JP2000234973A - 双極型静電チャックの表面特性測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】双極型静電チャックの表面特性を測定するため
の、新たな方法及び装置を提供する。 【解決手段】双極型静電チャック１の吸着面１Ａ上に、
開口部７を有する導電性材料からなるウエハ２を載置す
るとともに、プローブ駆動手段４を下方に駆動させるこ
とによって、プローブ３を開口部７を介して吸着面１Ａ
上に接触させる。その後、外部電源９より双極型静電チ
ャック１に所定の電圧を印加して、ウエハ２及びプロー
ブ３を吸着面１Ａに吸着させ、所定の時間が経過した
後、プローブ駆動手段４によってプローブ３を上方に引
き上げ、プローブ３が吸着面１Ａから離脱したときの印
加荷重を荷重測定器５で検出することによって、双極型
静電チャックの吸着力を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、双極型静電チャッ
クの表面特性測定方法及び測定装置に関し、さらに詳し
くは、双極型静電チャックの吸着面における表面特性の
部分変動を測定するための、双極型静電チャックの表面
特性測定方法及び測定装置、並びに半導体ウエハの吸着
状態シュミレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】双極型電極が埋設された、いわゆる静電
チャックの吸着面の表面特性、中でも吸着面上に載置す
る半導体ウエハとの吸着力は、半導体製造工程における
半導体薄膜の形成などの際に、半導体ウエハを双極型静
電チャックに密着させて均一に加熱することが必要とな
ることから、極めて重要な特性の一つである。双極型静
電チャックの吸着面における吸着力の測定には、従来、
バックサイドガス試験法、あるいはスモ−ルプローブ試
験法などが用いられてきた。

【０００３】バックサイドガス試験法は、表層部にバッ
クサイドガス導入部が設けられた双極型静電チャックの
吸着面に半導体ウエハを吸着させた後、この半導体ウエ
ハが吸着面より剥離するまで前記バックサイドガス導入
部にバックサイドガスを導入し続け、前記半導体ウエハ
が剥離した時のガス圧を測定し、このガス圧を持って双
極型静電チャックの吸着力を間接的に評価するものであ
る。

【０００４】一方、スモールプローブ試験法は、荷重検
出器が取り付けられた微細なプローブの先端を前記双極
型静電チャックの吸着面に接触させて吸着した後、引き
上げモータなどによって前記プローブを吸着面と略垂直
な方向に、前記プローブの先端が双極型静電チャックの
吸着面から離脱するまで引き上げ、離脱したときの引き
上げ力を前記荷重検出器によって読み取ることによっ
て、双極型静電チャックの吸着力を測定するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記バ
ックサイドガス試験法は、双極型静電チャックの吸着面
全体の吸着力を平均化して、さらに間接的に評価するも
のであるため、吸着面の任意の箇所における吸着力を測
定して、吸着面内における吸着力の変動などを評価する
ことはできないという問題があった。

【０００６】一方、スモ−ルプローブ試験法は、プロー
ブを使用して双極型静電チャックの吸着面の任意の場所
における吸着力を直接測定するものであるため、上記バ
ックサイドガス試験法の欠点を解消して、双極型静電チ
ャックの吸着面における吸着力分布を測定することが可
能となる。しかしながら、スモールプローブ試験法にお
いて測定した吸着力、あるいは吸着力分布を基に、双極
型静電チャックの吸着面に加工などを施し、吸着面内に
おける吸着力の分布の均一化を図った後に、実際に半導
体ウエハを前記吸着面に吸着して半導体の製造工程に供
すると、均一な半導体薄膜などを得ることができないと
いう問題があった。

【０００７】本発明は、上記双極型静電チャックの吸着
力を含めた双極型静電チャックの表面特性を測定するた
めの、新たな方法及び装置を提供すること、さらには、
半導体ウエハを双極型静電チャックに吸着した状態をシ
ュミレートする方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハ
を吸着し、保持するための双極型静電チャックの表面特
性を測定する方法であって、前記双極型静電チャックの
吸着面上に、開口部を有する導電性材料からなるウエハ
を電気的に浮かした状態で載置するとともに、プローブ
を前記ウエハの開口部から導入し、前記ウエハを前記双
極型静電チャックの吸着面上に吸着させて、前記双極型
静電チャックの表面特性を測定することを特徴とする、
双極型静電チャックの表面特性測定方法である。

【０００９】また、本発明は、半導体ウエハを吸着し、
保持するための双極型静電チャックの吸着力を測定する
方法であって、前記双極型静電チャックの吸着面上に、
開口部を有する導電性材料からなるウエハを電気的に浮
かした状態で載置するとともに、前記ウエハと電気的に
接続して等電位としたプローブを前記ウエハの開口部か
ら導入し、前記ウエハ及び前記プローブを前記双極型静
電チャックの吸着面に吸着させた後、前記プローブを前
記双極型静電チャックの吸着面と略垂直に引き上げて離
脱させることにより、前記双極型静電チャックの吸着力
を測定することを特徴とする、双極型静電チャックの吸
着力測定方法である。

【００１０】さらに、本発明は、半導体ウエハを吸着
し、保持するための双極型静電チャックの表面特性を測
定する装置であって、開口部を有する導電性材料からな
るウエハとプローブとを具え、前記ウエハは前記双極型
静電チャックの吸着面上に電気的に浮かした状態で吸着
され、前記プローブにより前記開口部を介して表面特性
を測定するように構成されたことを特徴とする、双極型
静電チャックの表面特性測定装置である。

【００１１】また、本発明は、半導体ウエハを吸着し、
保持するための双極型静電チャックの吸着力を測定する
装置であって、開口部を有するウエハと、プローブと、
このプローブを掴持して前記双極型静電チャックの吸着
面と略垂直に前記プローブを上下させるプローブ駆動手
段とを具えるとともに、前記ウエハと前記プローブとは
電気的に接続されて等電位となり、前記ウエハは前記双
極型静電チャックの吸着面上に電気的に浮かした状態で
載置され、前記ウエハと前記プローブは前記開口部を介
して前記双極型静電チャックの吸着面に吸着され、前記
双極型静電チャックの吸着力を測定するように構成され
たことを特徴とする、双極型静電チャックの吸着力測定
装置である。

【００１２】さらに、本発明は、半導体ウエハを吸着
し、保持するための双極型静電チャックの吸着面上に、
前記半導体ウエハを吸着した状態をシュミレーションす
る方法であって、前記双極型静電チャックの吸着面上
に、開口部を有する導電性材料からなるウエハを電気的
に浮かした状態で載置するとともに、前記ウエハと電気
的に接続して等電位としたプローブを前記ウエハの開口
部から導入し、前記双極型静電チャックの吸着面と前記
プローブとの相互干渉を利用することにより、前記双極
型静電チャックの吸着面上に前記半導体ウエハを吸着し
た状態をシュミレーションすることを特徴とする、半導
体ウエハの吸着状態シュミレーション方法である。

【００１３】本発明者らは、上記スモールプローブ試験
法によって測定した双極型静電チャックの、吸着面にお
ける吸着力の分布をもとに調整した双極型静電チャック
において、上記のような均一な半導体薄膜などを得るこ
とができない理由について詳細な検討を試みた結果、以
下のような事実を発見した。

【００１４】スモールプローブ試験法において、プロー
ブは接地、すなわち、グランドに落とした状態で測定す
る。一方、双極型静電チャックに吸着させる半導体ウエ
ハは電気的に浮いた状態である。静電チャックは、吸着
面に電場を発生させ、その電場によって半導体ウエハを
吸着するものであるため、上記のように電気的に浮いた
状態で、シリコンなどの半導体ウエハを吸着させると、
半導体ウエハは前記電場を受けて帯電し、電位を有する
ようになる。

【００１５】したがって、半導体ウエハの実際の吸着力
は、この半導体ウエハの電位の影響により、スモールプ
ローブ試験法における接地電位で測定した吸着力、すな
わち、吸着力分布と異なってくる。このため、スモール
プローブ試験法で測定した吸着力に基づいて双極型静電
チャックの吸着面に加工などを施し、吸着力の分布を均
一化しても、半導体ウエハを吸着した状態での吸着力の
分布は均一化されず、上記のような半導体薄膜の特性が
変動したものである。本発明は、上記発見に基づいてな
されたものである。

【００１６】以下、本発明の、半導体ウエハの吸着状態
シュミレーション方法、並びに双極型静電チャックの表
面特性測定方法及び測定装置の一例として、双極型静電
チャックの吸着力測定方法及び測定装置について説明す
る。図１は、本発明の双極型静電チャックの吸着力測定
装置の概略を示す図である。双極型静電チャック１の上
に、微細な開口部７を有する導電性材料からなるウエハ
２が電気的に浮いた状態で載置され、シリコンなどから
なるプローブ３が、プローブ駆動手段４に掴持されて、
双極型静電チャック１の吸着面１Ａ上に略垂直に上下動
できるようになっている。また、プローブ３の後方に
は、吸着力を測定するための荷重測定器５が設置されて
いる。さらに、図１に示す吸着力測定装置は、プローブ
３とウエハ２とが、ニッケル線などによって電気的に接
続され、両者が等電位となるようにしている。

【００１７】双極型静電チャック１の吸着力は以下のよ
うにして測定する。最初に、ウエハ２を上記のように双
極型静電チャック１の吸着面１Ａ上に載置するととも
に、プローブ３をプローブ駆動手段４によって下方に移
動させ、開口部７より導入して吸着面１Ａと接触させ
る。次いで、外部電源９からケーブル８を介して双極型
静電チャック１本体に電流を供給し、双極型静電チャッ
ク１の吸着面１Ａ上に電場を発生させて、ウエハ２及び
プローブ３を吸着面１Ａ上に吸着する。所定の時間が経
過した後、プローブ駆動手段４に、プローブ３が吸着面
１Ａから離脱するまで上方向の荷重を加え、プローブ３
が吸着面１Ａから離脱した時点で荷重印加を停止する。
このときの荷重測定器５の表示値を読むと、離脱時の印
加荷重、すなわち、吸着力を測定することができる。

【００１８】このように、本発明の双極型静電チャック
の吸着力測定方法及び測定装置、すなわち、本発明の半
導体ウエハの吸着状態シュミレーション方法、並びに表
面特性の測定方法及び測定装置によれば、測定に使用す
るウエハは導電性を有する材料から構成されるため、実
際に使用する半導体ウエハと同様に、ウエハは均一な分
布の電位を有するようになる。さらに、このウエハはウ
エハ全体の大きさに比較して十分に面積が小さい開口部
を有するのみであるので、この開口部がウエハ全体に及
ぼす影響は極めて小さく、上記のような電位分布に与え
る影響も極めて小さい。また、測定時において、半導体
製造工程と同様に電気的に浮かした状態で前記ウエハを
設置するとともに、このウエハと電気的に等電位のプロ
ーブを用いて、吸着力、すなわち、表面特性を測定す
る。

【００１９】したがって、実際の半導体製造工程とほぼ
同じ状態において、双極型静電チャックの吸着力、すな
わち、表面特性を測定することがでる。その結果、双極
型静電チャックの表面特性の実用に則して、その吸着面
に調整・加工などを施すことができる。

【００２０】なお、表面特性としては、前記説明したよ
うな静電チャックの吸着力の他に、静電チャックの表面
電位などがあり、本発明によれば、これらの特性をも実
用に則して測定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面と関連させ
ながら、発明の実施の形態に則して詳細に説明する。本
発明の双極型静電チャックの表面特性測定方法及び測定
装置では、測定に使用するウエハ２は、上述したよう
に、実際に使用する半導体ウエハ同様に、ウエハ自体が
均一な分布の電位を有するべく、導電性材料から構成さ
れていることが必要である。この導電性材料には、金属
などの電気的良導体の他に、半導体材料も含まれる。例
えば、半導体基板として使用されているシリコンなどの
他、ステンレスや銅などを使用することができる。より
実用に則した表面特性の測定を可能とするには、実際の
製造に使用する半導体ウエハと同じものを使用すること
が好ましい。

【００２２】また、このウエハ２を介して双極型静電チ
ャック１の表面特性を測定すべく、開口部７を有するこ
とが必要である。この開口部７は、測定に使用するウエ
ハ２の電位や上記電位分布の均一性など、ウエハ全体に
及ぼす影響が無視できる程度に小さいことが必要であ
る。したがって、ウエハ２の面積をＳ１とし、開口部７
の面積をＳ２とした場合、Ｓ２／Ｓ１が０．０８８以下
の範囲であることが好ましく、さらには０．０４５以下
の範囲であることが好ましい。実際の測定に使用するウ
エハ２の面積は３１４cm² 程度であるため、例えば、上
記開口部７を円形状に形成する場合には、その直径を
５．９cm程度以下、さらには４．２cm程度以下に形成す
ることが好ましい。

【００２３】さらに、開口部７は、図１に示すように、
必ずしも１つである必要はなく、上記要件を満足する限
り、一つのウエハ内に複数設けることもできる。

【００２４】実際の半導体製造はインラインで行われる
ため、各工程の作業において、半導体ウエハは電気的に
浮いた状態になっている。したがって、双極型静電チャ
ックの吸着力などの測定は、ウエハ２を電気的に浮かし
た状態にすることが必要である。なお、本発明でいう
「電気的に浮いた状態」とは、図１にも示されているよ
うに、ウエハ２などを積極的に接地してグランドに落と
すような操作をしないことを意味し、その具体的な電位
などについては考慮しないものである。

【００２５】さらに、吸着力などの測定は、本発明のプ
ローブ３を、ウエハ２と等電位にすることが必要であ
る。すなわち、プローブ３がウエハ２と等電位で電気的
に浮いた状態になっていることが必要である。一方、双
極型静電チャックの表面電位などを測定する場合は、表
面電位そのものを測定するものであるから、ウエハ２と
プローブ３とを電気的に接続する必要はない。

【００２６】プローブ３には、測定する表面特性に応じ
て任意の材料を使用することができるが、上記同様に、
より実用に近い表面特性の測定を可能とするためには、
実際の製造に使用する半導体ウエハと同じ、例えば、単
結晶シリコンなどから構成することが好ましい。吸着力
以外の、例えば表面電位を測定する場合は、プローブ３
として表面電位測定用プローブを使用する。プローブ駆
動手段４としては、一般の昇降機やモータなどを使用す
ることができ、このプローブ駆動手段４に設けられたア
ームなどによって、プローブ３を掴持する。

【００２７】また、半導体ウエハ２とプローブ３とを電
気的に接続して等電位とするには、図１に示すようなニ
ッケル線、あるいは、銅線などの、導電性が良好な材料
で構成された電線などを用いる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例に則して具体的に説明
する。 実施例１ 本実施例では、図１に示すような装置を用いて、双極型
静電チャックの吸着力の測定を行った。ウエハ２には、
それぞれ中心から２５、５０、７５ｍｍの位置に直径３
０ｍｍの開口部７が形成された、直径２００ｍｍ、厚さ
０．５ｍｍの大きさからなる３種類のステンレス製の円
板〜を用いた。プローブ３には、単結晶シリコン製
の吸着力測定用プローブを用い、ウエハ２とプローブ３
とを電気的に接続する電線６としてニッケル線を用い
た。また、双極型静電チャック１には、内部に双極型電
極を埋設した窒化アルミニウム製の８インチ静電チャッ
クを使用し、プローブ駆動手段４としては、汎用の昇降
機を用い、アーム（図示せず）でプローブ３を掴持し
た。

【００２９】最初に、円板を双極型静電チャック１の
吸着面１Ａ上に載置し、次いで、プローブ駆動手段４を
下方へ駆動させることによって、プローブ３を開口部７
を介して吸着面１Ａ上に接触させた。その後、外部電源
９から２５０Ｖの電圧を印加して、円板とプローブ３
とを双極型静電チャック１の吸着面１Ａに吸着させた。
電圧印加６０秒後に上方に向けて駆動手段を駆動をさ
せ、プローブ３を吸着面１Ａから離脱させた。このとき
の印加荷重を荷重検出器５で検出したところ、６５ｇ／
ｃｍ² であった。円板及びについても、上記同様に
して実施したところ、荷重測定器５の読みは、それぞれ
４７ｇ／ｃｍ² 、５７ｇ／ｃｍ² であり、本発明の測定
方法及び測定装置により、双極型静電チャックの吸着
力、並びに吸着力が測定できることが判明した。

【００３０】実施例２ 本実施例においては、双極型静電チャックの表面電位の
測定を行った。本測定装置は、荷重測定器５が設けられ
ておらず、ウエハ２とプローブ３とが電線６によって電
気的に接続されていない点を除けば、図１に示す吸着力
の測定装置と基本的には同じ構造を有する。ウエハ２に
は、直径２０ｍｍの開口部７を中心から２０及び６０ｍ
ｍの２カ所の位置Ｘ及びＹに有する、直径２００ｍｍ、
厚さ０．７２５ｍｍのシリコン製の円板を用いた。プ
ローブ３には、表面電位測定プローブを用い、プローブ
駆動手段４、及び双極型静電チャック１には、実施例１
と同じものを用いた。

【００３１】実施例１と同様に、円板を双極型静電チ
ャック１の吸着面１Ａ上に載置した後、プローブ駆動手
段４を下降させて、プローブ３を開口部Ｘの上方、吸着
面１Ａより１ｍｍ上方の位置に停止、設置した。外部電
源９より１５０Ｖの電圧を静電チャック１に印加して、
円板を吸着面１Ａに吸着させ、その後６０秒が経過し
た後、吸着面１Ａ上に発生した電場の表面電位を測定し
た。測定値は＋１５２Ｖであった。同様にして、開口部
Ｙの位置における表面電位を測定したところ、−１３１
Ｖであった。したがって、本発明の表面特性測定方法及
び測定装置により、静電チャックの表面電位、並びに表
面電位分布を測定できることが分かる。

【００３２】実施例３ 実施例２において、プローブ３を表面電位測定用プロー
ブから、実施例１の単結晶シリコン製の吸着力測定用プ
ローブに代え、さらに、ウエハ２とプローブ３とを電線
６によって電気的に接続した。そして、実施例１と同様
の荷重測定器４を用い、前記プローブを静電チャック１
の吸着面１Ａに吸着させることによって、実施例２同様
に開口部Ｘ及びＹの位置における吸着力を測定した。そ
の結果、荷重測定器４は、それぞれ６６、４９ｇ／ｃｍ
² の値を示し、本実施例のように、１つのウエハに複数
の開口部を有する場合にも、吸着力、並びに吸着力が測
定できることが分かる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の双極型静
電チャックの表面特性測定方法及び測定装置によれば、
ウエハ全体の大きさに比較して十分に面積が小さい開口
部を有するウエハを使用し、かつこのウエハを実際の製
造工程の場合と同様に、電気的に浮いた状態で吸着し、
前記開口部を介して前記プローブにより表面特性を測定
するようにしているので、実際の製造工程と極めて近い
条件で表面特性の測定が可能となり、実用に供すること
のできる表面特性値を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における静電チャックの吸着力測定装置
の概略図である。

【符号の説明】

１ 静電チャック、２ ウエハ、３ プローブ、４ プ
ローブ駆動手段、５ 荷重測定器、６ 電線、７ 開口
部、８ ケーブル、９ 外部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 康喜 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2F051 AA21 AB06 AC01 BA05 BA08 5F031 CA02 HA16 JA45

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハを吸着し、保持するための双
   極型静電チャックの表面特性を測定する方法であって、
   前記双極型静電チャックの吸着面上に、開口部を有する
   導電性材料からなるウエハを電気的に浮かした状態で載
   置するとともに、プローブを前記ウエハの開口部から導
   入し、前記ウエハを前記双極型静電チャックの吸着面上
   に吸着させて、前記双極型静電チャックの表面特性を測
   定することを特徴とする、双極型静電チャックの表面特
   性測定方法。
2. 【請求項２】半導体ウエハを吸着し、保持するための双
   極型静電チャックの吸着力を測定する方法であって、前
   記双極型静電チャックの吸着面上に、開口部を有する導
   電性材料からなるウエハを電気的に浮かした状態で載置
   するとともに、前記ウエハと電気的に接続して等電位と
   したプローブを前記ウエハの開口部から導入し、前記ウ
   エハ及び前記プローブを前記双極型静電チャックの吸着
   面に吸着させた後、前記プローブを前記双極型静電チャ
   ックの吸着面と略垂直に引き上げて離脱させることによ
   り、前記双極型静電チャックの吸着力を測定することを
   特徴とする、双極型静電チャックの吸着力測定方法。
3. 【請求項３】半導体ウエハを吸着し、保持するための双
   極型静電チャックの表面特性を測定する装置であって、
   開口部を有する導電性材料からなるウエハとプローブと
   を具え、前記ウエハは前記双極型静電チャックの吸着面
   上に電気的に浮かした状態で吸着され、前記プローブに
   より前記開口部を介して表面特性を測定するように構成
   されたことを特徴とする、双極型静電チャックの表面特
   性測定装置。
4. 【請求項４】前記ウエハの開口部のウエハ全体に占める
   面積の割合が、８．８％以下であることを特徴とする、
   請求項３に記載の双極型静電チャックの表面特性測定装
   置。
5. 【請求項５】半導体ウエハを吸着し、保持するための双
   極型静電チャックの吸着力を測定する装置であって、開
   口部を有するウエハと、プローブと、このプローブを掴
   持して前記双極型静電チャックの吸着面と略垂直に前記
   プローブを上下させるプローブ駆動手段とを具えるとと
   もに、前記ウエハと前記プローブとは電気的に接続され
   て等電位となり、前記ウエハは前記双極型静電チャック
   の吸着面上に電気的に浮かした状態で吸着され、前記プ
   ローブは前記開口部を介して前記双極型静電チャックの
   吸着面に吸着され、前記双極型静電チャックの吸着力を
   測定するように構成されたことを特徴とする、双極型静
   電チャックの吸着力測定装置。
6. 【請求項６】前記ウエハの開口部のウエハ全体に占める
   面積の割合が、８．８％以下であることを特徴とする、
   請求項５に記載の双極型静電チャックの吸着力測定装
   置。
7. 【請求項７】双極型静電チャックの表面特性を測定する
   プローブを導入するための開口部を設けたことを特徴と
   する、双極型静電チャックの表面特性測定用ウエハ。
8. 【請求項８】半導体ウエハを吸着し、保持するための双
   極型静電チャックの吸着面上に、前記半導体ウエハを吸
   着した状態をシュミレーションする方法であって、前記
   双極型静電チャックの吸着面上に、開口部を有する導電
   性材料からなるウエハを電気的に浮かした状態で載置す
   るとともに、前記ウエハと電気的に接続して等電位とし
   たプローブを前記ウエハの開口部から導入し、前記双極
   型静電チャックの吸着面と前記プローブとの相互干渉を
   利用することにより、前記双極型静電チャックの吸着面
   上に前記半導体ウエハを吸着した状態をシュミレーショ
   ンすることを特徴とする、半導体ウエハの吸着状態シュ
   ミレーション方法。