(57)【要約】【課題】ウエハ等の被処理基板のスティッキング現象の発生を突き上げピンの動作等、処理室から搬出するための動作を実行する以前に検知することを目的とする。【解決手段】被処理基板（ウエハ２）をステージ１のウエハ載置面３０に載置して所定の処理を行う基板処理装置（半導体処理装置）において、ウエハ２をウエハ載置面３０に載置するステージ１と、ステージ１のウエハ載置面３０に向って超音波信号を発信する振動子５と、発信した超音波信号の反射信号を検知する検知子６を備え、ステージ１のウエハ載置面３０以外のウエハ２の端面からの反射信号を検知することにより、ウエハ２のステージ１へのスティッキングを検出することを特徴とする。【選択図】        図１
2004335570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板をステージの基板載置面に載置して所定の処理を行う基板処理装置において、
被処理基板を基板載置面に載置するステージと、前記ステージの基板載置面に向って超音波信号を発信する振動子と、前記発信した超音波信号の反射信号を検知する検知子を備え、
前記ステージの基板載置面以外の前記被処理基板の端面からの反射信号を検知することにより、前記被処理基板の前記ステージへのスティッキングを検出することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記ステージの基板載置側でない端面について、荒らす加工を施していることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記基板載置面から反射した最初の検知信号Ａ１までの時間Ｔａのｋ（１＜ｋ＜２）倍の時間であって、スティッキング現象が発生した時の最初の検知信号Ｓ１までの時間Ｔｓより長い時間である、ｋＴａ時間を超える時間を要して前記検知子に入射する信号を排除するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記被処理基板の前記ステージへのスティッキングの発生を検出する際に、前記検知子へ入射する反射信号から、スティッキング現象が発生していない場合の前記検知子に入射した反射信号を差し引くことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記被処理基板の前記ステージへのスティッキングの発生を検出する際に、前記振動子から所定回数の周期的な超音波信号を発信し、前記検知子に周期的に入射する反射信号を所定回数積算することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記被処理基板の前記ステージへのスティッキングの発生を検出した場合に、アラームを発報し、前記被処理基板の処理を停止して処理室から回収し、上位計算機へ発生状況を上位制御系へ伝達することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記被処理基板の前記ステージへのスティッキングの発生を検出した場合に、前記被処理基板を押えつつ、前記被処理基板と前記ステージの間にガスを供給することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記被処理基板の前記ステージへのスティッキングの発生を検出した場合に、基板処理室内にプラズマを発生して、前記被処理基板の電荷を除去することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板（以下、ウエハと称する）等の被処理基板をステージの基板載置面に載置して所定の処理を行う基板処理装置において、スティッキング現象の発生を検知し、またスティッキング現象を除去するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造技術においては、ウエハ上にエッチングや薄膜形成等の処理を繰り返すことで、ウエハ上に所望の回路を形成する。その際、ウエハは半導体処理を施す処理室内のウエハ載置台（以下、ステージと称する）に置かれ、所定の処理が行われる。そして、その後、通常、ウエハはステージ内部からステージ表面に向って上下に可動し突出するウエハ突き上げピンによってステージから離脱され、ウエハ搬送機構によって処理室外へ移送される。しかしながら、その際に静電気等の原因によりウエハがステージ面に張り付く現象（以下、スティッキング現象と称する）が発生することがあり、ウエハがウエハ突き上げピンによって割られたり、ステージから離れたとしてもウエハの位置がずれたりしてウエハの搬送不良が生じることがある。ウエハ割れやウエハの搬送不良が発生すると、処理装置を停止してウエハの回収を実施する必要があり、特にエッチング、イオン注入、スパッタ等の真空処理を行う装置では、当該装置を一度大気圧に戻し、ウエハを回収した後、再び装置を真空に戻す必要があり、装置の停止時間が非常に長くなり、装置の稼働率を大きく下げることになる。
【０００３】
これらの問題に対応する従来例として、たとえば特開平１１―１６２３９２号公報（特許文献１）の技術が存在する。ここでは、ウエハ１２をウエハディスク１１に固定しているウエハクランプ（図示せず）が開いてウエハ１２を開放する。この後、チャックプレート駆動機構を動かしてウエハ１２を爪で掴んでいるチャックプレート２１Ａ、２１Ｂをある距離（５ｍｍ程度）後退させ、チャックプレート２１Ａ、２１Ｂの位置を透明壁１５を介して変位センサ４０で測定する。このチャックプレート２１Ａ、２１Ｂは可撓性をもたせてあり、スティッキング現象が発生した場合は、このチャックプレート２１Ａ、２１Ｂに撓みが発生し、スティッキングが発生しない場合と比較してその位置が変化することを利用してスティッキングの発生有無を判断する。
【０００４】
また、上記問題に対する従来例として、特開平１１―２６０８９４号公報（特許文献２）に示される技術が存在する。これは、ウエハステージと、前記ウエハステージに載置されるウエハを突き上げる突き上げ用治具とを有する半導体製造装置であって、前記突き上げ用治具の先端の前記ウエハとの接触部が導電性の材料からなり、チャージによりウエハがステージと吸着したときに、ウエハ上の電荷を逃すことにより搬送トラブルを抑えることができるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６２３９２号公報（段落番号［００２１］、［００２２］）
【特許文献１】
特開平１１−２６０８９４号公報（請求項１、段落番号［０００５］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１―１６２３９２号公報（特許文献１）の方法では、スティッキング現象が発生した場合にはチャックプレートが撓み、ウエハを掴んでいる爪に力が加わりウエハが割れたり、欠けたり、あるいは傷つけたりする可能性が大きい。また、たとえウエハに目視できる傷は無いようにみえても、ウエハに歪みが残り、その後の処理、例えば熱処理などの工程でウエハが割れる可能性がある。
【０００７】
また、特開平１１―２６０８９４号公報（特許文献２）の方法では、スティッキング現象の原因が静電気である場合のみ有効である。また、ウエハに残る電荷（残留電荷）量が不明であり、ウエハ突き上げピンの動作タイミングが早くウエハにまだ電荷が残り、ウエハがステージに貼り付いている場合には、ウエハが割れたり、ステージから離れたとしてもウエハの位置がずれたりしてウエハ搬送異常が発生する可能性がある。また、ウエハ突き上げピンが接触するウエハの面に絶縁膜が形成されている場合等では当然その効果が期待できない。このため、当該技術を実施しても、ウエハ割れやウエハ搬送異常が発生することを充分に防ぐことができず、装置の稼働率を向上させることができない。更に、ウエハ面に金属等から成る導電性ピンが物理的に接触することによるウエハの金属汚染も懸念される。
【０００８】
さらに、どちらの従来例（特許文献１及び２）も、スティッキング現象の発生をウエハ突き上げピンやチャックプレートの動作前に検知できないので、ウエハ割れやウエハの搬送不良等が発生して装置が停止してからでしかスティッキング現象の発生を知ることができず、ウエハ割れやウエハの搬送不良等の発生を未然に防ぐことができず、装置の稼働率を大きく下げることになる。
【０００９】
以上のように、従来の技術では、ウエハのスティッキング現象の発生をウエハ突き上げピンの動作等、ウエハを処理室から搬出するための動作以前に検知することができず、ウエハ割れやウエハの搬送不良等の発生による装置の稼働率の低下を防ぐことができないなどの問題点があった。
【００１０】
この発明は上記の様な問題点を解決するためになされたもので、ウエハ等の被処理基板のスティッキング現象の発生を突き上げピンの動作等、処理室から搬出するための動作を実行する以前に検知することができる基板処理装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、被処理基板（ウエハ等）をステージの基板載置面に載置して所定の処理を行う基板処理装置（半導体処理装置等）において、被処理基板（ウエハ等）を基板載置面に載置するステージと、ステージの基板載置面に向って超音波信号を発信する振動子と、発信した超音波信号の反射信号を検知する検知子を備え、ステージの基板載置面以外の被処理基板（ウエハ等）の端面からの反射信号を検知することにより、被処理基板（ウエハ等）のステージへのスティッキングを検出することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺の概略構成図である。
【００１３】
図１において、ステージ１は半導体処理が施されるウエハ２を載置するための基台であって、ステージ１のウエハ載置面３０上にウエハ２が載置される。ステージ１には、その内部からウエハ載置面３０に向って上下動し、ウエハ載置面３０から突出するウエハ突き上げピン３が設置されている。このウエハ突き上げピン３の上下駆動は、シリンダ４を含めた図示しないピン駆動装置により制御される。更に、ステージ１には、ウエハ載置面３０に向って超音波信号を発信する振動子５と、この発信した超音波信号の反射を検知する検知子６が設置されている。振動子駆動部７は、高周波パルス電圧等を印加して振動子５を駆動するための電源制御部である。信号検出部８は、検知子６を介して反射した超音波信号を検出するための処理部である。
【００１４】
振動子５から印加する超音波信号は、２０ｋＨｚ以上である。因みに、超音波信号は気体中では減衰しやすく、液体や固体中で良く伝搬する。また、超音波信号は小さい振動変位で高い音圧と強いパワー密度を有する。
【００１５】
次に、半導体処理装置におけるウエハ載置動作について説明する。半導体処理を施すウエハ２はウエハ搬送機構（図示せず）により半導体処理室（図示せず）内に搬送される。そして、ウエハ２はステージ１内部から表面に向けて突出したウエハ突き上げピン３によって受け取られる。その後、ウエハ搬送機構（図示せず）は半導体処理室外へ移動すると共に、ウエハ突き上げピン３が下降し、ウエハ２はステージ１のウエハ載置面３０に載置される。そして、所定の半導体処理の後、ウエハ２はステージ１内部から表面に向けて可動し、突出するウエハ突き上げピン３によってステージ１上から離脱され、ウエハ搬送機構（図示せず）によって半導体処理室外へ移送される。
【００１６】
続いて、上記ウエハ載置動作におけるスティッキング現象の検出方法について説明する。所定の半導体処理が終了し、ウエハ２をステージ１内部から表面に向けて可動し、突出するウエハ突き上げピン３によってステージ１から離す動作までの間に、ステージ１の下部に取り付けられた振動子５に対して、振動子駆動部７より高周波パルス電圧を印加する。そうすると、振動子５は前記電圧波形の振動を発生し、ステージ１内部を超音波パルス（図１のａ）として伝播し、ステージ１のウエハ側の端面（ウエハ載置面３０）で反射し、その反射信号（図１のｂ）を検知子６で検出する。
【００１７】
以下、現象を理解しやすくするため、ウエハ２とステージ１の境界近傍を模式的に図２に示す。図２（ａ）はスティッキング現象が発生していない場合を示している。図２（ａ）において、ウエハ２はステージ１のウエハ載置面３０上に載置されているだけであり、ウエハ２のステージ１側の端面２０と、ステージ１の端面（ウエハ載置面）３０とは、両者とも拡大すれば、微小な凸凹やうねりが存在するため、ウエハ２とステージ１の間には、空間（隙間）２５が生じている。半導体処理室の真空度はウエハの処理シーケンス中では通常１０−３Ｔｏｒｒ〜１０−７Ｔｏｒｒ程度であり、ウエハ２とステージ１間の空間（隙間）２５の真空度も同等程度である。このためステージ１中を伝播してきた超音波パルスは、ウエハ２とステージ１間の空間（隙間）２５を伝播できず、ステージ１の端面であるウエハ載置面３０で反射し、検知子６にはこのステージ１の端面３０で反射した信号（図２（ａ）のｂ）のみが入射する。
【００１８】
一方、図２（ｂ）はスティッキング現象が発生した場合を示している。図２（ｂ）のようにウエハ２がステージ１に張り付いた状態の場合、ステージ１とウエハ２の両者は一体化し、両者の間の空間（隙間）２５は、スティッキング現象が発生しない場合に比べて小さくなり、物理的に接触する両者の接触面積もスティッキング現象が発生しない場合に比べて大きくなる。このため、ステージ１中を伝播してきた超音波パルスの一部は、ウエハ２へ伝播し、ウエハ２の上端面２１で反射する現象が生じる。このため検知子６にはこのステージ１の端面であるウエハ載置面３０で反射した信号（図２（ｂ）のｂ）に加えて、ウエハ２の上端面２１で反射する信号（図２（ｂ）のｓ）も入射する。
【００１９】
このため、検知子６に入射する信号を信号検出部８で比較することで、スティッキング現象の発生の有無を判定することができる。
【００２０】
図３は検知子６に入射した超音波信号の強度を示す図であり、図３（ａ）はスティッキング現象が発生しない場合の信号例、図３（ｂ）はスティッキング現象が発生した場合の信号例を示している。図において、横軸は時間、縦軸は検知子６へ入射した信号の強度（どちらも任意目盛）である。
【００２１】
図３（ａ）のスティッキング現象が発生しない場合では、送信パルスＣとステージ１のウエハ載置面３０で反射した信号Ａのみが見られるが、図３（ｂ）のスティッキング現象が発生した場合では、送信パルスＣとステージ１のウエハ載置面３０で反射した信号Ａの他に、ウエハ２の上端面２１で反射した信号Ｓが見られることが判る。ウエハ２の上端面２１で反射した信号Ｓは、その超音波パルスの伝播距離がステージ１のウエハ載置面３０で反射した信号Ａに比べて長いために、検知子６で検出されるまでの時間Ｔｓが信号ＡのＴａより長いことが判る。このため、予めスティッキング現象が発生しない正常な場合の信号Ａを測定しておくことにより、この信号Ａより遅れて検知子６に到達する信号Ｓが検出された場合には、スティッキング現象が発生したと判定することができる。なお、本実施の形態では、印加した超音波パルスのパルス幅は数１０μｓｅｃである。
【００２２】
図１の構成では、振動子５と検知子６の複数のセンサを用い、異なる位置に配置したが、内部に二つの振動用と検出用のセンサを組み込み、図４（ａ）に示すように二つの振動用センサ５と検出用センサ６を一つのケース９に納め、ステージ１の１箇所に配置しても上記と同様の効果が得られる。
【００２３】
また、振動子５と検知子６は、超音波発振と受信の二つの機能を兼ねて一つの探触子とすることも可能である。
【００２４】
また、振動子５と検知子６の配置例として、図４（ｂ）に示すように、検知子６の受信面を反射する超音波に向けて配置すると、検知子６で受信する信号の強度が大きくなる。
【００２５】
本実施の形態では、振動子５と検知子６は共に、チタン酸バリウムの圧電効果を利用した圧電セラミックスから成る。圧電セラミックスに交流電圧を印加すると、逆圧電効果によりその印加周波数で圧電セラミックスが歪み、振動が励起される。一方圧電セラミックスに振動が加わればその周波数で圧電セラミックスが歪み、圧電効果によりその周波数の電圧が誘起される。
【００２６】
圧電効果・逆圧電効果を有する素子（材料）として、ここではチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を用いたが、圧電効果・逆圧電効果を有する材料であれば、その効果は変わらず、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３、ＬｉＴａＯ３などのペロブスカイト形の結晶構造等をもつ圧電セラミックス、ポリフッ化ビニリデン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ；ＰＶＤＦ）などの圧電性高分子、あるいは水晶等を用いても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
また、交流電圧の代りに交流磁場を印加して振動を発生させる、磁気歪効果をもったセラミックス等でもよい。
【００２８】
また、本実施の形態では、圧電素子製の振動子を用いた場合の例を示したが、ウエハに向って超音波振動を与えられるものであれば、振動子は圧電効果・逆圧電効果を有する素子（材料）等に限る必要は無い。振動子に圧電素子の替わりに機械的な振動生成方法を用いることも可能であり、その効果は同等である。
【００２９】
実施の形態２．
次に、実施の形態１と同様な測定系において検知子６で検出された信号の例を図５に示す。図５は図３と比べて時間軸を延ばして測定を行った例を示している。図５の例はスティッキング現象が発生しない場合の例であるが、周期的にその強度が漸減する信号Ａ１〜Ａ４が図５の測定時間範囲内に得られている。Ａの添え字（ｓｕｆｆｉｘ）のｎは、（ｎ−１）が多重反射の回数を表す。具体的には、Ａ１は振動子５からの超音波パルスがステージ１のウエハ載置面３０で反射し検知子６に入射した信号である。また、Ａ２は振動子５からの超音波パルスがステージ１のウエハ載置面３０で反射し、再度ステージ１のウエハ載置側でない端面３１で反射し、再び検知子６に戻った信号である。Ａ３，Ａ４は、上記の様に端面３０、３１での反射を繰り返した信号である。
【００３０】
また、図６は実施の形態１と同様な測定系において検知子６で検出された信号の例であって、スティッキング現象が発生した場合の図である。Ａ１、Ａ２は図５と同じくステージ１の両端面３０及び３１で反射を繰り返した信号である。また、Ｓ１はウエハ２の上端面２１で反射して検知子６に入射した信号、Ｓ２はウエハ２の上端面２１とステージ１の端面３１で反射を繰り返した信号である。さらにＤ１は、ウエハ２の上端面２１とステージ１の端面３１で反射してさらにステージ１の端面３０で反射して検知子６に入射した信号と、ステージ１の端面３０とステージ１の端面３１で反射し、さらにウエハ２の上端面２１で反射し検知子６に入射した信号の和である。
【００３１】
このようにステージ端面等で信号が多重反射すると、種々の反射信号が発生し、スティッキング現象発生の有無を検知することが難しくなる場合がある。
【００３２】
実施の形態２では、上述の様なステージ端面での信号の多重反射を防止する手段を提供する。図７はこの発明の実施の形態２による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺の概略構成図であり、図８はウエハ載置側でない端面を拡大した図である。
【００３３】
図において、ステージ１のウエハ載置側でない端面３１（検知子６を取り付ける側の端面）は、検知子６を取り付ける部分を除いて、その表面を荒らす加工を行っている。加工方法としては。各種工具を用いて荒すほかに、セラミック等の微粉を吹き付けて表面を荒らすショットブラスト等の方法でも良い。
【００３４】
図８に示すように、ステージ１の端面３１の表面を荒らすことにより、ステージ１のウエハ載置側端面３０で反射してステージ１の端面３１に入射する信号は、種々の方向に反射するため、それぞれの方向の反射信号強度は低下する。さらにそれと共に、ステージ１のウエハ載置側端面３０とステージ１の端面３１の距離がそれぞれ異なるために、検知子６へ信号が入射するまでの時間が異なることから、図５に示すように周期的でその強度が漸減する信号が発生することは無くなり、スティッキング現象発生の有無の検知が容易になる。
【００３５】
以上のように、実施の形態２によれば、ステージ１のウエハ載置側でない端面３１について荒らす加工を施すようにしたので、多重反射による信号を減衰して、スティッキング現象発生の信号の有無の検知を容易にする。
【００３６】
なお、ステージ１の端面３１の表面を荒らす例として、図８のように表面に規則的な鋭角を持った場合を示したが、その荒らし方は図８に限らず、ステージの端面３１に入射する信号が種々の方向に反射すれば良く、例えば鋭角突起部の高さを不規則にする、あるいは突起部を丸める加工等を行っても良い。また、機械加工によらず、腐食性の物質でステージ１の端面３１の表面を腐食させる或いは任意の形状にエッチング等を行ってもよい。
【００３７】
実施の形態３．
実施の形態２で説明した、ステージ面で信号の多重反射が発生しスティッキング現象発生の有無を検知することが難しくなる場合において、実施の形態２とは別の解決方法を実施の形態３として以下に説明する。
【００３８】
スティッキング現象が発生し、多重反射が生じた場合の検出信号を、図６と同様に図９に示している。ここで、図９に示すように、スティッキング現象が発生していない状態のステージ１のウエハ載置面３０からの最初の信号Ａ１までの時間（図９ではＴａ）と、スティッキング現象が発生した場合のウエハ２の端面２１からの最初の信号Ｓ１までの時間（図９ではＴｓ）を予め計測する。そして、前記時間Ｔａのｋ倍（ｋ＞１）の時間であって、しかもこの時間ｋＴａが時間Ｔｓより長くなるように設定し、この設定時間ｋＴａ以上の時間を要して検知子６に入射する信号を排除するようにする。そのようにすることで、スティッキング現象発生の信号（図９の信号Ｓ１）の有無を検知することが容易となる。
【００３９】
その具体的な方法としては、検知子６から信号検出部８の信号伝達系に、ステージ１のウエハ載置面３０からの最初の信号Ａ１までの時間Ｔａのｋ倍の時間ｋＴａより長い時間で到達する信号をカットする機械的あるいは電気的なフィルタを設けることで解決できる。ｋの値としては、一般的には１〜２の間が適当であり、２を超えると多重反射の信号が重畳するため、２以上は排除される。
【００４０】
以上のように、実施の形態３によれば、ウエハ載置面３０から反射した最初の検知信号Ａ１までの時間Ｔａのｋ（１＜ｋ＜２）倍の時間であって、スティッキング現象が発生した時の最初の検知信号Ｓ１までの時間Ｔｓより長い時間である、ｋＴａ時間を超える時間を要して検知子６に入射する信号を排除するようにしたので、多重反射が発生しても、スティッキング現象発生の信号の有無を検知することが容易となる。
【００４１】
実施の形態４．
超音波信号の多重反射が発生した場合、その発生原因がステージ１の下部端面３１での反射による場合は、実施の形態２に示すようにその表面を荒らす等の方法で多重反射の発生そのものを抑制する方法で対処できる。また、実施の形態３では、超音波信号の多重反射が発生した場合であっても、多重反射する信号を排除する方法を示した。
【００４２】
しかしながら、実際の半導体処理装置のステージ１の内部には、ステージ冷却用の水路やステージ加熱用のヒータ等種々の構成物や加工が施されたり、あるいは各種センサ等の部品が取り付けられている場合がある。このため、ステージ１の端面３１やウエハ２の上端面２１以外の場所で超音波信号の反射が発生し、実施の形態２や実施の形態３に示した方法のみではスティッキング現象発生の有無を検知できない場合がある。
【００４３】
実施の形態４では、検知子６へ入射する信号を図１１に示すフローチャートの方法で処理することにより、スティッキング現象発生の有無を検知する。
【００４４】
まず、Ｓ１１０１において、スティッキング現象が発生していない状態で検知子６へ入射する超音波信号を測定する。そして、Ｓ１１０２において、検知子６へ入射する信号をあらかじめ信号検出部８のメモリにデータＸとして記録しておく。そのデータ例を図１０（ａ）に示す。この記録されたデータＸには、スティッキング現象が発生していない状態におけるステージ１の端面３０や内部構造物に起因する種々の反射信号が含まれている。
【００４５】
図１０（ａ）のデータを取得した際のステージ１の内部構造を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）において、ステージ１内部には冷却用構造物３５、３６が設けられている。振動子５から発振された超音波パルスａは、ステージ１のウエハ載置面３０、ステージ１内部に設けられた冷却用構造物３５及び３６でそれぞれ反射し、ｂ、ｅ、ｆの信号となって検知子６に入射する。それらの信号は図１０（ａ）ではそれぞれＡ、Ｅ、Ｆに対応し、それぞれの添え字（ｓｕｆｆｉｘ）ｎは、（ｎ−１）が多重反射の回数を表す。冷却用構造物３６からの反射信号ｆは、振動子５から冷却用構造物３６そして検知子６までの距離が一番短くなり、ステージのウエハ載置面３０や冷却用構造物３５からの反射信号ｂ，ｅに比べて短い時間で信号Ｆが観測されることになる。しかし、冷却用構造物３５の底面の加工粗さが熱伝達を良くするために粗く、信号Ｆの強度は他と比べ小さくなっている。
【００４６】
一方、今回、ウエハのスティッキング現象の発生の有無を調べるために、Ｓ１１０４において、振動子５から超音波パルスを発振し、検知子６へ入射する超音波信号を測定する。そして、Ｓ１１０５において、検知子６へ入射する信号を信号検出部８のメモリにデータＹとして記録する。図１２（ａ）はそのデータＹの例を示しており、ステージ１の端面や内部構造物に起因する種々の反射信号の他、今回の場合、スティッキング現象が発生している場合の反射信号や多重信号が含まれている。
【００４７】
次に、信号検出部８は、Ｓ１１０３において、スティッキング現象が発生していない状態での検知子６へ入射する信号のデータ「Ｘ」の信号強度を正負反転したデータ「−Ｘ」を作成する。そして、Ｓ１１０６において、今回の検知子６の入射データ「Ｙ」と、スティッキング現象が発生していない状態での検知子６へ入射する信号の反転データ「−Ｘ」との和であるデータ「Ｚ」を求める。
【００４８】
図１２（ｂ）は上記Ｓ１１０６で算出したデータ「Ｚ」を表わしており、ステージ１の端面３１やステージ１内部に設けられた冷却用構造物等で発生する信号あるいは多重反射による信号が排除されており、スティッキング現象による発生する入射信号Ｂ１，Ｂ２，・・・のみを分離して取り出すことができる（Ｓ１１０７）。その後、信号検出部８は、Ｓ１１０８において、図１２（ｂ）に示すように、あらかじめ設定した閾値ＨとデータＺの検出信号を比較し、閾値Ｈを超えた信号が検出された場合にはスティッキング現象が発生したと判定し（Ｓ１１１０）、閾値Ｈを超えた信号が検出されなかった場合にはスティッキング現象が発生していないと判定する（Ｓ１１０９）。
【００４９】
以上のように実施の形態４によれば、今回、検知子６へ入射した信号から、スティッキング現象が発生していない場合の検知子６に入射した信号を差し引くことにより、スティッキング発生を検出するようにしたので、スティッキング現象の発生による信号成分を高感度に検知することができる。
【００５０】
実施の形態５．
スティッキング現象が発生した際に、ウエハ２の端面で反射して検知子６へ入射する信号は、測定条件や処理装置のステージ構造等によって微弱になることがある。実施の形態５では、このような場合にスティッキング現象発生の有無を感度良く（Ｓ／Ｎ比を大きく）検知する方法について説明する。
【００５１】
これまでの実施の形態では、振動子５から印加する超音波パルスとして単発の場合を例に示したが、ここでは、まず振動子駆動部７から振動子５に周期的なパルス電圧、または間歇発振する電圧を印加する場合を例に説明する。
【００５２】
図１３はこれまで説明した実施の形態の構成において、振動子駆動部７として、周期的なパルス電圧を発生するパルス電源１１と、発生したパルス電圧を振動子５に送信する送信回路１２を設置すると共に、信号検出部８として、検知子６に入射した超音波信号を受信する受信回路１３と、受信した信号を処理し表示する信号処理部１４を設置した。
【００５３】
図１３において、パルス電源１１が発生した周期的なパルス電圧は、送信回路１２を経由して振動子５に印加され、振動子５はステージ１内部をウエハ載置面に向って伝搬する周期的な超音波パルスを発振する。ステージ１のウエハ載置面等で反射した周期的な超音波パルス信号は検知子６へ入射され、受信回路１３を経由して信号処理部１４へ入力される。一方、パルス電源１１から発生した周期的なパルス電圧に同期したトリガ信号も、信号処理部１４に入力され、波形の確認が可能となる。
【００５４】
しかしながらこの方法では、スティッキング発生の有無を判定する信号は周期的に信号処理部１４へ入力されるが、その際、個々の信号が周期的に表示されるだけであって、その信号の強度はこれまでの実施の形態における信号データと同じである。
【００５５】
そこで、本実施の形態では、図１４に示すように、受信回路１３と信号処理部１４の間に、積算回路１５を挿入する。この積算回路１５は、受信回路から送られてくる周期的な信号をパルス電源１１からの同期トリガ信号に同期して、この同期信号が入ったタイミングで受信信号を記憶し、次の受信信号が入った際にも同期信号を用いて前回の受信信号に積算処理する。この様にすることで、積算回路１５では、印加された高周波パルスの回数と同じ数だけ信号が、同期信号に同期して積算されることになる。検知子６へ入射する信号には、ステージ１やウエハ２の端面等から反射してくる信号成分以外にも種々の原因によるノイズに起因する信号が含まれている。これらのノイズ起因の信号は一般的には、時間的にも強度的にも無秩序（ランダム）な信号であり、周期的にこれらの信号を積算することで、ノイズ成分は各々相殺されて、その影響を抑えることができる。一方、ステージ１やウエハ２の端面等から反射してくる信号成分は、時間的に同じタイミングで周期的に入射するため、積算することで、その強度を逆に高めることができる。そのため、外部から設定可能なある設定回数（積算回数）にわたって検知子６へ入射する信号を積算することにより、入射信号に含まれるノイズ成分を抑え、スティッキング現象を検知するのに有効な信号成分を高めることができる。すなわち、スティッキング現象が発生した際にウエハ２の端面で反射して検知子６へ入射する信号のＳ／Ｎ比を高めて測定することが可能となる。
【００５６】
以上のように、実施の形態５によれば、振動子５から所定回数の周期的な超音波信号を発信し、検知子６に周期的に入射する反射信号を所定回数積算することにより、スティッキング発生を検出するようにしたので、検知子６に入射する反射信号のＳ／Ｎ比を高めることができ、スティッキング現象の発生による信号成分を容易に検知することができる。
【００５７】
実施の形態６．
上述の実施の形態では、スティッキング現象発生の有無を検知する方法について述べてきたが、本実施の形態では、スティッキングが発生した際に半導体処理装置においてどのような制御を行えばウエハのスティッキングによる搬送トラブル等を最小限に抑えられるかについての解決手段を提供する。
【００５８】
図１５はこの発明の実施の形態６による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺と、スティッキング検知システムの制御部、及び半導体処理装置の上位の制御系を示す概略構成図である。
【００５９】
図１５において、半導体処理装置は、信号検出部８の出力信号に基づいてウエハのスティッキング現象発生の有無を検知してスティッキング発生信号を出力するスティッキング現象発生検知部５０と、半導体処理装置を統括制御すると共に、スティッキング現象発生検知部５０からスティッキング発生信号を受信するとアラーム信号を出力する制御部５１と、制御部５１からアラーム信号を受信するとアラーム（警告）を発するアラーム回路５２を備えている。なお、その他の構成は、上述の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００６０】
次に、この発明の実施の形態６の動作を説明する。半導体処理装置内においてスティッキング現象が発生すると、スティッキング現象発生検知部５０は、信号検出部８の出力信号に基づいてスティッキング現象発生を検知して、スティッキング発生信号を出力する。スティッキング現象発生検知部５０によるスティッキング現象発生の具体的検知方法は、例えば、実施の形態３で説明したように図９の反射信号Ｓ１を検出することにより、また、実施の形態４で説明したように図１２（ｂ）の信号Ｂ１を検出することにより自動的に行われる。スティッキング現象発生検知部５０から出力されたスティッキング現象発生信号は、半導体処理装置の制御部５１に送信され、制御部５１は当該信号に基づいて、アラーム回路５２にアラーム信号を出力してアラーム回路５２からアラーム（警告）を発報する。それと同時に、半導体処理装置の制御部５１は、処理中のウエハを含めウエハの処理を停止し、スティッキングが発生した処理中のウエハを処理室から搬送システムで回収する。また、新たなウエハの処理室への搬入も停止される。更に、半導体処理装置の制御部５１は、スティッキング現象の発生及び発生時刻、発生ロット、発生品種等の情報を上位制御系に伝達する。上位制御系ではその情報を受け、当該半導体処理装置へのウエハロットの新たな投入を禁止し、当該ロットを他の半導体処理装置で処理するように、ウエハの搬送システムへ制御信号を送る。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、ウエハ２のステージ１へのスティッキングの発生を検出した場合に、アラームを発報し、ウエハの処理を停止して処理室から回収し、発生状況を上位制御系へ伝達するようにしたので、ウエハのスティッキングが発生した場合においても、その後の搬送トラブル等を最小限に抑えることができる。
【００６２】
実施の形態７．
スティッキング現象が発生した場合、ウエハ２はステージ１上に貼り付いたままで、ウエハ突き上げピン３でウエハ２を突き上げることができず、ウエハ２を割ったり、又はウエハ突き上げピン３の動作でウエハ２の位置がずれたりする場合が生じる。つまり、ウエハ２がウエハ突き上げピン３によって割られたり、ウエハ２の位置がずれたりしてウエハ搬送不良が生じることがある。ウエハ割れやウエハ搬送不良が発生すると、半導体処理装置を停止して、ウエハ２の回収を行う必要があり、特にエッチング等の真空処理を行う装置では、装置を一度大気圧に戻しウエハ２を回収後、再度装置を真空に戻す必要があり、装置の停止時間が非常に長くなり、装置の稼働率を大きく下げることになる。
【００６３】
そこで、上述した各実施の形態によってウエハ２のスティッキング現象の発生の有無をウエハ突き上げピン３でウエハを突き上げる前に検知することが可能となったので、これを利用して、本実施の形態では、スティッキング現象が発生した場合、半導体処理装置を異常停止させることなく、当該処理を続行するために、ウエハのスティッキング現象を解除する方法を提供する。
【００６４】
図１６はこの発明の実施の形態７による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺の概略構成図である。
【００６５】
ウエハを処理する半導体処理装置の中で特にウエハ処理にプラズマを用いる装置や、ウエハの処理中の温度を正確に制御する必要がある装置においては、その処理室のステージ１には、ウエハ２とステージ１の間に熱伝達を促進するために、図１６で示すように、所定の圧力のヘリウム等のガスを外部のガス供給源（図示せず）からガスを供給するためのライン６０が設置され、ガスの圧力は圧力計６４でモニタされている。なお、ガス供給ライン６０にはガスの供給を制御するバルブ６１が、ガス排出ライン６３にはガスの排出を制御するバルブ６２が設けられている。
【００６６】
また、上述のガス供給の際に、ウエハ２が、ウエハ２とステージ１の間に供給されるガスの圧力でステージ１から移動したり、浮き上がらないようにウエハ２の周辺を機械的に抑える機構（図示せず）や静電気力を利用して押える機構（図示せず）等を設けられることが多い。ここでは、それらの機構をウエハ押え機構と呼ぶ。
【００６７】
図１７にこの発明の実施の形態７によるスティッキングを除去する方法の一例を示すフローチャートである。
【００６８】
まず、Ｓ１７０１において、半導体処理室内でのウエハ２の処理が終わると、Ｓ１７０２において、制御部５１からの指令により、ガスバルブ６１を閉じ、ついでガスバルブ６２を開けて、ウエハ２とステージ１の間のプロセスガス又はウエハ冷却ガスを、ガス排出ライン６３を経由して処理室外へ排出する。そして、Ｓ１７０３において、ガスの排気を完了すると、制御部５１においてカウントＮ＝０とする。
【００６９】
次に、Ｓ１７０４において、スティッキング現象発生検知部５０によりウエハ２のスティッキング現象の発生の有無を判定する。ここで、スティッキング現象発生検知部５０がスティッキング現象の発生を検知すると、Ｓ１７０５に進み、制御部５１は、Ｎ＞３か否かを判定し、Ｎ≦３ならば、Ｓ１７０６に進み、スティッキング除去作業を行う。
【００７０】
Ｓ１７０６におけるスティッキング除去作業は、図１６において、ガスバルブ６２を閉じ、ガスバルブ６１を開けてウエハ２とステージ１間に、ガス供給ライン６０からヘリウム等のガスを再度供給することにより行う。この導入されるガスの圧力により、ウエハ２がウエハ突き上げピン３によって部分的に突き上げられる場合と異なって、ウエハ面２０全面にわたって均一に押し上げられる。しかも、ウエハ２は上述のウエハ２の周辺を機械的に抑える機構（図示せず）や静電気力を利用して押える機構（図示せず）等によってウエハ２の割れやウエハ２の移動・浮き上がりが押えられるため、ウエハ搬送不良を生じることなく、スティッキングは解消される。
【００７１】
なお、ガス供給ラインに印加するガスの圧力が高い場合には、時としてウエハ２は上述のウエハ押え機構に抗してステージ１から飛び出したり、ステージ１上で移動する場合がある。このためガス供給ラインに印加するガスの圧力は、１０Ｔｏｒｒ以下、望ましくは３Ｔｏｒｒ以下が良い。
【００７２】
また、ガスの圧力の印加方法も、図１６に示す圧力計６４でガス圧力をモニタしながら、所定の時間一定に圧力を印加する方法以外に、バルブ６１及び６２を制御して、ガスの導入・排気を繰り返すことで、ウエハ２の裏面にパルス的なガス圧力を加える方法、及びその組み合わせ等があり、いずれもウエハ２がステージ１から飛び出したり、ステージ１上で移動することを防止する効果がある。
【００７３】
なお、本実施の形態のフローチャート（図１７）では、上記スティッキング発生の検知（Ｓ１７０４）及びスティッキング除去作業（Ｓ１７０６）をＮ＝３回まで実施し、スティッキング除去作業を３回以上繰り返しても、スティッキング現象が解消されなければ、アラーム処理を行うようにしている。
【００７４】
そして、Ｓ１７０４において、ウエハ２のスティッキング現象が始めから無い場合、又はＳ１７０６におけるスティッキング除去作業によりスティッキング現象が解消された場合は、ウエハ突き上げピン３の突き上げ動作によりウエハ２を突き上げ（Ｓ１７０８）、ウエハ搬送機構が処理室内に進入し（Ｓ１７０９）、ウエハ２をウエハ搬送機構に載置し（Ｓ１７１０）、ウエハ２を処理室外に搬送する（Ｓ１７１１）。
【００７５】
以上のように、実施の形態７によれば、ウエハのステージへのスティッキングの発生を検出した場合に、ウエハを押えつつ、ウエハとステージの間にガスを供給するようにしたので、ウエハの割れやウエハの移動・浮き上がりを生じることなくスティッキング現象を解消することができる。
【００７６】
実施の形態８．
ウエハを処理する半導体処理装置の中で特にウエハ処理にプラズマを用いる装置では、ウエハ２は、処理中にプラズマ中のイオンや電子等の荷電粒子に曝されている。近年のプラズマ処理装置では、ウエハ２処理中の温度を正確に制御し、ウエハ２とステージ１の密着性を向上させるために、ステージ１のウエハ載置面３０に絶縁性の皮膜を施すと共に、ステージ１に直流電圧を印加し、ウエハ２を静電的に吸着する静電チャックと呼ばれる構成を有する場合があり、その構成図を図１８に示す。
【００７７】
図１８において、直流電源７２から直流電圧をケーブル７１を介してステージ１に印加する。図示していないが、ステージ１は回りの接地電位の部品とは絶縁されている。また、ケーブル７１には、直流電源７２とステージ１の間に電路を切り離すスイッチ７３が入っている。７０はステージ１のウエハ載置面３０に施された絶縁膜である。
【００７８】
ここで、処理室でウエハ２の処理が終了し、プラズマが消えた際には、ウエハ２は帯電状態にあることが多い。ウエハ２に残留する電荷量を−Ｑ（クーロン）とすると、ステージ１には＋Ｑ（クーロン）が誘起され、このためウエハ２はステージ１に下記式のＦの静電力で吸着する。
【００７９】
Ｆ＝Ｑ２／４πεｒ２      ε＝εＯεＳ＝８．８５×１０−１２εＳ
ここで、Ｑは帯電電荷量（クーロン）、ｒはステージ１とウエハ２間の距離（ｍ）、εＳは絶縁膜の誘電率、Ｆの単位はＮ（ニュートン）である。
【００８０】
ウエハ２に残留する電荷の極性がプラスで＋Ｑ（クーロン）の場合は、ステージ１には−Ｑ（クーロン）が誘起されるが、発生する静電力は同一である（なお、ウエハの吸着力には上記クーロン力以外にジョンソン・ラーべック力等の力もあるがここでは考慮しない）。上記式で表される静電力起因のウエハ２のスティッキングは、ウエハ２やステージ１に残留した電荷を除去する必要がある。
【００８１】
ステージ１の表面には、上記の様に静電チャックのための絶縁膜７０を施してあるために、ステージ載置面３０を経由して電荷を逃がすことはできない。このため、ウエハ突き上げピン３を例えば導電性材料で作成する、あるいはウエハ突き上げピン３の表面を導電性材料でコーティングする等の方法で、ウエハ２の裏面からウエハに蓄積された電荷を逃がすことが考えられるが、ウエハ２には、各種の膜を生成する処理を施され、その中にはシリコン酸化膜等の絶縁性の膜も多々ある。このために従来から提案されているこの方法では、ウエハ２に蓄積された残留電荷を逃がすことは困難である。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、スティッキング発生の信号により、半導体処理室内にプラズマを生成し、当該プラズマを介してウエハ２の電荷を除去するようにする。
【００８３】
プラズマ生成用ガスは、プラズマ生成によりウエハに影響を与えることの少ないガスを選択する必要があり、たとえば希ガスのヘリウム、アルゴン等が適当である。また、予め半導体処理装置にガス供給のための配管系を配設し、ウエハに影響を与えることの比較的少ないガスとして窒素等を使用しても良い。当該処理に用いるガスが、ウエハ２に悪影響を与えないと考えられる場合には、プラズマ生成用のガスは、エッチングやＣＶＤの処理に用いるものと同じガスを用いても同様の効果が得られる。この場合ガスは単独でなく複数のガスの組み合わせでも良い。
【００８４】
以上のように、実施の形態８によれば、スティッキングの発生を検出した場合に、処理室内にプラズマを発生し、ウエハの電荷を除去するようにしたので、静電力起因のスティッキングを除去することができる。
【００８５】
その他の実施の形態．
実施の形態７及び実施の形態８で示したスティッキングを除去する方法は、それぞれ独立に行っても所定の効果が期待できるが、実施の形態７及び実施の形態８の方法を交互に実施する等してもスティッキング除去には有効である。
【００８６】
また、上述の実施の形態は、ウエハをステージの基板載置面に載置して所定の処理を行う半導体処理装置に関して適用した例を説明したが、液晶基板等その他の被処理基板に所定の処理を行う基板処理装置全般に適用できる。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被処理基板（ウエハ等）をステージの基板載置面に載置して所定の処理を行う基板処理装置（半導体処理装置等）において、被処理基板（ウエハ等）を基板載置面に載置するステージと、ステージの基板載置面に向って超音波信号を発信する振動子と、前記発信した超音波信号の反射信号を検知する検知子を備え、ステージの基板載置面以外の被処理基板（ウエハ等）の端面からの反射信号を検知することにより、被処理基板（ウエハ等）のステージへのスティッキングを検出するようにしたので、被処理基板の突き上げ動作等、被処理基板を処理室から搬出するための動作以前に、スティッキングの発生を検知することができ、被処理基板の割れや搬送不良等の発生による基板処理装置の稼働率の低下を防ぐことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺の概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるウエハとステージの境界近傍を模式的に示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による検知子に入射した超音波信号の強度を示す信号図である。
【図４】この発明の実施の形態１による振動子と検知子の配置例を示す図である。
【図５】実施の形態１と同様な測定系において検出された信号であって、スティッキング現象が発生しない場合の図である。
【図６】実施の形態１と同様な測定系において検出された信号であって、スティッキング現象が発生した場合の信号図である。
【図７】この発明の実施の形態２による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺の概略構成図である。
【図８】この発明の実施の形態２による半導体処理装置のステージ端面付近を示す拡大図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるスティッキング現象の検出を説明するための信号図である。
【図１０】この発明の実施の形態４において、スティッキング現象が発生していない状態での検知子へ入射する信号と、その時のステージ内部の構造を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態４によるスティッキング現象発生の有無を検知する方法を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態４によるスティッキング現象の検出を説明するための信号図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による半導体処理装置を説明するための概略構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による半導体処理装置を説明するための概略構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態６による半導体処理装置を説明するための概略構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態７による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺の概略構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態７によるスティッキングを除去する方法の一例を示すフローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態８による半導体処理装置のウエハを載置するステージ周辺の概略構成図である。
【符号の説明】
１  ステージ、２  ウエハ、３  ウエハ突き上げピン、４  シリンダ、５  振動子、６  検知子、７  振動子駆動部、８  信号検出部、１１  パルス電源、１２  送信回路、１３  受信回路、１４  信号処理部、１５  積算回路、５０  スティッキング現象発生検知部、５１  半導体処理装置の制御部、５２  アラーム回路、６０  ガス供給ライン。
【図１】
2004335570.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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