(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いた処理槽と、
前記処理槽内に配され、基板を一面に接して載置する支持体と、
前記支持体に付属し、前記一面近傍の温度を測定する手段と、
前記支持体に付属し、前記一面近傍の温度を制御する手段と、
前記基板の近傍にプラズマを発生させる手段と、を備えてなるプラズマ処理装置を用い、
プラズマを発生させる前に、前記温度を測定する手段によって、前記一面近傍の第一温度Ｔ１を測定し、
プラズマを発生させた後に、前記温度を測定する手段によって、前記一面近傍の第二温度Ｔ２を測定し、
前記第一温度と前記第二温度の差分を求め、（Ｔ２−Ｔ１）＞０となる場合に、前記支持体に対する前記基板の吸着状態を正常と判定する基板吸着状態の判定方法であって、
前記温度を制御する手段が冷媒を循環させるシステムである、ことを特徴とする基板吸着状態の判定方法。
【請求項２】
前記支持体に対する前記基板の吸着状態を一枚単位で判定する、ことを特徴とする請求項１に記載の基板吸着状態の判定方法。
【請求項３】
前記支持体の一面のうち、基板と接触する部位がシリコーンラバープレートからなり、前記シリコーンラバープレートに重なるように前記基板が配される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の基板吸着状態の判定方法。
【請求項４】
前記温度を測定する手段が熱電対を含むシステムである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板吸着状態の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板吸着状態の判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に対する成膜やエッチング等の工程において、プラズマを用いた処理は、基板を支持部材に載置し、固定した状態で行われる。基板を支持部材に固定する手段としては、静電チャック方式の基板吸着装置が、広く用いられている。この静電チャック方式の基板吸着装置は、プラズマ処理層内のサセプタ上部に固定されるものであり、例えば、円盤状の誘電体からなる静電チャックプレートに、吸着電極が内在した構成となっている。そして、プラズマを用いて処理する際に、静電チャックプレート中の吸着電極に対して電圧を印加し、帯電した吸着電極から発生する電気的な引力により、基板を静電チャックプレートに吸着保持できるように構成されている。
【０００３】
ところが、基板と静電チャックプレートの間に異物があったり、基板が沿っていたりする場合には、基板と静電チャックプレートの間の距離が変動してしまい、安定した吸着力が維持できなくなる虞がある。またその場合には、吸着力が基板面内の位置によってばらついてしまう虞がある。安定性、面内均一性を欠いた不完全な吸着状態で、成膜やエッチング等の処理を行った場合、基板面内における処理ばらつきが生じやすくなる。こうした処理ばらつきによる歩留り低下を避ける従来の方法として、基板吸着状態を判定し、異常を検出する方法が、特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１によれば、基板と静電チャックプレートとの間の領域にガスを導入し、この領域におけるガスの圧力変化を測定することにより、基板吸着状態を判定することができる。そして、判定の結果により吸着状態が不完全であることが確認された場合、基板を無駄に処理することを避けることができ、別途対策を立てることにより、歩留り低下を避けることができる。
【０００５】
しかしながら、このような方法で基板吸着状態を判定する場合、従来の基板吸着装置に対し、基板と静電チャックプレートの間の領域に圧力測定用のガスを導入する機能および該ガスを蓄える設備を追加するための大規模な改造が必要となる。
【０００６】
また、判定を行うたびにガスが消費されるため、ガスの残量が一定に保たれるように補充する必要がある。ガスの残量管理およびガス補充にともなう手間とコストが余計にかかってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−８７４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、プラズマに曝されない雰囲気からプラズマに曝される雰囲気に移行する際に、プラズマを発生させる前の、支持体の基板と接する一面近傍の温度（第一温度Ｔ１）と、プラズマを発生させた後の、該一面近傍の温度（第二温度Ｔ２）を測定し、第一温度と第二温度の差分を求め、（Ｔ２−Ｔ１）＞０となる場合に、基板の支持体との吸着状態が正常であると判定する、基板吸着状態の判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る基板吸着状態の判定方法は、プラズマを用いた処理槽と、前記処理槽内に配され、基板を一面に接して載置する支持体と、前記支持体に付属し、前記一面近傍の温度を測定する手段と、前記支持体に付属し、前記一面近傍の温度を制御する手段と、前記基板の近傍にプラズマを発生させる手段と、を備えてなるプラズマ処理装置を用い、プラズマを発生させる前に、前記温度を測定する手段によって、前記一面近傍の第一温度Ｔ１を測定し、プラズマを発生させた後に、前記温度を測定する手段によって、前記一面近傍の第二温度Ｔ２を測定し、前記第一温度と前記第二温度の差分を求め、（Ｔ２−Ｔ１）＞０となる場合に、前記支持体に対する前記基板の吸着状態を正常と判定する基板吸着状態の判定方法であって、前記温度を制御する手段が冷媒を循環させるシステムである、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る基板吸着状態の判定方法は、請求項１において、前記支持体に対する前記基板の吸着状態を一枚単位で判定する、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る基板吸着状態の判定方法は、請求項１または２において、前記支持体の一面のうち、基板と接触する部位がシリコーンラバープレートからなり、前記シリコーンラバープレートに重なるように前記基板が配される、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る基板吸着状態の判定方法は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記温度を測定する手段が熱電対を含むシステムである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る基板吸着状態の判定方法においては、プラズマ処理の開始前後における、支持体の基板と接する一面近傍の温度差を判定基準としている。したがって、本発明に係る基板吸着状態の判定方法を実現する上で、従来の判定方法に用いられるようなガスの圧力変化の測定にともなう設備を必要とせず、プラズマを用いたあらゆる構成の装置、あらゆるプロセス条件によって行われる処理に対して適用し、基板の吸着状態を判定することができる。そして、判定の結果、基板吸着状態が不完全であることが確認された場合には、基板を無駄に処理することを避けることができ、別途対策を立てることにより、歩留り低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）基板が正常に吸着されるプラズマ処理装置の側面からみた断面図である。（ｂ）プラズマ処理装置内部に配された支持体の、上面からみた断面図である。（ｃ）プラズマ処理装置のうち、温度測定手段の測定端子近傍を拡大した断面図である。
【図２】（ａ）基板が正常に吸着されないプラズマ処理装置の側面からみた断面図である。（ｂ）プラズマ処理装置のうち、温度測定手段の測定端子近傍を拡大した断面図である。
【図３】各基板のプラズマ処理後における支持体の温度を比較した図である。
【図４】（ａ）プラズマ処理に際し、基板の支持部材への正常な吸着状態を示す図である。（ｂ）プラズマ処理に際し、基板の支持部材への異常な吸着状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
【００２１】
＜第一実施形態＞
図１（ａ）は第一実施形態に係るプラズマ処理装置１００と、それに付設される、基板が載置される支持体の温度を測定する手段（温度測定手段）１０４と、基板が載置される支持体の温度を制御する手段（温度制御手段）１０５との概略構成を示す図である。プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理槽１０１と、処理槽内部の底面に配された、被処理基板１０２の支持体１０３と、上部電極１０９および下部電極をなす支持体１０３で構成されるプラズマを発生させる手段と、処理槽の外側に配され、プラズマの分布を制御する磁場発生手段Ｍと、を備える。
【００２２】
支持体１０３は、シリコーンラバープレート１０７と、それを支持する台（支持台）１０８とからなる。シリコーンラバープレート１０７は、支持台１０８の基板１０２が載置される側の面に配される。
【００２３】
シリコーンラバープレート１０７は、少なくとも基板１０２が接して配される領域においては、平坦な形状をなす。また、シリコーンラバープレート１０７は、その内部に吸着電極対（不図示）を備えた静電チャック方式の基板吸着体をなす。
【００２４】
支持台１０８は、冷媒等を循環させる流路（循環流路）１０６を内部に備えている。図１（ｂ）は、図１（ａ）の支持台１０８をＢ−Ｂ線において切断した断面を示す図である。循環流路１０６は、図１（ｂ）に示すように、支持台１０８の内部で閉じるように構成されている。そして、流路内の１箇所に開口部１０５Ｈが設けられ、ここから冷媒等の供給および排出を行う。すなわち、開口部１０５Ｈにおいて循環流路１０６内に供給された冷媒等が、循環流路１０６を時計回り、反時計回りなどの方向Ｆに循環し、開口部１０５Ｈにおいて循環流路１０６外に排出される。
【００２５】
温度制御手段１０５は、循環流路１０６内において冷媒等を循環させるシステムをなす。循環流路１０６内に冷媒等を供給することにより、冷却された支持体１０３は、これに接する基板１０２から熱Ｑ１を吸収する。すなわち温度制御手段は、支持体１０３に接する基板１０２を、支持体１０３を介して間接的に冷却し、基板１０２の温度が所定の温度となるように制御する。
【００２６】
なお、図１（ａ）では、冷媒等を、循環流路１０６へ供給する流路（供給流路）と循環流路１０６から排出する流路（排出流路）とが、同一流路として構成された例を示しているが、供給流路と排出流路は互いに別々の流路として構成されてもよい。
【００２７】
温度測定手段１０４は、測定端子に熱電対を備えた温度センサーを含み、この測定端子を接触させることにより、シリコーンラバープレート１０７の温度を測定するシステムをなす。温度測定手段１０４の測定端子を備えた一端側はシリコーンラバープレート１０７に内在し、温度測定手段１０４の残部を備えた他端側は処理槽１０１外に配されている。
【００２８】
基板１０２は、シリコーンラバープレート１０７に接して配されるため、プラズマ雰囲気Ｐから吸収した熱Ｑ２などの基板１０２の有する熱は、シリコーンラバープレート１０７に移動する。したがって、シリコーンラバープレート１０７の温度変化は、基板１０２の温度変化にほぼ比例し、シリコーンラバープレート１０７の温度を測定することは、基板１０２の温度を間接的に測定することに相当する。
【００２９】
なお、図１では温度測定手段１０４の測定端子が１箇所に設けられ、その１箇所においてのみ、温度を測定する例を示しているが、温度測定手段１０４の測定端子は複数個所に設けられてもよい。また、供給流路、排出流路は、いずれも複数個所に設けられてもよい。
【００３０】
図１（ｃ）は、温度測定手段１０４の測定端子を備えた一端側の近傍を拡大した図である。基板１０２の温度をより正確に測定するため、図１（ｃ）に示すように、温度測定手段１０４の測定端子は、シリコーンラバープレート１０７内の、基板１０２と接する一面１０７ｓの近傍に配されることが望ましい。
【００３１】
上記構成を備えた第一実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマに曝されない雰囲気からプラズマに曝される雰囲気に移行する際の、支持体の基板と接する一面近傍の温度の測定および制御を行うことができる。したがって、後述する第一実施形態に係る基板吸着状態の判定方法を用いた、基板と支持体との吸着状態の判定を実現する、プラズマ処理装置を提供することができる。
【００３２】
以上では、被処理基板１０２が支持体１０３に正常に吸着された状態のプラズマ処理装置１００の構成について説明したが、次に、被処理基板１０２が支持体１０３に正常に吸着されていない状態の構成について説明する。
【００３３】
図２（ａ）は、図１（ａ）と同様の、第一実施形態に係るプラズマ処理装置１００と、それに付設される、基板が載置される支持体の温度を測定する手段（温度測定手段）１０４と、基板が載置される支持体の温度を制御する手段（温度制御手段）１０５との概略構成を示す図である。ただし、ここでは支持体１０３上に異物Ｃが存在するため、基板１０２を支持体１０３に密着させることができない状態にある。すなわち、基板１０２は支持体１０３に正常に吸着されない状態となっている。図２（ｂ）に、この状態における温度測定手段１０４の測定端子を備えた一端側の近傍を拡大した図を示す。
【００３４】
この場合、基板１０２が支持体１０３に正常に吸着された状態に比べ、基板１０２のシリコーンラバープレート１０７と接触する面積が減少するため、基板１０２の有する熱の一部または全部が、シリコーンラバープレート１０７に移動しない。したがって基板１０２の温度変化は、シリコーンラバープレート１０７の温度変化に正確に反映されないため、シリコーンラバープレート１０７の測定温度は、基板１０２が支持体１０３に正常に吸着された状態で測定する場合とは異なった温度を示す。
【００３５】
なお、図２（ａ）、（ｂ）では、支持体と基板の間に異物が存在することが、基板吸着状態の異常を引き起こす要因であると想定した構成例を示しているが、基板が沿った形状であることなども、基板吸着状態の異常を引き起こす要因となりうる。ただし、いずれの場合も基板が支持体に密着していない状態であるという点で共通した構成となっており、本発明の基板吸着状態の判定方法を適用することが可能である。
【００３６】
ここで、第一実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、基板吸着状態の判定を実施した例を示し、判定方法について具体的に説明する。
【００３７】
図３は、第一実施形態に係るプラズマ処理装置１００において、５０枚の基板に対して同じプロセス条件のプラズマ処理を行い、各々の基板１０２の処理後に測定したシリコーンラバープレート１０７の温度をプロットして、グラフにしたものである。横軸は基板１０２の処理番号（処理の順序を示す番号）を示し、縦軸はシリコーンラバープレート１０７の温度を示している。プロットされた温度Ｍａｘ、Ｍｉｎ、Ａｖｅは、それぞれ各処理番号の基板１０２の処理後に測定された、シリコーンラバープレート１０７の温度の最大値、最小値、平均値を示している。
【００３８】
図３の実施例では、処理番号２６（２６番目）の基板１０２の処理時、あるいは処理後に、処理基板の欠片またはパーティクル等の異物Ｃが支持体１０３に載り、処理番号２７（２７番目）以降の基板１０２の処理は、基板１０２と支持体１０３との間に異物Ｃを挟みこんだ状態で行われている。
【００３９】
図３のグラフによれば、処理番号１〜２６の範囲におけるシリコーンラバープレート１０７の温度の平均値Ａｖｅと、処理番号２７〜５０の範囲におけるシリコーンラバープレート１０７の温度の平均値Ａｖｅとが異なる結果となっている。
【００４０】
処理番号１〜２６の基板１０２を処理する間、基板１０２はシリコーンラバープレート１０７に正常に吸着されている。シリコーンラバープレート１０７は、プラズマ雰囲気Ｐが発する熱を、基板１０２を経由して吸収するとともに、温度制御手段１０５に対して熱を放出する。その結果として、シリコーンラバープレート１０７の温度は、約２３．５［℃］となっている。
【００４１】
これに対し、処理番号２７以降の基板１０２の処理では、基板がシリコーンラバープレート１０７に正常に吸着されていない。すなわち、基板１０２が支持体１０３に正常に吸着された状態で処理した場合に比べ、基板１０２のシリコーンラバープレート１０７との接触面積が減少するため、プラズマ雰囲気Ｐから吸収した熱の一部または全部が、シリコーンラバープレート１０７に移動しない。その結果として、シリコーンラバープレート１０７の温度は、正常に吸着されて処理した場合に比べて低い温度（約２２．０［℃］）となっている。
【００４２】
次に、図３のグラフから、シリコーンラバープレート１０７に正常に吸着された状態で処理された基板（ここでは処理番号２６の基板）１０２および正常に吸着されていない状態で処理された基板（ここでは処理番号２７の基板）１０２をサンプルとして選び、それぞれの基板１０２を処理した際のシリコーンラバープレート１０７の温度の時間変化を図４（ａ）、（ｂ）に示す。
【００４３】
図４（ａ）は図１に示した基板１０２が支持体１０３に正常に吸着された状態のプラズマ処理装置１００において、プラズマ処理を行った際の、シリコーンラバープレート１０７の温度変化を示すグラフである。横軸は経過時間、縦軸はシリコーンラバープレート１０７の温度を示している。ここで、プラズマ処理の開始時刻をｔ０としている。
【００４４】
図４（ａ）では、シリコーンラバープレート１０７の温度は、時刻ｔ０以前では、ほぼ一定値を示しているが、時刻ｔ０以降増加している。これは時刻ｔ０以降、プラズマ雰囲気Ｐに曝されることによって基板１０２の吸収した熱がシリコーンラバープレート１０７に移動し、時間とともに蓄積してゆく状態を示している。
【００４５】
ここで、プラズマが発生する前のある時刻ｔｂ（＜ｔ０）、プラズマが発生した後（プラズマ発生中または発生直後）のある時刻ｔａ（＞ｔ０）におけるシリコーンラバープレート１０７の温度を、それぞれ第一温度Ｔ１、第二温度Ｔ２と定義する。図４（ａ）の実施例では、時刻ｔｂ〜ｔａの間で、シリコーンラバープレート１０７の温度が、時間の経過とともに上昇しているため、第二温度Ｔ２から第一温度Ｔ２を引いた値は、正符号の数値となる。
【００４６】
図４（ｂ）は図２に示した基板１０２が支持体１０３に正常に吸着されていない状態のプラズマ処理装置１００において、プラズマ処理を行った際の、シリコーンラバープレート１０７の温度変化を示すグラフである。横軸は経過時間、縦軸はシリコーンラバープレート１０７の温度を示している。ここで、プラズマ処理の開始時刻をｔ０としている。
【００４７】
図４（ｂ）のグラフでは、シリコーンラバープレート１０７の温度は、プラズマ処理の有無によらず、徐々に減少する傾向にある。これは時刻ｔ０以後、基板１０２がプラズマ雰囲気Ｐから吸収した熱の一部または全部が、シリコーンラバープレート１０７に移動しない状態を示している。基板１０２が支持体１０３に正常に吸着されている場合に比べ、プラズマ雰囲気Ｐから基板１０２を経由して吸収する熱量が減少する一方で、温度制御手段１０５に対して熱を放出する結果として、シリコーンラバープレート１０７の温度は、時間の経過とともに低くなっている。
【００４８】
ここで、プラズマが発生する前のある時刻ｔｂ（＜ｔ０）、プラズマが発生した後（プラズマ発生中または発生直後）のある時刻ｔａ（＞ｔ０）におけるシリコーンラバープレート１０７の温度を、それぞれ第一温度Ｔ１、第二温度Ｔ２と定義する。図４（ｂ）の実施例では、時刻ｔｂ〜ｔａの間で、シリコーンラバープレート１０７の温度が、時間の経過に対して一定または若干下降する傾向を示しているため、第二温度Ｔ２から第一温度Ｔ２を引いた値は、ゼロまたは負符号の数値となる。
【００４９】
以上、実施例を用いて説明したように、シリコーンラバープレート１０７の、プラズマが発生する前の温度（第一温度Ｔ１）と、プラズマが発生した後の温度（第二温度Ｔ２）とを、温度測定手段１０４を用いて測定し、第二温度Ｔ２から第一温度Ｔ１を引いた値Ｔ２−Ｔ１に付随する正負の符号に基づいて基板吸着状態を判定することができる。
【００５０】
すなわち、Ｔ２−Ｔ１が正符号の数値となれば、基板１０２は支持体１０３に正常に吸着されていると判定することができる。また、Ｔ２−Ｔ１が負符号の数値となれば、基板は支持体に正常に吸着されていないと判定することができる。
【００５１】
第一実施形態に係る基板吸着状態の判定方法においては、プラズマ処理の開始前後におけるシリコーンラバープレート１０７の温度差を示す数値に付随する正負の符号を、判定基準としている。したがって、この判定方法を用いれば、プラズマを用いたあらゆる構成の装置、あらゆるプロセス条件によって行われる処理に対して適用し、基板の吸着状態を判定することができる。
【００５２】
そして、判定の結果、基板吸着状態が不完全である場合には、基板を無駄に処理することを避けることができ、別途対策を立てることにより、歩留り低下を防ぐことができる。
【００５３】
従来の基板吸着状態の判定方法は、同じプロセス条件で複数枚の基板の処理を行い、全ての処理を完了させた上で、相対的に異常のある基板を検出して行われていた。これに対し、プラズマ処理の開始前後におけるシリコーンラバープレート１０７の温度差に基づく、第一実施形態に係る基板吸着状態の判定方法によれば、基板の吸着状態を基板一枚単位で判定することが可能である。
【００５４】
そのため、同じプロセス条件で処理する基板の枚数が少ない場合にも適用することができる。また、複数枚の基板の処理が完了するのを待つことなく、基板吸着状態の判定を行うことが可能である。
【００５５】
また、第一実施形態に係る基板吸着状態の判定方法は、従来の判定方法と異なり、基板と支持部材との隙間に導入されたガスの圧力変化の測定を必要としない。したがって、既存の基板吸着装置に対し、基板と支持部材との隙間に圧力測定用のガスを導入する機能および該ガスを蓄える設備を追加するための大規模な改造を回避することができる。そして、ガスの残量管理およびガス補充にともなう手間とコストをなくすことができる。
【００５６】
第一実施形態に係る基板吸着状態の判定方法は、支持体（シリコーンラバープレート）のメンテナンスを行う際にも適用することができる。すなわち、支持体にテスト用の基板を載置した状態でプラズマを発生させ、上記方法による判定を行う。そして、基板吸着状態が異常であると判定される場合に支持体のクリーニングを行い、本番処理の前に基板吸着状態を正常にしておくことが可能となる。これにより、基板を無駄に処理することを避けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、被処理基板を支持部材に吸着させた状態において、プラズマ処理を行う場合に対し、広く適用することが出来る。
【符号の説明】
【００５８】
１００・・・プラズマ処理装置、１０１・・・プラズマ処理槽、１０２・・・基板、
１０３・・・支持体、１０４・・・温度測定手段、１０５・・・温度制御手段、
１０７・・・シリコーンラバープレート、１０７ｓ・・・一面、第一温度・・・Ｔ１、
第二温度・・・Ｔ２、Ｐ・・・プラズマ雰囲気。
【図４】
0005939808.tif 000002
【図１】
0005939808.tif 000003
【図２】
0005939808.tif 000004
【図３】
0005939808.tif 000005