JPH06224286A - 静電吸着装置の吸着モニター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】静電吸着装置によってウエハの反りが矯正さ
れ，確実にウエハが固定されたか否かをモニターできる
静電吸着装置のモニター装置を提供する。 【構成】静電吸着装置に載置した被保持物体１と電極板
３によって形成される電気回路に電流検出手段６を設
け，検出された電流値の時間変化を積分演算する演算手
段８を設けることにより，吸着状態をモニターする。 【効果】ウエハの誘電体への吸着，またはウエハが平坦
化したことを確認できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，導体またはシリコンウ
エハのような半導体等の微細加工に供される試料を、固
定保持する静電吸着装置に係り、特にその保持状況の把
握に好適な静電吸着装置の吸着モニター装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ等の試料にエッチング,ス
パッタ，あるいはＣＶＤ等のような成膜を施す場合に
は，試料を装置の所定の位置に固定保持することが必要
となる。特に半導体ウエハ上に微細パターンを加工する
場合には，ウエハのパターン焼き付けのため，反りを矯
正し平坦化を行う，あるいはスッパッタ，成膜時の熱伝
導率向上の目的で，ウエハを確実に密着固定することが
要求される。従来，このような用途の試料保持手段とし
て，真空中でも使用でき，またウエハ裏面全面にて吸着
力を発生させることができる静電吸着装置が用いられて
いる。さらに，真空中でウエハ保持ができるため，真空
中高速搬送用の保持装置としても利用されている。この
静電吸着装置は、電極板上に誘電体が積層して構成され
ており，電極板と試料間に電圧を印加して電位差を生じ
させ，発生したクーロン力により誘電体上に試料を吸着
保持させるものである。

【０００３】このような静電吸着装置の例としては，例
えば，特開昭59-79545号，特開昭63-142654号公報に記
載のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上述したよ
うに半導体製造行程におけるエッチング，スパッタ，あ
るいはＣＶＤ等の半導体ウエハ上への微細パターン加工
の場合には，ウエハの反りを矯正し平坦化を行う，ある
いは熱伝導率向上の目的で，ウエハを確実に密着固定す
ることが要求される。

【０００５】しかしながら，特開昭59-79545号公報に開
示された例では，静電吸着装置によってウエハの反りが
矯正された後，確実に固定保持されたか否かを確認する
手段が考慮されていなかった。また，特開昭63-142654
号公報に示された例においては，静電吸着の確認手段と
して静電吸着装置を構成する回路に流れる電流値によっ
て，ウエハが固定保持されたか否かを確認しているが，
静電吸着装置の誘電体は高抵抗体で形成されているため
回路内の電流値はμＡ以下のオーダーであることが多
く，微小電流計が必要となり、この微小電流計が高価で
あるので装置全体が非常に高価になってしまう。さら
に，プロセスを経てきたウエハの被吸着面には，プロセ
スの種類によって異なった膜が形成されており，抵抗値
が異なることから，測定された電流値によって一意的に
平坦化されたか否かの判断をするには不十分である。

【０００６】本発明の目的は，静電吸着装置によってウ
エハの反りが矯正され，確実に固定されたか否かを簡便
な方法で確認可能とする静電吸着装置のモニター装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】静電吸着式試料保持装置
において被保持物体と電極板によって形成される電気回
路に電流検出手段を設け，この検出された電流値の時間
変化分を積分演算する手段を設け、その手段の出力する
積分値を吸着の有無として判断する装置を設けることに
より達成される。

【０００８】また，被保持物体と電極板によって形成さ
れる電気回路に電流検出手段を設け，被保持物体吸着
時，及び脱離時に発生する電流波形をパルス信号として
認識する手段，例えばＡ／Ｄ変換器を設け，このパルス
信号で吸着の有無を判断する装置を設けることにより達
成される。

【０００９】

【作用】静電吸着装置の電極板と被保持物体に電圧を印
加，切断した場合，両者の間に流れる電流は図２のよう
なパターンを示す。電圧印加時，すなわち吸着開始時に
は被保持物体と電極板間に電荷が蓄積されるために過渡
的に比較的大きな電流が流れ，電荷の蓄積が終了すると
誘電体の持つ抵抗値に対応する微小電流が流れる。そし
て，電圧切断時，すなわち被保持物体の脱離時には被保
持物体と電極板間に蓄積された電荷が放電されるために
逆向きに電流が流れる。

【００１０】本発明の静電吸着装置のモニター方法は，
被保持物体と電極板によって形成される電気回路に電流
検出手段を設け，この検出された電流値の時間変化分を
積分演算する。これによって，被保持物体と電極板間の
蓄積された電荷量が計算される。被保持物体と電極板間
の蓄積された電荷量は吸着力に対応するので，被保持物
体と電極板間の吸着力をモニターできる。

【００１１】また，吸着開始時，及び脱離時に流れる電
流の波形は，吸着開始時の電流の方向を正の方向とする
と，脱離時には負の方向をとる。したがって，両者の電
流波形をパルス信号として認識すれば，正のパルスが入
れば吸着，負のパルスが入れば脱離したと判断でき，吸
着の有無をモニターできる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図に従って説明する。

【００１３】図１は本発明の第一の実施例を示す図であ
り，図２は，静電吸着装置の電極板，誘電体，被保持物
体で形成される回路に流れる電流値の時間変化を模式的
に示した図である。

【００１４】図１において，１は固定保持される被保持
物体，例えば半導体ウエハ，２は静電吸着装置を構成す
る誘電体，３は電極板であり，４はウエハ１と導通する
導通部，７はウエハ１と電極板３との間に電位差を発生
させる電源である。なお，導通部４は，確実にウエハ１
との導通を図るため弱いバネ系１１を介してウエハ１に
接触している。また，誘電体２の抵抗率は使用温度で抵
抗率１０⁹Ωｃｍから１０¹¹Ωｃｍが好ましい。６は静
電吸着装置を構成する回路に流れる電流を検値する電流
モニターであり，８は電流波形を積分演算する演算器，
９は積分演算器から送られてくる積分値の情報に従っ
て，電源７により印加される電圧をコントロールする制
御装置，また１０は静電吸着装置を搭載している装置，
例えばエッチャー等の半導体製造装置，あるいは真空ロ
ボット等を制御する制御装置である。

【００１５】このように構成した静電吸着装置におい
て，まずウエハ１は静電吸着装置の吸着面２’に載せら
れており，電源７から所定の電圧が電極板３とウエハ１
との間に印加される。そして，ウエハ１はこのとき発生
する静電気力によって吸着面２’に吸着保持される。ウ
エハ搬送，あるいは所定の処理が終わりウエハを静電吸
着装置から開放する場合には電源７から印加された電圧
を切断する。

【００１６】この場合，静電吸着装置を構成する回路間
に流れる電流は図２のようなパターンを示す。電圧印加
時，すなわち吸着開始時ｔ１にはウエハ１と電極板３間
に電荷が蓄積されるために過渡的にピーク値Ｖ２を持つ
電流１４が流れ，電荷の蓄積が終了するｔ２から誘電体
２の持つ抵抗値に対応する微小電流Ｖ１が流れる。そし
て，電圧切断時，すなわちウエハ１の脱離時ｔ３にはウ
エハ１と電極板３間に蓄積された電荷が放電されるため
に逆向きにピーク値Ｖ３持つ電流１５が流れた後に電流
値は零となる。

【００１７】本発明の静電吸着装置のモニター方法は，
ウエハ１と電極板３によって形成される電気回路に電流
検出手段６を設け，この検出された電流波形のピーク１
４，１５を演算器８を設けて積分演算する。例えば，ピ
ーク１４に関しては時間ｔ１からｔ２の間で，またピー
ク１５に関しては時間ｔ３からｔ４の間での積分を行
う。電流は電荷の時間変化であるから，電流値を積分す
ることによって，ウエハ１と電極板３間の蓄積された電
荷量，あるいは放電された電荷量が計算される。この電
荷量を電圧で除したものが静電容量である。

【００１８】静電吸着力は，被保持物体であるウエハ１
と電極板３との間の静電容量に比例し，さらに，ウエハ
１と電極板３間の蓄積された電荷量に比例する。したが
って，吸着開始時，及び脱離時，あるいは印加電圧を増
加したとき，また何らかの原因でウエハ１と吸着面表面
２の間にギャップができてしまった場合など，回路内に
に流れる電流の波形を積分し，その逐次和を求めること
により，ウエハ１，電極３間に蓄積されている電荷量を
モニターでき，これにより，静電吸着装置の吸着力をモ
ニターすることができる。

【００１９】電流検出手段としては，回路中に微小電流
計を設置してもよいし，静電吸着装置の誘電体２の抵抗
値に対して十分小さい値を持つ既知の抵抗を直列に設置
してその両端の電圧を計測することによって電流値を検
出しても簡便でよい。また，本発明における電流検出手
段はこれらの方法に限定されるものではない。

【００２０】吸着中，もし，Ｖ３より小さい負のピーク
が現れた場合，このピークから計算される負の電荷量と
吸着時のピーク値から計算された電荷量との和がウエハ
１と電極３間の電荷量となるため，吸着力が何らかの原
因で低下したことを知らせていることになる。

【００２１】もし，何らかの原因，例えばウエハ１の変
形量が大きすぎたり，異物がウエハ１と吸着面２’の間
に挟まれたような場合，隙間が大きく全く吸着力が発生
しない場合には電流波形は現れず電荷の蓄積はない，す
なわち吸着力が発生していないということを知らせてく
れる。あるいは，蓄積された電荷量が誘電体の持つ静電
容量から計算される電荷量より小さい場合には，吸着力
が低下しているということになる。

【００２２】さらに，本モニター方法による結果をフィ
ードバックし，電源からの電圧を制御する，あるいは静
電チャック搭載している装置全体，例えばエッチャー等
の半導体製造装置，あるいは真空ロボット等の制御装置
にフィードバックして装置全体の安全装置，あるいは運
転モニターとして利用することもできる。

【００２３】本実施例では，各回路の電極板が一枚であ
り，ウエハから導通を取る方式のいわゆる単極型の静電
吸着装置に関して説明したが，双極型の静電吸着装置に
おいても同様の効果が得られる。

【００２４】次に本発明の第２の実施例を図３，図４を
用いて説明する。図３は本発明の第２の実施例を示す図
であり，図４は，静電吸着装置の電極板，誘電体，被保
持物体で形成される回路に流れる電流値の時間変化を模
式的に示した図，およびそれをデジタル信号に変換した
図である。

【００２５】本実施例においては，ウエハ吸着開始時ｔ
１，およびウエハ脱離時ｔ３に，ウエハ１と電極板３間
に過渡的にピークを持って流れる電流１４，１５をパル
ス信号としてとらえる。すなわち，吸着開始時，及び脱
離時に流れる電流の波形は，吸着開始時を正の方向とす
ると，脱離時には負の方向をとる。したがって，両者の
電流波形を例えばパルスカウンタ，あるいはデジタルメ
ータリレー等の手段によってパルス信号に変換し，正の
パルスが入れば吸着，負のパルスが入れば脱離したと判
断でき，吸着の有無をモニターできる。本実施例は，電
流波形をＡ／Ｄ変換器１２を介してデジタル信号に変換
し，そのパルス信号を制御装置１３に取り込む例を示し
た。

【００２６】パルス信号の大きさが，ウエハ１と電極板
３間に蓄積された電荷量に対応するため，間接的に吸着
力の大きさをモニターすることができる。すなわち，吸
着中に負のパルス信号が入り，この信号が吸着時のパル
ス信号１３より小さければ何らかの原因で吸着力が低下
したことを知らせていることになり，この信号が，吸着
時のパルス信号１３と同じ値であれば吸着力が消失した
ことを知らせていることになる。そして，パルス信号１
１が通常より小さい場合は，何らかの原因で吸着力が低
下していることになる。

【００２７】また，静電吸着装置の動作中のパルスの大
きさの和を逐次求めれば，ウエハ１と電極３間に蓄積さ
れている電荷量をモニターすることになり，吸着力をモ
ニターできる。本実施例のように，Ａ／Ｄ変換器１２に
よって，矩形波形に変換した場合，その面積分によって
吸着力の大きさをモニターすることも可能である。

【００２８】さらに，第１の実施例と同様，本モニター
方法による結果をフィードバックし，電源からの電圧を
制御する，あるいは静電チャックを搭載している装置全
体の制御装置にフィードバックして装置全体の安全装
置，あるいは運転モニターとして利用することもでき
る。

【００２９】また，本実施例では，静電吸着装置の電極
板が一枚であり，ウエハから導通を取る方式のいわゆる
単極型の静電吸着装置に関して説明したが，双極型の静
電吸着装置においても同様の効果が得られる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば被保持体と電極板間の電
流変化を積分して検出するので，静電吸着装置にウエハ
が確実に保持されたか否か，また平坦化されたか否かを
モニターをすることができる。またどの程度の吸着力が
作用しているかもモニターでき，処理装置がウエハ面へ
確実に処理を行うことができる。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。

【図２】静電吸着装置の回路に流れる電流波形を示す
図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図。

【図４】静電吸着装置の回路に流れる電流波形を示す
図。

【符号の説明】

１・・・ウエハ、 ２・・・誘電体、３・・・電極
板、 ４・・・導通部、５・・・絶縁体、 ６・・
・電流検値器、７・・・電源、 ８・・・積分演算
器、９・・・制御装置、 １０・・・制御装置、１１，
１２・・・電流のピーク値、１３，１４・・・パルス信
号。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極板上に誘電体を積層し該誘電体の上面
   に被保持物体を載置し、前記電極板と前記被保持物体間
   に電圧を印加して前記誘電体に前記被保持物体を吸着す
   る静電吸着装置において、 前記被保持物体と前記電極板を含んで形成される電気回
   路中に電流検出手段を設け，該電流検出手段が検出した
   電流値の時間変化分を積分演算する演算手段を前記電気
   回路に接続したことを特徴とする静電吸着装置の吸着モ
   ニター装置。
2. 【請求項２】電極板上に誘電体を積層し該誘電体の上面
   に被保持物体を載置し、前記電極板と前記被保持物体間
   に電圧を印加して前記誘電体に前記被保持物体を吸着す
   る静電吸着装置において、 前記被保持物体と前記電極板を含んで形成される電気回
   路中に電流検出手段を設け，前記被保持物体が前記誘電
   体に吸着されるとき，または前記誘電体から脱離すると
   きに発生する電流波形をパルス信号に変換する入力信号
   変換手段を設けたことを特徴とする静電吸着装置の吸着
   モニター装置。