JP2022053960A - 処理装置及び処理装置における基体保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理装置のチャンバの内部において、基体を載置する載置台や基体裏面等においてパーティクルの発生を抑える。【解決手段】基体の処理装置であって、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられ、前記基体を載置する載置台と、前記載置台に対して前記基体を昇降させるリフターと、前記リフターに設けられ、前記基体と前記載置台との吸着状態を検出する吸着状態検出部と、前記リフターと前記吸着状態検出部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記リフター及び前記吸着状態検出部の稼働により、前記基体と前記載置台との間に生じる応力が、当該基体と当該載置台との間の最大静止摩擦力以下となるように前記基体と前記載置台との間の温度差を調節し、前記基体を前記載置台に保持させる制御を行う。【選択図】図２

Description

本開示は、処理装置及び処理装置における基体保持方法に関する。

特許文献１には、半導体製造装置に用いられる静電チャックにおけるパーティクル発生低減方法が開示されている。このパーティクル発生低減方法においては、ウェハを吸着面に対して滑り移動させることにより、ウェハの熱膨張と静電チャックの熱膨張との差に起因する応力の開放を行っている。また、応力開放を静電チャックへのパルス型電圧を印加することや、吸着面とウェハとの間にバックサイドガスを流す手段で行い、そのタイミングを、ウェハ温度などのモニタリングにより調整する技術も開示されている。

特開２０００－２１９６４号公報

本開示にかかる技術は、処理装置のチャンバの内部において、基体を載置する載置台や基体裏面等においてパーティクルの発生を抑える。

本開示の一態様は、基体の処理装置であって、チャンバと、前記チャンバの内部に設けられ、前記基体を載置する載置台と、前記載置台に対して前記基体を昇降させるリフターと、前記リフターに設けられ、前記基体と前記載置台との吸着状態を検出する吸着状態検出部と、前記リフターと前記吸着状態検出部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記リフター及び前記吸着状態検出部の稼働により、前記基体と前記載置台との間に生じる応力が、当該基体と当該載置台との間の最大静止摩擦力以下となるように前記基体と前記載置台との間の温度差を調節し、前記基体を前記載置台に保持させる制御を行う、処理装置である。

本開示によれば、処理装置のチャンバの内部において、基体を載置する載置台や基体裏面等においてパーティクルの発生を抑えることができる。

本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係るウェハの吸着状態検出手段についての概略説明図である。 第２の実施形態に係るウェハの吸着状態検出手段についての概略説明図である。 第３の実施形態に係るウェハの吸着状態検出手段についての概略説明図である。 ウェハ保持方法の一例を示すフロー図である。 ウェハ保持方法の一例を示すフロー図である。

本開示に係る処理装置及び処理装置における基体保持方法において、処理対象や処理装置の種類は特に限定されるものではない。以下の発明を実施するための形態では、半導体デバイスの製造において、処理装置としてプラズマ処理装置を用い、基体（被吸着体）としての半導体ウェハ（以下、「基板」、「ウェハ」とも記載）にプラズマ処理を行う場合を挙げて説明する。また、基体を吸着させる吸着体の種類も特に限定されるものではなく、以下では一例として電圧を印加することで吸着面に対し基体を吸着させる静電チャックを有するような載置台を挙げて説明する。

半導体デバイスの製造工程では、ウェハにプラズマ処理が行われる。プラズマ処理では、処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによってウェハを処理する。

プラズマ処理は、プラズマ処理装置で行われる。プラズマ処理装置は、一般的に、チャンバ、載置台、高周波（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電源を備える。一例では、高周波電源は、第１の高周波電源と第２の高周波電源を備える。第１の高周波電源は、チャンバ内のガスのプラズマを生成するために、第１の高周波電力を供給する。第２の高周波電源は、ウェハにイオンを引き組むために、バイアス用の第２の高周波電力を下部電極に供給する。チャンバはその内部空間を、プラズマが生成される処理空間として画成する。載置台は、チャンバ内に設けられている。載置台は、下部電極及び静電チャックを有する。静電チャックは下部電極上に設けられている。一例では、静電チャック上には、当該静電チャック上に載置されたウェハを囲むようにエッジリングが配置される。なお、エッジリングの配置は静電チャック上に限定されない。エッジリングは、ウェハに対するプラズマ処理の均一性を向上させるために設けられる。

プラズマ処理において、例えばウェハ搬入時やプロセス切り替え時に、載置台にウェハを置く際、線膨張係数の異なる載置台とウェハとの間の温度差に起因し、両者の間に応力が生じる。発生した応力により、載置台とウェハとの間で擦れが生じ異物（以下、「パーティクル」とも記載）が発生する。このパーティクルは、例えばウェハ裏面のスクラッチや載置台の静電チャック表面での脱粒などによるものである。このように生じたパーティクルは、当該ウェハや他のウェハの表面に付着して歩留まりを低下させるため、その発生を抑えることが望まれている。

従来は、パーティクルを除去するため、チャンバを開放して静電チャックの表面を清掃するといった方法が行われていた。また、処理対象ではないウェハ（例えばダミーウェハ）をチャンバ内に搬入して静電チャック表面に吸着させ、静電チャック表面のパーティクルを処理対象ではないウェハに付着させてチャンバ外に排出するといった方法も知られていた。

しかしながら、チャンバを開放して清掃を行うためには、チャンバの稼働を停止させなければならず、稼働可能までに時間（例えば数日程度）を要するため、処理装置の生産性が低下することが懸念される。また、パーティクルを処理対象ではないウェハに付着させたとしても、パーティクルを確実に排出できるものではなく、排出途中に静電チャック表面やチャンバ内、搬送系設備上などにパーティクルが落下し、歩留まりが低下する恐れがある。

このような点に鑑み、特許文献１には、パーティクルの発生を抑えるため、載置台とウェハとの間の温度差に起因して両者の間に生じた応力を、ウェハ吸着のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、ウェハを吸着面に対して滑り移動させることで開放させることが開示されている。また、応力開放のタイミングをウェハ温度のモニタリングにより調整するといった技術も開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されたような方法では、ウェハが載置台（静電チャック）表面からいつ剥がれたのかが正確に特定されない。はがれるまでの時間を実験で求めても、多くのウェハを処理する中で載置面表面の状態が経時変化し、はがれるまでの時間が変化するので、応力開放のための吸着ＯＦＦの時間を十分にとることが必要となるためスループットが低下する。

本開示にかかる技術は、処理装置のチャンバの内部において、基体と基体を載置する載置台（静電チャック）との間に、両者の温度差に起因して発生した応力が大きくなる前に、吸着をＯＦＦにすると共にウェハを載置台（静電チャック）から離間させる工程を行う。具体的には、両者の間の応力が両者間での最大静止摩擦力以下となるように、両者の温度差を所定の範囲内に調整してウェハを載置台に保持させることで、パーティクルの発生を抑える。以下、本実施形態にかかる処理装置及び処理装置における基体保持方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜プラズマ処理装置＞
先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。図１は、プラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。プラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。またプラズマ処理装置１では、基体としてのウェハＷに対してプラズマ処理を行う。ウェハＷは、所望のプラズマ処理が行われるウェハであって、例えば表面にパターンが形成されているウェハである。なお、プラズマ処理は特に限定されるものではないが、例えばエッチング処理、成膜処理、拡散処理等が行われる。

図１に示すようにプラズマ処理装置１は、略円筒形状のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、その内部においてプラズマが生成される処理空間Ｓを画成する。チャンバ１０は、例えばアルミニウムから構成されている。チャンバ１０は接地電位に接続されている。チャンバ１０の内壁面、すなわち、処理空間Ｓを画成する壁面には、耐プラズマ性を有する膜が形成されている。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。

チャンバ１０の内部には、ウェハＷを載置する載置台１１が収容されている。載置台１１は、下部電極１２及び静電チャック１３を有している。また、載置台１１には、当該載置台１１に載置されたウェハＷを囲むようにエッジリング１４が設けられている。なお、下部電極１２の下面側には、例えばアルミニウムから構成される電極プレート（図示せず）が設けられていてもよい。

下部電極１２は、導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、略円板形状を有している。

下部電極１２の内部には、冷媒流路１５ａが形成されている。冷媒流路１５ａには、チャンバ１０の外部に設けられたチラーユニット（図示せず）から冷媒入口配管１５ｂを介して冷媒が供給される。冷媒流路１５ａに供給された冷媒は、冷媒出口流路１５ｃを介してチラーユニットに戻るようになっている。冷媒流路１５ａの中に冷媒、例えば冷却水等を循環させることにより、静電チャック１３、エッジリング１４、及びウェハＷを所望の温度に冷却することができる。

静電チャック１３は、下部電極１２上に設けられている。静電チャック１３は、ウェハＷとエッジリング１４の両方を静電力により吸着保持可能に構成された部材である。静電チャック１３は、外周部の表面に比べて中央部の表面が高く形成されている。静電チャック１３の中央部の表面は、ウェハＷが載置されるウェハ載置面となり、静電チャック１３の外周部の表面は、エッジリング１４が載置されるエッジリング載置面となる。なお、静電チャック１３の構成の詳細については後述する。

静電チャック１３の内部において中央部には、ウェハＷを吸着保持するための第１の電極１６ａが設けられている。静電チャック１３の内部において外周部には、エッジリング１４を吸着保持するための第２の電極１６ｂが設けられている。静電チャック１３は、絶縁材料からなる絶縁材の間に電極１６ａ、１６ｂを挟んだ構成を有する。

第１の電極１６ａには、直流電源（図１には図示せず）からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック１３の中央部の表面にウェハＷが吸着保持される。同様に、第２の電極１６ｂには、直流電源（図示せず）からの直流電圧が印加される。これにより生じる静電力により、静電チャック１３の外周部の表面にエッジリング１４が吸着保持される。

エッジリング１４は、静電チャック１３の中央部の表面に載置されたウェハＷを囲むように配置される、環状部材である。エッジリング１４は、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられる。このため、エッジリング１４は、プラズマ処理に応じて適宜選択される材料から構成されており、例えば石英やＳｉ、ＳｉＣ等から構成され得る。

以上のように構成された載置台１１は、チャンバ１０の底部に設けられた略円筒形状の支持部材１７に締結される。支持部材１７は、例えばセラミックや石英等の絶縁体により構成される。

なお、図示は省略するが、載置台１１は、静電チャック１３、エッジリング１４、及びウェハＷのうち少なくとも１つを所望の温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。また、載置台１１の上面（載置面）は必ずしも平坦形状でなくとも良く、例えば、微細な凹凸形状を有し、凹部に伝熱ガスのような温調流体が流れるような構成でも良い。

載置台１１の下方であって支持部材１７の内側には、載置台１１に対してウェハＷを昇降させるリフター２０が設けられている。リフター２０は、例えば、昇降ピン２１、支持部材２２、及び駆動部２３を有している。

昇降ピン２１は、静電チャック１３の中央部の表面から突没するように昇降する、柱状の部材であり、例えばセラミックから形成される。昇降ピン２１は、静電チャック１３の周方向、すなわち、表面の周方向に沿って、互いに間隔を空けて３本以上設けられている。昇降ピン２１は、例えば、上記周方向に沿って等間隔で設けられている。昇降ピン２１は、上下方向に延びるように設けられる。

昇降ピン２１は、静電チャック１３の中央部の表面から下方に延び下部電極１２の底面まで至る貫通孔２４に挿通される。すなわち、貫通孔２４は、静電チャック１３の中央部及び下部電極１２を貫通するように形成されている。

支持部材２２は、複数の昇降ピン２１を支持する。駆動部２３は、支持部材２２を昇降させる駆動力を発生させ、複数の昇降ピン２１を昇降させる。駆動部２３は、上記駆動力を発生するモータ（図示せず）を有する。

プラズマ処理装置１は、第１の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３０、第２の高周波電源３１、第１の整合器３２、及び第２の整合器３３を更に有している。第１の高周波電源３０と第２の高周波電源３１はそれぞれ、第１の整合器３２及び第２の整合器３３を介して、下部電極１２に接続されている。

第１の高周波電源３０は、プラズマ発生用の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電源３０からは２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの周波数であってよく、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力ＨＦが下部電極１２に供給される。第１の整合器３２は、第１の高周波電源３０の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１２側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源３０は、下部電極１２に電気的に接続されていなくてもよく、第１の整合器３２を介して上部電極であるシャワーヘッド４０に接続されていてもよい。

第２の高周波電源３１は、ウェハＷにイオンを引き込むための高周波電力（バイアス電力）ＬＦを発生して、当該高周波電力ＬＦを下部電極１２に供給する。高周波電力ＬＦの周波数は、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であってよく、一例においては４００ｋＨｚである。第２の整合器３３は、第２の高周波電源３１の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１２側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第２の高周波電源３１に代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。

載置台１１の上方には、載置台１１と対向するように、シャワーヘッド４０が設けられている。シャワーヘッド４０は、処理空間Ｓに面して配置される電極板４１、及び電極板４１の上方に設けられる電極支持体４２を有している。電極板４１は、下部電極１２と一対の上部電極として機能する。後述するように第１の高周波電源３０が下部電極１２に電気的に接続されている場合には、シャワーヘッド４０は、接地電位に接続される。なお、シャワーヘッド４０は、絶縁性遮蔽部材４３を介して、チャンバ１０の上部（天井面）に支持されている。

電極板４１には、後述のガス拡散室４２ａから送られる処理ガスを処理空間Ｓに供給するための複数のガス噴出口４１ａが形成されている。電極板４１は、例えば、発生するジュール熱の少ない低い電気抵抗率を有する導電体又は半導体から構成される。

電極支持体４２は、電極板４１を着脱自在に支持するものである。電極支持体４２は、例えばアルミニウム等の導電性材料の表面に耐プラズマ性を有する膜が形成された構成を有している。この膜は、陽極酸化処理によって形成された膜、又は、酸化イットリウムから形成された膜といったセラミック製の膜であり得る。電極支持体４２の内部には、ガス拡散室４２ａが形成されている。ガス拡散室４２ａからは、ガス噴出口４１ａに連通する複数のガス流通孔４２ｂが形成されている。また、ガス拡散室４２ａには、後述するガス供給管５３に接続されるガス導入孔４２ｃが形成されている。

また、電極支持体４２には、ガス拡散室４２ａに処理ガスを供給するガス供給源群５０が、流量制御機器群５１、バルブ群５２、ガス供給管５３、ガス導入孔４２ｃを介して接続されている。

ガス供給源群５０は、プラズマ処理等に必要な複数種のガス供給源を有している。流量制御機器群５１は複数の流量制御器を含み、バルブ群５２は複数のバルブを含んでいる。流量制御機器群５１の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。プラズマ処理装置１においては、ガス供給源群５０から選択された一以上のガス供給源からの処理ガスが、流量制御機器群５１、バルブ群５２、ガス供給管５３、ガス導入孔４２ｃを介してガス拡散室４２ａに供給される。そして、ガス拡散室４２ａに供給された処理ガスは、ガス流通孔４２ｂ、ガス噴出口４１ａを介して、処理空間Ｓ内にシャワー状に分散されて供給される。

プラズマ処理装置１には、チャンバ１０の内壁に沿ってデポシールド６０が着脱自在に設けられている。デポシールド６０は、チャンバ１０の内壁にデポが付着することを抑制するものであり、例えばアルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成される。また同様に、デポシールド６０に対向する面であって、支持部材１７の外周面には、デポシールド６１が、着脱自在に設けられている。

チャンバ１０の底部であって、チャンバ１０の内壁と支持部材１７との間には、バッフルプレート６２が設けられている。バッフルプレート６２は、例えばアルミニウム材に酸化イットリウム等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート６２には、複数の貫通孔が形成されている。処理空間Ｓは当該バッフルプレート６２を介して排気口６３に連通されている。排気口６３には例えば真空ポンプ等の排気装置６４が接続され、当該排気装置６４により処理空間Ｓ内を減圧可能に構成されている。

また、チャンバ１０の側壁にはウェハＷの搬入出口６５が形成され、当該搬入出口６５はゲートバルブ６６により開閉可能となっている。

以上のプラズマ処理装置１には、制御部７０が設けられている。制御部７０は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるプラズマ処理等のプロセス全般を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部７０にインストールされたものであってもよい。

＜プラズマ処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて行われるプラズマ処理について説明する。

先ず、チャンバ１０の内部にウェハＷを搬入し、静電チャック１３上にウェハＷを載置する。この際、平面視においてウェハＷの中心が静電チャック１３の中心と同じ位置になるように、ウェハＷが静電チャック１３上に載置される。このウェハＷの位置が、本開示における処理位置である。その後、静電チャック１３の第１の電極１６ａに直流電圧を印加することにより、ウェハＷはクーロン力によって静電チャック１３に静電吸着され、保持される。併せて、冷媒流路１５ａや、図示しない温調モジュールの稼働により、載置台１１の温度を所望の温度とすることで、載置されたウェハＷの温度も所望の温度に近づけられる。また、ウェハＷの搬入後、排気装置６４によってチャンバ１０の内部を所望の真空度まで減圧する。

次に、ガス供給源群５０からシャワーヘッド４０を介して処理空間Ｓに処理ガスを供給する。また、第１の高周波電源３０によりプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを下部電極１２に供給し、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、第２の高周波電源３１によりイオン引き込み用の高周波電力ＬＦを供給してもよい。そして、生成されたプラズマの作用によって、ウェハＷにプラズマ処理が施される。

プラズマ処理を終了する際には、先ず、第１の高周波電源３０からの高周波電力ＨＦの供給及びガス供給源群５０による処理ガスの供給を停止する。また、プラズマ処理中に高周波電力ＬＦを供給していた場合には、当該高周波電力ＬＦの供給も停止する。次いで、ウェハＷの裏面への伝熱ガスの供給を停止し、静電チャック１３によるウェハＷの吸着保持を停止する。

その後、チャンバ１０からウェハＷを搬出して、ウェハＷに対する一連のプラズマ処理が終了する。

なお、プラズマ処理においては、第１の高周波電源３０からの高周波電力ＨＦを使用せず、第２の高周波電源３１からの高周波電力ＬＦのみを用いて、プラズマを生成する場合もある。

また、ここではプラズマ処理として１工程を行う場合について説明したが、同一のウェハＷに対し異なる２種類以上のプロセスを行う場合もある。その場合、プロセス毎に異なる処理ガスを用いても良く、プロセス条件を変えても良い。２種類以上のプロセスを行う場合、プロセス毎に静電チャック１３上に載置されるウェハＷの所望される温度が異なる場合がある。その際、載置台１１の設定温度を変えることで、ウェハＷの温度を変えることになる。

＜ウェハと載置台との間の応力＞
例えば、図１を参照して上述したように構成されるプラズマ処理装置１において上記プラズマ処理を実施する場合に、処理開始前にはチャンバ１０の内部にウェハＷを搬入し、静電チャック１３上にウェハＷを載置する工程が行われる。その際、冷媒流路１５ａや、図示しない温調モジュールの稼働により、載置台１１の温度を所定の設定温度とした状態で、例えば室温であるウェハＷが載置台１１に載置される。

即ち、プラズマ処理開始時には、載置台１１（静電チャック１３）とウェハＷとには温度差があり、その状態で静電吸着が行われることで温度差に起因して両者の間に応力が生じる。この応力が、載置台１１とウェハＷとの間の最大静止摩擦力を超えるとウェハＷの裏面のスクラッチや静電チャック１３表面での脱粒などによるパーティクルが発生する。発生したパーティクルはウェハＷの表面や他のウェハの表面などに付着して歩留まりを低下させる。

そこで、本実施形態では、載置台１１とウェハＷとの間の応力状態に着目し、効果的なタイミングでウェハＷを載置台１１から確実に離間させることで応力開放を行い、その後、速やかにウェハＷを載置台１１に再度吸着させるといった工程を繰り返し行うものとした。応力開放は、載置台１１での静電チャック１３による吸着を解除し、リフター２０の昇降ピン２１を用いて物理的にウェハＷを載置台１１から押し上げ離間させることで行われる。以下では、載置台１１とウェハＷの吸着状態（あるいは離間状態）を検出する具体的な手段について図面を参照して説明する。なお、ここでのウェハＷの載置台１１からの押し上げ距離（離間距離）は任意であり、物理的な離間が確認できれば十分である。例えば０．５ｍｍ程度が好ましい。

＜第１の実施形態＞
図２は第１の実施形態に係るウェハの吸着状態検出部についての概略説明図であり、載置台１１やウェハＷを中心とした構成に着目して図示したものである。上述したように、載置台１１の下方には、載置台１１に対してウェハＷを昇降させるリフター２０が設けられている。本実施形態では、図２に示すように、リフター２０におけるトルクを測定するトルクメータ８０が吸着状態検知部として取り付けられている。このトルクメータ８０は、例えば、駆動部２３によって昇降ピン２１が駆動している状態でのトルクを当該昇降ピン２１に生じるトルクを測定するものである。

載置台１１に吸着した状態のウェハＷを、昇降ピン２１を上げることにより持ち上げて離間させようとした場合（いわゆるピンアップ）に、載置台１１にウェハＷが吸着されている状態では反力に基づくトルク負荷が大きく計測され、載置台１１からウェハＷが完全に剥がれた段階でトルク負荷は大きく減少する。即ち、ウェハＷの吸着状態を検出する場合には、トルクメータ８０においてトルク測定を随時行い、トルク負荷が大きく減少した時点が、ウェハＷが載置台１１から完全に剥がれて離間した状態を示しているといえる。

載置台１１にウェハＷを吸着開始した状態では、載置台１１は設定温度に温調されているのに対し、ウェハＷは原則として常温（室温）である。即ち、載置台１１とウェハＷとの間には大きな温度差がある。その状態において、トルクメータ８０で吸着状態を検出しつつ、両者の温度差ΔＴが所定の閾値となった段階で静電吸着を解除し、リフター２０の駆動（ピンアップ）によりウェハＷを持ち上げる。トルクメータ８０での検出によりウェハＷの載置台１１からの離間が確認された段階で、リフター２０の駆動（ピンダウン）によりウェハＷを下げて静電吸着を行う。そして、再度、温度差ΔＴが所定の閾値となった段階で同様の工程を繰り返す。以降も同じような工程を繰り返すことで、最終的にはウェハＷが所望の温度となり、温度差ΔＴが所定の閾値を超えない程度の値となる。このような状態でウェハＷを載置台１１に保持及び吸着させてプラズマ処理等の処理工程が行われる。

なお、上述した載置台１１とウェハＷとの間の温度差ΔＴの閾値は、載置台１１とウェハＷとの間に生じる応力が、両者の間の最大静止摩擦力以下となるような条件に基づき定めることが好ましい。これは、載置台１１とウェハＷとの間に生じる応力が、両者の間の最大静止摩擦力以下であれば、発生した応力によって両者の間に擦れが生じることなく、パーティクルが発生が抑えられるからである。具体的には、応力の開放を行う必要なくウェハＷを載置台１１に保持及び吸着可能な条件としては、温度差ΔＴが５℃以下が好ましく、更にはΔＴが１℃以下がより好ましい。

＜第２の実施形態＞
図３は第２の実施形態に係るウェハの吸着状態検出部についての概略説明図であり、載置台１１やウェハＷを中心とした構成に着目して図示したものである。図３に示すように、静電チャック１３の内部には、ウェハＷを吸着保持するための第１の電極１６ａが設けられている。本実施形態では、この第１の電極１６ａに電圧を印加させるための電圧供給ライン８４に静電容量計８５が吸着状態検知部として取り付けられている。

載置台１１に吸着した状態のウェハＷを、昇降ピン２１を上げることにより持ち上げて離間させようとした場合（いわゆるピンアップ）に、載置台１１にウェハＷが吸着されている状態に比べ、載置台１１からウェハＷが完全に剥がれた段階で静電容量が小さくなる。即ち、ウェハＷの吸着状態を検出する場合には、静電容量計８５による測定を随時行い、静電容量が大きく減少した時点が、ウェハＷが載置台１１から完全に剥がれて離間した状態を示しているといえる。

本実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、載置台１１とウェハＷとの間に温度差がある場合に、静電容量計８４で吸着状態を検出しつつ、両者の温度差ΔＴが所定の閾値となった段階で静電吸着を解除し、リフター２０の駆動（ピンアップ）によりウェハＷを持ち上げる。そして、静電容量計８４での検出により、ウェハＷの載置台１１からの離間が確認された段階で、リフター２０の駆動（ピンダウン）によりウェハＷを下げて静電吸着を行う。そして、再度、温度差ΔＴが所定の閾値となった段階で同様の工程を繰り返す。以降も同じような工程を繰り返すことで、最終的にはウェハＷが所望の温度となり、温度差ΔＴが所定の閾値を超えない程度の値となる。このような状態でウェハＷを載置台１１に保持及び吸着させてプラズマ処理等の処理工程が行われる。

＜第３の実施形態＞
図４は第３の実施形態に係るウェハの吸着状態検出部についての概略説明図であり、載置台１１やウェハＷを中心とした構成に着目して図示したものである。図４に示すように、静電チャック１３の内部には、ウェハＷを吸着保持するための第１の電極１６ａが設けられている。本実施形態では、この第１の電極１６ａに電圧を印加させるための電圧供給ライン８４に検流計９０が吸着状態検知部として取り付けられている。

載置台１１に吸着した状態のウェハＷを、昇降ピン２１を上げることにより持ち上げて離間させようとした場合（いわゆるピンアップ）に、載置台１１にウェハＷが吸着されている状態に比べ、載置台１１からウェハＷが完全に剥がれた段階で電圧供給ライン８４に電流が流れる。即ち、ウェハＷの吸着状態を検出する場合には、検流計９０による検出を随時行い、電流が流れた時点が、ウェハＷが載置台１１から完全に剥がれて離間した状態を示しているといえる。

本実施形態では、上記第１、第２の実施形態と同様に、載置台１１とウェハＷとの間に温度差がある場合に、検流計９０で吸着状態を検出しつつ、両者の温度差ΔＴが所定の閾値となった段階で静電吸着を解除し、リフター２０の駆動（ピンアップ）によりウェハＷを持ち上げる。そして、検流計９０での検出により、ウェハＷの載置台１１からの離間が確認された段階で、リフター２０の駆動（ピンダウン）によりウェハＷを下げて静電吸着を行う。そして、再度、温度差ΔＴが所定の閾値となった段階で同様の工程を繰り返す。以降も同じような工程を繰り返すことで、最終的にはウェハＷが所望の温度となり、温度差ΔＴが所定の閾値を超えない程度の値となる。このような状態でウェハＷを載置台１１に保持及び吸着させてプラズマ処理等の処理工程が行われる。

＜具体的なウェハ保持方法＞
上記第１～第３の実施形態で説明した吸着状態検出部により、ウェハＷを載置台１１から確実に離間させることで応力開放を行い、その後、速やかにウェハＷを載置台１１に再度吸着させるといった工程を繰り返すことで、ウェハＷを載置台１１に保持及び吸着させることができる。このようなウェハ保持方法は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１で行われるプラズマ処理の種々のタイミングで実施可能である。

図５、図６は、ウェハ保持方法の一例を示すフロー図である。図５に示すように、プラズマ処理工程が１工程である場合のフローとしては、先ず、ステップＳ１１として、チャンバ１０内へのウェハＷの搬入、載置台１１への載置が行われる。この段階で、載置台１１はプラズマ処理のための所定の設定温度に温調されているのに対し、搬入時のウェハＷは常温（室温）である。そこで、載置台１１とウェハＷとの温度差に起因して生じる応力を開放すべく、上記第１～第３の実施形態で説明したような吸着状態検出部を用いてウェハＷの保持及び吸着が行われる（ステップＳ１２）。

そして、ウェハＷが所望の温度となり、上述した温度差ΔＴが所定の閾値を超えない程度の値となってウェハＷが載置台１１に保持された段階でステップＳ１３として所定のプラズマ処理が行われる。ここでのプラズマ処理は任意であり、例えば、エッチング処理、成膜処理、拡散処理等である。そして、プラズマ処理が完了した段階でウェハＷはチャンバ１０外へ搬出され一連のプロセスが終了する（ステップＳ１４）。

また、プラズマ処理として複数の条件での異なるプラズマ処理が同じチャンバ１０内で連続して行われる場合がある。図６は第１プラズマ処理と第２プラズマ処理が実施される場合のフローを示している。図６に示す工程では、先ず、ステップＳ２１として、チャンバ１０内へのウェハＷの搬入、載置台１１への載置が行われる。この段階で、載置台１１は第１プラズマ処理のための設定温度に温調されているのに対し、搬入時のウェハＷは常温（室温）である。そこで、載置台１１とウェハＷとの温度差に起因して生じる応力を開放すべく、上記第１～第３の実施形態で説明したような吸着状態検出部を用いてウェハＷの保持及び吸着が行われる（ステップＳ２２）。そして、ウェハＷが所望の温度となり、上述した温度差ΔＴが所定の閾値を超えない程度の値となってウェハＷが載置台１１に保持された段階でステップＳ２３として第１プラズマ処理が行われる。

続いて、第１プラズマ処理完了後、載置台１１は次工程である第２プラズマ処理のための設定温度に温調される。第１プラズマ処理と第２プラズマ処理の条件が異なる場合、当然、その設定温度も異なる。第１プラズマ処理完了時のウェハＷ温度は第１プラズマ処理の条件に基づく温度であることから、載置台１１の温度が変わると、再度、載置台１１とウェハＷとの温度差に起因して応力が生じる。そこで、当該応力を開放すべく、上記第１～第３の実施形態で説明したような吸着状態検出部を用いてウェハＷの保持及び吸着が行われる（ステップＳ２４）。そして、ウェハＷが所望の温度となり、上述した温度差ΔＴが所定の閾値を超えない程度の値となってウェハＷが載置台１１に保持された段階でステップＳ２５として第２プラズマ処理が行われる。そして、第２プラズマ処理が完了した段階でウェハＷはチャンバ１０外へ搬出され一連のプロセスが終了する（ステップＳ２６）。

以上、図５、６を参照して説明したプロセスによれば、載置台１１とウェハＷとの間の温度差により応力が発生し、擦れを生じてパーティクルが発生といったことが抑制される。例えば、プラズマ処理として複数の条件での異なるプラズマ処理が同じチャンバ１０内で連続して行われる場合には、それぞれのプラズマ処理前に本開示に係るウェハ保持方法を適用することで温度条件等の変化があってもパーティクルの発生を抑えることができる。

なお、ここではプラズマ処理開始時、及び複数のプラズマ処理間に、本開示に係るウェハ保持方法を適用する場合について説明したが、本開示の適用範囲はこれに限定されるものではない。即ち、プラズマ処理の途中において載置台１１の設定温度を変更するといった制御が採られる場合には、その設定温度の変更毎に、本開示に係るウェハ保持方法を適用しても良い。

また、以上説明した実施形態では、載置台１１が吸着体としての静電チャック１３を有し、ウェハＷの吸着は静電吸着によって行われる場合を図示及び説明した。しかしながら、本開示の適用範囲はこれに限定されない。例えば、載置台１１にウェハＷを吸着させる吸着体として真空吸着を用いても良い。その場合、吸着状態検出部としては上記トルクメータ８０に加え、圧力計などを用いても良い。

また、上記実施形態では、吸着対象としてウェハＷを挙げて説明したが、本開示の適用範囲はこれに限定されない。例えば、プラズマ処理装置においては、ウェハ周囲のエッジリングやフォーカスリングといった部材についても載置台１１に吸着保持される場合がある。このようなチャンバ内において吸着保持され、温度差によって応力が生じる可能性があるあらゆる部材について本開示は有用である。

また、上記の実施形態のプラズマ処理装置１は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、本開示が適用されるプラズマ処理装置はこれに限定されない。例えばプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
１１ 載置台
２０ リフター
７０ 制御部
８０ トルクメータ
Ｗ ウェハ

Claims (7)

1. 基体の処理装置であって、
   チャンバと、
   前記チャンバの内部に設けられ、前記基体を載置する載置台と、
   前記載置台に対して前記基体を昇降させるリフターと、
   前記リフターに設けられ、前記基体と前記載置台との吸着状態を検出する吸着状態検出部と、
   前記リフターと前記吸着状態検出部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記リフター及び前記吸着状態検出部の稼働により、前記基体と前記載置台との間に生じる応力が、当該基体と当該載置台との間の最大静止摩擦力以下となるように前記基体と前記載置台との間の温度差を調節し、前記基体を前記載置台に保持させる制御を行う、処理装置。
2. 前記吸着状態検出部は、前記リフターにおけるトルクを測定するトルクメータである、請求項１に記載の処理装置。
3. 前記載置台は電圧の印加により当該載置台に前記基体を吸着保持させる静電チャックを有し、
   前記吸着状態検出部は、前記静電チャックへの電圧供給ラインに取り付けられる静電容量計である、請求項１に記載の処理装置。
4. 前記載置台は電圧の印加により当該載置台に前記基体を吸着保持させる静電チャックを有し、
   前記吸着状態検出部は、前記静電チャックへの電圧供給ラインに取り付けられる検流計である、請求項１に記載の処理装置。
5. 前記基体が載置された状態で当該基体と前記載置台の間には伝熱ガスが供給される、請求項１～４のいずれか一項に記載の処理装置。
6. チャンバと、前記チャンバの内部に設けられ基体を載置する載置台と、を備えた処理装置において基体を保持する基体保持方法であって、
   前記チャンバの内部に前記基体が搬入され、前記載置台に当該基体を載置する際に、前記基体と前記載置台との間に生じる応力が、当該基体と当該載置台との間の最大静止摩擦力以下となるように前記基体と前記載置台との間の温度差を調節し、前記基体を前記載置台に保持させる、基体保持方法。
7. チャンバと、前記チャンバの内部に設けられ基体を載置する載置台と、を備えた処理装置において基体を保持する基体保持方法であって、
   前記チャンバにおいて設定温度の異なる複数のプロセスを実施するに際し、当該複数のプロセス間において、前記基体と前記載置台との間に生じる応力が、当該基体と当該載置台との間の最大静止摩擦力以下となるように前記基体と前記載置台との間の温度差を調節し、前記基体を前記載置台に保持させる、基体保持方法。
   

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