JP4776783B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、被処理基板が載置される載置部と、載置部に載置される被処理基板に対して真空処理を施す真空処理機構と、真空処理機構を制御する制御装置とを備えた真空処理装置を用いる真空処理方法に関する。また本発明は、前記のような真空処理装置に関する。また本発明は、前記の載置部に載置されるセンサ基板に関する。
背 景 技 術
従来の真空処理装置の構成について、図6を用いて説明する。
図6は、真空処理装置の一例であるエッチング装置100の概略的な断面を示している。このエッチング装置100において、処理室102が、気密に閉塞自在であって表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから成る略円筒形状の処理容器104内に形成されている。処理容器104自体は、接地線106を介して接地されている。
処理室102内の底部には、絶縁支持板108が設けられており、この絶縁支持板108の上部に被処理基板(例えば6インチのウエハ)Wを載置するための下部電極を構成する略円柱状のサセプタ(載置台)110が、上下動自在に収容されている。
サセプタ110は、絶縁支持板108及び処理容器104の底部を遊貫する昇降軸112によって支持されている。この昇降軸112は、処理容器104外部に設置されている駆動モータ114によって上下動自在である。従って、この駆動モータ114の作動により、サセプタ110は、図6中の往復矢印に示す方向に、上下動自在となっている。なお、処理室102の気密性を確保するため、サセプタ110と絶縁支持板108との間には、昇降軸112の外方を囲むように伸縮自在な気密ベローズ116が設けられている。
サセプタ110は、表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから成り、その内部にはセラミックヒータなどの加熱手段(図示せず)と、外部の冷媒源(図示せず)との間で冷媒を循環させるための冷媒循環路(図示せず)とが設けられている。加熱手段及び冷媒循環路は、温度制御機構(図示せず)によって自動的に制御される構成となっている。これにより、サセプタ110上の被処理基板Wを所定温度に維持することが可能となっている。
サセプタ110上には、被処理基板Wを吸着保持するための静電チャック118が設けられている。この静電チャック118は、導電性の薄膜をポリイミド系の樹脂によって上下から挟持した構成を有し、処理容器104の外部に設置されている高圧直流電源120からの電圧(例えば1.5kV〜2.0kVの電圧)が印可されるようになっている。この電圧印可によって発生するクーロン力によって、被処理基板Wは静電チャック118の上面に吸着保持されるようになっている。
また、サセプタ110上の周辺には、静電チャック118を囲むようにして、平面が略環状のフォーカスリング122が設けられている。このフォーカスリング122は、絶縁性を有する石英から成っており、サセプタ110と後述の上部電極124との間に発生するプラズマの拡散を抑制する機能と、プラズマ中のイオンを効果的に被処理基板Wに入射させる機能とを有している。
サセプタ110の載置面と対向する位置には、略円盤状の上部電極124が配置されている。この上部電極124は、導電性を有する単結晶シリコンから成り、複数の貫通孔124aが設けられている。また、上部電極124の上方には、導電性を有するアルミニウムから成る上部電極124と略同径の上部電極支持部材126が設けられている。
さらに、この上部電極支持部材126の上部電極124側には、開口部126aが形成されている。従って、上部電極124が上部電極支持部材126に取り付けられた状態では、上部電極124と上部電極支持部材126との間に空間部130が形成される構成となっている。
また、上部電極124の下面外周部から絶縁リング128の外周面略中央部にかけて、絶縁性を有する石英から成る、略環状のシールドリンク132が配置されている。このシールドリンク132は、フォーカスリング122と共に、静電チャック118と上部電極124との間のギャップよりも狭いギャップを形成し、プラズマの拡散を抑制する機能を有している。
空間部130の上部略中央には、ガス導入口134が接続されている。さらに、このガス導入口134には、バルブ136を介してガス導入管138が接続されている。そして、このガス導入管138には、バルブ140、142、144及び対応した流量調節のためのマスフローコントローラ(MFC)146、148、150を介して、それぞれに対応するガス供給源152、154、156が各々接続されている。
ガス供給源152からはArが供給自在であり、ガス供給源154からはO2が供給自在であり、ガス供給源156からはC3F6が供給自在な構成となっている。そして、これらガス供給源152、154、156からの各ガスは、ガス導入管138からガス導入口134、空間部130及び貫通孔124aを通じて、処理室102内に導入され、被処理基板Wの被処理面に対して均一に吐出されるように構成されている。
処理容器104の下部には、真空ポンプなどの真空引き手段158に通ずる排気管160が接続されている。これにより処理室102は、例えばパンチング板から成る排気板162を介して、例えば数mTorr〜数100mTorrまでの任意の真空度にまで真空引きされ、真空状態を維持することが可能となっている。
また、サセプタ110に対しては、周波数が数百kHz程度(例えば800kHz)の高周波電力を出力する第1高周波電源164からの電力が、整合器166を介して供給される構成となっている。一方、上部電極124に対しては、周波数が第1高周波電源164よりも高い1MHz以上の周波数(例えば27.12MH)の高周波電力を出力する第2高周波電源168からの電力が、整合器170及び上部電極支持部材126を介して供給される構成となっている。
次に、このようなエッチング装置100を用いて、例えばSiO2で形成された被処理基板Wに対してエッチング処理を施す場合の作用について説明する。
まず、被処理基板Wがサセプタ110上に載置される。次に、高圧直流電源120から所定の電圧が静電チャック118内の導電性の薄膜に印加され、被処理基板Wは静電チャック118上に吸着、保持される。サセプタ110は、不図示の温度調節手段により所定の温度に調整されているため、サセプタ110上に保持されている被処理基板Wの表面温度は、処理時においても所望の温度(例えば120℃以下)に設定される。
次いで、処理室102内は、真空引き手段158によって真空引きされる。一方、ガス供給源152、154、156よりエッチング処理に必要なガスが所定の流量で供給され、処理室102の圧力が所定の真空度、例えば40mTorrに設定、維持される。
この際、ガス供給源152、154、156から供給される各ガスAr、O2、C3F6は、それぞれに対応するマスフローコントローラ146、148、150及びバルブ140、142、144によって所定の流量に調整された後混合し、この混合ガスが、ガス導入管138、ガス導入口134、空間部130及び貫通孔124aを通って、被処理基板W上に導入される。
混合ガスは、例えばC3F6およびO2の流量比が0.1≦O2/C3F6≦1.0となるように各ガスの流量が調整され、C3F6の分圧が0.5mTorr〜2.0mTorrとなるように各バルブ140、142、144の開度が調整される。
次いで、上部電極124に対して第2高周波電源168から周波数が27.12MHz、パワーが例えば2kWの高周波電力が供給されると、上部電極124とサセプタ110との間にプラズマが生起される。また同時に、サセプタ110に対しては、第1高周波電源164から周波数が800kHz、パワーが例えば1kWの高周波電力が供給される。
そして、発生したプラズマによって処理室102内の処理ガスが解離し、その際に生ずるエッチャントイオンが、サセプタ110側に供給された相対的に低い周波数の高周波によって、その入射速度がコントロールされつつ、被処理基板W表面のSiO2膜をエッチングしていく。
以上に示したエッチング装置100のさらなる詳細については、特開平10−199869号公報に記載されている。
さて、真空処理装置を適切に制御するためには、真空処理装置による処理状態の情報を検出することが有効である。真空処理装置による処理状態の情報を検出する技術として、真空処理装置内に各種センサを搭載する技術が開発されている。
このような技術は、例えば特開平6−76193号公報に記載されている。特開平6−76193号公報に記載された発明は、真空処理装置内にセンサ及び送信機を搭載して、当該センサの計測情報を送信機によって真空処理装置外へ無線で送信するというものである。この発明は、センサの計測情報の伝達のための配線が不要であるという利点を有し、真空処理装置が真空状態にある場合でもセンサの計測情報を容易に取得することができる。さらに特開平6−76193号公報は、センサと送信機とを被処理基板に取り付けることができることについても言及している。
しかしながら、特開平6−76193号公報による開示内容においては、同公報の各図に示されているように、センサが被処理基板上に突出している。
本件発明者は、センサまたは送信機が被処理基板に突設された態様について、そのような被処理基板を処理することは不都合であることを知見した。
その第1の理由は、真空処理装置は通常、被処理基板の水平な処理面を仮想して設計されているため、真空処理装置によってなされるべき処理が、被処理基板に突設されたセンサまたは送信機のために、設計仕様の通りになされないという事態が生じ得ることである。
第2の理由は、製品である被処理基板の全てにセンサと送信機とを設置することは、各種のコストのために現実的ではない一方、センサと送信機とを突設した被処理基板をある種の「モデル基板」として利用する場合には、以下のような問題が生じることである。すなわち、当該「モデル基板」ではセンサと送信機とが突設されているのに、実際の製品用の被処理基板ではそのような突設物がないため、「モデル基板」のセンサから得られる情報が真に製品用の被処理基板の処理に有用か否か不明であることである。例えば真空処理装置内のガス流の状態は、真空処理状態にデリケートに影響すると思われるが、そのガス流の状態は、突設物の存在によって大きく変化し得ると考えられる。
一方、「モデル基板」に、当該基板から突出しないようにセンサを設けた技術として、本件出願人による特開平9−189613号公報に記載の技術がある。同公報による発明は、基板内に温度測定ポイントを形成すると共に、当該ポイントから載置台を介して測定信号を取り出すものである。
図7は、同公報が開示する温度測定用ウエハ201の平面図である。温度測定用ウエハ201の基板202は、通常の半導体デバイスが形成されるウエハと同一のシリコンから形成されている。
温度測定用ウエハ201の上面には、温度測定ポイントが例えば5行5列、即ち温度測定ポイントA1〜A5、B1〜B5、C1〜C5、D1〜D5、E1〜E5まで形成されている。これら各温度測定ポイントA1〜E5は、基板202に対してパターン形成されたものであり、その素子構造は、一般的な半導体デバイス製造プロセスであるエッチングや成膜処理を用いて、基板52にパターン形成されている。
例えばアルメル−クロメル熱電対(alumel−chromel−thermocouple)を利用する場合には、図8に示すように、シリコンの基板202の上に形成された層間絶縁膜203をエッチングによって所定のパターンに基づいて例えば縦方向の溝状に削り取り、その後メタル成膜によってアルメル204を当該溝内に埋め込み、さらに今度はクロメル205を横方向に帯状にパターンニング形成し、その接点を温度測定ポイントとして使用することができる。
このようなプロセスを経て基板202に対してパターン形成された各温度測定ポイントA1〜E5は、従来の接着剤を用いた基板への貼りつけと異なり、基板202に対してパターン形成されているので、全て一様な形成状態となっている。従って、従来のような接着剤の外れ、接着状態による温度のばらつき、接着剤の剥がれによる処理室内の汚染の心配がない。
しかしながら、特開平9−189613号公報に記載の発明では、検出情報が温度に限定されており、検出情報がそのまま信号処理部206および端子盤207を介して取り出されるため、基本的に測定ポイントの数に応じた配線が必要である。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、「モデル基板」としてのセンサ基板の外郭形状が製品用の被処理基板と異なることがなく、センサ基板の検出する情報が温度に限定されることなく、さらに検出情報の伝達処理の便宜に優れる、真空処理方法、真空処理装置及び「モデル基板」としてのセンサ基板を提供することを目的とする。
なお、本明細書における「真空処理」とは、極めて広義な意味に用いられており、「大気圧以下に減圧され得る密閉空間内における処理」全般を表している。
発明の要旨
本発明は、被処理基板が載置される載置部と、載置部に載置される被処理基板に対して真空処理を施す真空処理機構と、真空処理機構を制御する制御装置と、を備えた真空処理装置を用いる真空処理方法であって、載置部に載置される被処理基板と略同形同大に形成され、真空処理状態の情報を検出する検出素子と検出素子が検出した情報を処理する情報処理素子とを有するセンサ基板を、載置部に載置する工程と、センサ基板に対して、真空処理機構により、真空を用いた処理を施す工程と、センサ基板が真空処理を施される際において、検出素子により、真空処理状態の情報を検出する工程と、情報処理素子により、検出素子が検出した情報を処理する工程と、センサ基板を、載置部から除去する工程と、被処理基板を、載置部に載置する工程と、情報処理素子により処理された真空処理状態の情報に基づいて、制御装置により、真空処理機構を制御して被処理基板に対して真空処理を施す工程と、を備えたことを特徴とする真空処理方法である。
本発明の真空処理方法によれば、センサ基板が被処理基板と略同形同大に形成されているため、センサ基板の検出素子が検出する真空処理状態の情報は、被処理基板の真空処理にとって極めて有用な情報となる。
また、本発明による真空処理方法によれば、センサ基板の情報処理素子により検出素子が検出した情報が処理されるため、検出情報の伝達処理の便宜に優れる。
本発明の真空処理方法において、真空処理がプラズマ処理、特にはプラズマエッチング処理である場合、センサ基板が被処理基板と略同形同大であることは、ガス流等の処理環境の同一性を担保できるため特に有効である。
また、本発明の真空処理方法において、被処理基板は、半導体ウエハまたはLCD用ガラス基板であることが好ましい。
また、本発明の真空処理方法において、情報処理素子は、検出素子が検出した情報を記憶する記憶素子を有することが好ましい。この場合、記憶素子が記憶した情報は、例えば制御装置に送られて解析される。もっとも、解析部を制御装置と別に設けてもよい。
また、本発明の真空処理方法において、情報処理素子は、検出素子が検出した情報を無線でリアルタイムで制御装置に送信する送信素子を有することが好ましい。この場合、送信素子が送信した情報は制御装置にて解析され、処理中に真空処理機構の制御状態を変更することができる。
また、本発明の真空処理方法において、センサ基板が1以上の微小穴を有し、検出素子が微小穴内に設けられている場合、当該検出素子は、真空処理の一形態である微小孔形成処理の処理過程における状態を検出することができる。特に、微小孔のアスペクト比を複数設定しておくと、複数の処理過程に対応した真空状態情報を得ることができる。
また、本発明の真空処理方法において、検出素子は、パワー密度、Vdc、ΔVdc、赤外線強度、紫外線強度、可視領域光強度、温度、分子量、イオンカレント、加速度、歪み、変位及び音のいずれかを検出するようになっていることが好ましい。
次に、本発明は、被処理基板が載置される載置部を備えた真空処理装置の当該載置部に載置されるセンサ基板であって、載置部に載置される被処理基板と略同形同大に形成され、真空処理状態の情報を検出する検出素子と、検出素子が検出した情報を処理する情報処理素子と、を有することを特徴とするセンサ基板である。
本発明のセンサ基板によれば、被処理基板と略同形同大に形成されているため、検出素子は、被処理基板の真空処理にとって極めて有用な真空処理状態の情報を検出することができる。
また、本発明のセンサ基板によれば、情報処理素子が、検出素子が検出した情報を処理することができるため、検出情報の伝達処理の便宜に優れる。
本発明のセンサ基板において、真空処理がプラズマ処理、特にはプラズマエッチング処理である場合、被処理基板と略同形同大であることは、ガス流等の処理環境の同一性を担保できるため特に有効である。
また、本発明のセンサ基板において、想定する被処理基板は、半導体ウエハまたはLCD用ガラス基板であることが一般的である。
また、本発明のセンサ基板において、情報処理素子は、検出素子が検出した情報を記憶する記憶素子を有することが好ましい。この場合、記憶素子が記憶した情報は、例えば後に解析される。
また、本発明のセンサ基板において、情報処理素子は、検出素子が検出した情報を無線でリアルタイムで真空処理装置に送信する送信素子を有することが好ましい。この場合、送信素子が送信した情報は真空処理装置にて解析され、処理中に真空処理機構の制御状態を変更することができる。
あるいは、インターネットやイントラネットを経由してより高速/高性能のコンピュータに送信し、当該コンピュータにてデータ演算・解析を行い、リアルタイムな情報として真空処理装置にフィードバックしても良い。
また、諸特性の経時変化を追跡したデータとして纏めておけば、経時変化を相殺するように処理パラメータを変更することも可能である。
また、本発明のセンサ基板において、1以上の微小穴が設けられ、検出素子が微小穴内に設けられている場合、当該検出素子は、真空処理の一形態である微小孔形成処理の処理過程における状態を検出することができる。特に、微小孔のアスペクト比を複数設定しておくと、複数の処理過程に対応した真空状態情報を得ることができる。
また、本発明のセンサ基板において、検出素子は、パワー密度、Vdc、ΔVdc、赤外線強度、紫外線強度、可視領域光強度、温度、分子量、イオンカレント、加速度、歪み、変位及び音のいずれかを検出するようになっていることが好ましい。
次に、本発明は、被処理基板が載置される載置部と、載置部に載置される被処理基板に対して真空処理を施す真空処理機構と、真空処理機構を制御する制御装置と、載置部に載置される被処理基板と略同形同大のセンサ基板と、を備え、制御装置は、センサ基板からの情報に基づいて真空処理機構を制御するようになっていることを特徴とする真空処理装置である。
本発明の真空処理装置によれば、センサ基板が被処理基板と略同形同大に形成されているため、センサ基板の検出素子が検出する真空処理状態の情報は、被処理基板の真空処理にとって極めて有用な情報となる。
本発明の真空処理装置において、真空処理がプラズマ処理、特にはプラズマエッチング処理である場合、センサ基板が被処理基板と略同形同大であることは、ガス流等の処理環境の同一性を担保できるため特に大きな効果が得られる。
また、本発明の真空処理装置において、被処理基板は、半導体ウエハまたはLCD用ガラス基板であることが好ましい。
また、本発明の真空処理装置において、センサ基板は、真空処理状態の情報を検出する検出素子と、検出素子が検出した情報を記憶する記憶素子とを有することが好ましい。この場合、記憶素子が記憶した情報は、例えば制御装置に送られて解析される。
また、本発明の真空処理装置において、センサ基板は、真空処理状態の情報を検出する検出素子と、検出素子が検出した情報を無線でリアルタイムで制御装置に送信する送信素子とを有することが好ましい。この場合、送信素子が送信した情報は制御装置にて解析され、処理中に真空処理機構の制御状態を変更することができる。
また、本発明の真空処理装置において、センサ基板が1以上の微小穴を有し、検出素子が微小穴内に設けられている場合、当該検出素子は、真空処理の一形態である微小孔形成処理の処理過程における状態を検出することができる。特に、微小孔のアスペクト比を複数設定しておくと、複数の処理過程に対応した真空状態情報を得ることができる。
また、本発明の真空処理装置において、検出素子は、パワー密度、Vdc、ΔVdc、赤外線強度、紫外線強度、可視領域光強度、温度、分子量、イオンカレント、加速度、歪み、変位及び音のいずれかを検出するようになっていることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態による真空処理装置を示す構成概略図である。図1に示すように、本発明の第1の実施の形態の真空処理装置1は、被処理基板Wが載置される載置台10(載置部)と、載置台10に載置される被処理基板Wに対して真空処理を施す真空処理機構31(図3参照)と、真空処理機構31を制御する制御装置51(図3参照)と、載置台10に載置される被処理基板Wと略同形同大のセンサ基板11とを備えている。
本実施の形態においては、真空処理はプラズマエッチング処理である。また、被処理基板Wは、半導体ウエハまたはLCD用ガラス基板である。
図2(a)はセンサ基板11の平面図であり、図2(b)はセンサ基板11の斜視図である。図2(a)および図2(b)に示すように、センサ基板11は、真空処理状態(プラズマエッチング処理状態)の情報を検出する検出素子11dと、検出素子11dが検出した情報を処理する情報処理素子11pと、検出素子11d及び情報処理素子11pを駆動するための電池素子11bとを有している。各素子の形成方法は特に限定されないが、例えば特開平7−12667号公報に記載の技術が利用できる。また、センサ基板11の表面には、SiO2膜が形成されている。
本実施の形態では、情報処理素子11pは、検出素子11dが検出した情報を記憶に適した状態に前処理する前処理素子11qと、前処理素子11qによって前処理された情報を記憶する記憶素子11mとを有している。
検出素子11dは、パワー密度(watt/cm2)、Vdc(V)、ΔVdc(V)、赤外線強度、紫外線強度、可視領域光強度、温度(℃)、分子量、イオンカレント(A)、加速度(m/s2)、歪み、変位及び音の各々を検出するように、それぞれの検出対象に適した複数の素子からなっている。図2(a)および図2(b)には、一部の検出素子11dのみが図示されている。検出素子11dは、適宜に設定されるサンプリング間隔で前記の情報を検出するようになっている。
前処理素子11qは、各検出データの所定時間内の時間平均を求めたり(ローパスフィルタリングに相当)、同一の検出情報のために複数の検出素子が設けられている場合には、その中間値や平均値を求めたりすることが可能となっている。さらには、より高度な情報処理演算、例えばデータ圧縮処理などを行うことが可能となっている。
本実施の形態における真空処理機構31は、載置台10が収容され内部を真空引きされる処理容器4と、載置台10内部に設けられた温度調整手段10tと、下部電極システム19と、上部電極システム23と、処理容器4内を真空引きする真空システム57と、処理容器4内に各ガスを供給するガス供給システム35と、を有している。
制御装置51は、センサ基板11からの情報に基づいて真空処理機構31を制御するようになっている。図3に、情報(信号)の流れを示す。
以下に、図1に示す本実施の形態の真空処理装置1について、より詳細に説明する。
処理容器4は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムなどによって略円筒形状に形成され、気密に閉塞自在の処理室2を形成するようになっている。処理容器4自体は、接地線6を介して接地されている。
処理室2内の底部には、例えばセラミックなどから形成された絶縁支持板8が設けられている。絶縁支持板8の上部に、例えば6インチのウエハ等の被処理基板Wおよび当該被処理基板Wと略同形同大のセンサ基板11を載置するための略円柱状の載置台10が、上下動自在に収容されている。
載置台10は、絶縁支持板8及び処理容器4の底部を遊貫する昇降軸12によって支持されている。この昇降軸12は、処理容器4外部に設置されている駆動モータ14によって上下動自在である。従って、駆動モータ14の作動により、載置台10は図1中の往復矢印に示す方向に上下動自在である。また、載置台10上への被処理基板Wまたはセンサ基板11の導入と取出とは、図示しない搬送手段によって適宜になされるようになっている。
搬送手段としては、たとえば多関節ロボットアームの先端に基板保持部を設けたものが広く用いられている。このような搬送手段は、処理容器と連接されたロードロック室内に設けられ、処理容器とロードロック室との隔壁に設けられたゲートを、基板保持部が基板を保持した状態で通過可能に作られている。このような搬送手段によって、被処理基板Wまたはセンサ基板11が処理容器内に導入あるいは取り出しされる。
載置台10上には、被処理基板Wまたはセンサ基板11を吸着保持するための静電チャック18が設けられている。この静電チャック18は、例えば導電性の薄膜をポリイミド系の樹脂によって上下から挟持した構成を有し得て、処理容器4の外部に設置される高圧直流電源20からの、例えば1.5kV〜2.0kVの電圧が印可されるようになっている。この電圧印可によって発生するクーロン力によって、被処理基板Wまたはセンサ基板11は静電チャック18の上面に吸着保持されるようになっている。
また、載置台10と絶縁支持板8との間には、処理室2の気密性を確保するため、昇降軸12の外方を囲むように伸縮自在な気密部材、例えばベローズ16が設けられている。
載置台10は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから成り、その内部に温度調節手段10tを有している。温度調節手段10tは、例えばセラミックヒータなどの加熱手段と、外部の冷媒源との間で冷媒を循環させるための冷媒循環路とから構成され得る。これにより、温度調節手段10tを制御することによって、載置台10上の被処理基板Wまたはセンサ基板11の温度を所望の範囲に維持することが可能となっている。
また載置台10は、それ自体が下部電極を構成しており、整合器66を介して第1高周波電源64に接続されている。第1高周波電源64は、載置台10に対して、周波数が数百kHz程度、例えば800kHzの高周波電力を出力するようになっている。
また、載置台10上面側の外周部には、静電チャック18を囲むように略環状のフォーカスリング22が設けられている。フォーカスリング22は、絶縁性を有する、例えば石英から成っており、後述するプラズマ中のイオンを効果的に被処理基板Wまたはセンサ基板11に入射させる機能を有している。
下部電極システム19は、以上に説明した整合器66と第1高周波電源64とフォーカスリング22とから構成されている。下部電極システム19のうち、第1高周波電源64が制御装置51に接続され、制御装置51に制御されるようになっている。
載置台10の載置面と対向する上部側の位置には、略円盤状の上部電極24が配置されている。上部電極24は、導電性を有する、例えば単結晶シリコンから成り、複数の貫通孔24aが設けられている。上部電極24の上方には、導電性を有する、例えばアルミニウムから成る、上部電極24と略同径の上部電極支持部材26が設けられている。上部電極24と上部電極支持部材26との外周側には、絶縁リング28が設けられている。
上部電極24は、上部電極支持部材26及び整合器70を介して第2高周波電源68に接続されている。第2高周波電源68は、上部電極24に対して、周波数が第1高周波電源64よりも高い1MHz以上の周波数、例えば27.12MHの高周波電力を出力するようになっている。
また、上部電極24の下面側の外周部から絶縁リング28の外周面略中央部にかけて、絶縁性を有する、例えば石英から成る、略環状のシールドリング32が配置されている。このシールドリング32は、フォーカスリング22と共に、静電チャック18と上部電極24との間のギャップよりも狭いギャップを形成し、プラズマの拡散を抑制する機能を有している。
上部電極システム23は、以上に説明した上部電極24と上部電極支持部材26と整合器70と第2高周波電源68と絶縁リング28とシールドリング32とから構成されている。上部電極システム23のうち、第2高周波電源68が制御装置51に接続され、制御装置51に制御されるようになっている。
処理容器4の下部には、排気管60を介して、例えば真空ポンプなどの真空引き手段58が接続されている。これにより処理室2は、例えばパンチング板から成る排気板62を介して、例えば数mTorr〜数100mTorrまでの任意の真空度にまで真空引きされ、真空状態を維持することが可能となっている。
真空システム57は、以上に説明した真空引き手段58と排気管60と排気板62とから構成されている。真空システム57のうち、真空引き手段58が制御装置51に接続され、制御装置51に制御されるようになっている。
上部電極支持部材26の上部電極24側には、開口部26aが形成されている。この開口部26aは、上部電極24との間で空間部30を形成している。空間部30の上部略中央には、ガス導入口34が接続されている。そしてガス導入口34には、バルブ36を介してガス導入管38が接続されている。
ガス導入管38には、バルブ40、42、44及び対応した流量調節のためのマスフローコントローラ(MFC)46、48、50を介して、それぞれに対応するガス供給源52、54、56が各々接続されている。
ガス供給源52からは、例えばArが供給自在であり、ガス供給源54からは、例えばO2が供給自在であり、ガス供給源56からは、例えばC3F6又はC−C3F6(C−は環状化合物の略)が供給自在な構成となっている。そして、これらガス供給源52、54、56からの各ガスは、ガス導入管38からガス導入口34、空間部30及び貫通孔24aを通じて、処理室2に導入され、被処理基板Wまたはセンサ基板11の被処理面に対して均一に吐出されるように構成されている。
ガス供給システム35は、以上に説明した貫通孔24aと開口部30とガス導入口34とバルブ36とガス導入管38とバルブ40、42、44とマスフローコントローラ(MFC)46、48、50とガス供給源52、54、56とから構成されている。ガス供給システム35のうち、各バルブ36、40、42、44、各MFC46、48、50及び各ガス供給源52、54、56が制御装置51に接続され、制御装置51に制御されるようになっている。
次に、このようなエッチング装置1を用いて、例えばSiO2で形成された被処理基板Wに対してエッチング処理を施す場合の作用について説明する。
まず、センサ基板11が載置台10上に載置される。次に、高圧直流電源20から所定の電圧が静電チャック18内の導電性の薄膜に印加され、センサ基板11は静電チャック18上に吸着、保持される。
載置台10は、温度調節手段10tにより所定の温度に調整される。温度調節手段10tは、制御装置51により、載置台10上に保持されるセンサ基板11の表面温度を処理時において所望の温度(例えば120℃以下)に設定するように制御される。
次いで、処理室2内は、真空引き手段58によって真空引きされる。また、ガス供給源52、54、56よりエッチング処理に必要なガスが所定の流量で供給され、処理室2の圧力が所定の真空度、例えば40mTorrに設定、維持される。
この際、ガス供給源52、54、56から供給される各ガスAr、O2、C3F6は、制御装置51により、それぞれに対応するマスフローコントローラMFC46、48、50及びバルブ40、42、44によって所定の流量に調整される。例えば、各ガスは、C3F6およびO2の流量比が0.1≦O2/C3F6≦1.0となるように流量が調整され、C3F6の分圧が0.5mTorr〜2.0mTorrとなるように各バルブ40、42、44の開度が調整される。各ガスAr、O2、C3F6は、混合して、ガス導入管38、ガス導入口34、空間部30及び貫通孔24aからセンサ基板11上に導入される。
次いで、上部電極24に対して高周波電源68から周波数が27.12MHz、パワーが例えば2kWの高周波電力が供給され、上部電極24と載置台10との間にプラズマが生起される。また同時に、載置台10に対しては、高周波電源64から周波数が800kHz、パワーが例えば1kWの高周波電力が供給される。
そして、発生したプラズマによって処理室2内の処理ガスが解離し、その際に生ずるエッチャントイオンが、載置台10側に供給された相対的に低い周波数の高周波によって、その入射速度がコントロールされつつ、センサ基板11表面のSiO2膜をエッチングしていく。
このエッチング処理中において、センサ基板11の検出素子11dは、適宜に設定されたサンプリング間隔で各種の情報、すなわち、パワー密度(watt/cm2)、Vdc(V)、ΔVdc(V)、赤外線強度、紫外線強度、可視領域光強度、温度(℃)、分子量、イオンカレント(A)、加速度(m/s2)、歪み、変位及び音の各々を検出する。
センサ基板11の前処理素子11qは、検出素子11dが検出した情報を記憶に適した状態に前処理する。例えば、各検出データの所定時間内の時間平均を求めたり(ローパスフィルタリングに相当)、同一の検出情報のために複数の検出素子が設けられている場合には、その中間値や平均値を求めたりする。さらには、より高度な情報処理演算、例えばデータ圧縮処理など、を行う。
そしてセンサ基板の記憶素子11mは、前処理素子11qによって前処理された情報を記憶する。
一連のエッチング処理が終了すると、センサ基板11は載置台10から除去される。そしてセンサ基板11の記憶素子11mから、記憶された情報が読み取られ、当該情報に基づいて一連のエッチング処理状態が解析される。この解析結果に基づいて、被処理基板Wに対するエッチング処理のための制御装置51の制御プロセスが決定される。
十分に適切な制御装置51の制御プロセスが決定されない場合には、再度センサ基板11を載置台10に載置し、制御装置51による各種の制御内容を変更する等してエッチング処理を繰り返す。
十分に適切な制御装置51の制御プロセスが決定されると、被処理基板Wが載置台10上に載置される。次に、高圧直流電源20から所定の電圧が静電チャック18内の導電性の薄膜に印加され、被処理基板Wは静電チャック18上に吸着、保持される。
載置台10は、温度調節手段10tにより所定の温度に調整される。この時、温度調節手段10tは、決定された制御プロセスに従って、制御装置51により、載置台10上に保持される被処理基板Wの表面温度を処理時において所望の温度(例えば120℃以下)に設定するように制御される。
次いで、処理室2内は、真空引き手段58によって真空引きされる。また、ガス供給源52、54、56よりエッチング処理に必要なガスが所定の流量で供給され、処理室2の圧力が所定の真空度、例えば40mTorrに設定、維持される。
この際、ガス供給源52、54、56から供給される各ガスAr、O2、C3F6は、決定された制御プロセスに従って、制御装置51により、それぞれに対応するマスフローコントローラ(MFC)46、48、50及びバルブ40、42、44によって所定の流量に調整される。例えば、各ガスは、C3F6およびO2の流量比が0.1≦O2/C3F6≦1.0となるように流量が調整され、C3F6の分圧が0.5mTorr〜2.0mTorrとなるように各バルブ40、42、44の開度が調整される。各ガスAr、O2、C3F6は、混合して、ガス導入管38、ガス導入口34、空間部30及び貫通孔24aから被処理基板W上に導入される。
次いで、決定された制御プロセスに従って、上部電極24に対して高周波電源68から周波数が27.12MHz、パワーが例えば2kWの高周波電力が供給され、上部電極24と載置台10との間にプラズマが生起される。また同時に、載置台10に対しては、高周波電源64から周波数が800kHz、パワーが例えば1kWの高周波電力が供給される。
そして、発生したプラズマによって処理室2内の処理ガスが解離し、その際に生ずるエッチャントイオンが、載置台10側に供給された相対的に低い周波数の高周波によって、その入射速度がコントロールされつつ、被処理基板W表面のSiO2膜をエッチングしていく。被処理基板W表面に対するエッチング処理は、センサ基板11によって得られた情報に基づいて、極めて高精度に実施される。
以上のように、本実施の形態によれば、センサ基板11が被処理基板Wと略同形同大に形成されているため、センサ基板11による情報検出時のガス流等のエッチング処理環境の同一性が担保される。従って、センサ基板11が検出する真空処理状態の情報は、被処理基板Wの真空処理にとって極めて有用な情報となる。
また、本実施の形態によれば、センサ基板11の前処理素子11qにより、各検出データの所定時間内の時間平均を求めたり、複数の検出情報の中間値や平均値を求めたり、さらには、より高度な情報処理演算、例えばデータ圧縮処理など、を行うため、検出情報の伝達処理の便宜に優れる。
また、本実施の形態によれば、センサ基板11の記憶素子11mにより、前処理素子11qによって前処理された情報が記憶されるため、後で情報の解析処理を行うことが容易である。
また、本実施の形態の検出素子11dは、パワー密度(watt/cm2)、Vdc(V)、ΔVdc(V)、赤外線強度、紫外線強度、可視領域光強度、温度(℃)、分子量、イオンカレント(A)、加速度(m/s2)、歪み、変位及び音の各々を検出するようになっているが、これらの検出対象の一部のみを検出する態様であってもよい。
例えば、検出素子11dにより検出される温度情報に基づいて、チラー等の温度制御手段の運転パターンを変更することができる。更には、チラー側にデータ書き込み可能なメモリやCPUを持たせて、当該メモリに記憶させた運転パターンを実行することもできる。
あるいは、検出素子11dにより検出される加速度情報に基づいて、当該加速度データを微分して極値を求め、その極値において正/負の符号が切り替わったことを1回としてカウントすれば、センサ基板が何回振動したかを検出できる。この情報は、例えば搬送アーム等による搬送時に発生するパーティクルを減らすために役立つ。すなわち、搬送時の振動発生が抑制されるように搬送アーム等を諸調整すれば、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、検出素子11dとして音響センサを用いて搬送アーム等のきしみ音をキャッチすれば、異常の早期発見が容易になる。更に、所定のパターンの音響信号を受信したときに搬送系が自動停止するように設定しておけば、搬送系の異常による基板の破損事故を防止できる。
フォーカスリングの経時変化によりVdcが変化している場合には、検出素子11dがVdc(V)やΔVdc(V)を検出することが有効である。この場合。寿命がくる前にプロセスパラメータを変化させて、暫定的に良好な真空処理を実施することが可能となる。
また、検出素子11dとして光学センサを用いると、例えば、プラズマの異常放電によるプラズマ光の点滅を捕らえてアラームを出すことができる。更に、複数の光学センサを、好ましくはマトリクス状に設けておけば、受光強度の分布に基いて異常放電場所をおおむね特定することもできる。これは、実際の放電痕を目視ですばやく確認するための有用な位置情報になる。また、放電位置を特定することによって、その対策も立てやすくなる。
プロセスチャンバのドライクリーニングを行う際には、検出素子11dは、ドライクリーニングが正常に完了したかを判断することができるセンサ、例えばガスセンサや光学センサであることが好ましい。
なお、被処理基板Wは、半導体ウエハまたはLCD用ガラス基板に限定されない。さらには、真空処理装置の態様は、ドライエッチング処理装置に限らず、各種のエッチング処理装置の他、エッチング処理装置以外の真空処理装置であってもよい。
次に、本発明の第2の実施の形態の真空処理装置について図4を用いて説明する。図4は、第2の実施の形態の真空処理装置のセンサ基板を示す構成概略図である。
図4に示すように、本実施の形態の真空処理装置1においては、記憶素子11mの代わりに、検出素子11dが検出した情報を無線でリアルタイムで制御装置51に送信する送信素子11sを有しており、制御装置51は送信素子11sが送信した情報を解析するようになっている他は、図1及び図2に示す第1の実施の形態と同様の構成である。第2の実施の形態において、図1及び図2に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施の形態によれば、真空処理状態の情報をリアルタイムで得ることができるため、処理中に制御装置51の制御内容を変更することができる。これにより、制御装置51の適切な制御プロセスを効率良く決定することができる。
さらに本実施の形態によれば、センサ基板11に対する真空処理中に装置の保護上危険な状態が発生した場合、その状態をアラーム等で表示して、当該状態を回避すべく制御装置51を調整したり、処理を中止したりすることが可能である。
なお、本実施の形態では、記憶素子11mの代わりに送信素子11sを設けているが、センサ基板11は、記憶素子11mと送信素子11sとの両方を有していても良い。
次に、本発明の第3の実施の形態の真空処理装置について図5を用いて説明する。図5は、第3の実施の形態の真空処理装置のセンサ基板を示す構成概略図である。
図5に示すように、本実施の形態の真空処理装置1においては、センサ基板11が複数の微小穴11hを有し、検出素子11dが各微小穴11h内に設けられている他は、図1及び図2に示す第1の実施の形態と同様の構成である。第3の実施の形態において、図1及び図2に示す第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施の形態によれば、検出素子11dは、真空処理の一形態である微小孔形成処理の処理過程における状態を検出することができる。
微小孔11hは、例えばφ0.18μm、深さ2μmである。また、複数のアスペクト比(深さ/直径)で設定しておくと、複数の処理過程に対応した真空状態情報を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、センサ基板が被処理基板と略同形同大に形成されているため、センサ基板の検出素子が検出する真空処理状態の情報は、被処理基板の真空処理にとって極めて有用な情報となる。
また、本発明によれば、センサ基板の情報処理素子により検出素子が検出した情報が処理されるため、検出情報の伝達処理の便宜に優れる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明による真空処理装置の第1の実施の形態を示す構成概略図である。
図2は、図1の真空処理装置のセンサ基板を示す構成概略図である。
図3は、図1の真空処理装置の情報の流れを示す図である。
図4は、本発明による真空処理装置の第2の実施の形態のセンサ基板を示す構成概略図である。
図5は、本発明による真空処理装置の第3の実施の形態のセンサ基板を示す構成概略図である。
図6は、従来のエッチング装置を示す構成概略図である。
図7は、従来の温度測定用ウエハの平面図である。
図8は、従来の温度測定用ウエハの拡大部分側面図である。
Claims (6)
- 被処理基板に対して所定の処理を施す処理機構と、
前記被処理基板を前記処理機構に搬入または搬出する搬送機構と、
前記搬送機構を制御する制御機構と、
を備えた処理装置
を用いる基板処理方法であって、
前記被処理基板と略同形同大に形成され加速度または音を検出する検出素子を有するセンサ基板を、前記搬送機構により搬送すると共に、前記検出素子により加速度または音を検出する工程と、
検出された情報に基づいて、前記制御機構により前記搬送機構を制御して前記被処理基板を搬送する工程と、
を備えたことを特徴とする基板処理方法。 - 前記被処理基板は、半導体ウエハまたはLCD用ガラス基板である
ことを特徴とする請求項1に記載の基板処理方法。 - 前記センサ基板は、前記検出素子が検出した情報を記憶する記憶素子を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の基板処理方法。 - 前記センサ基板は、前記検出素子が検出した情報を無線でリアルタイムで前記制御機構に送信する送信素子を有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の基板処理方法。 - 被処理基板に対して所定の処理を施す処理機構と、
前記被処理基板を前記処理機構に搬入または搬出する搬送機構と、
前記搬送機構を制御する制御機構と、
を備え、
前記制御機構は、前記被処理基板と略同形同大であって前記搬送機構により搬送可能であり加速度または音の検出素子を有するセンサ基板からの情報を受け、当該情報に基づいて、前記搬送機構を制御し前記被処理基板を搬送させるようになっている
ことを特徴とする基板処理装置。 - 前記被処理基板は、半導体ウエハまたはLCD用ガラス基板である
ことを特徴とする請求項5に記載の基板処理装置。
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