JP5957248B2

JP5957248B2 - 基板保持装置の再生方法

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Publication number: JP5957248B2
Application number: JP2012050274A
Authority: JP
Inventors: 浩二曽我部; 直樹森本; 森本　　直樹; 功一滝澤; 正彦石田; 英範福本
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: JP2013187289A

Description

本発明は、シリコンウエハ等の処理すべき基板を保持するために用いられる静電チャック付きの基板保持装置の再生方法に関する。

半導体製造工程において所望のデバイス構造を得るためにＰＶＤ法、ＣＶＤ法等による成膜処理、イオン注入処理やエッチング処理などの処理が行われ、これらの処理を行う真空処理装置では、真空雰囲気の形成が可能な処理室内に、処理すべき基板たるシリコンウエハ（以下、「ウエハ」という）を位置決め保持するために所謂静電チャック付きの基板保持装置が設けられている。

上記基板保持装置は、例えば、上記処理室底部に配置されて当該処理室内でウエハの処理面を上方に向けて保持するものとした場合、基板の輪郭に略一致した上面を備える金属製の基台と、基台の上面に設けられる静電チャックとから一般に構成される。静電チャックとしては、正負の電極を埋設した、窒化アルミニウムのセラミックスで構成されたチャック本体からなるものが例えば特許文献１で従来から知られている。

ここで、真空処理装置内で行われる処理によっては、ウエハを所定温度に加熱または冷却する場合があり、このような場合には、チャック本体に例えば抵抗加熱式の加熱手段を組み込み、または、冷媒循環路を設けると共に、ウエハの裏面（所定の処理が行われる面と反対側）の外周縁部と面接触するリブ部を形成し、このリブ部で囲繞された内部空間に、例えば複数の同心円上に複数個の支持部を立設してチャックプレートを構成することが知られている。そして、ウエハの加熱または冷却時には、上記内部空間にチャック本体に形成したガス通路を介してＡｒガスなどの不活性ガスを供給し、リブ部とウエハ裏面とで画成される内部空間に不活性ガス雰囲気を形成することでウエハへの熱伝達をアシストして、効率よくウエハの加熱や冷却を行うようにしている。

ところで、実際の生産過程において、基板保持装置には、処理前（他の処理済みのものの場合もある）のウエハが順次搬送され、処理済みのものが当該基板保持装置から他の処理室等に搬出されていく。このとき、前工程で裏面にパーティクルが付着した状態のウエハも搬送されてくる場合があり、このようなウエハを上記構成の静電チャックで吸着したり、その後に加熱したりすると、パーティクルがチャックプレートへと落下し、各支持部自体やそれらの隙間に付着する。このようなパーティクルが、導電性の有機物、例えばカーボンであると、チャックプレート表面での抵抗が低下して表面電位を維持できずに、ウエハを吸着できないという不具合が多発する。

そこで、静電チャックの電極に高周波電力を印加することによってプラズマエッチングを施す工程と、この静電チャック上に基板を搭載する工程と、基部搭載工程において静電チャック上に搭載された基板を搬出するクリーニング方法が例えば特許文献２で知られている。然し、この特許文献２記載の方法では、表面電位が初期状態まで回復するまで、有機物を効果的に除去できないことが判明した。他方、作業者自身がアルコール等を用いて払拭してクリーニングすることも考えられるが、密集して立設されている支持部間まで完全にカーボン等を除去することは事実上不可能である。

特開平１−３２１１３６号公報特開２００２−２８０３６５公報

本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成でカーボンを効果的に除去できるようにした基板保持装置の再生方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、真空チャンバ内で処理すべき基板を保持する基板保持装置であって、電極を有するチャック本体を備え、このチャック本体の基板吸着面に、この基板の外周縁部が面接触可能なリブ部とこのリブ部で囲繞された内部空間に設けられて基板を支持する支持部とを有するものにおいて、前記内部空間に酸素含有ガスを導入するガス導入手段が接続され、チャック本体を加熱する加熱手段を更に備えることを特徴とする。この場合、前記内部空間に、真空ポンプに通じる排気路が接続されていることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の上記基板保持装置の再生方法は、リブ部に基板の外周縁部が面接触するようにチャック本体上に基板を載置し、電極に電圧印加してこの基板をチャック本体の基板吸着面で吸着する工程と、前記内部空間に酸素含有ガスを導入し、加熱手段により内部空間を加熱する工程とを含むことを特徴とする。

上記においては、前記酸素含有ガスの導入を停止し、前記基板の吸着を解除した後、前記内部空間に、当該内部空間に接続された他のガス導入手段を介して窒素ガスを導入する工程を更に含むことが好ましい。また、前記電極への電流値を監視し、この電流値が所定の範囲を超えて変化すると、上記各工程を実施すればよい。

上記発明によれば、内部空間に酸素含有ガスを導入した状態で加熱することで、各支持部自体やそれらの隙間に付着した導電性の有機物たるカーボンが酸素と反応して一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガス等となって蒸発し、例えば真空チャンバを経て外部に排出される。このため、付着したカーボンが除去されてチャック本体の表面電位を効果的に初期状態まで回復することができる。この場合、内部空間に酸素含有ガスを導入するガス導入手段を設けるだけであるため、簡単な構成でカーボンを除去する構成を実現できる。

また、他のガス導入手段を介して窒素ガスを導入する構成を採用すれば、真空チャンバに接続された真空ポンプにより、発生した一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガス等を排出でき、再生作業を早期に完了して生産復帰を早めることができる等、有利である。

更に、前記電極間を流れる電流値を監視し、この電流値が所定の範囲を超えて変化すると、上記各工程を実施する構成を採用すれば、基板保持装置での基板の吸着ミスに起因した、処理室内での処理上の不具合の発生を未然に防止できてよい。

本発明の実施形態の基板保持装置を真空チャンバへの設置状態で示す部分模式断面図。本発明の実験結果を示すグラフ。

以下に図面を参照して、処理すべき基板をウエハＷとし、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等による成膜処理、イオン注入処理やエッチング処理などの処理を行う真空処理装置の真空チャンバＶＣの底部に配置されて、ウエハＷの処理面を上方に向けて保持する場合を例に本実施形態の基板保持装置Ｍを説明する。

図１に示すように、基板保持装置Ｍは、排気管Ｐ１を介して真空ポンプＰに接続される真空チャンバＶＣ内に設置される。基板保持装置Ｍは、真空チャンバＶＣ底部に、絶縁材Ｉを介して配置されるチャック本体１を備え、このチャック本体１上面には、誘電体たるチャックプレート２が接合され、基板吸着面を構成している。チャック本体１は、例えば窒化アルミ製であり、図示省略の絶縁材を介して正負の電極３ａ、３ｂが組み込まれ、公知のチャック電源Ｅの直流電圧が印加できるようになっている。なお、図１中、Ａは、電極３ａ、３ｂの電流値を測定する電流計である。

チャック本体１には、上下方向に貫通する２本の内部通路４１、４２が形成され、一方の内部通路４１の下端が、マスフローコントローラ５及び開閉弁６_１を介設したガス管７を介してＡｒガス等の不活性ガスを収容したガス源８_１に連通している。他の内部通路４２の下端には、排気管Ｐ２が接続され、この排気管Ｐ２が、図示省略の開閉弁等を介して真空ポンプＰに接続されている。この場合、排気管Ｐ２と内部通路４２とが排気路を構成する。また、チャック本体１には、公知の構造を有する抵抗加熱式のヒータ１１が内蔵され、ウエハＷを所定温度に加熱保持できるようになっている。なお、チャック本体１に、図示省略の冷媒循環通路を形成し、図外のチラーユニットや冷却水循環ポンプにより冷媒循環通路内に冷媒を循環させてチャック本体１を冷却できるようにしてもよい。

チャックプレート２は、例えば窒化アルミ製であり、ウエハＷ裏面の外周縁部が面接触可能な環状のリブ部２ａと、リブ部２ａで囲繞された内部空間２ｂにて複数の同心状に密集させて立設した複数本の棒状の支持部２ｃとを備える。この場合、支持部２ｃの高さは、リブ部２ａの高さより僅かに小さくなるように設定され、チャックプレート２表面でウエハＷを吸着したときに、各支持部２ｃでウエハＷを支持するようにしている。

チャックプレート２にウエハＷを載置した後、両電極３ａ、３ｂ間に、チャック電源Ｅを介して直流電圧を印加することで発生する静電気力でウエハＷがチャックプレート２の表面で吸着される。このとき、ウエハＷ裏面の外周縁部がリブ部２ａとその全周に亘って面接触することで内部空間２ｂが略密閉される。この状態で、ガス通路４１を介してＡｒガスを供給すると内部空間２ｂに不活性ガス雰囲気が形成される。そして、ヒータ１１を作動させてウエハＷを加熱する場合、リブ部２ａとウエハＷ裏面とで画成される内部空間２ｂに不活性ガス雰囲気を形成することで、ウエハＷへの熱伝達をアシストして効率よくウエハＷを加熱できる。

上記基板保持装置Ｍは、チャック電源Ｅから両電極３ａ、３ｂへの電圧印加の制御やそのときの電圧、ガス供給手段による不活性ガス供給の制御やその流量及びヒータ１１の作動やそのときの加熱温度は、マイクロコンピュータなどからなる制御手段Ｃにより統括制御されるようになっている。

ところで、実際の生産過程において、基板保持装置Ｍには、処理前（他の処理済みのものの場合もある）のウエハＷが順次搬送され、処理済みのものが基板保持装置Ｍから他に搬出されていく。このとき、前工程で裏面にパーティクルが付着した状態のウエハＷも搬送されてくる場合があり、このようなウエハＷを上記チャックプレート２で吸着したり、その後に加熱したりすると、パーティクルがチャックプレート２の支持部２ｃ自体や支持部２ｃ間の間隙へと落下し、付着する。このようなパーティクルが導電性の有機物たるカーボンであると、チャックプレート２表面での抵抗が低下して表面電位を維持できずに、ウエハＷを吸着できないという不具合が多発する。

そこで、本実施形態では、ガス管７をマスフローコントローラ５の上流側で切換弁９を介在させて更に２本分岐し、これら分岐された両分岐ガス管７ａ、７ｂを、ＣＤＡ等の酸素含有ガスを収容した他のガス源８_２及び窒素ガス等の不活性ガスを収容した更に他のガス源８_３に夫々開閉弁６_２、６_３を介して接続してなるガス導入手段を設けると共に、処理時にウエハＷを加熱するヒータ１１を加熱手段として用い、チャックプレート２の表面電位を初期状態まで回復する再生できるように構成した。以下に、本実施形態の基板保持装置Ｍの再生方法について説明する。

先ず、真空ポンプＰを介して所定圧力まで減圧された真空チャンバＶＣ内にウエハＷを搬送し、リブ部に基板の外周縁部が面接触するようにチャックプレート２上にウエハＷを載置する。この状態で、チャック電源Ｅにより通電してチャックプレート２でウエハＷを吸着する。次に、開閉弁６_２を開弁して分岐ガス管７ａ及びガス管７を介して内部空間２ｂに酸素含有ガスを導入すると共に他方の排気管Ｐ２を介して内部空間２ｂ内を排気し、これに併せて、ヒータ１１を作動させて内部空間２ｂを所定温度に加熱する。これにより、付着したカーボンが酸素と反応して一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガス等となって蒸発し、排気管Ｐ２を介して真空ポンプＰへと排出される。なお、加熱時には、内部空間２ｂに所定流量の酸素含有ガスを導入した後、開閉弁６_２を閉弁し、排気管Ｐ２による排気を行わずに、内部空間２ｂに酸素含有ガスを閉じ込め、この状態で所定時間加熱した後、排気するようにしてもよい。ここで、内部空間２ｂの加熱温度は、４００℃以上で、チャックプレートの耐熱温度以下に設定される。４００℃より低い温度では、酸素とカーボンとが反応せず、効果的にカーボンを除去できない。なお、酸素含有ガスの導入量は、上記加熱温度とカーボンの付着量等を考慮して適宜設定される。この場合、酸素分圧を高める程、酸素とカーボンとの反応速度が向上することが本発明者の実験で確認された。

次に、上記工程中に、電極３ａ、３ｂ間を流れる電流を電流計Ａ（図１参照）で測定し、この電流値が所定電流値になると、付着したカーボンがチャックプレート２から効果的に除去されたと判断し、開閉弁６_２を閉弁して酸素含有ガスの導入を停止すると共に、ヒータ１１の作動を停止する。そして、チャック電源Ｅからの通電を停止した後、開閉弁６_３を開弁して窒素ガスを内部空間２ｂに導入する。このとき、リブ部２ａとウエハＷの周縁部との間の隙間から真空チャンバＶＣ内にも内部空間２ｂ内のガスが排気されるようになり、内部空間２ｂが不活性ガスで置換されると、再生工程が終了する。なお、基板保持装置Ｍの再生を行うか否かは、電極３ａ、３ｂ間を流れる電流値を電流計Ａにて監視し、この電流値が所定の範囲を超えて変化すると、行うようにすればよい。また、不活性ガスを導入する際、チャックプレート２からウエハＷを取り除くようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の基板保持装置Ｍ及びその再生方法によれば、内部空間２ｂに酸素含有ガスを導入した状態で加熱することで、チャックプレート２の各所（各支持部２ｃ自体やそれらの隙間）に付着したカーボンが酸素と結合して蒸発して一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガス等となり、例えば真空チャンバＶＣを経て外部に排出される。このため、付着したカーボンが除去されてチャック本体の表面電位を効果的に初期状態まで回復することができる。この場合、内部空間２ｂに酸素含有ガスを導入するガス導入手段を設けるだけであるため、簡単な構成でカーボンを除去する構成を実現できる。また、他のガス導入手段を介して窒素ガスを導入する構成を採用したため、真空チャンバＶＣに接続された真空ポンプＰにより、発生した一酸化炭素ガスや二酸化炭素ガス等を排出でき、再生作業を早期に完了して生産復帰を早めることができる等、有利である。更に、前記電極３ａ、３ｂ間を流れる電流値から再生時期を判断すれば、基板保持装置ＭでのウエハＷの吸着ミスに起因した、処理室内での処理上の不具合の発生を未然に防止できてよい。

以上の効果を確認するため、図１に示す基板保持装置Ｍを用いて次の実験を行った。本実験では、真空ポンプＰを介して所定圧力まで減圧された真空チャンバＶＣ内にウエハＷを搬送し、リブ部２ｃにウエハＷの外周縁部が面接触するようにチャックプレート２上にウエハＷを載置する。この状態で、チャック電源Ｅにより通電してチャックプレート２でウエハＷを吸着する。次に、開閉弁６_２を開弁して分岐ガス管７ａ及びガス管７を介して内部空間２ｂに酸素と窒素との混合ガス（流量比、酸素：窒素＝１：４）を導入すると共に他方の排気管Ｐ２を介して内部空間２ｂ内を排気し、これに併せて、ヒータ１１を作動させてチャック本体を加熱することで内部空間２ｂを所定温度に所定時間だけ加熱した。この場合、チャック本体１の温度を、３５０℃、４００℃、４５０℃及び５００℃で制御させ、各温度毎に所定のチャック電圧を印加し、このとき発生する電極間の電流値を測定した。

図２は、上記実験の結果を示すグラフであり、図２中、線−◇−は、未使用時におけるものであり（比較実験）、線−□−は、上記加熱処理前、線−△−は、上記加熱処理後のものである。これによれば、加熱処理前、即ち、チャックプレート２の表面にカーボンが付着した状態では、表面に低抵抗層が形成されているため、電位が維持できていないことが判る。それに対して、加熱処理を施すと、カーボンが除去されて、比較実験のものと同等の電位が維持できていることが判る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、チャック本体１とチャックプレート２とを上下に重ねてなるものを例に説明したが、一体のもので構成してもよい。また、チャック本体１の表面を、基板の周縁部が面接触するようにリブを形成し、その内部にエンボス加工を施して、その各凸部で基板を支持するようなものにも本発明は適用できる。更に、上記実施形態では、正負の一対の電極を備えた所謂バイポーラ型のものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えばモノポーラ型のものであってもよい。

Ｍ…基板保持装置、１…チャック本体、２…チャックプレート（チャック本体）、２ａ…リブ部、２ｂ…内部空間、２ｃ…支持部、３ａ、３ｂ…電極、４１…内部通路（ガス導入手段）、４２…内部通路（排気路）、７…ガス管（ガス導入手段）、７ａ、７ｂ…分岐ガス管（ガス導入手段）、８_２…酸素含有ガス源（ガス導入手段）、８_３…不活性ガス源（ガス導入手段）、１１…ヒータ（加熱手段）、Ｐ…真空ポンプ、Ｗ…ウエハ（基板）。

Claims

真空チャンバ内で処理すべき基板を保持する基板保持装置の再生方法であって、
前記基板保持装置は、電極を有するチャック本体を備え、このチャック本体の基板吸着面に、この基板の外周縁部が面接触可能なリブ部とこのリブ部で囲繞された内部空間に設けられて基板を支持する支持部とを有し、前記内部空間に酸素含有ガスを導入するガス導入手段が接続され、チャック本体を加熱する加熱手段を更に備え、
リブ部に基板の外周縁部が面接触するようにチャック本体上に基板を載置し、電極に電圧印加してこの基板をチャック本体の基板吸着面で吸着する工程と、前記内部空間に酸素含有ガスを導入し、加熱手段により内部空間を加熱する工程とを含むことを特徴とする基板保持装置の再生方法。
前記酸素含有ガスの導入を停止し、前記基板の吸着を解除した後、前記内部空間に、当該内部空間に接続された他のガス導入手段を介して窒素ガスを導入する工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の基板保持装置の再生方法。
前記電極への電流値を監視し、この電流値が所定の範囲を超えて変化すると、上記各工程を実施することを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板保持装置の再生方法。