(57)【要約】【課題】被処理膜の処理量を正確に制御することができる基板処理方法を提供する。【解決手段】チャンバ３６の内部のガスから生じる誘導結合プラズマの発光スペクトルにおける水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加した時点、すわなち、インキュベーションタイムの終了検出基準点以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間を設定することにより、ＣＯＲ処理を実行する度に、ＣＯＲ処理の処理時間として同一の時間が設定される。【選択図】図９
2018113306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理膜が形成された基板を処理室内に収容し、前記収容された基板へ所定の処理を施す基板処理方法であって、
前記処理室内のガスから生じるプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度であって、前記被処理膜が実際に処理され始めると変化する前記所定の波長の発光強度を計測する発光強度計測ステップと、
該発光強度計測ステップにおいて前記計測される所定の波長の発光強度が変化した時点を基準として以降に実行される前記所定の処理の処理時間を設定する処理時間設定ステップとを有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記発光強度計測ステップでは、少なくとも前記所定の処理用のガスの前記処理室内への導入以降から前記所定の波長の発光強度を計測することを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記発光強度計測ステップでは、前記所定の波長の発光強度の微分値を計測し、前記処理時間設定ステップでは、前記微分値が頂点に達した時点を前記所定の波長の発光強度が変化した時点とすることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記所定の処理はエッチング処理であり、前記処理時間は前記被処理膜の一部のみがエッチングされる時間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記被処理膜は酸化膜であり、前記所定の処理はＣＯＲ処理であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
基板を収容して前記基板に所定の処理を施す処理室を備える基板処理装置において、
前記処理室内のガスから生じるプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度であって、前記基板における被処理膜が実際に処理され始めると変化する前記所定の波長の発光強度を計測する発光強度計測手段と、
前記発光強度計測手段が計測する前記所定の波長の発光強度が変化した時点を基準として以降に実行される前記所定の処理の処理時間を設定する処理時間設定手段とを備えることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチングを伴う基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板としてのウエハに形成された酸化膜を化学的にエッチングして除去する処理として、例えば、ＣＯＲ（Chemical Oxide Removal）処理が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＣＯＲ処理では、ウエハの表面に形成された酸化膜を弗化水素ガス及びアンモニアガスと反応させ、酸化膜から反応生成物としてのフルオロ珪酸アンモニウム（ＡＦＳ）を生成する。生成されたＡＦＳは、ウエハを加熱することによって昇華されて除去される。ＣＯＲ処理では時間の経過に伴ってＡＦＳの生成量が増加するため、ＣＯＲ処理の処理時間を調整することにより、酸化膜の除去量（エッチング量）を調整する。
【０００３】
ところで、ウエハにはＣＯＲ処理が繰り返して施されることがあるが、１回のＣＯＲ処理による酸化膜のエッチング量は、前回のＣＯＲ処理から当該ＣＯＲ処理までの経過時間、いわゆるＱ−ｔｉｍｅに応じて変化してばらつくことが知られている。これに対応して、所望量の酸化膜を確実にエッチングするために、当該ＣＯＲ処理の処理時間は所望量の酸化膜をエッチングするために必要な処理時間よりも長く設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１８５６７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＣＯＲ処理に関し、所望量の酸化膜をエッチングするために必要な処理時間よりも長い処理時間を設定すると、場合によっては酸化膜のエッチング量が所望量より多くなり、必要以上に酸化膜をエッチングすることがある。例えば、酸化膜にホールを形成する際、ホールが酸化膜を貫通することがないように処理時間を設定したとしても、場合によっては酸化膜のエッチング量が所望量より多くなるため、ホールが貫通してしまうことがある。したがって、酸化膜のエッチング量を正確に制御するのは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、被処理膜の処理量を正確に制御することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の基板処理方法は、被処理膜が形成された基板を処理室内に収容し、前記収容された基板へ所定の処理を施す基板処理方法であって、前記処理室内のガスから生じるプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度であって、前記被処理膜が実際に処理され始めると変化する前記所定の波長の発光強度を計測する発光強度計測ステップと、該発光強度計測ステップにおいて前記計測される所定の波長の発光強度が変化した時点を基準として以降に実行される前記所定の処理の処理時間を設定する処理時間設定ステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の基板処理装置は、基板を収容して前記基板に所定の処理を施す処理室を備える基板処理装置において、前記処理室内のガスから生じるプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度であって、前記基板における被処理膜が実際に処理され始めると変化する前記所定の波長の発光強度を計測する発光強度計測手段と、前記発光強度計測手段が計測する前記所定の波長の発光強度が変化した時点を基準として以降に実行される前記所定の処理の処理時間を設定する処理時間設定手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、処理室内のガスから生じるプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度であって、被処理膜が実際に処理され始めると変化する所定の波長の発光強度が変化した時点を基準として以降に実行される所定の処理の処理時間が設定される。これにより、被処理膜が実際に処理され始めた時点を基準として以降に実行される所定の処理の処理時間を設定することができるので、各基板は互いに表面状態が異なり、各基板において表面状態が改善されて被処理膜が実際に処理され始めるまでの時間が異なっていたとしても、各基板における被処理膜の処理量がばらつくのを防止することができる。その結果、被処理膜の処理量を正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置としてのＣＯＲ処理装置を備える基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１におけるＰＨＴ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図１におけるＣＯＲ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】２枚のウエハの組合せを変更したときのインキュベーションタイムの変化を示すグラフである。
【図５】インキュベーションタイムの終了点の判断基準を説明するためのグラフである。
【図６】Ｑ−ｔｉｍｅを変更したときのインキュベーションタイムの変化を示すグラフである。
【図７】Ｑ−ｔｉｍｅを変更したときのエッチング量の変化を示すグラフである。
【図８】Ｑ−ｔｉｍｅが異なる各ウエハのＣＯＲ処理の処理時間をインキュベーションタイムを考慮して補正したときのエッチング量を示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る基板処理方法としてのＣＯＲ処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】図９の処理をウエハの部分断面図を用いて説明するための工程図である。
【図１１】複数のフィン構造が酸化膜に埋没するウエハの構造を概略的に示す部分断面図であり、図１１（Ａ）は各フィン構造の頂部が酸化膜に覆われる場合を示し、図１１（Ｂ）は各フィン構造の頂部が露出する場合を示す。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理方法をウエハの部分断面図を用いて説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置としてのＣＯＲ処理装置を備える基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。
【００１４】
図１において、基板処理システム１０は、基板としての円板状の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを搬出入する搬出入部１１と、該搬出入部１１に隣接して設けられる２つのロードロック室１２と、各ロードロック室１２に隣接して設けられ、ウエハＷに対してＰＨＴ（Post Heat Treatment）処理を施すＰＨＴ処理装置１３と、各ＰＨＴ処理装置１３に隣接して設けられ、ウエハＷに対してＣＯＲ処理を施すＣＯＲ処理装置１４とを備える。基板処理システム１０において、ロードロック室１２、ＰＨＴ処理装置１３及びＣＯＲ処理装置１４はこの順で一直線上に配置される。
【００１５】
搬出入部１１は、内部に第１のウエハ搬送機構１５が設けられる直方体状のローダー室１６を有し、第１のウエハ搬送機構１５はウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１５ａ，１５ｂを有する。ローダー室１６の長手方向に関する側部にはキャリア載置台１７が配置され、該キャリア載置台１７には複数、例えば、３つのキャリアＣが載置される。各キャリアＣは複数のウエハＷを収容する。また、搬出入部１１では、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求め、該偏心量に基づいてウエハＷの位置合わせを行うオリエンタ１８がロードロック室１２に隣接して設けられる。
【００１６】
搬出入部１１では、搬送アーム１５ａ，１５ｂにより、ウエハＷが水平方向又は垂直方向へ自在に移動され、各キャリアＣ、各ロードロック室１２及びオリエンタ１８の間でウエハＷが搬出入される。
【００１７】
各ロードロック室１２は搬出入部１１との間にゲートバルブ１９が介在する状態で搬出入部１１に連結され、各ロードロック室１２の内部にはウエハＷを搬送する第２のウエハ搬送機構２０が設けられる。各ロードロック室１２は排気機構及びガス導入機構（いずれも図示しない）を有し、内部を所定の真空度まで真空引きすることができる。
【００１８】
第２のウエハ搬送機構２０は、多関節アーム構造（図示しない）を有し、さらに、多関節アーム構造によって移動されるＵ字状のピック２０ａを有する。ピック２０ａはウエハＷを載置する。第２のウエハ搬送機構２０では、多関節アーム構造が縮まるとピック２０ａはロードロック室１２の内部に留まり、多関節アーム構造が延びるとピック２０ａはＰＨＴ処理装置１３やＣＯＲ処理装置１４まで到達する。すなわち、第２のウエハ搬送機構２０は、ウエハＷをロードロック室１２、ＰＨＴ処理装置１３及びＣＯＲ処理装置１４の間で搬送する。
【００１９】
さらに、基板処理システム１０は制御部２１を備える。該制御部２１はマイクロプロセッサ（コンピュータ）を有するプロセスコントローラ２２と、ユーザーインターフェース２３と、記憶部２４と備える。プロセスコントローラ２２は基板処理システム１０の各構成要素の動作を制御する。ユーザーインターフェース２３はユーザが入力する基板処理システム１０を管理するためのコマンドを受け付けるタッチパネル（図示しない）や、基板処理システム１０の各構成要素の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ（図示しない）を有する。記憶部２４は、基板処理システム１０で実行される各種処理、例えば、ＣＯＲ処理装置１４で実行される処理ガスの供給や後述するチャンバ３６の内部の排気のための制御プログラムや各種処理条件に応じて基板処理システム１０の各構成要素に所定の動作を行わせる制御プログラムである処理レシピと、各種データベースとを格納する。基板処理システム１０では、記憶部２４に格納されている処理レシピが読み出され、プロセスコントローラ２２が処理レシピに応じて各構成要素の動作を制御することにより、ＣＯＲ処理やＰＨＴ処理が実行される。
【００２０】
図２は、図１におけるＰＨＴ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２１】
図２において、ＰＨＴ処理装置１３は、内部を真空引き（排気）可能なチャンバ２５と、チャンバ２５の内部に配置されてウエハＷを略水平状態で載置するステージ２６とを備える。ステージ２６にはヒータ２６ａが埋設され、該ヒータ２６ａは、ＰＨＴ処理装置１３においてＣＯＲ処理が施された後にステージ２６へ載置されたウエハＷを加熱し、ウエハＷに生じた反応生成物を気化（昇華）させるＰＨＴ処理を実行する。
【００２２】
チャンバ２５のロードロック室１２側には、該ロードロック室１２との間でウエハＷを搬出入するための搬出入口２５ａが設けられ、搬出入口２５ａはゲートバルブ２７によって開閉される。また、チャンバ２５のＣＯＲ処理装置１４側には、該ＣＯＲ処理装置１４との間でウエハＷを搬出入するための搬出入口２５ｂが設けられ、搬出入口２５ｂはゲートバルブ２８によって開閉される。
【００２３】
さらに、チャンバ２５には、不活性ガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガスを供給するガス供給管２９を有するガス供給機構３０と、チャンバ２５の内部を排気する排気管３１を有する排気機構３２とが接続される。ガス供給管２９は窒素ガス供給源３２ａに接続され、窒素ガスの流量を制御するマスフローコントローラ３３を有する。排気管３１は真空ポンプ３４に接続され、排気管３１を開閉する開閉弁３５を有する。
【００２４】
図３は、図１におけるＣＯＲ処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２５】
図３において、ＣＯＲ処理装置１４は、密閉構造のチャンバ３６と、チャンバ３６の内部に配置されてウエハＷを略水平状態で載置するステージ３７と、チャンバ３６の内部へ弗化水素（ＨＦ）ガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガス等の処理ガスを供給する処理ガス供給機構３８と、チャンバ３６の内部を排気する排気機構３９とを備える。ステージ３７は冷媒流路やヒータ（いずれも図示しない）を内蔵し、ＣＯＲ処理の際、冷媒流路やヒータは主としてウエハＷの温度を制御する。
【００２６】
チャンバ３６はチャンバ本体４０及び蓋部４１によって構成され、チャンバ本体４０は略円筒形状の側壁部４０ａ及び平板状の底部４０ｂからなり、上部は開口されて蓋部４１によって閉止される。チャンバ本体４０及び蓋部４１の間にはシール部材（図示しない）が配されてチャンバ３６の気密性が確保される。チャンバ３６のＰＨＴ処理装置１３側には、該ＰＨＴ処理装置１３との間でウエハＷを搬出入するための搬出入口３６ａが設けられ、搬出入口３６ａはゲートバルブ２８によって開閉される。
【００２７】
処理ガス供給機構３８は、第１のガス供給管４３及び第２のガス供給管４４と、これらのガス供給管４３，４４のそれぞれに接続される弗化水素ガス供給源４５及びアンモニアガス供給源４６とを有する。第１のガス供給管４３は蓋部４１を貫通する第１のガス導入ノズル４７を介してチャンバ３６の内部と連通し、第２のガス供給管４４は蓋部４１を貫通する第２のガス導入ノズル４８を介してチャンバ３６の内部と連通する。また、第１のガス供給管４３から第３のガス供給管４９が分岐し、第３のガス供給管４９はアルゴン（Ａｒ）ガス供給源５０に接続され、第２のガス供給管４４から第４のガス供給管５１が分岐し、第４のガス供給管５１は窒素ガス供給源５２に接続される。第１のガス供給管４３乃至第４のガス供給管５１には各供給管を開閉し、各供給管を流れるガスの流量を制御する流量制御器５３が設けられ、流量制御器５３は開閉弁及びマスフローコントローラ３３によって構成される。処理ガス供給機構３８はチャンバ３６の内部へ弗化水素ガス、アルゴンガス、アンモニアガス及び窒素ガスを含む処理ガスを導入するが、弗化水素ガス及びアンモニアガスは互いに反応するため、これらのガスはチャンバ３６の内部において初めて混合するように、それぞれ第１のガス導入ノズル４７及び第２のガス導入ノズル４８を介してチャンバ３６の内部へ導入される。なお、第１のガス導入ノズル４７や第２のガス導入ノズル４８の代わりにシャワーヘッドを設け、処理ガスをシャワーヘッドを介して導入してもよい。
【００２８】
ＣＯＲ処理装置１４では、チャンバ３６の内部を所定の真空度まで減圧し、ウエハＷの表面に形成された酸化膜、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）膜を弗化水素ガス及びアンモニアガスと反応させ、酸化膜から反応生成物としてのフルオロ珪酸アンモニウム（ＡＦＳ）を生成する（ＣＯＲ処理）。反応生成物は、前述したように、ＰＨＴ処理装置１３において昇華される。すなわち、基板処理システム１０では、ＣＯＲ処理装置１４における反応生成物の生成及びＰＨＴ処理装置１３における反応生成物の昇華によってウエハＷの酸化膜が除去される。なお、処理ガスにおけるアルゴンガスや窒素ガスは希釈ガスとして機能するが、希釈ガスとしてはこれらのガスに限られず、他の不活性ガスを用いてもよい。
【００２９】
排気機構３９は、底部４０ｂに開口する排気口５４と連通する排気管５５と、該排気管５５に接続された真空ポンプ５６と、チャンバ３６の内部の圧力を制御する圧力制御弁（ＡＰＣ）５７とを有する。
【００３０】
チャンバ本体４０の側壁部４０ａにはチャンバ３６の内部の圧力を計測する２つのキャパシタンスマノメータ５８ａ,５８ｂが設けられる。２つのキャパシタンスマノメータ５８ａ,５８ｂはそれぞれ高圧測定用及び低圧測定用のマノメータからなる。また、蓋部４１はステージ３７に対向する天井部４１ａ及びチャンバ本体４０の側壁部４０ａに当接する側壁部４１ｂを有し、天井部４１ａ及び側壁部４１ｂのそれぞれにはヒータ５９が埋設される。ヒータ５９は天井部４１ａや側壁部４１ｂを加熱して天井部４１ａ及び側壁部４１ｂにデポが付着するのを防止する。
【００３１】
また、チャンバ本体４０の側壁部４０ａにはプラズマの分光分析を行う分光分析機構６０が設けられる。分光分析機構６０は、チャンバ３６の内部と連通し、チャンバ３６の内部のガスを取り込むサブチャンバ６１と、該サブチャンバ６１の内部に電界を生じさせて当該内部に取り込まれたガスから誘導結合プラズマを生じさせるＩＣＰアンテナ６２と、サブチャンバ６１の側壁部に設けられた観測窓６３を介してサブチャンバ６１の内部の誘導結合プラズマの発光を計測する分光計測器６４とを有する。分光分析機構６０では、分光計測器６４がプラズマの発光スペクトルにおける各波長の発光強度を計測し、チャンバ３６の状態、引いてはウエハＷの表面状態を観測する。具体的に、ＣＯＲ処理においてＡＦＳが生成される際には水分が放出されるため、分光計測器６４は誘導結合プラズマの発光スペクトルにおいて水酸基に対応する波長（例えば、３０８ｎｍの波長）の発光強度を計測し、ＣＯＲ処理の進展を観測する。
【００３２】
ところで、ウエハに所定の処理、例えば、エッチング処理を施す際、チャンバの内部に処理ガスを導入し（場合によってはプラズマを生成し）、その後、ウエハの被処理膜がエッチングされるが、通常、処理ガスが導入されてから被処理膜が実際にエッチングされ始めるまでには時間差が生じる。このような時間差をインキュベーションタイムと称するが、インキュベーションタイムはウエハの表面状態、例えば、被処理膜を覆う残渣の分布やエッチング処理装置のコンディションに左右されるとされる。
【００３３】
そこで、本発明に先立ち、本発明者はウエハの表面状態の違いがインキュベーションタイムに与える影響を確認した。具体的には、ＣＯＲ処理装置１４に類似する構成を有するＣＯＲ処理装置において、２枚のウエハへ同時にＣＯＲ処理を施す際、いずれも酸化珪素膜が剥き出しになった２枚のウエハの組合せ（以下、「組合せ１」という。）、一方は酸化珪素膜が剥き出しになったウエハであり、他方は酸化珪素膜の表面を薄い自然酸化膜や残渣が覆うウエハである２枚のウエハの組合せ（以下、「組合せ２」という。）、及びいずれも酸化珪素膜の表面を薄い自然酸化膜や残渣が覆う２枚のウエハの組合せ（以下、「組合せ３」という。）のそれぞれについて、分光分析機構６０によってＣＯＲ処理の進展を観測し、チャンバ３６の内部へ弗化水素ガス及びアンモニアガスが導入されてから酸化膜からＡＦＳが生成され始めるまでのインキュベーションタイムを計測した。
【００３４】
図４は、２枚のウエハの組合せを変更したときのインキュベーションタイムの変化を示すグラフである。
【００３５】
図４において、分光分析機構６０の分光計測器６４は誘導結合プラズマの発光スペクトルにおいて水酸基に対応する波長の発光強度を計測するが、当該波長の発光強度が急激に増加したときは、ウエハの酸化膜から水分（水酸基）が放出され始めるとき、すなわち、酸化膜からＡＦＳが生成され始めるときに他ならないため、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加したときがインキュベーションタイムの終了点となる。
【００３６】
図４のグラフに示すように、各組合せのインキュベーションタイムは異なり、ウエハにおいて酸化珪素膜が残渣等で覆われる面積が多いほどインキュベーションタイムが長くなることが確認された。これは、ウエハにおいて残渣等で覆われる面積が多いほど酸化珪素膜が露出するための時間を要し、酸化膜からＡＦＳが生成され始める時点が遅れるためだと推察された。
【００３７】
なお、発光強度が急激に増加したときがインキュベーションタイムの終了点であるが、本実施の形態では、インキュベーションタイムの終了点の検出性を向上させる観点から、図５に示すように、発光強度の微分値が頂点に達した時点をインキュベーションタイムの終了検出基準点とした。なお、インキュベーションタイムの終了検出基準点は発光強度が所定の閾値を超えた時点であってもよく、発光強度の微分値が所定の閾値を超えた時点であってもよい。
【００３８】
次に、本発明者は、Ｑ−ｔｉｍｅが互いに異なる複数のウエハを準備し、各ウエハについてＣＯＲ処理を施し、チャンバ３６の内部へ弗化水素ガス及びアンモニアガスが導入されてから酸化膜からＡＦＳが生成され始めるまでのインキュベーションタイムを観測した。
【００３９】
図６は、Ｑ−ｔｉｍｅを変更したときのインキュベーションタイムの変化を示すグラフである。図６においても、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加したときをインキュベーションタイムの終了点とし、Ｑ−ｔｉｍｅが互いに異なる複数のウエハとしてＱ−ｔｉｍｅが２４時間のウエハ、Ｑ−ｔｉｍｅが１２時間のウエハ及びＱ−ｔｉｍｅが１時間のウエハを準備した。なお、このときのＣＯＲ処理では、弗化水素ガス、アンモニアガス及びアルゴンガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ及び４０ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍとし、チャンバ３６の内部の圧力を１００ｍＴｏｒｒ〜７００ｍＴｏｒｒに設定し、各ヒータ５９の温度を７５℃〜８５℃に設定し、処理時間を１４秒に設定した。
【００４０】
図６のグラフ及び下記表１に示すように、Ｑ−ｔｉｍｅが変わるとインキュベーションタイムが変わり、Ｑ−ｔｉｍｅが長いほどインキュベーションタイムが短くなることが確認された。これは、Ｑ−ｔｉｍｅが長いほど残渣を構成するＡＦＳのフッ素によってウエハの酸化膜のフッ素終端が進展し、さらに、当該酸化膜が大気中の水分を吸着する時間が長くなって酸化膜の水分が増加し、酸化膜が弗化水素ガスやアンモニアガスと反応しやすくなったためと推察された。
【００４１】
【表１】
2018113306.tif 000003
【００４２】
また、本発明者は、Ｑ−ｔｉｍｅが互いに異なる複数のウエハへＣＯＲ処理を施したときの各ウエハにおけるＡＦＳの生成量（すなわち、エッチング量）を観測した。このときも、ＣＯＲ処理おいて、弗化水素ガス、アンモニアガス及びアルゴンガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ及び４０ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍとし、チャンバ３６の内部の圧力を１００ｍＴｏｒｒ〜７００ｍＴｏｒｒにに設定し、各ヒータ５９の温度を７５℃〜８５℃に設定し、処理時間を１４秒に設定した。
【００４３】
図７のグラフ及び下記表２に示すように、Ｑ−ｔｉｍｅが変わるとエッチング量がばらつき、Ｑ−ｔｉｍｅが長いほどエッチング量が多くなることが確認された。これは、上述したように、Ｑ−ｔｉｍｅが長いほどインキュベーションタイムが短くなるため、実際にＡＦＳが生成される時間（１４秒−インキュベーションタイム）が長くなり、ＡＦＳの生成量が増加したためと推察された。なお、図７のグラフでは横軸がインキュベーションタイムを示す。
【００４４】
【表２】
2018113306.tif 000004
【００４５】
以上より、各ウエハにおいてエッチング量がばらつくのは、各ウエハのインキュベーションタイムが異なり、実際にＡＦＳが生成される時間が各ウエハにおいて異なるためだと推察された。本発明者は、この推察を検証すべく、Ｑ−ｔｉｍｅが異なる各ウエハのＣＯＲ処理の処理時間をインキュベーションタイムを考慮して補正した。すなわち、Ｑ−ｔｉｍｅが長い（インキュベーションタイムが短い）ほど、ＣＯＲ処理の処理時間を短くして各ウエハにおける実際にＡＦＳが生成される時間を揃えるようにした。具体的には、Ｑ−ｔｉｍｅが１２時間のウエハではＣＯＲ処理の処理時間をＱ−ｔｉｍｅが１時間のウエハに対して０．３秒ほど短くし、Ｑ−ｔｉｍｅが２４時間のウエハではＣＯＲ処理の処理時間をＱ−ｔｉｍｅが１時間のウエハに対して０．６秒ほど短くした。その後、各ウエハにＣＯＲ処理を施し、各ウエハにおけるエッチング量を観測した。このときも、ＣＯＲ処理において、弗化水素ガス、アンモニアガス及びアルゴンガスの流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ及び４０ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍとし、チャンバ３６の内部の圧力を１００ｍＴｏｒｒ〜７００ｍＴｏｒｒに設定し、各ヒータ５９の温度を７５℃〜８５℃に設定し、Ｑ−ｔｉｍｅが１時間のウエハの処理時間を１４秒に設定した。
【００４６】
図８は、Ｑ−ｔｉｍｅが異なる各ウエハのＣＯＲ処理の処理時間をインキュベーションタイムを考慮して補正したときのエッチング量を示すグラフである。
【００４７】
図８に示すように、Ｑ−ｔｉｍｅが長い（インキュベーションタイムが短い）ほど、ＣＯＲ処理の処理時間を短くすることにより、各エッチング量がばらつくのを防止することができ、各エッチング量を揃えることができることが分かった。例えば、図８のグラフでは各エッチング量のばらつきが±０．３％に留まった。
【００４８】
以上から、インキュベーションタイムの終了点、すなわち、ＡＦＳの生成開始点を検知し、検知されたＡＦＳの生成開始点を基準として実際にＡＦＳが生成される時間を揃えれば、各エッチング量がばらつくのを防ぎ、結果として、酸化膜からのＡＦＳの生成を正確に制御することができることが分かった。本発明はこの知見に基づくものである。
【００４９】
次に、本実施の形態に係る基板処理方法としてのＣＯＲ処理について説明する。
【００５０】
図９は、本実施の形態に係る基板処理方法としてのＣＯＲ処理の手順を示すフローチャートである。本処理はＣＯＲ処理装置１４においてＣＯＲ処理毎に実行される。また、図１０は、図９の処理をウエハの部分断面図を用いて説明するための工程図である。
【００５１】
図９において、まず、排気機構３９によってチャンバ３６の内部を排気して該内部の圧力を所定の真空度まで低下させ、処理ガス供給機構３８によってチャンバ３６の内部へ処理ガスを導入する（ステップＳ９１）。このとき、ステージ３７によってウエハＷの温度をＣＯＲ処理に適した温度へ制御する。
【００５２】
次いで、チャンバ３６の内部への処理ガスの導入以降、分光分析機構６０においてサブチャンバ６１へチャンバ３６の内部のガスを取り込み、ＩＣＰアンテナ６２によって取り込まれたガスから誘導結合プラズマを生じさせ、分光計測器６４が誘導結合プラズマの発光スペクトルにおいて水酸基に対応する波長の発光強度を計測する。このとき、図１０（Ａ）に示すように、ウエハＷの酸化膜１００の表面にはＡＦＳ等の残渣１０１が存在し、該残渣１０１は熱等によって除去されるまで酸化膜１００からＡＦＳが生成されるのを抑制する。したがって、チャンバ３６の内部へ処理ガスを導入しても、直ちに酸化膜１００からＡＦＳが生成されることがなく、水酸基に対応する波長の発光強度も増加しない。その後、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加したか否か、すなわち、インキュベーションタイムが終了点に到達したか否かを判別する（ステップＳ９２）。上述したように、図９の処理では、水酸基に対応する波長の発光強度の微分値が頂点に達したときをインキュベーションタイムの終了検出基準点とする。
【００５３】
ステップＳ９２の判別の結果、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加していないときはステップＳ９２に戻る。一方、図１０（Ｂ）に示すように、残渣１０１が除去されて酸化膜１００が全面的に露出し、酸化膜１００からＡＦＳが生成され始め、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加しているときは、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加した時点、すわなち、インキュベーションタイムの終了検出基準点以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間を設定し（ステップＳ９３）、そのままＣＯＲ処理を設定された時間だけ継続する（ステップＳ９４）。ＣＯＲ処理が継続される間、図１０（Ｃ）に示すように、酸化膜１００からＡＦＳ１０２が生成され続ける。
【００５４】
ステップＳ９３で設定されるＣＯＲ処理の処理時間は特に限られないが、例えば、酸化膜１００を全て反応させてＡＦＳにする（すなわち、酸化膜１００を全てエッチングする）のに十分な処理時間であってもよく、酸化膜１００の一部のみが反応してＡＦＳになる（すなわち、酸化膜１００の一部のみをエッチングする）のに必要な処理時間であってもよい。本実施の形態では、ステップＳ９３において、酸化膜１００の一部のみが反応してＡＦＳになるために必要な処理時間が設定される。また、図９の処理は、上述したように、ＣＯＲ処理毎に実行されるが、図９の処理の実行毎に毎回同一の時間がＣＯＲ処理の処理時間として設定される。これにより、図９の処理を実行する度に、インキュベーションタイムの終了検出基準点以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間として同一の時間が設定される。
【００５５】
次いで、ステップＳ９３において設定されたＣＯＲ処理の処理時間が経過したか否かを判別し（ステップＳ９５）、設定されたＣＯＲ処理の処理時間が経過していなければステップＳ９５に戻り、設定されたＣＯＲ処理の処理時間が経過していれば、本処理を終了する。設定されたＣＯＲ処理の処理時間が経過すると、図１０（Ｄ）に示すように、酸化膜１００の一部のみが反応してＡＦＳ１０２になる。
【００５６】
図９の処理によれば、チャンバ３６の内部のガスから生じる誘導結合プラズマの発光スペクトルおける水酸基に対応する波長の発光強度が急激に増加した時点、すわなち、インキュベーションタイムの終了点を基準として以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間が設定され、図９の処理を実行する度に、ＣＯＲ処理の処理時間として同一の時間が設定される。これにより、互いに残渣１０１等の分布状況が異なる各ウエハＷにおいてインキュベーションタイムが異なっていたとしても、実際にＡＦＳ１０２が生成される時間を揃えることができる。その結果、各ウエハＷにおける酸化膜１００のエッチング量がばらつくのを防止することができ、もって、酸化膜１００のエッチング量を正確に制御することができる。
【００５７】
また、図９の処理では、チャンバ３６の内部への処理ガスの導入以降から水酸基に対応する波長の発光強度が計測されるので、酸化膜１００からＡＦＳが生成され始めるよりも前から水酸基に対応する波長の発光強度が計測される。これにより、処理ガスによって酸化膜１００からＡＦＳが生成され始めた時点を見逃すのを防止することができる。
【００５８】
さらに、図９の処理では、水酸基に対応する波長の発光強度の微分値が頂点に達したときをインキュベーションタイムの終了検出基準点とする。微分値の頂点は水酸基に対応する波長の発光強度の微分値をさらに微分することによって確実に検出することができるため、インキュベーションタイムの終了検出基準点を見逃すのを確実に防止することができる。
【００５９】
また、図９の処理では、インキュベーションタイムの終了検出基準点以降に設定される処理時間は酸化膜１００の一部のみをエッチングするのに必要な処理時間であるので、酸化膜１００を全てエッチングしない場合であっても、酸化膜１００のエッチング量を正確に制御することができる。なお、従来、被処理膜が全てエッチングされて他の膜が露出するとウエハから放出される反応生成物やガスの密度や分布が変化してプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度が変化することから、当該所定の波長の発光強度が急激に変化した時点をエッチング処理の終了点とみなす終点検出方法が提案されているが、終点検出方法は、被処理膜が全てエッチングされて他の膜が露出することを前提とするため、図９の処理のように被処理膜を全てエッチングすることなくエッチング処理を終了させる場合には適用することができない。すなわち、図９の処理は、従来の終点検出方法に比べて酸化膜１００を全てエッチングすることなくエッチング処理を終了させる場合であっても適用することができるという利得がある。
【００６０】
さらに、インキュベーションタイムはウエハの表面状態だけでなくエッチング処理装置のコンディションにも左右されるが、図９の処理はインキュベーションタイムの終了点を基準として以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間を設定するので、インキュベーションタイムが如何なる要因でばらついたとしても、酸化膜１００のエッチング量を正確に制御することができる。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６２】
本実施の形態は、分光分析機構６０によって検出される時点がインキュベーションタイムの終了点でなくＡＦＳの生成量が大幅に変化する時点である点で第１の実施の形態と異なるのみであり、その他の構成、作用は第１の実施の形態と基本的に同じであるので、重複した構成、作用については説明を省略し、以下、異なる構成、作用についてのみ説明する。
【００６３】
図１１（Ａ）に示すような複数のフィン構造１１０が酸化膜１１１に埋没するウエハＷにおいて、酸化膜１１１にＣＯＲ処理を施す際、図１１（Ｂ）に示すように、各フィン構造１１０の上の酸化膜１１１が除去されて各フィン構造１１０の頂部が露出すると、露出する酸化膜１１１の面積が相対的に減少するため、ＡＦＳの生成量が大幅に減少して酸化膜１１１からの水分放出量が大幅に減少する。したがって、ＣＯＲ処理装置１４において図１１（Ａ）に示すウエハＷへＣＯＲ処理を施す際、分光分析機構６０の分光計測器６４がチャンバ３６の内部のガスから生じさせた誘導結合プラズマの発光スペクトルにおいて水酸基に対応する波長の発光強度の急激な減少を検出することにより、各フィン構造１１０の頂部が露出する時点を検出することができる。また、各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質した場合も、以降においてＡＦＳ１１２へ変質する酸化膜１１１が各フィン構造１１０の間の酸化膜１１１に限られるため、水酸基に対応する波長の発光強度の急激な減少を検出することにより、各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質した時点を検出することができる。本実施の形態では、これに対応して各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質した時点を検出し、当該検出された時点を基準として以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間を設定する。
【００６４】
図１２は、本実施の形態に係る基板処理方法をウエハの部分断面図を用いて説明するための工程図である。本基板処理方法はＣＯＲ処理装置１４が実行する。
【００６５】
まず、排気機構３９によってチャンバ３６の内部を排気して該内部の圧力を所定の真空度まで低下させ、処理ガス供給機構３８によってチャンバ３６の内部へ処理ガスを導入する。このとき、ステージ３７によって図１１（Ａ）に示すウエハＷの温度をＣＯＲ処理に適した温度へ制御する。
【００６６】
次いで、チャンバ３６の内部への処理ガスの導入以降、分光分析機構６０においてサブチャンバ６１へチャンバ３６の内部のガスを取り込み、ＩＣＰアンテナ６２によって取り込まれたガスから誘導結合プラズマを生じさせ、分光計測器６４が誘導結合プラズマの発光スペクトルにおいて水酸基に対応する波長の発光強度を計測する。このとき、図１２（Ａ）に示すように、ウエハＷの酸化膜１１１の表面からＡＦＳ１１２が生成され始めるが、その後もＣＯＲ処理を継続して酸化膜１１１からＡＦＳ１１２を生成する。
【００６７】
次いで、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に減少したか否か、すなわち、各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質した否かを判別する。
【００６８】
図１２（Ｂ）に示すように、各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質し、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に減少しているときは、水酸基に対応する波長の発光強度が急激に減少した時点、すわなち、各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質した時点を基準として以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間を設定し、そのままＣＯＲ処理を設定された時間だけ継続する。その後、ＣＯＲ処理が継続される間、図１２（Ｃ）に示すように、酸化膜１１１からＡＦＳ１１２が生成され続ける。なお、本実施の形態においても、酸化膜１１１の一部のみが反応してＡＦＳ１１２になるために必要な処理時間が設定される。また、図１２の処理も、ＣＯＲ処理毎に実行されるが、ＣＯＲ処理の処理時間としては、図１２の処理の実行毎に毎回同一の時間が設定される。これにより、図１２の処理を実行する度に、各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質した時点を基準として以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間として同一の時間が設定される。
【００６９】
次いで、設定されたＣＯＲ処理の処理時間が経過したか否かを判別し設定されたＣＯＲ処理の処理時間が経過していれば、本処理を終了し、図１２（Ｄ）に示すように、生成されたＡＦＳ１１２をＰＨＴ処理によって除去する。
【００７０】
図１２の処理によれば、チャンバ３６の内部のガスから生じる誘導結合プラズマの発光スペクトルおける水酸基に対応する波長の発光強度が急激に減少した時点、すわなち、各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１が全てＡＦＳ１１２へ変質した時点を基準として以降に実行されるＣＯＲ処理の処理時間が設定され、図１２の処理を実行する度に、ＣＯＲ処理の処理時間として同一の時間が設定される。これにより、互いに各フィン構造１１０の頂部を覆う酸化膜１１１の厚さが異なる各ウエハＷにおいて、各フィン構造１１０の間においてＡＦＳ１１２が生成される時間を揃えることができる。その結果、各ウエハＷにおいて各フィン構造１１０の間の酸化膜１１１のエッチング量がばらつくのを防止することができ、もって、各フィン構造１１０の間の酸化膜１１１のエッチング量を正確に制御することができる。
【００７１】
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００７２】
例えば、上記各実施の形態では、チャンバ３６の内部にプラズマを生じさせないＣＯＲ処理装置１４を用いたが、チャンバの内部にプラズマを生じさせ、該プラズマによって被処理膜にプラズマ処理、例えば、成膜処理やエッチング処理を施す場合、被処理膜の表面に存在する残渣が除去された際にチャンバの内部へ飛散する反応生成物やガスの密度や分布が変化する。このとき、チャンバの内部に生じたプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度が変化する。したがって、チャンバの内部にプラズマを生じさせる処理装置では、チャンバの内部に生じたプラズマの発光スペクトルにおける所定の波長の発光強度を測定することにより、例えば、被処理膜の表面に存在する残渣が除去されて被処理膜のプラズマ処理が開始される時点を検出してもよい。
【００７３】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、基板処理システム１０の制御部２１に供給し、制御部２１のプロセスコントローラ２２が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【００７４】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００７５】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより制御部２１に供給されてもよい。
【００７６】
また、制御部２１が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、プロセスコントローラ２２上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７７】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、制御部２１に挿入された機能拡張ボードや制御部２１に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７８】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【００７９】
Ｗ  ウエハ
１０  基板処理システム
１４  ＣＯＲ処理装置
６０  分光分析機構
６４  分光計測器
１００、１１１  酸化膜
１０２、１１２  ＡＦＳ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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