(57)【要約】【課題】信頼性の高い静電吸着力異常の判定が容易に得られるようにした静電吸着装置と、これを用いた半導体製造装置を提供すること。【解決手段】試料１と誘電体２、それに電極３からなる静電吸着部を試料台６１に備えた装置において、試料台６１に空洞部６１Ａを形成し、この中で、誘電体２の下方の電極３に、静電吸着用の電圧をオンオフするためのスイッチ４を設け、直流電圧源５からスイッチ４に至る回路系に存在する浮遊容量が、スイッチ４の手前になるようにし、これにより静電吸着異常の判定のための過渡電圧が的確になり、安定な判定ができるようにしたもの。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源から静電吸着部に吸着電圧を印加した際の過渡電流を検出して静電吸着異常を判定する方式の静電吸着装置において、
前記吸着電圧を印加するためのスイッチを、前記直流電圧源から前記静電吸着部に至る回路系の中で前記静電吸着部の近傍に設けたことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の静電吸着装置において、
前記スイッチが前記静電吸着部を形成する誘電体の下面の電極に取付けられていることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項３】
請求項１に記載の静電吸着装置において、
前記過渡電流の検出に不感帯を持たせ、
前記静電吸着部に存在する浮遊容量に起因する過渡電流の影響を抑えるように構成されていることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項４】
直流電圧源から静電吸着部に吸着電圧を印加した際の過渡電流を検出して静電吸着異常を判定する方式の静電吸着装置が試料搭載室に備えられている半導体製造装置において、
前記吸着電圧を印加するためのスイッチを、前記試料搭載室内の前記静電吸着部の近傍に設けたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体製造装置において、
前記スイッチが前記静電吸着部を形成する誘電体の下面の電極に取付けられていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体製造装置において、
前記過渡電流の検出に不感帯を持たせ、
前記静電吸着部に存在する浮遊容量に起因する過渡電流の影響を抑えるように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板状の試料を静電吸着する装置に係り、特に縮小投影露光装置や電子線描画装置などに好適な静電吸着装置とそれを用いた半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
縮小投影露光装置や電子線描画装置、半導体製造装置など、マスクやウエハなどの薄板状の試料を対象とした装置では、当該試料を所定の台（試料台）の上に載置し固定する必要があり、このため一般には静電吸着装置が使用されている。
【０００３】
ここで、まず、静電吸着装置の基本原理について説明する。
【０００４】
いま、図７に示すように、セラミック板（板厚数ｍｍ）などの誘電体２を用意し、その下面には電極３を設けておく。そして、この誘電体２の上に、ウェハやマスクなどの被固定対象物となる試料１を載置したとする。
【０００５】
そうすると、このときの等価回路は、図８に示すように、等価抵抗６と等価容量７の並列回路で表わされる。
【０００６】
ここで、等価抵抗６は、試料１と電極３で挟まれた誘電体２が完全な絶縁体でないことにより等価的に形成され、等価容量７は、誘電体２が導体である試料１と電極３で挟まれたことにより等価的に形成されるものである。
【０００７】
そこで、試料１と電極３に、スイッチ４と電流検出用の抵抗６５を介して、直流電圧源５から所定の電圧（例えばＤＣ４００Ｖ）の直流電圧を印加してやると、試料１と電極３間に静電吸着力が発生し、試料１を誘電体２に固定することができるのである。
【０００８】
ところで、この静電吸着装置の使用に際しては、試料を吸着させてから、後の処理に移行する前に、所定の吸着力が得られていることを確認する必要があり、このため、次に説明する吸着異常判定方法が従来から適用されている。
【０００９】
いま、図７と図８において、静電吸着を開始するためスイッチ４をオンにした（閉じた）とすると、等価容量７が直流電圧源５から充電されるので、過渡的に電流が流れ、電流検出用抵抗６５の両端に、図９の電圧波形３１で示すように変化する電圧が現れる。そこで、この電圧波形３１から、静電吸着力が正常に得られているか否かを判断するのである。
【００１０】
ここで、何らかの原因により正常な吸着力が得られてない場合には、試料１と電極３間に過渡的に流れる電流の大きさは、正常な場合の電流より減少し、電圧波形３１の最大値が減少する。従って、上記のように、電圧波形３１の電圧値から吸着力の異常判定を行なうことができるのである。
【００１１】
具体的には、図９において、時刻０のスイッチオン時点から電圧波形３１の電圧値が立上った後、図示の判定タイミング（通常、１００μＳ程度経過した時点）で電圧値が正常領域になっていたときを正常な吸着状態であると判定し、正常領域を外れていたら異常吸着と判定するのである。
【００１２】
なお、このときの過渡電流の波形は、本来は図１０の電流波形４１で示すように、ＣＲ回路の充電電流波形となる筈であり、電流検出用抵抗６５で電圧に変換した後も図１１の電圧波形５１に示す波形になる筈である。
【００１３】
しかし、この場合は、回路を構成する電気素子（主としてスイッチ４を構成する素子）に遅れ時間が存在するため、図９の電圧波形３１で示すように、立上りが遅れ（１００μＳ程度）た波形になってしまうのである。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−４５２１４号公報（図５）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、回路系に存在する浮遊容量に配慮がされておらず、吸着力異常判定の信頼性に問題があった。
【００１６】
すなわち、回路系には、吸着部の等価容量の外にも浮遊容量が存在するので、この浮遊容量が充電されことによっても過渡電流が現れてしまう。
【００１７】
ここで浮遊容量による過渡電流は静電吸着力とは無関係であり、このため吸着部の等価容量が過渡電流に対して支配的な影響を持つことができなくなってしまう。
【００１８】
しかも、このとき、吸着部の等価容量は、一般的にかなり小さい（数１００ｐＦオーダー）ので、過度電流の最大値も相応に微小値になり、この結果、静電吸着力の異常判定に信頼性が保てなくなってしまうのである。
【００１９】
本発明の目的は、信頼性の高い静電吸着力異常の判定が容易に得られるようにした静電吸着装置と、これを用いた半導体製造装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、直流電圧源から静電吸着部に吸着電圧を印加した際の過渡電流を検出して静電吸着異常を判定する方式の静電吸着装置において、前記吸着電圧を印加するためのスイッチを、前記直流電圧源から前記静電吸着部に至る回路系の中で前記静電吸着部の近傍に設けることにより達成される。
【００２１】
このとき、前記スイッチが前記静電吸着部を形成する誘電体の下面の電極に取付けられているようにしても良く、前記過渡電流の検出に不感帯を持たせ、前記静電吸着部に存在する浮遊容量に起因する過渡電流の影響を抑えるようにしても良い。
【００２２】
また、更に上記目的は、直流電圧源から静電吸着部に吸着電圧を印加した際の過渡電流を検出して静電吸着異常を判定する方式の静電吸着装置が試料搭載室に備えられている半導体製造装置において、前記吸着電圧を印加するためのスイッチを、前記試料搭載室内の前記静電吸着部の近傍に設けることによっても達成される。
【００２３】
このとき、前記スイッチが前記静電吸着部を形成する誘電体の下面の電極に取付けられているようにしても良く、前記過渡電流の検出に不感帯を持たせ、前記静電吸着部に存在する浮遊容量に起因する過渡電流の影響を抑えるようにしても良い。
【００２４】
これにより、制御回路基板内浮遊容量とハーネスの容量の影響を受けず、静電吸着異常の安定した判定ができる。また、不感帯処理することにより、制御回路基板内浮遊容量とハーネスの容量以外の浮遊容量の影響も受けないで、同様に吸着異常の安定した判定ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態で、ここで試料の固定に関係する部位は、試料台６１と、この試料台６１をＸ方向とＹ方向に移動させるためのステージ６２、試料１をグランド電位にするためのアース針６３であり、これらは半導体製造装置の試料搭載室６４に収容されている。
【００２７】
一方、直流電圧源５と抵抗６５は制御基板６８に搭載され、試料搭載室６４とはハーネス（ワイヤハーネス）７１で接続されている。そして、この制御基板６８には、更に電流検出アンプ６６と不感帯回路６７が搭載されている。
【００２８】
ここで、電極３を備えた誘電体２は試料台６１の上に設置され、この上に試料１が載置されることにより、静電吸着されるようになっていて、このとき電流検出用抵抗６５に現れた電圧（電圧降下）が電流検出アンプ６６で増幅され不感帯回路６７を介して外部にある吸着異常判定回路６９に供給されることになる。
【００２９】
従って、この実施形態を静電吸着装置として見た場合は、半導体製造装置の試料台６１とステージ６２を除いた他の部位から構成されていることになる。
【００３０】
更に試料台６１は、通常、鋼などの金属で作られ、図示のように、内部に所定の形状の空洞部６１Ａが形成してある。そして、この空洞部６１Ａは、図示のように、試料台６１の上面に開放されていて、ここを塞ぐようにして誘電体２が試料台６１に取付けてある。
【００３１】
ここで誘電体２は、図示のように、その電極３が設けてある方の面を下側にした状態で試料台６１の上面に取付けられるが、このとき、図には示されていないが、電極３が試料台６１から確実に絶縁された状態で取付けてある。
【００３２】
そして、これにより、スイッチ４として働く半導体スイッチング素子４０を、電極３の下面で、空洞部６１Ａ内に露出した部分に取付ることができるように構成してある。
【００３３】
ここで半導体スイッチング素子４０は電子リレーとして動作するもので、例えばＦＥＴで構成され、そのオンとオフの切換動作は外部にある制御用のコンピュータ（図示してない）からワイヤ７２を介して供給されるオンオフ信号によって制御されるようになっている。
【００３４】
次に、ハーネス７１は、図示のように同軸ケーブル状をなし、その内部の導体を介して制御基板６８側から試料搭載室６４側に吸着用の電圧が供給されるようになっているが、このとき外部の導体はアース（接地）され、グランド電位（共通電位）に保持されている。
【００３５】
そして、このハーネス７１の内部導体の試料搭載室６４側は、試料台６１に形成されている空洞部６１Ａの側方に開放されている部分を通ってスイッチ４に接続されている。また、このとき、スイッチ４にオンオフ信号を供給するワイヤ７２も、この部分を通って外部から供給されるようになっている。
【００３６】
ここで、この図１の実施形態を静電吸着装置として簡略化したのが図２で、この場合は、試料１を誘電体２に固定する装置であり、直流電圧源５、電流検出用抵抗６５と、この抵抗６５に発生する電圧を入力し、増幅して出力する電流検出アンプ６６、これらを搭載した制御基板６８、静電吸着用の電圧を印加したり遮断したりするためのスイッチ４、それに静電吸着用の電圧を供給するためのハーネス７１で構成されることになる。
【００３７】
従って、上記実施形態の場合の等価回路は、図３に示すようになり、誘電体２の等価抵抗６と誘電体２の等価容量７の外に、更に制御基板６８の導体間などに存在する浮遊容量８１と、ハーネス７１に存在する浮遊容量８２が等価的に加わることになる。なお、この図３では、８３も浮遊容量を表わすが、これについては後述する。
【００３８】
次に、この実施形態の動作について説明する。
【００３９】
まず、この実施形態の場合、図１と図２から明らかなように、スイッチ４が誘電体２の直下で、ほとんど電極３に接した状態で取付けられている。
【００４０】
この結果、図３から明らかなように、浮遊容量８１と浮遊容量８２は、直流電圧源５から見てスイッチ４よりも手前の部分に存在し、スイッチ４のオンオフと関係無く、常時、直流電圧源５に接続された状態にあることが判る。
【００４１】
従って、浮遊容量８１と浮遊容量８２は、スイッチ４をオンする以前から直流電圧源５により充電され、蓄積された電荷は飽和状態にあり、従って浮遊容量８１に流れる電流ｉ１　と浮遊容量８２に流れる電流ｉ２　は共に０（零）で、静電吸着を開始する際は、この状態からスイッチ４をオンすることになる。
【００４２】
そこで、いま、スイッチ４がオンにされたとすると、試料１と電極３の間に直流電圧源５から電圧が印加され、この結果、誘電体２の等価抵抗６と誘電体２の等価容量７にそれぞれ電流ｉ３、ｉ４　が流れる。ここで、電流ｉ３　は一定値の電流となり、電流ｉ４　は過渡的な電流となる。なお、このとき、上記したように、浮遊容量８３については考慮していない。
【００４３】
そして、電流ｉ４　により等価容量７が充電され、電荷が飽和状態になったとき電極３と試料１の間の電圧が直流電圧源５の電圧にほぼ等しくなり、この結果、静電吸着力が発生する。また、これと共に電流ｉ４　も０（零）になる。
【００４４】
このときの電流に注目すると、スイッチ４をオンにした瞬間、等価抵抗６と等価容量７の並列回路には、直流電圧源５の電圧と電流検出用抵抗６５の抵抗値で決まる値を最大値とする過渡電流が流れ、等価容量７に対する電荷の蓄積が開始される。
【００４５】
そして、電荷が飽和し定常状態になった後は、直流電圧源５の電圧と、等価抵抗６と電流検出用抵抗６５の抵抗値で決まる電流だけが流れるようになる。
【００４６】
そうすると、このとき電流検出アンプ６６の出力に現れる電圧の波形は、図４に示す過渡電圧波形９１となる。
【００４７】
ここで、この実施形態の場合、制御基板による浮遊容量８１に流れる電流ｉ１　とハーネスによる浮遊容量８２に流れる電流ｉ２　は、スイッチ４をオンしたときでも、それ以前と同じく共に０（零）である。
【００４８】
従って、この実施形態によれば、電流検出用抵抗６５で検出され、電流検出アンプ６６の出力に現れる電圧は、等価抵抗６に流れる一定値の電流ｉ３　と、等価容量７に流れる過渡電流ｉ４　によるものだけとなる。
【００４９】
ここで、等価抵抗６の実用的な値は３０ＭΩ程度で、電流検出用抵抗６５の抵抗値は３０ＫΩ程度なので、直流電圧源５の電圧を４００Ｖとした場合、等価抵抗６に流れる電流ｉ３　は、多くてもせいぜい１０μＡオーダーである。
【００５０】
一方、等価容量７に流れる過渡電流ｉ４　の最大値は、この等価容量７の一般的な容量値が１０００ＰＦ程度であることから、微小電流であるといっても、１０ｍＡオーダーにもなり、従って、過渡電流ｉ４　に対して、電流ｉ３　は実用上無視できる。
【００５１】
この結果、過渡電流ｉ４　が、たとえ微小な値であったとしても、この実施形態の場合、それは、外的要素による影響がほとんど無い、真に過渡電流ｉ４　だけの電流による過渡電圧波形９１が得られることになり、従って、この実施形態によれば、静電吸着力異常を精度良く安定に判定することができる。
【００５２】
ところで、この図４の過渡電圧波形９１は、上記したように、電流検出アンプ６６の出力に現れる電圧の波形であるが、しかし、上記実施形態では、電流検出アンプ６６の出力を不感帯回路６７に入力し、ここで処理してから吸着異常判定回路６８に供給し、静電吸着力異常を判定するようになっているが、これは、この実施形態では、浮遊容量８３も考慮した結果である。
【００５３】
ここで、この浮遊容量８３は、電極３と誘電体２、それに試料１からなる吸着部に現れてしまう容量を等価的に表わしたもので、この場合、この浮遊容量８３は、直流電圧源５から見てスイッチ４よりも先にあり、このため、等価容量７に並列に接続され、容量値が等価的に加算された形になってしまう。
【００５４】
このため、図４の過渡電圧波形９１は等価容量７だけによるものではなく、実際には、これに浮遊容量８３に流れる電流ｉ５　による過渡電圧波形９２が加算されたものになっている。そして、この過渡電圧波形９２は静電吸着力異常判定に関与しないばかりか、誤差要因になってしまう。
【００５５】
つまり、等価容量７に流れる電流ｉ４　による電圧の最大値をＶ４、浮遊容量８３に流れる電流ｉ５　による電圧の最大値をＶ５　とした場合、この過渡電圧波形９１の最大値Ｖ９１　は、図示のように、（Ｖ４＋Ｖ５）になってしまい、静電吸着力異常判定だけに反映したものとは言えなくなってしまい、このため、静電吸着力異常判定に対して誤差要因になってしまうのである。
【００５６】
そこで、この実施形態では、不感帯回路６７を設け、図４に示すように、浮遊容量８３に流れる電流値相当分の電圧が削除されるようにしたものであり、この結果、吸着異常判定回路６９には、図５に示すように、過渡電圧波形９２を含まず、正しく等価容量７に流れる電流ｉ４　だけによる過渡電圧波形１０１が供給されることになる。
【００５７】
従って、この実施形態によれば、常に理想的な過渡電圧波形１０１のもとで判定を行なうことができ、この結果、常に安定した精度の良い静電吸着異常判定を得ることができる。
【００５８】
ここで、この不感帯回路６７は、例えばクリッパ回路や阻止型リミッタ回路とも呼ばれるもので、図６に示すようにある特定のレベル以下の電圧値を削除する回路で、例えば次の文献に開示されているものである。
【００５９】
東京電機大学出版局、１９９８年１月２０日発行　白土義男著
「図解アナログＩＣのすべてオペアンプからスイッチドキャパシタまで」
Ｐ１３９〜１４０
【００６０】
従って、上記実施形態によれば、静電吸着オン時の過渡電流が微小、つまり過渡電圧が微小である誘電体、すなわち高抵抗、低容量を兼ね備えた誘電体を静電吸着装置及び半導体製造装置に搭載することができる。
【００６１】
そして、この結果、誘電体の低発熱化が図れ、試料の温度上昇がより一層抑えられ、試料の伸縮がより一層抑えられることになり、半導体製造装置において描画又は転写の精度向上が図れるという効果がある。
【００６２】
また、上記実施形態によれば、更に静電吸着力の異常検出が静電吸着のための電圧を印加したときに安定して判定できるため、試料の加工着工前に吸着異常が判断できるようになり、無駄な加工着工が回避でき、顧客の財産であるマスクやウェハ等の損出が防止できるという効果が得られ、且つ、着工時間の無駄な浪費を回避できるという効果がある。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、過渡電圧があまり大きく得られない誘電体を静電吸着用として用いた場合でも、安定して静電吸着異常が判定できるので、信頼性の高い静電吸着装置と半導体製造装置を容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す基本構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の電気的等価回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の動作を説明するための等価回路図である。
【図４】本発明の一実施形態の動作を説明するための波形図である。
【図５】本発明の一実施形態の動作を説明するための別の波形図である。
【図６】本発明の一実施形態で使用した不感帯回路の説明図である。
【図７】従来技術による静電吸着装置の一例を示す簡略構成図である。
【図８】従来技術による静電吸着装置の一例を示す等価回路図である。
【図９】従来技術の動作を説明するための波形図である。
【図１０】ＣＲ回路による電流の変化を示す波形図である。
【図１１】ＣＲ回路による電圧の変化を示す波形図である。
【符号の説明】
１　試料（ウエハなど）
２　誘電体
３　電極
４　スイッチ
５　直流電圧源
６　誘電体による等価抵抗
７　誘電体による等価容量
３１　過渡電圧波形（従来技術による）
４０　半導体スイッチング素子（電子リレー用）
４１　過渡電流波形（ＣＲ放電による）
５１　過渡電圧波形（ＣＲ放電による）
６１　試料台
６１Ａ　空洞部
６２　ステージ
６３　アース針
６４　試料搭載室（半導体製造装置）
６５　電流検出用抵抗
６６　電流検出アンプ
６７　不感帯回路
６８　制御基板
６９　吸着異常判定回路
７１　ハーネス（ワイヤハーネス）
７２　ワイヤ（オンオフ信号供給用）
８１　浮遊容量（制御基板によるもの）
８２　浮遊容量（ハーネスによるもの）
８３　浮遊容量（試料台によるもの）
９１　過渡電圧波形
９２　浮遊容量分の過渡電圧波形
１０１　過渡電圧波形
【図１】
2004128270.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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