JP2014212197A - ウェハ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反りが発生したウェハに対してより均一な処理を行うことが可能なウェハ処理装置を提供する。【解決手段】スパッタリング装置１Ａは、ウェハ１０を載置するためのウェハ載置部２と、ウェハ１０とウェハ載置部２との隙間に熱伝達ガスを供給するための熱伝達ガス供給部３と、熱伝達ガスの圧力を測定するための圧力計３３とを備えている。ウェハ載置部２は、圧力計３３により測定された熱伝達ガスの圧力の情報に基づいて、ウェハ１０に対して相対的に移動可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ処理装置に関するものであり、より特定的には、反りが発生したウェハに対してより均一な処理を行うことが可能なウェハ処理装置に関するものである。

半導体ウェハ（特にパワー半導体ウェハ）の製造においては、アルミニウムなどの金属からなる配線や電極層を形成するために、スパッタ装置を用いたＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜などのウェハ処理が行われている。

この方法を用いた具体的な成膜プロセスの例について説明する。まず、シリコンを材料としたウェハがチャンバ内のサセプタ上に載置され、サセプタに内蔵されたヒータにより一定温度に保持される。次に、チャンバ内の高真空状態が維持されつつ、一定分圧のアルゴンガスがチャンバ内に供給される。次に、サセプタとアルミニウム製のターゲット材との間に直流電圧が印加されることにより、グロー放電が発生する。グロー放電によりプラズマ化したアルゴンは電界により加速されてターゲット材に衝突する。そして、ターゲット材からアルミニウム原子が飛び出し（スパッタリング現象）、この原子がウェハ表面に堆積することにより成膜が行われる。

このようなスパッタリング装置を用いたウェハ処理方法においては、ウェハは、ヒータや冷却装置などを備えたウェハ載置部（サセプタ）上に載置される。このとき、ウェハ自体に既に反りが発生している場合や成膜中にウェハの反りが発生する場合には、ウェハと載置面との隙間が大きくなる。これにより、ウェハ載置部からウェハへの伝熱が不十分となり、その結果ウェハ面内における温度分布が不均一になるという問題がある。

一般に、ウェハの反り形状としては、ウェハの表（おもて）面を上側にした凸形状や凹形状（お椀形状）などが知られている。また、ウェハの反り発生の原因としては、ウェハ上へのエピタキシャル成長（凸形状の反りの場合）や、ウェハとウェハ上に成膜された膜との熱膨張率の差（凹形状の反りの場合）などが知られている。そして、成膜時のウェハ面内の温度分布が不均一になることで成膜される膜の特性（たとえば電気抵抗）のばらつきが大きくなり、その結果素子の製造歩留まりが低下するという問題がある。

このような問題に対して、たとえば特開２０１２−１５６１９６号公報（以下、特許文献１という）では、ウェハの反りによる不均一な温度分布の影響を軽減するための手段として、ウェハの搭載領域が分割され、各々の搭載領域が熱輻射面を有しかつウェハの厚み方向に可動するサセプタ装置およびこれを備えるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が開示されている。この装置では、ウェハ表面にレーザ光を照射して反射光を検知することでウェハの反り量が得られ、これに対応するようにウェハの搭載領域を可動させることができる。

また、たとえば特開２０００−１２４２９９号公報（以下、特許文献２という）では、ウェハの載置面を弾性を有する薄膜で構成し、かつその下を中空構造とした装置が開示されている。この装置では、載置面下の中空部に設置された静電センサによりウェハの反り量を測定し、中空部内の圧力を変化させることでウェハの載置面の形状を変形させることができる。

特開２０１２−１５６１９６号公報 特開２０００−１２４２９９号公報

上記特許文献１では、ウェハの反り量がレーザ光を用いた計測装置により測定される。そのため、たとえばスパッタリング装置のように金属膜を成膜する装置においては、レーザの入射光および反射光を通過させるための窓に金属膜が付着してレーザ光が十分に透過することができず、ウェハの反り量の測定が困難になる。そのため、通過窓に付着した金属膜の除去や窓自体の交換が必要となり、洗浄や交換部品のコストあるいは装置の停止時間が増加するという問題がある。

上記特許文献２では、静電センサや光学センサを用いてウェハまでの距離を検知することでウェハの反り量が測定される。そのため、スパッタリングプロセスのようにウェハの温度を１５０〜３００℃程度の高温に保持する必要がある場合には、高温下で動作し、かつ必要な精度が得られるセンサが必要となる。一般には、センサを断熱、冷却するための機構を設けることが簡便であるが、部品点数が増大し、またセンサ自体が大きくなるため設置箇所が制限されるという問題がある。さらに静電センサを用いる場合には、ウェハの反り量が載置部の裏面から薄膜を介して間接的に測定されるため、ウェハの位置を精度良く測定することが困難であるという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェハの反り量を容易に測定することにより、反りが発生したウェハに対してより均一な処理を行うことが可能なウェハ処理装置を提供することである。

本発明に従ったウェハ処理装置は、ウェハを載置するためのウェハ載置部と、ウェハとウェハ載置部との隙間にガスを供給するためのガス供給部と、上記ガスの圧力を測定するための圧力測定部とを備えている。ウェハ載置部は、圧力測定部により測定された上記ガスの圧力の情報に基づいて、ウェハに対して相対的に移動可能に構成されている。

本発明に従ったウェハ処理装置では、ウェハとウェハ載置部との隙間に供給されるガスの圧力を圧力測定部により測定することができる。これにより、上記ガスの圧力に基づいてウェハとウェハ載置部との隙間の大きさを推定することができる。その結果、ウェハの反り量を容易に測定することができる。また、上記ウェハ処理装置では、上記ガスの圧力の情報に基づいてウェハ載置部をウェハに対して相対移動させることができる。これにより、ウェハとウェハ載置部との隙間を小さくするように、ウェハ載置部をウェハに対して相対移動させることができる。その結果、ウェハとウェハ載置部との隙間に起因したウェハ面内の温度分布の悪化が抑制される。したがって、本発明に従ったウェハ処理装置によれば、反りが発生したウェハに対して均一な処理（たとえば均一な特性を有する膜の成膜処理）などを行うことができる。

実施の形態１に係るスパッタリング装置の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１に係るスパッタリング装置におけるウェハ載置部の構成を示す概略斜視図である。 図１中における領域Ａの拡大図である。 実施の形態１に係るスパッタリング装置におけるアクチュエータの配置を示す概略図である。 実施の形態１に係るスパッタリング装置におけるガス供給部の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係るスパッタリング装置におけるウェハ載置部の制御機構を説明するための概略図である。 熱伝達ガスの圧力に対するウェハとウェハ載置部との隙間の関係を示すグラフである。 実施の形態１に係る成膜方法における熱伝達ガスの圧力制御を説明するためのグラフである。 実施の形態２に係るスパッタリング装置の構成を示す概略断面図である。 実施の形態３に係るスパッタリング装置におけるウェハ載置部の構成を示す概略上面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態に係るウェハ処理装置としてのスパッタリング装置１Ａの構成を概略的に示す断面図である。図１を参照して、スパッタリング装置１Ａは、被成膜物であるウェハ１０上にアルミニウム膜などの金属膜を成膜するためのものである。スパッタリング装置１Ａは、ウェハ載置部２と、熱伝達ガス供給部（ガス供給部）３と、真空チャンバ４と、蓋５と、イオンソースガス供給部６と、ウェハクランプ７（クランプ部）と、直流電源８と、排気部９とを主に備えている。

蓋５は、真空チャンバ４の上部に配置されている。真空チャンバ４と蓋５との接触部にはＯリング（図示しない）などのシール部材が設けられている。これにより、真空チャンバ４内の真空状態を保持することが可能となっている。蓋５は、ターゲット材１１を配置するための下面５ａを有している。これにより、ターゲット材１１を、材料の供給面１１ａがウェハ１０の表（おもて）面１０ａと対向するように配置することが可能となっている。

真空チャンバ４の側面には排気部９が設けられている。これにより、真空ポンプ（図示しない）を用いて排気部９から真空チャンバ４内を排気して所望の真空度を達成することが可能となっている。また、真空チャンバ４の側面にはイオンソースガス供給部６が設けられている。イオンソースガス供給部６はマスフローコントローラ（図示しない）を介してガス供給源（図示しない）に接続されている。これにより、ガス供給源から供給されたアルゴンガス（イオンソースガス）を、イオンソースガス供給部６から真空チャンバ４内に供給することが可能となっている。

真空チャンバ４には、開閉シャッター（図示しない）が設けられていてもよい。これにより、搬送ロボット（図示しない）などを用いてウェハ１０を自動で真空チャンバ４内に搬入することができる。また、開閉シャッターが設けられない場合には、蓋５を取り外してウェハ１０を手動で真空チャンバ４内に搬入することができる。

ウェハ載置部２は、ウェハ１０を載置するための円形状の載置面２ｅを有しており、真空チャンバ４内の底部４ａ側に設置されている。ウェハ載置部２の詳細な構成については後述する。

ウェハクランプ７は、円形状のウェハ１０の外周部を表面１０ａ側から自重により押さえることにより、ウェハ１０を保持する。これにより、ウェハ載置面２ｅ上のウェハ１０の位置を固定することができる。ウェハクランプ７は手動でウェハ１０上に設置されるものであってもよいし、上下方向（ウェハ１０の厚み方向）に移動する駆動機構（図示しない）により自動で設置されるものであってもよい。

直流電源８は、真空チャンバ４の外部に配置されており、ターゲット材１１およびウェハ載置部２にそれぞれ接続されている。ウェハ載置部２は、端子ポート（図示しない）を介して電線により直流電源８と接続されている。これにより、ターゲット材１１とウェハ載置部２との間に所定の電圧を印加することが可能となっている。

熱伝達ガス供給部３は、ウェハ１０とウェハ載置部２との隙間に熱伝達ガスを供給し、ウェハ１０の裏面１０ｂとウェハ載置部２との間の熱交換を行うためのものである。熱伝達ガス供給部３は、たとえばアルゴンガス（イオンソースガスと同じ）などの熱伝達ガスを供給する。熱伝達ガス供給部３の詳細な構成については後述する。

次に、ウェハ載置部２の詳細な構成について図１〜図４を参照して説明する。図１および図２を参照して、ウェハ載置部２は、円柱形状を有する第１ウェハ載置部２ａと、中空部が形成された円筒形状を有する第２ウェハ載置部２ｂ〜２ｄとを主に含んでいる。第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄは、図１および図２に示すように中心軸を共有するように（同心円状に）配置されている。より具体的には、第２ウェハ載置部２ｂは第１ウェハ載置部２ａよりも直径が大きく、第１ウェハ載置部２ａの外周を取り囲むように配置されている。また、第２ウェハ載置部２ｃは第２ウェハ載置部２ｂよりも直径が大きく、第２ウェハ載置部２ｂの外周を取り囲むように配置されている。また、第２ウェハ載置部２ｄは第２ウェハ載置部２ｃよりも直径が大きく、第２ウェハ載置部２ｃの外周を取り囲むように配置されている。

図１および図３を参照して、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄのうち互いに隣り合うもの同士は、載置面２ｅ側においてメンブレン２５により接続されている。より具体的には、第１ウェハ載置部２ａは、メンブレン２５により第２ウェハ載置部２ｂと接続されている。また、第２ウェハ載置部２ｂは、メンブレン２５により第２ウェハ載置部２ｃと接続されている。また、第２ウェハ載置部２ｃは、メンブレン２５により第２ウェハ載置部２ｄと接続されている。メンブレン２５は、たとえばステンレスなどの弾性を有する金属材料からなり、溶接や接着などの方法により第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄと接続されている。また、メンブレン２５は、図３に示すように弛んだ状態となっており、また複数箇所（たとえば２箇所または３箇所）折り曲げられた蛇腹状となっていてもよい。このようにメンブレン２５が弾性材料からなることにより、メンブレン２５により接続された第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの各々は上下方向（ウェハ１０の厚み方向）において互いに相対移動が可能となっている。なお、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄは電線（図示しない）により電気的に接続されているため、直流電源８からウェハ載置部２全体に均一に電流を供給することが可能となっている。

図１を参照して、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの内部にはヒータ２１（２１ａ〜２１ｄ）が複数配置されている。ヒータ２１はたとえば電熱ヒータであり、温度センサ（図示しない）の測定値を検知して載置面２ｅの温度を制御する。また、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの内部には、冷却液路２２（２２ａ〜２２ｄ）（冷却機構）が複数設けられている。冷却液路２２には、たとえばチラー（図示しない）を用いて一定温度に保持された水（冷却液）を供給することができる。なお、ヒータ２１への電力の供給および冷却液路２２への冷却液の供給は、真空チャンバ４の外部に配置された供給源（図示しない）を用いて行うことができる。

第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの下部（載置面２ｅ側とは反対側）にはアクチュエータ２３（２３ａ〜２３ｄ）が各々配置されている。アクチュエータ２３は、真空チャンバ４の底部４ａに設置されている。アクチュエータ２３は、たとえば圧電素子を用いたものやサーボモータなどであり、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄを上下方向（ウェハ１０の厚み方向）に移動させる。これにより、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄは、互いに独立して上下方向に移動可能となっている。

第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの各々には少なくとも１つのアクチュエータ２３が設けられており、その個数は特に限定されない。たとえば、図４に示すように第１ウェハ載置部２ａに対して１個のアクチュエータ２３ａが設置され、第２ウェハ載置部２ｂ〜２ｄに対して複数（たとえば４個）のアクチュエータ２３ｂ〜２３ｄが周方向において等間隔に設置されていてもよい。

次に、熱伝達ガス供給部３の詳細な構成について図１、図２および図５を参照して説明する。図１および図５を参照して、熱伝達ガス供給部３は、ガス配管３１（３１ａ〜３１ｄ）と、マスフローコントローラ３２（３２ａ〜３２ｄ）と、圧力計３３（３３ａ〜３３ｄ）（圧力測定部）と、バルブ３４と、ガス供給源３５と、ガスノズル３６（３６ａ〜３６ｄ）とを主に含んでいる。

ガス配管３１は一方がウェハ載置部２と接続されており、他方がバルブ３４を介して真空チャンバ４の外部に配置されたガス供給源３５と接続されている。より具体的には、ガス配管３１は分岐構造を有しており、分岐した各々のガス配管３１ａ〜３１ｄが第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの内部に配置されている。

マスフローコントローラ３２ａ〜３２ｄは、分岐したガス配管３１ａ〜３１ｄの各々に取り付けられている。これにより、各ガス配管３１ａ〜３１ｄ内の熱伝達ガスの流量を調節することが可能となっている。また、圧力計３３ａ〜３３ｄは、分岐したガス配管３１ａ〜３１ｄの各々に取り付けられている。これにより、各ガス配管３１ａ〜３１ｄ内の熱伝達ガスの圧力を測定することが可能となっている。

図１および図２を参照して、ガスノズル３６ａ〜３６ｄは、ガス配管３１ａ〜３１ｄの先端部（載置面２ｅ側）に設けられている。これにより、ガス供給源３５から各ガス配管３１ａ〜３１ｄに供給された熱伝達ガスが、ガスノズル３６ａ〜３６ｄより吐出されるようになっている。そして、熱伝達ガスはウェハ１０の裏面１０ｂとウェハ載置部２との隙間に供給され、ウェハ１０とウェハ載置部２との間の伝熱のために用いられる。

また、上述のように第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄとメンブレン２５とは溶接などにより確実に接合されている。そのため、熱伝達ガスはウェハ１０とウェハ載置部２との隙間において均一に行き渡り、かつ載置面２ｅから下方への漏れが防止される。これにより、熱伝達ガスの圧力を圧力計３３ａ〜３３ｄを用いて高精度に検知することが可能となっている。

また、ガスノズル３６の数は、熱伝達ガスの流量や種類またはウェハ１０の大きさに応じて適宜選択することが可能であり、特に限定されない。たとえば、図２に示すように第１ウェハ載置部２ａに対して１個のガスノズル３６ａが設けられ、第２ウェハ載置部２ｂ〜２ｄに対して複数（たとえば４個）のガスノズル３６ｂ〜３６ｄが周方向において等間隔に設けられていてもよい。

次に、ウェハ載置部２の動作機構について図６および図７を参照して説明する。図６を参照して、圧力計３３ａ〜３３ｄは制御部４０と接続されている。これにより、測定された熱伝達ガスの圧力値を制御部４０に入力可能となっている。また、アクチュエータ２３ａ〜２３ｄは制御部４０と接続されている。これにより、制御部４０によりアクチュエータ２３の変位量を制御することで、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの上下方向（ウェハの厚み方向）への移動を制御可能となっている（図１参照）。すなわち、各圧力計３３ａ〜３３ｄにより測定された熱伝達ガスの圧力の情報（圧力値）に基づいて、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの各々をウェハ１０に対して相対的に移動させることが可能となっている。

以上のように、本実施の形態に係るスパッタリング装置１Ａでは、ウェハ１０とウェハ載置部２との隙間に供給される熱伝達ガスの圧力を圧力計３３により測定することができる。これにより、熱伝達ガスの圧力に基づいてウェハ１０とウェハ載置部２との隙間の大きさを推定することができる。より具体的には、圧力計３３の測定値が小さい場合にはウェハ１０とウェハ載置部２との隙間が大きく、圧力計３３の測定値が大きい場合には隙間が小さいことを推定することができる。このようにしてウェハ１０の反り量を容易に測定することができる。

また、スパッタリング装置１Ａでは、熱伝達ガスの圧力の情報に基づいてウェハ載置部２をウェハ１０に対して相対移動させることができる。より具体的には、圧力計３３ａ〜３３ｄにより熱伝達ガスの圧力を測定し、圧力計３３ａ〜３３ｄと接続された制御部４０を用いてウェハ１０との隙間を小さくするように第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの各々を上下方向（ウェハ１０の厚み方向）に移動させることができる。その結果、ウェハ１０とウェハ載置部２との隙間に起因したウェハ面内の温度分布の悪化が抑制され、ウェハ１０上に成膜されるアルミニウム膜の特性（たとえば電気抵抗など）をより均一化することができる。このように本実施の形態に係るスパッタリング装置１Ａによれば、ウェハ１０の反り量を容易に測定することにより、反りが発生したウェハ１０に対して均一な特性を有する膜を成膜することができる。

また、スパッタリング装置１Ａは、ウェハ載置部２側とは反対側からウェハ１０を保持するためのウェハクランプ７を備えていてもよい。これにより、載置面２ｅ上でのウェハ１０の位置が固定されるため、ガスノズル３６から吐出された熱伝達ガスによりウェハ１０の位置が変動することを防止することができる。その結果、圧力計３３による熱伝達ガスの圧力測定を安定に行うことができる。

また、スパッタリング装置１Ａは、複数のウェハ載置部２（２ａ〜２ｄ）を備えていてもよい。そして、複数のウェハ載置部２ａ〜２ｄの各々は、各圧力計３３（３３ａ〜３３ｄ）により測定された熱伝達ガスの圧力の情報に基づいて、ウェハ１０に対して相対的に移動可能に構成されていてもよい。より具体的には、スパッタリング装置１Ａは、円柱形状を有する第１ウェハ載置２ａと、第１ウェハ載置部２ａの外周を取り囲むように配置される第２ウェハ載置部２ｂ〜２ｄとを備えていてもよい。これにより、図１に示すようにウェハ中心からの距離に比例してウェハ１０の反り量が大きくなる場合などにおいて、載置面２ｅをウェハ１０の裏面１０ｂに沿った状態とすることが容易になる。

また、スパッタリング装置１Ａにおいて、ウェハ載置部２は冷却液路２２を有していてもよい。これにより、成膜中の発熱によるウェハ載置部２の温度上昇を抑制することができる。その結果、成膜中においてもウェハ載置部２を一定温度に保持することができる。

次に、本実施の形態に係るウェハ処理方法について、上記スパッタリング装置１Ａを用いたアルミニウム膜の成膜方法を例に説明する。本実施の形態に係るウェハ処理方法では、まず、ウェハを準備する工程が実施される。この工程では、図１を参照して、被成膜物（ワーク）であるウェハ１０が準備される。ウェハ１０は、シリコンからなり、円板形状を有している（直径：２００ｍｍ、厚み：７００μｍ）。

ウェハ１０の表面１０ａには素子（図示しない）が形成されており、さらに素子を覆うような絶縁膜（図示しない）が化学気相成長装置により成膜されている。そのため、成膜後の残留応力の影響により、ウェハ１０は図１に示すように表面１０ａ側に向かい凸状に沿った形状を有している。

次に、ウェハ上に成膜する工程が実施される。この工程では、図１を参照して、まず真空ポンプ（図示しない）により真空チャンバ４内が所定圧力（たとえば１×１０^−５Ｐａ）に保持され、かつヒータ２１が所定温度（たとえば２００℃）に設定される。また、冷却液路２２には冷却水が予め供給される。これにより、成膜中のグロー放電により発熱した場合でもウェハ載置部２の温度を一定に保持することができる。

次に、ウェハ１０が搬入される前に、載置面２ｅが平らになるようにウェハ載置部２の高さが調整される。より具体的には、制御部４０（図６参照）を用いてアクチュエータ２３の変位量を調整することにより、第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄの各々が上下方向に可動する。これにより、載置面２ｅが平らな状態とされる。載置面２ｅが平らになった後、ウェハ１０が真空チャンバ４内に搬入され、載置面２ｅ上に載置される。そして、ウェハクランプ７によりウェハ１０の外周が固定される。

次に、ガス供給源３５からアルゴンガス（熱伝達ガス）が供給され、ガス配管３１ａ〜３１ｄを通じてガスノズル３６ａ〜３６ｄより吐出される。そして、一定時間（たとえば６０ｓ）アルゴンガスを流すことにより、ウェハ１０とウェハ載置部２との隙間にアルゴンガスが充満する。アルゴンガスの流量はマスフローコントローラ３２ａ〜３２ｄにより、たとえば３．４（Ｐａ・ｍ^３／ｓ）に調整される。

次に、圧力計３３ａ〜３３ｄによりアルゴンガスの圧力が測定される。ここで、図７に示すように、ウェハ１０とウェハ載置部２との隙間が大きい場合にはアルゴンガスの流出抵抗が低下するため圧力が低下し、一方隙間が小さい場合には圧力が向上する（図７中の横軸は熱伝達ガスの圧力を示し、縦軸はウェハとウェハ載置部との隙間を示す）。これにより、各圧力計３３ａ〜３３ｄの測定値によりウェハ１０とウェハ載置部２との隙間の大きさを推定することができる。そして、ウェハ１０とウェハ載置部２との隙間を小さくするように第１および第２ウェハ載置部２ａ〜２ｄを上下方向に移動させる。より具体的には、図８を参照して、圧力値が平均値（図８中破線）よりも高い場合（圧力計３３ａ，３３ｂ，３３ｄ）にはウェハ載置部２を下向きに移動させることにより圧力を低下させ、一方で圧力値が平均値よりも低い場合（圧力計３３ｃ）にはウェハ載置部２を上向きに移動させることにより圧力を増加させる（図８中横軸は各圧力計を示し、縦軸は熱伝達ガスの圧力を示す）。これにより、図１に示すようにウェハ載置部２の載置面２ｅが、ウェハ１０の裏面１０ｂに沿った形状となる。

次に、イオンソースガス供給部６から真空チャンバ４内にアルゴンガスが一定量供給され、真空チャンバ４内の圧力が所定値（たとえば０．３ｋＰａ）にまで到達する。次に、直流電源８を動作させることにより、ターゲット材１１とウェハ載置部２との間に所定の電力が印加される（電圧：４００Ｖ、電流：２５Ａ）。これにより、ターゲット材１１とウェハ載置部２との間にグロー放電が発生し、アルゴンガスがプラズマ化する。そして、発生したアルゴンイオンがターゲット材１１の供給面１１ａに衝突することでアルミニウム原子が飛び出し、これがウェハ１０の表面１０ａに付着し堆積することでアルミニウム膜が成膜される。

アルミニウム膜の厚みは、たとえば水晶振動子を用いた終点検出器による方法や、ダミーウェハ上に形成された膜の厚みを予め確認し、成膜時間に比例させて厚みを算出する方法などにより確認することができる。

また、ウェハ１０は成膜中のグロー放電により加熱されるため、ウェハ１０の厚み方向において温度勾配が生じる。これにより、アルミニウム膜が成膜される表面１０ａ側が裏面１０ｂ側に比べて膨張し易くなり、ウェハ１０は表面１０ａ側に向かいさらに凸状に沿った状態となる。そのため、成膜開始前だけではなく成膜中にも圧力計３３ａ〜３３ｄによりアルゴンガスの圧力値を確認し、必要に応じてウェハ載置部２を上下方向に移動させることが好ましい。このようにすることで、成膜中において載置面２ｅがウェハ１０の裏面１０ｂに沿った状態を維持することができる。

アルミニウム膜の厚みが所定値にまで達した後、電圧の印加を停止させ、またイオンソースガスおよび熱伝達ガスの供給を停止させる。その後、ウェハクランプ７が外され、ウェハ１０が真空チャンバ４の外部に搬出されて本実施の形態に係るウェハ処理方法が完了する。

以上のように本実施の形態に係るウェハ処理方法では、上記本実施の形態に係るウェハ処理装置であるスパッタリング装置１Ａが用いられる。そのため、ウェハ１０において既に反りが発生している場合や成膜中にウェハ１０の反りが大きくなった場合でも、載置面２ｅが裏面１０ｂに沿った状態を維持しつつ成膜処理を行うことができる。これにより、ウェハ１０とウェハ載置部２との間の伝熱効率の低下が抑制され、ウェハ１０の面内における温度分布の悪化を抑制することができる。その結果、成膜されるアルミニウム膜の電気抵抗などの特性がより均一になり、パワー半導体チップの歩留まりを向上させることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。本実施の形態に係るウェハ処理装置は、基本的には上記実施の形態１に係るスパッタリング装置１Ａと同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態に係るスパッタリング装置１Ｂ（ウェハ処理装置）は、主にウェハ載置部の構成において上記実施の形態１に係るスパッタリング装置１Ａとは異なっている。

図９を参照して、本実施の形態に係るスパッタリング装置１Ｂは、被成膜物であるウェハ１０上にアルミニウム膜などを成膜するためのものであり、ウェハ載置部５０と、熱伝達ガス供給部６０（ガス供給部）と、窒素ガス供給部７０と、ヒータ８０と、真空チャンバ４と、蓋５と、イオンソースガス供給部６と、ウェハクランプ７と、直流電源８と、排気部９とを主に備えている。

ウェハ載置部５０は、被成膜物であるウェハ１０を載置するためのものであり、メンブレン５１（弾性部材）と、載置部本体５２とを主に含んでいる。載置部本体５２は円筒形状を有し、真空チャンバ４の底部４ａに設置されている。メンブレン５１は、たとえばステンレスなどの弾性を有する金属材料からなり、載置部本体５２上に配置されている。また、メンブレン５１、載置部本体５２および真空チャンバ４（底部４ａ）により取り囲まれた領域は、中空部５０ａとなっている。中空部５０ａ内の圧力は、真空チャンバ４の底部４ａ側に設けられた圧力計５３により測定可能となっている。

窒素ガス供給部７０は、中空部５０ａ内に窒素ガスを供給し、または中空部５０ａを減圧することにより中空部５０ａ内の圧力を制御するためのものである。窒素ガス供給部７０は、加圧配管７１と、減圧配管７２と、分岐バルブ７３とを主に含み、真空チャンバ４の底部４ａ側に設けられている。加圧配管７１は窒素ガスボンベ（図示しない）と接続されており、減圧配管７２は真空ポンプ（図示しない）と接続されている。これにより、加圧配管７１を通じて窒素ガスを供給することにより中空部５０ａ内を増圧させ、また減圧配管７２を介して中空部５０ａ内を減圧することが可能となっている。このように中空部５０ａ内の圧力を制御することにより、メンブレン５１を上下方向（ウェハ１０の厚み方向）に弾性変形させることが可能となっている。なお、加圧配管７１と減圧配管７２の使用状態は分岐バルブ７３により切替可能となっている。

熱伝達ガス供給部６０は、ウェハ１０とウェハ載置部５０との隙間に熱伝達ガスを供給し、ウェハ１０の裏面１０ｂとウェハ載置部５０との間の熱交換を行うためのものである。熱伝達ガス供給部６０は、ガス配管６１（６１ａ，６１ｂ）と、マスフローコントローラ６２（６２ａ，６２ｂ）と、圧力計６３（６３ａ，６３ｂ）（圧力測定部）と、バルブ６４と、ガス供給源６５と、ガスノズル６６（６６ａ，６６ｂ）と、ジャバラ６７（６７ａ，６７ｂ）とを主に含んでいる。

ガス配管６１は一方が真空チャンバ４内に位置し、他方がバルブ６４を介してガス供給源６５と接続されている。より具体的には、ガス配管６１は分岐構造を有しており、分岐した各々のガス配管６１ａ，６１ｂが中空部５０ａ内に位置している。

マスフローコントローラ６２ａ，６２ｂは、分岐したガス配管６１ａ，６１ｂの各々に取り付けられている。これにより、各ガス配管６１ａ，６１ｂ内の熱伝達ガスの流量を調節することが可能となっている。また、圧力計６３ａ，６３ｂは、分岐したガス配管６１ａ，６１ｂの各々に取り付けられている。これにより、各ガス配管６１ａ，６１ｂ内の熱伝達ガスの圧力を測定することが可能となっている。

ガスノズル６６ａ，６６ｂは、ガス配管６１ａ，６１ｂの先端部（載置面５０ｂ側）に設けられている。これにより、ガス供給源６５から供給された熱伝達ガスが、ガス配管６１ａ，６１ｂを通じてガスノズル６６ａ，６６ｂより吐出されるようになっている。そして、熱伝達ガスはウェハ１０の裏面１０ｂとメンブレン５１（ウェハ載置部５０）との隙間に供給される。

ジャバラ６７ａ，６７ｂは伸縮性を有しており、ガス配管６１ａ，６１ｂの各々と接続されている。これにより、たとえばメンブレン５１がウェハ１０に接近する向き（上向き）に変形した場合またはウェハ１０から離れる向き（下向き）に変形した場合には、ジャバラ６７ａ，６７ｂがこれに対応して伸縮することができる。

ヒータ８０は中空部５０ａ内に配置されており、中空部５０ａ内に供給された窒素ガスを温める。これにより、メンブレン５１を所定温度に保持することが可能となっている。また、ヒータ８０の出力は、温度センサおよび温度制御器（図示しない）により調整される。

また、圧力計６３ａ，６３ｂは実施の形態１と同様に制御部（図示しない）と接続されており、測定された熱伝達ガスの圧力値は当該制御部に入力可能となっている。また、窒素ガス供給部７０は当該制御部と接続されており、中空部５０ａへの窒素ガスの供給または中空部５０ａの減圧を当該制御部により行うことが可能となっている。これにより、各圧力計６３ａ，６３ｂにより測定された熱伝達ガスの圧力の情報に基づいて中空部５０ａ内の圧力を調整してメンブレン５１を弾性変形させ、ウェハ１０に対してメンブレン５１を相対移動させることが可能となっている。

以上のように本実施の形態に係るスパッタリング装置１Ｂでは、ウェハ載置部５０が弾性部材であるメンブレン５１を有しており、かつ、圧力計６３ａ，６３ｂにより測定された熱伝達ガスの圧力の情報に基づいてメンブレン５１が弾性変形することにより、ウェハ１０に対して相対的に移動可能に構成されている。これにより、上記実施の形態１の場合と同様にウェハ１０とウェハ載置部５０との隙間を小さくすることでウェハ１０の面内の温度分布の悪化を抑制することができる。そして、上記実施の形態１の場合と比べて部品点数が少なくなるため、装置構成をより簡略化することができる。

次に、本実施の形態に係るウェハ処理方法について、スパッタリング装置１Ｂを用いたアルミニウム膜の成膜方法を例に説明する。図９を参照して、本実施の形態に係るウェハ処理方法では、まず上記実施の形態１と同様にウェハ１０が準備され、かつ真空チャンバ４内の圧力およびヒータ８０の温度が各々設定される。

次に、ウェハ１０が搬入される前に、分岐バルブ７３を減圧配管７２側に切り替えることにより、中空部５０ａ内が減圧される。これにより、メンブレン５１が下向き（ウェハ１０から離れる向き）に弾性変形する。次に、ウェハ１０が真空チャンバ４内に搬入され、載置面５０ｂ上に載置される。そして、ウェハクランプ７によりウェハ１０の外周が固定される。

次に、ガス供給源６５からアルゴンガス（熱伝達ガス）が供給され、ガス配管６１ａ，６１ｂを通じてガスノズル６６ａ，６６ｂより吐出される。これにより、ウェハ１０とメンブレン５１（ウェハ載置部５０）との隙間にアルゴンガスが充満する。そして、圧力計６３ａ，６３ｂによりアルゴンガスの圧力が測定される。この場合、ウェハ１０とメンブレン５１との隙間が大きい中央部の測定値（圧力計６３ａの測定値）が小さくなり、一方隙間が小さい両端部の測定値（圧力計６３ｂの測定値）が大きくなる。

次に、分岐バルブ７３を加圧配管７１側に切り替えて中空部５０ａ内を増圧する。これにより、メンブレン５１を上向き（ウェハ１０に接近する向き）に弾性変形させる。そして、各圧力計６３ａ，６３ｂの値が同じなった後、窒素ガスの供給が停止される。その後、上記実施の形態１の場合と同様にアルミニウム膜の成膜が開始される。また、成膜中の発熱によりウェハ１０の反り状態が変化した場合には、中空部５０ａ内の圧力を調整してメンブレン５１を弾性変形させることにより、載置面５０ｂが裏面１０ｂに沿った状態が維持される。そして、アルミニウム膜の成膜が完了した後にウェハ１０が真空チャンバ４から搬出され、本実施の形態に係るウェハ処理方法が完了する。

（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。本実施の形態に係るウェハ処理装置は、基本的には上記実施の形態１に係るスパッタリング装置１Ａと同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態に係るスパッタリング装置（ウェハ処理装置）は、主にウェハ載置部の構成において上記実施の形態１に係るスパッタリング装置１Ａとは異なっている。

本実施の形態に係るスパッタリング装置におけるウェハ載置部９０の構成について、図１０を参照して説明する。図１０を参照して、ウェハ載置部９０は、被成膜物であるウェハを載置するためのものであり、上記実施の形態１の場合と同様に円柱形状を有する第１ウェハ載置部９１と、第１ウェハ載置部の外周を取り囲むように配置される第２ウェハ載置部９２，９３，９４とを主に含んでいる。また、図１０に示すように第２ウェハ載置部９２〜９４の各々は、円周方向に沿って等間隔に分割されている。そのため、分割された第２ウェハ載置部９２〜９４は、図１０に示すような扇形形状を有している。本実施の形態では、第２ウェハ載置部９２〜９４の各々は８つに分割されているが、分割方法は特に限定されない。

分割された第１および第２ウェハ載置部９１〜９４の各々は、上記実施の形態１と同様にメンブレン２５により接続されている。また、分割された第１および第２ウェハ載置部９１〜９４の各々には、熱伝達ガスを吐出するためのガスノズル１００が設けられている。そして、第１および第２ウェハ載置部９１〜９４の各々は、圧力計（図示しない）により測定された熱伝達ガスの圧力の情報に基づいて、ウェハに対して相対的に移動可能となっている。

上記実施の形態１および２のスパッタリング装置１Ａ，１Ｂは、ウェハ中心からの距離に比例してウェハの反り量が大きくなる場合に好適に用いることができる。これに対して、本実施の形態に係るウェハ処理装置ではウェハ載置部をさらに分割することにより、ウェハがより複雑な反り形状を有する場合でも、ウェハとウェハ載置部との隙間を容易に小さくすることができる。その結果、上記実施の形態１および２の場合と同様に、反りが発生したウェハに対して均一な特性を有する膜を成膜することができる。

上記実施の形態１〜３ではスパッタリング装置を例に本発明のウェハ処理装置について説明したが、本発明のウェハ装置はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明のウェハ処理装置は、たとえばアニール装置やエッチング装置などの他のウェハ処理装置であってもよく、これらの場合でも上記実施の形態１〜３と同様に反りが発生したウェハに対して均一な処理を行うことが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のウェハ処理装置は、反りが発生したウェハに対してより均一な処理を行うことが要求されるウェハ処理装置において、特に有利に適用され得る。

１Ａ，１Ｂ スパッタリング装置、２，５０，９０ ウェハ載置部、２ａ，９１ 第１ウェハ載置部、２ｂ，２ｃ，２ｄ，９２，９３，９３ 第２ウェハ載置部、２ｅ，５０ｂ 載置面、３，６０ 熱伝達ガス供給部、４ 真空チャンバ、４ａ 底部、５ 蓋、５ａ 下面、６ イオンソースガス供給部、７ ウェハクランプ、８ 直流電源、９ 排気部、１０ ウェハ、１０ａ 表（おもて）面、１０ｂ 裏面、１１ ターゲット材、１１ａ 供給面、２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ），８０ ヒータ、２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ） 冷却液路、２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ） アクチュエータ、２５，５１ メンブレン、３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ），６１（６１ａ，６１ｂ） ガス配管、３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ），６２（６２ａ，６２ｂ） マスフローコントローラ、３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ），５３，６３（６３ａ，６３ｂ） 圧力計、３４，６４ バルブ、３５，６５ ガス供給源、３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ），６６（６６ａ，６６ｂ），１００ ガスノズル、４０ 制御部、５０ａ 中空部、５２ 載置部本体、６７（６７ａ，６７ｂ） ジャバラ、７０ 窒素ガス供給部、７１ 加圧配管、７２ 減圧配管、７３ 分岐バルブ。

Claims (7)

1. ウェハを載置するためのウェハ載置部と、
   前記ウェハと前記ウェハ載置部との隙間にガスを供給するためのガス供給部と、
   前記ガスの圧力を測定するための圧力測定部とを備え、
   前記ウェハ載置部は、前記圧力測定部により測定された前記ガスの圧力の情報に基づいて、前記ウェハに対して相対的に移動可能に構成されている、ウェハ処理装置。
2. 前記ウェハ載置部側とは反対側から前記ウェハを保持するためのクランプ部をさらに備える、請求項１に記載のウェハ処理装置。
3. 複数の前記ウェハ載置部を備え、
   複数の前記ウェハ載置部の各々は、前記圧力測定部により測定された前記ガスの圧力の情報に基づいて、前記ウェハに対して相対的に移動可能に構成されている、請求項１または２に記載のウェハ処理装置。
4. 前記複数のウェハ載置部は、円柱形状を有する第１ウェハ載置部と、前記第１ウェハ載置部の外周を取り囲むように配置される第２ウェハ載置部とを含む、請求項３に記載のウェハ処理装置。
5. 前記第２ウェハ載置部は、周方向に分割されている、請求項４に記載のウェハ処理装置。
6. 前記ウェハ載置部は、冷却機構を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のウェハ処理装置。
7. 前記ウェハ載置部は、弾性部材を有し、かつ、前記圧力測定部により測定された前記ガスの圧力の情報に基づいて前記弾性部材が弾性変形することにより、前記ウェハに対して相対的に移動可能に構成されている、請求項１または２に記載のウェハ処理装置。

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