JP2011155140A - 基板載置装置の評価装置、及びその評価方法、並びにそれに用いる評価用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】基板載置装置の温度調節機能等を、評価したい条件や状況に応じて、簡便に評価可能な基板載置装置の評価装置、及びその評価方法、並びにそれに用いる評価用基板を提供する。
【解決手段】載置面におかれた被処理基板を固定及び温度制御する基板載置装置の評価装置であって、前記基板載置装置を内部に設置する減圧可能な気密チャンバーと、前記被処理基板に代わって前記載置面に載置され、自己発熱せしめる抵抗加熱体を備えた評価用基板と、前記評価用基板の温度を測定する温度測定手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体プロセスにおけるシリコンウェハ等の被処理基板の固定及び温度制御等に使用される基板載置装置の評価装置、及び評価方法に関し、プラズマ処理プロセス等で被処理基板が外部から熱を受ける場合の基板載置装置の機能、特に温度調節機能を簡便に評価するための装置及び方法に関する。

半導体の製造分野においては、シリコンウェハ等の被処理基板（以下、基板ともいう）にプラズマを作用させて、エッチング処理や成膜処理を行うプラズマ処理装置が多用されている。かかるプラズマ処理は減圧下で行われるため、基板の保持に真空チャックを用いることができず、メカニカルクランプや、静電力を利用する静電チャック等の基板載置装置が一般に用いられる。

静電チャックは、基板載置面を絶縁体で構成し、この絶縁体の中に埋め込まれた面状電極に高電位を与え、絶縁体に分布した静電気と基板に分極帯電した電荷による静電気のクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によって、基板を基板載置面に固定する方法である。

この静電チャックの基本的機能は、基板を吸着により固定する機能であるが、近年では、シリコンウェハと静電チャックの間にヘリウム等の不活性ガスを流してシリコンウェハを冷却したり、ヒーターと組合わせてシリコンウェハを加熱する等、加工プロセス中のシリコンウェハ温度を制御する目的と組合わせて使用するケースが一般的になってきている。これはエッチング処理や成膜の処理スピード、処理結果の品質等と基板温度とが極めて密接に関係するためである。

このため、静電チャックの評価においては、機械的特性、パーティクルの低減、純度の向上、耐プラズマ性、耐薬品性に加え、シリコンウェハの成膜・エッチング時におけるシリコンウェハの温度調節機能、及び温度分布の均一性が極めて重要な評価項目となってきている。

一般に、プラズマ処理中の基板の温度は、基板や載置台への外部からの入熱に依存する。従って、基板載置装置の温度調節機能も外部からの入熱に影響を受けることになる。

従って、プラズマ処理装置で使用される静電チャックの性能評価は、プラズマから基板や載置台への入熱を考慮した条件で行われなければならず、入熱条件が異なると、実際の使用条件下における結果とはかけ離れたものとなる。

プラズマ処理装置を使って、実際のエッチング等のプロセスと同じ条件で静電チャックの特性を測定すれば、正確な性能評価を行うことは可能である。しかし、この評価のためにのみ、高価で操作が複雑なプラズマ処理装置を使用することは、コストがかかる。また、評価に要する手間と時間が過大になるという問題がある。

そのため、下記特許文献１には、真空排気可能な密閉チャンバー内に静電チャックを設置し、静電チャック上方に配置したランプ加熱手段で基板を加熱し、プラズマ処理装置内の熱的条件を模擬して、静電チャックの評価を行う「静電チャックの評価装置及び静電チャックの評価方法」が開示されている。

また、下記特許文献２には、実際のプラズマ処理装置に対応する熱的状態を模擬的に作り出し、簡便に基板載置装置の評価を行う「基板載置装置の評価装置及びその評価方法」が開示されている。

特開２００６−８６３０１号公報 特開２００８−１０８９３８号公報

特許文献１のように、外部熱源としてのランプ加熱手段（ハロゲンランプ）を用い、プラズマからの入熱を模擬した模擬評価装置で行う静電チャックの評価方法は、極めて簡便に静電チャックの性能評価を行い得るという点で好ましい方法である。

しかし、本発明者らの検討した結果によれば、特許文献１が開示する静電チャックの評価方法では、プラズマからの入熱を模擬し難いことが知見された。

その理由は、プラズマからの伝熱と通常の加熱ランプ又は加熱ヒーターからの伝熱との伝熱機構の差異にある。一般に高温のプラズマからの伝熱は、プラズマ化された分子の接触伝熱が主体と考えられる。

これに対して、加熱ランプからの伝熱は熱源から照射された赤外光が、基板において共振吸収され、そのエネルギーが分子の運動（振動）を誘発させて、振動させられた物質間の摩擦により加熱されるものである。

ここで、加熱ランプから照射される赤外光は、主に近赤外線（０．７８μｍ〜２μｍ）と赤外線（２μｍ〜４μｍ）である。一方、基板であるシリコンウェハは、１μｍ前後〜５μｍの波長領域の赤外線（赤外光）をほとんど透過してしまう。このため、赤外線ランプでシリコンウェハを加熱しようとしても、ほとんど加熱されず、赤外光はシリコンウェハを透過して、その下側の静電チャックの表面（載置面）を専ら加熱することになる。

ここで、静電チャックもシリコンウェハもミクロ的に見ればその表面にはフリクがある。このため、静電チャックとシリコンウェハとの接触面は、密着している箇所と空隙の生じる箇所とが生じる。このような状態において、赤外線ランプからの照射光（赤外光）は、シリコンウェハをほとんど透過してしまう。このため、空隙のあるところでは静電チャックの表面が加熱され、密着している箇所では静電チャックとの接触面が加熱されることになる。その結果、密着部分においては静電チャックの温度（載置基板の温度）が十分に熱伝導されるが、空隙のあるところ（非密着部分）においては十分に熱伝導されないという状況が生じる。

一方、プラズマを使った実プロセスにおいては、高温にプラズマ化された分子がシリコンウェハと接触することで加熱される接触伝熱が主体と考えられる。このため、シリコンウェハはその全面において均一に加熱されることになる。

従って、静電チャック及びシリコンウェハの熱的状態は、赤外光を使用し模擬する模擬評価装置を使った場合と実際のプラズマ処理装置におけるものとはかけ離れたものになると考えられる。

かかる問題点を解決するため、特許文献２においては、赤外線ヒーターを熱源として用いた基板載置装置の性能を評価する模擬評価装置において、実際のプラズマ処理装置に対応する熱的状態を作り出すことを可能にするため、シリコンを材質とする基板に代えて、赤外光を吸収する炭化珪素を材質とする基板を用いることにより、プラズマ処理装置の熱的状態を簡便に模擬できる基板載置装置の評価装置を開示している。

しかし、特許文献２が開示する評価装置も、特許文献１が開示する評価装置と同様に、熱源として赤外線ヒーターやランプ等を別途備える必要がある。そのため、評価装置が大型化し、装置が高価になるという問題がある。

また、基板の上部に赤外線ヒーター等の熱源があるため、例えば放射温度計のような非接触で基板全体の温度分布を測定しようとしても、赤外線ヒーター等の熱源が邪魔となり、それを行うことができない。一方、熱電対素子の温度測定子を用いれば不可能ではないが、基板全体に熱電対素子の温度測定子を配置すること極めて難しい。更に、熱電対素子の温度測定子を配置する場合、それを配置した箇所は、熱的に特異部となる。そのため、そのような特異部が評価用基板に多数存在することになると、実際の熱的状態と異なるものとなる。それらの理由により、特許文献１、特許文献２が開示する技術では、簡便に静電チャックの性能を、その全面にわたり高精度に評価できないという問題がある。

一方、基板載置台である静電チャックの温度調節機能の評価にあたっては、必ずしも基板載置面の全面について、一律にそれを行う必要はない。発明者のこれまでの検討によれば、静電チャックの特性を評価する上で、外してはならない箇所が特定できるとの知見を得ている。例えば、静電チャックの内部には温度制御を行うための冷媒の流路が形成されているが、そこには冷媒の流入・流出を通じて冷媒が流通する。このため、冷媒流路の入出口の温度は、他の部分と比較して温度制御が難しい。また、冷媒流路を形成することのできない高電圧給電部、あるいは基板を昇降させるリフトピンの近傍箇所についても同様の問題がある。更に、基板の周方向外周部は、プラズマ密度分布や電界分布の問題があり、他の部分よりもより繊細な温度制御が必要とされる箇所である。

従来のように、基板載置台の全面の温度特性を一度に測定評価できることは好ましいことであるが、一方において、基板全体を均一に加熱することは非常に難しい。また、それを行うには多大なコストがかかる。

これらの課題に対して、発明者は、基板載置装置、例えば静電チャックの特性を評価する専用の基板（以下、評価用基板という）として、自己発熱型の評価用基板を用いることに着眼した。それによれば、例えば赤外光を透過するシリコンを材質とするものであっても、静電チャックの性能評価が行える。また、自己発熱型の評価用基板であれば、赤外線ヒーター等の加熱源が不要となり、非接触の温度計をその上部に配置することができる。そうなれば、評価用基板全体の温度分布を高精度で測定することができる。発明者は、そのような観点に着眼し、本発明を完成させるに至った。

そこで、本発明の課題は、基板載置装置の温度調節機能等を、評価したい条件や状況に応じて、簡便に評価可能な基板載置装置の評価装置、及びその評価方法、並びにそれに用いる評価用基板を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、載置面におかれた被処理基板を固定及び温度制御する基板載置装置の評価装置であって、前記基板載置装置を内部に設置する減圧可能な気密チャンバーと、前記被処理基板に代わって前記載置面に載置され、自己発熱せしめる抵抗加熱体を備えた評価用基板と、前記評価用基板の温度を測定する温度測定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板載置装置の評価装置であって、前記抵抗加熱体は、前記評価用基板の内部及び／又は表面の全面又は一部に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の基板載置装置の評価装置であって、前記評価用基板は、前記被処理基板と略同一の大きさ及び形状であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の基板載置装置の評価装置であって、前記評価用基板は、前記載置面の所望の測定対象部位について温度を測定するに足りる大きさであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の基板載置装置の評価装置であって、前記温度測定手段は、熱電対素子の温度測定子であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の基板載置装置の評価装置であって、前記熱電対素子の温度測定子は、前記抵抗加熱体に設けられた開口部に前記評価用基板に接触するように設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の基板載置装置の評価装置であって、前記温度測定手段は、前記評価用基板に非接触の温度測定器であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の基板載置装置の評価装置であって、前記抵抗加熱体には、前記評価用基板の赤外光を放射する開口が設けられていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の基板載置装置の評価装置であって、前記非接触の温度測定器は、前記気密チャンバーに設けられた覗き窓を通して、前記気密チャンバー外で前記赤外光を受光可能な位置に設けられていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の基板載置装置の評価装置であって、前記基板載置装置が静電チャックであることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、評価用基板であって、載置面におかれた被処理基板を固定及び温度制御する基板載置装置の評価装置に用いられる評価用基板であって、略均一に全体を所望の温度に上昇せしめる抵抗加熱体と、自己の温度を測定する温度測定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の評価用基板であって、前記被処理基板と略同一の大きさ及び形状からなることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載の評価用基板であって、前記載置面の所望の測定対象部位について、温度を測定するに足りる大きさであることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１１から１３のいずれかに記載の評価用基板であって、前記抵抗加熱体は、前記評価用基板の全部又は一部に設けられていることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項１１から１４のいずれかに記載の評価用基板であって、前記温度測定手段は、熱電対素子の温度測定子であることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の評価用基板であって、前記熱電対素子の温度測定子は、前記抵抗加熱体に設けられた開口部に前記評価用基板に接触するように設けられていることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項１１から１４のいずれかに記載の評価用基板であって、前記温度測定手段は、前記評価用基板に非接触の温度測定器であることを特徴とする。

請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の評価用基板であって、表面に設けられた前記抵抗加熱体には、前記評価用基板の赤外光を放射する開口が設けられていることを特徴とする。

請求項１９に記載の発明は、基板載置装置の評価方法であって、減圧可能な気密チャンバー内に、載置面におかれた被処理基板を固定及び温度制御する温度制御手段を備えた基板載置装置を設け、前記基板載置装置上に自己発熱せしめる抵抗加熱体を備えた評価用基板を載置し、前記温度制御手段と前記抵抗加熱体とにより前記評価用基板を所望の温度となるようにし、前記評価用基板の温度分布を測定し、少なくとも前記評価用基板の温度分布から前記基板載置装置の機能を評価することを特徴とする。

請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の基板載置装置の評価方法であって、前記評価用基板の内部及び／又は表面の全面又は一部に設けた前記抵抗加熱体により、自己発熱せしめることを特徴とする。

請求項２１に記載の発明は、請求項１９又は２０に記載の基板載置装置の評価方法であって、前記被処理基板と略同一の大きさ及び形状の前記評価用基板を用いて、その機能を評価することを特徴とする。

請求項２２に記載の発明は、請求項１９又は２０に記載の基板載置装置の評価方法であって、前記載置面の所望の測定対象部位について温度を測定するに足りる大きさの前記評価用基板を用いて、部位毎に特性を評価することを特徴とする。

請求項２３に記載の発明は、請求項１９から２２のいずれかに記載の基板載置装置の評価方法であって、熱電対素子の温度測定子により、前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする。

請求項２４に記載の発明は、前記評価用基板に接触するように、前記熱電対素子の温度測定子を設けることを特徴とする請求項２３に記載の基板載置装置の評価方法。

請求項２５に記載の発明は、請求項１９から２２のいずれかに記載の基板載置装置の評価方法であって、前記評価用基板に非接触の温度測定器により、前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする。

請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の基板載置装置の評価方法であって、前記抵抗加熱体に、前記評価用基板からの赤外光を放射する開口を設け、前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする。

請求項２７に記載の発明は、請求項２５又は２６に記載の基板載置装置の評価方法であって、前記気密チャンバーに設けられた覗き窓を通して、前記気密チャンバー外から前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする。

請求項２８に記載の発明は、請求項１９から２７のいずれかに記載の基板載置装置の評価方法であって、前記基板載置装置が静電チャックであることを特徴とする。

本発明により、基板載置装置の温度調節機能等の特性を、評価したい条件や状況に応じて、簡便に評価可能な基板載置装置の評価装置、及びその評価方法、並びにそれに用いる評価用基板を提供することが可能になった。

本発明の基板載置装置の評価装置の一実施形態である評価装置の断面概要図 チップ型の評価用基板の一実施形態を示した図 チップ型の評価用基板の一実施形態を示した図 放射温度計により測定する場合の基板載置装置の評価装置の一実施の形態を示した図 放射温度計により測定する場合の基板載置装置の評価装置の一実施の形態を示した図 熱電対素子の温度測定子を囲むように抵抗加熱体を配置した評価用基板の平面図 クリップ状の抵抗加熱体の内部に熱電対素子の温度測定子を設けた評価用基板の平面図 ウェハの周方向外周部についても評価可能な評価用基板の他の実施形態である評価用基板の平面図 クリップ状の抵抗加熱体の内部に開口を設けた評価用基板の平面図 熱電対素子の温度測定子を取り除き、そこを開口とした評価用基板の平面図 周方向外周部にリング状に抵抗加熱体を設けるとともに、抵抗加熱体に複数の開口を設けた評価用基板の平面図 抵抗加熱体を蚊取り線香状に配置するとともに、抵抗加熱体に複数の開口を設けた評価用基板の平面図

本発明の好ましい実施形態について、以下図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明の基板載置装置の評価装置の一実施形態である評価装置の断面概要図である。この装置は、気密なチャンバー１、チャンバー１内を真空に吸引する真空ポンプ６、チャンバー１の内部に取り付けられた静電チャック２、静電チャック２の載置面３上に載置された評価用基板４、評価用基板４に形成された自己発熱用の抵抗加熱体５（図２等参照）、抵抗加熱体５に電力を供給する交流電源１３、評価用基板４に埋め込まれた熱電対素子の温度測定子１４、それに接続する熱電対計本体１５、などから構成されている。

本発明において、評価の対象となる静電チャック２の形式は特に限定を要しない。例えば、絶縁基体７は、溶射あるいは焼結により形成されるセラミックス基体や、ポリイミド膜等の絶縁樹脂基体のいずれであってもよい。電極８は、被処理基板全面にほぼ均等に電圧を印加できるものであればよく、膜状、板状、らせん巻き線状等のいずれの構造であってもよい。

静電チャック２は、載置面３を構成する絶縁基体７の内部に電極８が埋め込まれた構造を有し、絶縁基体７は冷却盤９上に固定されている。冷却盤９内には冷媒の流路が形成され、冷媒の流入・流出管を通じて冷媒が流通する。また、電極８には、直流電源１０より高電圧が印加される。

チャンバー１の天井には、断熱柱１１を介して天井の過熱を防止するため、断熱板１２が配設されている。なお、抵抗加熱体５により上昇させる温度の上限値によって断熱板１２は必ずしも必要とされない。抵抗加熱体５にはチャンバー１の外部の交流電源１３から電力が供給され、これにより評価用基板４が自己発熱するように構成されている。供給電力は制御装置（図示していない）によって、適正な値に制御される。

また、冷却盤９と絶縁基体７は、熱伝導を良くするため一体に接着されていることが好ましく、冷却盤９を熱伝導性の高い材質で構成することも好ましい。

また、評価用基板４と絶縁基体７との間にＨｅガス等の冷却媒体を流し、これにより評価用基板４を直接冷却するような方式であってもよい。更に、冷却盤９内にヒーターを配設して、冷却盤９をヒートシンクではなく、ヒートソースとして用いてもよい。

チャンバー１は、真空ポンプ６により真空吸引して、数Ｔｏｒｒ以下、具体的には各種のプラズマ処理装置と同程度の真空を保持できるものであることが好ましいが、評価用基板４を周囲と断熱的に保持された状態となればよい。また、気流、対流等が生じない環境であれば、大気中であってもよい。

ここで本発明の特徴とするところは、評価用基板４に抵抗加熱体５（図２等参照）が形成されているところにある。評価用基板４に抵抗加熱体５を形成することにより、直接熱を評価用基板４に伝えることができる。そのため、赤外線ランプや赤外線ヒーターでは、赤外光の透過により加熱されない材料であっても発熱させることができる。また、評価用基板４を自己発熱させることにより、赤外線ヒーターやランプ等の外部熱源が不要となる。

ここで、抵抗加熱体５を備えた評価用基板４の大きさについて説明する。発明者のこれまでの知見によれば、上述したように、静電チャック２の性能評価を行うにあたっては必ずしもその全面の温度分布を一度に測定する必要性はない。それは、静電チャックの温度調節機能の評価を行う上で、測定すべき箇所が特定できるためである。例えば、冷媒流路の入出口、高電圧給電部、リフトピンの近傍ヶ所、そして被処理基板の周方向外周部等に対応する箇所が、評価をする上で重要な場所となる。

そのような観点から、評価用基板４の大きさを、評価する部位が温度を測定するに足りる大きさとすることは好ましく、そのような評価用基板をここではチップ型の評価用基板と称する。抵抗加熱体５が設けられたチップ型の評価用基板４は、全体の均一加熱が容易である。もちろん、抵抗加熱体５の配置の仕方により、実際の被処理基板である、例えば３００φのシリコンウェハを評価用基板４のサイズ・形状としてもよい。

ここで、本発明における評価用基板４を用いた熱流量測定の原理について説明する。あらかじめ、評価用基板４を断熱的な状態に保持した環境下、例えば真空チャンバー１の真空度を１Ｐａ〜１００Ｐａとし、抵抗加熱体５に所定の電流を流す。抵抗加熱体に印加する電力としては、１Ｋｗ／_ｍ ^２〜１００Ｋｗ／_ｍ ^２、より好ましくは２０ｋＷ／_ｍ ^２〜４０ｋＷ／_ｍ ^２である。例えば、シリコンを基材とする３００φの評価用基板であれば、その温度を常温から１００℃程度まで加熱するため、約２ｋＷ〜約４ｋＷの電力を印加することが好ましい。

この場合、印加電圧が１００Ｖであれば、抵抗値は約２Ω〜約５Ωであり、印加電圧が２００Ｖであれば、約１０Ω〜約２０Ωとなる。そして、そのような電力を抵抗加熱体５に印加した場合の、時間毎の評価用基板４の温度変化を基準温度特性とする。

次に、静電チャック２に評価用基板４を載置し、同様の電力を抵抗加熱体５に印加するとともに、静電チャック２により温度制御された評価用基板４の温度を時間毎に測定する。これは、静電チャック２と評価用基板４との接触部分における熱損失（評価用基板４が奪った熱量）を測定することと、同義となる。そして、測定した熱損失値と理論値である熱損失値とを比較することで、静電チャック２の機能評価を行う。

ここで、評価用基板４の温度測定は、例えば、熱電対素子の温度測定子１４により直接評価用基板４の温度を測定する方法と、非接触の温度測定器である、例えば放射温度計により評価用基板４の温度を測定する方法とがある。以下、それぞれの温度測定方法に関し、チップ型の評価用基板４の場合と、被処理基板と同じ大きさ・形状の評価用基板４の場合とについて説明する。

図２は、静電チャックの特性評価を部位毎に行うチップ型の評価用基板４の一実施形態を示した図である。図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は断面図である。図２に示す通り、評価用基板４の表面には抵抗加熱体５が、例えば接着剤により接着層４３を介して形成されている。評価基板４への抵抗加熱体５の形成は、接着剤による他、熱圧着による貼付、蒸着、溶射、メッキ、印刷等によって形成してもよい。

また、ここでは評価用基板４の表面、即ち基材４１に抵抗加熱体５を形成しているが、基材４１の内部に抵抗加熱体５をつくるようにしてもよい。例えば、抵抗加熱体５を基材４１で挟み込むサンドイッチ構造としてもよい。また、評価用基板４の製作時に抵抗加熱体５を埋め込んで成形してもよい。

抵抗加熱体５の材料は特に限定を要しないが、一般には金属発熱線、黒鉛又は導電製セラミックス等、電流が流れることで発熱するものであればよい。なお、抵抗加熱体５の配置・形状等により、評価用基板４の全体を均等に加熱可能なものとすることが好ましい。

図２に示す通り、抵抗加熱体５には、複数の熱電対素子の温度測定子１４が取り付けられている。これらの熱電対素子の温度測定子１４から得られる起電力は、チャンバー１の内壁に設けた接続端子を介して外部の熱電対計本体１５に伝えられ、評価用基板４の温度が測定される。

熱電対素子の温度測定子１４の先端部は接着剤等により評価用基板４に密着・固定することになるが、先端部を覆う接着剤の総量を均一化するとともに、接触界面に空間が発生しないように、また気泡などが入り込まないようにすることが肝要である。

評価用基板４の温度を、熱電対素子の温度測定子１４に代え、非接触の温度計、例えば放射温度計により測定してもよい。図３は、チップ型の評価用基板４の一実施形態を示した図である。図３に示す通り、図２に示す評価用基板４の抵抗加熱体５に埋め込まれた熱電対素子の温度測定子１４が取り除かれている。そして、熱電対素子の温度測定子１４を取り付けていた開口４２から基材４１の表面が見えている。

このような構造とすることにより、抵抗加熱体５の開口部から放射される赤外光を測定でき、この赤外光を測定することにより評価用基板４の温度を測定することができる。

ここで、放射温度計を用いた評価用基板４の温度測定方法について説明する。上述した通り、評価用基板４の材質として種々のものが考えられる。この場合、評価用基板４の材質により、その放射率が異なるため、放射温度計の表示温度がその影響を受けることになる。そこで、あらかじめ、例えば恒温炉等を用いて、恒温炉の温度（＝評価用基板４の温度）と、放射温度計の表示温度との差について校正を行っておく。そのような校正をあらかじめ行っておくことにより、評価用基板４の材質に関わりなく、評価用基板４の温度を高精度で測定することができる。

図５は、評価用基板４の温度測定を放射温度計により測定する場合の基板載置装置の評価装置の一実施の形態を示した図である。図４のように、放射温度計を気密チャンバー内に入れてもよい。

図４に示す評価装置においては、放射温度計１６が気密チャンバー１内の断熱柱１１を介して、天井の過熱を防止するため断熱板１２に取り付けられている。かかる放射温度計１６により、評価用基板４の開口４２から放射される赤外光により温度測定を行うことができる。なお、本実施の形態では、単一の放射温度計１６により評価用基板４の全面の温度分布を測定するように構成している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、評価用基板４の周方向外周部の温度測定を行うための放射温度計１６を別途設けてもよい。

図５は、気密チャンバー１外に放射温度計１６を設けた評価装置を示した図である。気密チャンバー１の外部に放射温度計１６を設ける場合には、チャンバー１の上部に覗き窓１８を設けるとともに、断熱板１２に覗き窓１８の対応する位置に穴を開けることが好ましい。かかる覗き窓１８を通して評価用基板４の開口４２から放射される赤外光を測定することにより、評価用基板４の温度を測定する。気密チャンバー１の外部に放射温度計１６を設けることにより、評価装置の構成の自由度がより大きくなる。

次に、被処理基板と同じ大きさ・サイズの評価用基板４の実施形態ついて以下説明する。図６は、実際のプラズマ処理おいて使用されるシリコンウェハを基材４１とし、その表面中心部に熱電対素子の温度測定子１４を埋め込むとともに、熱電対素子の温度測定子１４を囲むように抵抗加熱体５を配置した評価用基板４の平面図である。

上述した通り、静電チャック２の中心部には、電極８に高電圧を供給するための給電部があるため冷却流路を形成できない。このため、中心部における温度評価は非常に重要であり、評価用基板４−１はそのためのものである。

図７は、同様にシリコンウェハを基材４１とし、その周方向外周部に８ヶ所、クリップ状の抵抗加熱体５を設け、その内部に熱電対素子の温度測定子１４を設けた評価用基板４−２の平面を示した図である。上述した通り、プラズマ処理時におけるウェハの周方向外周部は、プラズマの密度分布や電界分布の不均一性の問題が生じる。そのため、静電チャック２の機能評価を行う上で非常に大切な部位である。そこで、中心部に併せて、ウェハの周方向外周部についても評価可能な評価用基板の一実施形態を示すのが評価用基板４−２である。

図８は、図７の変形例であり、中心部の温度測定とともに、ウェハの周方向外周部についても評価可能な評価用基板の他の実施形態である評価用基板４−３の平面を示した図である。図７に示す評価用基板４−２は、抵抗加熱体５に囲まれた部位が加熱され、その部位の温度を熱電対素子の温度測定子１４により測定するのに対し、図８に示す評価用基板４−３は、ウェハ全体を均一に加熱するなかで、周方向外周部と中心部の温度について測定を行うことができる。

次に、評価用基板４の温度を測定するのに、放射温度計１６を用いた場合の実施の形態について説明する。図９は、シリコンウェハを基材４１とし、その周方向外周部に８ヶ所、クリップ状の抵抗加熱体５を設け、その内部に開口４２を設けた評価用基板４−４の平面を示した図である。開口４２からの赤外光を放射温度計１６により測定することで、評価用基板４のウェハ周方向外周部の温度について測定することができる。

図１０は、図８に示す評価用基板４−３に設けられている熱電対素子の温度測定子１４を取り除き、そこを開口４２とした評価用基板４−５の平面を示した図である。開口４２からの赤外光を放射温度計１６により測定することで、評価用基板４のウェハ周方向外周部と、中心部の温度について測定を行うことができる。

図１１は、シリコンウェハを基材４１とし、その周方向外周部にリング状に抵抗加熱体５を設けるとともに、抵抗加熱体５に複数の開口４２を設けた評価用基板４−６の平面を示した図である。また、図１２は、同様にシリコンウェハを基材４１とし、基材４１の全体を均一に加熱させるために抵抗加熱体５を蚊取り線香状に配置するとともに、抵抗加熱体５に複数の開口４２を設けた評価用基板４−７の平面を示した図である。評価用基板４−６により、ウェハ周方向外周部の温度を開口４２からの赤外光を測定することで測定することができる。また、評価用基板４−７により、ウェハ全体の温度分布を測定することができる。

１…チャンバー
２…静電チャック
３…載置面
４…評価用基板
５…抵抗加熱体
６…真空ポンプ
７…絶縁基体
８…電極
９…冷却盤
１０…直流電源
１１…断熱柱
１２…断熱板
１３…交流電源
１４…熱電対素子の温度測定子
１５…熱電対計本体
１６…放射温度計
１８…覗き窓
４１…基材
４２…開口
４３…接着層

Claims (28)

1. 載置面におかれた被処理基板を固定及び温度制御する基板載置装置の評価装置であって、
   前記基板載置装置を内部に設置する減圧可能な気密チャンバーと、
   前記被処理基板に代わって前記載置面に載置され、自己発熱せしめる抵抗加熱体を備えた評価用基板と、
   前記評価用基板の温度を測定する温度測定手段と
   を備えたことを特徴とする基板載置装置の評価装置。
2. 前記抵抗加熱体は、前記評価用基板の内部及び／又は表面の全面又は一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板載置装置の評価装置。
3. 前記評価用基板は、前記被処理基板と略同一の大きさ及び形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板載置装置の評価装置。
4. 前記評価用基板は、前記載置面の所望の測定対象部位について温度を測定するに足りる大きさであることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板載置装置の評価装置。
5. 前記温度測定手段は、熱電対素子の温度測定子であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の基板載置装置の評価装置。
6. 前記熱電対素子の温度測定子は、前記抵抗加熱体に設けられた開口部に前記評価用基板に接触するように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の基板載置装置の評価装置。
7. 前記温度測定手段は、前記評価用基板に非接触の温度測定器であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の基板載置装置の評価装置。
8. 前記抵抗加熱体には、前記評価用基板の赤外光を放射する開口が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の基板載置装置の評価装置。
9. 前記非接触の温度測定器は、前記気密チャンバーに設けられた覗き窓を通して、前記気密チャンバー外で前記赤外光を受光可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の基板載置装置の評価装置。
10. 前記基板載置装置が静電チャックであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の基板載置装置の評価装置。
11. 載置面におかれた被処理基板を固定及び温度制御する基板載置装置の評価装置に用いられる評価用基板であって、
    略均一に全体を所望の温度に上昇せしめる抵抗加熱体と、
    自己の温度を測定する温度測定手段と
    を備えたことを特徴とする評価用基板。
12. 前記被処理基板と略同一の大きさ及び形状からなることを特徴とする請求項１１に記載の評価用基板。
13. 前記載置面の所望の測定対象部位について、温度を測定するに足りる大きさであることを特徴とする請求項１１に記載の評価用基板。
14. 前記抵抗加熱体は、前記評価用基板の全部又は一部に設けられていることを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の評価用基板。
15. 前記温度測定手段は、熱電対素子の温度測定子であることを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の評価用基板。
16. 前記熱電対素子の温度測定子は、前記抵抗加熱体に設けられた開口部に前記評価用基板に接触するように設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の評価用基板。
17. 前記温度測定手段は、前記評価用基板に非接触の温度測定器であることを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の評価用基板。
18. 表面に設けられた前記抵抗加熱体には、前記評価用基板の赤外光を放射する開口が設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の評価用基板。
19. 減圧可能な気密チャンバー内に、載置面におかれた被処理基板を固定及び温度制御する温度制御手段を備えた基板載置装置を設け、
    前記基板載置装置上に自己発熱せしめる抵抗加熱体を備えた評価用基板を載置し、
    前記温度制御手段と前記抵抗加熱体とにより、前記評価用基板を所望の温度となるようにし、前記評価用基板の温度分布を測定し、
    少なくとも前記評価用基板の温度分布から前記基板載置装置の機能を評価することを特徴とする基板載置装置の評価方法。
20. 前記評価用基板の内部及び／又は表面の全面又は一部に設けた前記抵抗加熱体により、自己発熱せしめることを特徴とする請求項１９に記載の基板載置装置の評価方法。
21. 前記被処理基板と略同一の大きさ及び形状の前記評価用基板を用いて、その機能を評価することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の基板載置装置の評価方法。
22. 前記載置面の所望の測定対象部位について温度を測定するに足りる大きさの前記評価用基板を用いて、部位毎に特性を評価することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の基板載置装置の評価方法。
23. 熱電対素子の温度測定子により、前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする請求項１９から２２のいずれかに記載の基板載置装置の評価方法。
24. 前記評価用基板に接触するように、前記熱電対素子の温度測定子を設けることを特徴とする請求項２３に記載の基板載置装置の評価方法。
25. 前記評価用基板に非接触の温度測定器により、前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする請求項１９から２２のいずれかに記載の基板載置装置の評価方法。
26. 前記抵抗加熱体に、前記評価用基板からの赤外光を放射する開口を設け、前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする請求項２５に記載の基板載置装置の評価方法。
27. 前記気密チャンバーに設けられた覗き窓を通して、前記気密チャンバー外から前記評価用基板の温度分布を測定することを特徴とする請求項２５又は２６に記載の基板載置装置の評価方法。
28. 前記基板載置装置が静電チャックであることを特徴とする請求項１９から２７のいずれかに記載の基板載置装置の評価方法。

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