(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、
電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を異なる時刻で三回測定し、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、
前記三回の測定値から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、
電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、電圧印加時のピーク電流が１／ｅになるまでの減衰時間を求め、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして電圧印加時の前記ピーク電流の値と、前記減衰時間から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項３】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、
電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、電流と時間の関係の曲線において、電圧印加時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加時からの時間と、電圧印加時の前記ピーク電流の値とから、記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項４】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、
前記静電チャックプレートが前記基板を吸着しているときの定常状態での電流値と、電圧印加停止時のピーク電流とを時刻と対応付けて測定し、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、電流と時間の関係の曲線において、電圧印加停止時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加停止時からの時間と、吸着時の定常状態で流れる電流値と、電圧印加停止時のピーク電流の値とから、
前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項５】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、
電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を異なる時刻で三回測定し、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、
前記三回の測定値から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出することを特徴とする静電吸着力測定方法。
【請求項６】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、
電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、電圧印加時のピーク電流が１／ｅになるまでの減衰時間を求め、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして電圧印加時の前記ピーク電流の値と、前記減衰時間から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出することを特徴とする静電吸着力測定方法。
【請求項７】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、
電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして電流と時間の関係の曲線において、電圧印加時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加時からの時間と、電圧印加時の前記ピーク電流の値とから、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出することを特徴とする静電吸着力測定方法。
【請求項８】
二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、
前記静電チャックプレートが前記基板を吸着しているときの定常状態での電流値と、電圧印加停止時のピーク電流とを時刻と対応付けて測定し、
前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、電流と時間の関係の曲線において、電圧印加停止時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加停止時からの時間と、吸着時の定常状態で流れる電流値と、電圧印加停止時のピーク電流の値とから、
前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出する静電吸着力測定方法。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８の静電吸着力測定方法をコンピュータを用いて実行できる手順がコンピュータプログラムとして記録されたことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を静電気力で吸着保持する静電吸着装置にかかり、特に、基板に働く静電吸着力を求めることができる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空雰囲気内で基板を吸着保持する装置として、静電気力を利用した静電吸着装置が用いられている。
【０００３】
図７(ａ)の符号１１０は、従来技術の静電吸着装置に設けられた静電チャックプレートであり、絶縁物１１３と、絶縁物内に配置された電極１１２1、１１２2と、電極１１２1、１１２2裏面に配置されたヒーター１１４とを有しており、電極１１２1、１１２2とヒーター１１４とは絶縁物１１３によって周囲を覆われている。
【０００４】
絶縁物１１３は板状に成形されており、その静電チャックプレート１１０は、プロセスチャンバー１２０内に配置され、スパッタリングやＣＶＤ等を行う際に、表面に基板を乗せ、電極１１２1、１１２2間に電圧を印加すると、電極１１２1、１１２2と基板との間に静電吸着力が生じるように構成されている。
【０００５】
その静電吸着力によって基板を静電チャックプレート１１０表面に密着させた状態でヒーター１１４に通電すると、基板面内の熱分布が良好になり、基板面内の膜厚や特性分布が均一な薄膜を形成することが可能となる。
【０００６】
ところが、静電吸着力は、静電チャックプレート１１０表面の状態や、基板裏面の状態により変動する。
【０００７】
従来用いられていた静電吸着力測定方法は、プロセスチャンバー１２０天井にベローズシール１３５を設けておき、測定を行う際にはプロセスチャンバー１２０を開け、そのベローズシール１３５からプロセスチャンバー１２０内に、加重測定用のロードセル１３４が設けられたフック１３３を下げ、他方、表面にリング１３２が固定された測定用基板１３１を静電チャックプレート１１３上に載置し、フック１３３の先端をリング１３２に掛け、ロードセル１３４を伸縮自在なコード１３６によって、プロセスチャンバー１２０の外部に配置された測定器１３８に接続しておく。
【０００８】
プロセスチャンバー１２０内を真空排気した後、電極１１２1、１１２2に電圧を印加して基板１３１を静電吸着させる。次いで、ベローズシール１３５を介してフック１３３を上方に移動させ、ロードセル１３４によって引き上げ力を検出し、測定器１３８にによって、測定用基板１３１が静電チャックプレート１１３から離されるときの引き上げ力を静電吸着力として測定する。
【０００９】
この測定方法によれば、ロードセル１３３がプロセスチャンバー１２０内に配置されており、測定値が大気圧の影響を受けないので、正確な静電吸着力を求めることが可能である。
【００１０】
しかしながら、そのような測定方法では、リング１３２が固定された測定用基板１３１を用いるため、実際のプロセス処理を行う基板に対しては、静電吸着力を測定することはできない。
【００１１】
また、プロセスチャンバー１２０内に、フック１３３やコード１３６等の測定治具を配置する必要があるため、静電吸着力の測定が終了した後は、プロセスチャンバー１２０を開け、ロードセル１３４やコード１３６を取り外し、しかる後真空排気し、プロセスチャンバー１２０内を通常の処理が行える状態に戻さなければならず、測定準備と片付けが煩雑であるばかりでなく、一旦大気に曝されたプロセスチャンバー１２０内を、通常のプロセス処理が行える清浄な高真空状態に回復させるためには長時間を要する。
【００１２】
そこで、実際の生産管理を行う場合には、静電吸着力自体は測定せず、他の方法によって静電チャックプレート１１０の動作確認が行われている。
その方法の一例を、図７(ｂ)を用いて説明すると、静電チャックプレート１１３内に設けられた熱電対１４６と、測定用基板１４１の表面に設けられた熱電対１４５とをプロセスチャンバー１２０外に配置した温度検出器１４８に接続し、測定用基板１４１を静電チャックプレート１１０上に載置し、プロセスチャンバー１２０内を真空排気した後、電極１１２1、１１２2間に電圧を印加し、測定用基板１４１を静電チャックプレート１１０に吸着保持させる。
【００１３】
その状態でヒーター１１４に通電して発熱させ、熱電対１４５、１４６によって測定用基板１４１と静電チャックプレート１１０の温度分布を測定し、両方の温度分布が一致しているか、あるいは近接している場合には、基板１４１が正常な静電吸着力で吸着保持されているとする。
【００１４】
こような測定方法では、図７(ａ)に示した測定方法に比べるとベローズシール１３５やロードセル１３４を必要とせず、装置構成が簡単であるが、熱電対１４５を設けた測定用基板１４１は、搬送用のロボットではプロセスチャンバー１２０内に搬入できないため、プロセスチャンバー１２０を開けて、人手で測定用基板１４１を配置し、測定終了後、再度プロセスチャンバー１２０を開けて取り出す必要がある点で、直接静電吸着力を測定する場合と変わりがない。
【００１５】
また、図７(ａ)に示した直接静電吸着力を求める方法と、同図(ｂ)に示した温度分布によって静電吸着力を推定する方法では、実際に薄膜形成等のプロセス処理が行われる基板に対しては、静電吸着力を測定できない。
【００１６】
このように、従来の測定する方法では、プロセス処理の対象となる基板に対しては、静電吸着力を、"その場"で測定することができず、その解決が望まれていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、実際のプロセス処理を行う際に、基板一枚毎に静電吸着力(チャック力)を測定できる技術を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、特別な測定治具を必要とせず、簡便に静電吸着力を評価できる技術を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明装置は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を異なる時刻で三回測定し、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、前記三回の測定値から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置である。
【００２０】
請求項２記載の発明は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、電圧印加時のピーク電流が１／ｅになるまでの減衰時間を求め、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして電圧印加時の前記ピーク電流の値と、前記減衰時間から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置である。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、電流と時間の関係の曲線において、電圧印加時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加時からの時間と、電圧印加時の前記ピーク電流の値とから、記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置である。
【００２２】
請求項４記載の発明は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置であって、前記静電チャックプレートが前記基板を吸着しているときの定常状態での電流値と、電圧印加停止時のピーク電流とを時刻と対応付けて測定し、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、電流と時間の関係の曲線において、電圧印加停止時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加停止時からの時間と、吸着時の定常状態で流れる電流値と、電圧印加停止時のピーク電流の値とから、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置である。この場合の定常状態とは、静電チャックプレート内の電極に一定電圧が印加されており、静電チャックプレートに流れる電流値が略一定のときを指している。
【００２３】
請求項５記載の発明方法は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を異なる時刻で三回測定し、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、前記三回の測定値から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出することを特徴とする静電吸着力測定方法である。
【００２４】
請求項６記載の発明方法は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、電圧印加時のピーク電流が１／ｅになるまでの減衰時間を求め、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして電圧印加時の前記ピーク電流の値と、前記減衰時間から、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出することを特徴とする静電吸着力測定方法である。
【００２５】
このような静電吸着力の算出には、コンピュータを用いることができる。
請求項７記載の発明方法は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、電圧印加時に、前記静電チャックプレートに流れた電流を時刻と対応付けて測定し、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして電流と時間の関係の曲線において、電圧印加時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加時からの時間と、電圧印加時の前記ピーク電流の値とから、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出することを特徴とする静電吸着力測定方法である。
請求項８記載の発明方法は、二枚の電極と、前記電極上に設けられた絶縁物とを有する静電チャックプレート上に基板を配置し、前記電極間に電圧を印加すると前記基板を吸着できるように構成された静電吸着装置の吸着力を測定する静電吸着力測定方法であって、前記静電チャックプレートが前記基板を吸着しているときの定常状態での電流値と、電圧印加停止時のピーク電流とを時刻と対応付けて測定し、前記基板を介して前記電極間に生じる容量成分と、前記容量成分に直列接続された直列抵抗成分と、前記容量成分に並列に接続された並列抵抗成分とから成る等価回路に電流が流れたとして、電流と時間の関係の曲線において、電圧印加停止時のピーク電流が流れたときの接線が時間軸と交わる時刻の電圧印加停止時からの時間と、吸着時の定常状態で流れる電流値と、電圧印加停止時のピーク電流の値とから、前記静電チャックプレートの静電吸着力を算出する静電吸着力測定方法である。
請求項９記載発明は、請求項５乃至請求項８の静電吸着力測定方法をコンピュータを用いて実行できる手順がコンピュータプログラムとして記録されたことを特徴とする記録媒体である。
【００２６】
上述の本発明装置と本発明方法の測定原理を説明する。
一般に、図６(ａ)に示すような容量Ｃの平行平板型のコンデンサに電圧Ｖを印加した場合、電極面積をＳ、電極間距離をｘ、真空中の誘電率をε0とすると、電極間には、次式、
0003966931.tif 000002
で表される静電吸着力ｆが発生する。負の符号は静電吸着力ｆが引力であることを示している。
【００２７】
重要な点は、(１)式や(２)式において、Ｖ、ε0、Ｓが既知の値である場合、何らかの方法で容量Ｃが求められれば、静電吸着力ｆを算出することができるという点である。
【００２８】
図６(ｂ)に示すような、一般的な２極式の静電チャックプレート７０では、基板７１を介して、電極７２1、７２2間に容量Ｃが生じており、電極７２1、７２2間に電圧を印加した場合には、矢印で示すように、電極７２1、７２2間に電流が流れる。容量Ｃを符号８０のコンデンサで表し、この静電チャックプレート７０の等価回路を図６(ｃ)に示す。
【００２９】
また、電極７２1、７２2間には、コンデンサ８０と並列な抵抗成分があり、その抵抗値をＲ1として符号８１の抵抗器で示す。コンデンサ８０と直列な抵抗成分もあり、その抵抗値をＲ2とし、符号８２の抵抗器で表す。従って、全体の等価回路は、そのコンデンサ８０と抵抗器８１とが並列接続された回路に、抵抗器８２が直列接続された回路で表わされる。このような等価回路で表される静電チャックプレート７０に対して印加電圧Ｖ0を制御すると、電極７２1、７２2で基板７１を吸着したり、吸着を解除したりできる。
【００３０】
ここで、初期状態のコンデンサ８０の電荷蓄積量をｑとし、時刻ゼロ(ｔ＝０)において、電極７２1、７２2に電圧Ｖ0を印加したところ、静電チャックプレート７０に電流ｉが流れたものとする。また、このときコンデンサ８０と抵抗器８１とで構成される閉回路内に電流ｉ1が流れたものとすると、電圧Ｖ0の印加後、時刻ｔにおいては、以下の回路方程式が成立する。
【００３１】
Ｒ１・（ｉ−ｉ０）＋Ｒ２・ｉ＝Ｖ０                    ……  （３）
ｑ／Ｃ＝Ｒ１・（ｉ−ｉ０）                            ……  （４）
ｄｑ／ｄｔ＝ｉ０                                      ……  （５）
【００３２】
時刻０(ｔ＝０)では、ｑ＝０とすると、上記(３)〜(５)式は、次のようになる。
【００３３】
【数１】
0003966931.tif 000003
【００３４】
同様に、電圧印加を停止(Ｖ0＝０)した時刻をｔ1とすると、時刻ｔ1以降のコンデンサ８０の電荷ｑと、静電チャックプレート７０に流れる電流ｉは次式で表される。
【００３５】
【数２】
0003966931.tif 000004
【００３６】
上記(６)〜(９)式中で電流値ｉは測定できるから、抵抗値Ｒ1、Ｒ2、容量Ｃが求められれば、(１)式、又は(２)式から静電吸着力ｆを算出することができる。
【００３７】
［測定した電流値を使用して直接求める場合］
図５に、印加電圧Ｖ0と電流値ｉの波形をグラフで示す。電圧Ｖ0の印加時(ｔ＝０)の時点でピーク電流が流れ、次いで(６)式に従って減少し、定常状態となっている。定常状態となった後、時刻ｔ1において、印加電圧Ｖ0をゼロにすると、コンデンサ８０の放電により、ピーク電流が逆向きに流れる。その後、(８)式に従って、電流値ｉは定常状態のゼロに近づく。
【００３８】
Ｖ0は既知であり、電流値ｉは、任意の時刻ｔで測定可能である。従って上記(６)〜(９)式中で未知数となるのは、Ｒ1、Ｒ2、Ｃの３個の値となるので、例えば異なる時刻で電流ｉを３回測定し、(６)式(又は(８)式)中の電流値ｉに測定値を代入し、連立させれば、抵抗値Ｒ1、Ｒ2、容量Ｃを求めることができる。
【００３９】
電極面積Ｓは既知であるから、容量Ｃが求められれば、次式、
ｆ＝−（１／２）・（ＣＶ）２・｛１／（ε０Ｓ）｝      ……（１０）
から、静電吸着力ｆを算出できる。
【００４０】
他方、電圧Ｖ0印加時でのピーク電流ｉ0を測定し、その値が１／ｅになるまでの時間を求めると、このピーク電流ｉ0の値と(６)式とから容量値Ｃが求められ、静電吸着力ｆを算出できる。この場合、コンピュータを用いて自動測定させると共に静電吸着力ｆを算出させると都合がよい。
【００４１】
［電圧印加開始時の電流値の変化量を使用して求める場合］
上記(６)式を微分すると、下記(２１)式、
【００４２】
【数３】
0003966931.tif 000005
【００４３】
が得られる。この(２１)式とピーク電流ｉ0の値とから、図５の符号Ｌ1で示すように、ピーク電流ｉ0が流れたときの接線の方程式を求め、その接線Ｌ1が時間軸と交わるところを求める。その値をΔｔとすると、
Δｔ ＝ Ｒ2・Ｃ                                      ……(２２)
で表される。
【００４４】
このとき、（６）式は、電圧Ｖ０印加時（ｔ＝０）は、
ｉ０＝Ｖ０／Ｒ２                                      ……（２３）
となる。また、定常状態での電流値ｉ１＝Ｖ０／（Ｒ１＋Ｒ２）と（２３）式よりＲ１が求まる。これより容量Ｃにかかる電圧Ｖが
Ｖ＝  ｉ１Ｒ１                                        ……（２４）
とで、求められる。従って、電圧Ｖ０印加時のピーク電流ｉ０の値を測定すると、上記（２３）、（２２）式から、抵抗値Ｒ２と容量値Ｃとが順次求められるので、（１０）式から静電吸着力ｆを算出できる。
【００４５】
このように算出した静電吸着力ｆの値と、図７(ａ)のようにロードセルを使用して測定した実測値とはよく一致している。電極間に印加される電圧の大きさを横軸に(Ｖ)、静電吸着力ｆを縦軸に(任意スケール)にとり、算出値と実測値とを図４のグラフに示す。■が算出値、○が実測値である。
【００４６】
［電圧印加停止時の電流変化量を使用して求める場合］
上記(８)式を微分すると、下記(３１)式、
【００４７】
【数４】
0003966931.tif 000006
【００４８】
が得られる。この(３１)式から、電圧Ｖ0が印加され、基板が静電吸着されている定常状態から電圧印加が停止された直後の接線の方程式を求める。その接線を、図５の符号Ｌ2で示す。電圧印加停止時(ｔ＝ｔ'0)から、接線Ｌ2が時間軸と交わるまでの間の値をΔｔ'とすると、
Δｔ' ＝ Ｒ1Ｒ2Ｃ／(Ｒ1＋Ｒ2)
と表される。
【００４９】
他方、(６)式において、ｔ＝∞とすると、定常状態での電流値ｉ1は、
ｉ1 ＝ Ｖ0／(Ｒ1＋Ｒ2)
で表される。また、電圧印加停止時のピーク電流ｉ'0は、上記(８)式から、
ｉ'0 ＝ −Ｒ1Ｖ0／｛Ｒ2(Ｒ1＋Ｒ2)｝
となるので、定常状態での電流値ｉ1と、電圧印加停止時のピーク電流値ｉ'0と、Δｔ'の測定値とから、静電吸着力ｆが求められる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明装置をスパッタ装置に適用した場合である。この図１において、２０はプロセスチャンバー、３２はロボット３３を収めた搬送室、３１は真空装置内に基板の搬出入を行う仕込室(カセットで仕込む場合はカセット室と呼ばれることもある)であり、仕込室３１内に基板を装着し、真空排気した後、ロボット３３を動作させると、装置内の高真空状態を維持したままで、プロセスチャンバー２０内に基板を搬入できるように構成されている。
【００５１】
符号２は、本発明の一例の静電吸着装置であり、静電チャックプレート８と、ｐＡレベルまで測定可能な電流計５と、表示装置や記憶装置が設けられたコンピュータ９とを有している。
【００５２】
プロセスチャンバー２０内の底面と天井には、ステージ２１とカソード２２とがそれぞれ設けられており、ステージ２１上には、前述の静電チャックプレート８が配置され、静電チャックプレート８と対向するカソード２２の表面には、図示しないスパッタリングターゲットが配置されている。
【００５３】
静電チャックプレート８には、電極１２1、１２2と、絶縁物１３とが設けられており、各電極１２1、１２2は絶縁物１３内に納められている。絶縁物１３は板状に成形されている。
【００５４】
電流計５とコンピュータ９とは、プロセスチャンバー２０外に配置されており、また、プロセスチャンバー２０外には、チャック用電源４６と、ヒーター用電源４７と、マスフローコントローラー４８と、ガスボンベ２５とが配置されている。
【００５５】
静電チャックプレート８内の各電極１２1、１２2には導線が接続され、プロセスチャンバー２０外に気密に導出されており、電極１２1は電流計５を介してチャック用電源４６の高電位側に、電極１２2は低電位側に接続されており、チャック用電源４６を起動すると、電極１２1に正電圧が、電極１２2に負電圧が印加されるように構成されている。
【００５６】
電極１２1、１２2の裏面には、ヒーター１４が配置されており、該ヒーター１４には導線が接続され、ヒーター用電源４７によって通電できるように構成されている。
【００５７】
電流計５と、チャック用電源４６と、ヒーター用電源４７と、マスフローコントローラー４８と、ロボット３３とは、コンピュータ９に接続され、コンピュータ９によって制御できるように構成されている。また、電流計５の測定値はコンピュータ９に送信されるように構成されている。
【００５８】
プロセスチャンバー２０内に、ロボット３３によって、シリコンウェハーから成る基板２４を搬入し、静電チャックプレート８上に載置した。
【００５９】
コンピュータ９によってチャック用電源４６を起動し、電極１２1、１２2間に所定の大きさの電圧を印加すると、基板２４は静電チャックプレート８表面に静電吸着された。
【００６０】
そのような静電吸着の際に静電チャックプレート８に流れた電流は、電流計５によって検出され、その値はコンピュータ９に送信されている。コンピュータ９は、電圧印加時のピーク電流の値の他、そのピーク電流が流れた後の電流値も記憶するように構成されており、また、それらの電流値から電流変化率を求め、静電吸着力を算出できるようにプログラムされている。
【００６１】
その基板２４を吸着保持した時点で、静電吸着力ｆの算出値が所定範囲内にあった場合は、基板２４は正常に静電吸着されている。そのときは、コンピュータ９がマスフローコントローラー４８を動作させ、流量制御しながらプロセスチャンバー２０内にスパッタリングガス(通常はＡｒガスやＮ2ガスなど)を導入し、プロセスチャンバー２０内の圧力が安定した後、図示しないスパッタリング電源を起動し、カソード２２に電圧を印加し、スパッタリングを開始する。
【００６２】
基板２４が正常に静電吸着されている場合は、基板２４と静電チャックプレート８との密着性が良好なので、ヒーター１４の熱は基板２４に均一に伝わり、面内均一性が高い薄膜を形成することができる。
【００６３】
また、コンピュータ９には、図示しない温度測定器も接続され、静電チャックプレート８の温度を検出できるように構成されており、静電チャックプレート８の温度をコンピュータ９によって監視し、ヒーター用電源４７の出力を調整する他、算出した静電吸着力ｆの大きさによって発熱量を異ならせ、膜厚や膜質の制御を行いながら薄膜形成を行うことができる。
【００６４】
スパッタリングを行っている間、静電チャックプレート８に流れる電流を電流計５によって検出し、コンピュータ９によって電流波形を監視しておくと、スパッタリング中に起こった基板２４の異常を検出することができる。
【００６５】
このように、静電チャックプレート８に流れる電流をコンピュータ９内に記録しながら所定時間スパッタリングを行い、コンピュータ９によってチャック用電源４６を停止させる。チャック用電源４６の停止により、電極１２1、１２2間に印加されていた電圧がゼロになると、基板２４の静電吸着は解除される。次いで、コンピュータ９はロボット３３を動作させ、基板２４をプロセスチャンバー２０から搬出し、搬送室３２を介して仕込室３１に搬入するとともに、未処理の基板を静電チャックプレート８上に載置し、薄膜形成処理を続行する。
【００６６】
図３に、電極１２1、１２2への電圧印加開始以降に、静電チャックプレート８に流れた電流の測定結果をグラフにして示す。電圧印加開始(チャックＯＮ)と電圧印加停止(チャックＯＦＦ)のときにピーク電流が流れている。
【００６７】
異常は基板２４が正常に静電吸着された場合であったが、電流計５の出力に基き、コンピュータ９が静電吸着力の異常を検出した場合には、コンピュータ９は直ちに異常を通報すると共に、スパッタリングの開始を中止するか、又は、途中であっても中止し、いずれの場合であっても、基板２４をプロセスチャンバー２０内から搬出する。
【００６８】
このような静電吸着力の異常は、チャック用電源４６の故障、結線はずれ、基板２４の割れ、搬送ミスによる基板２４の脱落や、静電チャックプレートの所定の位置からのずれ等によって起こる。
【００６９】
静電吸着力の異常のうち、基板２４の所定位置からのずれや基板割れ等によるものは、図６(ｃ)の等価回路から見た場合、容量Ｃや、抵抗値Ｒ1の値の変動で表される。
【００７０】
他方、ヒーター１４に異常があり(例えばヒーター用電源４７の故障、結線の外れ、静電チャックプレート内のヒーター部の異常等)、静電チャックプレート８が所定温度になっていない場合には、抵抗値Ｒ2の変動となり、静電チャックプレート８に流れる電流波形が変化する。従って、静電チャックプレートに流れる電流の波形を分析することでヒーター異常も検出でき、スパッタ処理を中止させることも可能となる。
【００７１】
なお、スパッタリング時間が短い場合には、異常があった場合でも通常の通り処理を行うとともに、基板と電流値や静電吸着力ｆとを対応させてコンピュータ９内に記録し、一連の処理の終了後、記録に従って異常のあった基板を除くようにしてもよい。
【００７２】
このように、本発明の静電吸着装置２を組み込んだ半導体製造装置においては、プロセス対象となる基板一枚ごとに静電吸着力を検出し、異常の有無を判断することができる。静電吸着力が正常でない場合には、プロセス処理を続行しても、最終的に所定品質の製品が得られない可能性があるため、そのような基板は後行程にまわる前に除く必要がある。本発明を用いた場合には、異常があった基板を特定し、後行程に送らないようにできるので、品質管理の面からも、コスト面からも有利である。
【００７３】
また、複数枚にわたる一連の基板に対して静電吸着力を算出できるので、チャック用電源の出力を調節し、各基板に対する静電吸着力を一定にしたり、ヒーターの発熱量を調節し、各基板の実際の温度を一定にすることが可能となる。
【００７４】
基板温度は、薄膜の電気抵抗値等の電気特性や表面モフォロジーあるいは薄膜組成等に大きな影響を与えるため、静電吸着力や発熱量を制御し、基板温度を一定にすると、各基板上に形成される薄膜の品質を揃えることが可能となる。
【００７５】
上記の実施例は、本発明をスパッタリング装置に適用した場合ついて述べたが、近年はＣＶＤ装置あるいは、分子線エピタキシャル装置(ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy)等の成膜装置の他、エッチング装置や表面改質装置等、真空雰囲気内やガス雰囲気内で静電吸着力によって基板を吸着保持したいという要求が強い。本発明はそのような装置に広く適用することができる。
【００７６】
上述の静電吸着装置２は、２枚の電極１２1、１２2を用いた双極式の静電吸着装置であったが、多極式のものも含まれる。
本願とは異なる単極式の静電吸着装置を図２の符号３に示す。
【００７７】
この静電吸着装置３は、プロセスチャンバー７０を有するエッチング装置に設けられており、静電吸着装置３は、プロセスチャンバー７０内に配置された静電チャックプレート５８と可動電極７５と、プロセスチャンバー７０外に配置された電流計５５とコンピュータ５９とを有している。
【００７８】
そのプロセスチャンバー７０内の底面にはステージ７１が設けられており、静電チャックプレート５８は、ステージ７１上に配置されている。
【００７９】
静電チャックプレート５８は、電極６２が絶縁物６３で覆われて構成されており、絶縁物６３は板状に成形されている。
【００８０】
プロセスチャンバー７０の外にはチャック用電源６６が配置されており、電極６２には導線が接続され、プロセスチャンバー７０の外部に電気的に導出され、電流計５５を介して、チャック用電源６６の高電位側に接続されている。
【００８１】
可動電極７５はプロセスチャンバー７０の側壁に、上下移動可能に取り付けられており、伸縮自在なコード７６によってプロセスチャンバー７０外に導出され、チャック用電源６６の低電位側に接続され、電極６２と可動電極６４との間に電圧を印加できるように構成されている。
【００８２】
そのチャック用電源６６は、コンピュータ５９に接続され、電極６２と可動電極６４間の印加電圧を制御できるように構成されており、また、電流計５５もコンピュータ５９に接続され電流値を記録できるように構成されている。
【００８３】
プロセスチャンバー７０内の真空状態を維持しながら、図示しない搬送機構を動作させ、静電チャックプレート５８上に基板７４を載置し、可動電極７５を降下させ、先端を基板７４表面に当接させ、基板７４をチャック用電源６６に接続する。
【００８４】
その状態で、コンピュータ５９によってチャック用電源６６を起動し、基板７４と電極６２との間に電圧を印加すると、基板７４は静電チャックプレート５８に静電吸着される。
【００８５】
このような単極式の静電吸着装置３でも、等価回路は図６(ｃ)と同じであり、電圧印加時と電圧印加停止時との、電圧状態を切換える際にはピーク電流が流れれ、その後定常状態になる。従って、静電チャックプレート５８に流れる電流を電流計５５によって検出すると、コンピュータ５９によって基板７４に加えられている静電吸着力を算出することができる。
【００８６】
以上は、電流計で検出した電流値をコンピュータに送信し、静電吸着力を算出する場合について説明したが、静電チャックプレートに流れる電流を時間経過に従ってペンプロッターに出力し、その結果から電流値を読み取って計算して静電吸着力ｆを算出してもよい。また、プロッター出力やペンレコーダー出力等の記録結果から作図によって接線を引き、時間軸との交点を求めて静電吸着力を算出するようにしてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
静電チャックプレートに流れる電流を測定することで、静電吸着力を算出できるので、プロセス処理を行う基板毎に静電吸着力を測定できる。
また、特別な治具を使用することなく、基板、チャック用電源、ヒーター等の異常を容易に発見できる。静電吸着装置の保守、メンテナンス性が向上し、故障を早期に発見することができる。
プロセス処理前に異常のある基板を検出した場合には、その基板に対するプロセス処理は行わず、次の基板を処理できるので、処理時間が無駄にならない。
異常があった基板を特定できるので、後行程に送る前に除去でき、不良品の発生を低減できる。
各基板の温度を一定にしてプロセス処理を行えるので、品質を揃えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の静電吸着装置の双極式のものを説明するための図
【図２】  単極式のものを説明するための図
【図３】  静電チャックプレートに流れる電流の測定結果の一例を示すグラフ
【図４】  本発明により求めた静電吸着力と実測により求めた静電吸着力とを比較するためのグラフ
【図５】  本発明の静電吸着力の算出原理を説明するためのグラフ
【図６】(ａ)：コンデンサの電極間の静電吸着力を説明するための図
(ｂ)：算出原理を説明するための静電吸着装置の概略構成図
(ｃ)：その等価回路
【図７】(ａ)：従来技術の静電吸着力測定方法の一例を説明するための図
(ｂ)：他の例を説明するための図
【符号の説明】
８、５８……静電チャックプレート    １２1、１２2、６２……電極    １３、６３……絶縁物      ２４、７４……基板
【図１】
0003966931.tif 000007
【図２】
0003966931.tif 000008
【図３】
0003966931.tif 000009
【図４】
0003966931.tif 000010
【図５】
0003966931.tif 000011
【図６】
0003966931.tif 000012
【図７】
0003966931.tif 000013