(57)【要約】【課題】ガス層の厚さの計測値に基づいて、伝熱ガスの供給量を制御し、これによって、形成される伝熱ガス層を均一に、かつ、最適な状態とすることができ、対象物を均一に冷却することによって、製品の歩留まりを向上させることができる伝熱ガスの供給システムを提供する。【解決手段】伝熱ガスを供給することによって、処理基板Ｗとそのサセプタ２間に伝熱ガス層Ｇを形成する伝熱ガス供給システムであって、伝熱ガス層Ｇの厚さを複数箇所測定し、その測定結果に基づいて、伝熱ガス層Ｇの厚さが均一に、かつ、最適となるよう、伝熱ガスの供給量を制御するように構成したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱ガスを供給することによって、対象物とそのサセプタ間に伝熱ガス層を形成する伝熱ガス供給システムにおいて、
前記伝熱ガス層の厚さを複数箇所において測定し、
その測定結果に基づいて、伝熱ガス層の厚さが均一となるよう、伝熱ガスの供給量を制御するように構成したことを特徴とする伝熱ガス供給システム。
【請求項２】
伝熱ガスを供給することによって、対象物とそのサセプタ間に伝熱ガス層を形成する伝熱ガス供給システムにおいて、
前記伝熱ガス層の厚さを複数箇所において測定し、
その測定結果に基づいて、対象物とそのサセプタ間の伝熱抵抗の大きさが均一となるよう、伝熱ガスの供給量を制御するように構成したことを特徴とする伝熱ガス供給システム。
【請求項３】
伝熱ガスを供給することによって、対象物とそのサセプタ間に伝熱ガス層を形成する伝熱ガス供給システムにおいて、
前記伝熱ガス層の厚さを複数箇所において測定し、
その測定結果に基づいて、伝熱ガス層の厚さ又は伝熱抵抗の大きさが均一となる面積が最大となるように、伝熱ガスの供給量を制御するように構成したことを特徴とする伝熱ガス供給システム。
【請求項４】
前記伝熱ガス層の厚さを測定するために使用されるセンサが、対象物には接触しない位置に配置され、
前記センサ間の静電容量の変化を計測し、前記伝熱ガス層の厚さを、その計測値に基づいて換算する非接触厚さ計を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の伝熱ガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体或いはその他の工業製品の製造工程において、対象物の均一な冷却を行なうために使用される伝熱ガスの供給方法、及び、供給されたガスによって形成されるガス層の厚さを管理する方法、乃至は、それらを実施するための伝熱ガスの供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体やその他の工業製品の製造工程において、処理基板（半導体ウェーハ、ＬＣＤ用のガラス基板、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｓｅ）用の基板、太陽電池用の基板等）をそのサセプタ上に固定すること等を目的として、処理基板とそのサセプタの間に、ヘリウムガス等の、熱伝導率の高いガス（伝熱ガス）を供給する、ということが行われている。
【０００３】
図２は、一般的な伝熱ガスの供給手段を有する従来の半導体製造装置２１の構成例を示す図である。この図において、Ｗは処理基板（ここでは、半導体ウェーハ）、２２はサセプタ、２３は伝熱ガス供給源、２４は圧力調整器、２７は温調装置である。
【０００４】
この半導体製造装置２１においては、伝熱ガス供給源２３より供給される伝熱ガスによって、処理基板Ｗとサセプタ２２との間に、ガス層Ｇが形成されるようになっている。
【０００５】
ところで、この種の伝熱ガス供給システムを適用した製造装置において、製品の歩留まりを向上させるためには、表面温度分布が均一となるように対象物（処理基板Ｗ）を冷却する必要がある。
【０００６】
例えば、半導体ウェーハのエッチング工程においては、エッチングの線幅は半導体ウェーハ（処理基板Ｗ）の表面温度に大きく依存しており、ウェーハの表面温度が異なれば、線幅が変わってしまう。つまり、ウェーハの表面において温度差が生じていると、同じ基板上で、線幅の異なるエッチングが行なわれてしまう可能性があり、歩留まりの低下を起こす要因となる。従って、製品の歩留まりを向上させるためには、同一基板上で線幅が一定となるように、ウェーハを均一に冷却することが必要となる。
【０００７】
そして、ウェーハを均一に冷却するためには、ウェーハとサセプタの間に形成される伝熱ガス層Ｇの厚さの調節を行うことが重要となる。伝熱ガスの伝熱抵抗は、基本的にはガス層Ｇの厚さに比例するため、ガス層Ｇの厚さを均一にすることができれば、伝熱抵抗の大きさを均一にすることができ、その結果、ウェーハを均一に冷却することができる。反対に、ガス層Ｇの厚さが均一でない場合、伝熱抵抗の大きさについて「ばらつき」が生じることになり、この場合、伝熱抵抗が小さいところ（即ち、ガス層の厚さが小さいところ）では、冷却効率が良いため、ウェーハは所望の温度に冷却されることになるが、伝熱抵抗が大きいところ（即ち、ガス層の厚さが大きいところ）では、冷却効率が悪く、伝熱抵抗が小さいところよりも温度が高くなってしまうことになる。
【０００８】
このように、伝熱ガス層Ｇの厚さが一定でないと、伝熱抵抗が不均一となり、このためウェーハの表面において温度差が生じ、その結果、半導体製造工程において要求される「均一な処理」を行うことが困難となる。従って、均一な処理を行えるように、ウェーハの表面における温度差の発生を回避することが必要となり、このため、伝熱抵抗が均一となるように、伝熱ガス層Ｇの厚さの調節を行うことが重要となる。
【０００９】
図２に示した半導体製造装置２１においては、圧力調整器２４、又は、流量調整器（図示せず）によって、供給されるガスの圧力や流量を調節できるようになっており、それらの調整器における供給圧力・流量の設定を、「最適値」（実機検証を通じて経験的に見出された値）に設定することによって、ガス層Ｇの厚さを調節するようになっている。
【００１０】
また、ガス層Ｇの厚さがなるべく均一となるように、図３に示すように、サセプタ２２の表面に伝熱ガスの通路２８を形成したり、伝熱ガス供給口３０を複数設置するとともに、供給口３０ごとに、伝熱ガスの流量や供給圧力を調節できるように構成したり、或いは、供給口３０の開設位置を最適化する、といった工夫がなされているものも存在する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示した半導体製造装置２１の伝熱ガス供給システムに限らず、対象物とサセプタの間に伝熱ガス層Ｇが形成されるようなシステムにおいて、対象物を均一に冷却しようとする場合には、伝熱抵抗の大きさが均一となるように、形成される伝熱ガス層Ｇの厚さの調節を行うことが必要不可欠である。
【００１２】
しかしながら、図２の例に代表されるように、従来の伝熱ガス供給システムにおいては、「実機検証を通じて経験的に見出された最適値」に基づいて、伝熱ガスの供給圧力・流量を調節しているため、伝熱ガス層Ｇの厚さについて「なるべく均一」となるような調節をすることはできても、得られる「均一さ」には限界があり、形成される伝熱ガス層Ｇの厚さ（即ち、伝熱抵抗の大きさ）を正確に調節することはできなかった。
【００１３】
また、対象物に固有の条件が存在しているような場合（例えば、対象物となるウェーハの一部に「反り」が生じている場合など）、従来の伝熱ガス供給システムにおいては、このような因子が考慮されるようにはなっていないため、例えば、「反り」を考慮に入れた上で、伝熱ガスの供給量を制御したり、一枚のウェーハの面積の中で処理が有効となる面積（基板処理部分の有効面積）が最大となるような、伝熱ガスの供給量制御を行うことはできなかった。
【００１４】
また、図３に示されているような伝熱ガス通路２８をサセプタに形成したり、供給口３０ごとの圧力・流量調整を行ったり、或いは、供給口３０の開設位置の最適化を図ったとしても、形成される伝熱ガス層Ｇの厚さや伝熱抵抗の大きさを正確に調節することは困難であった。
【００１５】
また、従来法による場合、伝熱ガスの供給圧力や流量の設定は、前述の通り、実機検証を通じて経験的に見出された最適値に基づいて行われるため、プロセス条件が変更された場合には、その都度、最適値を見出すための検証が必要となり、かなりの時間を要することになる。
【００１６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、ガス層の厚さの計測値に基づいて、形成される伝熱ガス層の厚さが均一となるように、或いは、伝熱抵抗の大きさが均一となるように、或いは、伝熱ガス層の厚さ又は伝熱抵抗の大きさが均一となる面積が最大となるように、伝熱ガスの供給量を制御することによって対象物を均一に冷却することができ、これにより、製品の歩留まりを向上させることができる伝熱ガスの供給システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１に記載の伝熱ガス供給システムは、伝熱ガスを供給することによって、対象物（処理基板等）とそのサセプタ間に伝熱ガス層を形成するためのものであって、伝熱ガス層の厚さを複数（好ましくは４つ以上、更に好ましくは４〜８つ）の箇所において測定し、その測定結果に基づいて、伝熱ガス層の厚さが均一となるよう、伝熱ガスの供給量を制御するように構成したことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項２に記載の伝熱ガス供給システムは、伝熱ガス層の厚さの測定結果に基づいて、伝熱ガス層における伝熱抵抗の大きさが均一となるように、伝熱ガスの供給量を制御するように構成したことを特徴としている。
【００１９】
また、請求項３に記載の伝熱ガス供給システムは、伝熱ガス層の厚さの測定結果に基づいて、伝熱ガス層の厚さ又は伝熱抵抗の大きさが均一となる面積が最大となるように、伝熱ガスの供給量を制御するように構成したことを特徴としている。
【００２０】
尚、伝熱ガス層の厚さを測定するために使用されるセンサは、対象物には接触しない位置に配置されていることが好ましい。また、センサ間の静電容量の変化を計測し、前記伝熱ガス層の厚さを、その計測値に基づいて換算する非接触厚さ計を有していることが好ましい。
【００２１】
本発明は、上記のような構成とすることにより、供給する伝熱ガスの圧力や流量そのものを制御するのではなく、複数の測定点におけるガス層の厚さの計測値に基づいて、ガス層の厚さが均一となるように、伝熱ガスの供給量を制御することにより、伝熱抵抗の大きさを均一化し、これによって、対象物を均一に冷却することができる。
【００２２】
つまり、従来法による場合は、供給圧力や供給流量が、「最適値」（即ち、オペレータによる入力値）となるような制御が行われるため、実際にガス層の厚さがどのような状態になっているかという問題や、どの部分の厚さをどの程度に調節すれば、基板処理部分の有効面積を最大にすることができるかという問題は考慮されないが、本発明による場合、測定点におけるガス層の厚さの計測値に基づいて伝熱ガスの供給量を調節しているので、「ガス層の厚さ」を制御することができる。その結果、ガス層における伝熱抵抗の大きさを均一化することができ、対象物を均一に冷却することによって、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００２３】
また、複数の測定点においてガス層の厚さを計測することにより、対象物における「反り」の有無、位置、程度等を把握することができるので、そのような「反りの具合」に応じて伝熱ガスの供給量を調節することができ、その結果、「ガス層における伝熱抵抗の大きさ」を制御することができ、対象物の均一な冷却により、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００２４】
更に、一枚の対象物の平面積の中で処理が有効となる面積（基板処理部分の有効面積）が最大となるように、伝熱ガスの供給量を制御することにより、対象物の全面積中、最大の面積に亘って「ガス層の厚さ」又は「伝熱抵抗の大きさ」を均一化することが可能となり、これによって対象物を最大限均一に冷却することができ、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００２５】
尚、このシステムは、半導体製造工程以外において、供給されたガスによって形成されたガス層の厚さを管理する場合にも適用可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の「伝熱ガス供給システム」を適用した半導体製造装置１の構成図である。この図において、Ｗは処理基板（半導体ウェーハ）、２はサセプタ、３は伝熱ガス供給源、４は非接触厚さ計、５は上部測定用センサ、６は下部測定用センサ、７は温調装置、８は伝熱ガス調整バルブである。
【００２７】
この半導体製造装置１においては、伝熱ガス供給源３からサセプタ２（サセプタ２の上面に配置されたバイアス用電極９）の上方へ伝熱ガスが供給されるようになっており、供給された伝熱ガスにより、処理基板Ｗとサセプタ２の間に伝熱ガス層Ｇが形成される。
【００２８】
また、図示されているように、処理基板Ｗの上方には上部測定用センサ５が配置され、サセプタ２の下側には下部測定用センサ６が配置されている。これらのセンサ５，６は、処理基板Ｗの表面、及び、サセプタ２には直接触れることなく平行に設置されるとともに、非接触厚さ計４に接続されており、非接触厚さ計４は、これらのセンサ５，６間の静電容量Ｃを計測することによって、伝熱ガス層Ｇの厚さを測定するようになっている。但し、下部測定用センサ６は、必ずしもサセプタ２と非接触である必要はなく、むしろ接触式の方が、高精度な結果を得られる場合もある。尚、センサ５，６による計測は、伝熱ガス層Ｇの複数（好ましくは４つ以上、更に好ましくは４〜８つ）の箇所（測定点）において実行される。また、測定が終了すると、センサ５は、プラズマの影響がない位置へ速やかに移動（退避）するようになっている。
【００２９】
センサ５，６間の静電容量Ｃと、計測すべき伝熱ガス層Ｇの厚さｄの間には、次の関係式が成り立つ。
【００３０】
【数１】
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ
【００３１】
ここで、「Ｓ」は、処理基板Ｗ及びサセプター２の対向面積、即ち、上部測定用センサ５及び下部測定用センサ６の感応面積であり、一定である。また、「ε」は誘電率である。
【００３２】
この関係式（数１）からも分かるように、計測すべきガス層の厚さｄが変化すると、センサ５，６間の静電容量Ｃは、これに反比例して変化することになる。従って、伝熱ガスの導入前後において、センサ５，６間の静電容量Ｃを計測すれば、伝熱ガス層Ｇの厚さｄが判明する。尚、サセプタを構成する材料（アルミニウム、アルミニウム合金、又は、それらの表面に耐プラズマ処理を施した材料）、及び、バイアス電極９の厚さや誘電率は、測定毎に変化することはないため、それらの静電容量を補償した後の静電容量の値から、ガス層Ｇの厚さを計算することができる。
【００３３】
より具体的に説明すると、伝熱ガス層Ｇの厚さの測定に際しては、まず始めに、伝熱ガスの導入前における処理基板Ｗとサセプタ２（サセプタ２上のバイアス用電極９）との間の距離ｔ’を測定する。次に、伝熱ガスの導入後における処理基板Ｗとサセプタ２（サセプタ２上のバイアス用電極９）間の距離ｔを測定する。これらの測定結果の差（ｔ−ｔ’）をとることにより、伝熱ガス層Ｇの厚さが測定される。
【００３４】
このようにして計測された伝熱ガス層Ｇの厚さ（サセプタ２上に設置したバイアス用電極９と処理基板Ｗとの間の距離）の値が、いずれの測定点においても、設定値と一致するように、伝熱ガス調整バルブ８の開度を制御して伝熱ガスの供給量を調節する。
【００３５】
これにより、伝熱ガス層Ｇの厚さを、均一に、かつ、最適な状態に制御することが可能となり、処理基板Ｗとサセプタ２（サセプタ２上のバイアス用電極９）の間の伝熱抵抗の大きさを均一にすることができ、その結果、温度分布が均一となるように処理基板Ｗを冷却することができる。
【００３６】
尚、上部測定用センサ５は、処理基板Ｗには接触しない位置に設置されているため、処理基板Ｗを傷つけることなく伝熱ガス層Ｇの厚さを計測することができ、また、測定終了後は、プラズマ照射に影響を与えない位置へ移動される。従って、プロセスへの悪影響は無い。
【００３７】
このように、本発明によれば、伝熱ガス層Ｇの厚さを均一に、かつ、最適な状態となるよう制御することができ、その結果、伝熱抵抗の大きさを均一にすることができ、処理基板Ｗは均一に冷却され、処理基板Ｗの表面温度分布も均一となる。
【００３８】
処理基板Ｗの均一な冷却は、製品の歩留まりの向上につながる。例えば、半導体ウェーハのエッチング工程においては、同じ基板上で線幅を一定にすることが可能となり、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００３９】
また、本発明の伝熱ガス供給システムにおいては、伝熱ガス調整バルブ８を適宣調節することによって、処理基板Ｗを最適な位置へ回転移動させることができ、これによって、伝熱ガス層Ｇの厚さを均一に、かつ、最適な状態となるように制御することができる。その結果、温度分布が均一となるように、処理基板Ｗを冷却することができる。
【００４０】
尚、処理基板Ｗが部分的に反ってしまっているような場合には、伝熱ガスの供給量を単純に調節しただけでは、伝熱ガス層Ｇの厚さを完全に均一にすることはできないことがある。このような場合、伝熱抵抗の大きさは不均一となってしまうことになり、処理基板Ｗの全面積に亘って均一な処理を行うことができなくなってしまうため、処理基板Ｗに「反り」が生じているような場合には、その「反り具合」に応じて伝熱ガスの供給量を制御しなければ、伝熱抵抗の大きさを均一化することはできない。
【００４１】
従来法による場合、伝熱ガス層Ｇの厚さを測定することができないため、「反り具合」に応じた伝熱ガスの供給量の制御といった手法を実現することはできず、従って、このような場合において処理基板Ｗの全面積に亘って均一な処理を行うことは実質上不可能である。
【００４２】
これに対し、本発明の伝熱ガス供給システムにおいては、伝熱ガス層Ｇの厚さを計測し、その計測結果に基づいて伝熱ガスの供給量を制御することができるので、処理基板Ｗに「反り」が生じているような場合であっても、その位置と「反り具合」を把握することができ、その「反り具合」に応じて伝熱ガスの供給量を制御することにより、伝熱ガス層Ｇの厚さ、或いは、伝熱抵抗の大きさを可能な限り均一化することができる。
【００４３】
より具体的には、伝熱ガス層Ｇの厚さの計測結果より、処理基板Ｗに「反り」が生じていることが判明した場合、その位置と「反り具合」を考慮に入れた上で、どの供給口からどれだけの伝熱ガスを供給すれば、「一枚の処理基板Ｗの面積のうち、伝熱ガス層の厚さ又は伝熱抵抗の大きさが均一となる面積が最大となるか」を演算処理によって求め、その結果得られた数値に従って、供給口ごとに伝熱ガスの供給量を調節できるようになっている。
【００４４】
従って、本発明によれば、処理基板Ｗに「反り」が生じていても、最大限の範囲に亘って伝熱ガス層Ｇの厚さ、或いは、伝熱抵抗の大きさを均一化することができ、これにより、一枚の処理基板Ｗのうち、均一な処理が有効となる面積を最大とすることができ、その結果、得られる製品の数も増えることになるため、製品の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４５】
本発明の伝熱ガス供給システムを適用した半導体製造装置と、従来法による半導体製造装置とを用意して、実際に処理基板の表面温度分布を検証してみたところ、従来法による装置の場合、処理基板の表面において、１℃以上の温度差が生じていることが確認されたのに対し、本発明の伝熱ガス供給システムを適用した装置においては、処理基板表面における温度差は、０．５℃未満であった。このように、本発明の伝熱ガス供給システムは、従来法によるものよりも、処理基板Ｗを均一に冷却できることが確認された。
【００４６】
尚、以上においては、本発明の実施形態として、本発明の伝熱ガス供給システムを半導体製造装置に適用した例を説明したが、本発明の適用対象は、半導体の製造装置には限定されず、例えば、ＬＣＤ用のガラス基板の製造装置や、ＥＬ用の基板の製造装置、太陽電池用の基板の製造装置、その他の各種工業製品の製造装置にも、好適に使用することができる。
【００４７】
また、本発明によれば、伝熱ガス層Ｇの厚さを容易に測定することができるので、製品の品質管理において、処理基板の「均一な冷却」、かつ、「基板処理部分の有効面積を最大にする」ための因子である伝熱ガス層の厚さ制御を、処理基板１枚毎、若しくは、ロット毎など、任意に設定することができ、製品の歩留まりを向上させることが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、各種の処理基板等の製造工程において、対象物を均一に冷却する必要がある場合に好適に使用することができるものであって、供給する伝熱ガスの圧力や流量そのものを制御するのではなく、処理基板等の対象物とそのサセプタ間に供給される伝熱ガス層の厚さが均一に、かつ、最適になるよう、伝熱ガスの供給量を制御することにより、「伝熱ガス層の厚さ」を制御することができ、その結果、伝熱抵抗を均一化することができる。このため、対象物の均一な冷却、及び、表面温度分布の均一化が可能となり、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００４９】
また、対象物に「反り」が生じているような場合であっても、均一な処理が有効となる面積を最大とすることができ、その結果、得られる製品の数も増えることになるため、製品の歩留まりを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の伝熱ガス供給システムを適用した半導体製造装置１の構成図。
【図２】伝熱ガスの供給手段を有する従来の一般的な半導体製造装置２１の構成図。
【図３】従来の半導体製造装置２１に用いられるサセプタ２２の平面図。
【符号の説明】
１，２１：半導体製造装置、
２，２２：サセプタ、
３，２３：伝熱ガス供給源、
４：非接触厚さ計、
５：上部測定用センサ、
６：下部測定用センサ、
７，２７：温調装置、
８：伝熱ガス調整バルブ、
９，２９：バイアス用電極、
２４：圧力調整器、
２８：伝熱ガス通路、
３０：伝熱ガス供給口、
Ｇ：伝熱ガス層、
Ｗ：処理基板
【図１】
2004342953.tif 000003
【図２】
2004342953.tif 000004
【図３】
2004342953.tif 000005