JP2013234907A

JP2013234907A - 表面電位測定装置

Info

Publication number: JP2013234907A
Application number: JP2012107301A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Fujii; 佳詞藤井
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: JP6034592B2

Abstract

【課題】真空中に存する測定対象物の表面電位を効果的に測定することができるようにした表面電位測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の表面電位測定装置は、真空隔壁ＴＣ１に設けられる、電界によって誘電分極するガラス等の絶縁性部材３と、この絶縁性部材３を介して、真空隔壁ＴＣ１内側に存する測定対象物Ｗ，１３に対峙するセンサ部４１を有する表面電位計４とを備える。センサ部４１により測定対象物Ｗの表面電位を測定するとき、絶縁性部材３表面の帯電を無効にするキャンセル手段を更に備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面電位測定装置に関し、より詳しくは、真空隔壁越しにこの真空隔壁内側に存する測定対象物の表面電位を測定することができるものに関する。

半導体装置の製造工程においては、シリコンウエハ等の処理すべき基板に対して成膜処理やエッチング処理などの各種の処理を真空雰囲気で一貫して行うことがある。このような処理を行う真空処理装置として、搬送ロボットを配置した中央の搬送室を囲うようにして、基板の搬出、搬入を行うロードロック室と複数の処理室とを配置し、搬送ロボットによりロードロック室に投入した基板を各処理室にまたは各処理室の相互間で基板を搬送するように構成したもの（所謂、クラスターツール）が知られている。

ここで、上記真空処理装置を用いて基板に各種処理を施す際、各処理室内で行われる処理によって基板自体が帯電したり、また、搬送ロボットのロボットハンド等の装置の構成部品が帯電する場合があり、基板が帯電すると、基板の円滑な搬送を妨げたり、基板自体にダメージを与えたりすることがある。例えば、基板や搬送ロボットのロボットハンドの帯電により基板がロボットハンドに貼り付くことがある。基板の貼り付きに起因して搬送異常が発生（基板の割れ等）すると、真空処理装置での生産を停止し、メンテナンス（基板の回収、処理室内のクリーニング）する必要が生じ、量産性を著しく損なう。このため、基板や構成部品の表面電位が、上記搬送異常に至る電位となっていないかを常に監視し、如何に搬送異常の発生を未然に防ぐかが重要となる。

以上のことから、表面電位計を用いて、帯電し得る基板や構成部品の電位を常に測定しておくことが考えられる（例えば、特許文献１参照）。然し、このような表面電位計のセンサ部を、放出ガスの影響を受ける真空雰囲気中の処理室内や、処理によっては高温になったり、または、プラズマ放電させたりしている処理室内に設置することは事実上できない。そこで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、測定対象物と表面電位計のセンサ部との間のインピーダンスを大気雰囲気で校正し、測定対象物とセンサ部間にガラスなどの電界によって誘電分極する高抵抗の絶縁性部材を介在させて測定すれば、表面電位計での測定値は変化するものの、表面電位の有無が測定できることの知見を得た。そして、測定値は、ガラスの表面電位のからの電界が複合した形でセンサ部に到達することで変化、つまり、絶縁性部材の帯電の影響で変化することを見出した。

特開平８−９７１２１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、真空中に存する測定対象物の表面電位を効果的に測定することができるようにした表面電位測定装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の表面電位測定装置は、真空隔壁に設けられる、電界によって誘電分極する絶縁性部材と、この絶縁性部材を介して、真空隔壁内側に存する測定対象物に対峙するセンサ部を有する表面電位計とを備え、このセンサ部により測定対象物の表面電位を測定するとき、絶縁性部材表面の帯電を無効にするキャンセル手段を更に備えたことを特徴とする。

本発明によれば、真空隔壁に設けた絶縁性部材の外側（大気側）に表面電位計のセンサ部を配置し、このセンサ部に対峙する真空隔壁内側（例えば、真空雰囲気中）に測定対象物を位置させる。そして、表面電位計により測定対象物表面の帯電電位を測定する。このとき、キャンセル手段により絶縁性部材表面の帯電（の影響）を無効にするため、測定対象物の表面電位を効果的に測定することが可能になる。ここで、大気から１０^−２Ｐａまでの圧力領域において、基板や構成部品などの帯電が問題になる場合、その帯電量によらず、例えばイオナイザーを絶えず稼働させて除電することができるため、表面電位計にて基板や構成部品などの表面電位を常時監視する必要性は乏しい。それに対して、従来、効果的な除電方法が確立されていない１０^−２Ｐａより低い圧力では、本発明を適用して、基板や構成部品などの帯電を監視すれば、帯電量が所定の量を超えるプロセスや基板においては、搬送トラブルに至る前にその可能性を予測することができる。そして、所定の帯電量を超える場合には所定の帯電量以下になるまで搬送を停止したり、既知の除電処理を実施して所定の帯電量以下になっていることを確認することができ、有利である。

本発明において、キャンセル手段は、測定対象物が存在しない状態で絶縁性部材越しに（実質的に絶縁性部材表面の）電界を測定したときの比較値と、測定対象物が存する状態で絶縁性部材越しに（実質的に測定対象物表面と絶縁性部材表面との電界が複合した）電界を測定したときの実測値との差から、測定対象物の電界のみを選択的に測定する構成とすれば、絶縁性部材表面の帯電を実質的に無効にして表面電位の測定が可能となる。

また、本発明において、キャンセル手段は、測定対象物の表面電位の測定に先立って、絶縁性部材表面を除電する除電装置とし、測定対象物の電界のみを選択的に測定する構成とすれば、絶縁性部材表面の帯電を物理的に無効にした状態で表面電位の測定が可能となる。

更に、本発明において、キャンセル手段は、センサ部に対して測定対象物を近接または離間するように移動させる移動手段を備え、測定対象物をセンサ部に向けて近接させたときの距離と測定値の変化から絶縁性部材表面の帯電を実質的に無効にしてもよい。ここで、ガラスなどの表面電位は、その高抵抗な特性によって表面電位の低下が遅いため、ガラスの表面電位の変化に対して、速い速度で上記可動部を動作させて測定値の差分値を取れば、ガラスの表面電位の変化の影響をなくして表面電位の測定が可能となる。

なお、センサ部が振動容量式のものであり、真空隔壁に着脱自在に装着されている場合、真空隔壁の振動を測定する振動測定装置を備え、この振動測定装置で測定した測定値が所定の範囲を超えると、表面電位の測定を無効するように構成することが好ましい。

（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の表面電位測定装置を組み込んだ真空処理装置の構成を模式的に示す図。センサ部の取付を拡大して説明する図。本発明の効果を示す実験結果のグラフ。

以下、図面を参照して、測定対象物をロボットハンドまたはガラスやシリコンウエハ等の基板とし、この測定対象物が真空処理装置内に存する状態でその表面電位を測定する場合を例に基板電位測定装置の実施形態について説明する。なお、以下において、図１（Ｂ）を基準に、上、下等の方向を示す用語を用いるものとする。

図１を参照して、Ｍは、真空処理装置であり、真空処理装置Ｍは、公知の構造を有する搬送ロボット１を備えた中央の搬送室ＴＣを備え、この搬送室ＴＣを囲うようにして、測定対象物たる基板Ｗの搬出、搬入を行うロードロック室Ｌ１，Ｌ２と４個の処理室Ａ〜ＤとがゲートバルブＧＶを介して配置されている。搬送室ＴＣ、ロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び４個の処理室Ａ〜Ｄには、図外の真空ポンプが接続され、その内部を所定圧力に減圧、保持できるようにしている。また、ロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び各処理室Ａ〜Ｄの内部には、基板Ｗの受け渡しを行う基板ステージＳｔが夫々設けられている。

搬送ロボット１は、例えば、フロッグレッグ式のものであり、図外のモータで夫々回転駆動される、同心に配置された回転軸１１ａ，１１ｂと、両回転軸１１ａ，１１ｂに夫々連結されたロボットアーム１２ａ，１２ｂと、両ロボットアーム１２ａ、１２ｂの先端に図示省略のギアボックスを介して連結されたロボットハンド１３とで構成され、両回転軸１１ａ，１１ｂの回転角を適宜選択することで、ロボットアーム１２ａ，１２ｂが旋回または伸縮する。また、回転軸１１ａ，１１ｂには昇降機構１４が設けられ、ロボットハンド１３を搬送室ＴＣまたは処理室Ａ〜Ｄ内で上下動させることができるようにしている。ロボットハンド１３としては、基板Ｗを載置して保持することができるものであれば、特に制限されるものではなく、例えばアルミナ製で平面視フォーク状の輪郭を持つフィンガー部を有するものが利用できる。なお、本実施形態では、旋回方向に１８０度の間隔で２個のロボットハンド１３を備えたものを例としているが、搬送ロボット１は上記に限定されるものではなく、例えばスカラ型のものでもよい。そして、搬送ロボット１及びゲートバルブＧＶの作動、真空ポンプの作動や、処理室等内に存する構成部品の作動が、ＣＰＵやメモリー等を備えた制御手段２により統括して制御されるようにしている。

ところで、上記真空処理装置Ｍを用いて基板Ｗに各種処理を施す際、処理室Ａ〜Ｄ内で行われる処理によって基板Ｗ自体が帯電したり、また、アルミナ製のロボットハンド１３が帯電する場合があり、基板Ｗやロボットハンド１３が帯電すると、基板Ｗとロボットハンド１３とが貼り付き、搬送異常が発生することがある。このため、基板Ｗやロボットハンド１３の表面電位が、搬送異常に至る電位となっていないかを常に監視することが好ましい。

そこで、搬送室ＴＣのロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び各処理室Ａ〜Ｄとの連結箇所付近であって、搬送室ＴＣを画成する上隔壁ＴＣ１に、電界によって誘電分極する絶縁性部材３を設けると共に、絶縁性部材３の上方に表面電位計４のセンサ部４１を配置することとした。絶縁性部材３としては、ガラス、石英またはアルミナ等のセラミックス製のものを用いることができ、本実施形態では、絶縁性部材３として、透明なガラス製のものを用い、上隔壁ＴＣ１に開設した透孔の段差部ＴＣ２にＯリング５を介してセットした後、その上方から上隔壁ＴＣ１にねじＢによりねじ止めされる金属製で平面視環状の押え板６で固定され、絶縁性部材３が覗き窓としての役割も果たすようにしている。なお、絶縁性部材３の位置は、上記に限定されるものではなく、測定対象物Ｗ，１３がセンサ部４１直下を横切る箇所であればよい。

表面電位計４は、絶縁性部材３上面及び下面、並びに、基板Ｗまたはロボットハンド１３のセンサ部４１との対向面たる上側表面の電荷によって生ずる電界を検出してその表面電位を測定するものである。表面電位計４のセンサ部４１は、絶縁性部材３からの距離が一定になるように押え板６で保持させたフレーム７に取り付けられている。この場合、センサ部４１の下端が、押え板６の内径と比較して、センサ部４１の下端と絶縁性部材３上面との間の距離より小さくなる範囲であり、かつ、センサ部４１の下端と絶縁性部材３との間の距離が、押え板６の内径の２倍よりも小さくなるように設置され、これにより、効果的に電荷によって生ずる電界を検出することができる。なお、表面電位計４としては、振動容量式のもの等、公知の構造を備えるものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、表面電位計４にて電位を測定するのに先立っては、例えば測定対象物Ｗ，１３に既知の電圧を適宜与えて正確な電位検出が可能になるように予め校正が行われる。以下、測定対象物をロボットハンド１３とした場合の表面電位計４による電位測定を説明する。

先ず、搬送室ＴＣを所定真空度に真空引きした後、絶縁性部材３を臨むセンサ部４１直下の位置にロボットハンド１３が存在しない状態で、絶縁性部材３越しにこの絶縁性部材３を透過する電界を測定する。この測定した値を制御手段２に出力し、比較値とする。次に、絶縁性部材３を臨むセンサ部４１直下の位置にロボットハンド１３を水平移動してこのセンサ部４１に対峙させ、ロボットハンド１３が存する状態で絶縁性部材３越しに測定対象物表面と絶縁性部材表面との電界が複合したものを測定し、この測定した値を制御手段２に出力し、実測値とする。そして、制御手段２により比較値と実測値との差を求め、この差が実質的にロボットハンド１３の電界のみの値となり、この値からロボットハンド１３の表面電位が測定され、例えば制御手段２に付設した図外のディスプレイ等に表示できるようになっている。この場合、制御手段２により比較値と実測値との差を求める処理が本実施形態のキャンセル手段を構成し、絶縁性部材３表面の帯電を実質的に無効にして表面電位の測定が可能となる。

上記実施形態によれば、キャンセル手段により絶縁性部材３表面の帯電を無効にしてロボットハンド１３の電界のみを選択的に測定することで、ロボットハンド１３の表面電位を効果的に測定することが可能になる。なお、測定した表面電位が、基板Ｗの貼り付き等の搬送異常が発生し得る表面電位であった場合、公知の方法で除電すれば、搬送異常の発生を未然に防止できる。このような除電としては、例えば、搬送室ＴＣに図外の除電室を連結しておき、例えば、基板Ｗの除電に際しては、除電室に基板Ｗを一旦搬送し、この除電室に所定ガスを導入して室内圧力を１０^−２Ｐａ以上にした後、基板Ｗに対してＵＶ照射して基板Ｗの除電を行うことが挙げられる。

次に、本発明の効果を確認するために次の実験を行った。表面電位計４としてＳＭＣ社製のものを用い、センサ部４１を、ガラス製の絶縁性部材３の中心線上に位置させ、その下端と絶縁性部材３との間隔を１０ｍｍに設定して配置した。なお、表面電位計４は、予め大気中で適宜校正した。そして、搬送室ＴＣの圧力が１０^−４Ｐａの状態で、センサ部４１を臨む絶縁性部材３直下に対してロボットハンド１３を進退させ、センサ部４１直下の位置を絶縁性部材３越しにその表面電位を測定し、その結果を図３に示す。

これによれば、絶縁性部材３を臨むセンサ部４１直下の位置にロボットハンド１３が存在しない状態では、約１０Ｖ程度の電位であり、これが絶縁性部材３表面の電位である。そして、センサ部４１直下の位置までロボットハンド１３を移動すると、約２５Ｖまで表面電位が上昇し、次第に真空雰囲気下で放電することで電圧降下する。次に、ロボットハンド１３をセンサ部４１直下の位置から退避させると、更に約５Ｖまで電圧降下し、これが、そのときの絶縁性部材３の表面電位となる。そして、センサ部４１直下の位置にロボットハンド１３を再度移動すると、約２０Ｖまで表面電位が上昇する。以上より、センサ部４１直下の位置でのロボットハンド１３の有無による電位差（ｄ１、ｄ２）がロボットハンド１３の電位を示すことが確認される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、所謂クラスターツールの真空処理装置Ｍにて基板Ｗやロボットハンド１３の表面電位を測定する場合を例に説明したが、測定対象物や真空処理装置の形態は上記のものに限定されるものではなく、例えばインライン式の真空処理装置において基板を搬送するキャリアの表面電位を測定するような場合に本発明を適用することができる。また、上記真空処理装置Ｍでは、例えばゲートバルブＧＶの開閉を行うような場合には装置の振動が大きい。このため、センサ部４１が振動容量式のものであり、真空隔壁に着脱自在に装着されている場合、真空隔壁の振動を測定する、加速度センサ等の振動測定装置を設け、この振動測定装置で測定した測定値が所定の範囲を超えると、表面電位の測定を無効にしたり、ゲートバルブＧＶ等の振動発生部品が静止した状態で測定するように構成することが好ましい。

また、上記実施形態では、キャンセル手段として制御手段２で処理を行うものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、キャンセル手段を、測定対象物Ｗ，１３の表面電位の測定に先立って、絶縁性部材３表面を除電する除電装置とし、この除電装置により絶縁性部材２表面の帯電を物理的に無効にした状態で表面電位を測定するようにしてもよい。この場合、除電装置としては、公知の構造を有するイオナイザーを用いることができ、図２中に仮想線で示すように、イオナイザー８を押え板６で保持させたフレーム８１に取り付けておけばよい。なお、除電装置としては、定期的にアルコールをスプレーする塗布装置や、紫外線を照射する紫外線照射装置などを用いることもできる。

また、測定対象物たるロボットハンド１３とセンサ部４１との距離を、装置設計上のセンサ位置とロボットハンド１３の位置情報から求め、予め上記距離とロボットハンド１３の電位の関係を求めた関係式に代入することによって、１条件目の表面電位を求めた後、ロボットハンド１３を高さ方向に動作させて同様に高さ情報を関係式に代入することで、２条件目の表面電位を求め、発生した差分値からガラスの帯電量としてもよい。この場合、センサ部４１に対してロボットハンド１３を絶縁性部材３に対して近接または離間するように移動させる昇降手段（移動手段）１４がキャンセル手段の一部をなし、ロボットハンド１３をセンサ部４１に向けて近接させたときの測定値の変化から絶縁性部材３表面の帯電が実質的に無効にできる。なお、ガラスなどの表面電位は、その高抵抗な特性によって表面電位の低下が遅いため、ガラスの表面電位の変化に対して、速い速度で上記可動部を動作させて測定値の差分値を取れば、ガラスの表面電位の変化の影響をなくして表面電位の測定が可能となる。

Ｗ…基板（測定対象物）、１３…ロボットハンド（測定対象物）、１４…昇降手段（キャンセル手段）、２…制御手段（キャンセル手段）、３…絶縁性部材（ガラス窓）、４…表面電位計、８…イオナイザー（キャンセル手段）、Ｍ…真空処理装置、ＴＣ…搬送室、ＴＣ１…上隔壁（真空隔壁）。

Claims

真空隔壁に設けられる、電界によって誘電分極する絶縁性部材と、この絶縁性部材を介して、真空隔壁内側に存する測定対象物に対峙するセンサ部を有する表面電位計とを備え、このセンサ部により測定対象物の表面電位を測定するとき、絶縁性部材表面の帯電を無効にするキャンセル手段を更に備えたことを特徴とする表面電位測定装置。
前記キャンセル手段は、測定対象物が存在しない状態で絶縁性部材越しに電界を測定したときの比較値と、測定対象物が存する状態で絶縁性部材越しに電界を測定したときの実測値との差から、絶縁性部材表面の帯電を無効にすることを特徴とする請求項１記載の表面電位測定装置。
前記キャンセル手段は、測定対象物の表面電位の測定に先立って、絶縁性部材表面を除電する除電装置であることを特徴とする請求項１記載の表面電位測定装置。
前記キャンセル手段は、センサ部に対して測定対象物を近接または離間するように移動させる移動手段を備え、測定対象物をセンサ部に向けて近接させたときの距離と測定値の変化から絶縁性部材表面の帯電を実質的に無効にすることを特徴とする請求項１記載の表面電位測定装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面電位測定装置であって、前記センサ部が振動容量式のものであり、真空隔壁に着脱自在に装着されているものにおいて、
真空隔壁の振動を測定する振動測定装置を備え、この振動測定装置で測定した測定値が所定の範囲を超えると、表面電位の測定を無効するように構成したことを特徴とする表面電位測定装置。