JP5496834B2 - センサ基板 - 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。
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グ１３２が配置されている。このシールドリング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。
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。
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。

Claims (6)

  1. 被処理基板が載置される載置部を備えた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、
    前記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、
    複数のアスペクト比が設定された複数の微小穴と、各微小穴内に設けられ真空状態における微小孔形成処理の処理過程における情報を検出する検出素子と、この検出素子が検出した情報を処理する情報処理素子と、を有し、
    前記検出素子は、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素子からなる
    ことを特徴とするセンサ基板。
  2. 前記処理装置は、プラズマ処理装置である
    ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ基板。
  3. 前記プラズマ処理装置は、プラズマエッチング処理装置である
    ことを特徴とする請求項２に記載のセンサ基板。
  4. 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乃至３のいずれかに記載のセンサ基板。
  5. 前記情報処理素子は、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乃至４のいずれかに記載のセンサ基板。
  6. 前記情報処理素子は、前記検出素子が検出した情報を無線でリアルタイムで真空処理装置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４のいずれかに記載のセンサ基板。
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