(57)【要約】【課題】気相反応処理装置における剥離処理の終点検出方法を提供する。【解決手段】処理チャンバ内に配置した触媒体９に電力を供給して高温加熱し、高温加熱された触媒体９により反応ガスを分解して処理を行う際の終点検出方法において、触媒体９に定電流源１０から電力を供給する工程と、触媒体９の両端間の電位差を検出する工程と、検出された電位差の１次微分を行う工程と、得られた１次微分値に基づいて処理終点を決定する工程とを有するようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内に配置した触媒体に電力を供給して高温加熱し、高温加熱された前記触媒体により反応ガスを分解して処理を行う際の終点検出方法において、
前記触媒体に定電流源から電力を供給する工程と、
前記触媒体の両端間の電位差を検出する工程と、
検出された電位差の１次微分を行う工程と、
得られた１次微分値に基づいて処理終点を決定する工程とを有することを特徴とする終点検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の終点検出方法において、前記１次微分値について、さらに２次微分を行い、得られた２次微分値に基づいて処理終点を決定することを特徴とする終点検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の終点検出方法において、前記１次微分値を閾値と比較して、この結果に基づいて処理終点を決定することを特徴とする終点検出方法。
【請求項４】
処理チャンバ内に配置した触媒体に電力を供給して高温加熱し、高温加熱された前記触媒体により反応生成ガスを励起して処理を行う終点検出装置において、
前記触媒体に電力を供給する電源装置として定電流電源を用い、
前記触媒体の両端間の電位差を検出する手段と、
検出された電位差の１次微分を行って１次微分値を出力する手段と、
前記１次微分値に基づいて処理終点を決定する手段とを有することを特徴とする終点検出装置。
【請求項５】
反応ガスが導入される処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配置される、処理されるべき基板材料と、前記処理チャンバ内に導入された前記反応ガスを分解する触媒体と、前記触媒体に電力を供給する電源装置と前記触媒体を有する電極構造体とを有する気相反応処理装置において、
前記触媒体両端間の電位差を検出する手段と、
検出された前記電位差について１次微分を行って１次微分値を出力する手段と、
出力された１次微分値に基づいて処理終点を決定する手段とを有する終点検出装置が設けられていることを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の気相反応処理装置において、前記終点検出装置は、検出された１次微分値を閾値と比較する比較手段を有し、該比較手段からの出力に基づいて処理終点を決定することを特徴とする気相反応処理装置。
【請求項７】
請求項５に記載の気相反応処理装置において、前記１次微分値について、さらに２次微分を行い、２次微分値の零クロス点から処理終点を決定することを特徴とする気相反応処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒体を用いて例えばレジスト膜等を剥離（除去）する際に用いられる場合に好適な終点検出方法及び終点検出装置に関するものである。
さらに、本発明は、終点検出装置を具える気相反応処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハ上に形成されたレジスト膜を剥離（除去）する方法として、放電プラズマによりアッシングガスを励起してレジスト膜をアッシングする方法が広く利用されている。
しかしながら、この従来のアッシング方法では、プラズマ電界の不均一性やゆらぎ等によりウェハ上に電界の不均一性が生じ、均一なアッシング性能を得ることが困難であり、製品としての半導体デバイスの歩留りに悪影響を及ぼしていた。また、均一な大面積のプラズマ放電が困難であり、大口径の半導体ウェハの処理にも難点があった。
【０００３】
上述した課題を解決する剥離方法として、触媒体を用いた剥離方法が既知である（例えば、特許文献１参照）。この剥離方法では、タングステンワィヤのような触媒体を処理すべき半導体ウェハの上方に配置し、触媒体を高温加熱し、高温の触媒体に反応ガスを接触させることにより反応ガスを分解させる。そして、分解された反応ガスをウェハに照射して剥離処理が行われている。
【０００４】
【特許文献１】特願２００５−２９４５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した特許文献１に記載の剥離方法では、プラズマの不均一性に起因する影響を受けず、ウェハ全面にわたって均一に剥離することができ、大口径ウェハの処理に好適な剥離方法として期待されている。しかしながら、剥離処理の終点を検出する方法が確立されていないため実用化に至っていないのが実情である。
このような剥離方法では、従来の放電プラズマを利用したアッシング方法とは異なるものであるため、アッシング方法の終点検出方法を適用することができないものである。従って、剥離方法において終点検出方法が確立されれば、次世代の剥離方法として期待されているレジスト剥離方法を実用化することができる。
【０００６】
上述した点に鑑み、本発明の目的は、剥離処理における終点を正確に検出できる終点検出方法及び終点検出装置、さらには終点検出装置を備えた気相反応処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る終点検出方法は、処理チャンバ内に配置した触媒体に電力を供給して高温加熱し、高温加熱された触媒体により反応生成ガスを励起して処理を行う際の終点検出方法において、触媒体に定電流源から電力を供給する工程と、触媒体の両端間の電位差を検出する工程と、検出された電位差の１次微分を行う工程と、得られた１次微分値に基づいて処理終点を決定する工程とを有するようにする。
【０００８】
つまり、剥離処理中に触媒体から放出されるエネルギーは、剥離処理に費やされると共に、残りのエネルギーは放散して周囲空間を構成する部材を加熱する。      
従って、剥離が終了すると、触媒体から放出されるエネルギーが減少し、触媒体自体が昇温する。一方、金属材料の触媒体の電気抵抗は温度と共に増大するため、触媒体に定電流を供給すれば、剥離処理の終点において触媒体の両端間の電位差が急上昇する。
本発明に係る終点検出方法では、このような触媒体の特性に着目し、触媒体両端間の電位差を検出し、検出された電位差に基づいて剥離処理の終点を検出する。触媒体に生ずる電位差は、既存の電圧計を用いて容易に測定できるので、実際に基板材料上の膜（例えばレジスト膜）の剥離を行う場合は、簡単な手法で剥離処理の終点を求めることが可能になる。
【０００９】
本発明に係る終点検出装置は、処理チャンバ内に配置した触媒体に電力を供給して高温加熱し、高温加熱された触媒体により反応生成ガスを励起して処理を行う終点検出装置において、触媒体に電力を供給する電源装置として定電流電源を用い、触媒体の両端間の電位差を検出する手段と、検出された電位差の１次微分を行って１次微分値を出力する手段と、１次微分値に基づいて処理終点を決定する手段とを有するようにする。
【００１０】
本発明に係る終点検出装置によれば、触媒体に電力を供給する電源装置として定電流電源を用い、触媒体の両端間の電位差を検出する手段と、検出された電位差の１次微分を行って１次微分値を出力する手段と、１次微分値に基づいて処理終点を決定する手段とを有するので、実際に基板材料上の膜（例えばレジスト膜）の剥離を行う場合は、簡単な手法で剥離処理の終点を求めることが可能になる。
【００１１】
本発明による気相反応処理装置は、反応ガスが導入される処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配置される、処理されるべき基板材料と、前記処理チャンバ内に導入された前記反応ガスを分解する触媒体と、前記触媒体に電力を供給する電源装置と前記触媒体を有する電極構造体とを有し、触媒体両端間の電位差を検出する手段と、検出された前記電位差について１次微分を行って１次微分値を出力する手段と、出力された１次微分値に基づいて処理終点を決定する手段とを有する終点検出装置が設けられている。
【００１２】
本発明に係る気相反応処理装置によれば、触媒体両端間の電位差を検出する手段と、検出された前記電位差について１次微分を行って１次微分値を出力する手段と、出力された１次微分値に基づいて処理終点を決定する手段とを有する終点検出装置が設けられているので、例えば、基板材料（半導体ウェハ）間によるレジスト膜厚差が生じた場合においても、レジスト膜の剥離残渣がなく、安定した剥離が可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板材料上の膜（例えばレジスト膜）の剥離処理における終点を正確に検出することができ、触媒体を用いた基板材料の剥離処理を実用化することが可能になる。
従って、操作性が格段に向上し、高性能且つ信頼性の高い気相反応処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る気相反応処理装置の一実施の形態を示す概略断面図である。また、図２Ａは図１の気相反応処理装置においてキャップを除いた場合を示す上面図、図２Ｂは図２Ａの正面図、図２Ｃは図２Ａを紙面横方向（右方向）から見た側面図である。
【００１５】
本実施の形態に係る気相反応処理装置２５では、図１及び図２に示すように、ベース部材１にシール部材（図示せず）を介してステージ２が気密に装着され、このステージ２に、処理すべき基板材料（半導体ウェハ）３を支持するサセプタ４が配置されている。ベース部材１上には、シール部材を介して円筒状のベースリング５が気密に装着され、このベースリング５上には、後述する電極構造体を構成する、各触媒体９を支持する第1の端子群７及び第２の端子群８、さらには、これら第１及び第２の端子群７及び８を電気的に絶縁支持する絶縁材料からなる端子台６が気密に装着されている。そして、この端子台６上には、キャップ１１が気密に装着されている。
【００１６】
ベースリング５には気相反応処理により発生した反応ガスを排気するためのアウトレット１３が設けられており、キャップ１１には反応ガスを後述する処理チャンバ内に導入するためのインレット１２が設けられている。１０は、各触媒体９に電力を供給するための電源装置である。
なお、ステージ２は昇降機構（図示せず）に連結されることで昇降可能に設定され、ステージ2の昇降動作によりウェハ３の交換が行われる。
また、ウェハ３の表面にはレジスト膜等の有機膜（図示せず）が形成されており、この有機膜が気相反応処理により剥離（除去）される。
【００１７】
このような構成の気相反応処理装置２５では、ベース部材１、ステージ２、ベースリング５、端子台６、及びキャップ１１により処理チャンバ１４が構成されている。
【００１８】
電極構造体１５は、互いにほぼ平行に配列された複数のワイヤー状の触媒体９と、各触媒体９を挟んで対向配置され、各触媒体９の一方（図２Ａの場合では左側）の端部をそれぞれ支持する複数の端子を含む第１の端子群７と、各触媒体９の他方の端部（図２Ａの場合では右側）をそれぞれ支持する複数の端子を含む第２の端子群８と、第１及び第２の端子群７及び８を電気的に絶縁支持する端子台６とから構成されている。
【００１９】
端子台６は、円筒状のベースを有し、このベースに互いに対向する第１及び第２の端子群７及び８が装着されている。
第１及び第２の端子群７及び８は、それぞれ１２個の端子（７１〜７１２、８１〜８１２）を有し、これらの端子（７１〜７１２、８１〜８１２）は絶縁材料によりそれぞれ電気的に絶縁されている。
第１及び第２の端子群７及び８は、一端側が処理チャンバ１４内に位置して各触媒体９の一端をそれぞれ支持し、他端は処理チャンバ１４の外部に位置している。
【００２０】
各触媒体９の端部は第１及び第２の端子群７及び８で把持されている。そして、第１及び第２の端子群７及び８において、隣接する端子同士が交互に接続され、両端の２個の端子（図２Ａの場合では７１及び７１２）が、外部に設けられた電気的接続部材を介して電源装置１０に接続されることで、１２本の触媒体９（９１〜９１２）が電源装置１０に対して電気的に直列に接続されている。従って、各触媒体９（９１〜９１２）には均一な電流が供給される。
【００２１】
触媒体９としては、例えばタングステンワイヤーのような高融点金属ワイヤーを用いることができる。また、これ以外にも、例えば、白金、モリブデンのような高融点金属のワイヤーや、タングステン、白金、モリブデン、パラジウム、バナジウムのような高融点金属の膜が形成されている線状のセラミックスも用いることができる。
【００２２】
そして、本実施の形態においては特に、このような構成の気相反応処理装置２５において、触媒体９の両端間の電位差を検出する電位差検出手段）と、検出された電位差について１次微分を行って１次微分値を出力する手段と、出力された１次微分値に基づいて剥離終点を決定する手段とを有する終点検出装置が設けられている。
【００２３】
次に、このような構成の気相反応処理装置２５を用いてウェハ上に形成されたレジスト膜の剥離を行う場合、即ち、気相反応処理を行う場合を説明する。  
【００２４】
先ず初めに、ステージ２に連結されている図示しない昇降機構を駆動してステージ２を下降させ、サスセプタ３上に処理すべきウェハ３を載置する。
【００２５】
次に、ステージ２を上昇させ、ステージ２をベース部材１に対して気密に装着する。これにより処理チャンバ１４内にウェハ３が配置される。
【００２６】
次に、処理チャンバ１４内を排気し、減圧状態にしてから処理を開始する。インレット１２から反応ガスを処理チャンバ１４内に導入すると共に電源装置１０を作動させて触媒体９を抵抗加熱する。
この際、反応ガスとしては、還元性ガスとしてＨ２ガスを用いる。また、電源装置１０としては定電流電源を用いる。
【００２７】
これにより、各触媒体９は徐々に昇温され、例えば約１８００°Ｃ程度まで昇温される。処理チャンバ１４内に導入されたＨ２ガスは、触媒体９から熱エネルギーを受け取って分解され、ウェハ３の表面に照射される。そして、化学反応及びレジスト膜表面への衝突等の作用によりレジスト膜が剥離される。  
なお、気相反応処理過程において発生した反応ガスはアウトレット１３を介して外部に排気される。
【００２８】
この結果、ウェハ３への損傷が低減され、紫外線損傷が生ずることなくウェハ３からレジスト膜を剥離することができる。
【００２９】
次にこのような処理において行われる、終点検出方法の一実施の形態を説明する。  
先ず、理解を容易にするために、終点検出方法が導きだされた経緯を説明し、この後に終点検出方法の一実施の形態を説明する。
【００３０】
本発明者らは、半導体デバイスの製造工程中のレジスト膜が形成されているウェハ３とレジスト膜が形成されていないウェハ３を用意し、図１に示す気相反応処理装置２５内に配置して同一の条件で剥離処理を行い、触媒体９の温度変化及び触媒体９の両端間の電圧変化を観測した。
図３Ａは剥離処理工程における処理時間と触媒体９の温度との関係を示すグラフであり、実線Ｘはレジスト膜が形成されているウェハ３の温度変化を示し、破線Yはレジスト膜の無いウェハ３の温度変化を示す。
また、図３Ｂは触媒体９の両端間電圧の時間変化を示すグラフであり、実線はレジスト膜が形成されているウェハ３の電圧変化を示し、破線はレジスト膜の無いウェハ３の電圧変化を示す。
なお、触媒体９の温度は放射温度計を用いて外部から測定した。
【００３１】
触媒体９は抵抗発熱体であるため、定電流電源１０から触媒体９に電流を供給すると触媒体９はジュール熱を発生して直ちに昇温し、安定した温度まで昇温し、その後緩やかに昇温する。
図３Ａの破線Ｙに示すように、レジスト膜の無いウェハ３の場合、処理時間の経過にしたがって緩やかに昇温するだけである。
一方、レジスト膜が形成されているウェハ３の場合、図３Ａの実線Ｘに示すように、処理中の温度はレジスト膜の無いウェハ３よりも低い温度であり、処理中は緩やかに昇温し、レジスト膜が略剥離処理されたと思われる時点から急激に昇温し、その後レジスト膜の無いウェハ３と同一に緩やかに昇温する。
【００３２】
次に、触媒体の電位差の変化について検討した。
レジスト膜の無いウェハ３の場合、図３Ｂの破線Ｙに示すように、定電流供給開始後直ちにほぼ安定した電圧に到達し、その後緩やかに上昇するだけであった。
一方、レジスト膜付きウェハ３の場合、図３Ｂの実線Ｘに示すように、同様に定電流供給開始後ほぼ安定した電圧に到達し、その後緩やかに上昇し、剥離処理が終了したと思われる時点から急激に上昇し、レジスト膜の無いウェハ３と同一の電圧値となった。その後、レジスト膜の無いウェハ３と同様に緩やかに上昇した。
【００３３】
このような測定結果により、次に示すことが考えられる。
触媒体９は抵抗発熱体であるから、電流供給後昇温を開始し、放射及び伝導により熱エネルギーを放出する。この際、レジスト膜の無いウェハ３の場合、電源から供給される電気的エネルギーと外部へ放出するエネルギーとがバランスして安定した温度に到達し、処理チャンバ１４を構成する部材の昇温に伴って緩やかに昇温するものと解される。これに対し、レジスト膜付きのウェハ３の場合、昇温するにしたがってレジストを気化させる剥離が行われるため、この剥離処理にエネルギーが費やされる。このため、放出されるエネルギー量がレジスト膜の無いウェハ３よりも大きいため、レジスト膜の無いウェハ３よりも低い温度に安定するものと考えられる。その後、レジスト膜が剥離されて除去されると、剥離に費やされるエネルギーがなくなるため、触媒体９から放出されるエネルギー量も減少し急激に昇温するものと解される。従って、触媒体９がほぼ安定した温度から急激に昇温する時点が剥離処理の終了点と解される。
【００３４】
また、触媒体９の電位差の変化については次に示すことが考えられる。
触媒体９は金属材料であるから、その温度上昇に伴って電気的抵抗値は増大する。従って、供給されるエネルギーと放出されるエネルギーとがバランスし、電位差が安定する。この際、レジスト膜の無いウェハ３の場合、触媒体９から放出されるエネルギーにより処理チャンバ１４が昇温するため、この温度上昇に伴って電位差も緩やかに上昇する。これに対して、レジスト膜付きのウェハ３の場合、剥離のためにエネルギーが費やされるため、触媒体９の温度がレジスト膜の無いウェハ３よりも低くなり、触媒体９の抵抗値も小さくなる。この結果、レジスト膜の無いウェハ３よりも低い電位差で安定するものと考えられる。一方、剥離が終了すると、剥離に費やされるエネルギーがなくなるため、触媒体９の温度が急激に昇温し、触媒体９の両端間の電位差も急激に上昇するものと考えられる。
【００３５】
なお、実際に、レジスト膜付きのウェハ３について剥離処理を行い、触媒体９の温度が急上昇する時点、すなわち触媒体９の電位差が急上昇する時点で剥離処理を停止し、処理チャンバ１４からウェハ３を取り出して検査してところ、レジスト膜が完全に剥離されていた。
【００３６】
以上より、本実施の形態の終点検出方法では、剥離処理後の触媒体９の両端間の電位差が急上昇する時点を剥離処理の終点とし、触媒体９の電位差から処理終点を検出する。
具体的には、触媒体９に定電流源１０から電力を供給する工程と、触媒体９の両端間の電位差を検出する工程と、検出された電位差の１次微分を行う工程と、得られた１次微分値に基づいて処理終点を決定する工程とを行うようにする。
【００３７】
このような構成によれば、容易に簡単な手法で剥離処理の終点を求めることができる。
また、例えば、ウェハ３間において、レジスト膜の膜厚にバラツキが生じた場合においても、レジスト膜の剥離残渣がなく、安定した剥離を行うことができる。
【００３８】
また、このような終点検出方法以外にも、次に示す方法も考えられる。
例えば、図４Ａに、触媒体９の電位差の1次微分値をとると、電位差が急上昇する時点においてピークが発生する。従って、触媒体９両端間の電位差の微分を検出し、得られた１次微分値を閾値と比較することにより、剥離処理の終点が検出される。
【００３９】
具体的は、図４Ｂに終点検出回路の一例を示すように、電圧計２０からの出力値を１次微分回路２１により１次微分し、その微分値を比較器２２により所定の閾値と比較することにより剥離処理の終点を検出する。
【００４０】
この場合、触媒体９の両端間の電位差の１次微分は、ピーク値として検出されるので、１次微分値を閾値と比較することにより、容易に剥離処理の終点を検出することができる。
【００４１】
また、例えば、図５Ａに示すように、電位差の２次微分値をとると、零クロスが発生する。従って、２次微分値の零クロスを求めることにより剥離処理の終点を検出することができる。
【００４２】
具体的には、図５Ｂに終点検出回路の一例を示すように、１次微分回路２０から出力される１次微分値を２次微分回路２３に出力し、さらに微分して２次微分値を求め、検出器２４により零クロス点（例えばＺ）を求めることにより剥離処理の終点を判定することができる。
【００４３】
この場合、触媒体９の両端間の電位差の２次微分から零クロス点Ｚが得られるので、剥離処理の終点を容易に判定することができる。
【００４４】
これら以外にも、次に示すような終点検出方法も考えられる。
すなわち、レジスト膜の剥離処理を行っていくと、剥離（除去）レートが低下しスループットも悪化してくる。
そこで、図６Ａ及びＢに示すように、触媒体９の温度を一定に制御するように電流（電圧）を供給することで除去レートも一定になることが考えられる。
また、レジスト膜の除去が終了すると、触媒体９の温度は上昇する。従って、電流（電圧）の供給量を減少させることで、触媒体９の温度を一定に制御することが可能になる。そして、この電流（電圧）値の供給量をモニターすることでレジスト膜の剥離処理の終点を決定することが可能になる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態においては、還元反応を利用して剥離処理を行う際の反応ガスとしてＨ２を用いた場合を説明したが、これ以外にも、希釈ガス又はキャリアガスとしてのＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ２  又はこれらを混合した不活性ガスにＨ２を添加した反応ガスを用いることができる。
【００４６】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の気相反応処理装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の電極構造体の構成図である。
【図３】処理時間と触媒体の温度との関係を示すグラフ及び処理時間と触媒体両端間の電位差との関係を示すグラフである。
【図４】処理時間と１次微分値との関係を示すグラフ及び処理時間と２次微分値との関係を示すグラフである。
【図５】気相反応処理装置に設けられる終点検出装置の各回路構成を示す回路図である。
【図６】触媒体の温度を一定に保つように電流（電圧）を供給して終点検出を行う場合を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・ベース部材、２・・・ステージ、３・・・半導体ウェハ、４・・・サセプタ、５・・・ベースリング、６・・・端子台、７・・・第１の端子群、８・・・第２の端子群、７１〜７１２・・・端子、８１〜８１２・・・端子、９（９１〜９１２）・・・触媒体、１０（１０１、１０２）・・・電源装置、１１・・・キャップ、１２・・・インレット、１３・・・アウトレット、１４・・・処理チャンバ、１５・・・電極構造体、１５１、１５２・・・第１の電極構造体、第２の電極構造体、１６・・・ベース、２０・・・電圧計、２１・・・１次微分回路、２３・・・２次微分回路、２４・・・検出器、２５・・・気相反応処理装置
【図１】
2007067309.tif 000003
【図２】
2007067309.tif 000004
【図３】
2007067309.tif 000005
【図４】
2007067309.tif 000006
【図５】
2007067309.tif 000007
【図６】
2007067309.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月26日(2006.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９４５３５号公報