の基板支持部材６１に作用する力に応じた基板ＷＦの質量として計測する。計測器６４ａは、計測結果を演算器６４ｂへ供給する。
演算器６４ｂは、エッチング処理時に、計測器６４ａから計測結果をリアルタイムで受け、圧力検知部３０、温度検知部２４０、及び湿度検知部２５０の各検知結果をリアルタイムで受けることができる。そして、演算器６４ｂは、計測器６４ａから計測結果と圧力検知部３０、温度検知部２４０、及び湿度検知部２５０の各検知結果とに応じて、上記の数式１に従った補正処理を行い、求めたモニター値Ｍをリアルタイムでコントローラ７０へ供給することができる。すなわち、質量モニター６４は、基板ＷＦのエッチング処理時に、リアルタイムで補正をかけながら基板ＷＦの質量をモニターでき、モニター結果をコントローラ７０へ供給できる。
例えば、圧力検知部３０、温度検知部２４０、及び湿度検知部２５０の各検知結果は、図７（ａ）〜（ｃ）に示す特性になる。すなわち、エッチング処理が開始すると、処理室２１０内の圧力、処理ガスの温度、処理室２１０内の湿度は、それぞれ、初期値Ｐ１１，Ｔ１１，Ｈ１１から目標値Ｐ１２，Ｔ１２，Ｈ１２になって安定するまでに時間がかかる。この場合でも、質量モニター６４によれば、図７（ｄ）に示すように、基板ＷＦの成膜処理の開始後迅速に、精度よく基板ＷＦの質量のモニターを開始できる。例えば、タイミングｔ１１以降、基板ＷＦの質量が初期値Ｍ１１から徐々に減少していくことをモニターできる。なお、図７（ａ）〜（ｄ）は、基板処理装置２００の動作を示す図である。
図６に示すコントローラ７０は、基板処理部２２０の動作を制御する。また、コントローラ７０は、モニター部６０のモニター結果に基づいた制御を行うことができる。
例えば、終点検知部７１は、モニター部６０のモニター結果に基づいて、基板処理部２２０による基板ＷＦの処理を終了させる。例えば、終点検知部７１は、エッチング処理時に、図７（ｄ）に示すように、モニター部６０にモニターされた質量が目標値Ｍ１２に達したタイミングｔ１２で、基板ＷＦのエッチング量が目標エッチング量に達したものと判断し、基板処理部２２０による基板ＷＦの処理を終了させる。
異常検知部７２は、モニター部６０のモニター結果に基づいて、基板処理部２２０の異常を検知する。異常検知部７２は、基板処理部２２０の異常が検知された場合に、基板処理部２２０による基板ＷＦの処理を中断させる。例えば、異常検知部７２は、エッチング処理時に、モニター部６０のモニター値Ｍの時間的な変化率（減少率）をリアルタイムで求める。異常検知部７２は、モニター部６０のモニター値Ｍの時間的な変化率（減少率）が閾値範囲を外れた場合に、基板処理部２２０の異常が発生したとして、基板処理部２２０による基板ＷＦの処理を中断させる。あるいは、例えば、異常検知部７２は、エッチング処理時に、モニター部６０のモニター値Ｍが図７（ｄ）に一点鎖線で示すような閾値範囲を外れた場合に、基板処理部２２０の異常が発生したとして、基板処理部２２０による基板ＷＦの処理を中断させる。
ここで、仮に、基板処理装置２００がエリプソ法などの光学的な方法で成膜された膜の膜厚をモニターする場合を考える。この場合、処理室２１０内に発生しているプラズマＰＬの影響により加工対象の膜の膜厚を計測することが困難であり、エッチング処理の終点検知を行うことが困難である。
それに対して、第２の実施形態では、基板処理部２２０による基板ＷＦの処理と並行してモニター部６０がリアルタイムに補正をかけながら基板ＷＦの質量を高精度にモニターできる。これにより、処理室２１０内にプラズマＰＬが発生していても、エッチング処理の終点検知を高精度に行うことができる。
なお、第２の実施形態では、基板処理装置２００がＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ）型ＲＩＥ装置である場合について例示的に説明しているが、平行平板型ＲＩＥ装置であってもよく、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）型ＲＩＥ装置であってもよく、基板処理装置１内に複数のプラズマを生成する形式のＲＩＥ装置等であっても良い。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態にかかる基板処理装置３００について説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第３の実施形態では、真空シール構造を不要にするための工夫を行う。基板処理装置３００は、図８に示すように、モニター部６０（図１参照）に代えてモニター部３６０を備える。モニター部３６０は、真空シール構造６３（図１参照）を有さず、質量モニター６４（図１参照）に代えて質量モニター３６４を有する。質量モニター３６４では、計測器３６４ａ及び演算器３６４ｂがそれぞれ薄型で構成されている。これにより、計測器３６４ａ及び演算器３６４ｂを収容するための筐体３６４ｃも薄型で構成できるので、質量モニター３６４を処理室１０内におけるステージ２１と下部壁１３との間の空間１０ｄに容易に収容できる。これにより、真空シール構造６３（図１参照）が不要になるとともに、シャフト６２の軸方向長さも短縮できる。また、シャフト６２を通すための下部壁１３の穴が不要になる。
このように、第３の実施形態によれば、真空シール構造６３（図１参照）を不要にできるので、基板処理装置３００の装置構成を全体として簡略化できる。また、質量モニター３６４を処理室１０内に収容できるので、基板処理装置３００の装置構成を全体としてコンパクト化できる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態にかかる基板処理装置４００について説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第４の実施形態では、真空シール構造を不要にするための他の工夫を行う。基板処理装置４００は、図９に示すように、モニター部６０（図１参照）に代えてモニター部４６０を備える。モニター部４６０は、真空シール構造６３（図１参照）を有さず、複数の圧電センサ４６５をさらに有し、質量モニター６４（図１参照）に代えて質量モニター４６４を有する。複数の圧電センサ４６５は、例えば、ステージ２１内に埋め込まれていてもよい。複数の圧電センサ４６５は、複数の基板支持部材６１に対応して設けられている。各圧電センサ４６５は、対応する基板支持部材６１が基板ＷＦから受ける力の大きさを電気信号に変換して質量モニター４６４へ供給する。質量モニター４６４の計測器４６４ａは、複数の圧電センサ４６５から受けた電気信号に応じた力の大きさを合計し、複数の基板支持部材６１に作用する力に応じた基板ＷＦの質量として計測する。すなわち、複数の基板支持部材６１に作用する力に応じた基板ＷＦの質量が複数の基板支持部材６１から計測器４６４ａへ電気的に伝達されるので、真空シール構造６３（図１参照）が不要になる。
このように、第４の実施形態によれば、真空シール構造６３（図１参照）を不要にできるので、基板処理装置４００の装置構成を全体として簡略化できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１，２００，３００，４００ 基板処理装置、６０，３６０，４６０ モニター部。

Claims (5)

  1. 基板が載置されるステージが配された処理室と、
    前記処理室内で前記基板を処理する基板処理部と、
    前記処理室内の圧力を検知する圧力検知部と、
    前記基板処理部により前記基板が処理される期間において、前記検知された圧力に応じた補正量を用いながら、前記ステージを介して前記基板の質量をモニターするモニター部と、
    を備えたことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記モニター部は、
    前記ステージに設けられた基板支持部材と、
    前記基板から前記基板支持部材に作用する力に応じた前記基板の質量を計測する計測器と、
    前記検知された圧力に応じた補正量を求め、前記計測された前記基板の質量を前記補正量で補正して前記基板の質量のモニター値を求める演算器と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記モニター部のモニター結果に基づいて、前記基板処理部による前記基板の処理を終了させる終点検知部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記モニター部のモニター結果に基づいて、前記基板の処理の異常を検知する異常検知部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 基板が載置されるステージが配された処理室と、前記処理室内で前記基板を処理する基板処理部とを有する基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記基板処理部により前記基板を処理することと、
    前記基板の処理中に、前記処理室内の圧力を検知し、検知された圧力に応じた補正量を用いながら、前記ステージを介して前記基板の質量をモニターすることと、
    を備えたことを特徴とする基板処理方法。
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