JP2010225718A - 被処理体の離脱方法および被処理体処理装置 - Google Patents

被処理体の離脱方法および被処理体処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】被処理体のずれを抑制しつつ、静電チャック上から被処理体を離脱、しかも短時間で離脱することが可能な被処理体の離脱方法を提供すること。
【解決手段】処理室１を排気する排気機構４に伝熱ガス供給流路３を、伝熱ガス排気流路８を介して接続し、静電チャック２の表面と被処理体Ｗの裏面との間から、伝熱ガス供給流路３および伝熱ガス排気流路８を介して伝熱ガスを排気する工程と、処理室１内に不活性ガスを供給する工程と、静電チャック２の表面と被処理体Ｗの裏面との間の圧力が、処理室１内の圧力以下とされた状態で被処理体Ｗの静電吸着を解除して、被処理体Ｗを静電チャック２上から離脱させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、被処理体の離脱方法および被処理体処理装置に係わり、特に、静電吸着電極上から被処理体を離脱させる被処理体の離脱方法およびこの離脱方法を利用した被処理体処理装置に関する。
半導体装置等の製造過程では、被処理体である半導体ウエハに対して、ドライエッチング、スパッタリング、ＣＶＤ等のプラズマ処理が行われる。例えば、処理室内に一対の平行平板電極（上部および下部電極）を配置し、下部電極として機能するサセプタ（基板載置台）にウエハを載置した後、処理ガスを処理室内に導入するとともに、電極の少なくとも一方に高周波電力を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成してウエハに対してプラズマ処理を施す。この際、ウエハは、サセプタ上に設けられた静電吸着電極によって、例えば、クーロン力を利用して吸着固定できるようになっている。
ところで、ウエハに対する伝熱を促進するため、ヘリウム（Ｈｅ）等の伝熱ガスをウエハの裏面側に供給することが行なわれている（例えば、特許文献１）。伝熱ガスは、サセプタと静電吸着電極からなる静電チャックを貫通して形成された伝熱ガス供給流路を介して、静電チャックの表面とウエハの裏面との間に導入される。
特開２００５−１３６３５０号公報
伝熱ガスを静電チャックの表面とウエハの裏面との間に導入する構成では、処理の間、静電チャックの表面とウエハの裏面との間の圧力が、処理室内の圧力よりも高くなる。一例を挙げるならば、処理室内の圧力は、おおよそ０．１Ｔｏｒｒのところ、静電チャックの表面とウエハの裏面との間の圧力は、おおよそ１０Ｔｏｒｒとなる。このような状態で、ウエハの静電吸着を解除してしまうと、ウエハが浮き上がり、ずれてしまう。
このようなずれを抑制するために、静電チャックの表面と被処理体の裏面との空間を、処理室に連通して伝熱ガスを排気することで、静電チャックの表面と被処理体の裏面との間の圧力を処理室内の圧力と同じとし、圧力差が無くなってから静電吸着を解除する、という方法が試みられている。
しかしながら、静電チャックの表面と被処理体の裏面との間の圧力が、処理室内の圧力と同じになるまでに、長い時間がかかってしまう、という事情がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被処理体のずれを抑制しつつ、静電チャック上から被処理体を離脱、しかも短時間で離脱することが可能な被処理体の離脱方法、及びこの離脱方法を実行することが可能な被処理体処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、この発明の第１の態様に係る被処理体の離脱方法は、被処理体に処理を施す処理室内に設けられた静電チャック上から前記被処理体を離脱させる被処理体の離脱方法であって、前記被処理体を静電チャック上に載置して、前記被処理体の静電吸着を開始する工程と、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間に、伝熱ガス供給流路を介して伝熱ガスを供給する工程と、前記被処理体に処理を施す工程と、前記処理室を排気する排気機構に前記伝熱ガス供給流路を、伝熱ガス排気流路を介して接続し、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間から、前記伝熱ガス供給流路および前記伝熱ガス排気流路を介して前記伝熱ガスを排気する工程と、前記処理室内に不活性ガスを供給する工程と、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間の圧力が、前記処理室内の圧力以下とされた状態で前記被処理体の静電吸着を解除して、前記被処理体を前記静電チャック上から離脱させる工程と、を具備する。
また、この発明の第２の態様に係る被処理体処理装置は、被処理体に処理を施す処理室と、前記処理室内に設けられ、前記被処理体が載置される静電チャックと、前記静電チャックに設けられ、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給流路と、前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路と、前記処理室内を排気する排気機構と、前記伝熱ガス供給流路と前記排気機構とを接続し、前記伝熱ガス供給流路を排気する伝熱ガス排気流路と、前記伝熱ガス供給流路から前記伝熱ガスを排気し、前記不活性ガス供給流路に前記不活性ガスを供給し、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間の圧力が、前記処理室内の圧力以下とされた状態で、前記被処理体の静電吸着を解除する制御機構と、を具備する。
この発明によれば、被処理体のずれを抑制しつつ、静電チャック上から被処理体を離脱、しかも短時間で離脱することが可能な被処理体の離脱方法、及びこの離脱方法を実行することが可能な被処理体処理装置を提供できる。
この発明の一実施形態に係る被処理体の離脱方法を実行することが可能な被処理体処理装置の一例を概略的に示した断面図 この発明の一実施形態に係る被処理体の離脱方法の一例を示すタイミングチャート 一実施形態に係る被処理体の離脱方法を実行中の被処理体処理装置の状態を示す図
以下、添付図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。この説明において、参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を付す。
図１は、この発明の一実施形態に係る被処理体の離脱方法を実行することが可能な被処理体処理装置の一例を概略的に示した断面図である。本例は、被処理体処理装置として、半導体装置の製造に用いられ、例えば、半導体ウエハ（以下ウエハという）に処理を施す被処理体処理装置を例示する。ただし、この発明は半導体ウエハに処理を施す被処理体処理装置に限って適用されるものではない。また、図１においては、処理ガスを処理室１内に導入する、例えば、シャワーヘッドや、処理室１内にプラズマを生成するための、例えば、高周波電源等の図示は省略している。
図１に示すように、被処理体処理装置１００は、被処理体、本例ではウエハＷに処理を施す処理室１と、処理室１内に設けられ、ウエハＷが載置される静電チャック２と、を備えている。この静電チャック２は、例えばＡｌＮ等のセラミックから形成され、その内部にウエハＷを吸着するための静電吸着電極１０を備えている。
静電チャック２には、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給流路３と、伝熱ガスを貯留するガス貯留空間１１が形成されている。
処理室１の、例えば、底壁には、排気機構４がメインバルブＭＶを介して接続されている。本例の排気機構４は、処理室１内に発生した水分を捕獲する、例えば、クライオポンプのように低温とされるウォーターポンプ（ＷＰ）４１と、メインの排気ポンプであるターボモレキュラーポンプ（ＴＭＰ）４２とを有している。
処理室１の外に設けられた伝熱ガス供給管３ａには、伝熱ガスの供給源から、圧力調整バルブ（ＰＣＶ）５を介して伝熱ガスが供給される。伝熱ガスの例は、不活性ガスであり、ＡｒガスやＨｅガス等の希ガスや窒素ガスを挙げることができる。伝熱ガス供給管３ａは、ガスバルブＧＶ１、ＧＶ２、処理室１内に生成されたプラズマによる放電を抑止するプラズマアレスタ６を介して伝熱ガス供給流路３に接続される。
さらに、本例では、処理室１の、例えば、底壁に接続された、処理室１内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管７と、伝熱ガス供給流路３を、例えば、伝熱ガス供給管３ａを介して排気機構４に接続する伝熱ガス排気流路８を有している。
伝熱ガス排気流路８の途中には、ガスバルブＧＶ３が配設されており、伝熱ガス排気流路８は、ガスバルブＧＶ３を開閉することにより開閉される。本例の伝熱ガス排気流路８は、ガスバルブＧＶ１とＧＶ２との接続点と、ウォーターポンプ４１と、ターボモレキュラーポンプ４２との接続点との間に配設される。
制御部９は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ９１と、オペレータが被処理体処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、被処理体処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を含むユーザーインターフェース９２と、被処理体処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラムや、各種データ、および処理条件に応じて成膜装置に処理を実行させるためのプログラム、すなわちレシピが格納された記憶部９３と、を備えている。
レシピは記憶部９３の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。必要に応じて、任意のレシピを、ユーザーインターフェース９２からの指示等にて記憶部９３から呼び出し、プロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、被処理体処理装置１００での処理が行われる。
次に、この発明の一実施形態に係る被処理体の離脱方法の一例を説明する。
図２は、一実施形態に係る被処理体の離脱方法の一例を示すタイミングチャートである。
図２に示すように、まず、ウエハＷを処理室１内に搬入し、ウエハＷを静電チャック２上に載置する（時刻ｔ０）。次いで、静電吸着電極１０に電圧を印加し（ＯＮ）、ウエハＷを静電チャック２に静電吸着させる（時刻ｔ１）。
次に、ガスバルブＧＶ１、ＧＶ２を開け、ＧＶ３を閉じ、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間に、伝熱ガス供給管３ａから伝熱ガス供給流路３を介して伝熱ガスを供給する（時刻ｔ２）。静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間の圧力は、本例では、例えば、１０Ｔｏｒｒとされる。
次に、処理室１内に、プラズマを生成するとともに処理ガスを供給し、ウエハＷに対して、エッチングや成膜等の処理を施す。処理中の処理室１内の圧力は、本例では、例えば、０．１Ｔｏｒｒとされる（時刻ｔ３）。
ウエハＷに対する処理が終了したら、処理ガスの供給を停止し、ウエハＷを静電チャック２から離脱させるシーケンスに入る。
本例では、まず、メインバルブＭＶ、及びガスバルブＧＶ１を閉じ、ガスバルブＧＶ３を開ける。これにより、伝熱ガス供給流路３を、本例では伝熱ガス供給管３ａ、及び伝熱ガス排気流路８を介して排気機構４に接続する。伝熱ガス供給流路３を、排気機構４に接続したことで、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間から、伝熱ガスを、本例では、伝熱ガス供給管３ａ、伝熱ガス排気流路８を介して伝熱ガスを排気する。これとともに、処理室１内に不活性ガス供給管７を介して不活性ガスを供給する。不活性ガスの例としては、Ａｒガスを挙げることができる（時刻ｔ４）。メインバルブＭＶが閉じられていることにより、処理室１内の圧力は急速に上がる。反対に、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間の圧力は、伝熱ガス供給流路３が排気機構４に接続されているので、下がる。この状態を図３に示す。やがて、時刻ｔ５に示されるように、両者の圧力は等しくなり、そして、逆転し、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間の圧力が、処理室１の圧力よりも低い状態となる。
一実施形態においては、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間の圧力が、処理室１内の圧力以下とされた状態で、ウエハＷの静電吸着を解除（ＯＦＦ）して、ウエハＷを静電チャック２上から離脱させる（時刻ｔ５）。
ウエハＷの静電吸着を解除した後は、処理室１内の不活性ガスの供給を止めるとともに、メインバルブＭＶを開け、処理室１内を排気し（時刻ｔ６）、処理室１内の圧力及び、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間の圧力がともに、ほぼ０Ｔｏｒｒ、本例では０．０１Ｔｏｒｒとなった時点（時刻ｔ７）で、ガスバルブＧＶ２、ＧＶ３を閉じる。この後、ウエハＷを処理室１から搬出する（時刻ｔ８）。
このような一実施形態に係る被処理体の離脱方法であると、ウエハＷが静電チャック２から浮き上がらない状態、またはウエハＷが処理室１内の圧力によって押さえつけられた状態で、静電吸着を解除することで、ウエハＷのずれを抑制しつつ、静電チャック２上からウエハＷを離脱させることができる。
しかも、メインバルブＭＶを閉じた状態で、処理室１内に不活性ガスを供給するので、処理室１内の圧力は急速に高まっていく。これにより、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間の圧力が、処理室１内の圧力以下となる状態を、処理室１内に不活性ガスを供給しない場合に比較して、より短時間で得ることができる。従って、ウエハＷのずれを抑制しつつ、静電チャック２上からウエハＷを短時間で離脱することが可能な被処理体の離脱方法を得ることができる。
また、図１に示した被処理体処理装置１００では、伝熱ガス供給管３ａにプラズマアレスタ６が介在されている。プラズマアレスタ６はセラミックのビーズを配管内に詰めたもので、コンダクタンスが小さい。一般的な被処理体処理装置は、ガス貯留空間１１と伝熱ガス供給流路３を排気する際には、伝熱ガス供給管３ａを処理室１に接続し、処理室１を介して排気機構４により排気する。このような構成では、ガス貯留空間１１と伝熱ガス供給流路３は処理室１内の圧力未満に下がることはない。また、処理室１は空間が広いため、圧力が下がるのに時間がかかる。また、伝熱ガス供給管３ａにプラズマアレスタ６が介在されていると、排気経路中のコンダクタンスが小さいために、伝熱ガス供給流路３の圧力が、処理室１の圧力と同じになるまで、さらに、長い時間がかかることになる。
この点、図１に示した被処理体処理装置１００によれば、伝熱ガス供給管３ａを直接に排気機構４に接続する構成のため、伝熱ガス供給管３ａを、処理室１を介して排気機構に接続する構成に比較して、伝熱ガス供給流路３を処理室１内の圧力未満に下げることもできる。しかも、排気機構４に伝熱ガス供給管３ａを直接に接続するから、伝熱ガス供給流路３の排気能力を高めることができる。よって、プラズマアレスタ６を備えていたとしても、より短時間で伝熱ガス供給流路３を排気することができる。
このように、一実施形態に係る被処理体の離脱方法によれば、伝熱ガス供給管３ａにプラズマアレスタ６が介在された被処理体処理装置１００にも、好適に適用できる、という利点も得ることができる。
また、制御部９に上記シーケンスを実行させる。即ち、制御部９が、伝熱ガス供給流路３から伝熱ガスを排気し、不活性ガス供給管７に不活性ガスを供給し、静電チャック２の表面とウエハＷの裏面との間の圧力が、処理室１内の圧力以下とされた状態で、ウエハＷの静電吸着を解除するように被処理体処理装置１００を制御するように構成することで、この発明の一実施形態に係る被処理体の離脱方法を実行できる被処理体処理装置を得ることができる。
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形することが可能である。また、この発明の実施形態は上記一実施形態が唯一の実施形態でもない。
例えば、上記実施形態では、不活性ガスを処理室１に供給する際にメインバルブＭＶを閉じたが、不活性ガスを処理室１に供給すれば処理室１中の圧力は上昇するため、これは開いていてもよい。
また、上記実施形態では、処理室１内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管７を、処理室１の底壁に接続するようにしたが、不活性ガスは、処理室１の側壁から供給されるようにしても良いし、既存の不活性ガスの供給経路を利用して、例えば、処理ガスを処理室１内に均一に供給するためのシャワーヘッドを介して供給されるようにしても良い。
１…処理室、２…静電チャック、３…伝熱ガス供給流路、３ａ…伝熱ガス供給管、４…排気機構、５…圧力調整バルブ、６…プラズマアレスタ、７…不活性ガス供給管、８…伝熱ガス排気流路、９…制御部、１０…静電吸着電極、１１…ガス貯留空間。

Claims (5)

  1. 被処理体に処理を施す処理室内に設けられた静電チャック上から前記被処理体を離脱させる被処理体の離脱方法であって、
    前記被処理体を静電チャック上に載置して、前記被処理体の静電吸着を開始する工程と、
    前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間に、伝熱ガス供給流路を介して伝熱ガスを供給する工程と、
    前記被処理体に処理を施す工程と、
    前記処理室を排気する排気機構に前記伝熱ガス供給流路を、伝熱ガス排気流路を介して接続し、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間から、前記伝熱ガス供給流路および前記伝熱ガス排気流路を介して前記伝熱ガスを排気する工程と、
    前記処理室内に不活性ガスを供給する工程と、
    前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間の圧力が、前記処理室内の圧力以下とされた状態で前記被処理体の静電吸着を解除して、前記被処理体を前記静電チャック上から離脱させる工程と、
    を具備することを特徴とする被処理体の離脱方法。
  2. 前記処理室内に不活性ガスを供給する工程が、前記処理室内を排気する排気経路を遮断した状態で行われることを特徴とする請求項１に記載の被処理体の離脱方法。
  3. 被処理体に処理を施す処理室と、
    前記処理室内に設けられ、前記被処理体が載置される静電チャックと、
    前記静電チャックに設けられ、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給流路と、
    前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給流路と、
    前記処理室内を排気する排気機構と、
    前記伝熱ガス供給流路と前記排気機構とを接続し、前記伝熱ガス供給流路を排気する伝熱ガス排気流路と、
    前記伝熱ガス供給流路から前記伝熱ガスを排気し、前記不活性ガス供給流路に前記不活性ガスを供給し、前記静電チャックの表面と前記被処理体の裏面との間の圧力が、前記処理室内の圧力以下とされた状態で、前記被処理体の静電吸着を解除する制御機構と、
    を具備することを特徴とする被処理体処理装置。
  4. 前記制御機構が、前記不活性ガス供給流路に前記不活性ガスを供給するように制御している間、前記処理室を排気する排気経路を遮断するように制御することを特徴とする請求項３に記載の被処理体処理装置。
  5. 前記伝熱ガス供給流路に接続される伝熱ガス供給管に、プラズマアレスタが介在されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の被処理体処理装置。
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