(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバー内で基板に所定の処理を施す基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムであって、
静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に検知用ガスを導入する工程と、
前記隙間における圧力を計測する工程と、
前記計測された圧力値が所定の圧力値に達したとき若しくは前記所定の圧力値を上回ったときに前記検知用ガスの導入を停止する工程と、
前記検知用ガスの導入を停止した後に前記計測された圧力値が前記所定の圧力値を下回ったときに前記検知用ガスの導入を再開する工程と、
所定時間内における前記検知用ガスの導入及び停止の繰り返し回数を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べる工程とを有することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項２】
処理チャンバー内で基板に所定の処理を施す基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムであって、
静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に一定量の検知用ガスを導入する工程と、
前記隙間における圧力を計測する工程と、
前記検知用ガスの導入開始から前記計測された圧力値が所定の圧力値に下降するまでの時間を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べる工程とを有することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項３】
コンダクタンスの変化を調べることでパーティクルの付着を検知することを特徴とする請求項１または２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項４】
コンダクタンスの変化を調べることでクリーニングの要否を判断することを特徴とする請求項１または２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項５】
前記検知用ガスが、前記静電吸着ステージと前記基板との間の熱交換効率を向上させる熱交換用ガスにも兼用されるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンピュータプログラム。
【請求項６】
排気手段によって排気される処理チャンバーと、
基板を静電吸着する静電吸着ステージとを備えた基板処理装置であって、
前記静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に接続されたガス導入路と、
前記ガス導入路に検知用ガスを導入するための検知用ガス導入手段と、
前記隙間における圧力を計測する圧力計と、
前記検知用ガス導入手段を制御するコントローラを備えており、
前記コントローラは前記隙間に前記検知用ガスを導入した後に、前記圧力計の圧力値が所定の圧力値に達したときもしくは前記所定の圧力値を上回ったときに前記検知用ガスの導入を停止し、前記検知用ガスの導入を停止した後に、前記圧力計の圧力値が前記所定の圧力値を下回ったときに前記検知用ガスの導入を再開し、所定時間内における前記検知用ガスの導入及び停止の繰り返し回数を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べることを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
排気手段によって排気される処理チャンバーと、
基板を静電吸着する静電吸着ステージとを備えた基板処理装置であって、
前記静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に接続されたガス導入路と、
前記ガス導入路に検知用ガスを導入するための検知用ガス導入手段と、
前記隙間における圧力を計測する圧力計と、
前記検知用ガス導入手段を制御するコントローラを備えており、
前記コントローラは前記隙間に一定量の前記検知用ガスを導入し、前記検知用ガスの導入開始から前記圧力計の圧力値が所定の圧力値に下降するまでの時間を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べることを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
前記コントローラはコンダクタンスの変化を調べることでパーティクルの付着を検知することを特徴とする請求項６または７に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記コントローラはコンダクタンスの変化を調べることでクリーニングの要否を判断することを特徴とする請求項６または７に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記検知用ガスが、前記静電吸着ステージと前記基板との間の熱交換効率を向上させる熱交換用ガスにも兼用されるものであることを特徴とする請求項６乃至９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】
本願の発明は、ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造において使用される基板処理装置に関し、特に、基板を静電吸着ステージに吸着しながら処理する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ等の半導体デバイスは、基板に対する多くの表面処理を経て製造される。このような処理を行う装置は、処理中に基板を所定の位置に保持するため、静電吸着ステージを備えている場合が多い。
図８は、このような静電吸着ステージを備えた従来の基板処理装置を示した正面概略図である。この図８には、一例としてスパッタリング装置の概略構成が示されている。
【０００３】
図８に示す装置は、排気系１１を備えた処理チャンバー１と、処理チャンバー１内に所定のガスを導入するプロセス用ガス導入系２と、処理チャンバー１内に被スパッタ面を露出させて設けられたターゲット３１と、ターゲット３１に電圧を印加してターゲット３１をスパッタするスパッタ電源３２と、スパッタによってターゲット３１から放出された材料（以下、スパッタ粒子）が到達する処理チャンバー１内の位置に基板９を配置するための静電吸着ステージ４とを備えている。
【０００４】
プロセス用ガス導入系２によって所定のガスを導入しながらスパッタ電源３２によってターゲット３１に電圧を印加すると、スパッタ放電が生じてターゲット３１がスパッタされる。スパッタによってターゲット３１から放出されたスパッタ粒子は、基板９の表面に達してターゲット３１の材料からなる薄膜が作成される。
【０００５】
静電吸着ステージ４は、誘電体からなる誘電体ブロック４１と、誘電体ブロック４１内に設けられた一対の吸着電極４２とから構成されている。そして、吸着電極４２に直流電圧を印加する吸着電源４３が設けられている。吸着電極４２に直流電圧が印加されると、誘電体ブロック４１が誘電分極して表面に静電気が誘起される。この静電気によって、基板９が静電吸着されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
基板に対して良質な処理を行うことは、上記基板処理装置に求められる最も重要な課題の一つである。処理の品質に影響を与える要素として、パーティクルの存在がある。パーティクルという用語は、本明細書では、基板を汚損したり処理の品質を阻害したり物質の総称の意味で使用されている。従って、必ずしも粒子状の物質に限られない。
例えば、静電吸着ステージを使用する基板処理装置では、静電気によって静電吸着ステージに押し付けられるため、基板の裏面が静電吸着ステージの表面の凹凸によって傷付けられることがある。基板の裏面が傷付けられると、剥がれた基板の材料の破片が微粒子となり、処理チャンバー内を浮遊する。この微粒子が基板の表面に付着すると、回路のショート等の異常を発生させることがあり、この微粒子はパーティクルである。
【０００７】
その他、スパッタリングの成膜を行う装置では、処理チャンバー内の露出面に堆積した薄膜の剥離によりパーティクルが発生することがある。成膜を行う処理チャンバー内では、薄膜は基板の表面のみならず、処理チャンバーの内壁面等の露出面にも堆積する。この露出面への薄膜の堆積が重なると、内部応力や自重により薄膜が剥離することがある。剥離した薄膜は、ある程度の大きさの微粒子となってスパッタチャンバー内を浮遊する。この微粒子が、基板に付着すると、基板上の薄膜に微小な突起を形成する等の形状欠陥や回路の断線や短絡等の欠陥が生じる恐れがある。従って、この微粒子もパーティクルである。
【０００８】
また、パーティクルは、基板自体によって処理チャンバー内に持ち込まれる場合もある。例えば他の処理チャンバーや装置外（大気中）で基板の裏面にパーティクルが付着し、その状態で基板が処理チャンバー内に搬入されることで処理チャンバーにパーティクルが持ち込まれることがある。
さらには、気相反応を利用した蒸着装置（ＣＶＤ装置）等では、未反応の生成物や残留ガスの影響で処理チャンバー内にパーティクルが発生することがある。
また、エッチングを行う装置では、エッチングにより基板から放出された材料が処理チャンバー内に残留してパーティクルになることがある。
【０００９】
このようなパーティクルは、基板の表面に付着すると前述したように大きな問題になるものの、静電吸着ステージの表面に付着した場合、それだけではそれほど大きな問題にはならなない。しかしながら、静電吸着ステージへのパーティクルの付着が重なり、パーティクルがある程度の大きさの塊になると、その塊によって基板が充分に静電吸着されなくなる問題が生ずる。つまり、塊によって基板が静電吸着ステージから浮いてしまい、位置ずれが生ずることがある。位置ずれが生ずると、静電吸着ステージから基板を取り去る際の動作が上手くできず、搬送エラーになることがある。
【００１０】
特に問題なのは、静電吸着ステージが基板の温度制御の機能も兼ねていて、基板を加熱又は冷却する機構を有する場合である。パーティクルの塊によって基板が静電吸着ステージから浮いてしまうと、基板と静電吸着ステージの間の熱伝達が不充分になる。この結果、基板を充分に加熱又は冷却できなくなり、温度制御不良の状態になってしまう。
さらに、大きな塊となったパーティクルは、静電吸着ステージに基板が載る衝撃でつぶれる場合がある。この際、塊の破片が大量に放出され、突発的に大量のパーティクルが発生して、基板の表面へのパーティクルの付着の可能性が非常に高くなってしまう。
尚、パーティクルの付着により、静電吸着ステージの表面に異物の層ができてしまう場合もある。このような層ができると、やはり、静電吸着や温度制御が正常にできなくなることがある。
【００１１】
このような静電吸着ステージへのパーティクルの付着に起因した問題を解決するため、静電吸着ステージの表面を定期的にクリーニングすることが行われている。クリーニングは、特開２０００−２６９３１３号公報に開示されているように、多くの場合、静電吸着ステージの表面をイオンで衝撃してパーティクルを弾き飛ばすことにより行われる。
【００１２】
このようなクリーニングは、基板の処理に直接的に関連したものではないので、必要最小限にすることが好ましい。しかしながら、従来の構成では、クリーニングが必要なタイミングを見極めることが困難なため、必要以上にクリーニングを行ってしまったり、必要な時にクリーニングが行われなかったりすることがあった。
具体的に説明すると、クリーニングは、毎回の処理の際、基板を静電吸着ステージに吸着する前に行うことが最も念入りで理想的であるが、その必要はないし、またそのようにすると生産性が著しく低下してしまう。従って、静電吸着力の低下やパーティクルの大量発生といった問題が生ずるに至る処理回数を見極め、その処理回数に達する前にクリーニングを行うことになる。
【００１３】
しかしながら、処理の内容は常に同じではない。処理に使用されるガスが異なったり、プラズマを形成するための放電の条件が異なったり、処理チャンバー内の圧力が異なったりする。また、処理される基板も常に同じ状態ではない。前工程でどのような処理がされるかによって基板の表面の状態も異なってくるし、前工程で基板の裏面にパーティクルが付着する可能性があるかどうかもその前工程での処理の内容により異なってくる。従って、処理をどの程度の回数繰り返すと静電吸着力の低下やパーティクルの大量発生といった問題が生ずるか、その時々の処理の内容や基板の状態によって変わり、一定ではない。そして、それを事前に予測すること極めて難しい。
【００１４】
このようなことから、必要以上に短いサイクルでクリーニングを行ってしまって生産性を無意味に低下させたり、逆に、クリーニングのサイクルが長くなり過ぎてしまって、静電吸着力の低下やパーティクルの大量発生といった問題が生じ易い。
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、静電吸着ステージに基板を吸着しながら処理する基板処理装置において、静電吸着ステージのクリーニングの要否を判断する実用的な構成を提供するという技術的意義がある。
【００１５】
上記課題を解決するため、本願発明は、処理チャンバー内で基板に所定の処理を施す基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムであって、静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に検知用ガスを導入する工程と、前記隙間における圧力を計測する工程と、前記計測された圧力値が所定の圧力値に達したとき若しくは前記所定の圧力値を上回ったときに前記検知用ガスの導入を停止する工程と、前記検知用ガスの導入を停止した後に前記計測された圧力値が前記所定の圧力値を下回ったときに前記検知用ガスの導入を再開する工程と、所定時間内における前記検知用ガスの導入及び停止の繰り返し回数を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べる工程とを有することを特徴とする。
また、処理チャンバー内で基板に所定の処理を施す基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムであって、静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に一定量の検知用ガスを導入する工程と、前記隙間における圧力を計測する工程と、前記検知用ガスの導入開始から前記計測された圧力値が所定の圧力値に下降するまでの時間を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べる工程とを有することを特徴とする。
また、排気手段によって排気される処理チャンバーと、基板を静電吸着する静電吸着ステージとを備えた基板処理装置であって、前記静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に接続されたガス導入路と、前記ガス導入路に検知用ガスを導入するための検知用ガス導入手段と、前記隙間における圧力を計測する圧力計と、前記検知用ガス導入手段を制御するコントローラを備えており、前記コントローラは前記隙間に前記検知用ガスを導入した後に、前記圧力計の圧力値が所定の圧力値に達したときもしくは前記所定の圧力値を上回ったときに前記検知用ガスの導入を停止し、前記検知用ガスの導入を停止した後に、前記圧力計の圧力値が前記所定の圧力値を下回ったときに前記検知用ガスの導入を再開し、所定時間内における前記検知用ガスの導入及び停止の繰り返し回数を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べることを特徴とする。
また、排気手段によって排気される処理チャンバーと、基板を静電吸着する静電吸着ステージとを備えた基板処理装置であって、前記静電吸着ステージに静電吸着された前記基板と前記静電吸着ステージとの隙間に接続されたガス導入路と、前記ガス導入路に検知用ガスを導入するための検知用ガス導入手段と、前記隙間における圧力を計測する圧力計と、前記検知用ガス導入手段を制御するコントローラを備えており、前記コントローラは前記隙間に一定量の前記検知用ガスを導入し、前記検知用ガスの導入開始から前記圧力計の圧力値が所定の圧力値に下降するまでの時間を基準値と比較することでコンダクタンスの変化を調べることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の第一の実施形態に係る基板処理装置の正面概略図である。
図１には、図８に示す装置と同様、基板処理装置の一例としてスパッタリング装置の構成が示されている。
【００１７】
図１に示す装置は、排気系１１によって排気される処理チャンバー１と、処理チャンバー１内に所定のガスを導入するプロセス用ガス導入系２と、処理チャンバー１内に被スパッタ面を露出させて設けられたターゲット３１と、ターゲット３１に電圧を印加してターゲット３１をスパッタするスパッタ電源３２と、スパッタによってターゲット３１から放出されたスパッタ粒子が到達する処理チャンバー１内の位置に基板９を配置するための静電吸着ステージ４とを備えている。
【００１８】
排気系１１は、クライオポンプ等の真空ポンプを備えて処理チャンバー１内を１０-8Ｔｏｒｒ（又は１０−６Ｐａ）程度の圧力まで排気可能に構成される。プロセス用ガス導入系２は、スパッタ率の高いアルゴン等のガスを所定の流量で処理チャンバー１内に導入できるよう構成される。
【００１９】
ターゲット３１は、絶縁材３１１を介して処理チャンバー１に取り付けられている。スパッタ電源３２は、負の直流電圧又は高周波電圧をターゲット３１に印加するよう構成される。
ターゲット３１の背後（被スパッタ面とは反対側）には、磁石機構３３が設けられている。磁石機構３３は、中心磁石３３１と中心磁石３３１を取り囲むリング状の周辺磁石３３２とから構成されている。磁石機構３３によって設定された磁場内に電子が閉じこめられ、高効率のスパッタリングが行える。
【００２０】
静電吸着ステージ４は、金属製のステージ本体４０と、ステージ本体４０に固定された誘電体ブロック４１と、誘電体ブロック４１内に設けられた一対の吸着電極４２とから構成されている。そして、吸着電極４２に直流電圧を印加する吸着電源４３が設けられており、誘電体ブロック４１の表面に静電気を誘起して基板９を静電吸着するようになっている。
【００２１】
金属製のステージ本体４０の内部には、ヒータ４４が設けられている。ヒータ４４は、通電によりジュール熱を発生する抵抗発熱方式のものである。赤外線ランプ等の輻射加熱方式のものもヒータ４４として使用できる。
ステージ本体４０と誘電体ブロック４１とは、熱接触性良く接合されており、ヒータ４４からの熱が誘電体ブロック４１を経由して基板９に伝えられる。ヒータ４４は、不図示のヒータ電源によって制御され、この結果、基板９が所定の温度に加熱維持されるようになっている。
【００２２】
本実施形態の装置は、静電吸着ステージ４の表面をクリーニングするクリーニング手段を備えている。クリーニング手段は、静電吸着ステージ４の表面をイオンで衝撃してクリーニングするものとなっている。具体的に説明すると、クリーニング手段は、高周波電源５１等から構成されており、静電吸着ステージ４を臨む空間に高周波放電によるプラズマを形成し、プラズマ中のイオンで静電吸着ステージ４の表面を衝撃するものとなっている。
【００２３】
高周波電源５１は、整合回路５２及び可変容量５３を介して静電吸着ステージ４に接続されている。高周波電源５１は、吸着電源４３の直流電圧に重畳させて高周波電圧を吸着電極４２に与えている。即ち、高周波電源５１からの伝送線路は、吸着電源４３と静電吸着ステージ４とを結ぶ線路に結線されている。
【００２４】
吸着電極４２に高周波電圧が与えられると、静電吸着ステージ４を臨む空間に高周波電界が設定される。設定された高周波電界は、プロセス用ガス導入系２によって導入されたガスにエネルギーを与え、ガスをプラズマ化させる。プラズマ中のイオンで静電吸着ステージ４の表面が衝撃され、付着しているパーティクルが弾き飛ばされる。
【００２５】
高周波電源５１からの伝送線路の結線箇所よりも吸着電源４３側の線路上には、フィルタ回路４５が設けられている。フィルタ回路４５は、高周波が吸着電源４３の方に回り込んで吸着電源４３を損傷しないようにするためのものである。
尚、静電吸着ステージ４を衝撃するイオンにより静電吸着ステージ４の表面が削られないよう、イオンの入射エネルギーを制御することが好ましい。この制御は、プラズマと高周波との相互作用によって静電吸着ステージ４に与えられる自己バイアス電圧の大きさを調整することで行うことができる。
【００２６】
静電吸着ステージ４に高周波電圧を印加してプラズマを形成する際、静電吸着ステージ４と高周波電源５１との間に適当なキャパシタンスが存在すると、高周波とプラズマとの相互作用により、静電吸着ステージ４に自己バイアス電圧が与えられる。自己バイアス電圧は、高周波に重畳される負の直流分の電圧である。
【００２７】
自己バイアス電圧は、プラズマ中の正イオンを引き出して静電吸着ステージ４に到達させる作用を有している。そして、キャパシタンスの大きさを調整することで自己バイアス電圧の大きさが調整でき、静電吸着ステージ４の表面を削ることなく静電吸着ステージ４の表面に存在するパーティクルを弾き飛ばすよう、イオンの入射エネルギーを制御することが可能である。例えば、静電吸着ステージ４の表面がアルミナである場合、自己バイアス電圧の大きさは、−２００Ｖ〜−５００Ｖ程度とされる。このような自己バイアス電圧になるよう、図１に示す可変容量５３が制御される。
【００２８】
また、図１に示すように、処理チャンバー１の内面の内側には、防着シールド６が設けられている。この防着シールド６は、上述したプラズマによって弾き出された静電吸着ステージ４の表面のパーティクルが処理チャンバー１の内面に付着するのを防止するものである。防着シールド６が無いと、パーティクルは処理チャンバー１の内面に付着する。そして、自重等によって剥離して再度処理チャンバー１内を浮遊し、基板９に付着する可能性がある。防着シールド６は、この問題を防止している。
【００２９】
尚、防着シールド６は、基板９へのスパッタ成膜の際に飛来するスパッタ粒子が処理チャンバー１の内面に到達するのも防止している。このようなスパッタ粒子の付着があると、スパッタ粒子は薄膜に成長する。そして、ある程度の膜厚になると、内部応力等により剥離してパーティクルの元になる。
防着シールド６は、静電吸着ステージ４とターゲット３１との間の空間を取り囲む形状の円筒状の部材である。防着シールド６の内側面は、パーティクルの付着や薄膜の堆積があっても容易に剥離しないような表面処理が施されている。また、防着シールド６は、交換可能な状態で処理チャンバー１に設けられている。
【００３０】
図１に示す基板処理装置の大きな特徴点は、クリーニング手段によるクリーニングの要否を判断する判断手段が設けられている点である。判断手段は、静電吸着ステージ４に吸着された基板９と静電吸着ステージ４との隙間のコンダクタンスの変化からクリーニングの要否を判断するようになっている。
【００３１】
具体的に説明すると、判断手段は、静電吸着ステージ４に吸着された基板９と静電吸着ステージ４との間にガスを導入する検知用ガス導入系７１と、検知用ガス導入系７１のガス導入路における圧力を計測する圧力計７２と、圧力計７２の計測値を所定の基準値と比較する比較部とから主に構成されている。
【００３２】
図１に示すように、静電吸着ステージ４は、上下に延びる貫通路４６を有している。貫通路４６は、基板９が載置される上面にまで達しており、検知用ガス導入系７１は、この貫通路４６を経由して基板９と静電吸着ステージ４との間にガスを導入するようになっている。導入する検知用ガスには、任意のものが採用できるが、本実施形態では、アルゴンが使用されている。これには、プロセス用ガス導入系１２と同じガスを導入するようにすることで、設備コストを安価にする意味もある。また、プロセス用ガス導入系２と同じガスを導入することで、排気系１１による排気をやりやすくする目的もある。
【００３３】
検知用ガス導入系７１は、静電吸着ステージ４の貫通路４６につながる配管上にバルブ７１１を有している。バルブ７１１は、検知用ガスを導入したり遮断したりするものである。圧力計７２は、バルブ７１１と静電吸着ステージ４との間の配管内の圧力を直接的には計測するものとなっている。この部分の圧力と、基板９と静電吸着ステージ４との隙間内の圧力とは、等しいとして差し支えない。
圧力計７２には、ダイヤフラム（隔膜）圧力計が採用されている。尚、本実施形態において、「ガス導入路」とは、単純にガスを導入する経路の意味であり、図１に示すような静電吸着ステージ４に設けられた貫通路４６の場合や、配管内の空間等の場合を含む。
【００３４】
本実施形態の装置は、各部を制御するコントローラ８を備えている。圧力計７２の計測値は、不図示のＡＤ変換器を介してコントローラ８に送られるようになっている。また、検知用ガス導入系７１のバルブ７１１の開閉も、コントローラ８によって制御される。この他、コントローラ８は、排気系１１、プロセス用ガス導入系２、スパッタ電源３２、高周波電源５１等を制御するようになっている。
【００３５】
また、コントローラ８は、コンピュータユニット８１や入出力ポート８２等を有している。コンピュータユニット８１は、ＭＰＵのようなプロセッサ８１１と、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ又はハードディスク等である記憶部８１２とを備えている。コンピュータユニット８１の記憶部８１２には、装置の各部を適切なタイミングで動作させるシーケンス制御プログラムがインストールされている。
【００３６】
次に、請求項１乃至５の方法の発明の実施形態の説明も兼ね、上記構成に係る本実施形態の基板処理装置の動作について説明する。
まず、不図示のゲートバルブを通して基板９が処理チャンバー１内に搬入され、静電吸着ステージ４の上に載置される。コントローラ８は、静電吸着ステージ４内のヒータ４４を予め動作させており、ヒータ４４の熱が基板９に伝えられる。コントローラ８は、吸着電源４３を動作させ、一対の吸着電極４２に直流電圧を与えて誘電体ブロック４１を誘電分極させる。この結果、基板９が静電吸着ステージ４に静電吸着される。
【００３７】
コントローラ８は、排気系１１を予め動作させて処理チャンバー１内を所定の真空圧力に排気している。コントローラ８は、基板９の搬入後、ゲートバルブを閉め、プロセス用ガス導入系２を動作させる。コントローラ８は、プロセス用ガス導入系２に設けられた不図示の流量調整器を制御してガス処理チャンバー１内へのガスの導入量を調整しながら、スパッタ電源３２を動作させる。この結果、ターゲット３１がスパッタされ、スパッタ粒子が基板９に達して所望の薄膜が基板９の表面に作成される。
【００３８】
コントローラ８は、スパッタを所定時間継続して所定の厚さで薄膜を作成した後、スパッタ電源３２及びプロセス用ガス導入系２の動作を止めて、スパッタを停止させる。そして、コントローラ８は、吸着電源４３の動作を停止させ、静電吸着を解除する。次に、コントローラ８は、排気系１１によって処理チャンバー１内を再度排気した後、ゲートバルブを開ける。そして、不図示の搬送系により基板９が処理チャンバー１から搬出される。このような動作を繰り返して、次々に基板９を処理チャンバー１に搬入して成膜処理を行う。
【００３９】
上記動作において、コントローラ８は、静電吸着ステージ４の要否を判断するためのガス導入を検知用ガス導入系７１に行わせるようになっている。また、コンピュータユニットの記憶部８１２には、圧力計７２から送られたデータに従い、クリーニングの要否を判断する要否判断プログラムがインストールされている。本実施形態における判断手段の比較部は、この要否判断プログラム及びコンピュータユニット８１によって構成されている。
これらの点について、図２及び図３を使用して説明する。図２は、コントローラ８が実行するシーケンス制御プログラムのうち、検知用ガス導入の部分を抜粋して示したものである。図３は、検知用ガス導入のシーケンス及び圧力計７２の計測値の推移について示した図である。
【００４０】
図２に示すように、コントローラ８は、基板９が静電吸着ステージ４に静電吸着されたのを確認した後、検知用ガス導入系７１のバルブ７１１を開ける。検知用ガス導入系７１は、不図示の流量調整器を有しており、コントローラ８は、この流量調整器を予め制御してガス流量が所定の値になるようにしておく。検知用ガスの導入を開始すると同時に、圧力計７２からの信号を常時入力させる。検知用ガスの導入開始に伴い、シーケンス制御プログラムでは、導入回数のメモリ変数（以下、回数メモリ変数）に１を代入する。
【００４１】
検知用ガスの導入後、図２に示すように、圧力計７２の計測値とを、予め設定された圧力上限値とを比較する。計測値が圧力上限値より下であれば、検知用ガス導入を続行する。圧力計７２からの計測値がさらに大きくなり、圧力上限値と同じかそれより大きくなったら、コントローラ８は、検知用ガス導入系７１のバルブ７１１を閉め、検知用ガスの導入を停止する。
【００４２】
図１に示す静電吸着ステージ４と基板９との間の隙間は完全に密閉されている訳ではなく、導入された検知用ガスは隙間から少しずつ漏れ出している。従って、図３に示すように、検知用ガス導入停止後、圧力計７２の計測値は少しずつ低下していく。そして、図２に示すように、計測値が圧力上限値よりも下回ったと判断されると、コントローラ８は再び、バルブ７１１を開き、検知用ガスの導入を再開する。再開に伴い、回数メモリ変数に（回数メモリ変数＋１）を代入する。
【００４３】
一枚の基板９に対する処理の時間（以下、プロセス時間と呼ぶ）の間、計測値が圧力上限値に保たれるように、上記のような検知用ガスの導入と停止を繰り返す。そして、検知用ガスの導入再開の度に１を加算した値で回数メモリ変数を更新する。尚、図２に示すプログラムにおいて、プロセス時間が終了すると、ループから抜け出でてこの部分のプログラムが終了するようになっている。
【００４４】
このようにして一枚の基板９に対する処理が終了すると、コントローラ８は、クリーニングの要否の判断を行う。シーケンス制御プログラムは、前述した要否判断プログラムをサブルーチンとして有している。図４は、コントローラ８が実行するシーケンス制御プログラムのうち、サブルーチンである要否判断プログラムの部分を抜粋して示したものである。
【００４５】
図４に示すように、基板９の処理が終了して基板９が処理チャンバーから搬出されたことを確認した後、回数メモリ変数を呼び出す。そして、呼び出された回数メモリ変数を、回数上限値と比較する。回数上限値は、それより多くなるとクリーニングが必要であるとされる基準の値であり、予め設定される。
【００４６】
回数メモリ変数が回数上限値を上回った場合、コントローラ８は、クリーニングを行うシーケンス制御を実行する。クリーニング後、次の基板９の搬入動作を行い、次の基板９に対する処理が同様に行われるよう、シーケンス制御が実行される。回数メモリ変数が回数上限値以下だった場合、クリーニングは行われず、そのまま次の基板９の搬入して処理を行う。
【００４７】
回数メモリ変数の値に従ってクリーニングの要否について判断する根拠について、図１、図３及び図５を使用してさらに説明する。図５は、パーティクルの付着によるコンダクタンスの変化について説明する図である。
基板９の裏面や静電吸着ステージ４の表面は完全な平坦面ではなく、微小な凹凸がある。従って、図１に示すように基板９が静電吸着ステージ４に吸着されたでも、両者の間には微小な隙間があり、導入された検知用ガスは、前述したように少しずつ漏れ出していく（図５（１））。そして、パーティクル１００が付着し、その高さが静電吸着ステージ４の表面の凹凸よりも充分に高くなってくると、図５（２）に示すように、パーティクル１００によって基板９が持ち上げられた状態となる。この状態になると、基板９と静電吸着ステージ４との隙間のコンダクタンスが急激に大きくなる。
【００４８】
図５（１）に示すようにコンダクタンスが小さい場合、検知用ガス導入時の漏れ量もまた少ない。従って、図３（１）に示すように、プロセス時間内における検知用ガスの導入と遮断の合計回数は少ない。つまり、処理終了時の回数メモリ変数の値も小さい。一方、図５（２）に示すようにコンダクタンスが大きい場合、検知用ガスの漏れ量も大きくなる。従って、図３（２）に示すように、プロセス時間内における検知用ガスの導入と遮断の合計回数が多くなる。つまり、処理終了時の回数メモリ変数が大きくなる。問題となる量のパーティクルの付着があった場合、処理終了時の回数メモリ変数がどの程度の値になるかは、予め実験的に調べておくことができる。この値を少し下回る値を回数上限値として設定すれば、実際の基板９の処理において、回数上限値に回数メモリ変数が達した場合、クリーニング要と判断することができる。
【００４９】
尚、問題となる量のパーティクルの付着があったかどうかは、プロセス時間内での全ガス導入量で判断することができる。この構成としては、例えば、検知用ガス導入系７１におけるガス流量を一定とし、コントローラ８においてガスを流した時間を積算するプログラムを設ける。そして、プロセス時間内での全ガス流量を計算してそれを基準値と比較する。パーティクルが付着してコンダクタンスが大きくなると、全ガス流量も多くなるので、適切な基準値と比較することによりパーティクルの付着を検知することができる。
【００５０】
次に、クリーニングの動作について、より詳しく説明する。
クリーニングを行う場合、コントローラ８は、基板９を処理チャンバーから搬出した後、排気系１１に処理チャンバー１内を再度排気させる。所定の真空圧力まで排気されたら、コントローラ８は、プロセス用ガス導入系２を動作させてアルゴンガスを所定の流量で導入する。次に、コントローラ８は、クリーニング手段を構成する高周波電源５１を動作させ、前述したように高周波放電によるプラズマを形成する。この際、コントローラ８は、可変容量５３を制御し、静電吸着ステージ４に最適な自己バイアス電圧を与える。これにより、プラズマ中のイオンが引き出され、静電吸着ステージ４の表面がイオンで衝撃される。イオン衝撃により、表面に付着しているパーティクルが弾き出される。この際、イオンによって静電吸着ステージ４の表面が削られないよう、イオンの入射エネルギーが制御される。
【００５１】
このようなクリーニング後、通常の処理を再開するが、再開の前にダミーランと呼ばれる動作を行う場合がある。ダミーランは、処理を行わずに、基板９の搬入、静電吸着ステージ４への吸着、基板９の搬出、という動作を所定の回数（枚数）繰り返す動作であり、専用のダミー基板が使用される場合もある。このような動作を繰り返し、静電吸着や搬送が正しく行われることを確認した後、通常の処理を再開する。尚、ダミーランの際に静電吸着不良や搬送エラー等が発生したら、再びクリーニングを行う。
【００５２】
上述した構成及び動作に係る本実施形態の装置によれば、クリーニングが必要となる量のパーティクルの付着が自動的に検知されるので、検知結果に従ってクリーニングを適宜行うことが可能である。従って、必要以上に短いサイクルでクリーニングを行ってしまって生産性を無意味に低下させたり、逆に、クリーニングのサイクルが長くなり過ぎてしまって、静電吸着力の低下やパーティクルの大量発生といった問題が生じさせたりすることが無い。
尚、圧力計７２の計測値と圧力上限値との比較がソフトウェア的に行われるよう説明したが、オペアンプによる比較のようにハードウェア的に行われる場合もある。この場合には、判断手段の比較部は、オペアンプのようなハードウェアで構成される。
【００５３】
次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態の基板処理装置は、コントローラ８が実行するシーケンス制御プログラムが異なるのみである。従って、その他の説明は省略する。図６は、第二の実施形態の装置が備えるシーケンス制御プログラムのうち、検知用ガス導入とクリーニングの要否の判断の部分を抜粋して示したものである。この実施形態においても、判断手段の比較部は、シーケンス制御プログラムの一部で構成されており、その部分が図６に示されている。
【００５４】
図７は、図６に示すシーケンス制御プログラムに従って検知用ガスが導入された際のガス導入量と圧力計７２の計測値の推移とを示した図である。本実施形態では、検知用ガスの導入とクリーニングの要否の判断は、所定の枚数の基板９の処理のたび（例えば１ロット２５枚の処理のたび）に行われることが想定されている。
【００５５】
所定枚数の基板９の処理が行われた後、図６に示すシーケンス制御プログラムが実行される。まず、コントローラ８は、処理チャンバー１内を通常の処理の際と同様の圧力に保ちながら、基板９を静電吸着ステージ４に吸着する。この際の基板９は、通常の基板９と同じものでも良いし、クリーニング要否判断用の特別のものでも良い。コントローラ８は、基板９が静電吸着されたことを確認した後、決められた量のガスを検知用ガス導入系７１によって導入する。この際の導入量の制御は、一定の流量でガスを流しながら導入時間を制御する（即ち、バルブ７１１を開けてから閉めるまでの時間を制御する）か、不図示のリザーバ内に決められた量のガスを溜めて導入することで行われる。
【００５６】
図７に示すように、ガス導入開始後、圧力計７２の計測値は急激に上昇するが、ガス導入終了後には、徐々に低下していく。シーケンス制御プログラムは、図６に示すように、ガス導入開始からタイマーのカウントアップを開始する。そして、圧力計７２の計測値を圧力下限値と比較する。圧力下限値には、例えば処理チャンバー内の圧力とほぼ同じ値が設定される。シーケンス制御プログラムは、計測値が圧力下限値になったと判断されると、タイマーのカウントアップを終了し、その際のタイマーの値を時間メモリ変数に代入する。計測値が圧力下限値になるまでの時間は、隙間内にガスが残留している時間であり、以下、ガス残留時間と呼ぶ。
【００５７】
次に、シーケンス制御プログラムは、時間メモリ変数の値を時間設定値と比較する。時間設定値は、時間メモリ変数の値がその時間より小さいとパーティクルが多く付着し、クリーニングが必要と判断される値である。
より具体的に説明すると、図５（１）に示すように、パーティクル１００の付着が少なくてコンダクタンスが小さい場合、図７（１）に示すように、ガス残留時間は、ガスの漏れが少ないので長い。一方、図５（２）に示すように、パーティクル１００の付着が多くなってコンダクタンスが大きくなると、図７（２）に示すように、ガス残留時間は、ガスの漏れも多くなるので短くなる。
【００５８】
同様に、問題となる量のパーティクルの付着があった場合のガス残留時間がどの程度の値になるかは、予め実験的に調べておくことができる。この値を少し上回る時間を、時間設定値として設定する。このようにすれば、実際の基板９の処理において、時間メモリ変数の値が時間設定値になった場合、クリーニング要と判断することができる。クリーニング要と判断された場合、前述したようにクリーニングを行う。そして、必要に応じてダミーランを行った後、次のロットの処理を再開する。
尚、時間設定値を予め求める実験や実際の基板９の処理の際には、処理チャンバー１内の圧力や排気系１１の排気速度は常に一定にしておく必要がある。もし、処理の内容が変わる等の理由から圧力や排気速度が変わる場合、時間設定値ももう一度求め直す必要がある。
【００５９】
この実施形態の構成では、通常の基板９の処理を行いながらパーティクルの付着を常時モニタすることは難しい面がある。具体的に説明すると、第一の実施形態では、静電吸着ステージ４と基板９との隙間の圧力を一定に保つように検知用ガスが導入されるので、プロセス時間内で隙間の圧力は本質的に変動しない。しかしながら、この第二の実施形態では、パーティクルの付着を検知する際に隙間の圧力は大きく変動する。これを基板９の処理中に行うことは、基板９の処理中に隙間の圧力が大きく変動することになり、処理条件の時間的均一性が厳しく求められる場合、採用は難しい。ただ、そのような要求が厳しくない場合、この第二の実施形態の構成を基板９の処理中に行うことも可能である。
【００６０】
尚、この第二の実施形態は、第一の実施形態に比べると、検知用ガスの消費量が少ないという長所がある。また、この実施形態においても、時間メモリ変数の値と時間設定値との比較がソフトウェア的に行われるよう説明したが、オペアンプによる比較のようにハードウェア的に行われる場合もある。従って、判断手段の比較部が、オペアンプのようなハードウェアで構成される場合もある。
【００６１】
次に、請求項１及び請求項６の発明の実施形態について説明する。
上記第一第二の実施形態では、検知用ガスによるコンダクタンスの変化の検知は、静電吸着ステージ４のクリーニングの要否を判断するためのものであったが、パーティクルの付着自体を検知するものとして構成しても良い。この構成が、請求項１又は請求項６の発明の実施形態に相当する。
【００６２】
具体的には、この実施形態の基板処理装置は、コンダクタンスの変化から静電吸着ステージ４の表面へのパーティクルの付着を検知する検知手段を備えている。検知手段は、前述した実施形態のものと同様の検知用ガス導入系７１及び圧力計７２と、圧力計７２の計測値を所定の基準値と比較する比較部とから成っている。そして、比較部における基準値は、パーティクルの付着があったどうかを判断する際の基準となる値である。前述した第一の実施形態のおける回数上限値や第二の実施形態における時間設定値が、これに該当する。
【００６３】
但し、第一の実施形態における回数上限値よりも小さい値を回数上限値として設定したり、第二の実施形態における時間設定値よりも小さい値を時間設定値として設定する場合もある。これは、第一第二の実施形態におけるクリーニングが必要と判断される量に達しない場合でもパーティクルが付着したと判断する必要がある場合に相当する。
【００６４】
このようなパーティクルの付着自体を検知する構成は、パーティクルの付着の検知をクリーニング手段によるクリーニング以外に利用する場合に好適である。
例えば、クリーニング手段以外によって静電吸着ステージ４をクリーニングする場合が該当する。パーティクルの付着が検知された場合、処理チャンバー内を大気に開放してオペレータがマニュアル操作でクリーニングする場合が該当する。
また、パーティクルの付着が検知された場合、とりあえず処理を中止するような場合もある。このような場合に、この実施形態の構成は利用可能である。
【００６５】
尚、コンダクタンスの変化によってパーティクルの付着を検知する構成は、基板９と静電吸着ステージ４の隙間のパーティクルをその場で検知できる簡易な構成であるという技術的意義を有する。静電吸着ステージ４へのパーティクルの付着は、その静電吸着ステージ４から取り去った基板９の裏面に付着しているパーティクルの量により間接的に知ることができる。しかしながら、これは静電吸着ステージ４に実際に付着していたパーティクルの量ではない。基板９の裏面へのパーティクルの付着が少なくても、静電吸着ステージ４には大量のパーティクルが付着している場合もある。
【００６６】
また、パーティクルモニタを備える装置もあるが、これは処理チャンバー内に浮遊するパーティクルを検出するのが主であり、静電吸着ステージ４へのパーティクルの付着を直接的にモニタするものではない。静電吸着ステージ４の表面を拡大して直接観察する等、光学的な手法により直接的に静電吸着ステージ４へのパーティクルの付着を検知する方法も無い訳ではないが、構成が大がかりになり易く、また処理チャンバー１内のガスや残留物による光学窓の曇り等の問題もある。これらに比べると、本実施形態の構成は、パーティクルの付着を検知できる簡易で極めて実用的な構成である。
【００６７】
尚、上記各実施形態では、コンダクタンスの変化を知る構成として、静電吸着ステージ４と基板９との隙間に検知用ガスを導入する構成を採用したが、これ以外の構成も原理的にはあり得る。例えば、処理チャンバー１内の圧力を一定とし、図１に示す貫通路４６を通して一定の排気速度で排気した際の圧力計７２の計測値の変化の仕方の違い（排気特性の変化）からコンダクタンスの変化を知ることも可能である。しかし、静電吸着ステージ４の周囲が真空圧力であることから、コンダクタンスの変化による排気特性の変化は微妙であり、パーティクル付着の判断が難しい。これに比べると、上記各実施形態の構成によれば、周囲の真空雰囲気に対して検知用ガスを導入して隙間を加圧し、その際のガスの漏れ量の変化からコンダクタンスの変化を検知していることになるので、変化が明確に現れる。従って、パーティクル付着の判断が容易である。
【００６８】
上記各実施形態において、検知用ガスは、静電吸着ステージ４と基板９との間の熱交換効率を向上させる熱交換用ガスに兼用されるものであっても良い。例えば、検知用ガスとしてヘリウムのような熱伝達率の高いガスを導入すると、パーティクル付着の検知とともに基板の温度制御の効率も向上できるので好適である。尚、基板９は、ヒータ４４による加熱の他、静電吸着ステージ４を介して冷却されながら温度制御される場合もある。
【００６９】
以上の説明では、基板処理装置の例としてスパッタリング装置を採り上げたが、化学蒸着（ＣＶＤ）装置やエッチング装置等の他の基板処理装置の場合も同様に本願発明の考え方は適用できる。
尚、静電吸着の方式として、複数対の吸着電極を用いる場合もある。また、前述した自己バイアス電圧を利用して静電吸着する場合もある。この場合は、一又は複数の吸着電極に高周波電圧を印加し、自己バイアス電圧によって誘電体ブロックを誘電分極させる。
また、基板９とステージとの間のコンダクタンスの変化によりステージへのパーティクル付着を検知するという考え方は、静電吸着ステージ４の場合だけでなく、考え方としては静電吸着ステージ４以外のステージ（静電吸着を行わないステージ）にも適用が可能である。
【００７０】
以上説明した通り、本願の請求項１、２、６及び７に記載の発明によれば、静電吸着ステージと基板のコンダクタンスの変化を簡易かつ実用的な構成を以って調べることが可能となる。
また請求項３、４、８、及び９に記載の発明によれば、調べたコンダクタンスの変化を用いて、パーティクルの付着の検知やクリーニングの要否の判断を行うことができる。これにより、パーティクルの要否が自動的に判断できるので、必要以上に短いサイクルでクリーニングを行ってしまって生産性を無意味に低下させたり、逆に、クリーニングのサイクルが長くなり過ぎてしまって、静電吸着力の低下やパーティクルの大量発生といった問題が生じさせたりすることが無くなる。
また請求項５及び１０に記載の発明によれば、上記効果に加え、検知用ガスが熱交換用ガスにも兼用されるので、基板を静電吸着ステージを介して加熱又は冷却する際に好適な構成となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第一の実施形態に係る基板処理装置の正面概略図である。
【図２】コントローラ８が実行するシーケンス制御プログラムのうち、検知用ガス導入の部分を抜粋して示したものである。
【図３】検知用ガス導入のシーケンス及び圧力計７２の計測値の推移について示した図である。
【図４】コントローラ８が実行するシーケンス制御プログラムのうち、サブルーチンである要否判断プログラムの部分を抜粋して示したものである。
【図５】パーティクルの付着によるコンダクタンスの変化について説明する図である。
【図６】第二の実施形態の装置が備えるシーケンス制御プログラムのうち、検知用ガス導入とクリーニングの要否の判断の部分を抜粋して示したものである。
【図７】図６に示すシーケンス制御プログラムに従って検知用ガスが導入された際のガス導入量と圧力計７２の計測値の推移とを示した図である。
【図８】静電吸着ステージ４を備えた従来の基板処理装置を示した正面概略図である。
【符号の説明】
１  処理チャンバー
１１  排気系
２  プロセス用ガス導入系
３１  ターゲット
３２  スパッタ電源
４  静電吸着ステージ
５１  高周波電源
６  防着シールド
７１  検知用ガス導入系
７１１  バルブ
７２  圧力計
８  コントローラ
８１  コンピュータユニット
８１１  プロセッサ
８１２  記憶部
９  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004614252.tif 000006
【図６】
0004614252.tif 000007
【図７】
0004614252.tif 000008
【図８】
0004614252.tif 000009