(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価装置において、
該第１の電極より面積が小さい第２の電極と、
該第２の電極を該誘電体の表面で移動させ、該誘電体の表面の所定位置に押し付ける圧力印加機構と、
該第１の電極と該第２の電極との間の静電容量を測定するインピーダンス測定手段とを有し、
該第２の電極と該誘電体内の該第１の電極との間の静電容量を測定し、予め決められたすべての測定個所の静電容量を測定したか否かを判断し、すべての測定個所の静電容量を測定したと判断した場合静電容量の測定を終了するようにしたことを特徴とする静電チャック評価装置。
【請求項２】
円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価装置において、
該第１の電極より面積が小さく、該誘電体の表面の所定位置に押し付けられる複数の第２の電極と、
該複数の第２の電極を順次選択する選択手段と、
該選択手段により選択された第２の電極と該第１の電極との間の静電容量を測定するインピーダンス測定手段とを有することを特徴とする静電チャック評価装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の第２の電極は、柔軟性を有する薄膜シートの表面に形成されることを特徴とする静電チャック評価装置。
【請求項４】
円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価方法において、
該第１の電極より面積が小さい第２の電極を該誘電体の表面で移動させ、該誘電体の表面の所定位置に押し付け、該第１の電極と該第２の電極との間の静電容量を測定するに際し、
該第２の電極と該誘電体内の該第１の電極との間の静電容量を測定し、予め決められたすべての測定個所の静電容量を測定したか否かを判断し、すべての測定個所の静電容量を測定したと判断した場合静電容量の測定を終了することを特徴とする静電チャック評価方法。
【請求項５】
円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価方法において、
該第１の電極より面積が小さい複数の第２の電極を該誘電体の表面の所定位置に押し付け、該複数の第２の電極を順次選択し、選択した第２の電極と該第１の電極との間の静電容量を測定することを特徴とする静電チャック評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおいて半導体ウェハを吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価装置及びその評価方法に関し、特に、吸着力の面内分布を評価することができる静電チャック評価装置及びその評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいて、シリコンウェハ、ガリウム砒素ウェハ等の半導体ウェハは、静電チャック装置により所定の位置に位置決めされ、不純物ガスによるドーピングや、紫外線による露光、又はエッチング等が行われる。
【０００３】
図８は、一般的な静電チャック装置の概略構成を示す断面図である。静電チャック装置は、被吸着物であるシリコンウェハ３の外径よりやや大きな外径を有するアルミナ等の誘電体２と、誘電体２の表面下に設けられ、シリコンウェハ３とほぼ同じ外径を有する電極１と、電極１と接地間に接続される直流電源４とを有する。
【０００４】
このような静電チャック装置において、電極１に直流電源４から正又は負の電圧が印加されると、誘電体２の上に置かれたシリコンウェハ３と電極１の間に静電力が発生し、シリコンウェハ３は誘電体２の表面に吸着される。
【０００５】
ここで、シリコンウェハ３と電極１の間の静電容量をＣ、シリコンウェハ３と電極１の間の距離をｄ、直流電源４による印加電圧をＶとすると、シリコンウェハ３と誘電体２との間の吸着力Ｆは、
Ｆ＝（Ｃ／２ｄ）×Ｖ2  …  (1)
で表される。従って、距離ｄ及び印加電圧Ｖの値が既知の場合、静電容量Ｃを測定すればシリコンウェハ３と誘電体２の吸着力Ｆを求めることができる。
【０００６】
次に、従来の静電チャック評価装置により静電チャック装置の吸着力を評価する場合について説明する。図９は、従来の静電チャック評価装置により導体５と電極１の間の静電容量Ｃを測定する場合の説明図である。
【０００７】
従来の静電チャック評価装置は、被吸着物であるシリコンウェハ等と同じ形状寸法の導体５と、導体５と電極１の間の静電容量Ｃを測定するインピーダンス測定器６とを有する。そして、導体５は誘電体２の表面に押し当てられ、導体５及び電極１は導線７及び導線21によりインピーダンス測定器６に接続される。
【０００８】
このように接続された静電チャック評価装置は、インピーダンス測定器６により導体５と電極１の間のインピーダンスを測定し、そのインピーダンスから導体５と電極１の間の静電容量Ｃを算出する。なお、この静電容量Ｃは、シリコンウェハと電極１の間の静電容量Ｃに等しい。
【０００９】
このように従来の静電チャック評価装置は、導体５と電極１の間の静電容量Ｃを測定して上記の(1)により吸着力Ｆを計算し、その吸着力Ｆが、使用されるシリコンウェハ３に対して適正な大きさかどうかを評価していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
静電チャック装置の吸着力を評価する場合、シリコンウェハ３に対する吸着力の大きさを評価するだけではなく、吸着力がシリコンウェハ３の面内で均一か否かを評価することも重要である。
【００１１】
なぜなら、吸着力がシリコンウェハ３の面内で均一でなければ、シリコンウェハ３と誘電体２との摩擦力が減少し、半導体製造プロセスにおいてシリコンウェハ３の位置ずれを防止することができない。
【００１２】
また、半導体製造プロセスにおいてシリコンウェハ３の温度を制御する場合は、通常、静電チャック装置の誘電体２の下に温度制御用の熱源が設置されるが、吸着力が均一でなければ、シリコンウェハ３と誘電体２との接触状態が不均一になり、シリコンウェハ３の表面温度分布を均一にすることができない。
【００１３】
一方、半導体製造プロセスにおいて、シリコンウェハ３は種々の不純物ガスの雰囲気中で処理が行われる。従って、静電チャック装置の誘電体２表面にガス成分の膜が堆積したり、誘電体２表面がガス成分によりエッチングされ、誘電体２の厚さが変化する。このため、所定の期間毎に誘電体２の厚さを測定し、その厚さが所定の範囲外となった時点を、誘電体２の交換時期と判断しなければならない。
【００１４】
しかしながら、従来の静電チャック評価装置及び静電チャック評価方法は、シリコンウェハ３全体と電極１の間の静電容量だけを測定していたため、シリコンウェハ３全体と誘電体２の吸着力の大きさしか求めることができず、吸着力の面内分布を求めることができなかった。
【００１５】
また、シリコンウェハ３全体と電極１の間の静電容量だけを測定していたため、シリコンウェハ３と電極１の間の任意部分の静電容量を求めることができず、誘電体２の任意部分の厚さの変化を検出することができなかった。
【００１６】
そこで本発明の目的は、シリコンウェハと誘電体の吸着力の面内分布を測定することができると共に、誘電体の任意部分の厚さの変化を検出することができる静電チャック評価装置及びその評価方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価装置において、該第１の電極より面積が小さい第２の電極と、該第２の電極を該誘電体の表面で移動させ、該誘電体の表面の所定位置に押し付ける圧力印加機構と、該第１の電極と該第２の電極との間の静電容量を測定するインピーダンス測定手段とを有し、該第２の電極と該誘電体内の該第１の電極との間の静電容量を測定し、予め決められたすべての測定個所の静電容量を測定したか否かを判断し、すべての測定個所の静電容量を測定したと判断した場合静電容量の測定を終了するようにしたことを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本発明の静電チャック評価方法の一つの側面は、円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価方法において、該第１の電極より面積が小さい第２の電極を該誘電体の表面で移動させ、該誘電体の表面の所定位置に押し付け、該第１の電極と該第２の電極との間の静電容量を測定するに際し、該第２の電極と該誘電体内の該第１の電極との間の静電容量を測定し、予め決められたすべての測定個所の静電容量を測定したか否かを判断し、すべての測定個所の静電容量を測定したと判断した場合静電容量の測定を終了することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、第２の電極を誘電体の表面で移動させ、誘電体の表面の任意部分の静電容量を測定することができるので、誘電体の表面における静電容量の分布から、被吸着物と誘電体の吸着力の均一性を評価することができる。また、誘電体の表面における静電容量の分布から、誘電体の任意部分の厚さを検出することができ、誘電体の交換時期を正確に判断することができる。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価装置において、該第１の電極より面積が小さく、該誘電体の表面の所定位置に押し付けられる複数の第２の電極と、該複数の第２の電極を順次選択する選択手段と、該選択手段により選択された第２の電極と該第１の電極との間の静電容量を測定するインピーダンス測定手段とを有することを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本発明の静電チャック評価方法の別の側面は、円盤状の第１の電極と、該第１の電極を覆う誘電体とを有し、該第１の電極に電圧を印加することにより、該誘電体の表面に被吸着物を吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する静電チャック評価方法において、該第１の電極より面積が小さい複数の第２の電極を該誘電体の表面の所定位置に押し付け、該複数の第２の電極を順次選択し、選択した第２の電極と該第１の電極との間の静電容量を測定することを特徴とする。
【００２０】
上記の発明によれば、第２の電極を複数設置し、順次選択することにより、誘電体の静電容量の面内分布を高速に測定することができ、被吸着物と誘電体の吸着力の均一性を効率的かつ精度良く評価することができる。また、誘電体表面の複数個所の静電容量から、誘電体表面の複数個所の厚さを求めることができ、誘電体表面の厚さの部分的な変化を効率的かつ精度良く検出することができる。
【００２１】
更に、上記の発明の好ましい態様として、前記複数の第２の電極は、柔軟性を有する薄膜シートの表面に形成されることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、複数の第２の電極は、柔軟性を有する薄膜シートの表面に形成されるので、複数の第２の電極を誘電体に密着性よく押し当てることができ、誘電体の静電容量の面内分布を精度良く測定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２４】
図１は、本発明における第１の実施の形態の静電チャック評価装置により、静電チャック装置の吸着力を評価する場合の説明図である。本実施の形態の静電チャック評価装置は、微小導体８を誘電体２の表面で二次元的に移動できるので、誘電体２の表面の任意部分における静電容量を測定することができる。
【００２５】
本実施の形態の静電チャック評価装置は、図1に示すように、静電チャック装置の誘電体２の表面上を移動可能な金属板等の微小導体８（第２の電極）と、微小導体８を誘電体２の表面で二次元的に移動させると共に、微小導体８を誘電体２の表面に所定の荷重で押し付けるＸ−Ｙ移動機構付き圧力印加機構９と、導線７により微小導体８と接続され、導線21により誘電体２内の電極１（第１の電極、図示省略）と接続されるインピーダンス測定器６とを有する。
【００２６】
微小導体８は、シリコンウェハが１２インチ径の場合は、例えば大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍｔ程度のニッケル板であり、誘電体２の表面との密着性を良くするため、誘電体２の表面に例えば５００ｇ重以上の荷重で押し付けられる。
【００２７】
次に、本実施の形態の静電チャック評価装置により、誘電体２の複数個所の静電容量を測定する場合の動作を図２に示すフローチャートにより説明する。静電チャック評価装置では、通常、誘電体２の複数の測定個所で静電容量を測定し、前述の(1)式により吸着力を求めてその均一性を評価する。
【００２８】
本実施の形態の静電チャック評価装置では、まず、X-Y移動機構付き圧力印加機構９を、誘電体２における最初の測定個所に移動する（ステップＳ１）。次に、微小導体８をX-Y移動機構付き圧力印加機構９により誘電体２の表面に押し付ける（ステップＳ２）。そして、微小導体８と誘電体２内の電極１との間の静電容量を測定する（ステップＳ３）。
【００２９】
次に、予め決められたすべての測定個所の静電容量を測定したか否かを判断し（ステップＳ４）、すべての測定個所の静電容量を測定していなければ（Ｎｏ）ステップＳ１に移行し、他の測定個所の静電容量を測定する。一方、ステップＳ４で、すべての測定個所の静電容量を測定したと判断した場合（Ｙｅｓ）は、静電容量の測定を終了する。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、微小導体８は、X-Y移動機構付き圧力印加機構９により誘電体２の表面上を移動できるので、誘電体２表面の任意部分の静電容量を測定することができる。
【００３１】
従って、誘電体２表面の任意部分の静電容量から、上記の(1)式に従って誘電体２表面の任意部分の吸着力を計算することができ、シリコンウェハと誘電体２の吸着力の均一性を評価することができる。また、誘電体２表面の任意部分の静電容量から、誘電体２表面の任意部分の厚さを求めることができ、誘電体２表面の厚さの部分的な変化を検出することができる。
【００３２】
図３は、シリコンウェハ３の吸着力の均一性を評価するために、部分的な静電容量を測定する場合の測定位置を示す。シリコンウェハ３は、縦方向に(1)〜(10)の領域に分けられ、横方向にＡ、Ｂ、Ｃの領域に分けられる。そして、それぞれの領域の測定位置(1)〜(26)に対応する静電容量Ｃが測定される。図４は、図３の測定位置(1)〜(26)に対応する静電容量Ｃの測定例である。
【００３３】
このように本実施の形態によれば、微小導体８を誘電体２の表面で移動させ、誘電体２の表面の任意部分の静電容量を測定することができるので、誘電体２の表面における静電容量の分布により、シリコンウェハ３と誘電体２の吸着力の均一性を評価することができる。また、誘電体２の表面における静電容量の分布により、誘電体２の任意部分の厚さを検出することができ、誘電体２の交換時期を正確に判断することができる。
【００３４】
図５は、本発明の第２の実施の形態の静電チャック評価装置により、誘電体２表面の複数個所の静電容量を測定する場合の説明図である。本実施の形態では、誘電体２表面における複数の測定個所に複数の微小導体８を配置することにより、微小導体８を機械的に移動させることなく、静電容量の面内分布を測定することができる。
【００３５】
本実施の形態の静電チャック評価装置は、図５に示すように、静電チャック装置の誘電体２の表面に設置される複数の微小導体８（第２の電極）と、それぞれの微小導体８からの信号が供給される多チャンネル信号入力器10と、微小導体８と誘電体２内部の電極１（第１の電極、図示省略）の間の静電容量を測定するインピーダンス測定器６と、インピーダンス測定器６を制御する制御用コンピュータ11とを有する。なお、微小導体８は、シリコンウェハが１２インチ径の場合は、大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍｔ程度のニッケル板である。
【００３６】
それぞれの微小導体８は、誘電体２の表面に１つの微小導体８あたり例えば５００ｇ重以上の荷重で押し付けられ、導線22により多チャンネル信号入力器10の入力端子に接続される。また、多チャンネル信号入力器10の共通端子は、導線７によりインピーダンス測定器６に接続され、誘電体２内部の電極１は、導線21によりインピーダンス測定器６に接続される。なお、図５では、多チャンネル信号入力器10の入力端子及び導線22の一部を省略した。
【００３７】
本実施の形態のインピーダンス測定器６は、制御用コンピュータ11からの信号に基づき、多チャンネル信号入力器10の接続を順次切り換え、複数の微小導体８と誘電体２内の電極１との間の静電容量を測定する。
【００３８】
本実施の形態の静電チャック評価装置により、誘電体２の複数個所の静電容量を測定する場合の動作を図６に示すフローチャートにより説明する。本実施の形態では、まず、複数の微小導体８を誘電体２の表面に所定の圧力で押し付ける（ステップＳ１１）。次に、多チャンネル信号入力器10により微小導体８の１つを選択する（ステップＳ１２）。そして、微小導体８と誘電体２内の電極１との間の静電容量を測定する（ステップＳ１３）。
【００３９】
次に、予め決められたすべての測定個所の静電容量を測定したか否かを判断し（ステップＳ１４）、すべての測定個所の静電容量を測定していなければ（Ｎｏ）ステップＳ１２に移行し、他の測定個所の静電容量を測定する。一方、ステップＳ１４で、すべての測定個所の静電容量を測定したと判断した場合（Ｙｅｓ）は、静電容量の測定を終了する。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、微小導体８を複数設置し、多チャンネル信号入力器10の接続を順次切り換えることにより、誘電体２の静電容量の面内分布を高速に測定することができ、シリコンウェハと誘電体２の吸着力の均一性を効率的かつ精度良く評価することができる。また、誘電体２表面の複数個所の静電容量から、誘電体２表面の複数個所の厚さを求めることができ、誘電体２表面の部分的な厚さの変化を効率的かつ精度良く検出することができる。
【００４１】
図７（１）は、本発明の第３の実施の形態の静電チャック評価装置により、誘電体２の複数個所の静電容量を測定する場合の説明図である。また、図７（２）は図７（１）のＡ−Ａ部分の断面図である。
【００４２】
本実施の形態は、複数の金属薄膜28をポリイミド等の柔軟なシート24の表面に形成し、そのシート24を誘電体２の表面に所定の荷重で押し当てることにより、金属薄膜28と誘電体２の密着性を向上させ、静電容量の面内分布を精度良く測定するものである。
【００４３】
本実施の形態では、図７（１）に示すように、シリコンウェハとほぼ同じ大きさで、厚さが100〜500μｍ程度のポリイミドシート24の表面に、複数の金属薄膜28を形成する。金属薄膜28は、シリコンウェハが１２インチ径の場合は、２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の大きさである。
【００４４】
ポリイミドシート24は、図７（２）に示すように、誘電体２の上に載せられ、１つの金属薄膜28あたり例えば５００ｇ重以上の荷重で誘電体２に押し付けられる。それぞれの金属薄膜28は、導線23により多チャンネル信号入力器10の入力端子に接続される。また、多チャンネル信号入力器10の共通端子は導線７によりインピーダンス測定器６に接続され、誘電体２内部の電極１は導線21によりインピーダンス測定器６に接続される。また、インピーダンス測定器６は、制御用コンピュータ11に接続される。
【００４５】
本実施の形態のインピーダンス測定器６は、第２の実施の形態と同様に、制御用コンピュータ11からの信号に基づき、多チャンネル信号入力器10の接続を順次切り換え、それぞれの金属薄膜28と電極１との間の静電容量を測定する。なお、本実施の形態により静電容量を測定する場合のフローチャートは、図６に示した第２の実施の形態の場合と同様である。
【００４６】
このように本実施の形態は、複数の金属薄膜28をポリイミドシート24の表面に形成し、金属薄膜28を誘電体２に密着性よく押し当てることにより、誘電体２の静電容量の面内分布を高速かつ精度良く測定することができ、シリコンウェハと誘電体２の吸着力の均一性を高速かつ精度良く評価することができる。また、誘電体２表面の複数個所の静電容量から、誘電体２表面の複数個所の厚さを求めることができ、誘電体２表面の厚さの部分的な変化を高速かつ精度良く検出することができる。
【００４７】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００４８】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、微小導体を誘電体の表面で移動させ、誘電体の表面の任意部分の静電容量を測定することができるので、誘電体の表面における静電容量の分布から、被吸着物と誘電体の吸着力の均一性を評価することができる。また、誘電体の表面における静電容量の分布から、誘電体の任意部分の厚さを検出することができ、誘電体の交換時期を正確に判断することができる。
【００４９】
また、本発明によれば、微小導体を複数設置し、選択手段の接続を順次切り換えるので、誘電体の静電容量の面内分布を高速に測定することができ、被吸着物と誘電体の吸着力の均一性を効率的かつ精度良く評価することができる。また、誘電体表面の複数個所の静電容量から、誘電体表面の複数個所の厚さを求めることができ、誘電体表面の厚さの部分的な変化を効率的かつ精度良く検出することができる。
【００５０】
更に、本発明によれば、複数の微小導体は、柔軟性を有する薄膜シートの表面に形成されるので、複数の微小導体を誘電体に密着性よく押し当てることができ、誘電体の静電容量の面内分布を精度良く測定することができる。
【００５１】
なお、上記の実施の形態では、静電チャック装置がシリコンウェハを吸着する場合を示したが、本発明は、ガリウム砒素ウェハ等の他の半導体ウェハを吸着する静電チャック装置の吸着力を評価する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による静電容量測定の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による静電容量測定のフローチャートである。
【図３】シリコンウェハ上の測定位置の説明図である。
【図４】本実施の形態による静電容量の測定例である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による静電容量測定の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による静電容量測定のフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施の形態による静電容量測定の説明図である。
【図８】静電チャック装置の断面図である。
【図９  】従来の静電チャック評価装置における静電容量測定の説明図である。
【符号の説明】
２    誘電体
６    インピーダンス測定器
７,21  導線
８    微小導体
９    Ｘ−Ｙ移動機構付き圧力印加機構
10    多チャンネル信号入力器
11    制御用コンピュータ
24    ポリイミドシート
28    金属薄膜
【図１】
0003771766.tif 000002
【図２】
0003771766.tif 000003
【図３】
0003771766.tif 000004
【図４】
0003771766.tif 000005
【図５】
0003771766.tif 000006
【図６】
0003771766.tif 000007
【図７】
0003771766.tif 000008
【図８】
0003771766.tif 000009
【図９】
0003771766.tif 000010