JP7635243B2 - 静電チャック装置、圧力算出方法及びプログラム - Google Patents

静電チャック装置、圧力算出方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、静電力により対象物を吸着する静電チャック装置、圧力算出方法及びプログラムに関するものである。
従来、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置を用いた半導体製造工程においては、真空チャンバー内でシリコンウエハ等の試料を固定するために静電チャック装置が用いられている。この静電チャック装置は、静電力により対象物を吸着する吸着プレートと、吸着プレートの裏面に接触する金属製のベースプレートとを備えている。静電チャック装置を用いて、シリコンウエハの裏面（被吸着面）を吸着プレートで吸着することにより、シリコンウエハを固定するともに、例えばシリコンウエハに加わるプラズマ熱をベースプレート側に逃がして冷却し、表面温度分布の均一化を図ることができる。
ところで、吸着プレートの吸着面やシリコンウエハの被吸着面には微細な凹凸が存在している。そのため、静電チャック装置によりシリコンウエハを吸着している状態であっても被吸着面と吸着面との間には厚さ１０μｍ程の微小な隙間が生じ、物理的な接触面積が小さくなることで熱伝導の効率が低下している。従来、吸着プレートの吸着面に複数のガス供給口を設け、シリコンウエハの被吸着面と吸着プレートの吸着面との間の隙間に熱伝導性ガスを供給することで、シリコンウエハに加わるプラズマ熱を吸着プレート側に効率よく逃がすようにしている（特許文献１）。
特開２０２０－０５３５７６号公報
上記したプラズマ処理装置を用いた半導体製造工程においては、ウエハ等の対象物の加工寸法の高精度化のためには、ウエハの表面温度の均一性を高めることが求められる。そしてこのウエハの表面温度の均一性はウエハの被吸着面にかかる熱伝導性ガスの圧力（以下、ウエハ裏面圧力とも言う）に大きく依存するため、ウエハの加工寸法の精度を向上するためには、ウエハ裏面圧力を把握することが重要となる。また、経年劣化等により静電チャック装置の吸着力の安定性低下といった異常の発生やその兆候を早期に把握するという観点からも、半導体製造工程においてウエハ裏面圧力を把握することが重要となる。しかしながら従来、静電チャック装置により対象物を吸着している際に、ウエハ裏面圧力を把握する術がなかった。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、静電チャック装置を用いた半導体製造工程において、ウエハ裏面圧力を把握できるようにすることを主たる課題とするものである。
すなわち本発明に係る静電チャック装置は、静電力により対象物を吸着するものであって、前記対象物を吸着する吸着面を有する吸着プレートと、前記吸着面と前記対象物の被吸着面との間の隙間に熱伝導性ガスを供給するガス供給ラインと、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する圧力算出部とを備え、前記ガス供給ラインには、前記熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となる流量抵抗素子が設けられており、前記圧力算出部が、前記流量抵抗素子の一次側圧力と、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの流量と、前記流量抵抗素子の流量特性とに基づいて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出することを特徴とする。
このようなものであれば、ガス供給ラインに設けられた流量抵抗素子の流量特性、すなわち流量抵抗素子の一次側圧力（例えばガス供給ライン内の圧力）及び二次側圧力（例えばウエハ裏面圧力）と、通過する熱伝導性ガスの流量との関係を示す固有の特性、を利用することにより、ウエハ裏面圧力を算出して把握することができる。
前記静電チャック装置の具体的態様としては、前記ガス供給ラインが、前記吸着面上に開口するように前記吸着プレート内に形成されたガス供給流路を備え、当該ガス供給流路に前記流量抵抗素子が設けられているものが挙げられる。
このようなものであれば、吸着プレートの吸着面に開口するガス供給流路に流量抵抗素子を設けるので、ウエハ裏面圧力をより正確に算出することができる。
この“流量抵抗素子”は、一次側の圧力と二次側の圧力とによって、通過する熱伝導性ガスの流量が定まるという流量特性を有するものであれば任意のものでよいが、層流素子抵抗体であれば特に好ましい。
層流素子抵抗体は加工精度が優れており、優れた再現性が得られるため、流量抵抗素子として層流素子抵抗体を用いることにより、吸着面と被吸着面との間の隙間における熱伝導性ガスの圧力をより精度よく算出することができる。また層流素子抵抗体はその設計自由度が高いので、熱伝導性ガスの吹出口の外径自由度を高めることができ、アーク放電の発生の抑制を期待できる。
前記圧力算出部の具体的態様として、前記ガス供給ラインに導入される前記熱伝導性ガスの流量と、前記ガス供給ラインにおける熱伝導性ガスの流量の物質収支を示す関係式とに基づき、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの流量を算出するように構成されたものが挙げられる。
静電チャック装置の具体的態様としては、流量センサが搭載され、前記ガス供給ライン内の前記熱伝導性ガスの圧力を計測制御する圧力制御器を更に備え、前記圧力算出部が、前記流量抵抗素子の一次側圧力として、前記圧力制御器が計測した圧力値を用い、前記ガス供給ラインに導入される熱伝導性ガスの流量値として、前記流量センサが計測した流量値を用いて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出するものが挙げられる。
静電チャック装置の別の具体的態様としては、前記ガス供給ラインを流れる前記熱伝導性ガスの流量を計測制御する圧力式流量制御器を更に備え、前記圧力算出部が、前記流量抵抗素子の一次側圧力として、前記圧力式流量制御器が計測した圧力値を用い、前記ガス供給ラインに導入される熱伝導性ガスの流量値として、前記圧力式流量制御器が計測した流量値を用いて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出するものが挙げられる。
装置の経年劣化等によるウエハに対する吸着力の低下といった、プラズマ処理中におけるウエハの裏面における異常の有無を診断できるようにするには、前記静電チャック装置が、前記算出される前記熱伝導性ガスの圧力と所定の基準圧力とを比較して、前記被吸着面にかかる熱伝導性ガスの圧力値の異常を診断する診断部を更に備えたものであればよい。
前記静電チャック装置は、前記算出される前記熱伝導性ガスの圧力が所定の範囲内の値になるように、前記ガス供給ライン内の前記熱伝導性ガスの圧力を調整するように構成されていることが好ましい。
前記静電チャック装置は、前記算出される前記熱伝導性ガスの圧力が所定の範囲内の値になるように、前記ガス供給ラインを流れる前記熱伝導性ガスの流量を調整するように構成されていることが好ましい。
前記静電チャック装置は、前記ガス供給ラインを複数備えており、各ガス供給ラインが、前記吸着面と前記被吸着面との間における互いに異なる領域に前記熱伝導性ガスをそれぞれ供給するように構成されていることが好ましい。
このようにすれば、ウエハの裏面にかかる圧力を領域毎に調整することができる。
前記静電チャック装置の具体的態様として、前記ガス供給ラインが、複数種類の前記熱伝導性ガスを任意の混合比で供給できるように構成されているものが挙げられる。
このようにすれば、熱伝導性ガスを複数種の混合ガスにすることにより、高価なガス（例えばヘリウムガス）の使用量を低減でき、これによりコストを低減できる。
また前記静電チャック装置は、ガス供給ラインにおける熱伝導性ガスの圧力の時間変化に基づいて前記隙間からリークする前記熱伝導性ガスの流量ＱＬＥＡＫを算出するように構成されてよい。その場合、静電チャック装置は、下記（ａ）式に基づいて、流量ＱＬＥＡＫを算出するのが好ましい。
Figure 0007635243000001
ここで、Ｖ：ガス供給ラインを構成する流路の体積、Ｚ：熱伝導性ガスの圧縮係数、Ｒｕ：熱伝導性ガスの気体定数、Ｔｇａｓ：ガス供給ラインを流れる熱伝導性ガスの温度、ｄＰ／ｄＴ：ガス供給ラインにおける熱伝導性ガスの圧力の時間変化、である。
このように構成されていれば、吸着対象物との間の隙間からリークする熱伝導性ガスの流量を把握することができ、静電チャック装置の劣化具合等を把握することができる。
ところで前記した静電チャック装置では、ウエハの裏面に供給される熱伝導性ガスの圧力が大きすぎるとウエハが吸着面から離れてしまう恐れがある。そのため、従来の静電チャック装置では、ガス供給ラインから分岐する、抵抗体が設けられたリークラインを設け、過剰な熱伝導性ガスを所定の流量で排気するように構成されている。一方でこのリークラインは、プラズマ処理終了後にガス供給ライン内に残っている熱伝導性ガスを排気するためにも用いられるが、リークライン上に抵抗体が設けられていることにより、プラズマ処理終了後、熱伝導性ガスを即座に排気することができず時間が掛かってしまうという問題がある。これにより、プラズマ処理が終了して静電チャック装置がデチャック状態に切り替わった際に、ガス供給ライン内に残っている熱伝導性ガスが真空チャンバー内に流出し、スパークを発生させて機器を故障させてしまう恐れがある。
そのため前記した静電チャック装置は、前記ガス供給ラインから分岐する、抵抗体が設けられたメインリークラインと、前記抵抗体をバイパスするように設けられたバイパスラインと、前記バイパスライン上に設けられた開閉弁と、前記開閉弁を制御する弁制御部とを備え、前記バイパスラインの流路抵抗が前記メインリークラインの流路抵抗よりも小さくなるように構成されているのが好ましい。
このようにすれば、プラズマ処理が終了して静電チャック装置がデチャック状態に切り替わった際に、開閉弁を開放することにより、流量抵抗が相対的に小さいバイパスラインを介して熱伝導性ガスを即座に排気することができる。これにより、プラズマ処理終了直後の真空チャンバー内に熱伝導性ガスが流出することでスパークを生じさせてしまうリスクを低減できる。
また本発明の圧力算出方法は、静電力により対象物を吸着する静電チャック装置における圧力算出方法であって、前記静電チャック装置が、前記対象物を吸着する吸着面を有する吸着プレートと、前記吸着面と前記対象物の被吸着面との間の隙間に熱伝導性ガスを供給するガス供給ラインとを備え、当該ガス供給ラインには、前記熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となる流量抵抗素子が設けられており、前記流量抵抗素子の一次側圧力と、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの流量と、前記流量抵抗素子の流量特性とに基づいて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出することを特徴とする。
また本発明の圧力算出プログラムは、静電力により対象物を吸着する静電チャック装置用の圧力算出プログラムを記録させるものであって、前記静電チャック装置が、前記対象物を吸着する吸着面を有する吸着プレートと、前記吸着面と前記対象物の被吸着面との間の隙間に熱伝導性ガスを供給するガス供給ラインとを備え、当該ガス供給ラインには、前記熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となる流量抵抗素子が設けられており、前記圧力算出プログラムが、前記流量抵抗素子の一次側圧力と、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの質量流量と、前記流量抵抗素子の流量特性とに基づいて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する圧力算出部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする。
このような圧力算出方法及び圧力算出プログラムであっても、上記した本発明の静電チャック装置と同様の作用効果を奏し得る。
このように構成した本発明によれば、静電チャック装置を用いた半導体製造工程において、ウエハ裏面圧力を把握することができる。
本実施形態の静電チャック装置の全体構成を示す模式図。 同実施形態の静電チャック装置の構成を模式的に示す断面図。 同実施形態の静電チャック部と冷却部の構成を模式的に示す斜視図。 同実施形態の静電チャック部と冷却部の構成を模式的に示す斜視図。 同実施形態のガス供給部の構成を模式的に示す図。 他の実施形態のガス供給部の構成を模式的に示す図。 他の実施形態のガス供給部の構成を模式的に示す図。 他の実施形態のガス供給部の構成を模式的に示す図。 他の実施形態のガス供給部の構成を模式的に示す図。 他の実施形態のガス供給部の構成を模式的に示す図。
１００・・・静電チャック装置
１１１・・・吸着面
３１ ・・・ガス供給ライン
３１ａ ・・・ガス供給口
３４ ・・・流量抵抗素子
Ｗ ・・・ウエハ（対象物）
Ｓ ・・・被吸着面
Ｇ ・・・隙間
以下に本発明に係る静電チャック装置１００の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の静電チャック装置１００は、図１に示すように、例えばプラズマを用いた半導体製造装置の真空チャンバーＣ内において、処理対象となるウエハＷを静電吸着するためのものである。具体的にこの静電チャック装置１００は、図２に示すように、ウエハＷを静電吸着する吸着面１１１を有する静電チャック部１と、静電チャック部１を冷却する冷却面２１１を有する冷却部２と、静電チャック部１の吸着面１１１とウエハＷの被吸着面Ｓとの間の隙間Ｇに熱伝導性ガス（バックサイドガスともいう）を供給するガス供給部３とを備えている。なお、真空チャンバーＣは、真空ポンプＶ１よって真空排気されるように構成されている。
静電チャック部１は、図２及び図３に示すように、セラミックスやガラス等の絶縁体からなる円形平板状をなす吸着プレート１１と、当該吸着プレート１１内に埋設された内部電極１２と、当該内部電極１２に電圧を印加する電源１３とを備えている。電源１３によって内部電極１２に電圧を印加することによって、吸着プレート１１内で誘電分極現象が生じ、吸着プレート１１の上面１１１が概略平面状の吸着面となる。本実施形態の静電チャック部１は双極式のものであるが、これに限らず単極式のものであってもよい。
冷却部２は、図２～図４に示すように、円形平板状をなす金属製のベースプレート２１と、ベースプレート２１内に形成された冷媒流路２１２と、冷媒流路２１２に冷媒を流通させるチラー等の冷媒流通機構（図示しない）とを備えている。冷媒流通機構により冷媒流路２１２に冷媒を流すことにより、ベースプレート２１全体の温度が低下し、ベースプレート２１の上面２１１が概略平面状の冷却面となる。前記した吸着プレート１１は、その下面１１２（裏面）がベースプレート２１の冷却面２１１に面接触するようにベースプレート２１の上に載置されている。冷媒流路２１２は、ベースプレート２１の内部において冷却面２１１と平行な方向に沿って形成されている。
ガス供給部３は、図５に示すように、熱伝導性ガスの流量を制御するための流量制御器３２が設けられたガス供給ライン３１と、流量制御器３２等を制御する制御装置３３と、ガス供給ライン３１から分岐するリークラインＬとを備える。この熱伝導性ガスは、例えばヘリウムガス、アルゴンガス、複数のガスを任意の比率で混合した混合ガス等の任意のものであってよい。
ガス供給ライン３１は、上流側にガス供給源（図示しない）が接続されており、下流端に設けられたガス供給口３１ａから、吸着面１１１とウエハＷの被吸着面Ｓとの間の隙間Ｇに熱伝導性ガスを供給するものである。このガス供給口３１ａは吸着プレート１１の吸着面１１１に形成されている。
具体的にこのガス供給ライン３１は、下流側から順に、吸着プレート１１内に形成された第１内部流路（請求項で言う、ガス供給流路である）３１１と、第１内部流路３１１に連通するようにベースプレート２１内に形成された第２内部流路３１２と、第２内部流路３１２に連通し、ベースプレート２１とガス供給源との間を接続する配管により形成された配管流路（図示しない）と、を備えている。
図２及び図４に示すように、第１内部流路３１１は吸着プレート１１を板厚方向に貫通し、吸着面１１１上に開口するように複数形成されている。吸着面１１１上における各第１内部流路３１１の開口がガス供給口３１ａとなる。各ガス供給口３１ａは、例えば吸着プレート１１の回転軸を対称軸とする回転対称となるように形成されている。本実施形態では、各第１内部流路３１１は、吸着プレート１１の外周部において同心円上状に列をなすように複数（ここでは２列）形成されており、各列において円周方向に沿って互いに略等間隔になるように形成されている。
具体的に各第１内部流路３１１は、吸着プレート１１を板厚方向に貫通する横断面円形状の直線状の貫通孔１１３により構成されている。この貫通孔１１３は、数μｍ～数十μｍ程度（例えば０．０３ｍｍ）の径寸法（内径）であり、数ｍｍ程度（例えば２ｍｍ）の長さ寸法（軸方向に沿った寸法）であるが、これらの寸法は適宜変更して構わない。
第２内部流路３１２は、ベースプレート２１を板厚方向に貫通するように形成されており、その上流端がベースプレート２１の下面に開口し、下流端がベースプレート２１の上面（冷却面）２１１に開口して第１内部流路３１１に連通している。
図２及び図３に示すように、ベースプレート２１の上面２１１には面内方向に沿って溝２１３が形成されており、この溝２１３の少なくとも一部はベースプレート２１を板厚方向に貫通して下面に開口している。この溝２１３に蓋をするように吸着プレート１１が載置されることで、溝２１３の内面と吸着プレート１１の下面１１２とによって第２内部流路３１２が構成されている。この溝２１３は、ベースプレート２１上に吸着プレート１１が載置された状態で、吸着プレート１１の各貫通孔１１３の真下を通るように形成されている。
流量制御器３２は、通過するガスの流量を計測制御するものであり、配管流路に設けられている。この流量制御器３２の具体的態様としては、例えば、通過するガスの圧力を計測する圧力センサと、ガスの流量を計測する流量センサと、流体制御バルブと、流体制御バルブの開度を制御するバルブ制御器と、を有する所謂圧力式のマスフローコントローラ等である。流量制御器３２は、計測したガス流量を制御装置３３が設定した目標値に一致させるように、流体制御バルブの開度等をフィードバック制御する。
制御装置３３は、ＣＰＵや内部メモリ等を内蔵する汎用乃至専用のコンピュータである。この制御装置３３は、内部メモリに記憶された所定のプログラムに基づきＣＰＵ及びその周辺機器が協働することによって、図５に示すように、流量制御器３２の流量の目標値を設定する流量目標設定部３３４としての機能を少なくとも発揮する。
リークラインＬは、ガス供給ライン３１における流量制御器３２よりも下流から分岐している。リークラインＬは、一定流量のガスを通過させる任意の抵抗体Ｒ（例えばオリフィス等）を介して、真空ポンプＶ２よって排気されるように構成されている。
しかして、本実施形態の静電チャック装置１００は、ガス供給ライン３１の各第１内部流路３１１内の全てに流量抵抗素子３４が設けられている。
この流量抵抗素子３４は、熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となるものであり、一次側圧力と、二次側圧力と、ガスの温度とに基づいて通過するガスの質量流量が定まる固有の流量特性を備えるものであり、本実施形態では層流素子抵抗体である。ここでは、ガス供給ライン３１内の熱伝導性ガスの圧力（一次側圧力）と、吸着面１１１及び被吸着面Ｓ間の隙間Ｇにおける熱伝導性ガスの圧力（二次側圧力。以下において、ウエハ裏面圧力とも言う。）と、通過する熱伝導性ガスの温度とに基づいて、層流素子抵抗体３４を通過する熱伝導性ガスの流量が定まるようになっている。
具体的にこの層流素子抵抗体３４は、抵抗となる流路（以下、抵抗流路とも言う。）３４１ａを有する流路形成部材３４１により構成されている。この流路形成部材３４１は、円柱状をなしており、その径寸法（外径）及び長さ寸法（軸方向に沿った寸法）が、吸着プレート１１の貫通孔１１３の径寸法（内径）及び長さ寸法と略同一である。図４に示すように、各流路形成部材３４１は、嵌め合い公差をもって、吸着プレート１１の各貫通孔１１３内に隙間なく嵌め込まれている。流路形成部材３４１は、例えばセラミック等の任意の絶縁材料により構成されてよい。この層流素子抵抗体３４は、下流側の端面が、吸着プレート１１の吸着面１１１と面一になるように設けられているのが好ましい。
抵抗流路３４１ａは、流路形成部材３４１の軸方向に沿って１又は複数本形成されている。各抵抗流路３４１ａは、流路形成部材３４１を軸方向に貫通してなり、横断面円形状の直線状のものであって、例えば流路形成部材３４１の軸上に形成されたものや、軸周りに規則的に配置された複数のものなどを挙げることができる。
そして本実施形態の静電チャック装置１００では、制御装置３３が、圧力算出部３３１、記憶部３３２及び診断部３３３としての機能を更に発揮することを特徴としている。
しかして、本実施形態の静電チャック装置１００では、圧力算出部３３１は、ガス供給口３１ａから供給される熱伝導性ガスの質量流量ＱＥＳＣと、層流素子抵抗体３４の一次側圧力Ｐ１と、層流素子抵抗体３４が備える固有の流量特性とに基づいて、ウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒを算出するように構成されている。なお、質量流量ＱＥＳＣは、吸着プレート１１に形成された第１内部流路３１１（貫通孔１１３）を通過する熱伝導性ガスの質量流量であり、貫通孔１１３に層流素子抵抗体３４が設けられている本実施形態では、層流素子抵抗体３４を通過する熱伝導性ガスの質量流量である。
具体的にこの圧力算出部３３１は、ガス供給ライン３１を流れる熱伝導性ガスの質量流量の物質収支（すなわち、ガス供給ライン３１に入ってくる熱伝導性ガスの量と、ガス供給ライン３１から出ていく熱伝導性ガスの量との収支）を示す以下の関係式（１）と、ガス供給ライン３１に導入される熱伝導性ガスの質量流量Ｑｉｎとに基づいて、ガス供給口３１ａから供給される熱伝導性ガスの質量流量ＱＥＳＣを算出するように構成されている。そして圧力算出部３３１は、算出した熱伝導性ガスの質量流量ＱＥＳＣと、層流素子抵抗体３４が備える固有の流量特性との関係を示す以下の式（２）とに基づいてウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒを算出するように構成されている。
Figure 0007635243000002
式（１）において、
Ｑｉｎ：ガス供給ライン３１に導入される熱伝導性ガスの質量流量、
ＱＶＡＣ：リークラインＬから排気される熱伝導性ガスの質量流量であり抵抗体Ｒを通過する質量流量、
（Ｖ／Ｚ・Ｒｕ・Ｔｇａｓ）・（ｄＰ／ｄＴ）：吸着プレート１１とウエハＷとの間からチャンバー内にリークする熱伝導性ガスの質量流量ＱＬＥＡＫ、
Ｖ：ガス供給ライン３１における流量制御器３２から層流素子抵抗体３４までの間の流路の体積、
Ｚ：ガスの圧縮係数（ここでは、Ｚ＝１）、
Ｒｕ：気体定数（８．３１４５Ｊ・ｍоｌ－１・Ｋ－１）、
Ｔｇａｓ：ガス供給ライン３１における流量制御器３２から層流素子抵抗体３４までの流路内の熱伝導ガスの平均温度、
ｄＰ／ｄｔ：ガス供給ライン３１における流量制御器３２から層流素子抵抗体３４までの流路内の熱伝導性ガスの圧力の時間変化、である。
なお、吸着プレート１１の吸着面１１１の表面性状（例えば形状、粗さ等）が面内で均一ではなく、またプロセス中の熱エネルギー交換が安定的ではないことを考慮すると、ガス供給ライン３１により熱伝導性ガスの供給を開始してから十分に時間が経過した後も、質量流量ＱＬＥＡＫは安定状態（定常状態）とはならず、ｄＰ／ｄｔが０とはならない可能性がある。
ここで圧力算出部３３１は、流量制御器３２から質量流量Ｑｉｎを取得し、ガス供給ライン３１に設けられた温度計Ｔ１から平均温度Ｔｇａｓを取得し、リークガスの質量流量ＱＶＡＣ、流路の体積Ｖ、圧縮係数Ｚ及び気体定数Ｒｕを記憶部３３２から取得し、これらの情報と式（１）とに基づいてガス供給口３１ａから供給される熱伝導性ガスの質量流量ＱＥＳＣを算出するように構成されている。
Figure 0007635243000003
式（２）において、ｆｒｅｓ：層流素子抵抗体３４の流量特性を示す関数、Ｐ１：層流素子抵抗体３４にかかる一次側（上流側）の圧力、Ｐｗａｆｅｒ：ウエハ裏面圧力（層流素子抵抗体３４にかかる二次側の圧力）、ＴＥＳＣ：層流素子抵抗体３４を通過する熱伝導性ガスの温度（ここでは、吸着プレート１１の温度に等しいとみなす）、である。
圧力算出部３３１は、流量制御器３２が計測した圧力から一次側圧力Ｐ１を取得し、吸着プレート１１の温度を計測する光ファイバー式の温度計Ｔ２から熱伝導性ガスの温度ＴＥＳＣを取得し、流量特性関数ｆｒｅｓを記憶部３３２から取得し、これらの情報と式（２）とに基づいてウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒを算出するように構成されている。記憶部３３２に予め格納されている流量特性関数ｆｒｅｓは、例えば、層流素子抵抗体３４にかかる一次側の圧力Ｐ１と、層流素子抵抗体３４にかかる二次側の圧力Ｐｗａｆｅｒと、層流素子抵抗体３４を通過する熱伝導性ガスの温度ＴＥＳＣとを入力変数とし、層流素子抵抗体３４を通過する質量流量を出力変数とする関数で表されるマップ等である。
診断部３３３はウエハＷの被吸着面Ｓにおける異常の有無を診断するものである。具体的にこの診断部３３３は、圧力算出部３３１が算出したウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒと、記憶部３３２に予め格納されている所定の圧力Ｐｓとを比較して、ウエハＷの被吸着面Ｓにおける異常の有無を診断するように構成されている。例えば、ウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒと圧力Ｐｓとの差分の絶対値が所定値以上となっている場合には、ウエハＷの被吸着面Ｓに異常が発生していると診断し、所定値以下であれば正常であると診断する。なおこの圧力Ｐｓは、ウエハＷに対する真空処理の内容に応じて適宜設定されるものである。
そして、上記した流量目標設定部３３４は、圧力算出部３３１が算出したウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒが所定の範囲内の値になるように、流量制御器３２の流量目標値を設定し、これを流量制御器３２に送信するように構成されている。具体的に流量目標設定部３３４は、圧力算出部３３１が算出したウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒと、記憶部３３２に予め格納されている目標値Ｐｔとを比較し、その差分の絶対値が所定範囲内になるように、実験やシミュレーションにより予め算出した所定の関係式に基づいて、流量目標値を設定するように構成されている。
このように構成した本実施形態の静電チャック装置１００によれば、ガス供給ライン３１のガス供給口３１ａに連通する第１内部流路３１１に、その流量特性ｆｒｅｓが予め既知である流量抵抗素子３４を設けることにより、その流量特性ｆｒｅｓ及び流量抵抗素子３４の一次側圧力Ｐ１を利用してウエハ裏面圧力ＰＷａｆｅｒを把握することができる。これにより、ウエハＷの加工寸法の精度の向上に寄与でき、また経年劣化等に吸着力の安定性低下といった異常の発生やその兆候を把握することができる。さらに、熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となる流量抵抗素子３４がガス供給口３１ａを塞ぐように第１内部流路３１１に設けられているので、ウエハＷのデチャッキング時や処理室のクリーニング時に、ガス供給口３１ａから過剰量の熱伝導性ガスが流出してしまうことを抑制できる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、他の実施形態の静電チャック装置１００は、図６に示すように、ガス供給ライン３１を複数備えており、各ガス供給ライン３１が、吸着プレート１１の吸着面１１１とウエハＷの被吸着面Ｓとの間における互いに異なる領域に熱伝導性ガスを供給するように構成されていてもよい。この場合、吸着プレート１１の吸着面１１１が、ガス供給ライン３１の数に対応する複数のガス供給領域に区切られており、各ガス供給ライン３１は、各ガス供給領域に設けられたガス供給口３１ａから、熱伝導性ガスを個別に供給できるように構成されてもよい。各ガス供給ライン３１から供給される熱伝導性ガスの種別、流量及びウエハ裏面圧力は、ガス供給ライン３１毎に設定されてもよい。
また他の実施形態の静電チャック装置１００は、図７に示すように、ガス供給部３がリークラインＬを備えていなくてもよい。この場合、圧力算出部３３１は、上記式（１）において“ＱＶＡＣ＝０”としてＰｗａｆｅｒを算出するように構成される。
また前記実施形態の静電チャック装置１００は圧力式の流量制御器３２を備えていたが、これに限らない。本発明の静電チャック装置１００は、ガス供給ライン３１に導入される熱伝導性ガスの質量流量Ｑｉｎと、ガス供給ライン３１内の熱伝導性ガスの圧力Ｐ１とを測定できるよう構成されていれば、ウエハ裏面圧力ＰＷａｆｅｒを把握することができる。
例えば、他の実施形態の静電チャック装置１００は、図８に示すように、流量制御器３２の代わりに、ガス供給ライン３１内の熱伝導性ガスの圧力を計測制御する圧力制御器３５が設けられていてもよい。この圧力制御器３５の具体的態様としては、例えば、流量センサと、流体制御バルブと、圧力センサと、前記圧力センサの出力に基づいて前記流体制御バルブの開度をフィードバック制御するバルブ制御器と、を備えたものが挙げられる。このような実施形態であっても、圧力算出部３３１は、流量抵抗素子３４の一次側圧力Ｐ１として圧力制御器３５が計測した圧力値を用い、ガス供給ライン３１に導入される熱伝導性ガスの流量Ｑｉｎとして、圧力制御器３５が備える流量センサが計測した流量値を用いて、ウエハ裏面圧力Ｐｗａｆｅｒを算出することができる。
またこれに限らず、図９に示すように、流量制御器３２の代わりに、ガス供給ライン３１に導入される熱伝導性ガスの質量流量Ｑｉｎを計測するマスフローメータ等の流量計３６と、ガス供給ライン３１内の熱伝導性ガスの圧力Ｐ１を測定する圧力計３７を備えるようにしてもよい。
また前記実施形態では、複数の第１内部流路３１１の全部に流量抵抗素子３４が設けられていたがこれに限らない。他の実施形態では、複数の第１内部流路３１１の一部にだけ流量抵抗素子３４が設けられていてもよい。
また前記実施形態では、流量抵抗素子３４は第１内部流路３１１内に設けられていたが、これに限らない。他の実施形態では、流量抵抗素子３４は、第２内部流路３１２や、ベースプレート２１とガス供給源との間を接続する配管流路（図示しない）等、隙間Ｇに連通するガス供給ライン３１の流路内に形成されていてもよい。なお、ウエハ裏面圧力をより正確に算出するには、流量抵抗素子３４は、ガス供給ライン３１におけるより下流側に設けられることが好ましい。
また前記実施形態の流量抵抗素子３４は層流素子抵抗体であったが、これに限らない。一次側の圧力と二次側の圧力とによって、通過する熱伝導性ガスの流量が定まるという流量特性を有するものであれば、流量抵抗素子３４は任意のものでよい。
また流量抵抗素子３４は、ガス供給ライン３１が備える流路内に設けられる抵抗体でなくてもよい。流量抵抗素子３４は、例えば、流量特性が既知である、ガス供給ライン３１が備える流路そのもの（第１内部流路３１１等）であってもよい。このようなものであっても、流路の流量特性を利用することにより、ウエハ裏面圧力を把握することができる。
また他の実施形態の静電チャック装置１００は、熱伝導性ガスに対するリークラインＬの流路抵抗の大きさを変更する抵抗変更機構４を備えている。具体的にこの抵抗変更機構４は、図１０に示すように、リークラインＬにおいて抵抗体Ｒをバイパスするように設けられたバイパスライン４１と、バイパスライン４１上に設けられた開閉弁４２と、開閉弁４２を制御する弁制御部３３５とを備えている。本実施形態のバイパスライン４１は、リークラインＬにおいて、抵抗体Ｒの上流側で分岐して、抵抗体Ｒの下流側で合流するように設けられている。開閉弁４２が開状態となっている際に、バイパスライン４１の流路抵抗（管路抵抗）は、抵抗体Ｒが設けられているメインリークライン４３の流路抵抗よりも小さくなるように設定されている。開閉弁４２は、弁制御部３３５からの制御信号に応じて開閉が切り替わるように構成されたものであり、例えば、エアバルブ、ピエゾアクチュエータバルブ、ソレノイドアクチュエータバルブ、サーマルアクチュエータバルブ等である。この開閉弁４２は、常時閉（ノーマルクローズ）となっている。弁制御部３３５は、制御装置３３により発揮される機能であり、開閉弁４２に制御信号を送信してその開閉状態を切り替えるものである。本実施形態の弁制御部３３５は、静電チャック部１によるウエハの静電吸着が解除（デチャック）される旨の信号を取得すると、即座に弁制御部３３５に信号を送信して、弁制御部３３５を開放するように構成されている。他の実施形態の静電チャック装置１００は、このような抵抗変更機構４を備えることで、静電チャック部１がデチャック状態に切り替わった際に、バイパスライン４１を介して熱伝導性ガスを即座に排気することができる。これによりプラズマ処理終了直後の真空チャンバーＣ内に熱伝導性ガスが流出することでスパークを生じさせてしまうリスクを低減できる。
なお、静電チャック装置１００が抵抗変更機構４を備える場合、バイパスライン４１は、抵抗体Ｒの下流側で合流することなく他の真空ポンプによって排気されるように構成されてもよい。またバイパスライン４１は、リークラインＬにおける抵抗体Ｒの上流側で分岐するように設けられていなくてもよい。例えば、バイパスライン４１は、ガス供給ライン３１におけるリークラインＬの分岐点よりも上流側又は下流側において分岐するように構成されてもよい。また、バイパスライン４１には、例えば流量抵抗素子等の任意の抵抗体が設けられていてもよい。このような場合であっても、バイパスライン４１の流路抵抗がメインリークライン４３の流路抵抗よりも小さくなるように設定されていれば、静電チャック部１がデチャック状態に切り替わった際に、バイパスライン４１を介して熱伝導性ガスを即座に排気することができる。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
本発明の静電チャック装置によれば、静電チャック装置を用いた半導体製造工程において、ウエハ裏面圧力を把握することができる。

Claims (13)

  1. 静電力により対象物を吸着する静電チャック装置であって、
    前記対象物を吸着する吸着面を有する吸着プレートと、
    前記吸着面と前記対象物の被吸着面との間の隙間に熱伝導性ガスを供給するガス供給ラインと、
    前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する圧力算出部とを備え、
    前記ガス供給ラインには、前記熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となる流量抵抗素子が設けられており、
    前記圧力算出部が、前記流量抵抗素子の一次側圧力と、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの流量と、前記流量抵抗素子の流量特性とに基づいて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する静電チャック装置。
  2. 前記ガス供給ラインが、前記吸着面上に開口するように前記吸着プレート内に形成されたガス供給流路を備え、
    前記流量抵抗素子が当該ガス供給流路内に設けられている請求項１に記載の静電チャック装置。
  3. 前記圧力算出部が、前記ガス供給ラインに導入される前記熱伝導性ガスの流量と、前記ガス供給ラインにおける熱伝導性ガスの流量の物質収支を示す関係式とに基づき、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの流量を算出する請求項１又は２に記載の静電チャック装置。
  4. 流量センサが搭載され、前記ガス供給ライン内の前記熱伝導性ガスの圧力を計測制御する圧力制御器を更に備え、
    前記圧力算出部が、
    前記流量抵抗素子の一次側圧力として、前記圧力制御器が計測した圧力値を用い、
    前記ガス供給ラインに導入される熱伝導性ガスの流量値として、前記流量センサが計測した流量値を用いて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する請求項３に記載の静電チャック装置。
  5. 前記ガス供給ラインを流れる前記熱伝導性ガスの流量を計測制御する圧力式流量制御器を更に備え、
    前記圧力算出部が、
    前記流量抵抗素子の一次側圧力として、前記圧力式流量制御器が計測した圧力値を用い、
    前記ガス供給ラインに導入される熱伝導性ガスの流量値として、前記圧力式流量制御器が計測した流量値を用いて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する請求項３に記載の静電チャック装置。
  6. 前記算出される前記熱伝導性ガスの圧力と所定の基準圧力とを比較して、前記被吸着面にかかる熱伝導性ガスの圧力値の異常を診断する診断部を更に備える請求項１～５のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  7. 前記算出される前記熱伝導性ガスの圧力が所定の範囲内の値になるように、前記ガス供給ライン内の前記熱伝導性ガスの圧力を調整する請求項１～６のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  8. 前記算出される前記熱伝導性ガスの圧力が所定の範囲内の値になるように、前記ガス供給ラインを流れる前記熱伝導性ガスの流量を調整する請求項１～６のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  9. 前記ガス供給ラインを複数備えており、各ガス供給ラインが、前記吸着面と前記被吸着面との間における互いに異なる領域に前記熱伝導性ガスを供給するように構成されている請求項１～８のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  10. 前記ガス供給ラインが、複数種類の前記熱伝導性ガスを任意の混合比で供給できるように構成されている請求項１～９のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  11. 前記ガス供給ラインから分岐する、抵抗体が設けられたメインリークラインと、
    前記抵抗体をバイパスするように設けられたバイパスラインと、
    前記バイパスライン上に設けられた開閉弁と、
    前記開閉弁を制御する弁制御部とを備え、
    前記バイパスラインの流路抵抗が前記メインリークラインの流路抵抗よりも小さくなるように構成されている請求項１～１０のいずれか一項に記載の静電チャック装置。
  12. 静電力により対象物を吸着する静電チャック装置における圧力算出方法であって、
    前記静電チャック装置が、前記対象物を吸着する吸着面を有する吸着プレートと、前記吸着面と前記対象物の被吸着面との間の隙間に熱伝導性ガスを供給するガス供給ラインとを備え、当該ガス供給ラインには、前記熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となる流量抵抗素子が設けられており、
    前記流量抵抗素子の一次側圧力と、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの流量と、前記流量抵抗素子の流量特性とに基づいて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する圧力算出方法。
  13. 静電力により対象物を吸着する静電チャック装置用の圧力算出プログラムであって、
    前記静電チャック装置が、前記対象物を吸着する吸着面を有する吸着プレートと、前記吸着面と前記対象物の被吸着面との間の隙間に熱伝導性ガスを供給するガス供給ラインとを備え、当該ガス供給ラインには、前記熱伝導性ガスが流れる際の抵抗となる流量抵抗素子が設けられており、
    前記流量抵抗素子の一次側圧力と、前記流量抵抗素子を通過する前記熱伝導性ガスの質量流量と、前記流量抵抗素子の流量特性とに基づいて、前記隙間における前記熱伝導性ガスの圧力を算出する圧力算出部としての機能をコンピュータに発揮させる静電チャック装置用の圧力算出プログラム。
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