JP5003102B2 - 静電チャックの診断方法、真空処理装置及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、基板に対して真空処理を行うときに用いられる静電チャックの温調性能の経時変化を診断する技術に関する。

エッチングやＣＶＤなどの真空処理を行う真空処理装置において、基板を載置台に保持するための手段としては、バキュームチャックを用いることができず、またメカチャックによる基板へのダメージ（傷、撓みなど）が入るのを抑えるために、一般的に静電チャックが使用されている。

このような静電チャック１００は、例えば図１１に示すように、真空容器である処理容器１０３内の載置台１０２の表面部に設けられており、誘電体１２２とこの内部に設けられた電極１２１とからなるシートとして構成されている。この電極１２１には、図示しない電源が接続されており、この電極１２１に電圧を印加することにより、静電力によって、静電チャック１００に載置された基板１１０を吸着するように構成されている。

この静電チャック１００の上方には、ガスシャワーヘッド１０４が設けられており、ガス供給管１０５から処理ガスが供給されると、図示しない電源から供給される高周波によって、このガスシャワーヘッド１０４と載置台１０２との間において処理ガスがプラズマ化され、基板１１０のエッチングが行われる。

例えばエッチング工程においては、プラズマからの入熱により基板１１０の温度が上昇するので、載置台１０２に設けられた冷媒流路１０６に冷媒源１０７の例えば冷却水を循環させ、プラズマからの入熱と載置台１０２への放熱（載置台１０２による冷却）とのバランスによって、基板１１０を例えば数十度のプロセス温度に維持するようにしている。また、静電チャック１００の表面は、微視的には凹凸があるので、基板１１０と静電チャック１００との間隙に温調ガスである冷却ガス（いわゆるバックサイドガス）を通流させて、基板１１０の熱をこの冷却ガスを介して静電チャック１００側に放熱するようにしている。

ところで、静電チャック１００を使用し続けると、即ち基板１１０の処理枚数が多くなると、図１２（ａ）に示すように、誘電体１２２の表面は、基板１１０との接触により摩耗して平滑になるため、基板１１０との接触面積がＳ１からＳ２に増加する。このためこの接触部分を通じて基板１１０から静電チャック１００へ伝熱される熱量が大きくなるので、図１２（ｂ）に示すように、基板１１０の温度が徐々に低下していく。この温度変化は、特に冷却ガスの圧力が低いプロセスにおいて顕著である。基板１１０の温度は、基板１１０の処理状態に対して多少のマージンがあるため、静電チャック１００の使用開始時に基板１１０の温度が設定温度になるように載置台１０２側の冷媒の流量などを調整して合わせ込みを行い、その後は通常そのまま使い続けるようにしている。

しかしながら基板１１０の温度が大きく低下した場合には、例えば１０℃〜１５℃低下すると、ロット単位で不良が発生することになるため、静電チャック１００の寿命を予測する必要がある。なお冷却ガスは基板１１０と静電チャック１００との間の熱媒体の一部であるからその圧力を低くすることで温度低下を抑えられるが、静電チャック１００の表面の磨耗が進んでいる状態では基板１１０との接触部分における熱伝達の割合が多いことから、冷却ガスの圧力変化に対して基板１１０の温度変化が鈍い。このため実際に冷却ガスの校正作業を行うメリットが薄く、そうした校正作業は行われていないのが実情である。

静電チャック１００として、基板１１０と静電チャック１００の表面との間に発生する静電力によって基板１１０を吸着するジャンセン・ラーベック型（以下「ＪＲ型」という）と、基板１１０と電極１２１との間に発生する静電力によって基板１１０を吸着するクーロン型と、の２つのタイプが知られている。ＪＲ型の静電チャック１００では、電極１２１に流れる電流値が大きく、吸着力が不安定である一方、クーロン型では、電流値が小さく安定しているため、クーロン型の静電チャック１００が用いられている。ＪＲ型の静電チャック１００では、前記接触面積の増大による電流値の経時変化が大きいので、この電流値を寿命の指標として用いることができる。これに対し、クーロン型の静電チャック１００では、経時変化が小さいため、この電流値を寿命の指標として用いることができない。

また、実際のプラズマ処理装置では多数の処理レシピが用意されていて、基板１１０の設定温度が種々用意されており、その温度に対するマージンも一律ではないことから、基板１１０の温度を寿命の指標として判断する手法は採用できない。

特許文献１には、使用前に静電チャックの特性を予測する技術が記載されているが、用いられている指標は電流や電圧などであり、更に静電チャックの使用中に寿命を予測できないことから、上記の課題を解決することができない。

特開２００３−１３３４０４（（００２７）、図８）

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、静電チャックの温調性能の経時変化を診断することのできる診断方法、真空処理装置及び前記方法を実施できるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。

本発明の静電チャックの診断方法は、
真空容器内の載置台に設けられ、基板を静電力で吸着保持するための静電チャックについて温調性能の経時劣化を診断する方法であって、
基板を静電チャックにより吸着保持すると共に基板の裏面と静電チャックの表面との間に、基板の温度を調整するための温調ガスを供給した状態で基板に対して真空処理を行う工程を繰り返し実施する工程（ａ）と、
この工程（ａ）を挟んで、静電チャックに吸着保持された基板を診断用の処理レシピを用いて生成した雰囲気に曝すと共にこの基板の温度を検出して温度検出値が規定温度になるように前記温調ガスの圧力を調整し、そのときの温調ガスの圧力値を記憶部に記憶する工程（ｂ）と、
前記記憶部に記憶された温調ガスの圧力値に基づいて、前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する工程（ｃ）と、を含むことを特徴とする。

前記工程（ｂ）は、前記工程（ａ）を挟んで繰り返し行われることが好ましい。
前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する工程（ｃ）は、繰り返し行われた工程（ｂ）により取得した温調ガスの圧力値の時系列データに基づいて行われることが好ましい。
前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する工程（ｃ）は、温調ガスの圧力値が設定値よりも低いか否かを判断する工程を含んでいても良い。
前記診断用の処理レシピが適用される基板は、メンテナンス用の基板であることが好ましい。
前記基板の温度の検出は、載置台に設けられた温度検出部により行われる。
あるいは、前記メンテナンス用の基板は温度検出部を搭載し、前記基板の温度はこの温度検出部により検出される。

前記温度検出部の温度検出値は、真空容器から基板を搬出した後で取り出され、基板の温度検出値が規定温度から外れているときには、温調ガスの圧力を変更して再度診断用の処理レシピを用いて生成した雰囲気に前記基板を曝し、温度検出値を取得することによって、前記静電チャックの診断が行われる。

前記真空処理はプラズマを用いる処理であっても良い。
前記静電チャックの表面は、誘電体の粉末が溶射されて形成された後、研磨されていても良い。
前記静電チャックの表面は、前記基板と概略等しい外形を持つリング状凸部と、この凸部の内周側に形成され、前記凸部と同じ高さに形成された多数の柱状体と、からなり、前記温度調整用のガスは、前記凸部の内周側の柱状体間を通流するように構成されていても良い。

本発明の真空処理装置は、
真空容器内の載置台に設けられた静電チャックに吸着保持された基板の裏面と静電チャックの表面との間に基板の温度を調整するための温調ガスを供給した状態で基板に対して真空処理を行う真空処理装置において、
基板の温度を検出する温度検出部と、
前記温調ガスの圧力を検出する圧力検出部と、
前記温調ガスの圧力を調整する圧力調整部と、
この圧力検出部の圧力検出値を記憶するための記憶部と、
複数枚の基板に対して順次実施される真空処理を挟んで、前記静電チャックに吸着保持された基板を診断用の処理レシピを用いて生成した雰囲気に曝すと共に、前記温度検出部の温度検出値が規定温度になるように前記圧力調整部を介して温調ガスの圧力を調整し、そのときの前記圧力検出部の圧力検出値を記憶部に記憶する実行手段と、
前記記憶部に記憶された温調ガスの圧力検出値に基づいて、前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする。
前記診断用の処理レシピが適用される基板は、メンテナンス用の基板であることが好ましい。
前記診断手段は、前記真空処理を挟んで取得した温調ガスの圧力値の時系列データに基づいて、前記静電チャックの温調性能の劣化を診断することが好ましい。
前記診断手段は、温調ガスの圧力値が設定値よりも低いか否かを判断する手段を含むことが好ましい。

本発明の記憶媒体は、
真空容器内の載置台に設けられた静電チャックに基板を吸着保持させ、この基板に対して真空処理を行う真空処理装置に用いられるプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記プログラムは、上述の静電チャックの診断方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明は、基板と静電チャックとの間に温調ガスを供給して基板を設定温度に維持して当該基板に対して真空処理を行うにあたり、基板を設定温度に維持するのに必要な温調ガスの圧力値を監視し、その圧力値に基づいて、例えばその圧力値を設定値と比較することにより、静電チャックの温調性能を診断しているので、静電チャックの使用寿命が到来する前に対応をとることができ、基板の温度変化による基板処理への悪影響を抑えることができる。

［第１の実施の形態］
本発明の静電チャックの診断方法を実施するための第１の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。図１に示した真空処理装置２は、例えばウェハＷに対してプラズマ処理を行う装置であり、例えば内部が密閉空間となっている真空容器からなる処理容器２１と、この処理容器２１内の底面中央に配設された載置台３０と、載置台３０の上方に当該載置台３０と対向するように設けられた上部電極４０とを備えている。

前記処理容器２１は電気的に接地されており、また処理容器２１の底面の排気口２２には排気管２４を介して排気装置２３が接続されている。この排気装置２３には図示しない圧力調整部が接続されており、この圧力調整部は後述の制御部２Ａからの信号によって処理容器２１内を真空排気して所望の真空度に維持するように構成されている。処理容器２１の側面にはウェハＷの搬送口２５が設けられており、この搬送口２５はゲートバルブ２６によって開閉可能となっている。

載置台３０は、下部電極３１とこの下部電極３１を下方から支持する支持体３２とからなっている。支持体３２内には温調流体である冷媒を溜める冷媒溜３７が温調手段として形成されており、外部からの供給管３７ａ及び排出管３７ｂを介して冷媒がこの冷媒溜３７を流れることで、載置台３０の本体部分が予め設定した基準温度例えば２０℃に冷却される。載置台３０の上部には静電チャック３４が設けられ、この静電チャック３４を介して載置台３０上にウェハＷが載置される。静電チャック３４は絶縁材料（誘電体）３４ａとこの絶縁材料３４ａに埋設された電極箔３４ｂとからなり、この電極箔３４ｂはスイッチ３５ａを介して高圧直流電源３５に接続されている。スイッチ３５ａを接地側から高圧直流電源３５側に切り替えて、この高圧直流電源３５から電極箔３４ｂに電圧を印加することによって、電極箔３４ｂとこの静電チャック３４上に載置されるウェハＷの下面との間に静電気が発生して、載置台３０に載置されたウェハＷが静電チャック３４に静電吸着されるように構成されている。

図２にも示すように、下部電極３１の内部には、偏平な通気室３９が形成されており、この通気室３９には温調用ガスであるＨｅ（ヘリウム）ガス等の熱伝導性ガスを供給するガス供給管３８が処理容器２１の底面を貫通して接続されている。この温調ガスをバックサイドガスと称して説明を進めると、前記通気室３９の上面には、静電チャック３４の上面に開口する貫通孔３６が多数形成されており、前記ガス供給管３８から通気室３９に送られたバックサイドガスが貫通孔３６を介してウェハＷと静電チャック３４との間隙に供給され、プラズマからウェハＷに入熱された熱を当該バックサイドガスを介して冷却されている載置台３０側に伝達するようにしている。尚、図１において、この通気室３９及び貫通孔３６などは、図示の簡略化のため、一部省略して記載している。

前記ガス供給管３８の基端側は、圧力調整手段である圧力調整バルブからなる圧力調整部５０とバルブＶとを介して温度調整用ガス源５１に接続されている。またガス供給管３８には、圧力調整部５０によって調整されたガスの圧力を検出するための圧力検出部５６が設けられている。

また、載置台３０及び処理容器２１の底面を貫通するように、赤外線通過路５２が形成されると共に、この赤外線通過路５２に対応する位置には静電チャック３４にも赤外線通過路５２の一部をなす透孔３４ｃが形成され、載置台３０における赤外線通過路５２の上端（ウェハＷ側）は、処理容器２１内とこの赤外線通過路５２の外端側との間を気密に塞ぐように、透過窓５４が設けられている。処理容器２１の外側には、この赤外線通過路５２からの赤外線を受光する温度検出部である放射温度計５７の検出端５３が設けられている。ウェハＷの裏面から放射される赤外線が赤外線通過路５２を通過し、この赤外線が前記検出端５３に受光されて放射温度計５７によりウェハＷの温度が検出され、後述の制御部２Ａにその温度検出値が送られる。尚、この例では、この赤外線通過路５２は単なる空洞となっているが、例えば光ファイバーなどを設けて、その内部を赤外線が通過するように構成しても良い。

下部電極３１は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０ａを介して接地されると共に、第２の高周波電源としてバイアス用の高周波電源３１ａが整合器３１ｂを介して接続されている。また下部電極３１の外周縁には静電チャック３４を囲むようにフォーカスリング１８が配置され、プラズマ発生時にこのフォーカスリング１８を介してプラズマが載置台３０上のウェハＷに集束するように構成されている。

上部電極４０は中空状に形成され、その下面には処理容器２１内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔４１が例えば均等に分散して形成されてガスシャワーヘッドを構成している。また上部電極４０の上面中央にはガス導入管４２が設けられ、このガス導入管４２は絶縁部材２７を介して処理容器２１の上面中央を貫通している。このガス導入管４２は、図示しないバルブや流量制御部を介してウェハＷの処理を行うための処理ガス源４６に接続されている。

上部電極４０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４７を介して接地されると共に、第１の高周波電源として、第２の高周波電源３１ａよりも周波数の高い高周波を供給できる高周波電源４０ａが整合器４０ｂを介して接続されている。上部電極４０に接続された高周波電源４０ａからの高周波は、処理ガスをプラズマ化するためのものであり、下部電極３１に接続された高周波電源３１ａからの高周波は、ウェハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウェハＷ表面に引き込むものである。高周波電源４０ａ及び３１ａは制御部２Ａに接続されており、制御信号に従って上部電極４０及び下部電極３１に供給される電力が制御される。

また、この真空処理装置２には、図３にも示すように、例えばコンピュータからなる診断手段をなす制御部２Ａが設けられており、この制御部２Ａはプログラム３、記憶部４及びＣＰＵ５を備えている。
前記プログラム３には、ウェハＷのプラズマ処理を行うための通常運転用プログラム３ａと、静電チャック３４の温調機能の経時変化を診断するための、言い換えると静電チャック３４の寿命を予測するための診断プログラム３ｂと、が格納されている。

通常運転用プログラム３ａには、ウェハＷに対して様々な種類の処理を行うためのレシピが収められており、そのレシピに基づいて、既述の処理ガスの種類や流量、及び高周波電源４０ａ、３１ａの電圧や周波数などを制御して、ウェハＷに対してプラズマ処理を行うように構成されている。尚、後述するように、プラズマ処理中のウェハＷの温度を放射温度計５７によって測定して、この温度が上述のレシピで指示された処理温度となるように、既述の圧力調整部５０を介してバックサイドガスの圧力がコントロールされるようにしても良い。

診断プログラム３ｂは、後述の診断用レシピや静電チャック３４の寿命を予測するための実行手段をなすプログラムであり、上述の通常運転用プログラム３ａが所定の回数繰り返された後に行われる定期的なメンテナンス時のプログラムである。尚、ここで言う「診断（寿命の予測）」とは、近い時期にバックサイドガスの圧力調整ではもはやウェハＷの温度を設定温度に維持できなくなるであろうことを予測すること、即ち静電チャック３４の寿命が間近に迫っているか否かを判断することを意味している。

即ち、この診断プログラム３ｂについて更に詳述すると、ウェハＷが静電吸着される静電チャック３４の表面は、既述の図１２（ａ）に示したように、使用時間（ウェハＷの処理枚数）の増加と共に、その表面がウェハＷとの摩擦によって平滑になっていくので、ウェハＷとの接触面積が徐々に増加する。既述のように、ウェハＷは、静電チャック３４との物理的な接触と、静電チャック３４との間隙を通流するバックサイドガスと、により熱交換しており、ウェハＷの処理枚数の増加と共にこの物理的な接触による熱伝導が大きくなっていく。そこで、図４（ａ）に示すように、ウェハＷの温度が一定となるように（バックサイドガスの圧力（流量）が徐々に減少するように）、圧力調整部５０が制御されているが、このバックサイドガスの圧力は、ある低圧領域になると安定的に制御することが難しい。そのため、バックサイドガスの圧力を安定的に制御できる限界（下限）圧力例えば５Ｔｏｒｒ（６６６．６Ｐａ）となる時期を静電チャック３４の寿命と判断する。

この寿命時期を超えて静電チャック３４を使用し続けると、ウェハＷと静電チャック３４との接触による熱伝導が更に大きくなり、処理中のウェハＷの温度をレシピの指示通りに調整することができなくなるため、ウェハＷの温度が徐々に低下していき、プロセスに影響することとなる。この温度の低下は、既述の図１２（ｂ）に示したように、バックサイドガスの圧力が低いプロセス（つまり、ウェハＷとバックサイドガスとの熱交換よりも静電チャック３４との物理的な接触による熱交換の割合が大きいプロセス）では顕著である。一方、バックサイドガスの圧力を高くするにつれて、温度の低下はなだらかになるが、バックサイドガスとウェハＷとの熱交換（ガス中の分子の拡散速度）には限界があるため、この温度の低下を無くすことはできず、どのようなプロセスにおいてもこのような問題が生じている。

ところで、通常運転用プログラム３ａによって行われる種々のレシピにおいて、処理温度はそれぞれのレシピにおいて異なっており、ウェハＷのロットによって様々である。そのため通常運転用プログラム３ａを行っているときには、バックサイドガスの圧力をモニターしても、誤差の大きなデータとなってしまうが、このような診断プログラム３ｂを行うことで、同図の静電チャック３４の寿命を示す精度の高いデータが得られる。

この診断プログラム３ｂは、具体的には、例えばメンテナンス用のウェハＷに対して、ある特定の診断用レシピに基づいてプラズマ処理を行い、ウェハＷの温度を測定すると共に、その時のプラズマ処理中のウェハＷが診断用レシピで設定された規定温度となるように、バックサイドガスの圧力調整部５０の開度（バックサイドガスの圧力）を調整するように構成されている。つまり、ウェハＷに対して処理条件を固定してバックサイドガスの圧力を測定することで、プラズマ処理中のウェハＷと静電チャック３４との物理的な接触による熱伝導の程度、即ち静電チャック３４の表面状態を知ることができる。
この調整後のバックサイドガスの圧力値は、記憶部４に記憶される。

そして、例えば定期的に診断プログラム３ｂによる診断を行うことにより、記憶部４に記憶されるバックサイドガスの圧力値のデータが増えていくので、図４（ａ）に示したようなバックサイドガスの圧力の推移（経時変化）が得られる。このバックサイドガスの圧力の推移は、２次関数などで簡単に近似できるため、寿命時期に至る前に、前もって静電チャック３４の寿命を予測できることが分かる。

この診断プログラム３ｂは、このバックサイドガスの圧力の推移に基づいて、寿命となる（ライフエンドとなる）時期が間近に迫る（設定値になる）と、例えばアラーム発生部６によってアラームを発したり、静電チャック３４の交換を促すメッセージが表示部７に出力されたりする。あるいは、表示部７に静電チャック３４の寿命時期が常時表示されるようにしても良い。
また、この診断プログラム３ｂは、通常運転用プログラム３ａが所定の回数実行される毎に自動的に実行されるように構成しても良いし、または作業者が任意の時期に実行するようにしても良い。

これらのプログラム３ａ、３ｂ（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部２Ｂに格納されて制御部２Ａにインストールされる。

次に、上述の真空処理装置２を用いた本発明の静電チャック３４の診断方法の作用について説明する。
まず、この真空処理装置２において、ウェハＷに対して、上述の通常運転用プログラム３ａによるプラズマ処理が行われる。具体的なステップについては、後述する診断プログラム３ｂと後述のステップＳ５４の温度測定の工程以外は同様であるので、省略する。この通常運転用プログラム３ａでは、様々なレシピに基づいて、連続的に複数のウェハＷに対して真空処理であるプラズマ処理例えばエッチング処理が行われる。次いで、診断プログラム３ｂによる処理が後述するステップに基づいて行われる。尚、既述のように、この通常運転用プログラム３ａにおいても、ステップＳ５４の工程を行って、ウェハＷの温度校正を行っても良い。

（ステップＳ５１：ウェハＷの搬入）
まず、ゲートバルブ２６を開いて処理容器２１内へ図示しない搬送機構によりウェハＷを搬入する。このウェハＷを載置台３０上に水平に載置した後、スイッチ３５ａを高圧直流電源３５側に切り替えて、ウェハＷを載置台３０に静電吸着する。その後搬送機構を処理容器２１から退去させてゲートバルブ２６を閉じる。

（ステップＳ５２：ウェハＷの温度調整）
引き続きガス供給管３８から貫通孔３６を介してバックサイドガスを供給する。

（ステップＳ５３：プラズマ処理）
排気装置２３により排気管２４を介して処理容器２１内の排気を行い、処理容器２１内を所定の真空度に保持した後、処理容器２１内に処理ガス源４６から処理ガスを供給する。続いて上部電極４０に第１の高周波を供給して処理ガスをプラズマ化すると共に、下部電極３１に第２の高周波を供給して、プラズマをウェハＷに引き込むことで、ウェハＷに対してプラズマ処理を行う。このプラズマ処理は、メンテナンスのために行われるので、処理ガスとしては、例えばＡｒ（アルゴン）ガス、Ｃ5Ｆ8ガスまたはＡｒガスとＯ2ガスとを組み合わせたガスが用いられる。

（ステップＳ５４：ウェハＷの温度測定）
このプラズマ処理において、ウェハＷは、プラズマからの入熱により、温度が上昇する。一方、ウェハＷは、静電チャック３４（静電チャック３４との接触による熱伝導及びバックサイドガスによる熱伝導）などによって冷却されているため、入熱と放熱とのバランスにより、平衡温度になるように温度が変化する。この時、既述の赤外線通過路５２を下方に輻射してきた赤外線から放射温度計５７によってウェハＷの温度が検出され、このウェハＷの温度の検出値が規定温度となるように、圧力調整部５０の調整によりバックサイドガスの圧力が調整される。尚、この工程は、例えばＰＩＤ制御などによってウェハＷの温度が規定温度となるようにバックサイドガスの圧力が調整されるが、作業者がウェハＷの温度をモニターして、バックサイドガスの圧力（圧力調整部５０）を調整するようにしても良い。

（ステップＳ５５：バックサイドガスの圧力を記録）
前述のステップＳ５４において調整した後のバックサイドガスの圧力を記憶部４に記録する。

（ステップＳ５６：プラズマ処理終了）
次いで、高周波電源４０ａ、３１ａからの給電を止めて処理容器２１内におけるプラズマの発生を停止した後、処理ガス源４６からの処理ガスの供給を止める。そして排気装置２３により処理容器２１内を排気して残存しているガスを除去して、ウェハＷを処理容器２１から搬出する。

（ステップＳ５７：静電チャック３４の寿命時期の予測）
既述の通り、この診断プログラム３ｂを所定の回数繰り返すことにより、ステップＳ５５において記録されたバックサイドガスの圧力のデータが蓄積されていき、バックサイドガスの圧力の推移が分かる。このバックサイドガスの圧力の推移から、静電チャック３４の寿命を予測する。つまり、蓄積した圧力データに基づいて、バックサイドガスの圧力の近似式を求めて、将来におけるバックサイドガスの圧力の推移を予測する。そして、静電チャック３４の寿命時期となるまでの時間が所定の設定値よりも小さくなった場合（静電チャック３４の寿命時期が間近に迫ってきた場合）には、既述の通り、アラームや静電チャック３４の交換を促すメッセージが表示される。
この予測された静電チャック３４の寿命の時期は、ステップＳ５５において記録されたデータが少ない時には誤差が大きいが、このデータが増えて行くに従い、精度が増していく。

以上の実施の形態によれば、診断プログラム３ｂにおいて、ウェハＷの温度を規定温度に調整するために静電チャック３４とウェハＷとの間隙に供給しているバックサイドガスの圧力の経時変化を記録しているので、この経時変化に基づいて静電チャック３４の寿命を予測でき、処理中の温度異常によるウェハＷの歩留まり低下を簡単な方法で抑えることができる。また、この静電チャック３４の寿命を常時監視できるため、静電チャック３４の長期的な購買計画を立てることができる。

この例では、上述したように、静電チャック３４の寿命は、蓄積されたバックサイドガスの圧力の推移から近似式を求めて、この近似式から予測するようにしたが、例えば既に得られた圧力データがある場合（何回か既に静電チャック３４を交換している場合）、その時のバックサイドガスの圧力の推移曲線にあてはめて求める方法や、バックサイドガスの圧力の調整下限値よりもある程度大きな値を設定値としておき、バックサイドガスの圧力がその設定値以下になった時などに警報を発するようにする方法または複数の通常運転用プログラム３ａを挟んで行われる２つの診断プログラム３ｂにおいて得られるバックサイドガスの圧力値の差（バックサイドガスの圧力の変化量）がある設定値よりも小さくなったときに警告を発する方法などを用いても良い。

この診断プログラム３ｂは、既述のように、通常運転用プログラム３ａが製品ウェハＷに対して所定の回数繰り返される毎に行われるが、静電チャック３４を初めて使用する時（交換した時）に行って、この静電チャック３４の初期状態を確認してから通常運転用プログラム３ａを実行するようにしても良い。つまり、静電チャック３４は、個体によって微細な差異があるので、静電チャック３４の交換時にその微細な差異を診断プログラム３ｂによって確認する（静電チャック３４の個体間のばらつきを調べる）ことができる。また、この初期状態の確認により、バックサイドガスの圧力の推移のデータの個数が多くなるので寿命の予測がより確かなものになると共に、静電チャック３４の初期不良による歩留まり低下を抑えることができる。

この例では、プラズマ処理中のウェハＷの温度を測定するために、放射温度計５７を用いてウェハＷから照射される赤外線を利用したが、例えば蛍光温度計を用いて温度に応じた蛍光体の輝度減衰を利用しても良い。つまり、蛍光体の発光時間は、温度に大きく影響される（温度が高いほど原子の振動が大きくなるため、励起エネルギーの放出が速やかに行われて発光時間の減衰が速い）ため、例えば上述の例における赤外線通過路５２に図示しない光ファイバーを設置して、更にこの光ファイバーの先端（ウェハＷの近傍）に薄膜の蛍光体を塗布あるいは接着し、この蛍光体に励起光を照射して、発光強度をモニターし、発光時間の減衰時間からウェハＷの温度を測定するように構成しても良い。
また、上述した温度測定方法の他にも、例えば熱電対や、サーミスタなどを用いてウェハＷの温度を測定するようにしても良い。

上述の例では、診断プログラム３ｂを定期的に行って、その時のバックサイドガスの圧力値の推移をモニターすることで静電チャック３４の寿命時期を予測したが、通常運転用プログラム３ａにおいて、ある所定のレシピが行われる回数（頻度）が多い場合には、その時の圧力値の推移をモニターして、寿命を予測するようにしても良い。その場合、診断プログラム３ｂを実行しなくとも、静電チャック３４の寿命が予測される。

ここで、プラズマ処理について説明すると、プラズマは、平面部よりも角部に集中する特性を持っているため、ウェハＷの中心部よりもウェハＷの端部にプラズマが集中し、結果としてウェハＷの端部の温度がウェハＷの中心部よりも高くなる傾向になる。そのため、既述のバックサイドガスは、ウェハＷの中心部と端部とに分けて供給し、ウェハＷの端部に供給するバックサイドガスの圧力を高くすることによって、ウェハＷの面内における温度を均一に保つことができる。このような構成とした例を図６に簡単に示す。

図６には、ウェハＷの中心部と端部とに対して、バックサイドガスを圧力調整部５０によって、それぞれ圧力検出部５６ａと圧力検出部５６ｂとの圧力検出値に基づいて、貫通孔３６ａと３６ｂとに分けて供給するように構成した例を示している。また、ウェハＷの中心部と端部とにおける温度は、赤外線通過路５２ａと５２ｂとから、検出端５３ａと５３ｂとによって検出するように構成されている。ウェハＷの中心部と端部とにおける両者の温度とバックサイドガスの圧力とは、別々に制御部２Ａや記憶部４に伝達されて、ウェハＷの中心部と端部とにおけるバックサイドガスの圧力がそれぞれ調整され、上述の各ステップＳ５１〜Ｓ５７が行われる。この場合、通気室３９は、リング状の隔壁３３によって中心部と端部とに分けてバックサイドガスを供給するように構成されている。尚、既述の図３と同様に、図６において貫通孔３６ａ、３６ｂの数量については省略して示している。

既述の通り、バックサイドガスの圧力が低い場合には、処理時間の経過と共にウェハＷの温度が大きく低下するため、ウェハＷの処理枚数の増加と共に、ウェハＷの面内の温度のばらつきが大きくなるが、上述したように、ウェハＷの中心部と端部とで別々にバックサイドガスの圧力を制御しているので、ウェハＷの面内における温度のばらつきを抑えると共に、圧力データの数が増えるので、静電チャック３４の寿命をより確実に予測することができる。

尚、この例ではウェハＷの中心部と端部とに分けてバックサイドガスの圧力の制御を行ったが、ウェハＷの径方向に複数箇所例えば３カ所に分割してバックサイドガスの圧力を制御するように構成しても良い。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図７〜図９を参照して説明する。図７は、サーミスタなどの温度検出素子である温度検出部をなす温度測定用ウェハＷを示している。この温度測定用ウェハＷは、その表面に複数の温度センサ６０と、この温度センサ６０によって測定された温度データを保存するメモリ６１と、が設けられている。この温度測定用ウェハＷに対してプラズマ処理を行うことで、プラズマ処理中の温度が測定されて、その後このメモリ６１から温度データを読み出してプラズマ処理中の温度を取得できる。

この実施の形態における真空処理装置２は、既述の第１の実施の形態において示した図１とほぼ同じ構成であるが、プラズマ処理中のウェハＷの温度を前述の温度測定用ウェハＷによって測定するようにしているため、図８に示すように、赤外線通過路５２と検出端５３とが設けられていない構成となっている。

この実施の形態においても、制御部２Ａは、通常運転用プログラム３ａと診断プログラム３ｂとからなるプログラム３を備えている。通常運転用プログラム３ａについては、上述の実施の形態と同じように機能するが、放射温度計５７が設けられていないので、プラズマ処理中のウェハＷの温度は、処理時間の増加と共に、レシピの指示する温度よりも徐々に低下していく。

既述の実施の形態と同様に、通常運転用プログラム３ａが複数回繰り返されることによって、静電チャック３４の表面が平滑になり、静電チャック３４とウェハＷとの接触による熱伝導が増加しているので、図４（ｂ）に示すように、ウェハＷの温度は、初期のｔ１からｔ２へと低下していると考えられる。

その後、定期メンテナンスとして、診断プログラム３ｂの一部である標準レシピ（診断用レシピ）のプラズマ処理が上述の温度測定用ウェハＷに対して行われる。そして、上述の処理中のウェハＷの温度がｔ１に戻るように、バックサイドガスの圧力をＰ１からＰ２に調整する（下げる）。この時の圧力は記憶部４に記憶される。

そして、所定の間隔でこの診断プログラム３ｂを行うことで、ウェハＷの温度はｔ２からｔ１に調整される一方、バックサイドガスの圧力は、Ｐ１、Ｐ２、、、Ｐｎまで段階的に調整される。この実施の形態においても、バックサイドガスの圧力が調整可能な下限値であるＰ０となる時期が予測できるので、既述のように、前もって寿命時期を警告したり、静電チャック３４の交換を促すように表示したりできる。この例においても、既述の実施の形態と同様に、得られたデータから求まる近似式やしきい値である設定値との差のモニター方法あるいは過去に得られたデータへの当てはめなどによって静電チャック３４の寿命を予測するようにしても良い。

尚、この実施の形態においては、診断プログラム３ｂに通常運転用プログラム３ａにおけるバックサイドガスの圧力を校正する働きを持たせるようにしても良い。つまり、診断プログラム３ｂの標準レシピにおける温度校正値（ｔ１とｔ２との差）と、バックサイドガスの圧力調整値（Ｐ１とＰ２との差）と、の対応関係から、通常運転用プログラム３ａにおいて実施される他のレシピにおける対応関係をある程度予想できるので、つまり他のレシピにおいてもウェハＷの温度を校正するために調整が必要なバックサイドガスの圧力を予想できるので、この診断プログラム３ｂを行うことで、通常運転用プログラム３ａにおけるバックサイドガスの圧力の校正を行うようにしても良い。または、診断プログラム３ｂにおいて調整したバックサイドガスの圧力と同じ変更分だけ一律に、通常運転用プログラム３ａにおけるバックサイドガスの圧力を調整するようにしても良い。

次に、この第２の実施の形態における作用について、図９を参照して説明する。
上述したように、通常運転用プログラム３ａがウェハＷに対して所定の回数繰り返された後、診断プログラム３ｂが以下のステップに基づいて行われる。
（ステップＳ９１：温度測定用ウェハＷの搬入）
上述のステップＳ５１と同様に、載置台３０に温度測定用ウェハＷを載置して、ウェハＷを載置台３０に静電吸着する。
（ステップＳ９２：プラズマ処理）
次に、ステップＳ５３と同様に、この温度測定用ウェハＷに対してプラズマ処理を行う。
（ステップＳ９３：温度データ蓄積）
温度測定用ウェハＷに設置された温度センサ６０によってプラズマ処理中の温度を測定すると共に、その温度をメモリ６１に保存する。
（ステップＳ９４：温度測定用ウェハＷの搬出）
そして、ウェハＷを搬入した経路と逆の経路でウェハＷを処理容器２１の外部に搬出する。
（ステップＳ９５：温度データ取得）
この温度測定用ウェハＷのメモリ６１に保存された温度データを読み出して、制御部２Ａに伝達する。
（ステップＳ９６：温度の確認）
前述のステップＳ９５において取得した温度が予め定められた設定温度であるか判断する。この温度が設定温度でない場合には、設定温度となるように、バックサイドガスの圧力を調整した後、再度上述のステップＳ９１以降のステップを繰り返して、温度を確認する。設定温度であった場合には、次にステップＳ９７が行われる。
（ステップＳ９７：バックサイドガスの圧力を記録）
上述のステップＳ５８と同様に、ステップＳ９６において設定したバックサイドガスの圧力を記憶部４に記録する。また、上述したように、この時のバックサイドガスの圧力は、この後に行われる通常運転用プログラム３ａのバックサイドガスの圧力の校正に利用される。
（ステップＳ９８：静電チャック３４の寿命時期の予測）
そして、ステップＳ５７と同様に、記録されたバックサイドガスの圧力の推移から、静電チャック３４の寿命時期が予測される。

以上の実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態における効果に加えて、以下の効果が得られる。つまり、プラズマ処理中のウェハＷの温度を測定するにあたり、別途装置の改造などが不要であり、既存の温度測定用ウェハＷを用いることができるので、簡便に静電チャック３４の寿命を予測することができる。

尚、上記のステップＳ９６において、ウェハＷの温度とバックサイドガスの圧力との相関関係を予め求めておき（例えば静電チャック３４を幾度か交換している場合には、それ以前のデータなどを保存しておき）、その相関関係から、バックサイドガスの圧力を決めても良い。その場合には、ステップ９６において、バックサイドガスの調整を行った後、次のステップＳ９７が行われる。

この例においても、既述の図６に示したように、ウェハＷの中心部と端部とに対して、それぞれ圧力検出部５６ａと圧力検出部５６ｂとの圧力検出値に基づいて、貫通孔３６ａと３６ｂとに分けて供給するようにしても良い。この場合、温度測定用ウェハＷにおける温度センサ６０は、ウェハＷの中心部と端部とに設置して、ウェハＷの中心部と端部とにおける温度を測定するようにしても良い。

上述の各例において、静電チャック３４の表面の形状については、既述の図２に示したように、巨視的には平面として、静電チャック３４とウェハＷとの微少な間隙にバックサイドガスが通流するようにしたが、図１０に示すように、例えば表面にウェハＷの直径とほぼ同じ外形を持つリング状の凸部７０を設けて、この凸部７０の内周側にこの凸部７０と同じ高さの多数の柱状体７１を設けて、この柱状体７１間をバックサイドガスが通流するようにしても良い。このような構成では、ウェハＷの温度はバックサイドガスにより強く冷却されるので、図４に示したようなバックサイドガスの圧力の減少勾配は小さくなるが、このような静電チャック３４においても、寿命を予測できる。

更に、この静電チャック３４の絶縁材料３４ａの材料からなる粉末を溶射によって静電チャック３４の表面に形成し、その後砥石を用いて研磨したり、研磨粒子を懸濁させた研磨材を用いたラップ加工によって形成したりしても良い。このような構成の静電チャック３４においても、寿命を予測できる。

上述の各例では、ウェハＷがプラズマ処理により加熱され、バックサイドガスによって冷却する場合について説明したが、この処理は、プラズマ処理以外のプロセス例えば処理に伴ってウェハＷの温度が上昇するプロセスにおいて適用しても良い。更に、処理によってウェハＷが冷却され、バックサイドガスによってウェハＷを加熱してウェハＷの温度を制御するプロセス例えばＣＶＤなどに適用しても良い。この場合は、ウェハＷの処理枚数の増加に伴って、ウェハＷの温度が上昇していくため、バックサイドガスの圧力を時間の経過と共に上昇させていく構成となり、静電チャック３４の寿命は、例えばバックサイドガスの圧力が高すぎてウェハＷが割れる時期などとする。

本発明の真空処理装置の一例を示す縦断面図である。 本発明における静電チャックの一例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における制御部の一例を示す概念図である。 本発明における静電チャックの寿命を予測する方法の説明図である。 本発明の第１の実施の形態におけるフローを示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態における制御部の一例を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態における温度検出部の一例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態における制御部の一例を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態におけるフローを示す説明図である。 本発明における静電チャックの表面構造の一例を示す説明図である。 公知の基板処理装置を示す縦断面図である。 静電チャックの劣化の原因についての説明図である。

符号の説明

２Ａ 制御部
３ａ 通常運転用プログラム
３ｂ 診断プログラム
４ 記憶部
３０ 載置台
３４ 静電チャック
３６ 貫通孔
３９ 通気室
５２ 赤外線通過路
５３ 検出端
５６ 圧力検出部
５７ 放射温度計
６０ 温度センサ
６１ メモリ

Claims (16)

1. 真空容器内の載置台に設けられ、基板を静電力で吸着保持するための静電チャックについて温調性能の経時劣化を診断する方法であって、
   基板を静電チャックにより吸着保持すると共に基板の裏面と静電チャックの表面との間に、基板の温度を調整するための温調ガスを供給した状態で基板に対して真空処理を行う工程を繰り返し実施する工程（ａ）と、
   この工程（ａ）を挟んで、静電チャックに吸着保持された基板を診断用の処理レシピを用いて生成した雰囲気に曝すと共にこの基板の温度を検出して温度検出値が規定温度になるように前記温調ガスの圧力を調整し、そのときの温調ガスの圧力値を記憶部に記憶する工程（ｂ）と、
   前記記憶部に記憶された温調ガスの圧力値に基づいて、前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する工程（ｃ）と、を含むことを特徴とする静電チャックの診断方法。
2. 前記工程（ｂ）は、前記工程（ａ）を挟んで繰り返し行われることを特徴とする請求項１記載の静電チャックの診断方法。
3. 前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する工程（ｃ）は、繰り返し行われた工程（ｂ）により取得した温調ガスの圧力値の時系列データに基づいて行われることを特徴とする請求項２記載の静電チャックの診断方法。
4. 前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する工程（ｃ）は、温調ガスの圧力値が設定値よりも低いか否かを判断する工程を含む請求項１または２記載の静電チャックの診断方法。
5. 前記診断用の処理レシピが適用される基板は、メンテナンス用の基板であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の静電チャックの診断方法。
6. 前記基板の温度の検出は、載置台に設けられた温度検出部により行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の静電チャックの診断方法。
7. 前記メンテナンス用の基板は温度検出部を搭載し、前記基板の温度はこの温度検出部により検出されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の静電チャックの診断方法。
8. 前記温度検出部の温度検出値は、真空容器から基板を搬出した後で取り出され、基板の温度検出値が規定温度から外れているときには、温調ガスの圧力を変更して再度診断用の処理レシピを用いて生成した雰囲気に前記基板を曝し、温度検出値を取得することを特徴する請求項７に記載の静電チャックの診断方法。
9. 前記真空処理はプラズマを用いる処理であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の静電チャックの診断方法。
10. 前記静電チャックの表面は、誘電体の粉末が溶射されて形成された後、研磨されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の静電チャックの診断方法。
11. 前記静電チャックの表面は、前記基板と概略等しい外形を持つリング状凸部と、この凸部の内周側に形成され、前記凸部と同じ高さに形成された多数の柱状体と、からなり、前記温度調整用のガスは、前記凸部の内周側の柱状体間を通流するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の静電チャックの診断方法。
12. 真空容器内の載置台に設けられた静電チャックに吸着保持された基板の裏面と静電チャックの表面との間に基板の温度を調整するための温調ガスを供給した状態で基板に対して真空処理を行う真空処理装置において、
    基板の温度を検出する温度検出部と、
    前記温調ガスの圧力を検出する圧力検出部と、
    前記温調ガスの圧力を調整する圧力調整部と、
    この圧力検出部の圧力検出値を記憶するための記憶部と、
    複数枚の基板に対して順次実施される真空処理を挟んで、前記静電チャックに吸着保持された基板を診断用の処理レシピを用いて生成した雰囲気に曝すと共に、前記温度検出部の温度検出値が規定温度になるように前記圧力調整部を介して温調ガスの圧力を調整し、そのときの前記圧力検出部の圧力検出値を記憶部に記憶する実行手段と、
    前記記憶部に記憶された温調ガスの圧力検出値に基づいて、前記静電チャックの温調性能の劣化を診断する診断手段と、
    を備えたことを特徴とする真空処理装置。
13. 前記診断用の処理レシピが適用される基板は、メンテナンス用の基板であることを特徴とする請求項１２に記載の真空処理装置。
14. 前記診断手段は、前記真空処理を挟んで取得した温調ガスの圧力値の時系列データに基づいて、前記静電チャックの温調性能の劣化を診断することを特徴とする請求項１２または１３に記載の真空処理装置。
15. 前記診断手段は、温調ガスの圧力値が設定値よりも低いか否かを判断する手段を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の真空処理装置。
16. 真空容器内の載置台に設けられた静電チャックに基板を吸着保持させ、この基板に対して真空処理を行う真空処理装置に用いられるプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記プログラムは、請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の静電チャックの診断方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

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