JP4193264B2

JP4193264B2 - 監視回路付基板保持装置

Info

Publication number: JP4193264B2
Application number: JP02742399A
Authority: JP
Inventors: 修也石田
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2019-02-04
Also published as: JP2000228440A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば真空中で基板（例えば半導体ウェーハ）にイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置等に用いられるものであって、基板を保持する基板保持装置に関し、より具体的には、基板の保持力不足状態を検出する監視回路付の基板保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の基板保持装置の一例として、静電気によって基板を吸着保持する静電チャックを有する基板保持装置が、従来から種々提案されている。例えば、特開平６−３３４０２４号公報参照。
【０００３】
基板保持装置において、仮に基板の保持力不足状態が発生すると、基板保持装置から基板がずれたり脱落したりする等の問題が生じるので、保持力不足状態を速やかに検出することが望ましい。
【０００４】
静電チャック上の基板の吸着状態を、基板と静電チャックの電極との間の静電容量の大小によって検出する技術が、従来から提案されている。例えば、特開平４−２１６６５０号公報参照。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
基板と静電チャックとの間の静電容量の大小によって基板の吸着状態を検出する技術は、他の方法、例えば基板を機械的に引っ張り上げてロードセルによって保持力を測定する方法等と違って、実際のイオン注入装置等において真空を破らずにそのまま検出することができるという利点を有している。
【０００６】
しかしながら、基板と静電チャックとの間の静電容量の大小を単に測定する従来の技術では、種々実験したところ、静電チャック上に基板が有るけれども吸着力が不足している状態と、静電チャックに基板が正常に吸着されている状態との間では静電容量の差が殆ど生じないため、基板の吸着力不足状態を正確に検出することができないことが確かめられた。
【０００７】
そこでこの発明は、基板と基板保持装置との間の静電容量を測定する技術を用いて、しかも基板の保持力不足状態を正確に検出することのできる監視回路付基板保持装置を提供することを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の監視回路付基板保持装置は、基板を保持するものであって保持した基板の表裏方向へ移動させられる基板保持装置と、この基板保持装置に保持された基板と当該基板保持装置との間の静電容量を測定する静電容量測定器と、前記基板保持装置が基板の表面方向へ移動しているときの減速時または基板の裏面方向へ移動を開始するときの加速時に、前記静電容量測定器で測定した静電容量を所定の基準値と比較して、前者が後者よりも小さいときに保持力不足を表す信号を出力する比較回路とを備えることを特徴としている。
【０００９】
基板保持装置は、基板の処理や交換等のために、保持した基板の表裏方向へ移動させられる場合が多い。この発明は、この点に着目して、基板保持装置の上記移動を、基板の保持力不足状態の検出に利用するものである。
【００１０】
即ち、基板保持装置が基板の表面方向へ移動しているときの減速時、または基板保持装置が基板の裏面方向へ移動を開始するときの加速時には、基板の慣性によって、基板にはそれを基板保持装置から引き離す（剥がす）力が働く。この時、基板の保持力が不足していると、基板があたかも浮くような状態になって、基板と基板保持装置との間の隙間が一時的に増大するので、基板と基板保持装置との間の静電容量の値は大きく低下する。
【００１１】
上記比較回路は、この静電容量の値が大きく低下する時に、当該静電容量を所定の基準値と比較して前者（静電容量）が後者（基準値）よりも小さい時に保持力不足を表す信号を出力するものであり、これによって、基板の保持力不足状態を正確に検出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図３は、イオン注入装置の一例を部分的に示す平面図である。なお、これと同様のイオン注入装置が、例えば特公平７−７０２９８号公報に記載されている。
【００１３】
このイオン注入装置は、図示しない真空排気装置によって真空排気される注入室６内に、Ｘ方向（例えば水平方向）に電気的に（即ち電界または磁界によって）走査されたイオンビーム２が導入されるよう構成されている。この注入室６の左右に、この例では、二つの互いに同一構造の駆動装置１０が設けられている。但し、駆動装置１０は一つの場合もある。
【００１４】
各駆動装置１０は、基板（例えば半導体ウェーハ）４を保持する基板保持装置８を支えるアーム２０と、このアーム２０を矢印Ｂのように左右に回転させるモータ１８と、主軸１４およびそれに取り付けたモータ１８等を矢印Ａのように左右に回転させるモータ１６とを備えている。モータ１６および１８は、この例では可逆転式のダイレクトドライブモータである。
【００１５】
モータ１６によって主軸１４を矢印Ａのように回転させて、その先にアーム２０等を介して取り付けられた基板保持装置８を、基板４の処理（例えばイオン注入）のための起立状態（図中右側の基板保持装置８参照）と、基板４のハンドリング（例えば交換）のための水平状態（図中左側の基板保持装置８参照）とに移動させることができる。そして起立状態で、モータ１８を矢印Ｂのように正逆転させてアーム２０を揺動回転させると、アーム２０の先端部に取り付けられた基板保持装置８は、そこに保持した基板４をイオンビーム２に向けた状態で、円弧を描くような形で、前記Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向（例えば垂直方向）に機械的に走査される。それによって、基板４の全面にイオンビーム２を照射してイオン注入を行うことができる。駆動装置１０の上記のような動作の制御は、制御装置２４によって行われる。
【００１６】
上記基板保持装置８は、例えば図１に示す例のように、基板４を静電気によって吸着保持する静電チャック３０と、この静電チャック３０を支持する支持体３８とを有している。
【００１７】
静電チャック３０は、この例では、双極型と呼ばれるものであり、例えばセラミックス、ゴム状弾性体等から成る絶縁物３２の表面近くに、二つの電極３４および３６を設けた構造をしている。両電極３４および３６は、例えば、共に半円形をしていて両者が相対向して円形を成すように絶縁物３２内に埋め込まれている。この静電チャック３０（具体的にはその電極３４および３６）には、吸着電源４０から吸着用の電圧が印加される。但し、静電チャック３０は、後述するように電極が一つの単極型でも良い。電極の形状も、半円形、円形等に限定されない。
【００１８】
この基板保持装置８は、例えば、上述した起立状態に移るときに、保持した基板８の表面方向（例えば大地に対して上昇方向）Ｊへ移動させられ、水平状態に移るときに、保持した基板８の裏面方向（例えば大地に対して下降方向）Ｋへ移動させられる。
【００１９】
図１に示す監視回路付基板保持装置は、上記のような基板保持装置８と、この基板保持装置８に保持された基板４と当該基板保持装置８との間の静電容量Ｃを測定する静電容量測定器４２と、基板保持装置８が基板４の表面方向Ｊへ移動しているときの減速時または基板４の裏面方向Ｋへ移動を開始するときの加速時に、静電容量測定器４２で測定した静電容量Ｃを所定の基準値Ｒと比較して、前者Ｃが後者Ｒよりも小さい（即ちＣ＜Ｒ）ときに保持力不足を表す信号Ｓ₂を出力する比較回路４４とを備えている。
【００２０】
静電容量測定器４２は、この例では、静電チャック３０の二つの電極３４、３６間に接続されている。各電極３４、３６とその上の基板４との間には、静電容量Ｃ₁、Ｃ₂がそれぞれ存在する。両静電容量Ｃ₁およびＣ₂は、基板４を経由して実質的に互いに直列接続されていると考えることができるので、静電容量測定器４２は、この例では、この静電容量Ｃ₁およびＣ₂の合成（実質的に直列）の静電容量を測定することができる。
【００２１】
静電チャック３０が一つの電極を有する場合は、基板４に（例えばその裏面に）適当な導通手段（例えば図２に示すような電極ピン５８）を当接させ、この導通手段と静電チャック３０の電極との間に上記静電容量測定器４２を接続して、基板４と静電チャック３０の電極との間の静電容量を測定するようにしても良い。
【００２２】
比較回路４４は、上述したように、基板保持装置８が、▲１▼基板４の表面方向Ｊへ移動しているときの減速時、または▲２▼基板４の裏面方向Ｋへ移動を開始するときの加速時に、上記比較を行う。この▲１▼の減速時の典型例は、移動している基板保持装置８が停止する時である。▲２▼の加速時の典型例は、停止している基板保持装置８が動き始める時である。
【００２３】
比較回路４４において上記のような▲１▼減速時または▲２▼加速時のタイミングで比較を行わせるためには、例えば、基板保持装置８を含む前述した駆動装置１０の動きを制御する図３に示した制御装置２４から、上記▲１▼または▲２▼のタイミングで信号Ｓ₁を出力させ、この信号Ｓ₁によって比較回路４４を能動化させるようにすれば良い。あるいは、この信号Ｓ₁によって、静電容量測定器４２および比較回路４４の少なくとも一方を能動化させるようにしても良い。
【００２４】
比較回路４４に設定する上記基準値Ｒは、例えば、静電チャック３０による吸着保持力が正常であり、かつ基板４に慣性力を加えないときに、具体的には基板保持装置８の停止中に、静電容量測定器４２によって測定した静電容量Ｃの値の１／２程度に設定しておけば良い。
【００２５】
上記▲１▼または▲２▼のタイミング、即ち基板保持装置８が基板４の表面方向Ｊへ移動しているときの減速時、または基板保持装置８が基板４の裏面方向Ｋへ移動を開始するときの加速時には、基板４の慣性によって、基板４にはそれを基板保持装置８から引き離す（剥がす）力が働く。この時、万一、基板保持装置８による基板４の保持力が不足していると、基板４があたかも基板保持装置８から浮くような状態になって、基板４と基板保持装置８（より具体的にはその静電チャック３０）との間の隙間が一時的に増大するので、静電容量測定器４２で測定する、基板４と基板保持装置８との間の静電容量Ｃの値は大きく低下する。
【００２６】
例えば、上記▲１▼または▲２▼のタイミングで、基板保持装置８上の基板４には最大で３Ｇ（Ｇは重力加速度）程度の力が加わる場合がある。このような状況下において、例えば８インチの基板４に対する静電チャック３０の吸着力の標準値が仮に３００ｇｗであるとすると、基板４が３Ｇの力を受けたとき、基板４はその質量を例えば５３ｇとすると、５３ｇ×３Ｇ＝１５９ｇｗの慣性力を受ける。このような力を受けても、正常ならば静電チャック３０の吸着力がそれを上回るので、基板４が静電チャック３０から剥がされて脱落したりずれたりすることはないけれども、何らかの原因で静電チャック３０の吸着力が低下していると、基板４が静電チャック３０から剥がされることが起こり得る。このとき、静電容量測定器４２で測定する静電容量Ｃは、正常時の例えば１０％程度にまで低下する場合がある。
【００２７】
比較回路４４は、この静電容量Ｃの値が大きく低下する時に、当該静電容量Ｃを上記基準値Ｒと比較して前者（静電容量Ｃ）が後者（基準値Ｒ）よりも小さいときに保持力不足を表す信号Ｓ₂を出力する。これによって、基板４の保持力不足状態を正確に検出することができる。
【００２８】
しかもこの監視回路付基板保持装置は、基板保持装置８上の基板４の保持状態を、基板４と基板保持装置８との間の静電容量Ｃの大小によって検出するものであるので、前述したように、他の方法、例えば基板４を機械的に引っ張り上げてロードセルによって保持力を測定する方法等と違って、実際のイオン注入装置等において真空を破らずにそのままで検出することができるという利点をも有している。
【００２９】
基板保持装置８は、上記例のような静電チャック３０を用いたものに限らず、例えば図２に示す例のように、支持体５０上に基板４を、その周縁部を基板押さえ５４によって機械的に（図中の矢印Ｆはその機械力を示す）押さえ付けて保持する構造のもの等でも良い。この構造は、メカニカルクランプ方式と呼ばれる。この基板保持装置８も、前述した表面方向Ｊおよび裏面方向Ｋに移動させられる。支持体５０と基板４との間には、通常は両者間の熱伝達を良くするために、シリコーンゴム等から成るゴム状弾性体５２が挟まれて（介在させて）おり、基板４とその下の支持体５０または後述する電極５６との間には静電容量が生じている。
【００３０】
上記静電容量測定器４２は、このようなメカニカルクランプ方式の基板保持装置８に保持された基板４と当該基板保持装置８との間の静電容量Ｃを測定し、前述した比較回路４４に与える。それ以外は、図１の例の場合と同様である。
【００３１】
上記静電容量Ｃの測定は、より具体的には、例えば図２に示す例のように、ゴム状弾性体５２内に電極５６を埋め込んでおき、かつ保持した基板４に（例えばその裏面に）当接する電極ピン５８を設けておき、この電極５６と電極ピン５８との間に静電容量測定器４２を接続して、電極５６と基板４との間の静電容量を測定しても良い。あるいは、電極５６を設けずに、金属製の支持体５０を電極として兼用して、この支持体５０と基板４との間の静電容量Ｃを静電容量測定器４２によって測定するようにしても良い。
【００３２】
この図２の例のようなメカニカルクランプ方式の場合も、何らかの原因で、基板押さえ５４によって基板４を押さえ付ける力Ｆが、即ち基板４の保持力が不足していると、図１の例の場合と同様、▲１▼基板保持装置８が基板４の表面方向Ｊへ移動しているときの減速時、または▲２▼基板保持装置８が基板４の裏面方向Ｋへ移動を開始するときの加速時に、基板４の慣性によって、基板４にそれを基板保持装置８から引き離す力が働き、この時、静電容量測定器４２で測定する静電容量Ｃが大きく低下するので、比較回路４４から保持力不足を表す信号Ｓ₂が出力される。これによって、基板４の保持力不足状態を正確に検出することができる。
【００３３】
もっとも、静電チャック３０を用いた基板保持装置８の方が、その吸着電源４０の動作不良や出力不足等によって、保持力（吸着力）不足状態が起こる可能性がメカニカルクランプ方式よりは高いので、上記のような監視回路を採用する効果はより高い。
【００３４】
なお、上記のようにして基板保持装置８上の基板４の保持力不足状態を検出することは、それによって例えば、それ以降の処理を速やかに中断して不良処理が続出することを未然に防止すること等が可能であり、非常に有意義である。
【００３５】
上記基板保持装置８を基板４の表裏方向Ｊ、Ｋへ移動させる手段は、図３に示した駆動装置１０のようなものに限られるものではない。例えば、図４に示す駆動装置１０のように、基板４を上面に保持する基板保持装置８を、上下方向Ｈに直線的に駆動（移動）するもの等でも良い。この駆動装置１０は、特開平１０−１２５６１３号公報に記載されているのと同様のものであり、基板保持装置８を支持する軸１１と、この軸１１を上下方向Ｈに往復直線駆動する直線駆動部１２と、軸１１が真空容器７を貫通する部分を真空シールする機能を有する軸受部１３とを備えている。直線駆動部１２は、例えば、モータとギヤとを組み合わせた機構や、シリンダ等から成る。
【００３６】
また、基板４を保持した基板保持装置８の移動方向は、必ずしも上記例のように基板４の表面に対して直角の表裏方向に移動させる場合に限られるものではなく、基板４の表面に対して斜めの表裏方向に移動させる場合でも良い。例えば、図５に示す例のように、基板４を保持した基板保持装置８を、垂直方向からある角度θ（≠０）だけ傾けた状態で上下方向Ｈに移動させる場合でも良い。この場合も、基板保持装置８の上下方向Ｈの移動によって、基板保持装置８を基板４の表裏方向へ移動させる成分の力が生じるので、基板保持装置８の保持力が不足していると、基板保持装置８と基板４との間の静電容量Ｃが変化（低下）するからである。
【００３７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、基板保持装置の前述したような移動を基板の保持力不足状態の検出に利用するものであり、基板の保持力が不足していると、基板保持装置の前述したような加減速時に基板と基板保持装置との間の静電容量の値が大きく低下し、それを比較回路で検出するようにしているので、基板の保持力不足状態を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る監視回路付基板保持装置の一例を示す図である。
【図２】この発明に係る監視回路付基板保持装置の他の例を示す図である。
【図３】イオン注入装置の一例を部分的に示す平面図である。
【図４】基板保持装置を駆動する機構の他の例を示す概略図である。
【図５】基板保持装置を駆動する機構の更に他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
４基板
８基板保持装置
１０駆動装置
３０静電チャック
４２静電容量測定器
４４比較回路

Claims

基板を保持するものであって保持した基板の表裏方向へ移動させられる基板保持装置と、この基板保持装置に保持された基板と当該基板保持装置との間の静電容量を測定する静電容量測定器と、前記基板保持装置が基板の表面方向へ移動しているときの減速時または基板の裏面方向へ移動を開始するときの加速時に、前記静電容量測定器で測定した静電容量を所定の基準値と比較して、前者が後者よりも小さいときに保持力不足を表す信号を出力する比較回路とを備えることを特徴とする監視回路付基板保持装置。
前記基板保持装置は、絶縁物内に１以上の電極を埋め込んでいて静電気によって基板を吸着保持する静電チャックを有しており、前記静電容量測定器は、この静電チャックの電極と基板との間の静電容量を測定するものである請求項１記載の監視回路付基板保持装置。