JP4553375B2

JP4553375B2 - 静電チャックのデチャック特性の評価方法および評価装置

Info

Publication number: JP4553375B2
Application number: JP2005176770A
Authority: JP
Inventors: 和市山村
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: JP2006351876A

Description

本発明は、半導体製造用成膜装置などに用いられる静電チャックの製造にあたって、静電チャックのデチャック特性を評価するための評価方法および評価装置に関する。

半導体デバイスの製造工程において、ウェハは、減圧雰囲気中にてプラズマエッチング、CVD、イオンプレーティング等の処理が行われるが、ウェハの加熱に際して、ヒーター上にウェハを固定するために、静電力で吸着固定する静電チャックが使用されている。静電チャックは、被吸着物であるウェハの下面に薄い絶縁膜を介して電極が配置され、この電極に電圧を印加して静電力でウェハを固定している。

静電チャックの吸着力は、チャックへの印加電圧、絶縁膜の厚さ、その誘電率、電極面積に依存するが、さらにこれに静電力が加わる。この静電力は、電荷が絶縁膜中を移動することによって発生するため、時定数が非常に大きく、さらに絶縁膜の抵抗値、静電チャック表面の状態によっても大きく変わる。そのため、静電チャックの時定数は、形状・寸法、材質、表面の仕上げ等によって異なり、数秒〜数分に達する。

静電チャック上に固定されたウェハは、加工処理後、下からリフトピンを上昇させて静電チャックから取り外されるが、ウェハに残留電荷が不均一に残っていると、揺れを生じてウェハが傾き、所定の位置からずれを生じることがある。

ウェハが所定の位置からずれると、自動化されたウェハ搬送機構がウェハを正しく把持できず、ウェハもしくは搬送機構が損傷する等の問題を引き起こす可能性がある。したがって、ウェハを静電チャックから取り外す（デチャック）には、ウェハに残留した電荷が除去されるまで待って行う必要があり、この待機時間は、静電チャックの時定数が大きいほど長くなり、生産性を低下させる。
そこで、予め決められた時間で、ウェハのデチャックが支障なく行えるかを確認しておく必要がある。

したがって、静電チャックの一定時間内でのデチャック性能を確認しておくことは、半導体製造装置の信頼性を向上させるために非常に重要である。このため、従来は、静電チャックの評価装置のチャンバーの横にガラス製の覗き窓を設けて、デチャック操作を行う際、測定員が目視でウェハの状況を確認していた。目視による確認では、常に計測時間に合わせて測定員が立ち会う必要があり、測定員の行動が束縛されていた。また、微少の変動や揺れ等の目視判定には個人差があり、判定にバラツキが発生し、評価の安定性や信頼性に問題があった。

また、特許文献１は、静電チャックの絶縁膜表面とウェハとの間に絶縁膜を配置してウェハを吸着固定し、ウェハと静電チャック用電極で構成される静電容量の変化を測定、すなわち、容量計の読みＣ（容量値）が定常値になるまで測定を続けることにより、静電チャックの時定数を求めている。しかし、時定数を求めるこの方法は、ウェハの位置ずれの原因である揺れを直接測定していないため、実使用条件でテストしている方法に比べれば、信頼性の問題がある。
また、時定数を調べる場合、静電チャックの最上層である絶縁膜の誘電率や厚さ等の静電チャックの構造に関係する要素が変化した場合、電気部品、例えば容量や周波数に関係した部品を交換する必要が生じるため、煩雑さが生じる等の問題があった。
特開平5-36806号

本発明は、上記した問題を解決するために、ウェハのデチャック特性を容易に、機械的かつ定量的に判定することのできる静電チャックのデチャック特性の評価方法及び評価装置を提供することを目的としている。

本発明の静電チャックのデチャック特性の評価方法は、静電チャック上からウェハを取り外すときのデチャック特性を評価する方法であって、静電チャックへの印加電圧を遮断した後、一定速度で上昇するようにしたリフトピンを作動させて静電チャック上からのウェハのリフトアップを開始し、ウェハ上にレーザ光を照射し、その反射光を受光してウェハの変位を測定し、該測定データからウェハの揺れを判定することを特徴としている。
レーザー光の照射は、ウェハを収納したチャンバーの真空引きを開始した後実施され、ウェハのリフトアップを開始するウェハ上昇指示信号に基づいて、ウェハの変位を測定し測定データの保存が行われる。ここで、ウェハの上昇指示信号とウェハの上昇は、同時タイミングではなく、データーの収集が開始されたのち上昇が始まるよう適当な静止時間を設けるとよい。
リフトアップ時のウェハの変位を時間軸で測定し、この変位データを元にウェハの揺れは判定される。また、この変位データを時間微分して得られるウェハの速度変化を元に、ウェハの揺れを判定することもできる。

本発明の静電チャックのデチャック特性の評価装置は、静電チャック上からウェハを取り外すときのデチャック特性を評価する装置であって、ウェハ上にレーザ光を照射し、リフトピンにより静電チャック上からリフトアップされるウェハの変位を測定するレーザー変位計と、レーザー光が透過する窓と、測定して得られた変位データを保存する記録装置とを有することを特徴としている。
なお、レーザー変位計の測定時間は５００μｓｅｃ以下とし、ウェハの変位を測定する時間間隔は２０ｍｓｅｃ以下とする。

本発明の静電チャックのデチャック特性の評価方法及び評価装置によれば、静電チャックのウェハのデチャック特性を光学的に非接触で、ウェハの揺れや位置の変位を高い精度で直接測定することができる。しかも簡単な装置で無人でできるため、半導体製造装置に使用される静電チャックの信頼性を事前に評価することができ、ウェハ製造装置の信頼性の向上に寄与する。

本発明の静電チャックの評価方法は、静電チャックを納めたチャンバー上面のガラス窓を介してレーザー光をウェハに照射し、レーザー変位計からウェハまでの距離をリフトアップ動作の開始から動作終了時まで測定して、静電チャック上からリフトピン等で持ち上げられるウェハの表面位置の変位を時間軸で記録し、これらのデータに基づいてウェハの揺れを判定するものである。

以下、本発明の評価方法及び評価装置について、図を用いてさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の評価装置の一例を示すものであり、チャンバー１内に静電チャック２が納められ、ウェハ３はウェハリフトピン４によって持ち上げられる。レーザー変位計５からは、レーザー光がチャンバーの上面に設けられたガラス窓６を介してウェハ３上に照射され、その反射光を受光してウェハ３の変位が測定される。さらに、レーザー変位計５には、判定部でもあるデータ記録装置７が接続され、ウェハの上昇タイミングをトリガー信号としてデータの記録を開始するように構成されている。

デチャック特性の測定に際しては、チャンバー１内を真空ポンプ８で真空引きして減圧し、高圧直流電源９をオンにして静電チャック２に印加し、ウェハ３を静電チャック２上に吸着固定する。所定の時間経過後、静電チャックへの印加電圧を遮断する。静電チャック電極10に帯電していた電荷は、切り替えられた配線からアースへ導かれ除去される。ウェハ３及び静電チャック２から電荷が消去されるのを持ち、リフトアップの開始信号に基づいてレーザー変位計５とウェハ３までの距離の測定を開始し、ウェハ３の上昇終了まで連続的に距離を測定し、測定データをデータ記録装置７で記録する。

得られた測定データ、すなわち、ウェハ３の変位データからウェハ３の揺れを判定する。同時に覗き窓11からも肉眼でウェハ３の揺れの有無を観察した。なお、測定は、所定のプログラムに基づいて制御装置（シーケンサ）12で制御した。レーザー変位計５の測定時間は、500μsec以下とするのが好ましく、これを超えると収集データが時間軸で移動平均される傾向が強くなり、信号の強弱を捉えにくくなるので好ましくない。また、時間間隔についても、20ｍsec以下とするのが好ましい。測定に使用する周波数が小さくなるほど、その時間間隔を短く、また一点の測定に対する測定時間を短くすることが必要である。
このようにして得られるリフトアップ中のウェハの変位データは、ウェハ及び静電チャックから除去される静電容量の時間的変化を反映したものとなる。

以下に、本発明の実施例を、双極型静電チャックのデチャック特性の測定を例に説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が可能である。

（実施例１）
厚さ100μmで、体積抵抗率５×10^-12[Ωcm]の表面誘電体層が形成された双極型ヒーター付き静電チャックと、両面にSiO₂膜（膜厚100nm）の設けられたSiウェハ（厚さ0.8mm）を用いて、表面温度約200℃で、電極間に±300VDCを約３分間印加し、その後、印可電圧をOFFにした。電圧をOFFにした29.5秒後に、制御用シーケンサからトリガー信号が出力され、シーケンサからの信号で変位データの記録装置が記録を始め、30秒後には、リフトピンが上昇を開始した。リフトアップが終了した時点で変位データの収集を停止した。
このとき、レーザー変位計のサンプリングレートは140μsecで４回の移動平均値を、2msec間隔で記録した。変位データを図２に示す。さらに、この変位データを時間微分して得た速度データを図３に示した。いずれの図からも、特に異常は認められなかった。また、チャンバーの横に設けられた窓からの肉眼観察でも、異常は観察されなかった。

（実施例２）
厚さ100μmで、体積抵抗率９×10^-11[Ωcm]の表面誘電体層が形成された、双極型ヒーター付き静電チャックと、両面にSiO₂膜（膜厚100nm）の設けられたSiウェハ（厚さ0.8mm）を用いて、表面温度約200℃で、電極間に±300VDCを約３分間印加し、その後、印可電圧をOFFした。電圧をOFFにした２９.３秒後に、制御用シーケンサからトリガー信号が出力され、シーケンサからの信号で変位データの記録装置が記録を始め、30秒後には、リフトピンが上昇を開始した。リフトアップが終了した時点で変位データの収集を停止した。
このとき、レーザー変位計のサンプリングレートは140μsecで、４回の移動平均値を2msec間隔で記録した。変位データを図４に示す。さらに、この変位データを時間微分して得た速度データを図５に示した。
図４からは、リフトアップ開始直後の異常変位が読み取れ、図５からも異常な速度が読み取れる。また、チャンバーの横に設けられた窓からの肉眼観察でも、ウェハの微かな揺れが観察された。

（実施例３）
厚さ100μmで、体積抵抗率９×10^-11[Ωcm]の表面誘電体層が形成された、双極型ヒーター付き静電チャックと、両面にSiO₂膜（膜厚100nm）の設けられたSiウェハ（厚さ0.8mm）を用いて、実施例２と同様に測定して、変位データ及び速度データを得た。変位データを図６に、速度データを図７に示した。
図６からは、リフトアップ開始直後の異常変位が読み取れ、図７からも異常な速度が読み取れる。また、チャンバーの横に設けられた窓からの肉眼観察でも、微かなウェハの揺れが観察された。

（実施例４）
さらに、体積抵抗率９×10^-11[Ωcm]の表面誘電体層が100μmの厚さで形成された、双極型ヒーター付き静電チャックと、裏面（チャック接触側）にポリシリコン300nmを堆積させた石英基板（厚さ1.2mm）を用いて、チャック表面の温度約200℃で、電極間に±300VDC を約３分間印加し、その後、印可電圧をOFFにした。電圧をOFFにした約30秒後に、制御用シーケンサからトリガー信号が出力された。変位データの記録装置は、制御用シーケンサからのトリガー信号で記録を始める。30秒後には、リフトピンが上昇を開始する。
リフトアップが終了したら、変位データの記録装置の収集を停止する。このとき、レーザー変位計のサンプリングレートは140μsで、４回の移動平均値を２msec間隔で記録した。この場合も、図示はしないが、同様に変位データーが測定されたが、揺れは確認されなかった。また、目視検査でも同様に揺れが確認されることはなかった。

（比較例１）
厚さ100μmで、体積抵抗率９×10^-11[Ωcm]の表面誘電体層が形成された、双極型ヒーター付き静電チャックと、両面にSiO₂膜（膜厚100nm）の設けられたSiウェハ（厚さ0.8mm）の裏面にさらに人の皮脂（手油等）をIPA（イソプロピルアルコール）で薄く拭き延ばしたものを使用して、レーザー変位計のサンプリングレートは140μsecで、128回の移動平均値を２msec間隔で記録した以外は、実施例２と同様にして測定し、変位データ及び速度データを得た。変位データを図８に、速度データを図９に示した。
図８からは、リフトアップ開始直後の異常はほとんど読み取れず、また、図９からも異常な速度は読み取れなかった。しかし、チャンバーの横に設けられた窓からの肉眼観察では、皮脂の汚れによる微かなウェハの揺れが観察された。

上記実施例１〜３において、ウェハの変位データに異常な変位があると、速度データにも対応する時間に異常が認められ、しかも肉眼観察でもウェハの揺れが観察されている。従って、本発明によれば、測定員がつきっきりで観察していなくとも、極めて高い精度でリフトアップ時のウェハの揺れの有無を記録データから判定することができる。
なお、比較例１は、変位データを記録する際の移動平均値の数をあまり大きくすると、ウェハの表面位置の変位のデーターが平均化され、僅かな位置の変化を捉えることが難しくなることを示している。この数が１の場合、測定系や装置の震度等の影響を受ける変位信号が大きくハンチングする場合があり、判定に支障を来たすことがあった。従って、移動平均値の数は、２〜８回が好ましい。

静電チャックの信頼性を事前に評価することができるため、ウェハ製造装置の信頼性の向上に寄与する。

本発明の静電チャックのデチャック特性を評価する構成図である。本発明の実施例１で得られた変位データを示す図である。本発明の実施例１で得られた速度データを示す図である。本発明の実施例２で得られた変位データを示す図である。本発明の実施例２で得られた速度データを示す図である。本発明の実施例３で得られた変位データを示す図である。本発明の実施例３で得られた速度データを示す図である。比較例１で得られた変位データを示す図である。比較例１で得られた速度データを示す図である。

符号の説明

１…チャンバー、
２…静電チャック、
３…ウェハ、
４…ウェハリフトピン、
５…レーザー変位計、
６…ガラス窓、
７…データ記録装置、
８…真空ポンプ、
９…DC高圧電源、
10…静電チャック（電極部）、
11…覗き窓、
12…制御装置（制御シーケンサ）。

Claims

静電チャック上からウェハを取り外すときのデチャック特性を評価する方法であって、静電チャックへの印加電圧を遮断した後、一定速度で上昇するようにしたリフトピンを作動させて静電チャック上からのウェハのリフトアップを開始し、ウェハ上にレーザ光を照射し、その反射光を受光してウェハの変位を測定し、該測定データからウェハの揺れを判定することを特徴とする静電チャックのデチャック特性の評価方法。
レーザー光の照射が、ウェハを収納したチャンバーの真空引きを開始した後実施される請求項１に記載の静電チャックのデチャック特性の評価方法。
ウェハのリフトアップを開始するウェハ上昇指示信号に基づいて、ウェハの変位を測定し測定データの保存が行われる請求項１又は２に記載の静電チャックのデチャック特性の評価方法。
リフトアップ時のウェハの変位を時間軸で測定し、この変位データを元にウェハの揺れを判定する請求項１乃至３のいずれかに記載の静電チャックのデチャック特性の評価方法。
リフトアップ時のウェハの速度変化を元に、該ウェハの揺れを判定する請求項１乃至４のいずれかに記載の静電チャックのデチャック特性の評価方法。
静電チャック上からウェハを取り外すときのデチャック特性を評価する装置であって、ウェハ上にレーザ光を照射し、リフトピンにより静電チャック上からリフトアップされるウェハの変位を測定するレーザー変位計と、レーザー光が透過する窓と、測定して得られた変位データを保存する記録装置とを有することを特徴とする静電チャックのデチャック特性の評価装置。
レーザー変位計の測定時間が５００μｓｅｃ以下である請求項６に記載の静電チャックのデチャック特性の評価装置。
ウェハの変位を測定する時間間隔が２０ｍｓｅｃ以下である請求項６又は７に記載の静電チャックのデチャック特性の評価装置。