JP7432400B2 - 基板処理方法及び基板処理システム - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理システムに関する。
特許文献１には、半導体製造装置で使用されるガス供給装置において、ガスの流量を制御する流量制御器の流量計測方法が開示されている。ガスの流量を計測する方法としては、ビルドアップ法が用いられている。
特開２０１２－３２９８３号公報
本開示にかかる技術は、基板処理を行うために供給されるガスの総流量を精度よく監視する。
本開示の一態様は、チャンバに供給されたガスを用いて基板を処理する方法であって、（ａ）前記チャンバに供給するガスの圧力を測定して当該ガスの流量を制御する流量制御器において、制御対象となるガスの圧力の閾値を設定する工程と、（ｂ）前記チャンバの内部にガスを供給する工程と、（ｃ）前記流量制御器におけるガスの圧力を測定する工程と、（ｄ）前記チャンバの内部へのガスの供給を停止する工程と、（ｅ）前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力が、前記閾値以上になる時間を算出する工程と、（ｆ）前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力と、前記（ｅ）工程で算出された時間とに基づいて、前記チャンバに供給されるガスの総流量を算出する工程と、を含む。
本開示によれば、基板処理を行うために供給されるガスの総流量を精度よく監視することができる。
プラズマ処理システムの構成の概略を示す説明図である。 ガス供給部の構成の概略を示す説明図である。 処理ガスのＯＮ／ＯＦＦを示す説明図である。 処理ガスのＯＮ／ＯＦＦを示す説明図である。 ガスＯＮ時のトリミングを示す説明図である。 処理ガスの監視方法の主な工程の一例を示すフロー図である。 処理ガスのＯＮ／ＯＦＦが繰り返し行われる様子を示す説明図である。
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）に対してエッチング等の処理が行われる。エッチング方法としては、例えばＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｔｃｈｉｎｇ：原子層エッチング）がある。ＡＬＥでは、ウェハの最表面原子層にのみ作用する化学修飾工程と、化学修飾された部分のみを除去するエッチング工程を交互に繰り返し、対象膜の原子層を一層ずつエッチングする。
ＡＬＥを行うエッチング装置では、チャンバの内部に配置されたウェハが、ガス供給装置からチャンバの内部に供給されたガスによって処理される。またガス供給装置は、適切な流量のガスを供給するため、ガスの流量を制御する流量制御器を備えている。流量制御器には、例えば圧力制御式の流量制御器が用いられる。
ＡＬＥプロセスでは、上述した化学修飾工程とエッチング工程を行うため、ガスの切り替えを繰り返し、ガスの供給及び停止を短時間で行う。以下の説明においては、ガスを供給する状態を「ガスＯＮ」といい、ガスの供給を停止することを「ガスＯＦＦ」という場合がある。そして、このようにガスのＯＮ／ＯＦＦを短時間で行うので、ガス流量がゼロから所望の流量まで増加する部分（以下、「立ち上がり」という。）と、ガス流量が所望の流量からゼロまで減少する部分（以下、「立ち下がり」という。）との割合が大きくなる。これら立ち上がりと立ち下がりは、流量制御器でその動作が保証されていないことが多いため、流量制御器におけるガスの流量制御の精度が悪く、ガスの流量の再現性が悪化する要因となり得る。
また、ＡＬＥプロセスでは、例えばエッチング装置に設けたボード（回路基板）でガスＯＮの時間を測定しデータを収集しているが、上述したようにガスＯＮの時間が短いため、通信誤差の割合が大きくなる。その結果、通信誤差の影響により、ガスの流量の再現性が悪化する。
さらに、流量制御器が動作しているので、ガスの流量制御の再現性が保証されていない。換言すれば、短時間でのガスのＯＮ／ＯＦＦに対して、流量制御器の応答性が追従できていない。かかる観点からも、ガスの流量の再現性が悪い。
一方で、このような短時間でガスのＯＮ／ＯＦＦを行うＡＬＥプロセスでは、プロセス中にリアルタイムで精度よくガス流量を監視することが必要となる。このようにリアルタイムでガス流量を監視すれば、異常なプロセスを見出すことができるので、製品ウェハの歩留まりを向上させることができる。
本開示にかかる技術は、基板処理を行うために供給されるガスの総流量を精度よく測定する。以下、本実施形態にかかる基板処理システムとしてのプラズマ処理システム及び基板処理方法としてのプラズマ処理方法ついて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜プラズマ処理システム＞
先ず、一実施形態にかかるプラズマ処理システムについて説明する。図１は、プラズマ処理システム１の構成の概略を示す説明図である。プラズマ処理システム１では、基板としてのウェハＷに対して、ＡＬＥプロセスを行う。
一実施形態において、プラズマ処理システム１は、プラズマ処理装置１ａ及び制御部１ｂを含む。プラズマ処理装置１ａは、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力供給部３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１ａは、支持部１１及び上部電極シャワーヘッド１２を含む。支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッド１２は、支持部１１の上方に配置され、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の一部として機能し得る。
支持部１１は、プラズマ処理空間１０ｓにおいてウェハＷを支持するように構成される。一実施形態において、支持部１１は、下部電極１１１、静電チャック１１２、及びエッジリング１１３を含む。静電チャック１１２は、下部電極１１１上に配置され、静電チャック１１２の上面でウェハＷを支持するように構成される。エッジリング１１３は、下部電極１１１の周縁部上面においてウェハＷを囲むように配置される。また、図示は省略するが、一実施形態において、支持部１１は、静電チャック１１２及びウェハＷのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。
上部電極シャワーヘッド１２は、ガス供給部２０からの１又はそれ以上の処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、ガス供給口としてのガス入口１２ａ、ガス拡散室１２ｂ、及び複数のガス出口１２ｃを有する。ガス入口１２ａは、ガス供給部２０及びガス拡散室１２ｂと流体連通している。複数のガス出口１２ｃは、ガス拡散室１２ｂ及びプラズマ処理空間１０ｓと流体連通している。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、１又はそれ以上の処理ガスをガス入口１２ａからガス拡散室１２ｂ及び複数のガス出口１２ｃを介してプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。
ガス供給部２０は、１又はそれ以上のガスソース２１、１又はそれ以上の流量制御器２２、及び１又はそれ以上のガス供給路２３を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２及びガス供給路２３を介してガス入口１２ａに供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えば処理ガスの圧力で流量を制御する、いわゆる圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
ＲＦ電力供給部３０は、ＲＦ電力、例えば１又はそれ以上のＲＦ信号を、下部電極１１１、上部電極シャワーヘッド１２、又は、下部電極１１１及び上部電極シャワーヘッド１２の双方のような１又はそれ以上の電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された１又はそれ以上の処理ガスからプラズマが生成される。従って、ＲＦ電力供給部３０は、プラズマ処理チャンバにおいて１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ電力供給部３０ａ及び第２のＲＦ電力供給部３０ｂを含む。
第１のＲＦ電力供給部３０ａは、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第１の整合回路３２ａを含む。一実施形態において、第１のＲＦ電力供給部３０ａは、第１のＲＦ信号を第１のＲＦ生成部３１ａから第１の整合回路３２ａを介して上部電極シャワーヘッド１２に供給するように構成される。例えば、第１のＲＦ信号は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。
第２のＲＦ電力供給部３０ｂは、第２のＲＦ生成部３１ｂ及び第２の整合回路３２ｂを含む。一実施形態において、第２のＲＦ電力供給部３０ｂは、第２のＲＦ信号を第２のＲＦ生成部３１ｂから第２の整合回路３２ｂを介して下部電極１１１に供給するように構成される。例えば、第２のＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。代わりに、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。
さらに、図示は省略するが、本開示においては他の実施形態が考えられる。例えば、代替実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ信号をＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第２のＲＦ信号を他のＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第３のＲＦ信号をさらに他のＲＦ生成部から上部電極シャワーヘッド１２に供給するように構成されてもよい。加えて、他の代替実施形態において、ＤＣ電圧が上部電極シャワーヘッド１２に印加されてもよい。
またさらに、種々の実施形態において、１又はそれ以上のＲＦ信号（即ち、第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号等）の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、２又はそれ以上の異なるオン状態の間でＲＦ信号振幅をパルス化することを含んでもよい。
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排気口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
一実施形態において、制御部１ｂは、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１ａに実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部１ｂは、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１ａの各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部１ｂの一部又は全てがプラズマ処理装置１ａに含まれてもよい。制御部１ｂは、例えばコンピュータ５１を含んでもよい。コンピュータ５１は、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１１、記憶部５１２、及び通信インターフェース５１３を含んでもよい。処理部５１１は、記憶部５１２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部５１２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース５１３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１ａとの間で通信してもよい。
＜ガス供給部＞
次に、上述したガス供給部２０について説明する。図２は、ガス供給部２０の構成の概略を示す説明図である。
上述したようにガス供給部２０は、１又はそれ以上のガスソース２１、１又はそれ以上の流量制御器２２、及び１又はそれ以上のガス供給路２３を含んでいる。また、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の１次バルブ２４及び１又はそれ以上の２次バルブ２５をさらに含んでいる。ガス供給路２３において、１次バルブはガスソース２１と流量制御器２２との間に設けられ、２次バルブは流量制御器２２の下流側に配置されている。そして、処理ガスの種類に応じてそれぞれ、ガスソース２１、流量制御器２２、ガス供給路２３、１次バルブ２４及び２次バルブ２５がセットで設けられている。
流量制御器２２は、ピエゾバルブ２２１、１次圧力計２２２、オリフィス２２３及び２次圧力計２２４を含んでいる。これらピエゾバルブ２２１、１次圧力計２２２、オリフィス２２３及び２次圧力計２２４は、ガス供給路２３において上流側から下流側に向けてこの順で設けられている。なお、以下の説明においては、１次圧力計２２２で測定される圧力を１次圧力Ｐ１といい、２次圧力計２２４で測定される圧力を２次圧力Ｐ２という場合がある。そして、流量制御器２２は、処理ガスの圧力を測定し、圧力値を流量値に換算して処理ガスの流量を制御する。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
＜ＡＬＥプロセス＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理システムを用いて行われるＡＬＥプロセスについて説明する。
（化学修飾工程）
ガス供給部２０からプラズマ処理チャンバ１０の内部に、処理ガスとして例えばＣｌ２（塩素）ガスを供給し、ウェハＷ（シリコン）の表面に吸着させ、ＳｉＣｌ化合物に改質させる。
（エッチング工程）
ガス供給部２０からプラズマ処理チャンバ１０の内部に、処理ガスとして例えばＡｒ（アルゴン）ガスを供給し、当該Ａｒイオンを生成する。そして、Ａｒイオンによって、ウェハＷの表面のＳｉＣｌ化合物だけを選択的にエッチングする。
そして、上記化学修飾工程とエッチング工程を交互に繰り返し、対象膜の原子層を一層ずつエッチングする。なお、化学修飾工程とエッチング工程には、一般的な公知の方法が用いられる。
＜ガス監視方法＞
上述したようにＡＬＥプロセスでは、化学修飾工程とエッチング工程を行うため、処理ガスの切り替えを繰り返し、処理ガスのＯＮ／ＯＦＦが短時間で行われる。このように短時間で処理ガスのＯＮ／ＯＦＦを行うＡＬＥプロセスでは、プロセス中にリアルタイムで精度よくガス流量を監視することが必要となる。
ここで先ず、本発明者らは、流量制御器２２からのガス流量の出力値を用いて監視することを着想した。図３は、処理ガスのＯＮ／ＯＦＦを示す説明図である。図３中、“Ｇａｓ Ｓｅｔ Ｆｌｏｗ”は処理ガスの流量の設定値を示し、“Ｇａｓ Ｆｌｏｗ”は流量制御器２２が出力したガス流量を示し、“Ｇａｓ Ｐ１ Ｐｒｅｓｓ”は流量制御器２２で測定されたガス圧力、具体的には１次圧力Ｐ１を示している。
図３の例においては、“Ｇａｓ Ｆｌｏｗ”の面積（図３中の斜線部）を監視して、処理ガスの総流量を監視する。しかしながら、かかる場合、ガス流量の立ち上がりと立ち下がり（図３中、丸で囲った部分）は、実際に流れているガス流量が同じであっても、流量制御器２２における流量変換によってずれる場合がある。すなわち、流量制御器２２では、制御方式の変換点や設定に応じて圧力値を流量値に変換しており、内部の圧力値（圧力データ）が同じでも、流量出力が同じにならない場合がある。
これら立ち上がりと立ち下がりは、流量制御器２２でその動作が保証されていないことが多いため、流量制御器２２の個体差や再現性を、プラズマ処理装置１ａや制御部１ｂで管理するのが好ましい。また、流量制御器２２において、実際のガス流量が同じ（圧力波形が同じ）場合は検知せず、実際のガス流量が異なる（圧力波形がずれる）場合を検知するのがよい。
そこで、本発明者らは、流量制御器２２の圧力出力値を用いてガス流量を監視することを着想した。図４は、処理ガスのＯＮ／ＯＦＦを示す説明図である。図４中、“Ｇａｓ Ｓｅｔ Ｆｌｏｗ”は処理ガスの流量の設定値を示し、“Ｇａｓ Ｆｌｏｗ”は流量制御器２２が出力したガス流量を示し、“Ｇａｓ Ｐ１ Ｐｒｅｓｓ”は流量制御器２２で測定されたガス圧力、具体的には１次圧力Ｐ１を示している。
図４の例においては、“Ｇａｓ Ｆｌｏｗ”の面積（図４中の斜線部）を監視して、処理ガスの総流量を監視する。しかしながら、かかる場合、ガスＯＦＦ時にも流量制御器２２は残留ガス圧力を表示するため、処理ガスの１次圧力Ｐ１は０（ゼロ）にならない。そうすると、残留ガス圧力が大きい場合やガスＯＦＦ時間が長い場合、ガス流量の精度が低下する。
また、流量制御器２２で１次圧力Ｐ１（立ち上がり後、安定したところの圧力値）について、流量制御器２２の個体差が存在する。すなわち、一の流量制御器２２の１次圧力Ｐ１と他の流量制御器２２の１次圧力Ｐ１は異なる場合がある。
そこで、本実施形態では、下記式（１）を用いて、流量制御器２２で測定された処理ガスの１次圧力Ｐ１をガス流量に換算して、規格化する。
Ｆ＝Ｐ１×Ｆｓ（ｔ）／Ｐｓ（ｔ） ・・・（１）
Ｆ：規格化されたガスの流量（ｓｃｃｍ）、Ｐ１：流量制御器２２の１次圧力（ｐｓｉ）、ｔ：ガス供給開始からの経過時間（ｍｉｎ）、Ｆｓ（ｔ）：時間ｔにおけるガス流量の設定値（ｓｃｃｍ）、Ｐｓ（ｔ）：時間ｔにおける流量制御器２２の１次圧力（ｐｓｉ）
かかる場合、実際に流れる処理ガスの流量が同じであれば、それぞれの流量制御器２２において、上記式（１）から同じガス流量を算出することができる。その結果、流量制御器２２の個体差を解消することができる。
また、図４で示したように、ＡＬＥプロセス中、処理ガスの総流量を算出するために（ガス流量）×（時間）のデータを積算すると、ガスＯＦＦ時にも流量制御器２２の１次圧力Ｐ１が０（ゼロ）にならないため、ガスＯＦＦ時の圧力データも流量に換算してしまう。そこで、本実施形態では、処理ガスを供給しているときのみの波形を抜粋する（以下、「トリミング」という。）
具体的には図５に示すように、予め１次圧力Ｐ１の閾値Ｐｔを設定しておく。この閾値Ｐｔについては、例えば装置の立ち上げ時などに流量制御器２２のガス流量のデータと実際のガス流量のデータを取得しておいて、ＡＬＥプロセスに対応する閾値Ｐｔを決定する。そして、１次圧力Ｐ１が閾値Ｐｔ以上になる時間Ｔを算出する。
この時間Ｔは、１次圧力Ｐ１の立ち上がり時において、当該１次圧力Ｐ１が閾値Ｐｔに到達する前の前方時間Ｔａを含んでいてもよい。また、時間Ｔは、１次圧力Ｐ１の立ち下がり時において、当該１次圧力Ｐ１が閾値Ｐｔに到達した後の後方時間Ｔｂを含んでいてもよい。前方時間Ｔａと後方時間Ｔｂについても、例えば装置の立ち上げ時などに流量制御器２２のガス流量のデータと実際のガス流量のデータを取得しておいて、ＡＬＥプロセスに対応する前方時間Ｔａと後方時間Ｔｂを決定する。
かかる場合、ガスＯＦＦ時において流量制御器２２の１次圧力Ｐ１が０（ゼロ）にならなくても、その部分を除去することが可能となる。したがって、１次圧力Ｐ１をガス流量に換算した際に、ガスＯＮ時の流量を適切に算出することができる。
以上のように、流量制御器２２の１次圧力Ｐ１を流量換算して規格化し、ガスＯＮ時のみのトリミングを行うことで、処理ガスの総流量を精度よく算出することができる。また、ＡＬＥプロセスで供給したガス流量をリアルタイムに常時監視することで、異常が生じたウェハＷを早期発見することが可能となる。
次に、以上の１次圧力Ｐ１の規格化とガスＯＮ時のみのトリミングを利用して行われる、処理ガスの監視方法について説明する。図６は、処理ガスの監視方法の主な工程の一例を示すフロー図である。
（工程Ｓ１）
工程Ｓ１では、ＡＬＥプロセスを行う前に、当該ＡＬＥプロセスのレシピを設定する。具体的には、ガス供給開始からの経過時間ｔにおける、ガス流量の設定値Ｆｓ（ｔ）とガス圧力の設定値Ｐｓ（ｔ）とを設定する。
また、工程Ｓ１では、図５に示した１次圧力Ｐ１の閾値Ｐｔを予め設定する。また、１次圧力Ｐ１の立ち上がり時における前方時間Ｔａと、立ち下がり時における後方時間Ｔｂも予め設定する。これら閾値Ｐｔ、前方時間Ｔａ及び後方時間Ｔｂはそれぞれ、例えば装置の立ち上げ時などに流量制御器２２のガス流量のデータと実際のガス流量のデータを取得しておいて、設定すればよい。
（工程Ｓ２）
工程Ｓ１での事前設定が終了すると、プラズマ処理チャンバ１０の内部に載置されたウェハＷに対して、ＡＬＥプロセスを開始する。すなわち、工程Ｓ２では、ガス供給部２０からプラズマ処理チャンバ１０の内部に、処理ガスの供給を開始する。
（工程Ｓ３）
工程Ｓ３では、処理ガスの供給中において、流量制御器２２によって処理ガスの１次圧力Ｐ１を測定する。
（工程Ｓ４）
工程Ｓ４では、下記式（１）を用いて、流量制御器２２で測定された処理ガスの１次圧力Ｐ１をガス流量に換算して、規格化する。
Ｆ＝Ｐ１×Ｆｓ（ｔ）／Ｐｓ（ｔ） ・・・（１）
Ｆ：規格化されたガス流量（ｓｃｃｍ）、Ｐ１：流量制御器２２の１次圧力（ｐｓｉ）、ｔ：ガス供給開始からの経過時間（ｍｉｎ）、Ｆｓ（ｔ）：時間ｔにおけるガス流量の設定値（ｓｃｃｍ）、Ｐｓ（ｔ）：時間ｔにおける流量制御器２２の１次圧力（ｐｓｉ）
（工程Ｓ５）
ウェハＷに対するＡＬＥプロセスが終了すると、工程Ｓ５では、ガス供給部２０からプラズマ処理チャンバ１０の内部への処理ガスの供給を停止する。
（工程Ｓ６）
工程Ｓ６では、工程Ｓ３で測定された処理ガスの１次圧力Ｐ１が、工程Ｓ１で設定された閾値Ｐｔ以上になる時間Ｔを算出する。具体的には、図５に示したように前方時間Ｔａと後方時間Ｔｂを含む時間Ｔを算出する。そして、この時間Ｔでは、ガスＯＮ時のみの圧力の波形を抜粋してトリミングすることができる。
（工程Ｓ７）
工程Ｓ７では、工程Ｓ４で規格化されたガス流量Ｆを、工程Ｓ６で算出された時間Ｔで積分して、処理ガスの総流量を算出する。この処理ガスの総流量は、１回のガスＯＮ／ＯＦＦにおいて、ガス供給部２０からプラズマ処理チャンバ１０に供給された処理ガスの総流量である。
（工程Ｓ８）
工程Ｓ８では、工程Ｓ７で算出された処理ガスの総流量が、所望の範囲であるか否かを判定する。所望の範囲は、ＡＬＥプロセスのレシピに応じて、ＡＬＥプロセスを行う前に、予め設定しておく。例えば工程Ｓ１において、装置の立ち上げ時などに流量制御器２２のガス流量のデータと実際のガス流量のデータを取得しておいて、設定してもよい。また、例えばガスＯＮ／ＯＦＦを繰り返し行い、これらのガス流量の平均値を算出してもよい。
（工程Ｓ９）
工程Ｓ９では、工程Ｓ８において処理ガスの総流量が所望の範囲内であると判定された場合、ＡＬＥプロセスを続行する。
（工程Ｓ１０）
工程Ｓ１０では、工程Ｓ８において処理ガスの総流量が所望の範囲外であると判定された場合、流量制御器２２におけるガス流量の設定値Ｆｓ（ｔ）をフィードバック制御して調整する。
以上の工程Ｓ１～Ｓ１０を行い、１回のガスＯＮ／ＯＦＦにおいて、処理ガスの総流量を監視する。
以上の実施形態によれば、工程Ｓ４において、流量制御器２２の１次圧力Ｐ１を流量換算して規格化するので、実際に流れる処理ガスの流量が同じであれば、それぞれの流量制御器２２において、上記式（１）から同じガス流量を算出することができる。その結果、流量制御器２２の個体差を解消することができる。
また、工程Ｓ６において、時間Ｔを算出して、ガスＯＮ時のみの圧力の波形を抜粋してトリミングすることができる。換言すれば、ガスＯＦＦ時において流量制御器２２の１次圧力Ｐ１が０（ゼロ）にならなくても、その部分を除去することが可能となる。したがって、１次圧力Ｐ１をガス流量に換算した際に、ガスＯＮ時の流量を適切に算出することができる。
また、工程Ｓ２～工程Ｓ７はリアルタイムに実行することができる。そして、流量制御器２２で保証されていない立ち上がりと立ち下がりを含めて、リアルタイムで処理ガスの総流量を精度よく監視することができる。特に、ＡＬＥプロセスのようにガスＯＮ／ＯＦＦが短時間、例えば３秒以下である場合には、立ち上がりと立ち下がりの影響が大きくなるため、本実施形態のガス監視方法は有用である。そしてその結果、ＡＬＥプロセスで供給したガス流量をリアルタイムに常時監視することで、異常が生じたウェハＷを早期発見することが可能となる。
しかも、本実施形態では、ガス供給路２３を変更することなく、リアルタイムで処理ガスの総流量を監視することができる。ここで、ガス供給路２３を変更すると、プラズマ処理チャンバ１０への処理ガスの応答性が変ってしまう。この点、本実施形態では応答性を変えることなく、処理ガスの総流量を正確に監視することができる。
以上の実施形態では、１回のガスＯＮ／ＯＦＦにおいて処理ガスの総流量を監視する方法について説明した。この点、ＡＬＥプロセスでは、化学修飾工程とエッチング工程を交互に繰り返すため、図７に示すように処理ガスのＯＮ／ＯＦＦが繰り返し行われる。なお、ガスＯＮ／ＯＦＦの回数は図示の例に限定されず、任意に設定することができる。
そこで、工程Ｓ７では、１回のガスＯＮ／ＯＦＦにおけるガス総流量として、複数回のガス総流量を平均して算出してもよい。かかる場合、工程Ｓ７において算出されるガス総流量のバラツキが、各回のガスＯＮ／ＯＦＦで大きい場合でも、これらを平均化できる。そうすると、工程Ｓ８において処理ガスの総流量を判定する際の精度を向上させることができる。
以上の実施形態の工程Ｓ１０では、流量制御器２２におけるガス流量の設定値Ｆｓ（ｔ）をフィードバック制御した。この点、１枚のウェハＷに対して、１回のガスＯＮ／ＯＦＦにおけるガス総流量の判定結果を、次回のガスＯＮ／ＯＦＦにおけるガス流量の設定値Ｆｓ（ｔ）にフィードバックしてもよい。あるいは、一のウェハＷに対するガス総流量の判定結果を、次に処理されるウェハＷに対するガス流量の設定値Ｆｓ（ｔ）にフィードバックしてもよい。
また、以上の実施形態の工程Ｓ１０では、ガス流量の設定値Ｆｓ（ｔ）をフィードバック制御したが、必ずしもフィードバック制御する必要はない。工程Ｓ８において処理ガスの総流量が所望の範囲外であると判定された場合、例えば、ＡＬＥプロセスを停止させてもよい。
以上の実施形態では、工程Ｓ４における１次圧力Ｐ１の流量変換及び規格化と、工程Ｓ６におけるガスＯＮ時のトリミングとを両方行ったが、工程Ｓ４は省略してもよい。すなわち、１次圧力Ｐ１の値そのものを用いてガスＯＮ時のトリミングを行ってもよい。かかる場合でも、処理ガスの総流量を適切に監視することができる。
以上の実施形態のガス供給部２０は、１次圧力計２２２で測定される１次圧力Ｐ１のデータや、２次圧力計２２４で測定される２次圧力Ｐ２のデータ、ガスＯＮの時間のデータなどを収集するボード（図示せず）を備えていてもよい。ボードは、例えばデータ収集に特化した回路基板である。ここで、従来のようにプラズマ処理チャンバ１０にボードを設けた場合、ガス供給部２０におけるデータの収集をするには通信誤差の割合が大きくなる。この点、ガス供給部２０がボードを備えていれば、このような通信誤差の割合が小さくなるため、流量制御器２２の再現性をさらに向上させることができる。
以上の実施形態では、ＡＬＥプロセスにおける処理ガスの総流量監視方法について説明したが、対象とするプロセスはこれに限定されない。例えば、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：成膜処理）に対しても、本開示のガス監視方法を適用できる。上述したように、本開示のガス監視方法では、立ち上がりと立ち下がりを含めて、リアルタイムで処理ガスの総流量を監視することができるので、ＡＬＥやＡＬＤのようにガスＯＮ／ＯＦＦが短時間の場合に、本開示のガス監視方法は有用である。
今回開示された実施形態はすべ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、添付の請求の範囲及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。
１ プラズマ処理システム
１ａ プラズマ処理装置
１ｂ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
２０ ガス供給部
２２ 流量制御器
Ｗ ウェハ

Claims (9)

  1. チャンバに供給されたガスを用いて基板を処理する方法であって、
    （ａ）前記チャンバに供給するガスの圧力を測定して当該ガスの流量を制御する流量制御器において、制御対象となるガスの圧力の閾値を設定する工程と、
    （ｂ）前記チャンバの内部にガスを供給する工程と、
    （ｃ）前記流量制御器におけるガスの圧力を測定する工程と、
    （ｄ）前記チャンバの内部へのガスの供給を停止する工程と、
    （ｅ）前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力が、前記閾値以上になる時間を算出する工程と、
    （ｆ）前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力と、前記（ｅ）工程で算出された時間とに基づいて、前記チャンバに供給されるガスの総流量を算出する工程と、
    を含む、基板処理方法。
  2. （ｇ）下記式（１）を用いて、前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力をガスの流量に換算し、規格化されたガスの流量を算出する工程をさらに含む、請求項１に記載の基板処理方法。
    Ｆ＝Ｐ×Ｆｓ（ｔ）／Ｐｓ（ｔ） ・・・（１）
    Ｆ：規格化されたガスの流量、Ｐ：前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力、ｔ：ガス供給開始からの経過時間、Ｆｓ（ｔ）：時間ｔにおけるガスの流量の設定値、Ｐｓ（ｔ）：時間ｔにおけるガスの圧力の設定値
  3. 前記（ｆ）工程において、前記（ｇ）工程で規格化されたガスの流量を、前記（ｅ）工程で算出された時間で積分して、前記ガスの総流量を算出する、請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 前記（ｅ）工程で算出される時間は、
    前記（ｃ）工程で測定されるガスの圧力の立ち上がり時において、当該圧力が前記閾値に到達する前の前方時間と、
    前記（ｃ）工程で測定されるガスの圧力の立ち下がり時において、当該圧力が前記閾値に到達した後の後方時間と、
    を含み、
    前記前方時間と前記後方時間は、前記（ａ）工程において設定される、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. （ｈ）前記（ｆ）工程で算出されたガスの総流量が、所望範囲の流量であるか否かを判定する工程をさらに含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記（ｈ）工程において、前記（ｆ）工程で算出されたガスの総流量が所望範囲内である場合、基板処理を続行する、請求項５に記載の基板処理方法。
  7. 前記（ｈ）工程において、前記（ｆ）工程で算出されたガスの総流量が所望範囲外である場合、前記流量制御器におけるガスの流量の設定値をフィードバック制御する、請求項５に記載の基板処理方法。
  8. 一の基板に対して基板を処理する際、前記（ａ）工程～前記（ｆ）工程を繰り返し行い、
    各前記（ｆ）工程で算出されたガスの総流量の平均を算出する、請求項１～７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  9. ガスを用いて基板を処理するシステムであって、
    ガス供給口とガス排出口を有するチャンバと、
    前記チャンバに供給するガスの圧力を測定して当該ガスの流量を制御する流量制御器と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    （ａ）前記流量制御器において、制御対象となるガスの圧力の閾値を設定する工程と、
    （ｂ）前記チャンバの内部にガスを供給する工程と、
    （ｃ）前記流量制御器におけるガスの圧力を測定する工程と、
    （ｄ）前記チャンバの内部へのガスの供給を停止する工程と、
    （ｅ）前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力が、前記閾値以上になる時間を算出する工程と、
    （ｆ）前記（ｃ）工程で測定されたガスの圧力と、前記（ｅ）工程で算出された時間とに基づいて、前記チャンバに供給されるガスの総流量を算出する工程と、
    を含む処理を実行するように前記システムを制御する、基板処理システム。
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