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発明の名称 静電吸着装置の吸着モニター装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−224286
公開日 平成6年(1994)8月12日
出願番号 特願平5−10475
出願日 平成5年(1993)1月26日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 橘内 浩之 / 時末 裕充
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。
特許請求の範囲
【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。
【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。
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14,15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t1,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11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】




 

 


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