JPH1187480A - 被吸着物の吸着状態モニター方法及び真空装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プロセス条件及び静電チャックの種類を問わ
ず、すべてのプロセスにおいて容易かつ確実に被吸着物
の吸着の異常の有無を検知しうる被吸着物の吸着状態モ
ニター方法及び真空装置を提供する。 【解決手段】静電チャック５により基板３を吸着保持す
る。その後、ガス導入管１６及び配管１０によってモニ
ター用のガスＧを供給し、サセプタ４の収容部９から静
電チャックプレート６のガス導入口８を介して基板３と
静電チャックプレート６との間の隙間にガスＧを導入す
る。この状態で真空計１５によって基板３と静電チャッ
クプレート６の隙間の圧力の変化を測定する。本発明に
よれば、基板３が静電チャック５に対して正常に吸着保
持されているか否かを容易に判定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ＣＶＤ装
置、スパッタリング装置等の半導体製造プロセスに用い
られる真空装置に関し、特に静電チャックを備えた真空
装置における被吸着物の吸着状態をモニターする技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、真空中でＳｉウェハ等の基板
上に成膜等の処理を行う真空装置においては、静電気力
によって基板を吸着保持する静電チャックが広く用いら
れている。この静電チャックは、真空処理槽内のサセプ
タの上部に固定されるもので、例えば円盤状の誘電体か
らなる静電チャックプレート中に吸着電極が設けられて
いる。そして、静電チャックプレート中の吸着電極に対
して直流電源から電圧を印加するように構成され、これ
により成膜等の処理時において基板を静電チャックプレ
ート上に吸着保持できるようになっている。

【０００３】ところで、この種の静電チャックにおいて
は、基板が静電チャックプレートの表面に密着している
必要があるため、静電チャックプレートに対する基板の
吸着の異常の有無をモニターするようにしている。

【０００４】従来、静電チャックプレートに対する基板
の吸着の異常の有無をモニターする方法としては、静電
チャックプレートに吸着保持された後の基板の温度をモ
ニターする方法、また、基板を吸着保持する際に、基板
と静電チャックの吸着電極との間に流れる微少な電流を
モニターする方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術の場合、次のような問題があった。すな
わち、静電チャックプレートに吸着保持された後の基板
の温度をモニターする方法の場合は、基板を静電チャッ
クプレートに吸着保持した後に基板の温度が変化するプ
ロセスでは使えるが、室温で行うプロセスのように基板
の吸着後に基板の温度変化がないプロセスでは使用する
ことができず、また、温度変化はあってもその変化の小
さいプロセスにおいては使用することが困難である。

【０００６】また、基板を吸着保持する際に基板と静電
チャックの吸着電極との間に流れる微少な電流をモニタ
ーする方法の場合は、処理温度や基板の種類等のプロセ
ス条件によってモニターすべき微少な電流値が大きく変
化するため、正確なモニターを行うことは困難である。
さらに、この方法の場合、ジョンソン・ラーベック力を
用いない静電チャック、すなわち、クーロン力のみによ
って基板を吸着保持する静電チャックでは、基板と静電
チャックの吸着電極との間にほとんど電流が流れないた
め使用することができないという問題がある。

【０００７】本発明は、このような従来の技術の課題を
解決するためになされたもので、プロセス条件及び静電
チャックの種類を問わず、すべてのプロセスにおいて容
易かつ確実に被吸着物の吸着の異常の有無を検知しうる
被吸着物の吸着状態モニター方法及び真空装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の発明は、真空中において静電
チャックによる被吸着物の吸着保持動作を行い、その
後、上記被吸着物と上記静電チャックの本体の隙間にモ
ニター用のガスを導入し、この隙間の圧力の変化を測定
することを特徴とする被吸着物の吸着状態モニター方法
である。

【０００９】請求項１記載の発明の場合、被吸着物が正
常に静電チャックに吸着保持されていれば、被吸着物と
静電チャックの本体とは密着した状態になっているか
ら、モニター用のガスは被吸着物と静電チャックの本体
の間の隙間内に封じ込めれられ、この隙間の圧力が上昇
する。

【００１０】一方、何らかの原因で被吸着物が正常に静
電チャックの本体に吸着保持されていない場合には、被
吸着物が静電チャックの本体に密着していないため、モ
ニター用のガスは被吸着物と静電チャックの本体の隙間
から漏れてしまう。したがって、この場合には、被吸着
物と静電チャックの本体の隙間の圧力はほとんど上昇し
ない。

【００１１】そこで、請求項１記載の発明のように、モ
ニター用のガスを導入し、被吸着物と静電チャックの本
体の隙間の圧力の変化を測定すれば、被吸着物が静電チ
ャックの本体に対して正常に吸着保持されているか否か
を容易に判定することができる。

【００１２】また、本発明の方法は、被吸着物と静電チ
ャックの本体の隙間の圧力変化を測定するものであるか
ら、プロセス温度や被吸着物の種類等のプロセス条件を
問わず、すべての処理に適用することができる。

【００１３】さらに、本発明の方法は、ジョンソン・ラ
ーベック力、クーロン力のいずれを用いた静電チャック
においても使用することができるものである。

【００１４】ここで、モニター用のガスとしては種々の
ものを使用することができるが、請求項２記載の発明の
ように、被吸着物に対して悪影響を及ぼさないガスを使
用することがより好ましい。このようなガスとしては、
例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素
(Ｎ₂）等の不活性ガスを使用することができる。

【００１５】上記請求項１又は２記載の発明は、例え
ば、請求項３記載の発明のように、真空槽と、この真空
槽内に配設され、被吸着物を吸着保持するための静電チ
ャックを有する保持手段とを備えた真空装置であって、
上記真空槽内に所定量のモニター用のガスを供給するた
めのガス供給手段を有し、上記静電チャックの本体の上
記被吸着物が吸着される部分にガス導入口が形成される
とともに、上記保持手段に、上記ガス供給手段から供給
されるモニター用のガスを上記ガス導入口に導くための
ガス導入路が形成され、上記静電チャックの本体上の被
吸着物と該静電チャックの本体の隙間の圧力を測定する
圧力測定手段が設けられていることを特徴とする真空装
置によって実施することが好ましい。

【００１６】すなわち、請求項３記載の発明によれば、
被吸着物と静電チャックの本体の隙間の圧力変化を容易
に測定することができる。

【００１７】この場合、請求項４記載の発明のように、
ガス導入口が、被吸着物昇降用の昇降部材を貫通させる
ための貫通孔を兼ねるように構成されていることも効果
的である。

【００１８】請求項４記載の発明によれば、静電チャッ
クの本体にガス導入口を特別に設ける必要がないので、
装置の構成は複雑にならず、また、製造工程も通常通り
のもので済むというメリットがある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る真空装置の好
ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図
１は、本実施の形態の真空装置の概略構成を示すもので
ある。図１に示すように、本実施の形態の真空装置１に
おいては、後述する真空排気系に連結された真空槽２を
有し、この真空槽２の底部に、被吸着物としてのＳｉウ
ェハー等の基板３を支持するサセプタ（保持手段）４が
設けられる。サセプタ４の上部には、基板３を吸着保持
するための静電チャック５が固定されている。この静電
チャック５は、例えば基板３と同等の大きさの円盤形状
に形成された静電チャックプレート（本体）６中に吸着
電極７が形成されて構成される。そして、静電チャック
プレート６中の吸着電極７は、真空槽２の外部に設けら
れた図示しない直流電源に接続されている。なお、本実
施の形態の静電チャック５には、基板３を加熱するため
のヒーター（図示せず）が設けられ、ホットプレートと
しての機能をも有している。

【００２０】図１に示すように、静電チャック５には、
静電チャックプレート６を貫通するように、モニター用
のガスＧを導入するためのガス導入口８が複数個形成さ
れている。本実施の形態においては、これらのガス導入
口８は、図示しない基板昇降用の昇降部材（リフトピ
ン）を貫通させるための貫通孔を兼ねるように構成され
ている。また、サセプタ４には上記昇降部材を収容する
ための収容部９が形成され、この収容部９は真空槽２の
外部に配置された配管１０が連結されるようになってい
る。

【００２１】図１に示すように、配管１０は真空ポンプ
１１に接続される。そして、この配管１０の途中には、
モニター用ガスの流量を調整するための流量制御弁１２
と、２つの弁１３、１４が設けられている。ここで、流
量制御弁１２としては、真空ポンプ１１に接続される弁
１４より十分に小さいコンダクタンスを有するものが用
いられる。そして、この流量制御弁１２と真空槽２との
間には、配管１０内の圧力変化を測定するための圧力測
定手段としての真空計１５が接続されている。

【００２２】一方、配管１０に設けられた２つの弁１
３、１４の間には、モニター用のガスＧを導入するため
のガス導入管１６が接続されている。このガス導入管１
６は、図示しないガス供給源に接続されるとともに、そ
の途中には、導入するガスＧの質量流量を一定に保つた
めのマスフローコントローラ１７が設けられている。

【００２３】このような構成を有する本実施の形態の装
置において基板３の吸着異常の有無を検査するには、ま
ず、静電チャック５の吸着電極７に通電して基板３を静
電チャックプレート６上に吸着保持させた状態で真空ポ
ンプ１１を動作させて真空槽２内を所定の圧力（１０^-4
Ｐａ程度）に減圧し、ガス導入管１６及び配管１０を介
して一定量（０．１ｓｃｃｍ程度）のモニター用のガス
Ｇを真空槽２内に導入する。この場合、真空計１５によ
って配管１０内の圧力の変化を測定できる状態にしてお
く。

【００２４】真空槽２内に導入されたモニター用のガス
Ｇは、サセプタ４に形成した昇降部材の収容部９から静
電チャックプレート６のガス導入口８を介して基板３と
静電チャックプレート６との間の隙間に入り込む。ここ
で、基板３が正常に静電チャック５に吸着保持されてい
れば、基板３と静電チャックプレート６とは密着した状
態になっているから、モニター用のガスＧは基板３と静
電チャックプレート６の隙間内に封じ込めれられ、その
結果、この隙間の圧力ひいてはサセプタ４の昇降部材の
収容部９及びこれに接続された配管１０内の圧力が上昇
する。

【００２５】一方、何らかの原因で基板３が正常に静電
チャック５に吸着保持されていない場合には、基板３が
静電チャックプレート６に密着していないため、モニタ
ー用のガスＧは基板３と静電チャックプレート６の隙間
から真空槽２内の空間へ漏れてしまう。したがって、こ
の場合には、基板３と静電チャックプレート６の隙間の
圧力はほとんど上昇せず、またサセプタ４の昇降部材の
収容部９及びこれに接続された配管１０内の圧力もほと
んど上昇しない。

【００２６】そこで、モニター用のガスＧを導入し、基
板３と静電チャックプレート６の隙間の圧力の変化を測
定すれば、基板３が静電チャック５に対して正常に吸着
保持されているか否かを容易に判定することができる。

【００２７】かかる原理に基づき、本実施の形態の場合
は、図１に示すように、サセプタ４の昇降部材の収容部
９に接続された配管１０内の圧力を真空計１５によって
測定するように構成している。

【００２８】以上説明したように本実施の形態の方法
は、基板３と静電チャック５の隙間の圧力変化を測定す
るものであるから、プロセス温度や基板３の種類等のプ
ロセス条件を問わず、すべてのプロセスに適用すること
ができる。

【００２９】また、本実施の形態の方法は、ジョンソン
・ラーベック力、クーロン力のいずれを用いた静電チャ
ックにおいても適用することができるものである。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに詳細
に説明する。図２〜図４は、本発明の実施例及び比較例
における圧力の変化を示すものであり、図２はヒーター
即ちホットプレートの温度が１００℃の場合、図３はホ
ットプレートの温度が３００℃の場合、図５はホットプ
レートの温度が５００℃の場合を示すものである。

【００３１】本発明の実施例として、図１に示す真空装
置１を用い、基板３を静電チャックプレート６に吸着保
持した状態で、上述したように基板３と静電チャックプ
レート６との隙間にモニター用のガスＧを導入し、真空
計１５によって配管１０内の圧力の変化を測定した。

【００３２】この場合、基板３としては、直径が８イン
チのＳｉウェハーで、厚み１μｍのＳiＯ₂膜を形成した
もの（曲線Ａ）と、酸化膜を形成していないもの（曲線
Ｂ）とを用いた。

【００３３】一方、比較例として、上記実施例と同様の
Ｓｉウェハーを用い、静電チャック５による基板３の吸
着をオフにした状態で、基板３と静電チャックプレート
６との隙間にモニター用のガスＧを導入し、真空計１５
によって配管１０内の圧力の変化を測定した。ここで、
図３〜図５中、曲線Ｃは厚み１μｍの酸化膜（ＳiＯ
₂膜）を形成したものを示し、曲線Ｄは酸化膜を形成し
ていないものを示す。

【００３４】また、参考のため、静電チャックプレート
６上に基板３を載置しない状態で、上記同様にモニター
用のガスＧをサセプタ４の昇降部材の収容部９内に導入
し、真空計１５によって配管１０内の圧力の変化を測定
した。

【００３５】図３〜図５の曲線Ａ、Ｂによって示される
ように、基板３を静電チャック５によって吸着保持した
場合には、モニター用のガスＧの導入後、時間の経過に
伴って配管１０内の圧力が上昇することが理解される。

【００３６】一方、図３〜図５の曲線Ｃ、Ｄによって示
されるように、基板３を静電チャック５によって吸着保
持しない場合には、モニター用のガスＧの導入直後は配
管１０内の圧力は上昇するが、このガスは基板３と静電
チャックプレート６の隙間から真空槽２内の空間へ漏れ
てしまうため、約２０秒経過後以降は配管１０内の圧力
がほとんど上昇しなくなった。この状態は、基板３が静
電チャック５に対して正常に吸着保持にされていない場
合に相当するものである。

【００３７】他方、静電チャックプレート６上に基板３
を載置しない状態でモニター用のガスＧをサセプタ４の
昇降部材の収容部９内に導入した場合には、配管１０内
の圧力はほとんど上昇しなかった。

【００３８】これらの結果から明らかなように、基板３
と静電チャックプレート６間の隙間にモニター用のガス
Ｇを導入し、この隙間の圧力の変化を一定時間測定すれ
ば、基板３が静電チャック５に対して正常に吸着保持さ
れているか否かを容易に判定することができる。

【００３９】しかも、図３〜図５から明らかなように、
本発明の方法によれば、基板３の加熱温度が異なる場合
であっても基板３と静電チャックプレート６間の隙間の
圧力変化は同様の傾向を示すため、温度の異なる各プロ
セスにおいて、基板３が静電チャック５に対して正常に
吸着保持されているか否かを確実に判定することができ
る。

【００４０】また、図３〜図５の曲線Ａ、Ｂ及び曲線
Ｃ、Ｄから明らかなように、酸化膜を形成したものと酸
化膜を形成していないものとの間で圧力の変化に差が生
じないことから、本発明の方法は基板の種類の異なる種
々のプロセスに適用することができる。

【００４１】なお、本発明は上述の実施の形態に限られ
ることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、
上述の実施の形態においては、静電チャックによって基
板を加熱する場合について説明したが、本発明はこれに
限られず、基板を加熱しない場合（冷却する場合）にも
適用することができる。

【００４２】また、被吸着物としては、種々の大きさ、
形状、材料の基板を用いることができる。

【００４３】さらに、モニター用のガスを導入する条件
（流量、圧力等）や圧力変化の測定条件、また、ガス供
給手段及び圧力測定手段の構成は、上述の実施の形態の
ものに限られず、プロセスや使用する装置に応じて適宜
変更することができる。

【００４４】さらにまた、本発明は、例えば、スパッタ
リング装置、エッチング装置、ＣＶＤ装置等の種々の真
空装置に適用しうるものである。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、プロ
セス温度や被吸着物の種類等のプロセス条件を問わず、
すべてのプロセスにおいて容易かつ確実に被吸着物の吸
着の異常の有無をモニターすることができる。また、本
発明は、ジョンソン・ラーベック力、クーロン力のいず
れを用いた静電チャックにおいても使用することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空装置の一実施の形態の概略構
成図

【図２】本発明の実施例及び比較例における圧力の変化
を示すグラフ（ホットプレートの温度が１００℃の場
合）

【図３】本発明の実施例及び比較例における圧力の変化
を示すグラフ（ホットプレートの温度が３００℃の場
合）

【図４】本発明の実施例及び比較例における圧力の変化
を示すグラフ（ホットプレートの温度が５００℃の場
合）

【符号の説明】

１…真空装置 ２…真空槽 ３…基板（被吸着物） ４
…サセプタ（保持手段） ５…静電チャック ６…静電チャックプレート（本体）
７…吸着電極 ８…ガス導入口 ９…昇降部材の収容
部 １０…配管 １１…真空ポンプ １５…真空計（圧
力測定手段） １６…ガス導入管 １７…マスフローコ
ントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空中において静電チャックによる被吸着
   物の吸着保持動作を行い、その後、上記被吸着物と上記
   静電チャックの本体の隙間にモニター用のガスを導入
   し、この隙間の圧力の変化を測定することを特徴とする
   被吸着物の吸着状態モニター方法。
2. 【請求項２】導入されるモニター用のガスは、被吸着物
   に対して悪影響を及ぼさないものであることを特徴とす
   る請求項１記載の被吸着物の吸着状態モニター方法。
3. 【請求項３】真空槽と、 該真空槽内に配設され、被吸着物を吸着保持するための
   静電チャックを有する保持手段とを備えた真空装置であ
   って、 上記真空槽内に所定量のモニター用のガスを供給するた
   めのガス供給手段を有し、 上記静電チャックの本体の上記被吸着物が吸着される部
   分にガス導入口が形成されるとともに、上記保持手段
   に、上記ガス供給手段から供給されるモニター用のガス
   を上記ガス導入口に導くためのガス導入路が形成され、 上記静電チャックの本体上の被吸着物と該静電チャック
   の本体の隙間の圧力を測定する圧力測定手段が設けられ
   ていることを特徴とする真空装置。
4. 【請求項４】ガス導入口は、被吸着物昇降用の昇降部材
   を貫通させるための貫通孔を兼ねるように構成されてい
   ることを特徴とする請求項３記載の真空装置。