JP5410074B2 - オゾンガス濃度測定方法、オゾンガス濃度測定システム及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、オゾンガス濃度測定方法、オゾンガス濃度測定システム及び基板処理装置に関し、特に、酸素ガスからオゾンガスを生成する際のオゾンガス濃度測定方法に関する。

ＣＦ系処理ガスから生成されたプラズマを用いて基板としてのウエハにプラズマ処理、例えば、プラズマエッチング処理を施すと、ＣＦ系処理ガスに起因するＣＦ系デポがウエハに付着することがある。ウエハの表面に付着したＣＦ系デポはプラズマ（陽イオン）によるスパッタによって除去されるが、ウエハの周縁部（ベベル部）はプラズマによってスパッタされにくいために付着したＣＦ系デポが除去されない。

そこで、後処理装置を用いてベベル部に付着したＣＦ系デポを除去することが行われている。具体的には、後処理装置においてウエハのベベル部へレーザ光を照射してベベル部を加熱するとともに、ベベル部に向けてオゾンガスを供給し、化学反応によってＣＦ系デポをＣＯ，ＣＯ_２やＦ_２に分解して除去する。ＣＦ系デポの分解の程度は供給されるオゾンガスの濃度に依存するため、後処理装置では供給されるオゾンガスの濃度を測定・調整する必要がある。

オゾンガスは紫外線を吸収することから、従来より、オゾンガスを含む混合ガスへ紫外線ランプを用いて紫外線を照射し、該紫外線の吸収度合いに基づいてオゾンガスの濃度を算出・測定する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１６３２９３号公報

しかしながら、紫外線ランプは寿命が約１年と短い上に安定した紫外線を照射するまでに或る程度の時間を有する。さらに、紫外線ランプは長期間に亘って使用し続けると徐々に発光量が低下するため、１週間毎に校正を行う必要がある。したがって、紫外線ランプを用いてオゾンガスの濃度を測定する方法は使い勝手が悪いという問題がある。

本発明の目的は、簡便にオゾンガスの濃度を測定することができるオゾンガス濃度測定方法、オゾンガス濃度測定システム及び基板処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のオゾンガス濃度方法は、酸素ガスを含む原料ガスからオゾンガスを含む生成ガスを生成する生成ステップと、前記原料ガスの流量と前記生成ガス流量とを測定する測定ステップと、前記測定ステップで測定した前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化が３Ｏ _２ →２Ｏ _３ の化学反応によるものであるとして、前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化率に基づいて前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度を算出する算出ステップとを有することを特徴とする。

請求項２記載のオゾンガス濃度測定方法は、請求項１記載のオゾンガス濃度測定方法において、前記生成ステップに先立ち、前記流量変化率及び前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度の関係を算出し、前記算出ステップでは、前記関係に基づいて前記オゾンガスの濃度を算出することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項３記載のオゾンガス濃度測定システムは、酸素ガスを含む原料ガスからオゾンガスを含む生成ガスを生成する生成装置と、前記原料ガスの流量と前記生成ガスの流量を測定する測定装置と、前記測定装置が測定した前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化が３Ｏ _２ →２Ｏ _３ の化学反応によるものであるとして、前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化率に基づいて前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度を算出する算出装置とを備えることを特徴とする。

請求項５記載のオゾンガス濃度測定システムは、請求項４記載のオゾンガス濃度測定システムにおいて、前記測定装置は、前記生成ガスの流量を測定し、前記算出装置は、前記原料ガスから前記生成ガスへの流量変化率を算出することを特徴とする。

請求項４記載のオゾンガス濃度測定システムは、請求項３記載のオゾンガス濃度測定システムにおいて、前記算出装置は、前記流量変化率及び前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度の関係を予め算出し、該関係に基づいて前記オゾンガスの濃度を算出することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項５記載の基板処理装置は、請求項３又は４のオゾンガス濃度測定システムを備えることを特徴とする。

請求項１記載のオゾンガス濃度測定方法、請求項３記載のオゾンガス濃度測定システム及び請求項５記載の基板処理装置によれば、酸素ガスから変化したオゾンガスを含む生成ガスに含まれるオゾンガスの濃度が、原料ガスから生成ガスへの流量変化率に基づいて算出される。即ち、酸素ガスがオゾンガスに変化する際、分子のモル数が３から２に変化し、ガス分子のモル数が変化すると流量も変化する。また、流量変化率はオゾンガスへ変化した酸素ガスの分子のモル数に左右される。したがって、流量変化率に基づいてオゾンガスへ変化した酸素ガスのモル数を算出することができ、ひいては、オゾンガスのモル数、さらには、オゾンガスの濃度を算出することができる。これにより、紫外線ランプを用いる必要がないため、簡便にオゾンガスの濃度を測定することができる。

請求項２記載のオゾンガス濃度測定方法及び請求項４記載のオゾンガス濃度測定システムによれば、流量変化率及び生成ガスに含まれるオゾンガスの濃度の関係が予め算出され、該関係に基づいてオゾンガスの濃度が算出されるので、生成ガスに含まれるオゾンガス分子のモル数を算出する必要がなく、もって、さらに簡便にオゾンガスの濃度を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板処理装置としてのベベル部洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。

図１において、ベベル部洗浄装置１０は、半導体デバイス用のウエハＷを収容する筐体状のチャンバ１１と、該チャンバ１１内に配置され、且つチャンバ１１の下部から立設されたシャフト１２に支持される円板状のステージ１３とを備える。該ステージ１３はウエハＷを載置するが、ステージ１３の直径はウエハＷの直径よりも小さく設定されているので、ウエハＷの周縁部（以下、「ベベル部」という。）はステージ１３から突出し、ベベル部の表面だけでなく裏面もチャンバ１１内の空間に露出される。

ステージ１３はウエハＷを吸着する機構、例えば、静電チャックや真空チャックを有し、シャフト１２はその中心軸周りに回転してステージ１３を水平面内において回転させるので、ウエハＷもステージ１３とともに水平面内において回転する。

また、ベベル部洗浄装置１０は、ステージ１３に載置されたベベル部における裏面に対向するように配置されたレーザ照射部１４と、該レーザ照射部１４とベベル部を介して相対するレーザ光の受光部としてのパワーメータ１５と、ベベル部に向けてオゾンガスを含む処理ガス（生成ガス）を吹き付けて供給するガス供給ノズル１６と、ベベル部周辺のガスを吸引して除去するガス吸引ノズル１７とを有する。

このベベル部洗浄装置１０では、ベベル部に付着したＣＦ系デポ１８に向けて処理ガスを供給するとともに、レーザ光を照射して熱エネルギーを付与する。このとき、ＣＦ系デポ１８のデポは処理ガス中のオゾンガスとの化学反応によってＣＯ，ＣＯ_２やＦ_２に分解され、レーザ光によって付与された熱エネルギーはこの化学反応を促進する。これにより、ＣＦ系デポ１８が除去される。なお、分解されたＣＯ，ＣＯ_２やＦ_２の大部分はガス吸引ノズル１７が吸引して除去する。

ここで、ウエハＷは水平面内において回転するので、ウエハＷにおける全てのベベル部がレーザ照射部１４やガス供給ノズル１６の前を通過し、全てのベベル部からＣＦ系デポ１８が除去される。

さらに、ベベル部洗浄装置１０は、チャンバ１１の上方に配置されたファンフィルタユニット（図示しない）と、チャンバ１１の下方に配置された排気装置（図示しない）とを備え、該ファンフィルタユニットはチャンバ１１内において上方から下方へ流れるダウンフローを発生させる。該ダウンフローは、ガス吸引ノズル１７が吸引できなかったＣＯ，ＣＯ_２やＦ_２を巻き込んでチャンバ１１内から除去するだけでなく、シャフト１２又はステージ１３の回転に起因して生じたパーティクルや、不意にベベル部から剥離したＣＦ系デポ１８がチャンバ１１内を舞い上がってウエハＷの上方へ回り込むのを防止する。

また、ベベル部洗浄装置１０は処理ガス供給系１９（オゾンガス濃度測定システム）を備える。この処理ガス供給系１９は、不図示の酸素ガス供給部に接続されて酸素ガスの流量を測定・制御する酸素ガス用マスフローコントローラ２０と、不図示の窒素ガス供給部に接続されて窒素ガスの流量を測定・制御する窒素ガス用マスフローコントローラ２１と、酸素ガス用マスフローコントローラ２０及び窒素ガス用マスフローコントローラ２１に接続される処理ガス生成器２２（生成装置）と、該処理ガス生成器２２及びガス供給ノズル１６の間に介在し、且つ処理ガスの流量を測定・制御する処理ガス用マスフローコントローラ２３（測定装置）と、主として処理ガス生成器の動作を制御するコントローラ３３（算出装置）とを有する。

処理ガス生成器２２は、酸素ガス用マスフローコントローラ２０によって流量が所定量に調整された酸素ガスと窒素ガス用マスフローコントローラ２１によって流量が微量に調整された窒素ガスを含む原料ガスから以下の式（１）に示す化学反応によってオゾンガスを含む処理ガスを生成する。
３Ｏ_２ （＋Ｎ_２） → ２Ｏ_３ （＋Ｎ_２） … （１）
処理ガス生成器２２が原料ガスへ放電等によって付与可能なエネルギーには限界があるため、原料ガス中の全ての酸素ガスはオゾンガスに変化せず、最大でも１４％の酸素ガスしかオゾンガスに変化しない。なお、処理ガス生成器２２は原料ガスに付与するエネルギーの量を調整することによってオゾンガスへの変化量を調整する。

図２は、図１における処理ガス用マスフローコントローラの構成を概略的に説明する断面図である。

図２の処理ガス用マスフローコントローラ２３では、まず、図中矢印に示すように流れる処理ガスがセンサ流路２４とバイパス流路２５に分流される。センサ流路２４を取り巻くように２つの発熱抵抗体２６ａ，２６ｂが配置され、これらの発熱抵抗体２６ａ，２６ｂはブリッジ回路２７に接続される。センサ流路２４内を処理ガスが流れると、上流側の発熱抵抗体２６ａ及び下流側の発熱抵抗体２６ｂの間には温度差が生じる。この温度差は処理ガスの流量に応じて変化し、流量の或る範囲において温度差と流量の間には一次比例関係が成立する。そして、測定された温度差はブリッジ回路２７によって電気信号へ変換され、変換された電気信号は増幅回路２８及び補正回路２９を経て０〜５Ｖのリニア電圧信号に変換されて比較制御回路３０へ伝送されるとともに、流量を示す流量出力信号として処理ガス用マスフローコントローラ２３からコントローラ３３へ送信される。

比較制御回路３０はコントローラ３３からの流量設定信号を受信するとともに、該流量設定信号と流量出力信号を比較して差信号を生成し、該差信号をバルブ駆動回路３１へ送信する。該バルブ駆動回路３１は差信号が０となるように流量制御バルブ３２を駆動し、これにより、処理ガス用マスフローコントローラ２３は流量出力信号を出力するだけでなく処理ガスの流量を流量設定信号に対応した値に調整する。

処理ガス用マスフローコントローラ２３は、上述したように、各電気回路と、温度センサ２６と、流量制御バルブ３２とによって構成されており、これらの構成要素は劣化しにくいため、寿命が長い。また、温度センサ２６は安定するまでの時間を殆ど必要とせず、その感度は時間変化することが殆どないため、校正を行う必要が殆どない。したがって、処理ガス用マスフローコントローラ２３は、紫外線ランプを使用してオゾンガスの濃度を測定する装置に比べて非常に使い勝手がよい。

本実施の形態に係るオゾンガス濃度測定方法では、上記式（１）に示すように、酸素ガスがオゾンガスに変化する際、分子のモル数が３から２に変化することを利用して処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度を測定する。具体的には、原料ガスに含まれる酸素ガスの一部が処理ガス生成器２２によってオゾンガスに変化した場合、下記表１に示すように、処理ガスに含まれる酸素ガス分子及びオゾンガス分子のモル数の合計値は原料ガスに含まれる酸素ガス分子のモル数から変化するため、原料ガスに含まれるガス分子のモル数及び処理ガスに含まれるガス分子のモル数に基づいて処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度を算出する。

ここで、処理ガスの単位時間の流量（以下、単に「流量」という。）に含まれる酸素ガス分子及びオゾンガス分子のモル数が分かれば、酸素ガス分子及びオゾンガス分子量に基づいて簡便にオゾンガスの濃度を、下記表１に示すように、算出することができる。

表１の例に示すように、原料ガスの流量に含まれる酸素ガス分子のモル数（０．０２９ｍｏｌ）が分かっている場合、処理ガスの流量に含まれる酸素ガス分子のモル数及びオゾンガス分子のモル数のいずれか一方が分かれば、上記式（１）から残りのガス分子のモル数を算出することができるため、処理ガスに含まれる酸素ガス分子のモル数及びオゾンガス分子のモル数を両方とも測定する必要はない。

また、上記式（１）に示すように、オゾンガスに変化した酸素ガスの分だけ分子のモル数は減少するので、処理ガスに含まれるガス分子のモル数は原料ガスに含まれるガス分子のモル数よりも減少し、減少度合いはオゾンガスに変化した酸素ガスの分子のモル数に左右される。したがって、処理ガスに含まれる酸素ガス分子のモル数及びオゾンガス分子のモル数のそれぞれが個別に分かっていなくても、処理ガスに含まれる酸素ガス分子及びオゾンガス分子のモル数の合計値さえ分かれば、原料ガスの流量に含まれる酸素ガス分子のモル数、並びに処理ガスに含まれる酸素ガス分子及びオゾンガス分子のモル数の合計値からオゾンガスに変化した酸素ガスのモル数を逆算することができ、もって、処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度を簡便に算出することができる。

ところで、処理ガスに含まれる酸素ガス分子及びオゾンガス分子のモル数の合計値が変化すると、処理ガスの流量も変化する。そこで、本実施の形態に係るオゾンガス濃度測定方法では、原料ガスから処理ガスへの流量の減少度合い（流量変化率）に基づいて処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度を算出する。

具体的には、処理ガス生成器２２が原料ガスから処理ガスを生成する（生成ステップ）際、酸素ガス用マスフローコントローラ２０によって酸素ガスの流量を測定し、窒素ガス用マスフローコントローラ２１によって窒素ガスの流量を測定し、さらに、処理ガス用マスフローコントローラ２３によって処理ガスの流量を測定する（測定ステップ）。

次いで、測定された酸素ガスの流量に対する、測定された処理ガスの流量から測定された窒素ガスの流量を除去した流量の減少率を算出し（算出ステップ）、算出された原料ガスから処理ガスへの流量の減少率（以下、「流量減少率」という。）に基づいてオゾンガスへ変化した酸素ガスのモル数を算出し、これに基づいてオゾンガスの濃度を算出する。

ここで、原料ガスの酸素ガスの一部がオゾンガスに変化した際の原料ガスから処理ガスへの流量減少率は、上記式（１）に基づいて変化した酸素ガスのモル数、ひいては原料ガスにおける変化した酸素ガスの割合から一義的に求めることができる。また、原料ガスにおける変化した酸素ガスの割合が分かれば、処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度を算出することができる。したがって、予め、流量減少率と処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度との関係を、下記表２に示すように、求めることができる。

本実施の形態に係るオゾンガス濃度測定方法では、予め、表２に示す流量減少率と処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度との関係を求め、処理ガス生成器２２が原料ガスから処理ガスを生成する際、流量減少率を算出した後、オゾンガスへ変化した酸素ガスのモル数を算出することなく、表２を用いてオゾンガスの濃度を算出する。

図３は、本実施の形態に係るオゾンガス濃度測定方法が適用されるオゾンガス濃度制御処理のフローチャートである。図３の処理は、コントローラ３３が所定のプログラムに基づいて実行する。

図３において、まず、コントローラ３３はベベル部洗浄装置１０において全てのベベル部からのＣＦ系デポ１８の除去が終了したか否かを判別し（ステップＳ３１）、ＣＦ系デポ１８の除去が終了している場合には、本処理を終了する一方、ＣＦ系デポ１８の除去が終了していない場合には、処理ガス生成器２２が処理ガスを生成し（ステップＳ３２）、酸素ガス用マスフローコントローラ２０が酸素ガスの流量を測定し、窒素ガス用マスフローコントローラ２１が窒素ガスの流量を測定し、さらに、処理ガス用マスフローコントローラ２３が処理ガスの流量を測定する（ステップＳ３３）。

次いで、コントローラ３３が、ステップＳ３２における測定結果に基づいて原料ガスから処理ガスへの流量減少率を算出し、該流量減少率及び上記表２に基づいて処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度を算出する（ステップＳ３４）。

次いで、コントローラ３３は算出されたオゾンガスの濃度に基づいて処理ガス生成器２２へオゾンガス生成量調整命令を発行してオゾンガス生成量のフィードバック制御を行い（ステップＳ３５）、ステップＳ３１に戻る。

本実施の形態に係るオゾンガス濃度測定方法によれば、原料ガスから処理ガスへの流量減少率に基づいて、処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度が算出される。酸素ガスがオゾンガスに変化する際、上記式（１）に示すように、ガス分子のモル数が３から２に変化するため、処理ガスに含まれるガス分子のモル数は原料ガスに含まれるガス分子のモル数よりも減少し、減少度合いはオゾンガスに変化した酸素ガスの分子のモル数に左右される。その結果、処理ガスに含まれる酸素ガス分子及びオゾンガス分子のモル数の合計値さえ分かれば、オゾンガスに変化した酸素ガスのモル数を逆算することができる。また、酸素ガス分子及びオゾンガス分子のモル数の合計値は処理ガスの流量に対応するので、上記流量減少率に基づいてオゾンガスへ変化した酸素ガスのモル数を算出することができ、ひいては、オゾンガスのモル数、さらには、処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度を簡便に算出することができる。すなわち、オゾンガスの濃度の測定において、紫外線ランプを用いる必要がない一方、寿命が長く、安定するまでの時間を殆ど必要とせず、さらに、校正を行う必要が殆どないマスフローコントローラを用いれば用が足りるため、簡便にオゾンガスの濃度を測定することができる。

また、本実施の形態に係るオゾンガス濃度測定方法では、予め算出された、表２に示す流量減少率と処理ガスに含まれるオゾンガスの濃度との関係に基づいてオゾンガスの濃度が算出されるので、処理ガスに含まれるオゾンガス分子のモル数を算出する必要がなく、もって、さらに簡便にオゾンガスの濃度を測定することができる。

上述した本実施の形態では、処理ガス等の流量を測定するためにマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を用いたが、例えば、流路における前後の圧力差が大きい場合には流量測定器（ＦＣＳ）を用いてもよい。

また、本実施の形態では、濃度を測定するガスとしてオゾンガスについて説明したが、本発明は化学反応の前後でガス分子のモル数が変化するようなガスであれば、その濃度測定にも用いることができる。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置としてのベベル部洗浄装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１における処理ガス用マスフローコントローラの構成を概略的に説明する断面図である。 本実施の形態に係るオゾンガス濃度測定方法が適用されるオゾンガス濃度制御処理のフローチャートである。

符号の説明

Ｗ ウエハ
１０ ベベル部洗浄装置
１９ 処理ガス供給系
２０ 酸素ガス用マスフローコントローラ
２１ 窒素ガス用マスフローコントローラ
２２ 処理ガス生成器
２３ 処理ガス用マスフローコントローラ

Claims (5)

1. 酸素ガスを含む原料ガスからオゾンガスを含む生成ガスを生成する生成ステップと、
   前記原料ガスの流量と前記生成ガス流量とを測定する測定ステップと、
   前記測定ステップで測定した前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化が３Ｏ _２ →２Ｏ _３ の化学反応によるものであるとして、前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化率に基づいて前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度を算出する算出ステップとを有することを特徴とするオゾンガス濃度測定方法。
2. 前記生成ステップに先立ち、前記流量変化率及び前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度の関係を算出し、
   前記算出ステップでは、前記関係に基づいて前記オゾンガスの濃度を算出することを特徴とする請求項１記載のオゾンガス濃度測定方法。
3. 酸素ガスを含む原料ガスからオゾンガスを含む生成ガスを生成する生成装置と、
   前記原料ガスの流量と前記生成ガスの流量を測定する測定装置と、
   前記測定装置が測定した前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化が３Ｏ _２ →２Ｏ _３ の化学反応によるものであるとして、前記原料ガスの流量から前記生成ガスの流量への流量変化率に基づいて前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度を算出する算出装置とを備えることを特徴とするオゾンガス濃度測定システム。
4. 前記算出装置は、前記流量変化率及び前記生成ガスに含まれる前記オゾンガスの濃度の関係を予め算出し、該関係に基づいて前記オゾンガスの濃度を算出することを特徴とする請求項３記載のオゾンガス濃度測定システム。
5. 請求項３又は４のオゾンガス濃度測定システムを備えることを特徴とする基板処理装置。

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