(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャックプレート上に静電吸着された基板の状態を判断する吸着状態判断方法であって、
予め、前記静電チャックプレート上に基板を配置しない状態で、前記静電チャックプレートに電圧を印加し、その際に流れた第一のパルス電流の値と、前記静電チャックプレート上に正常な状態で基板を配置し、前記静電チャックプレート内の電極に電圧を印加し、静電吸着を開始したときに流れた第二のパルス電流の値を測定し、前記第一のパルス電流の値と前記第二のパルス電流の値の差を基準電流値とし、
実際に処理を行う基板を前記静電チャックプレート上で静電吸着する場合に、前記電極に電圧を印加し、静電吸着を開始したときに流れた第三のパルス電流の値を測定し、前記第三のパルス電流の値と前記第一のパルス電流の値の差を測定電流値とし、
前記測定電流値と前記基準電流値とから、基板が正常に静電吸着されたか否かを判断することを特徴とする吸着状態判断方法。
【請求項２】
前記測定電流値と前記基準電流値の比率と許容範囲を比較し、前記判断を行なう請求項１記載の吸着状態判断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックプレート上での基板の吸着状態を判断する吸着状態判断方法にかかり、特に、吸着状態が正常であるか異常であるかを簡便に判断する吸着状態判断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体製造装置では、基板を真空雰囲気中に置いて成膜などの処理を施す場合に、基板を所定位置に固定するためや、基板の温度制御を行うために、静電チャックプレートを用いて基板を静電吸着する技術が採用されている。
【０００３】
図４(ａ)の符号１０５は静電チャックプレートであり、スパッタリング装置等の図示しないチャンバー内に配置されている。また、符号１０８は、基板搬送ロボットのアームであり、基板１０２が載置された状態で、隣接する搬送室内からチャンバー内に挿入されたところを示している。
【０００４】
基板１０２を静電チャックプレート１０５上に載置する場合には、アーム１０８を水平移動させ、先ず、基板１０２を静電チャックプレート１０５上に静止させる(図４(ｂ))。次いで、静電チャックプレート１０５内に挿通されたリフトピン１０４を上昇させ、アーム１０８上の基板１０２をリフトピン１０４の先端に乗せ替える(同図(ｃ))。
【０００５】
そして、アーム１０８をリフトピン１０４間から抜き出した後(同図(ｄ))、リフトピン１０４を降下させ、静電チャックプレート１０５内に収納させると、基板１０２は静電チャックプレート１０５上に載置される(同図(ｅ))。
【０００６】
基板１０２を処理する際にはチャンバー内は高真空状態に置かれており、真空の断熱効果により、基板１０２を静電チャックプレート１０５上に載置しただけでは、基板１０２と静電チャックプレート１０５との間の熱伝達率は小さい。
【０００７】
この静電チャックプレート１０５内には、基板１０２とは非接触の状態で電極が配置されており、その電極に電圧を印加すると静電吸着力が発生し、基板１０２は静電チャックプレート１０５上に静電吸着される。
【０００８】
その状態では基板１０２の裏面と静電チャックプレート１０５表面とは密着しており、基板１０２と静電チャックプレート１０５との間の熱伝達率は高くなっている。従って、静電チャックプレート１０５内のヒータを発熱させることで、基板１０２を所定温度まで素早く昇温させられるようになっている。また、静電チャックプレート１０５内の冷却装置を動作させると、基板１０２を所定温度に維持したり、素早く冷却することもできるようになっている。
【０００９】
そして、基板１０２の処理が終了すると、リフトピン１０４によって、上記とは逆の手順で基板１０２を静電チャックプレート１０５上から持ち上げ、次いで、アーム１０８上に移し替え、チャンバー外に搬出すると、基板１０２の処理は終了する。そして、未処理の基板を静電チャックプレート１０５上に載置した後、静電吸着しながら薄膜形成処理を続行する。
【００１０】
上記のように静電チャックプレート１０５を用いた場合には、真空雰囲気中での基板１０２の温度制御性が良いため、高品質の薄膜形成やエッチングを行うことができる。
【００１１】
ところで、一般に、静電チャックプレート１０５周囲にはプラズマを封じ込めるための防着壁等が配置されているため、基板１０２を静電チャックプレート１０５上で正常に静電吸着するためには、±０．５ｍｍ程度の精度で基板１０２を配置する必要がある。
【００１２】
しかしながら、上記のようなアーム１０８を用いて基板１０２を搬送する場合には、多数の基板を処理するために繰り返しアーム１０８を動作させると、搬送誤差が累積され、そのため、基板１０２が静電チャックプレート１０５上で正常な位置に配置されなくなってしまう。
【００１３】
また、突発的に発生したダストが静電チャックプレート１０５表面に付着したまま基板１０２を配置すると、電極に電圧を印加しても基板は静電チャックプレート１０５と密着せず、そのため熱伝達率が低くなり、正常な温度制御が行えなくなってしまう。
【００１４】
このように、基板と静電チャックプレートの間の密着性が悪かったり、正常な位置に配置されなかった場合は、基板面内の温度分布が大きくなり、その状態でスパッタリング等の処理を行うと、得られる薄膜の膜質が面内でばらついたり、膜厚分布が不均一になってしまい、連続して行われる半導体プロセスの再現性に影響を与え、多数の基板が不良になってしまうという問題がある。
【００１５】
更に、静電チャックプレート１０５によっては、基板１０５裏面にガスを流す種類のものがあるが、基板１０５が正常に静電吸着されていないと、ガス圧によって基板１０２が吹き飛ばされるといったような事故が発生する。
【００１６】
かかる事態を防止するためには、静電チャックプレート１０５を使用する際に、基板の搬送状態や静電吸着状態を検知する適切な手段が必要となるが、目視による検査や、搬送精度の向上のみに委ねるのは危険である。
【００１７】
そこで従来では、静電吸着を開始したときに静電チャックプレート１０５に流れた電流の変化分を測定し、時間積分を行うことで電流変化量を求め、その値から基板の静電吸着状態が正常であるか異常であるかを判断していた。
【００１８】
しかしながら多数の基板を連続処理する際に、各基板毎に積分演算を行うと、数値計算に要する時間ロスが無視できなくなる。また、積分計算の精度を向上させようとすると、演算装置のコストも高くなるという問題がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、基板の静電吸着状態の良否を簡便に判断できる技術を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、静電チャックプレート上に静電吸着された基板の状態を判断する吸着状態判断方法であって、予め、前記静電チャックプレート上に基板を配置しない状態で、前記静電チャックプレートに電圧を印加し、その際に流れた第一のパルス電流の値と、前記静電チャックプレート上に正常な状態で基板を配置し、前記静電チャックプレート内の電極に電圧を印加し、静電吸着を開始したときに流れた第二のパルス電流の値を測定し、前記第一のパルス電流の値と前記第二のパルス電流の値の差を基準電流値とし、実際に処理を行う基板を前記静電チャックプレート上で静電吸着する場合に、前記電極に電圧を印加し、静電吸着を開始したときに流れた第三のパルス電流の値を測定し、前記第三のパルス電流の値と前記第一のパルス電流の値の差を測定電流値とし、前記測定電流値と前記基準電流値とから、基板が正常に静電吸着されたか否かを判断することを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の吸着状態判断方法であって、前記測定電流値と前記基準電流値の比率と許容範囲を比較し、前記判断を行なうことを特徴とする。
【００２２】
【００２３】
本発明は上記のように構成されており、静電チャックプレート内の電極に流れる電流を、例えば静電チャックプレートと電源との間に電流計を挿入して検出し、その電流値を記録計やＡ／Ｄ変換ボードを備えたコンピュータ等に入力し、静電吸着を開始したときに流れるパルス電流を基準電流値と比較し、その差分から静電吸着状態を判断している。
【００２４】
以下に本発明の原理を模式的な図を用いて説明する。
図２(ａ)の符号５４は静電チャックプレートであり、円盤状に成形された誘電体７１を有している。該誘電体７１内には２枚の電極７２1、７２2が配置されており、各電極７２1、７２2は、それぞれ電源５８1、５８2に接続されている。ここでは一方の電極７２1に正電圧、他方の電極７２2に負電圧を印加できるように構成されているものとする。
【００２５】
この図２(ａ)は、静電チャックプレート５４上に基板が配置されていない状態を示しているが、誘電体７１内で電極７２1、７２2同士が近接しているため、電気的には、電極７２1、７２2間にコンデンサー成分Ｃaが形成されている。
【００２６】
また、その電極７２1、７２2間に存する誘電体７１により、コンデンサー成分Ｃaには抵抗成分Ｒaが並列接続されている。従って、２個の電源５８1、５８2間は、コンデンサー成分Ｃaと抵抗成分Ｒaとが並列接続された回路で接続されていることになる。
【００２７】
このような等価回路では、コンデンサー成分Ｃaを有しているため、電極７２1、７２2間に電圧を印加した瞬間にパルス電流が流れる。さらに、この等価回路全体としては、抵抗成分Ｒaの抵抗値に従った大きさの電流が流れる。
【００２８】
他方、図２(ｂ)は、上記静電チャックプレート５４上に基板６２が配置された場合を示しており、電極７２1、７２2上の誘電体７１の厚みは薄く、基板６２と静電チャックプレート５４とが正常に密着していた場合には、電極７２1、７２2と基板６２とは非常に近接する為、電極７２1、７２2と基板６２間で形成されるコンデンサー成分Ｃb1、Ｃb2の容量値は、上述した電極７２1、７２2間のコンデンサー成分Ｃaよりも程大きい(Ｃa＜Ｃb1,Ｃb2)。
【００２９】
また、各コンデンサー成分Ｃb1、Ｃb2には、誘電体７１の抵抗成分Ｒb1、Ｒb2が並列に接続されているため、結局、電源５８1、５８2の間は、コンデンサー成分Ｃb1、Ｃb2と抵抗成分Ｒb1、Ｒb2との並列接続回路が直列接続された回路で接続されていることになる。
【００３０】
基板６２が正常に配置されている場合には、電極７２1、７２2に電圧を印加した瞬間に、大きな容量のコンデンサー成分Ｃb1、Ｃb2を通って大電流のパルス電流が流れる。
【００３１】
ところが、基板６２が正常な位置に配置されていなかった場合には、コンデンサー成分Ｃb1、Ｃb2の電極面積が小さくなっており、また、ダスト等の存在により、基板６２と静電チャックプレート５４の間の密着性が悪くなっていた場合には、コンデンサー成分Ｃb1、Ｃb2の電極間距離が大きくなっており、いずれの場合も、基板６２が正常に配置された場合に比べてコンデンサー成分Ｃb1,Ｃb2は小容量になるから、そのとき流れるパルス電流も、正常な場合に比べて小さくなる。
【００３２】
従って、予め正常な静電吸着状態の場合のパルス電流値を測定し、基準電流値として記録計やコンピュータに記録しておき、多数の基板を連続処理する際に、各基板を静電吸着したときのパルス電流の値を基準電流値と比較すると、静電吸着状態が正常であるか異常であるかを判断できるようになる。
【００３３】
その場合、基板には反りがあり、その大きさが基板間で相違する等の原因により、基板が正常に静電吸着されていても、流れるパルス電流の大きさには、基板間で僅かな差がある。従って、基準電流値を含む所定範囲内の電流値(例えば、基準電流値±数％の範囲)を正常な吸着状態を示す範囲とし、測定したパルス電流の値がその範囲外にある場合に、静電吸着状態が異常であると判断するとよい。
【００３４】
また、基板の種類、静電チャックプレートの誘電体の種類、温度、印加電圧等の静電吸着条件が変わると、正常に静電吸着された場合のパルス電流の大きさも変わってしまう。従って、吸着状態が正常であると判断できる範囲を定める場合、処理を行う際の静電吸着条件に応じ、実際に基板を静電吸着させて基準電流値を測定し直す必要がある。
【００３５】
また、基板の種類によっては(ある種のガラス基板など)Ｃb1、Ｃb2の容量が小さい場合もある。従って、流れるパルス電流値も小さい。このような場合には、基板のない状態での静電容量Ｃaによるパルス電流値を予め測定しておき、基板が正常に配置された状態でのパルス電流値との差Δiを基準電流値に設定しなければ正確な判断ができなくなる。即ち、基板が正常に配置された場合のパルス電流値と共に、基板を配置しなかった場合のパルス電流値を測定することで、図３に示したΔiの差を基準電流値とすることができる。
【００３６】
Δｉを用いない場合の基準電流値の設定方法は、例えば、正常に基板を配置したときに３μＡのパルス電流値が流れたものとすると、そのパルス電流値３μＡを基準電流値に設定し、その上下±１０％を許容範囲と設定することになる。
【００３７】
そして、実際にプロセス開始前にウエハーを配置し、静電チャックした際のパルス電流値が２．７μＡだったとすると、
３μＡ×０．９＝２．７μＡ
であるからこの場合は正常と判断されることになる。
【００３８】
しかし、例えば基板を配置しないときに２μＡのパルス電流値が流れていた場合には、基準電流値３μＡのうち、２μＡ分は静電チャックの電極間に生じるコンデンサー成分によるもの(実際にはチャック電源内にもコンデンサー成分が存在している)であり、基板が正常に配置されたことによるパルス電流値Δｉは、
Δｉ ＝ ３μ−２μ ＝ １μ(Ａ)
にしかすぎない。
【００３９】
従って、そのΔｉの値を基準値とした方が、より正確な判定を下すことができる。その場合には、実際にプロセスを行う基板を配置したときのパルス電流の測定値から、コンデンサー成分による２μＡを差し引いた値で正常か否かを判断することになる。
【００４０】
例えば、許容範囲をΔｉ±１０％(＝ ０．９μ〜１．１μＡ)とすると、測定値から２μＡを差し引いた値が、その範囲(０．９μ〜１．１μＡ)に入っていた場合に正常と判断し、その範囲外であった場合に異常と判断することになる。
【００４１】
上記例のように２．７μＡのパルス電流値が流れていた場合は、
２．７μ−２．０μ＝０．７μ(Ａ)
がウエハー配置による正味のパルス電流値であるが、その値はΔｉ±１０％の範囲に含まれていないので、正常に配置されなかったと判断すべきである。
【００４２】
このように、Δｉを用いて基準電流値と許容範囲を設定すると、より正確な判断を行うことが可能になる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１の符号１は、本発明を適用できる真空処理装置(スパッタリング装置)の一例である。
この真空処理装置１はチャンバー１０を有しており、該チャンバー１０には、図示しない真空排気系とガス導入系とが接続されており、真空排気系によってチャンバー１０内を真空排気し、高真空雰囲気にした後、ガス導入系によってアルゴンガスを導入できるように構成されている。
【００４４】
チャンバー１０外部には、直流電源３と、チャック用電源９と、コンピュータ２０とが配置されている。他方、チャンバー１０の内部天井側には、成膜物質から成るターゲット２が配置されており、また、底壁側には静電チャックプレート４が配置されている。
【００４５】
静電チャックプレート４は、誘電体２１と、該誘電体２１内に配置された一対の電極２２1、２２2とを有しており、誘電体２１に形成された孔内には、下側からリフトピン６が挿通されている。
【００４６】
各電極２２1、２２2は、チャンバー１０底壁の端子５1、５2を介して、チャック用電源９にそれぞれ接続されており、一方の電極２２1には正電圧、他方の電極２２2には負電圧を印加できるように構成されている。
【００４７】
直流電源３やリフトピン６はコンピュータ２０に接続されており、該コンピュータ２０によって動作を制御できるように構成されている。そして、図４に示した手順と同様の手順によってリフトピン６を昇降させると、図示しないアーム上に載置された基板を静電チャックプレート４上に乗せ替えられるように構成されている。
【００４８】
また、ターゲット２は、直流電源３に接続されており、チャンバー１０を接地電位に置いた状態で負電圧を印加できるように構成されており、コンピュータ２０を動作させ、チャンバー１０内にアルゴンガスを導入し、直流電源３を起動するとプラズマが生成され、ターゲット２をスパッタリングできるように構成されている。
【００４９】
静電チャックプレート４周囲には、防着プレート７が配置されており、スパッタリングが行われる際に、チャンバー１０内壁がプラズマに曝されないようになっており、また、ターゲット２から飛び出したスパッタリング粒子がチャンバー１０内壁に付着しないようになっている。
【００５０】
電極２２1、２２2とチャック用電源９の間には、電流計８1、８2がそれぞれ挿入されており、コンピュータ２０内にはＡ／Ｄ変換ボードが装着されている。電流計８1、８2は、Ａ／Ｄ変換ボードにそれぞれ接続されており、各電流計８1、８2が測定した電流値はＡ／Ｄ変換ボードを介してコンピュータ２０に入力され、その値が記憶装置内に記憶されるように構成されている。
【００５１】
このような真空処理装置１を用い、多数の基板表面に連続的に薄膜を成長させる場合には、予めチャンバー１０内を真空排気しておき、静電チャックプレート４上に基板を正常な状態で配置し、電極２２1、２２2に所定の大きさの正負の電圧を印加する。
【００５２】
電圧を印加した瞬間に、電極２２1、２２2にパルス電流が流れるが、そのパルス電流は、電流計８1、８2にも流れるため、各電流計８1、８2によって電流値を測定し、コンピュータ２０内の記憶装置に基準電流値として記憶する。
次いでチャック用電源９を停止し、電極２２1、２２2をグラウンドに接続すると、静電吸着を開始したときとは逆向きのパルス電流が流れる。
【００５３】
以上により正常な吸着状態を示す電流値の記憶が終了すると、実際の薄膜形成作業を開始する。その場合、真空雰囲気を維持したまま、チャンバー１０内に基板１２を搬入し、静電チャックプレート４上に載置し、基準電流値を記憶したときと同じ条件で電極２２1、２２2に電圧を印加し、そのときに流れるパルス電流を電流計８1、８2によって測定し、コンピュータ２０に入力する。
【００５４】
コンピュータ２０内には、基準電流値を中心とする±数％の範囲の電流値が正常な静電吸着状態を示す範囲として設定されており、測定したパルス電流値がその範囲に入っているか否かを判別する。
【００５５】
設定された範囲内に入っていた場合には、基板１２の静電吸着状態は正常であると判断し、静電チャックプレート４内のヒータによって基板１２を所定温度まで昇温させた後、チャンバー１０内にアルゴンガスを導入し、直流電源３を起動してターゲット２のスパッタリングを開始する。
【００５６】
そして、基板１２表面に所定膜厚の薄膜が形成されるとスパッタリングを終了し、静電吸着を解除した後、基板１２をチャンバー１０外に搬出する。この場合は、続けてチャンバー１０内に未処理の基板を搬入し、静電チャックプレート４上に載置し、上記と同様に、電極２２1、２２2に電圧を印加する際に静電吸着状態を判断する。
【００５７】
他方、測定した電流値が設定した範囲外であった場合は、搬送誤差の累積等の原因により、基板１２は正常な位置に載置されなかったか(極端な場合には、静電チャックプレート４上に基板が配置されていない。)、又は静電チャックプレート４表面にダストが付着した等の原因により、電極２２1、２２2に電圧を印加しても基板１２は静電チャックプレート４上に密着できない状態にあるものと判断し、コンピュータ２０は、直流電源３の起動やアルゴンガス導入を行わず、外部に異常があった旨の警報を発し、真空処理装置１全体を待機状態にする。
【００５８】
基板が正常に配置された場合に電極２２1、２２2に流れる電流を、基板を配置せずに電極２２1、２２2に電圧を印加した場合に流れる電流と共に図３に示す。基板の有無により、静電吸着開始時のパルス電流値に、Δｉの差が生じていることが分かる。
【００５９】
なお、図３から分かるように、上記チャック用電源９は、静電吸着を解除する際に電極２２1、２２2をグラウンド電位に接続しているため、その時点では、基板の有無によらず、静電吸着の開始時とは逆向きのパルス電流が流れている。
【００６０】
以上説明したように、本発明によれば、静電吸着を開始するときのパルス電流の大きさから、静電チャックプレート４上での基板の吸着状態を判断できるので、異常があった場合は直ちに処理を中止できる。その結果、ダスト等が静電チャックプレート４表面に付着したまま連続して基板が処理され、不良品が大量に発生するようなことがなくなる。
【００６１】
なお、上記静電チャックプレート４は、誘電体２１内に２個の電極２２1、２２2が配置された双極型のものであったが、本発明は、誘電体内に１個の電極が配置された単極型の静電チャックプレートにも適用することができる。
【００６２】
また、上記は本発明をスパッタリング装置１に適用した場合を説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ＣＶＤ装置、エッチング装置、イオン打ち込み装置、蒸着装置等の真空処理装置に広く用いることができる。要するに、本発明は、静電チャックプレートを用いて真空雰囲気内で基板を静電吸着する場合に広く適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
基板の静電吸着状態を判断できるので、異常があった場合に直ちに正常な状態に復旧させることができる。
簡単な装置で基板の静電吸着状態を判断でき、また、判断に要する時間が短いので、低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸着状態判断方法を説明するための図
【図２】(ａ)、(ｂ)：静電チャックプレートの等価回路を説明するための図
【図３】静電チャックプレートに流れる電流の測定例を示すグラフ
【図４】(ａ)〜(ｅ)：静電チャックプレート上への基板の搬送方法を説明するための図
【符号の説明】
４……静電チャックプレート    １２……基板    ２２1、２２2……電極
【図１】
0004009009.tif 000002
【図２】
0004009009.tif 000003
【図３】
0004009009.tif 000004
【図４】
0004009009.tif 000005