(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ガスを分解して処理を行う際の終点検出方法において、排気ライン１７にバイパス通路２１が設けられ、このバイパス通路２１に排気ガスが流通する放電管２２が接続され、放電管２２から発生する排気ガス中に含まれる特定成分の発光スペクトルを検出し、この検出結果に基づいて処理終点を決定するようにする。【選択図】図３
2007067308.tif 000002
【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、
前記排気ラインにバイパス通路が設けられ、該バイパス通路に前記排気ガスが流通する放電管が接続され、
前記放電管から発生する前記排気ガス中に含まれる特定成分の発光スペクトルを検出し、該検出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２】
請求項１に記載の終点検出方法において、前記バイパス通路に不活性ガスを供給しながら特定成分の発光スペクトルを検出することを特徴とする終点検出方法。
【請求項３】
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装置において、
前記排気ラインに設けられたバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスを媒介として放電を行う放電装置と、
前記放電により発生する排気ガス中の特定成分の発光スペクトルを検出する分光分析装置とを有し、
前記分光分析装置からの出力に基づいて処理終点が決定されることを特徴とする終点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の終点検出装置において、前記分光分析装置は、特定波長の発光スペクトルを選択的に透過する光学フィルタと、該光学フィルタを透過した波長光を受光する光検出器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、
前記排気ラインに設けられたバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気ガスを媒介として放電を行う放電装置と、
前記放電により発生する排気ガス中の特定成分の発光スペクトルを検出する分光分析装置とを備え、
前記分光分析装置からの出力に基づいて処理終点が決定されることを特徴と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。
【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、プラズマ放電によりアッシングガスを分解してレジスト膜を剥離する方法が広く利用されている。
しかしながら、この従来の剥離方法では、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、均一な剥離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、触媒体を用いて剥離する方法が既知である（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現状である。
また、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、従来のプラズマ放電を利用した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、レジスト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ガスを分解して処理を行う際に行われるもので、排気ラインにバイパス通路が設けられ、このバイパス通路に排気ガスが流通する放電管が接続され、放電管から発生する排気ガス中に含まれる特定成分の発光スペクトルを検出し、この検出結果に基づいて処理終点を決定するようにする。
【０００８】
本発明に係る終点検出方法によれば、排気ラインにバイパス通路が設けられ、このバイパス通路に排気ガスが流通する放電管が接続され、放電管から発生する排気ガス中に含まれる特定成分の発光スペクトルを検出し、この検出結果に基づいて処理終点を決定するようにしたので、実際に基板材料上の膜（例えばレジスト膜）の剥離処理を行う場合は、触媒体からの放射光の影響を受けることなく剥離終点を正確に検出することができる。
【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ガスを分解して処理を行う際に用いられるもので、排気ラインに設けられたバイパス通路と、バイパス通路を流れる排気ガスを媒介として放電を行う放電装置と、放電により発生する排気ガス中の特定成分の発光スペクトルを検出する分光分析装置とを有し、分光分析装置からの出力に基づいて処理終点が決定されるようにする。
【００１０】
本発明に係る終点検出装置によれば、排気ラインに設けられたバイパス通路と、バイパス通路を流れる排気ガスを媒介として放電を行う放電装置と、放電により発生する排気ガス中の特定成分の発光スペクトルを検出する分光分析装置とを有し、分光分析装置からの出力に基づいて処理終点が決定されるので、実際に基板材料上の膜（例えばレジスト膜）の剥離処理を行う場合は、簡単な手法で剥離処理の終点を正確に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、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、処理チャンバ内に導入された反応ガスを分解する触媒体と、触媒体に電力を供給する電源装置と、触媒体を有する電極構造体とを有し、排気ラインに設けられたバイパス通路と、
バイパス通路を流れる排気ガスを媒介として放電を行う放電装置と、放電により発生する排気ガス中の特定成分の発光スペクトルを検出する分光分析装置とを備え、分光分析装置からの出力に基づいて処理終点が決定されるようにする。
【００１２】
本発明に係る気相反応処理装置によれば、排気ラインに設けられたバイパス通路と、バイパス通路を流れる排気ガスを媒介として放電を行う放電装置と、放電により発生する排気ガス中の特定成分の発光スペクトルを検出する分光分析装置とを備え、分光分析装置からの出力に基づいて処理終点が決定されるので、基板材料上の膜（例えばレジスト膜）の剥離処理の終点を正確に求めることが可能になる。また、ウェハ間による基板材料の膜厚（例えばレジスト膜の膜厚）に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３０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（例えば半導体ウェハ）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３０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１６を有し、このベース１６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３０において、図３に示すような構成の終点検出装置３１が設けられている。
具体的には、アウトレット１３に接続されている排気ライン１７にメインバルブ２０が設けられ、メインバルブ２０の排気側（図３においてはメインバルブ２０を挟んで右側）には、真空計２５を間に挟んでＡＰＣバルブ２６及びドライポンプ２７が接続されている。
また、排気ライン１７において、真空計２５と対応する位置とドライポンプ２７の直前位置との間にはバイパス通路２１が設けられている。このバイパス通路２１の途中には放電装置（マイクロ波放電管）２２が接続され、この放電管２２に接続されたマイクロ波電源２３によりマイクロ波の高周波電圧が印加される。      
また放電管２２の近傍には分光分析装置２４が配置されている。この分光分析装置２４はマイクロ波放電された際に放電管２２から発生するスペクトルを検出するもので、例えばメタン発光スペクトル領域の波長光を選択的に透過する光学フィルタと光検出器が組み合わされた構成である。２８は不活性ガスであるヘリウムが充填されているタンクであり、バイパス通路２１に接続され、マイクロ波放電を安定して発生させる。
【００２３】
次に、このような構成の気相反応処理装置３０を用いて、実際に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（活性化され）、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】
レジスト膜の剥離処理中には、高温加熱された触媒体９から強い放射光が発生するため、処理チャンバ１４内で発生する放射光の発光スペクトルを測定しても、反応生成物の種類及びその生成量を正確に測定することは困難である。
しかし、レジスト膜の剥離処理中には、ＣＨ系(メタン、エタン等)の反応生成物が発生する。従って、排気されるガス中にＣＨ系成分が含まれるか否かを検出することによって剥離処理終点を決定できることを本発明者らは見いだした。
【００３１】
つまり、図３に示した終点検出装置３１においては、レジスト膜の剥離処理が開始されると、反応生成物が発生しバイパス通路２１内を流れる。この際、例えばマイクロ波電極２３により放電管２２を放電させることによりあるレベルの出力（発光スペクトル）が放出される。
次に、レジスト膜の剥離処理が終了点に近づいた場合、反応生成物の発生量が減少し、放電管２２からの出力レベルは剥離処理開始時点に比べて徐々に低下する。
そして、レジスト膜の全体が完全に剥離処理されると、排気ガス中には反応生成物が存在しないため、放電管２２からの出力レベルは剥離処理が終了点に近づいた時点に比べて急激に低下する。
従って、放電管２２からの出力レベルを例えば予め規定された所定の閾値と比較し、この閾値以下に低下した時点を剥離処理の終点と決定することができる。
【００３２】
以上より、図３に示したように、処理チャンバ１４のアウトレット１３に接続した排気ライン１７にバイパス通路２１を設け、このバイパス通路２１に放電管２２を配置し、バイパス通路２１を流れる排気ガスを媒介としてマイクロ波電源２３により放電させる。そして、放電により発生した排気ガス中に含まれる特定の成分の発光スペクトルを分光分析装置２４により選択的に検出して、剥離処理終点を容易に特定するようにした。
【００３３】
ここで、実際に基板材料としてレジスト膜を用いた場合の終点検出方法の一実施の形態を説明する。
先ず、レジスト膜の剥離処理が開始されると、放電管２２内には、剥離処理により生成されたメタンガスが排気ガスとして流通する。ここで、マイクロ波電源２３により放電管２２をマイクロ波放電させると、放電管２２より排気ガス中に含まれる成分に応じた発光スペクトルが放出される。
【００３４】
次に、放出された発光スペクトルを分光分析装置２４を用いて検出する。ここで検出する発光スペクトルとしては、メタンやエタン等のＣＨ系成分の発光スペクトルの発生状況をモニタする。
【００３５】
この際、ＣＨ系成分の発光スペクトルが放出されている段階では剥離処理が進行していると判断する。
またＣＨ系成分の発光スペクトルが消滅している段階であれば、この段階時点をもって剥離処理が終了したと判断する。
このようにして、レジスト膜の剥離処理の終点を検出することができる。
【００３６】
本実施の形態によれば、処理チャンバ１４のアウトレット１３に接続した排気ライン１７にバイパス通路２１を設け、このバイパス通路２１に放電管２２を配置し、バイパス通路２１を流れる排気ガスを媒介としてマイクロ波電源２３により放電させる。そして、放電により発生した排気ガス中に含まれる特定の成分の発光スペクトルを分光分析装置２４により選択的に検出して、剥離処理終点を決定するようにしたので、各触媒体９からの放射光の影響を受けることなく剥離処理終点を正確に検出することができる。
また、各ウェハ３間において、レジスト膜の膜厚に差が生じていても、剥離処理後にレジスト膜の剥離残渣が残らない。
【００３７】
上述した実施の形態においては、放電の種類として、マイクロ波放電を用いた場合を説明したが、これ以外にも、テスラー放電や高周波放電を用いることができる。ただし、マイクロ波を用いた場合は、より放電の安定性が増す。
【００３８】
また、上述した実施の形態においては、ＣＨ系成分に対応する発光スペクトルを検出して剥離処理終点を決定する場合を説明したが、水素原子からのバルマー系列に対応する発光スペクトルが強くなってきたか否かを検出することによって剥離処理終点を決定することもできる。
この場合は、図３に示した終点検出装置３１において、分光分析装置２４を、バルマー系列の発光スペクトル領域の波長光を選択的に透過する光学フィルタと光検出器が組み合わされた構成とすることで行うことができる。
【００３９】
また、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。
【００４０】
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】
【００４１】
【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】終点検出装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
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、１６…ベース、１７…排気ライン、２０…メインバルブ、２１…バイパス通路、２２・・・放電装置（放電管）２３…マイクロ波電源、２４・・・分光分析装置、２５…真空計、２６…ＡＰＣバルブ、２７…ドライポンプ、２８…タンク、３０…気相反応処理装置、３１…終点検出装置
【図１】
2007067308.tif 000003
【図２】
2007067308.tif 000004
【図３】
2007067308.tif 000005