JP7224160B2 - 発光モニタ方法、基板処理方法、および基板処理装置 - Google Patents

発光モニタ方法、基板処理方法、および基板処理装置 Download PDF

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Description

本開示は、発光モニタ方法、基板処理方法、および基板処理装置に関する。
シリコン酸化膜を化学的に除去する方法としてＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いる化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）が知られている（特許文献１、２）。ＣＯＲ処理では、反応生成物として珪フッ化アンモニウム（ＡＦＳ）が生成される。ＣＯＲ処理後、ＡＦＳを分解させる必要があるが、その終点検出方法として、ＡＦＳが分解して生じるＳｉＦ４等を含む排気ガスを分析ユニットに取り込み、プラズマにより励起してＳｉＦの発光分析するものが知られている（特許文献３）。
特開２００５－３９１８５号公報 特開２００８－１６００００号公報 特許第４７９２３６９号公報
本開示は、ＳｉＦ４ガスが発生する反応において、高精度でＳｉＦの発光をモニタすることができる技術を提供する。
本開示の一態様に係る発光モニタ方法は、ＳｉＦ４ガスが発生する反応において、ＳｉＦの発光をモニタする発光モニタ方法であって、前記反応のＳｉＦ４ガスを含む排気ガスを、キャリアガスをＡｒガスのみとして発光モニタユニットに導く工程と、前記発光モニタユニットの測定環境をＡｒガス雰囲気とした状態でＳｉＦの発光をモニタする工程と、を有する。
本開示によれば、ＳｉＦ４ガスが発生する反応において、高精度でＳｉＦの発光をモニタすることができる。
第１の実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る基板処理方法の他の例を示すフローチャートである。 ＳｉＯ２膜上にＡＦＳ生成させた場合とＡＦＳを生成させない場合について、パージガスとしてＮ２ガスを用いてＳｉＦの発光分析を行った結果を示す図である。 ＳｉＯ２膜上にＡＦＳ生成させた場合とＡＦＳを生成させない場合について、パージガスとしてＡｒガスを用いてＳｉＦの発光分析を行った結果を示す図である。 ＳｉＯ２膜上にＡＦＳ生成させた場合とＡＦＳを生成させない場合について、ＯＨの発光分析を行った結果を示す図である。 ＣＯＲ装置でＨＦガスおよびＮＨ３ガスによるＣＯＲ処理、真空引きを行った後、Ａｒガスおよび／またはＮ２ガスでチャンバーのパージを行い、ＳｉＦの分光分析を行った結果を示す図である。 基板温度を１００℃および１０５℃とし、ＣＯＲ装置でＨＦガスおよびＮＨ３ガスによるＣＯＲ処理、種々の時間で真空引きを行った後、１００％Ａｒガスでチャンバーのパージを行い、ＳｉＦの分光分析を行った結果を示す図である。 基板温度を１０５℃とし、図７よりも短時間のものも加えて種々の時間で真空引きを行った後、１００％Ａｒガスでチャンバーのパージを行い、ＳｉＦの分光分析を行った結果を示す図である。 第２の実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。 実施形態に係る基板処理方法の実施に用いる処理システムの一例を示す概略構成図である。 ＣＯＲ装置を示す断面図である。 ＰＨＴ装置を示す断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、実施形態について説明する。
＜経緯および概要＞
最初に、本開示の実施形態に係る終点検出方法の経緯および概要について説明する。
従来、ＳｉＯ２膜のようなシリコン酸化物系材料を化学的にエッチングするＣＯＲは、エッチングガスとしてＨＦガスとＮＨ３ガスを用いる。この技術では、ＣＯＲ装置で、ＳｉＯ２膜にＨＦガスとＮＨ３ガスを吸着させ、これらを以下の（１）式に示すようにＳｉＯ２と反応させて固体状の反応生成物である（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（ＡＦＳ）を生成させる。そして、生成したＡＦＳを、ＣＯＲ装置内で、または別個に設けられた加熱装置（ＰＨＴ装置）で加熱することにより、以下の（２）式に示す反応で昇華させる。
６ＨＦ＋６ＮＨ３＋ＳｉＯ２→２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３＋（ＮＨ４）２ＳｉＦ６ ・・・（１）
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→２ＮＨ３＋ＳｉＦ４＋２ＨＦ ・・・（２）
上記（２）式の反応が不完全であると、残存したＡＦＳがデバイスに悪影響を及ぼすため、ＡＦＳが完全に昇華したことを確認する必要がある。
特許文献１には、ＰＨＴ装置のチャンバーからの排気ガスを取り込み、排気ガスをプラズマにより励起し、励起された原子または原子の発光を分光し、発光分析器により分光した光の強度を測定する分析ユニットを設けることが記載されている。ＰＨＴ装置では、（２）式に従ってＮＨ３ガス、ＳｉＦ４ガス、ＨＦガス等の分解ガスが発生し、これらのガスをパージガスであるＮ２ガスとともに排気する。そして、上記分析ユニットの容器内にパージガスであるＮ２ガスをキャリアガスとして用いて、排気ガスを取り込み、発光分析により濃度測定を行う。ＰＨＴ装置においては、ＡＳＦが完全に分解されると上記分解ガスの発生が停止するため、特許文献１では排気ガス中の分解ガスの発光をモニタリングすることにより、ＡＦＳの分解処理の終点を検出している。
しかし、特許文献１のように、パージガス、すなわち分析ユニットのキャリアガスとしてＮ２ガスを用いる場合には、実際には、分析ユニットで分解ガスであるＳｉＦ４ガス等に由来する発光ピークはほとんど観察できないことが判明した。
キャリアガスとしてＮ２ガスを用いた場合でも、ＡＦＳに含有されるＨ２Ｏがプラズマ中でＯＨに分解励起された成分の発光は観察できるが、Ｈ２Ｏはチャンバーに吸着する等により脱離し難い。また、ＡＦＳに含有されるＨ２Ｏは、環境によるものとの切り分けが困難であるため、感度や応答性に難がある。特に、ＯＨ成分は、ＡＦＳ成分またはＡＦＳ由来成分ではないという根本的な問題点がある。
そこで検討の結果、分析ユニットのキャリアガスとして従来のＮ２ガスに代えてＡｒガスを用いることにより、ＳｉＦ４ガスをプラズマにより励起して発生するＳｉＦの発光が観察できることが判明した。
同様に、シリコン含有膜をフッ素含有ガスでエッチングする際のエッチング反応でＳｉＦ４が発生する場合にも、キャリアガスとしてＡｒガスを用いることにより、ＳｉＦの発光を観察することができる。
すなわち、ＳｉＦ４ガスが発生する反応において、ＳｉＦの発光をモニタするにあたり、反応生成物の分解反応または当該エッチング反応の排気ガスをＡｒガスとともに発光モニタユニットに導き、測定環境をＡｒガス雰囲気にした状態でＳｉＦの発光をモニタする。測定環境をＡｒガスとすることにより、分解ガス中のＳｉＦ４をプラズマにより励起して得られるＳｉＦの発光を明確に検出することができ、ＳｉＦの発光を高精度でモニタすることができる。これにより、例えば、反応生成物の分解反応またはエッチング反応の終点を、高精度で検出することができる。
＜具体的な実施形態＞
次に、具体的な実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
最初に、第１の実施形態について説明する。
本実施形態ではＣＯＲ装置で、ＣＯＲ処理およびＡＦＳの除去処理（分解処理）を行い、ＡＦＳの除去処理の終点検出を行う例について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。
まず、エッチング対象であるシリコン含有膜としてシリコン系酸化膜、典型的にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を有する基板に対してＣＯＲ装置にてＣＯＲ処理を施す（ステップ１）。
基板は、特に限定されるものではないが、シリコンウエハに代表される半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）が例示される。
ＣＯＲ処理は、シリコン酸化膜の表面にＨＦガスとＮＨ３ガスとを吸着させ、これらを以下の（１）式のようにシリコン酸化膜と反応させてＡＦＳを生成させる。
６ＨＦ＋６ＮＨ３＋ＳｉＯ２→２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３＋（ＮＨ４）２ＳｉＦ６ ・・・（１）
本実施形態では、ＣＯＲ処理の圧力は、２．６６６～３９９．９Ｐａ（２０～３０００ｍＴｏｒｒ）の範囲が好ましく、基板温度は、２０～１３０℃の範囲が好ましい。
次に、ＣＯＲ装置のチャンバー内を真空引き（引き切り）し、以下の（２）に示す、基板に付着したＡＦＳの除去処理（分解処理）を行う（ステップ２）。
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→２ＮＨ３＋ＳｉＦ４＋２ＨＦ ・・・（２）
このときのＡＦＳの分解処理は、ＣＯＲ処理の温度と同様の温度またはそれよりも高い温度で行う。真空引きにより、ＡＦＳが分解して生じた分解ガスは真空引きによりチャンバーから排出される。
次に、ＣＯＲ装置のチャンバーの排気部に取り付けられた発光モニタユニットにて、ＳｉＦの発光をモニタすることによりＡＦＳの分解反応の終点検出を行う（ステップ３）。
この終点検出は、ＡＦＳの分解反応を行っているＣＯＲ装置のチャンバーのＳｉＦ４を含む排気ガスを、Ａｒガスとともに発光モニタユニットに導く工程（ステップ３－１）と、測定環境をＡｒガス雰囲気とした状態でＳｉＦの発光をモニタする工程（ステップ３－２）とにより行う。具体的には、チャンバーのパージガスとしてＡｒガスを用い、そのＡｒガスを発光モニタユニットのキャリアガスとして排気ガスを発光モニタユニットの容器内に導く。そして、導かれたガスをプラズマにより励起して発光分析を行う。このように測定環境をＡｒガスとすることにより、排気ガスに含まれる分解ガス中のＳｉＦ４ガスがプラズマにより励起されて発生したＳｉＦの発光をモニタすることができ、高精度で終点検出を行うことができる。
ＡＦＳの一部が未分解のまま残存していれば、ＳｉＦ４ガスが排出され、ＳｉＦの所定の発光が検出される。一方、ＡＦＳがほぼ完全に分解されていれば、ＳｉＦ４ガスはほとんど排出されず、ＳｉＦの発光はほとんど検出されない。したがって、ＳｉＦの発光強度が閾値以下、あるいは発光がないことを確認することによりＡＦＳの分解反応の終了を検出することができる。
終点検出は、ＡＦＳが完全に分解するまでの時間を予め把握しておき、その時間経過後、あるいはその時間＋αの時間経過後にＳｉＦの発光をモニタし、ＳｉＦの発光強度が閾値以下、あるいは発光がないことを確認することにより行うことができる。モニタした時点で閾値以上のＳｉＦの発光が検出された場合は、例えば、条件を変更する等の対策を施すことができる。
ステップ１～ステップ３は、エッチングするシリコン酸化膜の量に応じて複数回繰り返してもよい。この場合、ステップ３の終点検出は、全てのタイミングで行わなくてもよく、任意のタイミングで行うことができる。
また、図２に示すように、ステップ２の真空引きの後、チャンバーをパージガスによりパージするパージ処理を行ってＡＦＳの除去処理を継続し（ステップ４）、ステップ４に引き続いてステップ３の終点検出を行うようにしてもよい。パージ処理によりＡＦＳの除去が促進される。ステップ４でＡｒガスを用いる場合は、ステップ４が終了した直後に引き続きステップ３を実施することができる。ステップ１、ステップ２、ステップ４、ステップ３は、エッチングするシリコン酸化膜の量に応じて複数回繰り返してもよい。ただし、この場合にも、ステップ３の終点検出は、全てのタイミングで行わなくてもよく、任意のタイミングで行うことができる。
従来、ＡＦＳの除去処理は、ＰＨＴ装置にてパージガスとしてＮ２ガスを用いて行われており、この場合には、ＡＦＳが分解して生じたＳｉＦ４ガスを含む分解ガスを発光分析しても、ＳｉＦの発光は観察されなかった。実際に、ＳｉＯ２膜上にＡＦＳ生成させ、パージガスとしてＮ２ガスを用いてＳｉＦの発光分析を行った結果、図３に示すように、ＡＦＳが存在しない場合と同様、ＳｉＦの発光はほとんど見られない。
これに対し、ＳｉＯ２膜上にＡＦＳ生成した後、パージガスとしてＡｒガスを用いてＳｉＦの発光分析を行った結果、図４に示すように、波長４４０ｎｍのＳｉＦの発光強度が明確に上昇する。
なお、図５に示すように、パージガスとしてＮ２ガスを用いた場合およびＡｒガスを用いた場合のいずれも、ＡＦＳに含有されるＨ２Ｏがプラズマ中でＯＨに分解励起された成分（ＯＨ成分）の発光（３０８．９ｎｍ）は観察される。しかし、図示のように応答性および感度が低い。
発光分析の測定環境は、Ａｒガスが体積％で８７％を超えるＡｒガス雰囲気であることが好ましい。すなわち、パージガスを好ましくは体積％で８７％超えのＡｒガスを含むものとして、発光モニタユニットのキャリアガスがＡｒガス８７％超えとなるようにすることが好ましい。より好ましくは、Ａｒガスのみ（１００％Ａｒ）である。Ａｒガス測定環境にＡｒガス以外のガスが含まれるとＳｉＦの発光強度は急激に低下し、Ａｒガス以外のガスが１３％以上になるとＳｉＦの発光強度が検出しづらくなる。
図６は、ＣＯＲ装置でＨＦガスおよびＮＨ３ガスによるＣＯＲ処理、真空引きを行った後、Ａｒガスおよび／またはＮ２ガスでチャンバーのパージを行い、ＳｉＦの分光分析を行った結果を示す図である。
ここでは、基板温度（ステージ温度）を２０～１３０℃とし、ＣＯＲ処理（エッチング）では圧力：２０～３０００ｍＴｏｒｒ、ＨＦ／ＮＨ３／Ａｒ流量：１０～２０００／１０～２０００／１０～２０００ｓｃｃｍ、時間：２～１００ｓｅｃとし、真空引き（引き切り）の時間を２ｓｅｃとした。チャンバーのパージを２０００ｍＴｏｒｒで１０ｓｅｃ行った後、ＳｉＦの発光をモニタした。毎回同一条件でのＣＯＲ処理（エッチング）を実施し、ＳｉＦの発光をモニタするステップでの条件を比較した。パージガスとしては、Ａｒ／Ｎ２流量：３７５／０ｓｃｃｍ（１００％Ａｒ）、Ａｒ／Ｎ２流量：３２５／５０ｓｃｃｍ（Ｎ２：１３．３％）、Ａｒ／Ｎ２流量：３００／７５ｓｃｃｍ（Ｎ２：２０％）、Ａｒ／Ｎ２流量：０／３７５ｓｃｃｍ（１００％Ｎ２）とした。
図６に示すように、パージガス中のＮ２ガスの量が１３％程度の少量であっても、ＳｉＦの発光は極端に低下する。このことから、発光モニタユニットにおける測定環境は、Ａｒガスが８７％より多い環境であることが好ましく、Ａｒガスのみがより好ましいことがわかる。
また、ステップ３の終点検出におけるＳｉＦの発光モニタをＡｒガスのみ（１００％Ａｒ）の測定環境で行うことにより、高感度で終点を検出することができる。
図７は、基板温度（ステージ温度）を１００℃および１０５℃とし、ＣＯＲ装置でＨＦガスおよびＮＨ３ガスによるＣＯＲ処理、種々の時間で真空引きを行った後、Ａｒガスのみ（１００％Ａｒ）でチャンバーのパージを行い、ＳｉＦの分光分析を行った結果を示す図である。
ここでは、ＣＯＲ処理では圧力：２０～３０００ｍＴｏｒｒ、ＨＦ／ＮＨ３／Ａｒ流量：１０～２０００／１０～２０００／１０～２０００ｓｃｃｍ、時間：２～１００ｓｅｃとし、真空引き（Ｖａｃ）の時間を５、１０、３０、５０、８０ｓｅｃとした。チャンバーのパージを２０００ｍＴｏｒｒで１０ｓｅｃ行った後、ＳｉＦの発光をモニタした。
図７に示すように、ステージ温度が１００℃と１０５℃での真空引き５ｓｅｃにおいて、ＳｉＦの発光に大きな差が見られ、条件の違いによるＡＦＳの昇華量（分解量）の差を高感度で把握できることが確認された。なお、真空引きの時間が３０ｓｅｃ以上では、温度にかかわらず、ほぼＳｉＦの発光が見られなかった。これはモニタする前にＳｉＦがほぼパージアウトされたためである。
図８は、基板温度（ステージ温度）を１０５℃とし、図７よりも短時間のものも加えて種々の時間で真空引きを行った後、Ａｒガスのみ（１００％Ａｒ）でチャンバーのパージを行い、ＳｉＦの分光分析を行った結果を示す図である。
ここでは、真空引きの時間として１、２、３、４ｓｅｃを加え、ＣＯＲ処理、パージの条件は図７と同じとした。
図８に示すように、ステージ温度１０５℃で、真空引き時間がより短い１、２、３、４ｓｅｃにおいて、ＳｉＦの発光が明確に見られ、高感度でＡＳＦの分解反応が生じていることを検出できることが確認された。本図においても図７と同様、真空引きの時間が３０ｓｅｃ以上では、モニタする前にＳｉＦがほぼパージアウトされたため、ほぼＳｉＦの発光が見られなかった。
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態ではＣＯＲ装置でＣＯＲ処理を行い、次いでＰＨＴ装置にてＡＦＳの除去処理（分解処理）を行って、ＡＦＳの除去処理の終点検出を行う例について説明する。
図９は、第２の実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。
まず、エッチング対象であるシリコン含有膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を有する基板に対してＣＯＲ装置にてＣＯＲ処理を施す（ステップ１１）。
本実施形態においても、基板は、特に限定されるものではないが、ウエハが例示される。
ＣＯＲ処理は、第１の実施形態と同様、チャンバー内でシリコン酸化膜の表面にＨＦガスとＮＨ３ガスとを吸着させ、これらを上記（１）式のようにシリコン酸化膜と反応させてＡＦＳを生成させる。
本実施形態では、ＣＯＲ処理の圧力は、２．６６６～３９９．９Ｐａ（２０～３０００ｍＴｏｒｒ）の範囲が好ましく、基板温度は、２０～１３０℃の範囲が好ましい。
次に、ＡＦＳが付着した基板について、ＰＨＴ装置にて基板を加熱して上記（２）式の反応でＡＦＳの除去処理（分解処理）を行う（ステップ１２）。
このとき、チャンバー内の圧力を１．３３３～６６６．６Ｐａ（１０～５０００ｍＴｏｒｒ）とし、基板の加熱温度を１００～３００℃として、ＡＦＳを分解させながら、パージガスを供給して、分解ガスをＰＨＴ装置のチャンバーから排出する。
次に、ＰＨＴ装置のチャンバーの排気部に取り付けられた発光モニタユニットにて、ＳｉＦの発光をモニタすることによりＡＦＳの分解反応の終点検出を行う（ステップ１３）。
この終点検出は、ＡＦＳの分解反応を行っているＰＨＴ装置のチャンバーのＳｉＦ４を含む排気ガスを、Ａｒガスとともに発光モニタユニットに導く工程（ステップ１３－１）と、測定環境をＡｒガス雰囲気とした状態でＳｉＦの発光をモニタする工程（ステップ１３－２）とにより行う。具体的には、チャンバーのパージガスとしてＡｒガスを用い、そのＡｒガスを発光モニタユニットのキャリアガスとして排気ガスを発光モニタユニットの容器内に導く。そして、導かれたガスをプラズマにより励起して発光分析を行う。このように測定環境をＡｒガスとすることにより、排気ガスに含まれる分解ガス中のＳｉＦ４ガスがプラズマにより励起されて発生したＳｉＦの発光をモニタすることができる。
ＡＦＳの一部が未分解のまま残存していれば、ＳｉＦ４ガスが排出され、ＳｉＦの所定の発光が検出される。一方、ＡＦＳがほぼ完全に分解されていれば、ＳｉＦ４ガスはほとんど排出されず、ＳｉＦの発光はほとんど検出されない。したがって、ＳｉＦの発光強度が閾値以下、あるいは発光がないことを確認することによりＡＦＳの分解反応の終了を検出することができる。
終点検出においては、ＳｉＦの発光を継続的にモニタし、発光強度が閾値以下、あるいはゼロになった時点を終点と判定することができる。このとき、ＰＨＴ装置による加熱処理の最初からモニタを開始してもよいし、所定時間経過後にモニタを開始してもよい。また、ＡＦＳが完全に分解するまでの時間を予め把握しておき、その時間経過後、あるいはその時間＋αの時間経過後にＳｉＦの発光をモニタし、ＳｉＦの発光強度が閾値以下、あるいはゼロであることを確認して終点検出を行うこともできる。モニタした時点でＳｉＦの発光が検出された場合は、例えば、加熱処理時間を延長する等の対策を施すことができる。
終点検出のためのＳｉＦの発光モニタを行っていないときは、ＰＨＴ装置のパージガスはＮ２ガスであってもよい。
第１の実施形態と同様、発光分析の際に用いるキャリアガスとして、Ａｒガスが体積％で８７％超えのものを用い、発光を測定する環境をＡｒガスが体積％で８７％を超えるＡｒガス雰囲気とすることが好ましい。より好ましくは、Ａｒガスのみ（１００％Ａｒ）である。
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態では、Ｓｉ含有膜をフッ素含有ガスでエッチングする際の終点検出を行う例について説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。
まず、エッチング対象であるシリコン含有膜としてポリシリコン膜を有する基板に対して、エッチング装置にて、フッ素含有ガスとして、例えば、ＨＦガス＋Ｆ２ガスを供給してポリシリコン膜のエッチングを行う（ステップ２１）。
次に、エッチング装置のチャンバーの排気部に取り付けられた発光モニタユニットにて、ＳｉＦの発光をモニタすることによりエッチングの終点検出を行う（ステップ２２）。
この終点検出は、エッチング装置のチャンバーのＳｉＦ４を含む排気ガスを、発光モニタユニットに導く工程（ステップ２２－１）と、測定環境をＡｒガス雰囲気とした状態でＳｉＦの発光をモニタする工程（ステップ２２－２）とにより行う。具体的には、チャンバーのパージガスとしてＡｒガスを用い、そのＡｒガスを発光モニタユニットのキャリアガスとしてエッチングの際のＳｉＦ４ガスを含む排気ガスを発光モニタユニットの容器内に導く。そして、導かれたガスをプラズマにより励起して発光分析を行う。このように測定環境をＡｒガスとすることにより、排気ガス中のＳｉＦ４ガスがプラズマにより励起されて発生したＳｉＦの発光をモニタすることができる。
エッチング反応が終了していなければ、ＳｉＦ４ガスが排出され、ＳｉＦの発光が検出される。一方、エッチング反応が終了していれば、ＳｉＦ４ガスは排出されず、ＳｉＦの発光は検出されない。したがって、ＳｉＦの発光がないことを確認することによりエッチングの終了を検出することができる。
終点検出においては、ＳｉＦの発光を継続的にモニタし、発光強度がゼロになった時点を終点と判定することができる。このとき、エッチング処理の最初からモニタを開始してもよいし、所定時間経過後にモニタを開始してもよい。また、エッチングが終了するまでの時間を予め把握しておき、その時間経過後、あるいはその時間＋αの時間経過後にＳｉＦの発光をモニタし、ＳｉＦの発光がないことを確認して終点検出を行うこともできる。モニタした時点でＳｉＦの発光が検出された場合は、例えば、エッチング時間を延長する等の対策を施すことができる。
本実施例においても第１の実施形態と同様、発光分析の際に用いるキャリアガスとして、Ａｒガスが体積％で８７％超えのものを用い、発光を測定する環境をＡｒガスが体積％で８７％を超えるＡｒガス雰囲気とすることが好ましい。より好ましくは、Ａｒガスのみ（１００％Ａｒ）である。
＜処理システム＞
次に、実施形態に係る基板処理方法の実施に用いる処理システムの一例について説明する。
図１１は、そのような処理システムの一例を示す概略構成図である。この処理システム１は、ＳｉＯ２膜が形成されたウエハＷに対し、上述した第１の実施形態または第２の実施形態の基板処理方法を実施するものである。
処理システム１は、搬入出部２と、２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３と、２つのＰＨＴ装置４と、２つのＣＯＲ装置５と、制御部６とを備えている。
搬入出部２は、ウエハＷを搬入出するためのものである。搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ，１１ｂを有している。搬送室１２の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、この載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ接続できるようになっている。また、搬送室１２に隣接して、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行なうオリエンタ１４が設置されている。
搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で直進移動、また昇降させられることにより、所望の位置に搬送させられる。そして、載置台１３上のキャリアＣ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂが進退することにより、搬入出させられるようになっている。
２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３は、搬入出部２に隣接して設けられている。各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が介在された状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
第２ウエハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウエハＷを略水平に保持するピックを有している。この第２ウエハ搬送機構１７においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室３内に位置する。そして、多関節アームを伸ばすことにより、ピックがＰＨＴ装置４に到達し、さらに伸ばすことによりＣＯＲ装置５に到達することが可能となっている。このため、ウエハＷをロードロック室３、ＰＨＴ装置４、およびＣＯＲ装置５間で搬送することが可能となっている。
搬送室１２とロードロック室（Ｌ／Ｌ）３との間にはゲートバルブ１６が設けられている。また、ロードロック室（Ｌ／Ｌ）３とＰＨＴ装置４との間にはゲートバルブ２２が設けられている。さらに、ＰＨＴ装置４とＣＯＲ装置５との間にはゲートバルブ５４が設けられている。
制御部６はコンピュータで構成されており、ＣＰＵを備えた主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。主制御部は、処理システム１の各構成部の動作を制御する。主制御部による各構成部の制御は、記憶装置に内蔵された記憶媒体（ハードディスク、光デスク、半導体メモリ等）に記憶された制御プログラムである処理レシピにより実行される。
＜ＣＯＲ装置＞
次に、ＣＯＲ装置５について説明する。
図１２は、ＣＯＲ装置を示す断面図である。図１２に示すように、ＣＯＲ装置５は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部には、ウエハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４２が設けられている。また、ＣＯＲ装置５は、チャンバー４０にエッチングガスを供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気機構４４、および発光モニタユニット４５を備えている。
チャンバー４０は、チャンバー本体５１と蓋部５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、略円筒形状の側壁部５１ａと底部５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部５２で閉止される。側壁部５１ａと蓋部５２とは、シール部材（図示せず）により密閉されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。蓋部５２の天壁には上方からチャンバー４０内に向けて第１のガス導入ノズル６１および第２のガス導入ノズル６２が挿入されている。
側壁部５１ａには、ＰＨＴ装置４のチャンバーとの間でウエハＷを搬入出する搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３はゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
チャンバー４０の側壁には、チャンバー４０内の圧力を計測するための圧力計として、それぞれ高圧用および低圧用の２つのキャパシタンスマノメータ８６ａ，８６ｂが、チャンバー４０内に挿入されるように設けられている。
載置台４２は、平面視略円形をなしており、チャンバー４０の底部５１ｂに固定されている。載置台４２の内部には、載置台４２の温度を調節する温度調節器５５が設けられている。温度調節器５５は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台４２の温度が調節され、載置台４２上のウエハＷの温度制御がなされる。また、温度によっては、温度調節器５５はヒータであってもよい。載置台４２に載置されたウエハＷの近傍には、ウエハＷの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられており、温度センサの検出値により、温度調節器５５の温度調節用媒体の流量等が調整され、温度制御がなされる。
ガス供給部４３は、上述した第１のガス導入ノズル６１および第２のガス導入ノズル６２に接続された、第１のガス供給配管７１および第２のガス供給配管７２を有しており、さらにこれら第１のガス供給配管７１および第２のガス供給配管７２にそれぞれ接続されたＨＦガス供給源７３およびＮＨ３ガス供給源７４を有している。また、第１のガス供給配管７１には第３のガス供給配管７５が接続され、第２のガス供給配管７２には第４のガス供給配管７６が接続されている。これら第３のガス供給配管７５および第４のガス供給配管７６には、それぞれＡｒガス供給源７７およびＮ２ガス供給源７８が接続されている。第１～第４のガス供給配管７１、７２、７５、７６には流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器部７９が設けられている。流量制御部７９は例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。
そして、ＨＦガスおよびＡｒガスは、第１のガス供給配管７１、第１のガス導入ノズル６１を経てチャンバー４０内へ供給され、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスは、第２のガス供給配管７２および第２のガス導入ノズル６２を経てチャンバー４０内へ吐出される。
上記ガスのうちＨＦガスとＮＨ３ガスは反応ガスであり、ＡｒガスおよびＮ２ガスは希釈ガス（キャリアガス）またはパージガスとして機能する。
なお、チャンバー４０の上部にシャワープレートを設け、シャワープレートを介してガスをシャワー状に供給してもよい。
排気機構４４は、チャンバー４０の底部５１ｂに形成された排気口８１に繋がる排気配管８２を有している。排気部４４は、さらに、排気配管８２に設けられた、チャンバー４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）８３およびチャンバー４０内を排気するための真空ポンプ８４を有している。
発光モニタユニット４５は、容器９１と、ＩＣＰアンテナ９２と、高周波電源９３と、発光分析器９４とを有する。容器９１は、チャンバー４０の側壁部５１ａの下部に設けられた取り込み口９０に連通しており、チャンバー４０内の排気ガスが、Ａｒガスをキャリアガスガスとして容器９１に導かれる。ＩＣＰアンテナ９２には、高周波電源９３から高周波電力が印加され、容器９１内に誘導結合プラズマＰが生成される。発光分析器９４は、容器９１と観測窓９５を介して連通されており、容器９１内の誘導結合プラズマＰの発光を計測する。発光モニタユニット４５では、発光分析器９４がプラズマの発光スペクトルにおけるＳｉＦの波長（４４０ｎｍ）の分光強度を計測し、ＡＦＳの分解反応の終点を検出する。発光モニタユニット４５は、ＣＯＲ装置５によりＡＦＳの分解処理を行う場合に使用される。
このように構成されたＣＯＲ装置５においては、ウエハＷをチャンバー４０内に搬入し、載置台４２に載置して処理を開始する。ＣＯＲ装置５では、第１の実施形態のように、ＣＯＲ処理とＡＦＳの除去処理の両方を行ってもよいし、第２の実施形態のように、ＣＯＲ処理のみを行い、ＡＦＳの除去処理をＰＨＴ装置４で行ってもよい。
ＣＯＲ処理とＡＦＳの除去処理の両方を行う場合には、チャンバー４０内の圧力を、好ましくは、２．６６６～３９９．９Ｐａ（２０～３０００ｍＴｏｒｒ）の範囲とし、載置台４２の温度調節器５５によりウエハＷを好ましくは２０～１３０℃とする。
そして、ガス供給機構４３によりＨＦガスおよびＮＨ３ガスを、それぞれＡｒガスおよびＮ２ガスで希釈された状態でチャンバー４０内へ供給してＣＯＲ処理を行う。このときのガス流量は、ＨＦガス流量：１０～２０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量：１０～２０００ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量：１０～２０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量：１０～２０００ｓｃｃｍ、が好ましい。
これにより、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスがウエハＷに吸着し、これらがウエハＷ表面のＳｉＯ２膜と反応し、ＡＦＳが生成される。
ＡＦＳの除去は、ＣＯＲ処理後、排気機構４４の真空ポンプ８４を引き切り状態として真空引きすることにより行われる。このときの時間は、ＡＦＳの吸着量に応じて予め設定される。このとき、圧力：６６６．５Ｐａ（５０００ｍＴｏｒｒ）以下、ＡｒガスまたはＮ２ガス流量：２０００ｓｃｃｍ以下でパージしながら除去してもよい。ＡＦＳ除去時の基板温度は、ＣＯＲ処理の温度と同一で行ってもよいし、さらに、１００～３００℃の範囲で昇温してより高い温度で行ってもよい。
次に、所定時間経過後に、発光モニタユニット４５にて、ＳｉＦの発光を検出することによりＡＦＳの分解反応の終点検出を行う。この際には、チャンバー４０をＡｒガスでパージし、圧力が安定した時点で測定を開始する。測定に際しては、Ａｒガスをキャリアガスとして排ガスを容器９１に導き、容器９１内に生成された誘導結合プラズマを生成し、励起されて生成されたＳｉＦの発光を、測定環境をＡｒガス雰囲気とした状態で発光分析器９４にてモニタする。ＳｉＦの発光がないことを確認することで終点が検出される。
なお、上述したようにＣＯＲ処理、ＡＦＳ除去処理、終点検出は、複数回繰り返してもよい。この場合、終点検出は全てのタイミングで行わなくともよく、任意のタイミングで行うことができる。
また、ＡＦＳ除去処理において、真空引きの後に、チャンバー４０のパージ処理を行い、その後に終点検出を行ってもよい。パージ処理をＡｒガスで行う場合は、パージ処理が終了した直後に引き続き終点検出を行うことができる。ＣＯＲ処理、ＡＦＳ除去処理、パージ処理、終点検出は、複数回繰り返してもよい。この場合、終点検出は全てのタイミングで行わなくともよく、任意のタイミングで行うことができる。
なお、ＡＦＳ除去処理をＰＨＴ装置４で行う場合には、ＣＯＲ装置５に発光モニタユニット４５は設けなくてもよい。
＜ＰＨＴ装置＞
次に、ＰＨＴ装置４について説明する。
図１３は、ＰＨＴ装置４を示す断面図である。図１３に示すように、密閉構造のチャンバー２０を備えており、チャンバー２０の内部には、ウエハＷを略水平にした状態で載置させる載置台２１が設けられている。また、ＰＨＴ装置４は、チャンバー２０にパージガスを供給するガス供給機構２３、チャンバー２０内を排気する排気機構２４、および上述した構成の発光モニタユニット４５を備えている。
チャンバー２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウエハを搬送する搬入出口２０ａが設けられており、この搬入出口２０ａはゲートバルブ２２によって開閉可能となっている。また、チャンバー２０のエッチング装置５側にはエッチング装置５との間でウエハＷを搬送する搬入出口２０ｂが設けられており、この搬入出口２０ｂはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
載置台２１は、平面視略円形をなしており、チャンバー２０の底部に固定されている。載置台２１の内部にはヒータ２５が埋設されており、このヒータ２５によりウエハＷが加熱される。
ガス供給機構２３は、Ａｒガス供給源２６およびＮ２ガス供給源２７を有している。Ａｒガス供給源２６には配管２８が接続され、Ｎ２ガス供給源２７には配管２９が接続されている。これら配管２８および２９はチャンバー２０に接続された合流配管３０に合流され、ＡｒガスおよびＮ２ガスがチャンバー２０内に供給されるようになっている。配管２８および２９には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器部３１が設けられている。流量制御部３１は例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。
排気機構２４は、チャンバー２０の底部に形成された排気口３５に繋がる排気配管３２を有している。排気機構２４は、さらに、排気配管３２に設けられた、チャンバー２０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）３３およびチャンバー２０内を排気するための真空ポンプ３４を有している。
発光モニタユニット４５は、チャンバー２０の側壁部の下部に設けられた取り込み口３６に連通しており、ＣＯＲ装置５に設けたものと同様の構成を有する。
このように構成されたＰＨＴ装置４においては、ＣＯＲ装置５でＣＯＲ処理を行った後のウエハＷを、チャンバー２０内に搬入し、載置台２１に載置してＡＦＳの除去処理を行う。
このとき、チャンバー２０内の圧力を１．３３３～６６６．６Ｐａ（１０～５０００ｍＴｏｒｒ）とし、基板の加熱温度を１００～３００℃として、ＡＦＳを分解させながら、パージガスを供給して、分解ガスをＰＨＴ装置のチャンバーから排出する。
そして、発光モニタユニット４５にてＳｉＦの発光を検出することによりＡＦＳの分解反応の終点検出を行う。この際には、チャンバー２０をＡｒガスでパージし、圧力が安定した時点で測定を開始する。測定に際しては、Ａｒガスをキャリアガスとして排ガスを容器９１に導き、測定環境をＡｒガス雰囲気として容器９１内に生成された誘導結合プラズマを生成し、励起されて生成されたＳｉＦの発光をモニタする。ＳｉＦの発光がないことを確認することで終点が検出される。
終点検出においては、ＳｉＦの発光を継続的にモニタし、発光強度がゼロになった時点を終点と判定することができる。このとき、ＰＨＴ装置４による加熱処理の最初からモニタを開始してもよいし、所定時間経過後にモニタを開始してもよい。また、予め設定された時間経過後にＳｉＦの発光をモニタし、ＳｉＦの発光がないことを確認して終点検出を行うこともできる。
終点検出のためのＳｉＦの発光モニタを行っていないときは、ＰＨＴ装置４のパージガスはＮ２ガスであってもよい。
ＡＦＳの除去処理をＣＯＲ装置５で行う場合は、ＰＨＴ装置４では、処理後の残渣除去を行う。この場合は、ＰＨＴ装置４には発光モニタユニット４５は不要である。
なお、第３の実施形態を実施する場合には、例えば、ＣＯＲ装置５を、フッ素含有ガスとしてＨＦガスおよびＦ２ガスを供給するガス供給機構を有するエッチング装置に代えた処理システムを用いることができる。この場合は、反応生成物を分解する必要がないので、ＰＨＴ装置４は残渣除去用として用いる。
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、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。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主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。
例えば、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の装置を用いることができる。また、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。さらに、上記実施形態では、ＳｉＦをモニタすることにより終点検出を行う場合を例示したが、これに限るものではない。
１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
４；ＰＨＴ装置
５；ＣＯＲ装置
６；制御部
２０，４０；チャンバー
２１，４２；載置台
２３，４３；ガス供給機構
２４，４４；排気機構
４５；発光モニタユニット
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (19)

  1. ＳｉＦ４ガスが発生する反応において、ＳｉＦの発光をモニタする発光モニタ方法であって、
    前記反応のＳｉＦ４ガスを含む排気ガスを、キャリアガスをＡｒガスのみとして発光モニタユニットに導く工程と、
    前記発光モニタユニットの測定環境をＡｒガス雰囲気とした状態でＳｉＦの発光をモニタする工程と、
    を有する、発光モニタ方法。
  2. 前記ＳｉＦ４ガスが発生する反応は、基板表面に生成された珪フッ化アンモニウムの分解反応である、請求項１に記載の発光モニタ方法。
  3. 前記珪フッ化アンモニウムは、基板が有するシリコン系酸化膜をフッ素含有ガスでエッチングした際に生じる反応生成物である、請求項２に記載の発光モニタ方法。
  4. 前記フッ素含有ガスは、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスである、請求項３に記載の発光モニタ方法。
  5. 前記ＳｉＦ４ガスが発生する反応は、シリコン含有膜をフッ素含有ガスでエッチングする際のエッチング反応である、請求項１に記載の発光モニタ方法。
  6. 前記エッチング反応は、シリコン膜をＨＦガスおよびＦ２ガスでエッチングする際のエッチング反応である、請求項５に記載の発光モニタ方法。
  7. 前記Ａｒガス雰囲気は、Ａｒガスが体積％で８７％を超える雰囲気である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光モニタ方法。
  8. 前記発光モニタユニットは、ＳｉＦ４ガスをプラズマにより励起してＳｉＦを発生させ、ＳｉＦの発光をモニタする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の発光モニタ方法。
  9. 前記ＳｉＦの発光をモニタする工程で、ＳｉＦの発光が閾値以下であることを検出した際に前記反応の終点と判定する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の発光モニタ方法。
  10. 前記反応の終点までの時間を予め把握しておき、その時間経過後にＳｉＦの発光をモニタする、請求項９に記載の発光モニタ方法。
  11. 前記ＳｉＦの発光を継続的にモニタし、発光強度が閾値以下になった時点で前記反応の終点と判定する、請求項９に記載の発光モニタ方法。
  12. 基板が有するシリコン含有物をフッ素含有ガスでエッチングし、前記基板上に、分解してＳｉＦ４ガスを排出する反応生成物を生成する工程と、
    前記反応生成物を分解する工程と、
    前記反応生成物を分解する工程においてＳｉＦの発光をモニタする工程と、
    を有し、
    前記モニタ工程は、
    前記分解する反応のＳｉＦ４ガスを含む排気ガスを、キャリアガスをＡｒガスのみとして発光モニタユニットに導く工程と、
    前記発光モニタユニットの測定環境をＡｒガス雰囲気とした状態でＳｉＦの発光をモニタする工程と、
    を有する、基板処理方法。
  13. 前記シリコン含有物はシリコン系酸化膜であり、前記フッ素含有ガスは、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスであり、前記反応生成物は珪フッ化アンモニウムである、請求項１２に記載の基板処理方法。
  14. 前記反応生成物を生成する工程と、前記反応生成物を分解する工程とは、同じ装置のチャンバー内で行い、前記反応生成物を分解する工程は、真空引きにより行い、
    前記ＳｉＦ４ガスを含む排気ガスを、キャリアガスをＡｒガスのみとして発光モニタユニットに導く工程は、前記真空引き後、前記チャンバー内をＡｒガスでパージし、前記チャンバーからの排気ガスを前記発光モニタユニットに導く、請求項１２または請求項１３に記載の基板処理方法。
  15. 前記反応生成物を生成する工程と、前記反応生成物を分解する工程とを繰り返し行い、前記ＳｉＦの発光をモニタする工程を、前記反応生成物を分解する工程が終了後の任意のタイミングで行う、請求項１４に記載の基板処理方法。
  16. 前記反応生成物を分解する工程の後、前記ＳｉＦの発光をモニタする工程の前に、前記チャンバー内をパージする工程をさらに有する、請求項１４に記載の基板処理方法。
  17. 前記反応生成物を生成する工程と、前記反応生成物を分解する工程と、前記チャンバー内をパージする工程とを繰り返し行い、前記ＳｉＦの発光をモニタする工程を、前記チャンバー内をパージする工程が終了後の任意のタイミングで行う、請求項１６に記載の基板処理方法。
  18. 前記反応生成物を生成する工程は、反応装置のチャンバー内で行い、前記反応生成物を分解する工程は、前記反応装置とは別個に設けられた加熱装置で前記基板を加熱することにより行い、
    前記ＳｉＦの発光をモニタする工程の、前記分解する反応のＳｉＦ４ガスを含む排気ガスを、キャリアガスをＡｒガスのみとして発光モニタユニットに導く工程は、前記加熱装置のチャンバーの排気ガスを前記発光モニタユニットに導く、請求項１２または請求項１３に記載の基板処理方法。
  19. 基板処理装置であって、
    基板が収容されるチャンバーと、
    前記チャンバー内で、シリコン含有物を有する基板を載置する載置台と、
    前記載置台上の基板の温度を調節する温調部と、
    エッチングガスであるフッ素含有ガスおよびＡｒガスを供給するガス供給部と、
    前記チャンバー内を排気する排気部と、
    前記チャンバーから排出されるＳｉＦ４ガスを含む排気ガスの発光をモニタする発光モニタユニットと、
    を有し、
    前記発光モニタユニットは、前記ＳｉＦ４ガスを含む排気ガスが導かれる容器と、前記容器内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記プラズマの発光を計測する発光分析器とを有し、
    前記発光モニタユニットで発光をモニタする際に、前記チャンバー内に前記ガス供給部からＡｒガスが供給されて前記チャンバー内がパージされた状態で、前記ＳｉＦ４ガスを含む排気ガスが、キャリアガスをＡｒガスのみとして前記容器内に導かれ、測定環境がＡｒガス雰囲気の状態で前記発光分析器によりＳｉＦの発光がモニタされる、基板処理装置。
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