(57)【要約】【課題】容易且つ迅速に静電チャックによるチャッキングの良否を検出し得るチャッキング状態検出方法を提供する。【解決手段】真空の密閉空間を形成するチャンバ２内に配設されたサセプタ５に埋設した電極７に電圧を印加することにより、ウェハ６をサセプタ５に吸着してチャッキングする場合において、静電チャックによるチャッキング時に、サセプタ５とウェハ６との間隙を介してウェハ６の表面側から裏面側へ漏洩するプラズマ光が検知されたことをもってチャッキングの不良状態を検出する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空の密閉空間を形成するチャンバ内に配設されたテーブルに、ウェハを載置するとともに、前記テーブルに埋設した電極に電圧を印加することにより前記ウェハをテーブル側に吸着する静電チャックで前記ウェハをチャッキングする場合において、
前記静電チャックによるチャッキング時に、ウェハとテーブルとの間隙を介してウェハの表面側から裏面側へ、又は裏面側から表面側へ漏洩する光が検知されたことをもってチャッキングの不良状態を検出することを特徴とするチャッキング状態検出方法。
【請求項２】
真空の密閉空間を形成するチャンバ内に配設されたテーブルに、ウェハを載置するとともに、前記テーブルに埋設した電極に電圧を印加することにより前記ウェハをテーブル側に吸着する静電チャックで前記ウェハをチャッキングし、さらに前記テーブルに載置したウェハの裏面に臨み、このウェハの温度を放射温度計で検出する場合において、
前記静電チャックによるチャッキング時に、前記放射温度計が異常な温度を検出したことをもってチャッキングの不良状態を検出することを特徴とするチャッキング状態検出方法。
【請求項３】
真空の密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内に配設され、成膜を施す半導体の基板であるウェハを載置するテーブルと、このテーブル中に埋設した電極を有し、この電極に電圧を印加することにより前記ウェハとの間に作用する静電力によりこのウェハをテーブル側に吸着する静電チャックとを有するプラズマ処理装置において、
前記ウェハの表面側におけるプラズマ発光又は照明光等の光のうち、前記テーブルとウェハとの間の間隙を介してウェハの裏面側に漏洩する漏洩光を検出する光検出手段を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空の密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内に配設され、成膜を施す半導体の基板であるウェハを載置するテーブルと、このテーブル中に埋設した電極を有し、この電極に電圧を印加することにより前記ウェハとの間に作用する静電力によりこのウェハをテーブル側に吸着する静電チャックとを有するプラズマ処理装置において、
前記テーブルの表面に臨んでその内部側から光を照射する光源と、
この光源の光のうち前記テーブルとウェハとの間の間隙を介してウェハの表面側に漏洩する漏洩光を検出するよう前記テーブルの周囲に配設した光検出手段とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
〔請求項３〕に記載するプラズマ処理装置において、
光検出手段は、そのセンサ部を複数個有し、各センサ部をテーブルの周方向に亘り等間隔に配設する等、前記テーブルの各部に規則的に分散させて配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチャッキング状態検出方法及びプラズマ処理装置に関し、特にウェハの表面に成膜を行う装置であって、このウェハを静電力等で吸着する静電チャックを有するものに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空の密閉空間を形成するチャンバ内に配設されたテーブル上に半導体の基板であるウェハを載置してこのウェハ上に所定の成膜を施す代表的なプラズマ処理装置としてプラズマＣＶＤ装置がある。このプラズマＣＶＤ装置においては、通常テーブル上に載置したウェハを固定して成膜処理を行っている。ウェハ上に均質な成膜を行うためである。
【０００３】
かかるウェハの固定手段として静電チャックが知られている。静電チャックとは、ウェハを載置するテーブルに電極を埋設し、この電極に電圧を印加することにより得られる静電力により前記ウェハをテーブル側に吸着するものである。さらに詳言すると、前記テーブルは、通常酸化アルミ、窒化アルミ等の誘電体で形成してあり、かかるテーブル内に埋設された導電体である電極に電圧を印加することによりテーブル表面に誘起される電荷により、このテーブルに載置されるウェハに逆極性の電荷を誘起して両者による吸引力によりウェハをテーブルに吸着するようにしたものである（テーブルを窒化アルミで形成した場合には、微小な電流も流れ、この電流による吸引力も重畳される。）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係る静電チャックは、これによりウェハのチャッキングが良好に行われているか否かを検出するチャッキング状態の検出手段を有するものではない。このため、静電チャックによりウェハのチャッキングが良好に行われているか否かの確認ができない。ちなみに、テーブルには微小な異物が付着する機会が多いが、異物が付着した状態のままウェハを載置した場合には、ウェハの異物が接触する部分がテーブルから浮き上がることによるチャッキング不良を生起する場合がある。このようなチャッキング不良を生起したままで成膜を行うと、均一な成膜を行うことができない等の問題を生起する。
【０００５】
さらに、ウェハ近傍のイオンを加速すベく前記静電チャックの電極にＲＦバイアスを重畳して印加するように構成したプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）も提案されている。この種のプラズマ処理装置においては、高周波電源であるバイアス電源を整合器を介して、チャッキング用の直流電源とともに前記電極に接続している。
【０００６】
ここで、上記バイアス回路では、ウェハがテーブルに良好にチャッキングされている状態を標準的な状態とし、かかる条件の成立を前提として前記整合器によるマッチングをとっている。
【０００７】
ところが、ウェハがテーブルに良好にチャッキングされていない状態では上記バイアス回路のインピーダンスが変動する。この結果、チャッキングが良好に行われていない場合には、バイアス回路のインピーダンスが変動することにより、効率の低下とともに、反射した電力が前記バイアス電源に戻り、このバイアス電源に悪影響を与える等の問題も生起する。すなわち、整合器でインピーダンスマッチングをとっている実質的な技術的意義が阻害されてしまうという事態を生起する。
【０００８】
このように、従来技術においてはチャッキングの良否を検出し得ないため、成膜プロセスが不安定になるという問題を生起する。したがって、当該プラズマ処理装置にパワーを供給する前に、静電チャックによるウェハのチャッキングが良好に行われているか否かを容易に検出したいという要望がある。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、容易且つ迅速に静電チャックによるチャッキングの良否を検出し得るチャッキング状態検出方法及びプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１１】
１）　真空の密閉空間を形成するチャンバ内に配設されたテーブルに、ウェハを載置するとともに、前記テーブルに埋設した電極に電圧を印加することにより前記ウェハをテーブル側に吸着する静電チャックで前記ウェハをチャッキングする場合において、
前記静電チャックによるチャッキング時に、ウェハとテーブルとの間隙を介してウェハの表面側から裏面側へ、又は裏面側から表面側へ漏洩する光が検知されたことをもってチャッキングの不良状態を検出すること。
【００１２】
２）　真空の密閉空間を形成するチャンバ内に配設されたテーブルに、ウェハを載置するとともに、前記テーブルに埋設した電極に電圧を印加することにより前記ウェハをテーブル側に吸着する静電チャックで前記ウェハをチャッキングし、さらに前記テーブルに載置したウェハの裏面に臨み、このウェハの温度を放射温度計で検出する場合において、
前記静電チャックによるチャッキング時に、前記放射温度計が異常な温度を検出したことをもってチャッキングの不良状態を検出すること。
【００１３】
３）　真空の密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内に配設され、成膜を施す半導体の基板であるウェハを載置するテーブルと、このテーブル中に埋設した電極を有し、この電極に電圧を印加することにより前記ウェハとの間に作用する静電力によりこのウェハをテーブル側に吸着する静電チャックとを有するプラズマ処理装置において、
前記ウェハの表面側におけるプラズマ発光又は照明光等の光のうち、前記テーブルとウェハとの間の間隙を介してウェハの裏面側に漏洩する漏洩光を検出する光検出手段を有すること。
【００１４】
４）　真空の密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内に配設され、成膜を施す半導体の基板であるウェハを載置するテーブルと、このテーブル中に埋設した電極を有し、この電極に電圧を印加することにより前記ウェハとの間に作用する静電力によりこのウェハをテーブル側に吸着する静電チャックとを有するプラズマ処理装置において、
前記テーブルの表面に臨んでその内部側から光を照射する光源と、
この光源の光のうち前記テーブルとウェハとの間の間隙を介してウェハの表面側に漏洩する漏洩光を検出するよう前記テーブルの周囲に配設した光検出手段とを有すること。
【００１５】
５）　上記３）に記載するプラズマ処理装置において、
光検出手段は、そのセンサ部を複数個有し、各センサ部をテーブルの周方向に亘り等間隔に配設する等、前記テーブルの各部に規則的に分散させて配置したこと。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ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ャンバ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の内部には半導体のウェハ６を載置するサセプタ５が配設してある。このサセプタ５は、ウェハ６を載置するための円盤状の部材で形成したデーブルで、Ａｌ２　Ｏ３　やＡｌＮ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、ウェハ６を所定の温度に保持するための加熱手段であるヒータ６ａ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６ｂを埋設してある。
【００１８】
さらに、サセプタ５の内部には、ウェハ６を静電的に吸着保持する静電チャック用の電極７も埋設してある。この電極７には、ローパスフィルタ１２を介して直流電源１３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ウェハ６と電極７との間の電位差に基づくクーロン力によりウェハ６をサセプタ５の表面に吸着する。
【００１９】
当該プラズマＣＶＤ装置における前記電極７には、インピーダンスマッチングを行うための整合器１０及びコンデンサ９を介してバイアス用高周波電源１１が接続されている。すなわち、電極７はバイアス電極としても機能する。また、前記ＬＰＦ１２はバイアス用高周波電源１１の交流分を遮断するフィルタとして機能する。
【００２０】
このように、バイアス用高周波電源１１から高周波電力を供給することにより、電極７を介してウェハ６にバイアス電圧が印加される。いわゆるＲＦバイアスである。このようにＲＦバイアスを印加すること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ウェハ６の表面をたたくことで表面反応の促進、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。
【００２１】
基部１には排気口１５が設けられ、この排気口１５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、ウェハ６上に窒化珪素（ＳｉＮ）の膜を形成する場合には、原料ガスとして、例えばＳｉＨ４　を供給し、窒化ガスとして、例えばＮＨ３　又はＮ２　を供給する。
【００２２】
天井板４の上面にはスパイラル状の給電アンテナ１６が設置され、この給電アンテナ１６にはインピーダンスマッチングを行うための整合器１７を介してプラズマ発生用高周波電源１８が接続されている。このプラズマ発生用高周波電源１８から給電アンテナ１６へ高周波電力を供給することにより、給電アンテナ１６から天井板４を透過して成膜室３内に電磁波１９を入射し、この電磁波１９のエネルギー（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ウェハ６上に所定の金属膜を成膜する等の処理を行う。
【００２３】
本形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、ウェハ６の温度を非接触で検出する温度検出センサ２１及び温度検出部２２を有する放射温度検出手段とともに、その温度情報を利用して静電チャックによるウェハ６のチャッキング異常を検出するチャッキング異常検出部２３を有する。このチャッキング異常検出部２３を有する点が本形態の構成上の最大の特徴である。かかる特徴部分を、図１の一部を抽出・拡大した図２を追加してさらに詳細に説明する。
【００２４】
温度検出センサ２１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２１ａの先端部をサセプタ５を貫通させてウェーハ６の裏面に臨ませ、非接触でウェーハ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。光ファ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２２でウェーハ６の温度を表す電気信号である温度信号に変換し、必要に応じその検出温度を表示する。
【００２５】
ウェハ６をサセプタ５に載置した状態で電極７に直流電圧を印加し、ウェハ６のチャッキングを行った状態でチャンバ２内にプラズマを発生させた場合、もしウェハ６の裏面とサセプタ５の表面との間に間隙が存在するチャッキング不良状態を生起している場合には、前記間隙を介してプラズマ発光の一部が温度検出センサ２１の光ファイバ２１ａに入射する。この結果、プラズマ発光の漏洩光が光ファイバ２１ａを介して温度検出部２２に入射される。このときのプラズマ発光は広い範囲の光波長成分を有しているので、これが温度センサ２１の光ファイバ２１ａに入射されると、温度検出部２２にはウェハ６の放射熱に起因する光成分の他にプラズマ発光成分が重畳されて入射される。この結果、温度検出部２２で検出する温度が異常な値を示す。
【００２６】
ここで、温度検出部２２で検出する温度の異常とは、次のような場合である。すなわち、チャンバ２内にプラズマを形成したばかりで、ウェハ６の温度がそれ程上昇しているとは考えられないのに３００°Ｃ等の異常な高温度を検出する場合や、ウェハ６を所定の温度に保持するための加熱手段（ヒータ６ａ）及び冷却手段（冷媒通路６ｂを流通する冷媒）を用いる温度制御の設定値に対して大きく外れた高い温度を検出する場合等である。ちなみに、当該放射温度検出装置は、通常２５０°Ｃ以上の温度を検出するもので、それ以下の低温は検出することができない。そこで、当該装置の立ち上げ時等、ウェハ６の温度が測定不能な低温域にあると考えられる状況で、温度検出部２２が温度を検出してこれを表示した場合には、これはプラズマ発光の一部がサセプタ５とウェハ６との間の間隙を介して温度検出センサ２１の光ファイバ２１ａに入射したものと見なすことができる。
【００２７】
チャッキング異常検出部２３は、温度検出部２２が検出する温度情報に基づき、上述の如き要素を加味して、チャッキング異常を検出するものである。すなわち、ウェハ６が隙間なくサセプタ５に吸着されている状態が所定のチャッキング状態であり、前記隙間が存在する場合がチャッキングの不良状態である。そこで、このチャッキング異常検出部２３に、前述の如き異常状態を特定するためのデータを格納したデータベースを内蔵しておくことにより温度検出部２２が検出する温度情報に基づきチャッキング異常を検出することができる。チャッキング異常を検出した場合には所定の警報信号を送出することにより、例えば良好なチャッキングが行われていることを確認した上で、成膜のためのパワーを投入する、成膜作業を中止してクリーニングモードとする等、必要な所定の処理のための制御を容易に行うことができる。
【００２８】
かかる本形態によれば、チャンバ２内に形成するプラズマの発光による漏洩光を利用して所定のチャッキング不良を容易且つ迅速に検出し得る。
【００２９】
本発明は、チャッキング不良の際には、サセプタ５とウェハ６との間に間隙が存在するという事実に着目し、この間隙を介した漏洩光を検出することで、チャッキング不良を検出しようとするものである。したがって、前記漏洩光を検出することができれば、上記実施の形態に限定する必要はない。すなわち、上記実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置のようにウェハ６の温度を検出する放射温度検出装置を有しない装置の場合には、前記実施の形態における温度センサ２１の光ファイバ２１ａを利用して、この光ファイバ２１ａに入射する漏洩光を光センサで検出するように構成してもよい。放射温度検出装置をチャッキング異常検出に利用した場合には、既存の装置をチャッキング異常検出に兼用できるという利点がある一方、前記漏洩光を光センサで検出した場合には、漏洩光の強度に基づきサセプタ５とウェハ６との間の間隙の大きさ、すなわちチャッキング不良の程度を容易に特定することができるという効果を奏する。したがって、漏洩光の強度に対する閾値を予め設定しておき、光強度が閾値を超えたことが検出された場合には、サセプタ５の表面に付着する異物を除去すべくクリーニングを行う等、次の処理に対するトリガ信号を形成することができる。
【００３０】
また、漏洩光はプラズマ発光に限定するものでは、勿論ない。本発明はプラズマ発光を伴わない装置であっても静電チャックを有する装置には一般に適用し得る。この場合、プラズマ発光の代わりに、別途光源を用意し、この光源が照射する光による漏洩光を検出するようにしても良い。要は、プラズマ発光を含む、何らかの光源を有していれば良い。
【００３１】
以上の説明では、ウェハ６の表面側からサセプタ５とウェハ６との間の間隙、すなわちウェハ６の裏面側に回り込む漏洩光を検出する場合につき説明したが、これが逆の関係になっていても、勿論良い。すなわち、ウェハ６の裏面側に光源を設け、ウェハ６の表面側で前記光源による漏洩光を検出するようにしても良い。この場合、光源は、前記サセプタ５の表面に臨んでその内部側から光を照射するものとし、その漏洩光を検出する光検出センサは、前記サセプタ５の端面に臨んでその周囲に複数個を等間隔に配設する。このように形成することにより、漏洩光を検出する光センサの位置を介して間隙が存在する周方向の位置、すなわちチャッキング不良を生起しているウェハ６の周方向位置を特定し得る。
【００３２】
チャッキング不良位置をさらに詳細に検出するには、図３に示すような構成が有効である。同図は、サセプタ２５の構造を変えたものである。すなわち、当該サセプタ２５には、２つの同心円上に等間隔に分散させて、しかも内側の円弧上と外側の円弧上における位置をずらして複数個の貫通孔２５ａが形成してある。そして、各貫通孔２５ａには光ファイバ２１ａの端面が臨ませてあり、各光ファイバ２１ａに入射する漏洩光をそれぞれ個別の光センサで検出するようになっている。
【００３３】
このように、複数の光ファイバ２１ａをサセプタ２５内で規則的に分散させて配置することにより、漏洩光を検出した光センサを介してチャッキング不良を生起しているウェハ６の周方向位置のみならず、径方向位置も特定し得る。
【００３４】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、真空の密閉空間を形成するチャンバ内に配設されたテーブルに、ウェハを載置するとともに、前記テーブルに埋設した電極に電圧を印加することにより前記ウェハをテーブル側に吸着する静電チャックで前記ウェハをチャッキングする場合において、前記静電チャックによるチャッキング時に、ウェハとテーブルとの間隙を介してウェハの表面側から裏面側へ、又は裏面側から表面側へ漏洩する光が検知されたことをもってチャッキングの不良状態を検出するので、
チャッキング不良を容易且つ迅速に検出し得る。この結果、均質な成膜を容易に行うことができる。
また、良好なチャッキング状態であることを確認した上で、成膜用のパワーを投入することができる。この結果、静電チャックの電極にバイアスを印加している場合でも、インピーダンスの不整合による電力のバイアス電源側への反射等の不都合を未然に防止し得る。
【００３５】
〔請求項２〕に記載する発明は、真空の密閉空間を形成するチャンバ内に配設されたテーブルに、ウェハを載置するとともに、前記テーブルに埋設した電極に電圧を印加することにより前記ウェハをテーブル側に吸着する静電チャックで前記ウェハをチャッキングし、さらに前記テーブルに載置したウェハの裏面に臨み、このウェハの温度を放射温度計で検出する場合において、前記静電チャックによるチャッキング時に、前記放射温度計が異常な温度を検出したことをもってチャッキングの不良状態を検出するので、
放射温度計にウェハの裏面の温度を反映した放射光のみならず、チャッキング不良に伴う漏洩光が重畳されて入射したことを利用してチャッキング不良を容易且つ迅速に検出し得る。すなわち、放射温度計をチャッキング状態の検出手段とし兼用することができる。
【００３６】
〔請求項３〕に記載する発明は、真空の密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内に配設され、成膜を施す半導体の基板であるウェハを載置するテーブルと、このテーブル中に埋設した電極を有し、この電極に電圧を印加することにより前記ウェハとの間に作用する静電力によりこのウェハをテーブル側に吸着する静電チャックとを有するプラズマ処理装置において、前記ウェハの表面側におけるプラズマ発光又は照明光等の光のうち、前記テーブルとウェハとの間の間隙を介してウェハの裏面側に漏洩する漏洩光を検出する光検出手段を有するので、ウェハの表面側からの漏洩光が検出されたことをもって、チャッキング不良状態を検出し得、チャッキング不良の検出を容易且つ迅速に行うことができる。この結果、均質な成膜を容易に行うことができる。
また、良好なチャッキング状態であることを確認した上で、成膜用のパワーを投入することができる。この結果、静電チャックの電極にバイアスを印加している場合でも、インピーダンスの不整合による電力のバイアス電源側への反射等の不都合を未然に防止し得る。
【００３７】
〔請求項４〕に記載する発明は、真空の密閉空間を形成するチャンバと、このチャンバ内に配設され、成膜を施す半導体の基板であるウェハを載置するテーブルと、このテーブル中に埋設した電極を有し、この電極に電圧を印加することにより前記ウェハとの間に作用する静電力によりこのウェハをテーブル側に吸着する静電チャックとを有するプラズマ処理装置において、前記テーブルの表面に臨んでその内部側から光を照射する光源と、この光源の光のうち前記テーブルとウェハとの間の間隙を介してウェハの表面側に漏洩する漏洩光を検出するよう前記テーブルの周囲に配設した光検出手段とを有するので、
ウェハの裏面側からの漏洩光が検出されたことをもって、チャッキング不良状態を検出し得、チャッキング不良の検出を容易且つ迅速に行うことができる。この結果、〔請求項３〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏する。
さらに、本発明によれば、漏洩光を検出する光検出手段の位置を介して間隙が存在する周方向の位置、すなわちチャッキング不良を生起しているウェハの周方向位置を特定し得る。
【００３８】
〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項３〕に記載するプラズマ処理装置において、光検出手段は、そのセンサ部を複数個有し、各センサ部をテーブルの周方向に亘り等間隔に配設する等、前記テーブルの各部に規則的に分散させて配置したので、
〔請求項３〕に記載する発明の作用・効果に加え、光検出手段の配設位置を適宜選択することにより、間隙が存在する周方向及び径方向の位置、すなわちチャッキング不良を生起しているウェハの周方向及び径方向位置を特定し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を示す概略側面図である。
【図２】図１の一部を抽出して示す拡大図である。
【図３】サセプタの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
２　　　　チャンバ
３　　　　成膜室
５　　　　サセプタ
６　　　　ウェハ
７　　　　電極
１１　　　　バイアス用高周波電源
２１　　　　温度検出センサ
２１ａ　　　　光ファイバ
２２　　　　温度検出部
２３　　　　チャッキング異常検出部
【図１】
2004087571.tif 000003
【図２】
2004087571.tif 000004
【図３】
2004087571.tif 000005