JP4030030B2 - 静電吸着ホルダの吸着力検出方法と装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空処理室内で試料台上に試料を静電吸着力で保持し試料の裏面に伝熱ガスを流しながら当該試料を処理する半導体製造装置において試料を保持する静電吸着ホルダの当該吸着力を検出する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スパッタリング装置等の半導体製造装置では、真空処理室内で試料ホルダの試料台上に基板等の試料を保持し、かかる試料に対してプラズマ等を利用して成膜処理あるいはエッチング処理などを行う。このような処理の際に、試料はプラズマの熱により当初の設定温度よりも高温となり、その結果、試料に堆積される薄膜の膜質やエッチングによる加工形状について高い温度に起因する悪影響を受ける場合がある。このため、従来装置では、試料ホルダに温度調整機構を設け、さらに試料の裏面側に伝熱ガスを流すなどして試料と試料台の間の熱伝導を高め、試料の温度を所望温度に正確に制御する構成を持たせていた。
【0003】
従来、試料と試料台の熱伝導を高める方法として静電吸着力を利用して試料を試料台上に保持する方法がある。例えば特公平6−22213号公報に示されているように、試料を保持する機構として静電吸着ホルダを備え、静電吸着ホルダの試料台と試料を静電吸着作用によって熱接触させ、さらに試料の裏面に伝熱ガスを流すガス供給路を設けた方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の静電吸着ホルダによれば、試料裏面に伝熱ガスを流す構成を採用しているため、伝熱ガスの圧力によって試料が浮き上がろうとする。そこで、かかる試料の浮き上がりを防ぐように静電吸着ホルダの静電吸着力で試料を押え、試料を保持している。ところが、静電吸着ホルダに関しては、従来一般的に、試料裏面の汚染、パーティクルやプロセスガスによる試料台表面の汚染、あるいは試料台表面の化学的変質等が原因となって静電吸着ホルダの当該吸着力が低下することが知られている。静電吸着ホルダによる吸着力が低下すると、試料裏面を流れる伝熱ガスの圧力による浮力が吸着力による押え力を上回り、試料が浮き上がり、静電吸着ホルダの試料台で試料の位置がずれるという問題が発生する。
【0005】
また半導体製造装置では、試料の処理を行うとき、複数の試料を一度にまとめて処理室内に搬送し、複数の処理を連続して行うことが一般的である。従って、上記のごとく、半導体製造装置の真空処理室内に搬入した複数の試料を静電吸着ホルダに保持した状態において一旦試料が浮き上がってその位置がずれると、処理中のずれた試料だけではなく、その後、真空処理室での処理を待っているロット内の他の試料までも不良品になるという問題が発生する。
【0006】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、静電吸着ホルダに固定された試料の裏面に伝熱ガスを流す構成において、静電吸着ホルダの吸着力の状態を事前に知り、試料の位置ずれの発生を予防し、不良品の発生を低減するようにした静電吸着ホルダの吸着力検出方法と装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る静電吸着ホルダの吸着力検出方法と装置は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
第1の吸着力検出方法(請求項1に対応)は、真空処理室内で試料を処理するとき、試料を試料台上に静電吸着力で保持し、試料と試料台の間の隙間に伝熱ガスを流すように構成した静電吸着ホルダに適用され、試料と試料台の間の隙間の圧力を真空処理室内の圧力よりも高くし、隙間を通して伝熱ガスが真空処理室内に漏れることにより真空計で検出される圧力が設定圧力を下回るときに、マスフローコントローラによって隙間に対して伝熱ガスが間欠的かつパルス的に供給される時間間隔をカウントして静電吸着力を検出する方法である。
静電吸着力で試料を試料台に保持し、さらに試料と試料台の間に隙間を形成してこの隙間に伝熱ガスを流すように構成したものでは、試料と試料台の隙間に伝熱ガスを流す際、隙間の圧力が真空処理室の圧力よりも十分高い場合、伝熱ガスが真空処理室の内部空間に漏れる量と静電吸着力との間で相関があることが見出された。上記吸着力検出方法では、当該相関関係を利用し、この関係に基づいて試料の静電吸着力の強弱の程度を検出するようにした。
第2の吸着力検出方法(請求項2に対応)は、上記第1の方法において、静電吸着力が低下して設定値以下になったとき、試料の処理を停止し、保守・交換のための警告を発生する方法である。試料の位置ずれが生じる静電吸着力低下の前に試料台の保守・交換を行うことが可能であり、不良品の発生を防止することが可能となる。
第1の吸着力検出装置(請求項3に対応)は、真空処理室内で試料を処理するとき、試料を試料台上に静電吸着力で保持し、試料と試料台の間の隙間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部が付設された静電吸着ホルダに設けられるものであり、伝熱ガス供給部から隙間へ伝熱ガスを流す通路に付設され、実質的に当該隙間の圧力を計測する真空計と、真空計で計測された圧力が設定値より小さくなったときにのみ伝熱ガス供給部から与えられる伝熱ガスを上記隙間に供給する制御機構(マスフローコントローラ22と制御手段31)と、隙間に対して伝熱ガスが間欠的かつパルス的に供給される時間間隔が短くなったとき静電吸着力が低下したと判断する判断手段(判定手段32)とから構成される。
上記吸着力検出装置では、伝熱ガスの漏れ量と静電吸着力との間の上記相関関係を利用して構成され、具体的に試料と試料台の間の隙間の圧力を計測し、この圧力の低下に伴って伝熱ガス供給部から隙間へ伝熱ガスを間欠的かつパルス的に供給するように構成する。そして、判断手段によって伝熱ガス供給部から隙間への伝熱ガスの供給量を監視することにより、静電吸着力の低下を検出するように構成した。
第2の吸着力検出装置(請求項4に対応)は、第1の装置において、さらに保守・交換のための警告を与える警告手段を備え、判断手段は、静電吸着力が低下したと判断したとき、試料の処理を停止すると共に、警告手段を動作させるように構成される。これにより、試料の処理中に試料の位置ずれが生じる前に試料台の交換・保守を行い、吸着力の低下した試料台で新しいロットの処理を行うことを防止する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。この実施形態ではスパッタリング装置に適用した例について説明する。
【0009】
図1は本発明に係る吸着力検出装置を備えたスパッタリング装置の構成を示す。スパッタリング装置11は内部に処理空間を有する真空処理室12を備える。真空処理室12の内部には上側にスパッタリングカソード13、下側に基板ホルダ14を備えている。スパッタリングカソード13には電源15から給電ライン16を介して必要な電圧が印加されている。基板ホルダ14は静電吸着力(吸着力)によって基板(試料)17を保持する静電吸着ホルダである。以下、基板ホルダ14を静電吸着ホルダ14と呼ぶことにする。図1では、静電吸着ホルダ14の全体の詳細構造は示さず、静電吸着を行う試料台14aの部分のみを示している。静電吸着ホルダ14には、試料台14aと基板17の温度を所望温度に制御するための温度調整機構が設けられている。試料台14aと、試料台14a上に配置される基板17との間には隙間18が形成されている。隙間18は、静電吸着力で基板17が試料台14aに保持されるとき、試料台14aと基板17の間の伝熱性を良くするため伝熱ガスを流す通路である。従って試料台14aと基板17の裏面との間の接触面積は100%未満となっており、伝熱ガスは隙間18内に封止される構造となっている。試料台14aと基板17の接触部の外周部は原則として密着している。この場合において、隙間18における圧力(P2 )は真空処理室12の内部空間の圧力(P1 )よりも高くなるように設定されている。試料台14aと基板17の密着性は、静電吸着ホルダ14による静電吸着力が十分に生じているときには非常に高いものである。しかしながら、静電吸着ホルダ14による静電吸着力が低下したときには、両者の接触部の外周部に隙間19が形成される。かかる隙間19が生じると、上記隙間18内の圧力と真空処理室12内の圧力の関係に基づいて伝熱ガスが隙間19を通って真空処理室12の内部空間に漏れることになる。なお真空処理室12には、基板17を搬入・搬出するためのゲートバルブ20が設けられている。
【0010】
前述の伝熱ガスを隙間18に供給するため、試料台14aに伝熱ガス供給パイプ21が接続されている。伝熱ガス供給パイプ21の先端のガス吐出口は上記隙間18に対して開いていると共に、その基端部はマスフローコントローラ22を介してガス供給部23に接続されている。ガス供給部23は伝熱ガスを与えるための装置であり、マスフローコントローラ20はガス供給部23から与えられる伝熱ガスを制御して隙間18に供給される伝熱ガス流量を所望の値に調整する手段である。また伝熱ガス供給パイプ21の途中には例えば隔膜真空計24が設けられ、この隔膜真空計24は伝熱ガス供給パイプ内における圧力(P3 )を検出する。
【0011】
前述したスパッタリング装置11とこれに付設された伝熱ガス供給機構に対して演算処理装置30が設けられる。演算処理装置30は、本来的に、伝熱ガスの供給量を制御する機能を有している。この機能を実現するのが制御手段31である。さらに演算処理装置30は上記静電吸着ホルダ14における静電吸着力の強弱の程度を検出し、必要の場合にはオペレータに警告を発したり、あるいはスパッタリング装置の動作を停止させる機能を内蔵する。この機能を実現するのが判定手段32である。制御手段31は、上記隔膜真空計24によって検出された圧力信号を入力し、その圧力の変化状態を調べることによってマスフローコントローラ22の調整動作を制御し、マスフローコントローラ22で調整される伝熱ガスの供給流量を制御する。また判定手段32は、制御手段31による伝熱ガスの供給流量(漏れ量に対応する)の制御状態を検査し、これにより上記静電吸着ホルダ14における静電吸着力の強弱程度を判定する。判定手段32は、伝熱ガスの供給流量に基づいて静電吸着ホルダ14における静電吸着力が低下したと判断した場合には、警告装置33を駆動する信号34を出力する。また判定手段32は制御信号35を出力して次の処理の受付けを停止する。
【0012】
スパッタリング装置11では放電が生じていないときにも試料台14a上で基板17を保持しかつ基板温度を適切に制御する必要があるので、上記静電吸着ホルダ14では正負両極の電極板を備えている。
【0013】
次に、図1に示された構成を有する静電吸着ホルダの吸着力検出装置の動作、検出の原理を説明する。試料台14aと静電吸着された基板17の間の隙間19から漏れる伝熱ガスの流量と試料台14aの静電吸着力との間には図3に示された関係が存在する。図3において横軸は静電吸着力を意味し、縦軸は伝熱ガスの流量を意味している。当該関係を示すグラフ41によれば、静電吸着力がB以上であるときには、伝熱ガスの流量(伝熱ガスの漏れに応じて供給される流量)は一定であり、変化しない。これに対して静電吸着力が低下しBよりも小さい値になると、伝熱ガスの流量は大きくなる。すなわち、伝熱ガスの流量は静電吸着力の関数となっている。グラフ41における点41aでは静電吸着力はA、伝熱ガスの流量はaとなっている。静電吸着力がA以下になると、グラフ41で明らかなように、伝熱ガスの流量は極めて大きな値に増大する。従って、静電吸着力がA以下であれば、試料台14aでは基板17を保持することができず、基板17は浮き上がり、試料台14a上でずれてしまうということが分かる。従って静電吸着力がA以下になる前の段階でスパッタリング装置11の新たな処理の受付けを停止させなければならない。そこで、このような観点からグラフ41において点41bが設定される。点41bは、Aに至る直前の状態であり、この点41bを検出すれば、基板17の浮き上がりと位置ずれの発生を予防することが可能となる。そこで上記演算処理装置30の判定手段32は点41bの状態を判定・検出し、スパッタリング装置11の新たな処理の受付けを停止し、静電基板ホルダ14の保守を図り、警告装置33を動作させてオペレータに状態を知らせる。警告装置33では、例えば、ユーザ画面にメンテナンスを促すメッセージを表示する。
【0014】
上記グラフ41における点41bを検出するため、演算処理装置30で次のような処理が行われる。上記点41bを検出するための構成は、原理的に図2に示された特性を利用して実現される。図2に示されたグラフでは、横軸が時間であり、左側縦軸が圧力であり、右側縦軸が流量を示している。図2のグラフとしては、圧力変化を表す圧力グラフ51と、伝熱ガスの供給量に関する流量グラフ52の2つのグラフが示されている。圧力グラフ51は、隔膜真空計24で検出された圧力(P3 )をP0 (例えば1330Pa(=10Torr))に制御するときの変化状態を示している。流量グラフ52は、基板17と試料台14aの間に形成された上記隙間19を通して伝熱ガスが真空処理室12内に漏れることにより隔膜真空計24で検出される圧力(P3 )がP0 を下回るときに、マスフローコントローラ22によって上記隙間18に対して伝熱ガスが間欠的かつパルス的に供給される場合の状態変化を示している。隔膜真空計24で検出される圧力がP0 を下回る頻度が高くなってくると、すなわち伝熱ガスの隙間19を通して内部空間へ漏れる量が大きくなると、伝熱ガスのパルス的供給の頻度が多くなり、パルス的供給の時間間隔tn が短くなることが圧力グラフ51と流量グラフ52の関係から明らかになる。
【0015】
図2に示された圧力グラフ51と流量グラフ52の特性に基づいて、演算処理装置30の判定手段32では、制御手段31による伝熱ガス供給の制御状態を監視・判定する。これにより、判定手段32は上記時間間隔tn の変化状態を知ることができ、時間間隔tn を基準にして前述の点41bを検出することが可能となる。すなわち、図3において伝熱ガスの供給流量xを時間間隔tn に基づき各種手法で判断することにより、流量xに対応する静電吸着力Xを見出すことが可能となる。
【0016】
上記のことを、図1に示した真空処理室12内の圧力P1 、隙間18内の圧力P2 、隔膜真空計24で検出する伝熱ガス供給パイプ21内の圧力P3 を用いて説明すると、以下の通りになる。
【0017】
上記圧力P1 ,P2 ,P3 の間には|P1 −P2 |>>|P2 −P3 |という関係が満たされるように、試料台14aと基板17の間に形成された隙間18の間隔、両者の接触面積が選ばれる。上記式は次のようにして得られた。マスフローコントローラ22から伝熱ガス供給パイプ21を通って試料台14aと基板17の間の隙間18に流れる伝熱ガスの流量は、試料台14aと基板17の隙間19から漏れるガス流量に等しい。このガス流量をIとすると、P1 =P2 −IC12とP2 =P3 −IC23が成り立つ。P1 ,P2 ,P3 は各部の圧力でP1 <P2 <P3 の関係が成り立ち、C12,C23はそれぞれ伝熱ガス供給パイプのコンダクタンス、基板17と試料台14aの間の隙間18と隙間19の合成コンダクタンスである。上記2つの式に基づきIを消去すると、(P1 −P2 )/C12=(P2 −P3 )/C23となる。この装置における目的によれば、C12>>C23(>0)である必要があるため、その結果、上記の式P1 −P2 >>P2 −P3 が導き出される。
【0018】
具体的に説明する。ガス供給パイプ21の圧力P3を約1330Paとする。圧力P3を約1330Paに制御するため、隔膜真空計24の検出圧力を演算処理装置30の制御手段31を通してマスフローコントローラ22へフィードバックしている。実際は、マスフローコントローラ22に一定流量を設定し、隔膜真空計24の値が約1330Paを下回ると設定流量の伝熱ガスを流し、約1330Paを上回ると伝熱ガスを止めるという制御を行っている。この状態が、図2に示した前述の圧力グラフ51と流量グラフ52である。このように圧力P3を約1330Paを維持するために、上記のごとく時間間隔tnで伝熱ガスが流れている。伝熱ガスの流れる頻度は、隙間19を通って真空処理室内に漏洩する伝熱ガスの流量に対応し、試料台14aが基板17を静電吸着している力を表している。従って判定手段32は、上記時間間隔tnの平均、または時間当たり何回伝熱ガスが供 給されたことをカウントすることで、静電吸着ホルダ14の試料台14aによる吸着力を検出する。
【0019】
前記実施形態では基板で説明したが、試料は基板に限定されない。さらに本発明に係る吸着力検出装置が適用される装置は上記スパッタリング装置には限定されない。
【0020】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、試料を静電吸着力で固定し試料の背面に伝熱ガスを流すように構成された静電吸着ホルダにおいて、静電吸着力の強弱程度を伝熱ガスの漏れ流量を監視することにより検出し、試料台上で試料が位置ずれが生じる前に試料台の交換・保守を行い、不具合が生じる可能性の高い試料台での新しいロットの処理を行わないようにしたため、不良品の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る静電吸着ホルダの吸着力検出装置の一例を示す構成図である。
【図2】静電吸着ホルダが基板を保持しているとき基板裏面のガス圧の変化と伝熱ガスの供給流量の関係を示す図である。
【図3】静電吸着ホルダの試料台と基板との間の隙間から漏れる伝熱ガスの流量と静電吸着力の関係を示す図である。
【符号の説明】
11 スパッタリング装置
12 真空処理室
14 基板ホルダ(静電吸着ホルダ)
14a 試料台
17 基板
18 隙間
19 隙間
21 伝熱ガス供給パイプ
22 マスフローコントローラ
23 ガス供給部
24 隔膜真空計
Claims (4)
- 真空処理室内で試料を処理するとき、前記試料を試料台上に静電吸着力で保持し、前記試料と前記試料台の間の隙間に伝熱ガスを流すように構成した静電吸着ホルダにおいて、
前記試料と前記試料台の間の前記隙間の圧力を前記真空処理室内の圧力よりも高くし、前記隙間を通して前記伝熱ガスが前記真空処理室内に漏れることにより真空計で検出される圧力が設定圧力を下回るときに、マスフローコントローラによって前記隙間に対して前記伝熱ガスが間欠的かつパルス的に供給される時間間隔をカウントして前記静電吸着力を検出したことを特徴とする静電吸着ホルダの吸着力検出方法。 - 前記静電吸着力が低下して設定値以下になったとき、前記試料の処理を停止し、保守・交換のための警告を発生することを特徴とする請求項1記載の静電吸着ホルダの吸着力検出方法。
- 真空処理室内で試料を処理するとき、前記試料を試料台上に静電吸着力で保持し、前記試料と前記試料台の間の隙間に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給部が付設された静電吸着ホルダにおいて、
前記伝熱ガス供給部から前記隙間へ伝熱ガスを流す通路に付設され、前記隙間の圧力を計測する真空計と、
前記真空計で計測された前記圧力が設定値より小さくなったときにのみ前記伝熱ガス供給部から与えられる前記伝熱ガスを前記隙間に供給する制御機構と、
前記隙間に対して伝熱ガスが間欠的かつパルス的に供給される時間間隔が短くなったとき前記静電吸着力が低下したと判断する判断手段と、
からなることを特徴とする静電吸着ホルダの吸着力検出装置。 - 保守・交換のための警告を与える警告手段を備え、前記判断手段は、前記静電吸着力が低下したと判断したとき、前記試料の処理を停止すると共に前記警告手段を動作させることを特徴とする請求項3記載の静電吸着ホルダの吸着力検出装置。
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