(57)【要約】【課題】静電チャックにて処理すべき基板の破損につながる基板状態を的確に把握する。【解決手段】電極（３ａ、３ｂ）を有するチャック本体（１）と、基板の外周縁部が面接触可能なリブ部（２ａ）及びリブ部（２ａ）で囲繞された内部空間（２ｂ）に所定の間隔を存して立設された複数個の支持部（２ｃ）を有する誘電体たるチャックプレート（２）と、内部空間に所定のガスを導入するガス導入手段とを備え、チャックプレートで基板を吸着し、かつ、前記内部空間に所定ガスを供給してガス雰囲気の形成し得る静電チャックにて基板を保持する場合、交流電源を介してチャックプレートの静電容量を通る交流電流を流してその電流値を監視し、ガス導入手段を介して前記ガスを流して当該ガス流量を監視し、電流値及びガス流量のうち少なくとも一方の変化量から基板状態の管理し、基板の破損を招かないようにする。
2010041409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電極を有するチャック本体と、処理すべき基板の外周縁部が面接触可能なリブ部及び前記リブ部で囲繞された内部空間に所定の間隔を存して立設された複数個の支持部を有する誘電体たるチャックプレートと、前記内部空間に所定のガスを導入するガス導入手段とを備え、電極間に所定の電圧を印加してチャックプレートで基板を吸着し、かつ、前記内部空間に所定のガスを供給してガス雰囲気の形成し得る静電チャックにて基板を保持する場合、当該基板の破損を招かないように基板状態を管理する基板管理方法であって、
交流電源を介してチャックプレートの静電容量を通る交流電流を流してその電流値を監視すると共に、ガス導入手段を介して前記ガスを流して当該ガス流量を監視し、電流値及びガス流量のうち少なくとも一方の変化量から前記基板状態の管理を行うことを特徴とする基板管理方法。
【請求項２】
前記電流値及びガス流量のうち少なくとも一方の変化量が所定の閾値を超えると、基板の破損につながる基板状態であると判断し、両電極間に印加する直流電圧及びガス導入手段からのガスの流量のうち少なくとも一方を制御して前記基板状態を解消することを特徴とする請求項１記載の基板管理方法。
【請求項３】
前記基板をチャックプレートに載置した後、前記電極に電圧を印加する前に交流電流を流してその電流値を監視し、所定の閾値を超えていると、基板不良と判断することを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板管理方法。
【請求項４】
前記基板の吸着状態から電圧の印加を停止した後、前記電流値からチャックプレートからの基板の脱離可能状態を判断することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板管理方法に関し、より詳しくは、主としてシリコンウエハを処理すべき基板とし、所謂双極型の静電チャックにて基板を吸着して保持した状態で所定の処理を施す場合に、シリコンウエハの吸着中及びその吸着前後で基板が破損しないように基板状態を管理するためのものに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、熱処理やエッチング処理などの各種の処理が行われ、これらの処理を行う真空処理装置では、真空雰囲気中の処理室にて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が設けられている。従来、静電チャックとしては、正負の電極を埋設したチャック本体上面に、誘電体たるチャックプレートを装着してなる所謂双極型のものが例えば特許文献１で知られている。【０００３】
また、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むと共に、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同心状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、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。【０００４】
ところで、上記構成の静電チャックでは、ウエハの加熱冷却時、当該ウエハと静電チャックとの熱膨張差によりチャックプレートのリブ部や支持部がウエハで擦られて次第に摩耗する。このため、上記特許文献１のように、交流電源を介してチャックプレートの静電容量を通る交流電流を流して電流値を監視することでその使用限界を可及的速やかに判断し、ウエハの吸着不良等に起因した処理室内でのウエハの破損を防止して生産性を向上することが従来から行われている。【０００５】
他方で、最近では生産性の更なる向上のため、ウエハを大径かつ薄肉のもの（７００μｍ以下の厚さ）にする傾向がある。このようなウエハには、所定の処理により様々な方向の反りが生じ、また、いずれかの処理中においてもウエハの加熱や冷却によりウエハの反り状態が変化することになる。このため、処理中だけでなく、静電チャックにて反りの生じたウエハを保持するときや処理後にウエハの吸着を解除して搬送する際に、ウエハが破損する場合がある。その結果、静電チャックの使用限界を判断するだけでは、製品歩留りを向上しつつ生産性を向上できないという不具合が生じ、ウエハ状態を如何に管理するかが重要になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−３２１１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、静電チャックにて処理すべき基板の破損につながる基板状態を的確に把握し得る基板管理方法を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、複数個の電極を有するチャック本体と、処理すべき基板の外周縁部が面接触可能なリブ部及び前記リブ部で囲繞された内部空間に所定の間隔を存して立設された複数個の支持部を有する誘電体たるチャックプレートと、前記内部空間に所定のガスを導入するガス導入手段とを備え、電極間に所定の電圧を印加してチャックプレートで基板を吸着し、かつ、前記内部空間に所定のガスを供給してガス雰囲気の形成し得る静電チャックにて基板を保持する場合、当該基板の破損を招かないように基板状態を管理する基板管理方法であって、交流電源を介してチャックプレートの静電容量を通る交流電流を流してその電流値を監視すると共に、ガス導入手段を介して前記ガスを流して当該ガス流量を監視し、電流値及びガス流量のうち少なくとも一方の変化量から前記基板状態の管理を行うことを特徴とする。【０００９】
本発明によれば、上記構成の静電チャックにて基板を吸着した状態で加熱処理や成膜処理等の所定の処理を施すことで、リブ部と基板の外周面との間の間隙が大きくなる方向（引張方向）への基板の反りが大きくなると、前記隙間を介した内部空間からのガスの漏洩量が変化することでガス導入手段からのガス供給量が変化する。他方、基板中央部が内部空間から離間する方向（圧縮方向）への基板の反りが大きくなると、静電容量が変化することでインピーダンスが増加し、これにより電流値が変化する。【００１０】
このように本発明においては、静電チャックにて基板を吸着している間、基板がいずれかの方向に反ったり、その反りが大きくなったりすると、それに応じて、ガス流量またはインピーダンス、ひいては交流電流値の変化が大きくなることで基板の破損につながる基板状態を的確に把握できる。その結果、処理室内での基板の破損を確実に防止して製品歩留りを向上しつつ生産性を向上できる。【００１１】
尚、本発明においては、前記電流値及びガス流量のうち少なくとも一方の変化量が所定の閾値を超えると、基板の破損につながる基板状態であると判断し、両電極間に印加する直流電圧及びガス導入手段からのガスの流量のうち少なくとも一方を制御して前記基板状態を解消する構成を採用すれば、基板に無理な応力が加わることを防止して確実に基板の破損を防止できる。【００１２】
また、前記基板をチャックプレートに載置した後、前記電極に電圧を印加する前に交流電流を流してその電流値を監視し、所定の閾値を超えていると、基板不良と判断する構成を採用しておけば、必要以上に反りが生じている基板を静電チャックにて無理矢理吸着することで破損することを防止できてよい。【００１３】
さらに、前記基板の吸着状態から電圧の印加を停止した後、前記電流値からチャックプレートからの基板の脱離可能状態を判断する構成を採用すれば、吸着解除直後に残留電荷の影響を受けて未だ基板が吸着されている状態で、例えば基板を搬送するためにリフトアップしたり、搬送ロボットをアクセスさせることで処理室内にて基板が破損することを確実に防止できてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】静電チャックの構成を説明する図。
【図２】基板たるウエハの反りを模式的に説明する図。
【図３】ウエハの反りに応じたインピーダンス及びガス流量の変化を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、熱処理やエッチング処理などの処理を行う真空処理装置内に配置された静電チャックＣにてウエハＷが破損しないように管理する本発明の実施の形態の基板管理方法を説明する。
【００１６】
図１に示すように、静電チャックＣは、図示省略の処理室内の底部に配置されるチャック本体１と、このチャック本体１の上面に設けられた誘電体たるチャックプレート２とから構成される。例えば窒化アルミ製のチャック本体１には図示省略の絶縁層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の直流電源Ｅ１から直流電圧が印加できるようになっている。
【００１７】
また、チャック本体１には、上下方向に貫通するガス通路４が形成され、このガス通路４の下端は、マスフローコントローラ５を介設したガス管６を介してＡｒガス等の不活性ガスを収容したガス源７に連通し、これらの部品が本実施の形態のガス導入手段を構成する。さらに、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８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、本実施の形態では、ヒータ８のみを設けたものを例に説明しているが、これに限定されるものではなく、公知の冷却手段を組み付けて構成してもよい。
【００１８】
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で同心状に立設された複数個の棒状の支持部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を支持するようになっている。
【００１９】
そして、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、ガス導入手段を介してＡｒガスを供給すると、上記内部空間２ｂにＡｒガス雰囲気が形成し得る。これにより、ヒータ８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Ａｒ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。
【００２０】
なお、ウエハＷ裏面の外周縁部とリブ部２ａとの間にはシール部材を設けていないので、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しているように場合でも微量（例えば０．０１〜０．０３ｓｃｃｍ）の不活性ガスが漏れることとなる。
【００２１】
ここで、ウエハＷには、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えばそれ自体の応力やウエハＷ表面に形成した薄膜の応力により圧縮方向または引張方向の反りが生じている。このようなウエハＷを静電チャックＣに吸着するとき、静電チャックＣでウエハＷを吸着して加熱処理や成膜処理する間、または、処理後に静電チャックＣの吸着を解除して搬送するときに基板が破損（割れやかけ等をいう）しないように管理する必要がある。
【００２２】
本実施の形態では、上記ウエハの状態を把握するために、チャック電源Ｅ内の直流電源Ｅ１に交流電源Ｅ２を直列に接続し（図示せず）、交流電源Ｅ２から静電チャック１の静電容量を通る交流電流を流し、公知の電流計Ａにて測定した電流値からインピーダンスを監視すると共に、マスフローコントローラ５の下流側でガス管６に公知のマスフローメータ９を介設してＡｒガスのガス流量を監視することとした。
【００２３】
以下に、図３を参照して、静電チャックＣにて反りの生じたウエハＷを吸着する場合をウエハＷに圧縮方向の反りが生じているものを例にウエハＷ状態を管理し得ることを説明する。本実施の形態では、図１中に仮想線で示すように公知のレーザ変位計をウエハＷの中心位置の上方に配置し、当該中心位置での変位量を測定することとした。ここで、図３中、の二点鎖線ａで示すものはインピーダンスの変化、実線ｂはガス流量の変化、一点鎖線ｃは変位量及、点線ｄは電流値、そして、実線ｅは電極への直流電圧の変化を示している。
【００２４】
先ず、チャックプレート２表面にウエハＷを載置した後に交流電源Ｅ２を介して交流電流を流し、そのときの電流計Ａでの電流値から静電容量のインピーダンスを測定すると共に、レーザ変位計にてウエハＷの中心位置における変位量を測定する。
【００２５】
次に、チャック電源Ｅの直流電源Ｅ１を介して両電極３ａ、３ｂ間に所定の直流電圧（例えば、４００Ｖ）を印加してチャックプレート２表面にウエハＷを吸着する。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してウエハＷが略水平な状態となる（図１参照）。このときのインピーダンス及び中心位置を測定すると、インピーダンスは低下（約１０ｋΩ低下）し、ウエハＷの中心位置もチャックプレート２側に変位している。この状態で、ガス導入手段を介してＡｒガスを内部空間２ｂに一定の流量で導入してそのガス流量をマスフローメータ９で測定すると、その当初の流量が多くなり、時間の経過と共に一定の値を示すようになる。そして、Ａｒガス導入と同時にヒータ８を作動させてウエハＷを所定温度（例えば４００℃）に加熱して所定時間保持した。
【００２６】
ウエハＷの加熱中、電流計で測定した電流値は略一定であり、その結果、インピーダンスも略一定となり、また、ガス流量及び変位量も殆ど変化しない。そして、所定時間経過後、ヒータ８及びＡｒガスの導入を停止し、両電極３ａ、３ｂ間への電圧の印加を停止し、このときの電流値、ひいてはインピーダンスを測定すると、吸着前のものより約２割高くなり、レーザ変位計で測定すると、吸着前のものより変位量が大きくなってウエハＷの圧縮方向の反りが大きくなった。
【００２７】
これにより、インピーダンスからウエハＷの反り状態を的確に管理できることが判る。また、レーザ変位計による測定により、ウエハＷの圧縮方向の反りが生じている場合には、インピーダンスとウエハＷの変位量には相関があり、略比例関係となることが判る。以上のことから、インピーダンス、ひいては電流値を測定すれば、ウエハＷの反り量が判断でき、これを管理すれば、ウエハＷの破損に通じる状態を適格に管理できる。このように本実施の形態では、インピーダンス、ひいては電流値の変化からウエハＷの破損につながる状態を的確に把握できるため、特に処理室内でのウエハＷの破損を確実に防止して製品歩留りを向上しつつ生産性を向上できる。
【００２８】
なお、処理中にインピーダンス、ひいては電流値が所定の閾値を超えて変化した場合には、ウエハの破損につながる状態であると判断し得る。このような場合には、所定の処理を適宜中止しながら、両電極３ａ、３ｂ間に印加する直流電圧及びガス導入手段からのガス流量のうち少なくとも一方を制御してウエハＷに無理な応力が加わる状態を解消する。これにより、処理室内でのウエハＷの破損を防止できる。なお、閾値については、ウエハＷのサイズや厚さを考慮して適宜設定すればよい。
【００２９】
また、インピーダンスとウエハＷの変位量には相関があることに鑑み、ウエハＷをチャックプレート２上に載置した後、電極３ａ、３ｂに直流電圧を印加する前に交流電流を流して電流値、ひいてはインピーダンスを監視し、所定の閾値を超えていると、必要以上の反りがウエハＷに生じており、静電チャックＣにて無理矢理吸着すれば破損し得ると判断することで、処理室内でのウエハＷの破損を防止できる。
【００３０】
他方で、ウエハＷの吸着状態から直流電圧の印加を停止した後、インピーダンスからチャックプレート２からのウエハＷの脱離可能状態を判断する構成を採用すれば、吸着解除直後に残留電荷の影響を受けて未だ吸着されている状態で、例えば、ウエハＷを搬送するためにリフトアップや搬送ロボットをアクセスさせることで破損することを確実に防止できる。
【００３１】
さらに、本実施の形態では、圧縮方向の反りが生じている場合を主として説明したが、図２（ｂ）に示すように、処理中やその前後においてウエハＷが引張方向の反りを生じている場合には、チャックプレート２にウエハＷを吸着しても、リブ部２ａとウエハＷの外周縁部とは面接触せず、両者の間の隙間が大きくなって漏洩するガス量が大きる。その結果、マスフローメータ９で測定しているガス流量も変化する。このように、ガス流量とウエハＷの引張方向の反り量とには相関があることから、ガス流量を管理すれば、ウエハＷの反り量が判断でき、これを管理すれば、ウエハＷの破損に通じる状態を適格に管理でき、上記と同様にして処理室内でのウエハＷの破損を防止できる。
【符号の説明】
【００３２】
Ｃ  静電チャック
１  チャック本体
２  チャックプレート
２ａ  リブ部
２ｂ  内部空間
２ｃ  支持部
３ａ、３ｂ  電極
５  マスフローコントローラ（ガス導入手段）
７  ガス源（ガス導入手段）
９  マスフローメータ
Ａ  電流計
Ｅ  チャック電源
Ｗ  ウエハ
【図１】
2010041409.tif 000003
【図２】
2010041409.tif 000004
【図３】
2010041409.tif 000005
【国際調査報告】
2010041409.tif 000006
2010041409.tif 000007
2010041409.tif 000008
2010041409.tif 000009