JP2019054061A - 半導体製造装置およびウェハ保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの状態を検出可能な半導体製造装置およびウェハ保持方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体製造装置は、ウェハを保持し、前記ウェハにガス供給源からのガスを供給する静電チャックステージであって、前記ウェハの中心から第１距離に位置する第１部分に前記ガスを供給する第１開口部と、前記ウェハの中心から前記第１距離よりも遠い第２距離に位置する第２部分に前記ガスを供給する第２開口部と、を備える静電チャックステージを備える。前記装置はさらに、前記ガス供給源と前記第１開口部との間で前記ガスの物理量を計測する第１計測器と、前記ガス供給源と前記第２開口部との間で前記ガスの物理量を計測する第２計測器とを備える。前記装置はさらに、前記第１計測器により計測された前記物理量と、前記第２計測器により計測された前記物理量とに基づいて、前記ウェハに関する情報を出力する出力部を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置およびウェハ保持方法に関する。

静電チャックステージによりウェハを保持（チャック）する半導体製造装置では、ガス供給源から静電チャックステージを介してウェハにガスを供給し、ガス供給源と静電チャックステージとの間でガスの流量や圧力を計測する。

特許第５２３２８６８号公報 特開平４−３５９５３９号公報 特開平７−２８３２９６号公報

ウェハの状態を検出可能な半導体製造装置およびウェハ保持方法を提供する。

一の実施形態によれば、半導体製造装置は、ウェハを保持し、前記ウェハにガス供給源からのガスを供給する静電チャックステージであって、前記ウェハの中心から第１距離に位置する第１部分に前記ガスを供給する第１開口部と、前記ウェハの中心から前記第１距離よりも遠い第２距離に位置する第２部分に前記ガスを供給する第２開口部と、を備える静電チャックステージを備える。前記装置はさらに、前記ガス供給源と前記第１開口部との間で前記ガスの物理量を計測する第１計測器と、前記ガス供給源と前記第２開口部との間で前記ガスの物理量を計測する第２計測器とを備える。前記装置はさらに、前記第１計測器により計測された前記物理量と、前記第２計測器により計測された前記物理量とに基づいて、前記ウェハに関する情報を出力する出力部を備える。

第１実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す断面図である。 図１の静電チャックステージの外形を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための断面図(1/2)である。 第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための断面図(2/2)である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構成を模式的に示す断面図である。

図１の半導体製造装置は、ウェハ１を処理する装置であり、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置等である。例えば、ウェハ１上にメタル層を形成する場合や、ウェハ１上のメタル層を加工する場合に、ウェハ１の反りが問題となり得る。具体的には、ウェハ１の反りにより、ウェハ１の搬送トラブルが発生する可能性がある。

図１は、ウェハ１の表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウェハ１の表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。

図１の半導体製造装置は、真空チャンバ１１と、静電チャックステージ１２と、ガス供給源１３と、ガス導入配管１４と、ガス導入弁１５と、真空ポンプ１６と、ガス排出配管１７と、ガス排出弁１８と、電源１９と、スイッチ２０とを備えている。静電チャックステージ１２は、絶縁部１２ａと、電極板１２ｂと、ベース部１２ｃと、第１開口部の例である第１ガス導入溝１２ｄと、第２開口部の例である第２ガス導入溝１２ｅと、開口部の例であるガス排出溝１２ｆとを備えている。

図１の半導体製造装置はさらに、第１フローメータ２１と、第１圧力計２２と、第２フローメータ２３と、第２圧力計２４と、情報処理部２５とを備えている。第１フローメータ２１と第１圧力計２２は、第１計測器の例である。第２フローメータ２３と第２圧力計２４は、第２計測器の例である。情報処理部２５は、出力部の例である。情報処理部２５は、表示部２５ａを備えている。

図１に示すように、真空チャンバ１１はウェハ１を収容し、静電チャックステージ１２はウェハ１を保持（チャック）する。静電チャックステージ１２は、絶縁部１２ａとベース部１２ｃとの間に電極板１２ｂを備え、ウェハ１を電極板１２ｂにより静電的に吸着する。第１ガス導入溝１２ｄ、第２ガス導入溝１２ｅ、およびガス排出溝１２ｆは、環状の形状を有し、静電チャックステージ１２の上面に設けられている。これらの溝の側面は、不図示の絶縁膜により覆われている。

図２は、図１の静電チャックステージ１２の外形を模式的に示す斜視図である。

点Ｃは、静電チャックステージ１２の上面の中心を示している。本実施形態の第１ガス導入溝１２ｄ、第２ガス導入溝１２ｅ、およびガス排出溝１２ｆは、点Ｃを中心とする円状の形状を有している。ここでは、第１ガス導入溝１２ｄの直径は１０ｍｍ、第２ガス導入溝１２ｅの直径は２８０ｍｍ、ガス排出溝１２ｆの直径は５０ｍｍである。そのため、第２ガス導入溝１２ｅは、第１ガス導入溝１２ｄを包囲しており、ガス排出溝１２ｆは、第１ガス導入溝１２ｄと第２ガス導入溝１２ｅとの間に位置している。

再び図１を参照して、半導体製造装置の説明を続ける。

ガス供給源１３は、ガス導入配管１４を介して静電チャックステージ１２にガスを供給する。このようなガスの例は、アルゴンガスなどの不活性ガスである。ガス導入配管１４は、配管Ａ１〜Ａ７により構成されている。

配管Ａ１は、ガス供給源１３に接続され、ガス導入弁１５を有している。配管Ａ１は配管Ａ２、Ａ３に分岐し、配管Ａ２は配管Ａ４、Ａ５に分岐し、配管Ａ３は配管Ａ６、Ａ７に分岐している。第１ガス導入溝１２ｄは、配管Ａ４、Ａ５からガスを供給され、ウェハ１の下面にガスを供給する。第２ガス導入溝１２ｅは、配管Ａ６、Ａ７からガスを供給され、ウェハ１の下面にガスを供給する。なお、第１ガス導入溝１２ｄは、３本以上の配管からガスを供給されてもよい。また、第２ガス導入溝１２ｅも、３本以上の配管からガスを供給されてもよい。ガス供給源１３から静電チャックステージ１２へのガスの供給処理は、ガス導入弁１５の開閉や開度により制御可能である。

真空ポンプ１６は、ウェハ１に供給されたガスをガス排出溝１２ｆとガス排出配管１７とを介して排出する。ガス排出配管１７は、配管Ｂ１〜Ｂ３により構成されている。

配管Ｂ１は、真空ポンプ１６に接続され、ガス排出弁１８を有している。配管Ｂ１は、配管Ｂ２、Ｂ３に分岐している。ウェハ１に供給されたガスは、ガス排出溝１２ｆから配管Ｂ２、Ｂ３に排出され、配管Ｂ２、Ｂ３から配管Ｂ１に移送される。なお、ガス排出溝１２ｆは、３本以上の配管からガスを排出してもよい。真空ポンプ１６による静電チャックステージ１２からのガスの排出処理は、ガス排出弁１８の開閉や開度により制御可能である。

電源１９は、ウェハ１と電極板１２ｂとの間に電位差を発生させる。スイッチ２０は、電源１９のオン・オフを制御するために使用される。

図１は、ウェハ１の中心Ｐを示している。ウェハ１の中心Ｐが静電チャックステージ１２の中心Ｃ（図２）からずれると、ウェハ１のチャック状態の不具合が発生する可能性がある。よって、静電チャックステージ１２は、ウェハ１の中心Ｐが静電チャックステージ１２の中心Ｃ付近に位置するように、ウェハ１をチャックすることが望ましい。

図１はさらに、ウェハ１の中心Ｐから近い第１部分Ｐ１と、ウェハ１の中心Ｐから遠い第２部分Ｐ２と、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間に位置する中間部分Ｐ３とを示している。中心Ｐと第２部分Ｐ２との間の距離（第２距離）は、中心Ｐと第１部分Ｐ１との間の距離（第１距離）よりも遠くなっている。第１部分Ｐ１は、ウェハ１の中央部分に位置し、第２部分Ｐ２は、ウェハ１の外周部分に位置する。

第１ガス導入溝１２ｄは、ウェハ１の第１部分Ｐ１にガスを供給する。第２ガス導入溝１２ｅは、ウェハ１の第２部分Ｐ２にガスを供給する。その結果、ウェハ１の下面と静電チャックステージ１２の上面との間の隙間に、これらのガスが導入される。これらのガスは、中間部分Ｐ３に向かって移動してガス排出溝１２ｆから排出されるか、ウェハ１の端部に向かって移動して上記隙間から真空チャンバ１１内へと排出される。なお、第１部分Ｐ１、第２部分Ｐ２、中間部分Ｐ３の位置は、ウェハ１の中心Ｐが静電チャックステージ１２の中心Ｃからずれると変化することに留意されたい。

第１フローメータ２１と第１圧力計２２は、配管Ａ２に設けられており、配管Ａ２を流れるガスの流量と圧力をそれぞれ計測する。流量の計測結果は、第１フローメータ２１から情報処理部２５に出力される。圧力の計測結果は、第１圧力計２２から情報処理部２５に出力される。これらの流量と圧力は、第１ガス導入溝１２ｄに供給されるガスの流量と圧力に相当する。

第２フローメータ２３と第２圧力計２４は、配管Ａ３に設けられており、配管Ａ３を流れるガスの流量と圧力をそれぞれ計測する。流量の計測結果は、第２フローメータ２３から情報処理部２５に出力される。圧力の計測結果は、第２圧力計２４から情報処理部２５に出力される。これらの流量と圧力は、第２ガス導入溝１２ｅに供給されるガスの流量と圧力に相当する。

本実施形態の第１フローメータ２１、第１圧力計２２、第２フローメータ２３、および第２圧力計２４は、接点付計測器である。情報処理部２５は、これらの計測器の計測結果を接点から取得することができる。なお、本実施形態では、第１および第２ガス導入溝１２ｄ、１２ｅに供給されるガスの流量と圧力を計測対象とするが、その他の物理量を計測対象としてもよい。

情報処理部２５は、種々の情報処理を行う装置であり、例えば、半導体製造装置の種々の動作を制御する。具体的には、情報処理部２５は、真空チャンバ１１、静電チャックステージ１２、ガス供給源１３、真空ポンプ１６の動作、ガス導入弁１５やガス排出弁１８の開閉や開度、スイッチ２０のオン・オフなどを制御する。情報処理部２５の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータなどである。情報処理部２５は、液晶ディスプレイなどの表示部２５ａを備えている。

情報処理部２５はさらに、第１フローメータ２１からの流量（第１流量）と、第１圧力計２２からの圧力（第１圧力）と、第２フローメータ２３からの流量（第２流量）と、第２圧力計２４からの圧力（第２圧力）とに基づいて、ウェハ１に関する情報を出力する。

例えば、情報処理部２５は、第１流量、第１圧力、第２流量、および第２圧力に基づいて、ウェハ１に反りがあるか否かを判断する。そして、情報処理部２５は、ウェハ１に反りがない、ウェハ１に凸型の反りがある、ウェハ１に凹型の反りがある、などの判断結果を表示部２５ａに表示する。情報処理部２５は、判断結果を表示部２５ａに表示する代わりに、判断結果を情報処理部２５の記憶部内に保存してもよいし、判断結果を外部の装置に送信してもよい。さらに、情報処理部２５は、第１流量、第１圧力、第２流量、および第２圧力の計測結果を表示部２５ａに表示してもよい。

また、情報処理部２５は、ウェハ１に反りがあると判断した場合には、ウェハ１に異常があるとの警報を表示部２５ａに表示してもよい。この場合、情報処理部２５は、警報を知らせるブザーを鳴らす、警報を知らせるランプを点灯させるなどの形で、警報を出力してもよい。

以下、図３および図４を参照し、ウェハ１に反りがあるか否かの判断方法の詳細を説明する。図３および図４は、第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための断面図である。

図３は、圧縮方向（凸方向）に反ったウェハ１が、静電チャックステージ１２上に載置された場合を示している。この場合、第１ガス導入溝１２ｄ付近でウェハ１と静電チャックステージ１２との距離が大きくなり、増量されたガスが第１ガス導入溝１２ｄからガス排出溝１２ｆへと流れ込む。その結果、第１フローメータ２１からの第１流量が増加し、第１圧力計２２からの第１圧力が低下する。一方、第２フローメータ２３からの第２流量と、第２圧力計２４からの第２圧力は、おおむね一定に維持される。

この場合、情報処理部２５は、第１ガス導入溝１２ｄ付近でウェハ１に異常があり、第２ガス導入溝１２ｅ付近でウェハ１に異常がないと判断することができる。これにより、ウェハ１に凸型の反りがあると判断することができる。情報処理部２５は、ウェハ１に凸型の反りがあるとの判断結果を表示部２５ａに表示する。

図４は、引っ張り方向（凹方向）に反ったウェハ１が、静電チャックステージ１２上に載置された場合を示している。この場合、第２ガス導入溝１２ｅ付近でウェハ１と静電チャックステージ１２との距離が大きくなり、増量されたガスが第２ガス導入溝１２ｅから真空チャンバ１１へと流れ出す。その結果、第２フローメータ２３からの第２流量が増加し、第２圧力計２４からの第２圧力が低下する。一方、第１フローメータ２１からの第１流量と、第１圧力計２２からの第１圧力は、おおむね一定に維持される。

この場合、情報処理部２５は、第２ガス導入溝１２ｅ付近でウェハ１に異常があり、第１ガス導入溝１２ｄ付近でウェハ１に異常がないと判断することができる。これにより、ウェハ１に凹型の反りがあると判断することができる。情報処理部２５は、ウェハ１に凹型の反りがあるとの判断結果を表示部２５ａに表示する。

なお、ウェハ１に異常があるか否かは、例えば閾値を用いることで判断可能である。例えば、第１流量が流量閾値より大きく、かつ第１圧力が圧力閾値より低い場合には、第２ガス導入溝１２ｅ付近でウェハ１に異常がないと判断することができる。このＡＮＤ条件は、第１流量が流量閾値より大きく、または第１圧力が圧力閾値より低いというＯＲ条件に置き換えてもよい。これは、第２流量および第２圧力についても同様である。

情報処理部２５は、ウェハ１に反りがあると判断した場合には、半導体製造装置をスタンバイ状態に移行させ、ウェハ１のＣＶＤ、ＰＶＤ、ＲＩＥなどの処理を一時停止する。情報処理部２５はさらに、ウェハ１を静電チャックステージ１２からデチャックし、ウェハ１を真空チャンバ１１から半導体製造装置のロードロック室（不図示）に搬出する。半導体製造装置の管理者は、ウェハ１をロードロック室から半導体製造装置の外部に取り出し、ウェハ１の状態を確認する。この場合、管理者は、ウェハ１の取り出し後に半導体製造装置のスタンバイ状態を解除し、半導体製造装置で次のウェハ１の処理を開始させてもよい。

静電チャックステージ１２は、第１ガス導入溝１２ｄと第２ガス導入溝１２ｅとの間に１つ以上の第３ガス導入溝をさらに備えていてもよい。この場合、第３ガス導入溝の各々は、環状（具体的には円形）の形状を有し、ウェハ１の第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２との間の第３部分にガスを供給する。第３ガス導入溝にガスを供給する配管には、第１および第２フローメータ２１、２３と同様の機能を有する第３フローメータと、第１および第２圧力計２２、２４と同様の機能を有する第３圧力計とが設けられる。情報処理部２５は、これらの計測器から取得した流量や圧力の計測結果に基づいて、ウェハ１の状態をより詳細に判断することが可能となる。第３ガス導入溝は、第３開口部の例である。

例えば、情報処理部２５は、ウェハ１の反りの状態をより詳細に判断することが可能となる。一例として、図３に示すように、第１流量と第１圧力が異常で、第２流量と第２圧力が正常である場合を想定する。この場合、第３フローメータおよび第３圧力計からの計測値が正常であれば、反りは第１ガス導入溝１２ｄの付近のみで大きく生じていると判断できる。一方、第３フローメータおよび第３圧力計からの計測値が異常であれば、反りは第３ガス導入溝の付近でも大きく生じていると判断できる。

以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、静電チャックステージ１２に第１および第２ガス導入溝１２ｄ、１２ｅを備え、第１および第２ガス導入溝１２ｄ、１２ｅに供給するガスの流量や圧力をモニタする。よって、本実施形態によれば、ウェハ１に反りがあるか否かなど、ウェハ１の状態を検出することが可能となる。

例えば、ウェハ１のチャック状態に不具合が発生した場合を想定する。この場合、不具合の原因が半導体製造装置内の機器にある場合には、半導体製造装置の停止や点検が必要となる。一方、不具合の原因がウェハ１にある場合には、半導体製造装置の停止や点検は不要であり、ただちに次のウェハ１の処理を開始することが望ましい。しかし、従来は不具合の原因を知る手段がなかったため、半導体製造装置を完全に停止して管理者が不具合の原因を調べる必要があった。本実施形態によれば、管理者は不具合の原因がウェハ１にあることを表示部２５ａから知ることができるため、不具合の原因がウェハ１にある場合にこのような停止や点検を強いられることが回避することができる。その結果、半導体製造装置の生産性を向上させることが可能となる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：ウェハ、１１：真空チャンバ、１２：静電チャックステージ、
１２ａ：絶縁部、１２ｂ：電極板、１２ｃ：ベース部、
１２ｄ：第１ガス導入溝、１２ｅ：第２ガス導入溝、１２ｆ：ガス排出溝、
１３：ガス供給源、１４：ガス導入配管、１５：ガス導入弁、
１６：真空ポンプ、１７：ガス排出配管、１８：ガス排出弁、
１９：電源、２０：スイッチ、２１：第１フローメータ、２２：第１圧力計、
２３：第２フローメータ、２４：第２圧力計、２５：情報処理部、２５ａ：表示部

Claims (8)

1. ウェハを保持し、前記ウェハにガス供給源からのガスを供給する静電チャックステージであって、前記ウェハの中心から第１距離に位置する第１部分に前記ガスを供給する第１開口部と、前記ウェハの中心から前記第１距離よりも遠い第２距離に位置する第２部分に前記ガスを供給する第２開口部と、を備える静電チャックステージと、
   前記ガス供給源と前記第１開口部との間で前記ガスの物理量を計測する第１計測器と、
   前記ガス供給源と前記第２開口部との間で前記ガスの物理量を計測する第２計測器と、
   前記第１計測器により計測された前記物理量と、前記第２計測器により計測された前記物理量とに基づいて、前記ウェハに関する情報を出力する出力部と、
   を備える半導体製造装置。
2. 前記第１および第２計測器は、前記ガスの流量および圧力を計測する、請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記出力部は、前記ウェハの反りに関する情報を出力する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記出力部は、前記ウェハに関する警報を出力する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
5. 前記第１開口部は、環状の形状を有し、
   前記第２開口部は、前記第１開口部を包囲する環状の形状を有する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
6. 前記静電チャックステージは、前記ウェハの中心から前記第１距離と前記第２距離との間の第３距離に位置する第３部分に前記ガスを供給する１つ以上の第３開口部をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
7. 前記静電チャックステージは、前記第１開口部と前記第２開口部との間に設けられ、前記ウェハに供給された前記ガスを排出する開口部をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
8. ガス供給源からガスを供給し、
   ウェハの中心から第１距離に位置する第１部分に前記ガスを供給する第１開口部と、前記ウェハの中心から前記第１距離よりも遠い第２距離に位置する第２部分に前記ガスを供給する第２開口部と、を備える静電チャックステージにより前記ウェハを保持し、
   第１計測器が前記ガス供給源と前記第１開口部との間で前記ガスの物理量を計測し、
   第２計測器が前記ガス供給源と前記第２開口部との間で前記ガスの物理量を計測し、
   前記第１計測器により計測された前記物理量と、前記第２計測器により計測された前記物理量とに基づいて、前記ウェハに関する情報を出力部から出力する、
   ことを含むウェハ保持方法。

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