JP5089721B2 - ウェハのチャッキング装置およびチャッキング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハのチャッキング装置およびチャッキング方法に関する。

一般に、半導体製造工程中に処理ラインを流れているウェハは、表面を絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜）で覆うことでクロスコンタミネーションを防止している。このような絶縁膜で覆われたウェハを真空中で処理する装置においては、ウェハの固定に真空チャック方式を用いることができないため、機械的なチャック方式または静電チャック方式が用いられる。

しかし、機械的なチャック方式は、ウェハに不均一のストレスが加わり、ウェハの平面度が劣化する等の問題のため使用されなくなってきている。また、ウェハに２つの電極を接触させ、この２つの電極間に高電圧（例えば、１〜３ｋＶ）を印加し、放電させることにより、ウェハの外周部（素子が形成されていない部分）の上記絶縁膜を部分的に破壊し、導通を図る方式も知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方式を用いた場合、ウェハ内部に製作中の素子がダメージを受けるため、導通を確保したい部分のみ、予め上記絶縁膜を除去する工程を行う必要がある。

静電チャック方式には、単極式と、双極式がある。単極式の場合には、ウェハと静電チャック内の電極間電圧を制御する必要があり、ウェハに電気的な導通を確保する必要がある。

双極式の場合には、ウェハと直接、電気的な導通を必ずしも確保する必要はない。静電チャック内の２種類の電極にそれぞれ極性の異なる電圧を印加すると、絶縁層を介して面接触しているウェハの表面には、相対する静電チャック電極と異なる電荷が集まる。このため、ウェハと静電チャックとの間に電気力が作用しウェハが保持される。

特開昭５９−１３５７４１号公報

しかしながら、電子線を用いる装置、例えば電子線描画装置では、ウェハの任意の位置に照射するため、ウェハは同一の電位であることが望ましく、最良な状態は、ウェハが均一な零電位になっていることである。このため、従来、電子線描画装置においては、双極式の静電チャックの使用を避けてきた。

また、上述したように、単極式の静電チャックでは、ウェハに電気的な導通を確保する必要がある。しかしながら、ウェハ外周に形成された、例えばシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる絶縁膜は、金属酸化膜に比べて硬く、絶縁膜を接触針で貫通して電気的な導通を確保するには、比較的大きな接触圧力を必要とする。

ウェハを保持する前に、この接触圧力をウェハの下面から作用させると、ウェハの浮き上がりや位置ずれが生じ、電気的な導通を確保し難い。かなり細い接触針にすれば、接触圧力を低くすることができるが、接触針の先端の寿命が極端に短くなるという問題がある。このため、一般には、ウェハ上面から接触針を押し付けることが多い。しかし、この場合には、接触針とこの接触針を動作させる機構のために、ウェハの上面に、電子線描画装置によって照射が禁止される領域を設ける必要があり、一枚のウェハから製造されるチップの歩留まりが悪くなるという問題がある。

さらに、半導体製造装置の中の真空装置においては、真空中でウェハを自動的にチャックに保持したり、チャックから取り外したりする工程がある。特に、チャックから取り外すときにウェハには残留電荷があることが多い。このため、ウェハをチャックプレートから外す、突き上げピンまたはアームなどが接触すると以下の問題が発生する。

ウェハ内の残留電荷によるチャックプレート間の吸着力が作用しているにもかかわらず、突き上げピンまたはアームによって剥がそうとするために、突き上げピンまたはアームに大きな力が必要となる。さらに、上記吸着力に対して突き上げピンまたはアームによる剥がし力が勝った瞬間にウェハは飛び上がる現象が発生するために、ウェハの脱落が起き自動搬送ができなくなる。

また、ウェハをチャックから取り外す場合に、ウェハ内の残留電荷と、上記突き上げピンまたはアーム間で放電現象が発生し、高圧の微小電流がウェハ内を流れ、ウェハに形成された半導体装置を破損するという問題がある。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、絶縁体膜で覆われたウェハをウェハの裏面から導通を確保する際に、ウェハの浮き上がりおよび位置ずれの発生を防止することができるとともにウェハをチャックから取り外したりする際に、残留電荷を可及的に減少させることのできるウェハのチャッキング装置およびチャッキング方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、互いに重ならないように配置された第１および第２電極と、前記第１および第２電極を電気的に分離し、主面に被処理基板の裏面が載置される絶縁体部と、前記絶縁体部の裏面から前記主面に貫通する貫通孔と有する静電チャック部と、一端が配線を介して基準電位に接続され前記貫通孔を通過可能な導通針と、前記導通針を流れるリーク電流を測定する電流計と、前記導通針を前記絶縁体部の裏面から前記主面に向かって前記貫通孔内を移動させて前記被処理基板の裏面に前記導通針の他端を突き立てるように駆動する導通針駆動装置と、前記第１および第２電極に極性が異なる電圧を与えることが可能であるとともに前記第１および第２電極に極性が同じ電圧を与えることが可能で、かつ前記第１および第２電極に与える電圧の値を可変とすることの可能な電圧コントローラと、を備え、前記導通針を流れる電流をＩΔＥｓ、前記第１電極に印加される電圧をＥｓ１、前記第２電極に印加される電圧をＥｓ２、前記第１電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体部の抵抗値をＲｅｓ１、前記第２電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体部の抵抗値をＲｅｓ２、前記電流計の内部抵抗をＲｃ、前記第１電極と前記第２電極とに印加される電圧の差をΔＥｓ、Ｒｅｓ１およびＲｅｓ２が等しいと仮定したときの値をＲｅｓとしたとき、
前記導通針の接触抵抗Ｒｓを次の式（１）および式（２）
ＩΔＥｓ＝Ｅｓ１／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋Ｒｃ）＋Ｅｓ２／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋ Ｒｃ）・・・（１）、
Ｒｓ＝ΔＥｓ／ＩΔＥｓ−（Ｒｅｓ＋Ｒｃ）・・・（２）
から求め、前記被処理基板と前記導通針との導通の良否を前記導通針の接触抵抗Ｒｓに基づいて決定することを特徴とする被処理基板のチャッキング装置である。

本発明の好ましい態様は、前記電圧コントローラは、前記第１および第２電極に極性が異なる電圧を与えることによって前記被処理基板を仮チャックした後、前記第１および第２電極のうちの一方に印加する電圧を基準電圧に下げ、前記電流計は、前記電圧コントローラが前記電圧を基準電圧に下げたときに流れる前記リーク電流を測定し、測定された前記リーク電流が規定値内であるとき、前記電圧コントローラは前記第１および第２電極に絶対値および極性が同じ電圧を印加することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記測定された前記リーク電流が規定値外であるとき、前記電圧コントローラは前記被処理基板の仮チャック及び前記電圧を基準電圧に下げる動作を繰り返すとともに、前記電流計は前記リーク電流の前記測定を繰り返すことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記電圧コントローラは、一方がＯＮ状態の時には他方がＯＦＦ状態となる第１及び第２スイッチと、前記第１電極に電圧を印加する第１電源と、前記第１スイッチを介して前記第２電極に前記第１電源と異なる極性の電圧を印加する第２電源と、前記第２スイッチを介して前記第２電極に前記第１電源と同じ極性の電圧を印加する第３電源とを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記電圧コントローラは、一方がＯＮ状態の時には他方がＯＦＦ状態となる第１及び第２スイッチと、前記第１電極に電圧を印加するとともに前記第１スイッチを介して前記第２電極に電圧を印加する第１電源と、前記第２スイッチを介して前記第２電極に前記第１電源と異なる極性の電圧を印加する第２電源とを備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様は、互いに重ならないように配置されるとともに絶縁体によって電気的に分離される第１および第２電極と、裏面から主面に貫通する貫通孔とを有する静電チャック部の前記主面に被処理基板を載置し、前記第１および第２電極に絶対値が同じで極性が異なる電圧を印加した後、前記第１および第２電極のうちの一方に印加する電圧を基準電圧に下げる第１の工程と、一端が基準電位に接続される導通針の他端を、前記貫通孔を通して前記被処理基板の裏面に突き立て、前記導通針の接触抵抗の値に基づいて、前記被処理基板と前記導通針との導通の良否を判定する第２の工程と、前記被処理基板と前記導通針との導通が良好と判定された場合に前記第１および第２電極に絶対値および極性が同じ電圧を印加する第３の工程と、備え、前記導通針を流れる電流をＩΔＥｓ、前記第１電極に印加される電圧をＥｓ１、前記第２電極に印加される電圧をＥｓ２、前記第１電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体の抵抗値をＲｅｓ１、前記第２電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体の抵抗値をＲｅｓ２、前記導通針を流れる電流を測定する電流計の内部抵抗をＲｃ、前記第１電極と前記第２電極とに印加される電圧の差をΔＥｓ、Ｒｅｓ１およびＲｅｓ２が等しいと仮定したときの値をＲｅｓとしたとき、前記導通針の接触抵抗Ｒｓを次の式（１）および式（２）
ＩΔＥｓ＝Ｅｓ１／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋Ｒｃ）＋Ｅｓ２／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋ Ｒｃ）・・・（１）、
Ｒｓ＝ΔＥｓ／ＩΔＥｓ−（Ｒｅｓ＋Ｒｃ）・・・（２）
から求め、前記被処理基板と前記導通針との導通の良否を前記導通針の接触抵抗Ｒｓに基づいて決定することを特徴とする被処理基板のチャッキング方法である。

本発明の好ましい態様は、前記被処理基板と前記導通針との導通が良好でないと判定された場合は、前記第１の工程及び前記第２の工程を繰り返すことを特徴とする。

本発明の一参考例は、被処理基板を、静電チャック電極を有する静電チャック部の主面に載置し、その後、前記被処理基板の裏面に導通針を当ててフリッティング電圧を印加することにより、前記被処理基板と前記導通針との導通を取り、その後、前記静電チャック部の前記静電チャック電極に電圧を印加して前記被処理基板を前記静電チャック部にチャッキングし、基準電位に接続された前記導通針に流れる電流を電流検出器によって検出することを特徴とする被処理基板のチャッキング方法である。

本参考例の好ましい態様は、検出した前記電流値が規定値範囲外であるときは、前記電流検出器により前記導通針に流れる電流を検出することを繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、絶縁体膜で覆われたウェハを、ウェハの裏面から電気的導通を確保する際に、ウェハの浮き上がりおよび位置ずれの発生を防止することができるとともにウェハをチャックから取り外したりする際に残留電荷を可及的に減少させることができる。

本発明の第１実施形態によるウェハのチャッキング装置の構成を示す構成図。 第１実施形態によるチャッキング装置の動作を説明する流れ図。 図２に示す第１チャック工程の詳細を説明する流れ図。 図２に示す導通工程の詳細を説明する流れ図。 図２に示す第２チャック工程の詳細を説明する流れ図。 チャッキングの良否の判定を導通針の接触抵抗を用いて行う場合の接触抵抗の求め方を説明する図。 第１実施形態の第１変形例の構成を示す図。 第１実施形態に用いられる電極の第１具体例の平面図。 第１実施形態に用いられる電極の第２具体例の平面図。 第１実施形態に用いられる電極の第３具体例の平面図。 第１実施形態に用いられる電極の第４具体例の平面図。 第１実施形態に用いられる電極の第５具体例の平面図。 本発明の第２実施形態によるウェハのチャッキング装置の構成を示す図。 第２実施形態によるウェハのチャッキング装置の動作を示す流れ図。 第１実施形態の第２変形例の構成を示す図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるウェハのチャッキング装置の構成を図１に示す。この実施形態によるウェハのチャッキング装置は、静電チャック部２と、電圧コントローラ１０と、導通針２０と、導通針駆動機構２４とを備えている。静電チャック部２は、第１電極４と、第２電極６と、絶縁体部８とを備えている。絶縁体部８は、ウェハ１００が載置される平坦な主面を有するとともに、裏面から上記主面に貫通する貫通孔９を端部に有している。なお、絶縁体部８の主面に接するのは、ウェハ１００の裏面、すなわち半導体素子等が形成される面と反対側の面である。また、貫通孔９は導通針２０が通過可能なサイズを有している。第１及び第２電極４，６は絶縁体部８に埋め込まれて、上記主面側から見て互いに重ならないように配置されている。

電圧コントローラ１０は、電源１２，１４ａ，１４ｂと、スイッチ１６ａ、１６ｂとを備えている。電源１２は、一端が基準電位ＧＮＤに接続され他端が第１電極に接続されている。電源１４ａは、一端が基準電位ＧＮＤに接続され他端がスイッチ１６ａを介して第２電極６に接続されている。また、電源１４ｂは、電源１４ａとは極性が異なっており、一端が基準電位ＧＮＤに接続され他端がスイッチ１６ｂを介して第２電極６に接続されている。電極６に電圧を印加する場合には、スイッチ１６ａ、１６ｂのうちの一方がＯＮされ、他方がＯＦＦ状態となるように構成されている。

導通針２０は、導通針駆動機構２４によって、絶縁体部８の貫通孔９内を、絶縁体部の裏面から主面側におよび主面側から裏面側に移動可能に駆動される。導通針２０の先端は絶縁体部８の主面に載置されたウェハ１００の裏面に、駆動機構２４によって、押し当てられるように構成されている。また、導通針２０は配線２６および電流計２８を介して基準電位ＧＮＤに接続されている。

次に、第１実施形態によるウェハのチャッキング装置の動作、図２乃至図６を参照して説明する。図２は、本実施形態によるチャッキング装置によってウェハ１００のチャッキングする方法の概要を示す流れ図である。まず、ウェハ１００を静電チャック部２の主面に載置し（ステップＦ０参照）、続いて、第１チャック工程を実行する（ステップＦ１参照）。

上記第１チャック工程の詳細を、図３を参照して説明する。まず、ウェハ１００が載置された静電チャック部２の２つの電極４，６に、絶対値が等しいが極性の異なる電圧Ｅａ１、Ｅａ２を与えて、双極方式で仮チャックする（ステップＦ１０参照）。続いて、図１には図示しない、例えば光り梃子式の高さセンサを用いて、ウェハ１００の表面高さ、すなわち平面度を測定する（ステップＦ１１参照）。その後、測定された平面度が許容値内に有るか否かを判定する（ステップＦ１２参照）。測定された平面度が許容値内にある場合には、第１チャック工程を完了する（ステップＦ１３参照）。なお、ウェハ１００上に成膜される膜の層数も多くなるにつれて、ウェハ１００に「うねり」が生じ、ウェハ１００の平面度は悪化する。このため、電子線で描画する前に、チャッキングすることによってウェハ１００の平面度を改善する。

図３のステップＦ１２において、測定された平面度が許容値外である場合にはウェハを不良と判定し（ステップＦ１４参照）、ウェハ１００を静電チャック部２から取り外し、図２に示すステップＦ０に戻り（図３のステップＦ１５参照）、新たにチャックすべきウェハを静電チャック部２に載置する。なお、図３のステップＦ１２において、測定された平面度が許容値外である場合に、ウェハを交換しないで、ステップＦ１０に戻って再度仮チャックを行い、再度、平面度を測定するようにしても良い。この場合、再度の平面度の測定結果が許容値外であるときに、ステップＦ１４に進む。

次に、上述の第１チャック工程が完了すると、図２のステップＦ２に進み、ウェハ１００の裏面との導通を行う。ウェハ１００の裏面との導通工程の詳細を、図４を参照して説明する。まず、導通針駆動機構２４によって導通針２０を上昇させて（ステップＦ２０参照）、静電チャック部２に載置されたウェハ１００の裏面に導通針２０を突き立てる。そして、導通針２０を介してウェハ１００とアースＧＮＤに流れる電流を電流計２８によって測定する（ステップＦ２１参照）。

その後、電極４および電極６のうちの一方の電極、例えば電極４に印加されている電圧Ｅｓ１を変化させる（ステップＦ２２参照）。これにより、電極４に印加されている電圧Ｅｓ１と電極６に印加されている電圧Ｅｓ２とのバランスが崩れ、中立であったウェハ１００の電位がいずれかの極性をもった電位に変化し、導通針２０を介してウェハ１００と基準電位ＧＮＤとの間にリーク電流ＩΔＥｓが流れる。このリーク電流ＩΔＥｓを電流計２８によって測定する。このように、リーク電流を流すことによって、ウェハ１００にチャージされた電荷を基準電位ＧＮＤに逃がすことが可能となり、ウェハ１００の残留電荷を可及的に減少させることができる。

このようにして図４のステップＦ２２で求めたリーク電流ＩΔＥｓが規定値内の値である否かをステップＦ２３で判定する。リーク電流ＩΔＥｓが規定値内であれば、ウェハ１００の裏面との導通工程を完了する。リーク電流ＩΔＥｓが規定値外であればステップＦ２４に進み、導通針２０を下げてウェハ１００から離し、その後、ステップＦ２０に戻り、再度、ウェハ１００の裏面との導通工程を行う。再度、導通工程を行ってもリーク電流ＩΔＥｓが規定値外であればウェハ１００を静電チャック部２から取り外し、図２のステップＦ０に進み、新たなウェハ１００を静電チャック部２に載置する。

次に、上述の導通工程が完了すると、図２のステップＦ３に進み、ウェハ１００の第２チャック工程を行う。第２チャック工程の詳細を、図５を参照して説明する。まず、静電チャック部２の電極４、６のうちの一方の電極、例えば電極６に印加する電圧を基準電位ＧＮＤに落とす（ステップＦ３０参照）。なお、このとき他方の電極４の電圧は変更しない。これにより、ウェハ１００にチャージされた電荷が基準電位ＧＮＤに逃げ、ウェハ１００の残留電荷を可及的に減少させることができる。このとき、導通針２０を介してウェハ１００と基準電位ＧＮＤに流れるリーク電流ＩΔＥｓを電流計２８で測定する（ステップＦ３１参照）。そして、測定されたリーク電流ＩΔＥｓが規定値内にあるか否かをステップＦ３２で判定する。リーク電流ＩΔＥｓが規定値外であれば、ステップＦ３０に戻り上述のステップを繰り返す。リーク電流ＩΔＥｓが規定値内であれば、ステップＦ３３に進み、電極６に印加する電圧Ｅｓ２を基準電位ＧＮＤレベルから電極４に印加されている電圧Ｅｓ１と同じ値とする。すなわち、ウェハ１００は単極型の静電チャック方式でチャックされることになる。

続いて、導通針２０を介してウェハ１００と基準電位ＧＮＤとの間に流れるリーク電流ＩΔＥｓを電流計２８で測定する（ステップＦ３４参照）。そして、測定されたリーク電流ＩΔＥｓが規定値内にあるか否かをステップＦ３５で判定する。リーク電流ＩΔＥｓが規定値外であれば、ステップＦ３３に戻り上述のステップを繰り返す。リーク電流ＩΔＥｓが規定値内であれば、ステップＦ３６に進み、図示しない高さセンサで、ウェハ１００の平面度を測定する。この測定された平面度が許容値内であるか否かをステップＦ３７で判定し、許容値内である場合には第２チャック工程を完了する。許容値外であればウェハ１００を不良と判定し（ステップＦ３８参照）、図２のステップＦ０に戻り、新たなウェハ１００を静電チャック部２に載置する。

なお、上記導通工程および第２チャック工程においては、ウェハ１００と導通針２０との導通の良否を電流値に基づいて決定していたが、導通針２０の接触抵抗値を、リーク電流の測定値と、上記電圧値Ｅｓ１、Ｅｓ２から導通針２０の接触抵抗を計算し、この計算した導通針２０の接触抵抗に基づいて決定しても良い。

この接触抵抗の計算方法を、図６を参照して説明する。図６（ａ）は電極４および電極６のうちの一方の電極に印加されている電圧を変化させた場合のチャッキング装置のブロック図であり、図６（ｂ）は、このときの回路図である。図６（ａ）に示すΔＥｓは、電極４と電極６に印加される電圧の差である。図６（ｂ）に示すように、電極４とウェハ１００との間の絶縁体部８の抵抗値をＲｅｓ１、電極６とウェハ１００との間の絶縁体部８の抵抗値をＲｅｓ２、導通針２０の接触抵抗をＲｓ、電流計２８の内部抵抗をＲｃ、電極４と導通針２０からなる系統を流れる電流をＩｓ１、電極６と導通針２０からなる系統を流れる電流をＩｓ２とする。すると、実際に導通針２０を流れる電流ＩΔＥｓは、
ＩΔＥｓ ＝Ｉｓ１ ＋Ｉｓ２ ・・・（１）
となる。そして、Ｉｓ１およびＩｓ２は、
Ｉｓ１ ＝ Ｅｓ１／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋Ｒｃ） ・・・（２）
Ｉｓ２ ＝ Ｅｓ２／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋Ｒｃ） ・・・（３）となる。これらの（１）、（２）、（３）式から導通針２０の接触抵抗Ｒｓが求められる。仮に、抵抗Ｒｅｓ１と抵抗Ｒｅｓ２が同じ値Ｒｅｓであるとすると、すなわちＲｅｓ１＝Ｒｅｓ２＝Ｒｅｓであるとする、導通針２０の接触抵抗Ｒｓは、
Ｒｓ ＝ ΔＥｓ／ＩΔＥｓ −（Ｒｅｓ＋Ｒｃ）
となる。

上述したように、本実施形態においては、ウェハ１００の残留電荷を導通針２０を介して基準電位に逃がすようにしているため、残留電荷を可及的に減少させることができる。これにより、ウェハ１００をチャッキング装置から取り外す場合に、突き上げピンやアームによる剥がし力がウェハ１００に作用しても、ウェハ１００の浮き上がりを防止することができるとともに位置ずれが生じるのを防止することができる。

また、ウェハ１００をチャッキング装置から取り外す場合に、従来技術では、ウェハと突き上げピンまたはアーム間に放電現象が発生していたが、本実施形態では、ウェハ１００の残留電荷を、導通針２０を介して基準電位に逃がすようにしているため、ウェハと突き上げピンまたはアーム間に放電現象が発生するのを防止することが可能となる。これにより、半導体装置が破壊するのを防止することができる。

なお、上記第１実施形態においては、電圧コントローラ１０は、３つの電源１２、１４ａ、１４ｂを備えていたが、図７に示すように、２つ電源１２、１４を備えるように構成しても良い。この場合、電源１２は第１電極４に接続されるとともにスイッチ１７ａを介して第２電極６にも接続される。また、電源はスイッチ１７ｂを介して第２電極６に接続される構成となっている。

また、本実施形態に用いられる第１電極４および第２電極６の具体例を図８乃至図１２を参照して説明する。

図８に本実施形態に用いられる電極４，６の第１具体例の構成を示す。図８は第１具体例の電極４，６の平面図である。図８において、電極４，６は、お互いに入れ子状に組合わさった形状となっている。電極４，６との間は、絶縁体部８で覆われている。そして、これらの電極４，６はネジ７０によって絶縁体部８に固定されている。

図９に本実施形態に用いられる電極４，６の第２具体例の構成を示す。図９は第２具体例の電極４，６の平面図である。図９において、電極４，６は、お互いに入れ子状に組合わさった形状となっている。電極４，６は、絶縁体部８で覆われている。

図１０に本実施形態に用いられる電極４，６の第３具体例の構成を示す。図１０は第３具体例の電極４，６の平面図である。図１０において、電極４，６は、半月状の形状であり、絶縁体部８に囲まれている。

図１１に本実施形態に用いられる電極４，６の第４具体例の構成を示す。図１１は第４具体例の電極４，６の平面図である。図１１において、電極４，６は、四分円状であり、絶縁体部８に囲まれている。

図１２に本実施形態に用いられる電極４，６の第５具体例の構成を示す。図１２は第５具体例の電極４，６の平面図である。図１２において、電極４，６は、それぞれ環状であって、電極４を電極６が取り囲んでおり、絶縁体部８によって電気的に分離されている。

なお、本実施形態に用いられる導通針２０は、導電性ダイヤモンド、タングステンカーバイド、アルミナチタンカーバイド系セラミック（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＣ）、サーメット（ＴｉＣ＋ＴｉＮ）タングステン、パラジウム、イリジウム、ベリリウム−銅合金のいずれかの材料からなっている。また、導通針２０に用いられる材料として特に重要な性質は、（１）導電性、（２）硬度、（３）非磁性である。

（第２実施形態）
次に、本実施形態の第２実施形態によるウェハのチャッキング装置を、図１３および図１４を参照して説明する。この実施形態によるウェハのチャッキング装置は、フリッティング現象を利用して、ウェハの絶縁膜を破壊してウェハと導通針とを電気的に導通接触させるものである。フリッティング現象とは、ウェハ表面に酸化等による被膜が５ｎｍ以上になると、接触抵抗が上がるが、ある一定の電圧を与えると、急激に接触抵抗が下がる現象である。被膜が金属酸化膜の場合には、電位傾度が１０５〜１０６Ｖ／ｃｍに達するとフリッティング現象が生じることが知られている。この実施形態によるウェハのチャッキング装置は、静電チャック部２Ａと、静電チャック用電源１０Ｂと、導通針２０Ａ，２０Ｂと、導通針駆動機構４０と、フリッティング電圧印加装置６０とを備えている。

静電チャック部２Ａは、静電チャック電極５と、絶縁体部８とを備えている。静電チャック電極５は絶縁体部８に埋め込まれている。絶縁体部８は、ウェハ１００が載置される平坦な主面を有するとともに、裏面から上記主面に貫通する貫通孔９Ａ、９Ｂを端部に有している。なお、絶縁体部８の主面に接するのは、ウェハ１００の裏面、すなわち半導体素子等が形成される面と反対側の面である。また、貫通孔９Ａ、９Ｂは導通針２０Ａ、２０Ｂが通過可能なサイズを有している。

静電チャック用電源１０Ｂは、電源１２と、スイッチ１３とを備えており、スイッチ１３を切り換えることにより、静電チャック電極５に印可する電位を電源電位Ｅｓまたは基準電位ＧＮＤにするように構成されている。

導通針駆動機構４０は、ガイド４２と、モータ４４と、モータ４４の軸に結合されモータ４４の軸の回転とともに回転するネジ４６と、ガイド４２に沿って上下に移動可能な移動部材４８と、移動部材４８に固定され水平方向に延在する水平部材４９と、水平部材４９に固定され中に雌ねじが切られていてネジ４６と螺合する固定部材５０と、水平部材４９に固定され導通針２０Ａ、２０Ｂに加わる力を検出する力検出部５２と、水平部材４９上に設けられて導通針２０Ａ、２０Ｂの一端が埋め込まれる絶縁体５４Ａ、５４Ｂとを備えている。モータ４４が回転すると、ネジ５２が回転し、これにより固定部材５０が上下に移動する。この固定部材５０の移動により水平部材４９すなわち移動部材４８がガイド４２に沿って移動することになる。水平部材４９が上方向に移動すれば、導通針２０Ａ、２０Ｂが、絶縁体部８の主面に載置されたウェハ１００の裏面を突くことになる。

フリッティング電圧印加装置６０は、プログラマブル電圧源６１と、バッファアンプ６２と、電流検出抵抗６４と、電流制限用アンプ６６と、スイッチ６８とを備え、導通針２０Ａに、フリッティング電位を与える。なお、導通針２０Ｂは常に基準電位ＧＮＤが与えられている。

次に、本実施形態によるウェハのチャッキング装置の動作を、図１４を参照して説明する。

まず、図１３のステップＦ５０に示すように、ウェハ１００を静電チャック部２Ａ上に載置する。続いて、導通針駆動機構４０によりウェハ１００の裏面に導通針２０Ａ、２０Ｂを移動する（ステップＦ５１参照）。更に、導通針駆動機構４０により導通針２０Ａ、２０Ｂをウェハ１００の裏面に押し付け、このときの押し付け力を力検出部４６によって検出する（ステップＦ５２参照）。検出した押し付け力が規定値範囲内の値であるか否かがステップＦ５３において判定され、規定値範囲外であれば、ステップＦ５１に戻り、導通針の位置を調整し、上述のことを繰り返す。ステップＦ５３において検出した押し付け力が規定値範囲内であればステップＦ５４に進む。

ステップ５４において、フリッティング電圧印加装置６０によって導通針２０Ａにフリッティング電圧を印加する。このフリッティング電圧によって、ウェハ１００の絶縁膜が破壊されると、バッファアンプ６２、電流検出抵抗、スイッチ６８、導通針２０Ａ、ウェハ１００の絶縁膜、ウェハ１００の下地、導通針２０Ｂという電気回路に電流が流れる。なお、このとき、静電チャック用電源１０Ｂから静電チャック電極５には基準電位ＧＮＤが与えられている。

続いて、上記電気回路に流れる電流を電流検出抵抗６４によって検出する（ステップＦ５５参照）。検出した電流値が規定値内か否かがステップＦ５６において判定される。検出した電流値が規定値範囲外であれば、フリッティング電圧印加装置６０によって導通針２０Ａに印加する電圧を上げ（ステップＦ５７参照）、ステップＦ５４に戻り、上述のことを繰り返す。電圧を上げていくと、あるところで急激に電流が流れる。この急激な電流上昇を検出し、導通針２０Ａとウェハ１００との導通が確保できたことの代用とする。検出した電流値が規定値範囲内であれば、ステップＦ５８に進む。

ステップＦ５８において、フリッティング電圧印加装置６０のスイッチ６８によって導通針２０Ａに基準電位ＧＮＤを与え、電気回路から分離する。その後、静電チャック用電源１０Ｂのスイッチ１３を切り換えることによって、静電チャック電極５に静電チャック電圧Ｅｓを与える（ステップＦ５９参照）。このとき、静電チャック用電源１０Ｂ、静電チャック電極５、静電チャック部２の絶縁体部８、ウェハ１００の絶縁膜、ウェハ１００の下地、導通針２０Ｂ、基準電位ＧＮＤという電気回路に電流が流れる。そして、ステップＦ６０において、導通針２０Ｂに流れる電流を図示しない電流検出器によって検出する。検出した電流値が規定値範囲内であれば、ウェハ１００のチャッキングは完全であると判定し、次の動作、例えば電子線を用いた描画を行う。検出した電流値が規定値範囲外であれば、ステップＦ６０に戻り上述のことを繰り返す。繰り返し数が所定値を超えた場合には、静電チャック部２Ａからウェハ１００を剥がし、ステップＦ５０に戻って上述のことを繰り返す。

なお、フリッティング電圧は、１〜２０Ｖ程度、高々１００Ｖ以下である。このため、従来技術で述べた絶縁膜を破壊するときのように数ｋＶの電圧を印加した場合に生じる放電現象とは異なる。なお、導通針２０Ａ、２０Ｂの押し付け力は１ｇ程度である。このため、従来に場合に比べて、導通針２０Ａ、２０Ｂの寿命を長くすることができる。

なお、本実施形態に用いられる導通針２０Ａ、２０Ｂは、導電性ダイヤモンド、タングステンカーバイド、タングステン、パラジウム、イリジウム、ベリリウム−銅合金のいずれかからなっている。

したがって、ウェハをチャックから取り外したりする際には、静電チャック用電源１０Ｂによって静電チャック電極５に印加する電位を基準電位ＧＮＤにすることにより、ウェハの浮き上がりおよび位置ずれの発生を防止することができるとともに残留電荷を可及的に減少させることのできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ウェハ１００に形成される半導体装置を損傷することなく、良好なチャッキングを行うことができる。

なお、上記第１実施形態においては、電源１２、１４ａ、１４ｂ、の一端が基準電位ＧＮＤに接続されるとともに導通針２０の一端が電流計２８を介して基準電位ＧＮＤに接続されていたが、図１５に示すように、ある電源２９を介して接地されるように構成しても良い。

上記第１及び第２実施形態のチャッキング装置は、半導体製造装置に使用される真空装置や電子線描画装置のチャッキング装置として用いることができる。とくに、電子線描画装置に用いた場合には、上記実施形態によるチャッキング装置は、ウェハの残留電荷を減少させることができるので、電子線照射の際の位置ずれを防止することが可能となり、正確な電子線照射を行うことができる。

以上、述べたように、本発明によれば、絶縁体膜で覆われたウェハを、ウェハの裏面から電気的導通を確保する際に、ウェハの浮き上がりおよび位置ずれの発生を防止することができるとともにウェハをチャックから取り外したりする際に残留電荷を可及的に減少させることができる。

２ 静電チャック部
２Ａ 静電チャック部
４ 第１電極
５ 静電チャック電極
６ 第２電極
８ 絶縁体部
９ 貫通孔
９Ａ 貫通孔
９Ｂ 貫通孔
１０ 電圧コントローラ
１０Ｂ 静電チャック用電源
１２ 電源
１３ スイッチ
１４ａ 電源
１４ｂ 電源
１６ａ スイッチ
１６ｂ スイッチ
２０ 導通針
２０Ａ 導通針
２０Ｂ 導通針
２４ 導通針駆動機構
２６ 配線
２８ 電流計
４０ 導通針駆動機構
６０ フリッティング電圧印加装置

Claims (7)

1. 互いに重ならないように配置された第１および第２電極と、前記第１および第２電極を電気的に分離し、主面に被処理基板の裏面が載置される絶縁体部と、前記絶縁体部の裏面から前記主面に貫通する貫通孔と有する静電チャック部と、
   一端が配線を介して基準電位に接続され前記貫通孔を通過可能な導通針と、
   前記導通針を流れるリーク電流を測定する電流計と、
   前記導通針を前記絶縁体部の裏面から前記主面に向かって前記貫通孔内を移動させて前記被処理基板の裏面に前記導通針の他端を突き立てるように駆動する導通針駆動装置と、
   前記第１および第２電極に極性が異なる電圧を与えることが可能であるとともに前記第１および第２電極に極性が同じ電圧を与えることが可能で、かつ前記第１および第２電極に与える電圧の値を可変とすることの可能な電圧コントローラと、
   を備え、
   前記導通針を流れる電流をＩΔＥｓ、前記第１電極に印加される電圧をＥｓ１、前記第２電極に印加される電圧をＥｓ２、前記第１電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体部の抵抗値をＲｅｓ１、前記第２電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体部の抵抗値をＲｅｓ２、前記電流計の内部抵抗をＲｃ、前記第１電極と前記第２電極とに印加される電圧の差をΔＥｓ、Ｒｅｓ１およびＲｅｓ２が等しいと仮定したときの値をＲｅｓとしたとき、
   前記導通針の接触抵抗Ｒｓを次の式（１）および式（２）
   ＩΔＥｓ＝Ｅｓ１／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋Ｒｃ）＋Ｅｓ２／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋ Ｒｃ）・・・（１）、
   Ｒｓ＝ΔＥｓ／ＩΔＥｓ−（Ｒｅｓ＋Ｒｃ）・・・（２）
   から求め、
   前記被処理基板と前記導通針との導通の良否を前記導通針の接触抵抗Ｒｓに基づいて決定することを特徴とする被処理基板のチャッキング装置。
2. 前記電圧コントローラは、前記第１および第２電極に極性が異なる電圧を与えることによって前記被処理基板を仮チャックした後、前記第１および第２電極のうちの一方に印加する電圧を基準電圧に下げ、
   前記電流計は、前記電圧コントローラが前記電圧を基準電圧に下げたときに流れる前記リーク電流を測定し、
   測定された前記リーク電流が規定値内であるとき、前記電圧コントローラは前記第１および第２電極に絶対値および極性が同じ電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の被処理基板のチャッキング装置。
3. 前記測定された前記リーク電流が規定値外であるとき、前記電圧コントローラは前記被処理基板の仮チャック及び前記電圧を基準電圧に下げる動作を繰り返すとともに、前記電流計は前記リーク電流の前記測定を繰り返すことを特徴とする請求項２記載の被処理基板のチャッキング装置。
4. 前記電圧コントローラは、一方がＯＮ状態の時には他方がＯＦＦ状態となる第１及び第２スイッチと、前記第１電極に電圧を印加する第１電源と、前記第１スイッチを介して前記第２電極に前記第１電源と異なる極性の電圧を印加する第２電源と、前記第２スイッチを介して前記第２電極に前記第１電源と同じ極性の電圧を印加する第３電源とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の被処理基板のチャッキング装置。
5. 前記電圧コントローラは、一方がＯＮ状態の時には他方がＯＦＦ状態となる第１及び第２スイッチと、前記第１電極に電圧を印加するとともに前記第１スイッチを介して前記第２電極に電圧を印加する第１電源と、前記第２スイッチを介して前記第２電極に前記第１電源と異なる極性の電圧を印加する第２電源とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の被処理基板のチャッキング装置。
6. 互いに重ならないように配置されるとともに絶縁体によって電気的に分離される第１および第２電極と、裏面から主面に貫通する貫通孔とを有する静電チャック部の前記主面に被処理基板を載置し、前記第１および第２電極に絶対値が同じで極性が異なる電圧を印加した後、前記第１および第２電極のうちの一方に印加する電圧を基準電圧に下げる第１の工程と、
   一端が基準電位に接続される導通針の他端を、前記貫通孔を通して前記被処理基板の裏面に突き立て、前記導通針の接触抵抗の値に基づいて、前記被処理基板と前記導通針との導通の良否を判定する第２の工程と、
   前記被処理基板と前記導通針との導通が良好と判定された場合に前記第１および第２電極に絶対値および極性が同じ電圧を印加する第３の工程と、
   を備え、
   前記導通針を流れる電流をＩΔＥｓ、前記第１電極に印加される電圧をＥｓ１、前記第２電極に印加される電圧をＥｓ２、前記第１電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体の抵抗値をＲｅｓ１、前記第２電極と前記被処理基板との間の前記絶縁体の抵抗値をＲｅｓ２、前記導通針を流れる電流を測定する電流計の内部抵抗をＲｃ、前記第１電極と前記第２電極とに印加される電圧の差をΔＥｓ、Ｒｅｓ１およびＲｅｓ２が等しいと仮定したときの値をＲｅｓとしたとき、
   前記導通針の接触抵抗Ｒｓを次の式（１）および式（２）
   ＩΔＥｓ＝Ｅｓ１／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋Ｒｃ）＋Ｅｓ２／（Ｒｅｓ１＋Ｒｅｓ２＋ Ｒｃ）・・・（１）、
   Ｒｓ＝ΔＥｓ／ＩΔＥｓ−（Ｒｅｓ＋Ｒｃ）・・・（２）
   から求め、
   前記被処理基板と前記導通針との導通の良否を前記導通針の接触抵抗Ｒｓに基づいて決定することを特徴とする被処理基板のチャッキング方法。
7. 前記被処理基板と前記導通針との導通が良好でないと判定された場合は、前記第１の工程及び前記第２の工程を繰り返すことを特徴とする請求項６記載の被処理基板のチャッキング方法。

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