WO2003107415A1

WO2003107415A1 - ウェーハ電位又は温度の測定方法及び装置

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Publication number: WO2003107415A1
Application number: PCT/JP2003/007649
Authority: WO
Inventors: 松田　竜一; 河野　雄一; 井上　雅彦
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2003-12-24
Also published as: US7335315B2; KR100603169B1; DE60336471D1; EP1515363A1; EP1515363A4; KR20050010517A; EP1515363B1; TWI300242B; TW200404334A; US20050174135A1

Abstract

本発明はサセプタ５に載置したウェーハ６を静電チャック用電極７の静電的な吸引力でサセプタ５側に吸引するとともに、このウーハ６の温度を温度検出センサ２１で検出しつつ前記静電チャック用電極７の可変直流電源２３の出力電圧を変化させ、前記ウェーハ６の温度が最大になった時点での前記可変直流電源２３の出力電圧に基づきウェーハ６の電位を検出する。

Description

PC蘭肩 649

明細ゥェ一八電位又は温度の測定方法及び装置技術分野

本発明はゥエーハ電位又は温度の測定方法及び装置に関するものである。背景技術

第 7図は従来技術に係るプラズマ C VD装置の構成図である。同図に示すように、基部 1上にはアルミニウム製で円筒状の真空容器であるチヤンパ 2が設けられており、このチャンバ 2の内部が成膜室 3となっている。成膜室 3の上部には電磁波透過窓である円板状の天井板 4が設けられ、成膜室 3の内部にはゥエーハ 6の支持台であるサセプ夕 5が配設してある。このサセプ夕 5は、ゥエーハ 6を載置するための円盤状の部材で、 A 1 ₂ 〇₃ や A 1 Nなどのセラミック材料からなり、支持軸 8に支持されている。また、このサセプタ 5の内部には、ゥェ一ハ 6を所定の温度に保持するための加熱手段であるヒ一夕 6 aとともに冷却手段として冷媒を流通させるための冷媒通路 6 bを埋設してある。さらに、サセプ夕 5の内部には、ゥエー八 6を静電的に吸着保持する静電チヤックの静電チヤック用電極 7も埋設してある。この静電チャック用電極 7には、ローパスフィルタ 1 2を介して直流電源 1 3の出力電圧である所定の直流電圧が印加され、このことにより発生するゥェ一八 6と静電チャック用電極 7との間の電位差に基づくク一ロン力によりゥェ一ハ 6をサセプ夕 5の表面に吸着する。

当該プラズマ C V D装置にける前記静電チャック用電極 7には、インピーダンスマッチングを行うための整合器 1 0及びコンデンサ 9を介してバイアス用高周 1が接続されている。すなわち、静電チャック用電極 7はバイアス電極としても機能している。ここで、前記 L P F 1 2はバイアス用高周波電源 1 1の交流分を遮断するフィル夕として機能する。

このように、バイアス用高周波電源 1 1から高周波電力を供給することにより、静電チャック用電極 7を介してゥエーハ 6にバイアス電圧が印加される。いわゆる R Fバイアスである。このように R Fバイアスを印加することにより発生する直流負電圧によりプラズマ中のイオンを加速し、プラズマ雰囲気に晒されているゥェ一ハ 6の表面をたたくことにより表面反応の促進、異方性エッチング、膜質向上等の種々の効果を得ることができる。

基部 1には排気口 1 5が設けられ、この排気口 1 5を介して図示しない真空排気系へ成膜室 3内のガスを排気することにより成膜室 3内を低圧環境とし、この低圧環境下の成膜室 3内にノズル（図示せず。）を介して成膜を行うための各種のガスが供給される。例えば、ゥェ一ハ 6上に窒化珪素（S i N) の膜を形成する場合には、原料ガスとして例えば S i H ₄ を供給し、窒化ガスとして例えば NH ₃ 又は N ₂ を供給する。

天井板 4の上面にはスパイラル状の給電アンテナ 1 6が設置され、この給電ァンテナ 1 6にはインピーダンスマッチングを行うための整合器 1 7を介してブラズマ発生用高周波電源 1 8が接続されている。このプラズマ発生用高周波電源 1 8から給電アンテナ 1 6へ高周波電力を供給することにより、給電アンテナ 1 6 から天井板 4を透過して成膜室 3内に電磁波 1 9を入射し、この電磁波 1 9のェネルギー（高周波パワー）によって成膜室 3内に供給する各種のガスをプラズマ状態にする。このプラズマを利用してゥェ一ハ 6上に所定の金属膜を成膜する等の処理を行う。

上記プラズマ C V D装置において、プラズマを形成するためのガスの種類、その圧力、流量及び給電アンテナ 1 6に供給するパワー（電力）等で規定されるプ P T/JP03/07649 ラズマ条件を一定とした場合に、当該プラズマ C V D装置が所定の性能を発揮することを保証するには、所定のプラズマ条件下におけるゥェーハ 6の電位を測定する必要がある。当該プラズマ条件下でゥエー八 6の電位が一定の電位になっている場合に成膜等、プラズマ処理の結果物の品質等が一定であること、すなわち再現性を保証し得るからである。

ところが、プラズマ処理中のゥエー八 6の電位を問題なく測定することは困難である。ゥェ一ハ 6に測定装置のプローブを接触させることができれば、簡単にその電位を測定することはできるが、プローブを接触させることによりゥェ一ハ 6が金属汚染され、製品としてのゥエーハ 6の特性を悪化させるからである。すなわち、プラズマ処理中のゥエーハ 6の電位を問題なく測定するには、非接触で測定する必要がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、ゥエー八にプローブ等を接触させることなく非接触でその電位を測定し得るゥェ一八電位の測定方法及び装置並びにこれを有するプラズマ処理装置を提供することを一つの目的とする。

また、上記プラズマ C V D装置においてはゥェ一ハ 6の温度を管理したい場合がある。例えば、極く細幅の溝に所定の金属を埋め込む埋め込み処理の際には、当該金属ィオンによるエツチング作用が優勢な雰囲気でこれを行うのが効率が良いので、所定の高温に保持したい。また、ゥエーハ 6に既に形成されている素子を金属イオンが叩くことによる損傷を回避するには、金属イオンによるエツチング作用が抑制される雰囲気でこれを行う必要があるので、所定の低温に保持したい。

要するに、プラズマを形成するためのガスの種類、その圧力、流量及び給電ァンテナ 1 6に供給するパワー（電力）等で規定されるプラズマ条件を一定とした場合でも、ゥエーハ 6の温度によっては、例えば成膜の際の膜質等、プラズマ処理の結果物が異なるものとなるので、ブラズマ処理の再現性を確保するためにもゥエー八 6の温度を管理する必要がある。

これに対し、かかる温度管理を簡便且つ精密に行い得る適切なゥェ一ハ温度の検出方法は存在していない。

そこで，本発明は、上記従来技術に鑑み、ゥエー八の温度管理を簡便且つ精密に行い得るゥェ一八の温度の検出方法及び装置を提供することを他の目的とする

発明の開示

上記目的を達成する本発明は次の知見を基礎とするものである。

すなわち、静電チャックは、上述の如く、直流電源 1 3の出力電圧である所定の直流電圧を静電チヤック用電極 7に印加することにより発生するゥェ一ハ 6との間の電位差に基づくクーロン力によりゥェ一ハ 6をサセプタ 5の表面に吸着するものである。したがって、静電チャック用電極 7による吸着力がゼロとなったこと、換言すればゥェ一ハ 6と静電チャック用電極 7との間の電位がゼ口となつたことを別途の手段により検出することができれば、このときの静電チャック用電極 7の電位をもってゥエーハ 6の電位とすることができる。そして、前記吸着力がゼロとなったことはゥエーハ 6の温度を監視することにより検出し得る。吸着力が大きければその分大きな吸着力でゥェ一ハ 6がサセプ夕 5の表面に吸着されるので、このゥェ一ハ 6は冷媒通路 6 bを流通する冷媒によりその分良好に冷却されるからである。したがって、吸着力がゼロとなった時点で最も高温になると考えられる。

そこで、第 7図に示すプラズマ C V D装置において、直流電源 1 3の出力電圧を変化させ、ゥエーハ 6の温度との関係を測定した。その結果を第 1図に示す。同図に示すように、予想通り、このときの温度特性は上に凸の曲線となり、 6 0 0 ° C程度が最高温度であり、そのときの出力電圧が— 2 5 0 (V) であることが判明した。この一 2 5 0 (V) がゥエーハ 6の電位である。なお、このときのプラズマ発生用高周波電源 1 8の出力電力は 3 . 5 ( k W) 、バイアス用高周波電源 1 1の出力電力は 1 . 2 ( kW) である。

かかる知見に基づくゥエー八電位の測定方法に関する発明の構成は次の通りである。

1 ) 基台に載置したゥェ一八を直流電源の出力電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させ、前記ゥエー八の温度が最大になった時点での前記直流電源の出力電圧に基づきゥェ一ハの電位を検出することを特徴とする。

この結果、ゥエー八の温度を媒介としてゥエー八に非接触でその電位を検出することができる。すなわち、ゥエーハに対する静電的な吸着力がゼロになったこと、換言すれば基台側とゥエー八との間の電位が同電位になったことを、ゥエー八の最高温度を利用して検出することができる。

このように、ゥェ一八の電位が検出されると同一プラズマ条件の下での各装置のゥェ一ハ電位に基づき当該各装置の性能の評価、保証を容易に行うことができる。例えば、各装置におけるゥェ一ハ電位特性のバラツキがなく、同一電位となつていることをもってその製品の品質、再現性を保証することができる。

さらに、ゥエー八の電位が分かるとイオンの量（電流量）が分かる。ゥエー八の電位が測定できれば、この電位に基づく電圧と電流との積が供給した電力であるところ、この供給電力は既知であるからである。ここで、イオン量は、プラズマを形成するガスの流量、圧力、種類等をパラメータとするプラズマ条件で変化するが、イオン量を媒介とした合理的なプラズマ条件の設定を行うことも容易になる。ちなみに、従来、最適なプラズマ条件は試行錯誤により探していた。

2 ) 基台に載置したゥエーハを静電チャックの静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥヱ一八の温度を計測しつつ前記静電チャックの直流電源の出力電圧を変化させ、前記ゥエー八の温度が最大になった時点での前記直流電源の出力電圧に基づきゥヱ一八の電位を検出することを特徴とする。

この結果、上記 1 ) に記載する発明と同様の作用，効果に加え、既存の設備である静電チャックを利用することにより、その分低廉なコストで前記作用 '効果を得ることができる。

3 ) R Fバイアスの印加により基台に載置されたゥエー八の近傍のイオンを加速するとともに、この R Fバイアスに直流電源の出力電圧を重畳し、この直流電源の出力電圧の印加により基台に載置されたゥェ一ハを静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥェ一八の温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させ、前記ゥエーハの温度が最大になつた時点での前記直流電源の出力電圧に基づきゥエー八の電位を検出することを特徴とする。

この結果、上記 1 ) に記載する発明と同様の作用 ·効果に加え、ゥエーハ電位を媒介することによりバイァス電圧値の管理も合理的、且つ容易に行うことができる。ちなみに、従来、 R Fバイアス電圧によるバイアス電圧値の管理は経験に負うところが大きかった。ゥエーハ電位の測定装置乃至これを有するプラズマ処理装置に関する発明の構成は次の通りである。

4 ) 基台に載置したゥェ一ハを静電的な吸引力で基台側に吸引する直流の出力電圧を印加するとともに前記出力電圧を変化させることができるように構成した可変直流電源と、前記ゥエー八の温度を検出する温度検出手段とを有することを特徴とする。

この結果、ゥエー八の温度を媒介としてゥエー八に非接触でその電位を検出することができる。

このように、ゥェ一八の電位が検出されると同一プラズマ条件の下での各装置のゥエーハ電位に基づき当該各装置の性能の評価、保証を容易に行うことができる。例えば、各装置におけるゥエーハ電位特性のパラツキがなく、同一電位となつていることをもってその製品の品質、再現性を保証することができる。

さらに、ゥエー八の電位が分かるとイオンの量（電流量）が分かる。ゥエー八の電位が測定できれば、この電位に基づく電圧と電流との積が供給した電力であるところ、この供給電力は既知であるからである。ここで、イオン量は、プラズマを形成するガスの流量、圧力、種類等をパラメータとするプラズマ条件で変化するが、イオン量を媒介とした合理的なプラズマ条件の設定を行うことも容易になる。

5 ) 上記 4 ) に記載するゥエーハ電位の測定装置において、可変直流電源は、静電チャックの直流電源の出力電圧を変化させることができるように構成したものであることを特徴とする。

この結果、上記 4 ) に記載する発明と同様の作用，効果に加え、既存の設備である静電チャックを利用することにより、その分低廉なコス卜で前記作用 ·効果を得ることができる。

6 ) 基台に載置されたゥェ一八の近傍のイオンを加速するための R Fバイァス電源と、基台に載置したゥェ一八を静電的な吸引力で基台側に吸引する直流の出力を、前記 R Fバイアス電源の出力電圧に重畳して印加するとともに、前記直流の出力電圧を変化させることができるように構成した可変直流電源と、前記ゥエー八の温度を検出する温度検出手段とを有することを特徴とする。

この結果、上記 5 ) に記載する発明と同様の作用 ·効果に加え、ゥェ一ハ電位を媒介することによりバイァス電圧値の管理も合理的、且つ容易に行うことができる。ちなみに、従来、 R Fバイアス電圧によるバイアス電圧値の管理は経験に負うところが大きかった。

7 ) 上記 4 ) 乃至上記 6 ) に記載する何れか一つのゥエーハ電位の測定装置における温度検出手段は、非接触でゥエー八の温度を検出する赤外線温度計等の非接触式温度検出手段であることを特徴とする。

この結果、上記 1 ) に記載する発明と同様の作用 '効果に加え、ゥエー八の温度の測定を金属汚染等の問題を生起することなく最も良好に行うことができる。

8 ) チャンバ内に配設する基台にゥエーハを載置するとともに、前記チャンバ内のプラズマを利用して前記ゥェ一八に所定の処理を行うプラズマ C V D装置等のプラズマ処理装置において、上記 5 ) 乃至上記 7 ) に記載する何れか一つのゥエーハ電位の測定装置を備えたことを特徴とする。

この結果、上記 4 ) 乃至 7 ) に記載する作用 ·効果を有するプラズマ C V D装置とすることができ、その性能保証等を容易且つ客観的に行うことができる。さらに、上記知見に基づくゥェ一ハ温度の検出方法に係る発明の構成は次の通りである。

9 ) 基台に載置したゥエーハを直流電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥェ一八の温度を計測しつつ前記直流電圧を変化させて各直流電圧に対する前記ゥヱーハの温度を検出して予め前記ゥェ一八の温度特性を得る一方、前記直流電圧を検出するとともに、このときの電圧値と前記温度特性とを照合することにより前記ゥェ一八の温度を検出することを特徴とするこの結果、ゥエーハのチヤッキングのための電圧を媒介としてこのゥエー八の温度をこのゥエー八に非接触で容易且つ高精度に検出することができる。したがつて、ゥエーハの温度管理を容易に行うことができる。

1 0 ) R Fバイアスの印加により基台に載置されたゥエー八の近傍のイオンを加速するとともに、この R Fバイアスに直流電圧を重畳し、この直流電圧の印加により基台に載置されたゥェ一ハを静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥェ一八の温度を計測しつつ前記直流電圧を変化させ、各直流電圧に対する前記ゥエー八の温度を検出して予め前記ゥエー八の温度特性を得る一方、前記直流電源の出力電圧を検出するとともに、このときの電圧値と前記温度特性とを照合することにより前記ゥェ一八の温度を検出することを特徴とする。

この結果、 R Fバイアスの印加により基台に載置されたゥエーハの近傍のィォンを加速するとともに、この R Fバイアスに直流電圧を重畳し、この直流電圧の印加により基台に載置されたゥエー八を静電的な吸引力で基台側に吸引する場合において、上記 9 ) に記載する発明と同様の作用 ·効果を得る。

1 1 ) 上記 9 ) 又は 1 0 ) に記載するゥエーハ温度の検出方法において、ゥェ一八の裏面に当接する凸部を有する基台であって、凸部を介するゥェ一八との接触面積が異なる複数種類の基台を用意し、各基台の凸部を介する基台とゥエーハとの接触面積が異なることによりダイナミックレンジが異なる複数種類のゥェ一八の温度特性を得る一方、同一条件の何れか一つの温度特性を選択してゥエー八の温度を検出することを特徴とする。

この結果、ダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性を得ることができ、装置の使用温度領域を加味した最適な温度特性を選択することで、ゥェ一八温度の検出精度をさらに向上させることができる。

1 2 ) 上記 9 ) 又は上記 1 0 ) に記載するゥェ一八温度の検出方法において、ゥェ一八の裏面に当接する凸部を有する基台であって、凸部を介するゥェ一ハとの間の距離が異なる複数種類の基台を用意し、各基台の凸部を介する基台とゥエー八との間の距離が異なることによりダイナミツクレンジが異なる複数種類のゥエー八の温度特性を得る一方、同一条件の何れか一つの温度特性を選択してゥエー八の温度を検出することを特徴とする。

この結果、ダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性を得ることができ、装置の使用温度領域を加味した最適な温度特性を選択することができ、ゥエーハ温度の検出精度をさらに向上させることができる。

1 3 ) 上記 9 ) 又は上記 1 0に記載する何れか一つのゥェ一ハ温度の検出方法において、材料が異なる複数種類の基台を用意し、各基台毎にゥェ一八の温度特性を得ることによりダイナミックレンジが異なる複数種類のゥェ一八の温度特性を得る一方、同一条件の何れか一つの温度特性を選択してゥェ一ハの温度を検出することを特徴とする。

この結果、ダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性を得ることができ、装置の使用温度領域を加味した最適な温度特性を選択することで、ゥエーハ温度の検出精度をさらに向上させることができる。ゥエーハ温度の検出装置乃至これを有するプラズマ処理装置に関する発明は次の通りである。

1 4 ) 基台に載置したゥエーハを直流電源の出力電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させて各出力電圧に対する前記ゥェ一八の温度を検出して得る温度特性を記憶している温度特性記憶手段と、前記出力電圧を変化させ得る直流電源である可変直流電源と、この可変直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段とを有し、この電圧検出手段の出力信号である前記可変直流電源の出力電圧を表す電圧信号を前記温度特性記憶手段に入力してこの電圧信号と前記温度特性とを照合することによりゥエー八の温度を特定し、この温度を表す温度信号を出力するように構成したことを特徴とする。

この結果、ゥエー八のチヤッキングのための電圧を媒介としてこのゥェ一ハの温度をこのゥエー八に非接触で容易且つ高精度に検出することができる。したがつて、ゥエー八の温度管理を容易に行うことができる。この結果、例えば成膜等のプラズマ処理が終了し、搬送手段で搬出する際には、搬送装置の熱負荷を低減するため、ゥエーハを所定の温度迄冷却することが望ましいが、この様な場合、所定の温度迄冷却されたことを、ゥェ一八のチヤッキングのための電圧を媒介として管理することができる。

1 5 ) 基台に載置したゥェ一八を直流電源の出力電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させて各出力電圧に対する前記ゥェ一八の温度を検出して得る温度特性を記憶している温度特性記憶手段と、前記出力電圧を変化させ得る直流電源である可変直流電源と、この可変直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段と、基台に載置されたゥェ一八の近傍のイオンを加速するための R Fバイァスを印加する R Fバイアス電源とを有し、基台に載置したゥェ一八を静電的な吸引力で基台側に吸引する直流電圧を、前記 R Fバイアスに重畳して印加するとともに、前記電圧検出手段の出力信号である前記可変直流電源の出力電圧を表す電圧信号を前記温度特性記憶手段に入力してこの電圧信号と前記温度特性とを照合することによりゥエーハの温度を特定し、この温度を表す温度信号を出力するように構成することを特徴とする。

この結果、 R Fバイァスの印加により基台に載置されたゥエー八の近傍のィォンを加速するとともに、この R Fバイアスに直流電圧を重畳し、この直流電圧の印加により基台に載置されたゥェ一ハを静電的な吸引力で基台側に吸引する場合において、上記 1 4 ) に記載する発明と同様の作用 ·効果を得る。

1 6 ) 上記 1 4 ) 又は 1 5 ) に記載するゥェ一ハの温度の検出装置において、温度特性記憶手段には、ダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性を記憶してあり、同一条件の温度特性を選択してこの温度特性に基づき特定したゥェ一八の温度を表す温度信号を出力するように構成したので、

この結果、ダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性を使用することができ、装置の使用温度領域を加味した最適な温度特性を選択することで、ゥエーハ温度の検出精度をさらに向上させることができる。

1 7 ) チャンバ内に配設する基台にゥェ一ハを載置するとともに、前記チヤンバ内のプラズマを利用して前記ゥエーハに所定の処理を行うプラズマ C V D装置等のプラズマ処理装置において、〔請求項 6〕乃至〔請求項 8〕に記載する何れか一つのゥエーハ温度の検出装置を備えたことを特徴とする。

この結果、プラズマ C V D装置において上記 1 4乃至上記 1 6 ) に記載する発明の効果を得ることができ、当該プラズマ C VD装置におけるゥェ一八温度の種々の管理が容易になる。

1 8 ) 上記 1 7 ) に記載するプラズマ処理装置において、所定の条件に対応するゥエーハ温度の管理値を対応付けて記憶しておき、ゥエー八の電位がこの管理値に対応する電位になるように可変電源の出力電圧を制御する制御手段を有することを特徴とする。

この結果、プラズマ C V D装置において設定したゥェ一ハ温度条件への制御を自動的に行うことができ、当該温度条件下で再現性の高いプラズマ処理を行うことができる。図面の簡単な説明

第 1図は、第 7図に示すプラズマ C V D装置において、直流電源の出力電圧を変化させてこれに対するゥヱ一八の温度を測定して得る温度特性を示す特性図である。

第 2図は、本発明の第 1の実施の形態に係るゥエーハ電位の測定装置を組み込んだプラズマ C V D装置を示す構成図である。

第 3図は、第 2図に示す装置におけるゥエーハ電位の特性を示すグラフである第 4図は、本発明の第 2の実施の形態に係るゥエー八の温度の検出装置を組み込んだプラズマ C V D装置を示す構成図である。

第 5図は、第 4図に示す装置の温度特性記憶部に記憶している温度特性を示すグラフである。

第 6図は、異なるダイナミックレンジを有する複数の温度特性を得る場合に用いるサセプ夕の一例を示す説明図である。

第 7図は、従来技術に係るプラズマ C V D装置を示す構成図である。

発明の実施をするための最良の形態

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。

<第 1の実施の形態 >

第 2図は本発明の第 1の実施の形態に係るゥェ一八電位の測定装置を組み込んだプラズマ C VD装置を示す構成図である。同図に示すプラズマ C V D装置は、前記ゥェ一八電位の測定装置を組み込んだ点を除き第 7図に示すプラズマ C V D装置と本質的に異なるところはない。そこで、第 2図中、第 7図と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

第 2図に示すように、ゥエーハ電位の測定装置は、温度検出センサ 2 1、温度検出部 2 2、可変直流電源 2 3、電圧計 2 4、ゥェ一ハ電位検出部 2 5及び表示器 2 6からなる。温度検出センサ 2 1はサセプタ 5を貫通する光ファイバで好適に形成することができる。すなわち、この光ファイバの先端部をサセプ夕 5を貫通させてゥエー八 6の裏面に臨ませ、非接触でゥェ一ハ 6の裏面の状態を表す光信号を得、これを外部に導くように構成すれば良い。光フアバで導出した光信号は赤外線温度計等で形成する温度検出部 2 2でゥェ一八 6の温度を表す電気信号である温度信号に変換する。電圧計 2 4は可変直流電源 2 3の出力電圧を検出してこの出力電圧を表す電圧信号を送出する。ゥエーハ電位検出部 2 5は温度信号と電圧信号とを対応付けて処理し、実質的に第 1図に対応する温度特性のグラフを作成することによりゥエーハ 6の最高温度に対応する可変直流電源 2 3の出力電圧の値を検出し、この電圧値を、ゥェ一八電位を表 7649 すゥェ一ハ電位信号として表示器 2 6に送出する。表示部 2 6はゥエーハ電位信号に基づきゥェ一ハ電位を表示する。ここで、可変直流電源 2 3の出力電圧は、測定作業員が手動により適宜変化させることもできるが、予め定められた手順により自動的に変化させることもできる。この際、最初の測定で最高温度近傍の領域を検出し、次に当該領域内で出力電圧を細かく変化させることにより正確に最高温度に対応する出力電圧、すなわちゥェ一ハ電位を検出することができる。

かかる本実施の形態によれば、ゥェ一ハ 6の温度を媒介としてゥェ一ハ 6に非接触でその電位を検出することができる。すなわち、静電チャック用電極 7 によるゥエーハ 6に対する吸着力がゼ口になつたこと、換言すれば静電チャック用電極 7とゥエーハ 6との電位が同電位になったことを、ゥェ一ハ 6の最高温度を利用して検出することができる。さらに詳言すると、本形態の場合、バィァス用高周波電源 1 1によるバイアス電圧も静電チャック用電極 7に印加されるので、ゥェ一ハ電位は第 3図に示すように正弦的に変化する。ただ、可変直流電源 2 3の出力電圧は当該正弦波の振動中心とアース電位（ゼロ電位）との間の電圧 V_{D C}として与えられる。したがって、ゥエーハ 6の最高温度に対応する電圧 V_{D C}を検出してこれをゥエーハ電位とすることができる。

このように、ゥエーハ 6の電位が検出されると成膜室 3内におけるイオンの量（電流量）が分かる。ゥエーハ 6の電位が測定できれば、この電位に基づく電圧と電流との積が給電アンテナ 1 6に供給した電力であるところ、この供給電力は既知であるからである。ここで、イオン量は、プラズマを形成するガスの流量、圧力、種類等をパラメ一夕とするプラズマ条件で変化する。ちなみに従来、最適なプラズマ条件は試行錯誤により探していた。

これに対し、本形態によれば、イオン量を媒介とした合理的なプラズマ条件の設定を行うことも容易になる。また、バイアス用高周波電源 1 1によるバイァス電圧の値の管理も経験に負うところが大きかったが、本形態によってゥェ —ハ電位を媒介することによりバイアス電圧の値の管理も合理的、且つ容易に行うことができる。上記実施の形態におけるゥエーハ電位の測定装置はプラズマ C VD装置に付属する静電チャックの直流電源を利用して可変直流電源 2 3を構成したが、プラズマ C V D装置の中には、静電チャックを装備しないものも存在する。このように静電チャックを装備していない場合でも、温度検出センサ 2 1、温度検出部 2 2、可変直流電源 2 3、電圧計 2 4、ゥエーハ電位検出部 2 5及び表示器 2 6を追加することで、容易にゥェ一ハ 6の電位を検出することができる。また、上記実施の形態の如く温度検出センサ 2 1乃至表示器 2 6を全て具備する必要は、勿論ない。要は、ゥエーハ 6の温度を測定する温度検出手段、ゥェ一八 6をサセプ夕に静電的に吸着する手段及びこれに直流電圧を印加する可変直流電源を有するもので、ゥェ一八 6の最高温度に対応する直流電源の出力電圧を検出し得る構成となっていれば良い。したがって、上記実施の形態に示すプラズマ C V D装置において、ゥエーハ 6にバイアス電圧を印加する必要がない場合には、コンデンサ及び整合器 1 0を含めバイアス用高周波電源 1 1を省略することができる。ゥェ一ハ 6にバイアスをかけない場合には、ゥエーハ 6 の最高温度に対応する直流電源の電圧がそのままゥエーハ電位となる。

また、ゥエーハ 6にバイアス電圧を印加する場合、すなわちコンデンサ及び整合器 1 0を含むバイアス用高周波電源 1 1を有する場合でも、静電チャック用の直流電源を省略することができる。この場合には、静電チャック用電極 7 に印加するバイアス電圧がチヤッキング用の電圧としても機能する。したがつて、この場合には、バイアス用高周波電源 1 1を可変電圧電源（通常可変電圧電源として構成されている。）としておき、バイアス電圧を変化させてゥエー八 6の最高温度に対応するバイアス電圧値を検出すれば良い。すなわち、このときのバイアス電圧の絶対値がゥエーハ電位となる。

さらに、第 2図は本発明の実施の形態に係るゥェ一ハ電位の測定装置を有するプラズマ C V D装置であるが、これもプラズマ C V D装置に限る必要はない < 一般に、静電的にチヤッキングを行う装置において、ゥエーハ 6の電位を非接触で検出する場合に適用し得る。

<第 2の実施の形態 > 第 4図は本発明の実施の形態に係るゥェ一 Λ温度の検出装置を組み込んだブラズマ C V D装置を示す構成図である。同図に示すプラズマ C V D装置は、前記ゥエー八温度の検出装置を組み込んだ点を除き第 7図に示すプラズマ C V D装置と本質的に異なるところはない。そこで、第 4図中、第 7図と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

第 4図に示すように、ゥェ一ハ温度の検出装置は、ゥエー八 6の温度特性を記憶している温度特性記憶部 3 1、その出力電圧を変化させ得る可変直流電源 3 2 、この可変直流電源 3 2の出力電圧を検出する電圧検出器 3 3、ゥエーハ 6の温度を表示する表示器 3 4及びゥェ一八 6の温度が設定温度 Τになるように可変直流電源 3 2の出力電圧を制御する電圧制御部 3 5を有している。

ここで、温度特性記憶部 3 1の温度特性は、サセプ夕 5に載置したゥエーハ 6 を可変直流電源 3 2の出力電圧の印加による静電的な吸引力でサセプタ 5側に吸引するとともに、このゥエーハ 6の温度を計測しつつ前記可変直流電源 3 2の出力電圧を変化させて各出力電圧に対する前記ゥェ一ハ 6の温度を検出して得る温度特性、すなわち第 1図に示す温度特性を記憶している。かかる温度特性を得るためのゥエーハ 6の温度の検出は、例えば光ファイバの先端部をサセプ夕 5を貫通させてゥェーハ 6の裏面に臨ませ、非接触でゥエーハ 6の裏面の状態を表す光信号を得、これを外部の赤外線温度計に導くことにより容易に行うことができるさらに、温度特性記憶部 3 1には、電圧検出器 3 3の出力信号である電圧信号が供給されており、前記ゥエー八 6の温度特性に基づき前記電圧信号が表す電圧値に対応するゥエー八 6の温度を検出するとともに、この温度を表す温度信号を表示器 3 4に供給するようになっている。この結果、表示器 3 4にはゥェ一ハ 6 の温度が表示される。温度特性記憶部 3 1の出力信号である温度信号は、電圧制御部 3 5にも供給される。このとき電圧制御部 3 5には、ゥエーハ 6の設定温度 Tを表す設定信号が供給されている。電圧制御部 3 5は、前記設定信号と温度信号とを比較し、両者の偏差に基づき設定温度 Τになるように可変直流電源 3 2の出力電圧を制御する。

本形態に係る温度特性記憶部 3 1には、第 5図に示すように、条件を違えて採取したダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性 I、 I I、 I I I、 IVが記憶してある。図 5に示すように、当該温度特性は低温部に行くにしたがってその変化が緩やかになり、この部分では検出温度の精度の悪化が懸念されるが、上述の如くダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性 I、 Π、 I I I、 IVを用意することにより、当該プラズマ C VD装置の運転の際のゥエーハ 6の温度範囲における最も望ましいダイナミックレンジの温度特性を選択して使用することができるからである。

このように、ダイナミックレンジが異なる温度特性を採取するためには次の様な方法が考えられる。例えば、第 6図に示すように、サセプ夕 5の表面をェンポス加工して多数の凸部 5 aを形成し、ゥエーハ 6をこの凸部 5 aを介して載置するように構成した複数種類のサセプ夕 5を用意し、同一のプラズマ条件の下で各サセプタ 5を用いてゥェ一ハ 6の温度特性を採取すれば良い。このとき、サセプ夕 5の凸部 5 aの数又は大きさを変えることによりゥェ一ハ 6との接触面積を変えることができ、接触面積が小さいほど高温域のダイナミックレンジを有する温度特性を得ることができる。また、サセプタ 5の凸部 5 aの高さを変えることによってもダイナミックレンジを変えることができる。この場合には、凸部 5 aの高さが高いほど高温域のダイナミックレンジを有する温度特性を得ることができる。さらに、サセプ夕 5の材質を違えることによつても複数種類の温度特性を得ることができる。材質によって抵抗率に差があり、静電チャック用電極 7に印加する電圧が一定であってもゥェ一ハ 6を吸引する吸引力が異なり、サセプ夕 5による冷却効率が一様ではないからである。複数種類のダイナミックレンジの何れかを選択する際には、同一条件でプラズマ C V D装置を運転すること、すなわち温度特性を採取したサセプ夕 5と同一のサセプ夕 5を使用することが前提となる。

かかる本実施の形態によれば、可変直流電源 3 2の出力電圧を媒介としてゥェ —ハ 6の温度を検出することができる。すなわち、可変直流電源 3 2の出力電圧値とゥェ一ハ 6の温度との対応関係を利用してゥエーハ 6の温度を管理することができる。また、このときのゥェ一ハ 6の温度を表す温度信号を得るので、これを利用してフィードバック制御を行うこともでき、ゥエーハ 6を自動的に設定温度に保持した状態でのプラズマ C V D装置における成膜等のプラズマ処理を保証し得る。このとき、例えば光ファイバの先端部をサセプ夕 5を貫通させてゥェ一八 6の裏面に臨ませ、非接触でゥェ一八 6の裏面の状態を表す光信号を得、これを外部の赤外線温度計に導くこと等により、ゥエーハ 6の実際の温度を知ることができる場合には、このときの温度の実測値を表す信号を電圧制御部 3 5にフィードバックしてゥェーハ 6の温度を制御するようにしても良い。この場合の方が前者に較べ、構成は多少複雑にはなるが、より精度の高い制御を行うことができる。

上記実施の形態におけるゥエー八の温度の検出装置は、その温度特性記憶部 3 1にダイナミックレンジが異なる複数の温度特性を記憶するようにしたが、これは少なくとも一種類の温度特性を記憶するものであれば本発明の技術思想に含まれる。また、温度特性記憶部 3 1の出力電圧を利用したフィードバックループを形成することも必須ではない。温度特性記憶部 3 1における直流電圧との照合によりゥェ一八の温度の検出を行うものであれば本発明の技術思想に含まれる。本形態に係るゥェ一八の温度の検出装置を適用する機器も、上記実施の形態の装置、すなわちバイアス用高周波電源 1 1を有するプラズマ C V D装置に限定する必要はなく、また上記実施の形態に示すプラズマ C V D装置において、ゥエー八 6にバイアスを印加する必要がない場合には、コンデンサ 9及び整合器 1 0を含めバイアス用高周波電源 1 1を省略することができる。逆に、バイアス用高周波電源 1 1を可変 R Fバイアス電源とすることにより可変直流電源 3 2を省略することもできる。この場合には可変 R Fバイアス電源をゥェ一ハの吸引用の電源としても兼用することになる。すなわち、このときの温度特性記憶部 3 1に記憶する温度特性は可変 R Fバイアス電源の出力電圧を変化させながら各出力電圧に対応するゥェ一ハ 6の温度を検出することにより得る。

さらに、本形態に係るゥェ一八の温度の検出装置を適用する装置を、プラズマ C V D装置に限定するものでもない。サセプタ 5等の基板に静電力によりゥエーハ 6を吸引して所定のプラズマ処理を行う装置であれば一般に適用し得る。産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係るゥエーハ電位又は温度の測定方法及び装置並びにこれを有するプラズマ処理装置は、特にプラズマ処理装置により処理するゥエーハ上への成膜等の処理の再現性を保証する際及び前記ゥエーハの温度管理を行う際に適用して有用なものである。

Claims

請求の範囲

1 . 基台に載置したゥェ一八を直流電源の出力電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させ、前記ゥエー八の温度が最大になった時点での前記直流電源の出力電圧に基づきゥェ一八の電位を検出することを特徴とするゥェ一ハ電位の測定方法。

2 . 基台に載置したゥエーハを静電チャックの静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記静電チャックの直流電源の出力電圧を変化させ、前記ゥェ一ハの温度が最大になった時点での前記直流電源の出力電圧に基づきゥエー八の電位を検出することを特徴とするゥェ一ハ電位の測定方法。

3 . R Fバイァスの印加により基台に載置されたゥェ一八の近傍のイオンを加速するとともに、この R Fバイアス電圧に直流電源の出力電圧を重畳し、この直流電源の出力電圧の印加により基台に載置されたゥエーハを静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエーハの温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させ、前記ゥエー八の温度が最大になった時点での前記直流電源の出力電圧に基づきゥエー八の電位を検出することを特徴とするゥエーハ電位の測定方法。

4 . 基台に載置したゥェ一八を静電的な吸引力で基台側に吸引する直流の出力電圧を印加するとともに前記出力電圧を変化させることができるように構成した可変直流電源と、

前記ゥエー八の温度を検出する温度検出手段とを有することを特徴とするゥェ一八電位の測定装置。

5 . 請求の範囲第 4項に記載するゥェ一ハ電位の測定装置において、可変直流電源は、静電チヤックの直流電源の出力電圧を変化させることができるように構成したものであることを特徴とするゥエーハ電位の測定装置。

6 . 基台に載置されたゥェ一八の近傍のイオンを加速するための R Fバイァス電源と、

基台に載置したゥェ一八を静電的な吸引力で基台側に吸引する直流の出力電圧を、前記 R Fバイアス電源の出力に重畳して印加するとともに、前記直流の出力電圧を変化させることができるように構成した可変直流電源と、

7 . 請求の範囲第 4項乃至第 6項に記載する何れか一つのゥエーハ電位の測定装置における温度検出手段は、非接触でゥェ一八の温度を検出する赤外線温度計等の非接触式温度検出手段であることを特徴とするゥエーハ電位の測定装置。

8 . チャンバ内に配設する基台にゥエーハを載置するとともに、前記チャンバ内のプラズマを利用して前記ゥエー八に所定の処理を行うプラズマ C V D装置等のプラズマ処理装置において、

請求の範囲第 4項乃至第 7項に記載する何れか一つのゥエーハ電位の測定装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

9 . 基台に載置したゥエーハを直流電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記直流電圧を変化させて各直流電圧に対する前記ゥエー八の温度を検出して予め前記ゥエー八の温度特性を得る一方、

前記直流電圧を検出するとともに、このときの電圧値と前記温度特性とを照合することにより前記ゥエー八の温度を検出することを特徴とするゥェ一ハ温度の検出方法。

1 0 . R Fバイアスの印加により基台に載置されたゥエーハの近傍のイオンを加速するとともに、この R Fバイアスに直流電圧を重畳し、この直流電圧の印加により基台に載置されたゥェ一八を静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記直流電圧を変化させ、各直流電圧に対する前記ゥエー八の温度を検出して予め前記ゥェ一八の温度特性を得る一方、前記直流電源の出力電圧を検出するとともに、このときの電圧値と前記温度特性とを照合することにより前記ゥエー八の温度を検出することを特徴とするゥェ —ハ温度の検出方法。

1 1 . 請求の範囲第 9項又は第 1 0項に記載するゥエー八温度の検出方法において、

ゥェ一八の裏面に当接する凸部を有する基台であって、凸部を介するゥエーハとの接触面積が異なる複数種類の基台を用意し、各基台の ύ部を介する基台とゥェ一八との接触面積が異なることによりダイナミックレンジが異なる複数種類のゥェ一ハの温度特性を得る一方、

同一条件の何れか一つの温度特性を選択してゥエー八の温度を検出することを特徴とするゥェ一八温度の検出方法。

1 2 . 請求の範囲第 9項又は第 1 0項に記載するゥェ一八温度の検出方法において、

ゥエー八の裏面に当接する凸部を有する基台であって、凸部を介するゥエーハとの間の距離が異なる複数種類の基台を用意し、各基台の凸部を介する基台とゥェ一八との間の距離が異なることによりダイナミックレンジが異なる複数種類のゥエー八の温度特性を得る一方、

1 3 . 請求の範囲第 9項又は第 1 0項に記載する何れか一つのゥェ一ハ温度の検出方法において、材料が異なる複数種類の基台を用意し、各基台毎にゥエー八の温度特性を得ることによりダイナミックレンジが異なる複数種類のゥェ一八の温度特性を得る一方、

同一条件の何れか一つの温度特性を選択してゥエー八の温度を検出することを特徴とするゥェ一ハ温度の検出方法。

1 4 . 基台に載置したゥエーハを直流電源の出力電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥェ一八の温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させて各出力電圧に対する前記ゥエー八の温度を検出して得る温度特性を記憶している温度特性記憶手段と、

前記出力電圧を変化させ得る直流電源である可変直流電源と、

この可変直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段とを有し、

この電圧検出手段の出力信号である前記可変直流電源の出力電圧を表す電圧信号を前記温度特性記憶手段に入力してこの電圧信号と前記温度特性とを照合することによりゥェ一ハの温度を特定し、この温度を表す温度信号を出力するように構成したことを特徴とするゥエーハ温度の検出装置。

1 5 . 基台に載置したゥ工一八を直流電源の出力電圧の印加による静電的な吸引力で基台側に吸引するとともに、このゥエー八の温度を計測しつつ前記直流電源の出力電圧を変化させて各出力電圧に対する前記ゥェ一八の温度を検出して得る温度特性を記憶している温度特性記憶手段と、

この可変直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段と、

基台に載置されたゥエー八の近傍のイオンを加速するための R Fバイアスを印加する R Fバイアス電源とを有し、

基台に載置したゥェ一ハを静電的な吸引力で基台側に吸引する直流電圧を、前記 R Fバイアスに重畳して印加するとともに、前記電圧検出手段の出力信号である前記可変直流電源の出力電圧を表す電圧信号を前記温度特性記憶手段に入力してこの電圧信号と前記温度特性とを照合することによりゥエー八の温度を特定し、この温度を表す温度信号を出力するように構成したことを特徴とするゥヱーハ温度の検出装置。

1 6 . 請求の範囲第 1 4項又は第 1 5項に記載するゥエー八の温度の検出装置において、

温度特性記憶手段には、ダイナミックレンジが異なる複数種類の温度特性を記憶してあり、同一条件の温度特性を選択してこの温度特性に基づき特定したゥェ一八の温度を表す温度信号を出力するように構成したことを特徴とするゥエー八温度の検出装置。

1 7 . チャンバ内に配設する基台にゥェ一ハを載置するとともに、前記チヤンバ内のプラズマを利用して前記ゥエー八に所定の処理を行うプラズマ C VD装置等のプラズマ処理装置において、

請求の範囲第 1 4項乃至第 1 6項に記載する何れか一つのゥエーハ温度の検出装置を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

1 8 . 請求の範囲第 1 7項に記載するプラズマ処理装置において、所定の条件に対応するゥエーハ温度の管理値を対応付けて記憶しておき、ゥェ一八の電位がこの管理値に対応する電位になるように可変電源の出力電圧を制御する制御手段を有することを特徴とするゥェ一ハ温度の検出装置。