JP7281885B2 - 静電チャック装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板を静電的に吸着することが可能な静電チャック装置に関する。

昨今、基板上に形成するデバイスの高密度化などにより、処理ステージ上に配置される基板の被処理面に対して水平方向（面内方向）の位置精度が求められている。例えば、基板が適正な位置にないまま処理を開始してしまうと、基板処理時にステージの表面も処理を受けてしまい、回復の時間や費用が問題になることがある。また、基板が適正な位置にない状態で基板の搬送が行われると、基板の脱落などの搬送不良を招くおそれがある。

このような問題を改善するため、ステージ上の基板の位置を検出することが可能な静電チャックが知られている。例えば特許文献１には、平面上に並設された第１電極と第２電極との間の静電容量値を検出可能な静電容量検出器を有し、平面視において、ワークが第１電極を覆い且つワークエッジが第２電極上に位置したときに、静電容量検出器が検出した静電容量値に基づいて、予め設定された原点から当該ワークエッジ迄の距離を検出する静電容量センサを備えた静電チャックが開示されている。

上記静電容量センサにおいて、第２電極は、第１電極と第２電極との並び方向である第１方向に等間隔に並べられた複数の所定幅の電極片とこれら複数の電極片を直列に接続した配線とにより構成される。これにより、ワークエッジが第１方向に移動したとき、静電容量検出器で検出される静電容量値が階段状に変化するため、電極片のピッチに応じた分解能でワークエッジの位置を検出可能としている。

特開２０１６－７０８９２号公報

しかしながら特許文献１に記載の静電チャックにおいては、基板の位置精度を高めようとすると、第１方向に配置される電極片の間隔を小さくする必要があり、これに伴って電極片の数の増加や微細化が必須となる。さらに、電極の微細化は、検出感度の低下や電極の製作コストの増加などが問題となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡素な構成で基板の位置ずれを精度よく検出することができる静電チャック装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る静電チャック装置は、チャック本体と、電力供給部と、制御部とを具備する。
前記チャック本体は、基板を載置可能な支持面と、前記支持面に対向して配置された第１の電極と、前記支持面に対向して配置され前記第１の電極を囲う環状の第２の電極とを有する。
前記電力供給部は、前記第１の電極に対して直流電力である第１の電力を供給することが可能な第１の電力供給ラインと、前記第２の電極に対して交流電力である第２の電力を供給することが可能な第２の電力供給ラインとを有する。
前記制御部は、前記第１の電極へ前記第１の電力を供給することで前記支持面上の基板を吸着する第１の制御モードと、前記第２の電極へ前記第２の電力を供給することで前記支持面上の基板の位置ずれを検出する第２の制御モードとを、選択的に又は同時に実行することが可能に前記電力供給部を制御する。

上記静電チャック装置において、第２の電極は、典型的には、支持面に載置される基板の周縁部に対向する大きさに形成される。このため、支持面上の基準位置に対する基板の位置ずれを、基板と第２の電極との間の対向面積の相違による電気特性から把握することができる。しかも、第２の電極は環状に形成されているため、電極形状を複雑化することなく、対向面積に基づいて基板の位置ずれ量をアナログ的にかつ高精度に検出することができる。

前記制御部は、前記第２の制御モードにおいて、前記支持面上の基板と前記第２の電極との間の静電容量に基づいて、前記支持面上の基板の位置ずれ量を検出するように構成されてもよい。

前記制御部は、前記第１の制御モードの実行前又はその実行後に、前記第２の制御モードを実行することが可能に前記電力供給部を制御するように構成されてもよい。

前記制御部は、前記第１の制御モードの実行中に、前記第２の制御モードを実行することが可能に前記電力供給部を制御するように構成されてもよい。

前記第１の電極は、中空部を有し、前記チャック本体は、前記中空部に配置され前記第２の電力供給ラインに接続可能に構成された第３の電極をさらに有してもよい。

前記チャック本体は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され前記第２の電力供給ラインに接続可能に構成された環状の第４の電極をさらに有してもよい。

前記チャック本体は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された環状の第４の電極をさらに有し、前記第２の電極ラインは、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極にそれぞれ接続可能に構成されてもよい。

前記制御部は、前記第１の制御モードにおいて、前記第１の電極および前記第２の電極に対して前記第１の電力を供給するように前記電力供給部を制御するように構成されてもよい。

前記第２の電極は、複数の電極片の集合体で構成されてもよい。前記制御部は、前記支持面上の基板と前記複数の電極片各々との間の静電容量に基づいて、前記支持面上の基板の位置ずれ量および位置ずれ方向を検出するように構成されてもよい。

以上述べたように、本発明によれば、簡素な構成で基板の位置ずれを精度よく検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る静電チャック装置を備えた真空処理装置１の概略断面図である。 上記静電チャック装置におけるチャック本体の概略平面図である。 上記静電チャック装置における電力供給部の構成の一例を示す回路図である。 上記静電チャック装置の一作用を説明する模式図であり、（ａ）および（ｂ）は実施形態を、（ｃ）は比較例をそれぞれ示している。 上記静電チャック装置の作用を比較例と比較して説明するための一実験結果である。 上記静電チャック装置の作用を比較例と比較して示す一実験結果である。 上記真空処理装置の動作手順を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る静電チャック装置におけるチャック本体の電極構成を示す概略平面図である。 上記静電チャック装置における電極構造の詳細を示す拡大図である。 上記静電チャック装置における電力供給部の回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る静電チャック装置におけるチャック本体の電極構成を示す概略平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電チャック装置１００を備えた真空処理装置１の概略断面図である。

真空処理装置１は、処理室２を有する。処理室２は、真空チャンバであり、例えばスパッタ室として、内部にターゲット３を保持するスパッタカソード４が設置される。これ以外にも、処理室２は蒸着室やプラズマＣＶＤ処理室等の他の成膜室でもよいし、成膜室に限られず、プラズマエッチング室などであってもよい。処理室２には、図示せずとも、処理室２を所定の減圧雰囲気に排気する排気ライン、処理室２へ所定のプロセスガスを導入するガス導入ライン、スパッタカソード４へ電力を供給する電力供給ライン等が接続される。

静電チャック装置１００は、処理室２の内部に設置されるチャック本体１０と、チャック本体１０へ電力を供給する電力供給部２０と、電力供給部２０を制御する制御部３０とを備える。

チャック本体１０は、後述するように、半導体ウエハやガラス基板等の被処理基板Ｗ（以下、単に基板Ｗという）を静電的に吸着するための電極層１０１と、電極層１０１の表面を被覆する誘電体層１０２とを有し、当該誘電体層１０２の表面が基板Ｗを支持する支持面１０ａとして構成される。チャック本体１０は、処理室２の底部にターゲット３と対向するように配置された台座５の上に設置される。電力供給部２０および制御部３０は、典型的には、処理室２の外部に設置され、チャック本体１０と電力供給部２０との間は、図示しないフィードスルーを介して電気的に接続される。

真空処理装置１は、ゲートバルブ６を介して処理室２と隣接する搬送室７をさらに有しており、図示しない基板搬送ロボットによって処理室２と搬送室７との間で基板Ｗを搬送することが可能に構成される。

図２は、チャック本体１０における支持面１０ａの平面図である。図中、電極層１０１の表面を覆う誘電体層１０２の図示は省略している。

本実施形態において支持面１０ａの平面形状は円形であり、基板Ｗとして所定サイズの半導体ウエハが載置可能に構成される。典型的には、支持面１０ａは、基板Ｗのサイズよりも大きな外径を有するが、基板Ｗのサイズと同一の外径であってもよい。支持面１０ａの平面形状は円形に限られず、矩形であってもよく、典型的には、基板Ｗの種類あるいは形状に応じて選択される。

電極層１０１は、吸着用電極１１（第１の電極）と、吸着用電極１１を囲う円環状の検出用電極１２（第２の電極）とを有する。電極層１０１はさらに、検出用基準電極１３（第３の電極）と、比較用電極１４（第４の電極）とを有する。電極層１０１は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼などの所定厚みの金属層を図示する形状にパターニングすることで第１～第４の電極１１～１４に分割形成される。各電極１１～１４は、支持面１０ａに対向するように同一平面上にそれぞれ配置され、各電極１１～１４の間は絶縁層１０３が介在することで、相互に電気的に絶縁される。

吸着用電極１１は、支持面１０ａ上の基板Ｗを支持面１０ａに静電的に（本実施形態ではクーロン力で）吸着、保持するためのものである。吸着用電極１１は、支持面１０ａの主要な領域を占めており、電極層１０１を構成する各電極の中で最も広い面積を有する。本実施形態において吸着用電極１１は、一軸方向に間隙をおいて相互に対向する半円環状の電極対１１ａ，１１ｂで構成される。電極対１１ａ，１１ｂは、支持面１０ａと同心的に比較的広い幅（径方向に沿った幅寸法）で形成され、その中心部には概略円形の中空部１１ｃを有する。

検出用電極１２は、支持面１０ａと基板Ｗとの間の相対的位置関係を検出するためのものである。検出用電極１２は、吸着用電極１１の外側に配置され、吸着用電極１１を囲う円環状に形成される。検出用電極１２は、支持面１０ａと同心的に形成され、比較的狭い幅（径方向に沿った幅寸法）で形成される。典型的には、検出用電極１２の外径は、基板Ｗの外径と同一又はほぼ同一の大きさに設定される。これにより、後述するように、支持面１０ａの中心からの基板Ｗの中心位置のずれを高精度に検出することが可能となる。

検出用基準電極１３は、検出用電極１２と対になって基板Ｗの位置検出を行うためのものである。検出用基準電極１３は、吸着用電極１１の中空部１１ｃに配置され、支持面１０ａと同心的な円盤形状を有する。

比較用電極１４は、吸着用電極１１と検出用電極１２との間に配置され、支持面１０ａと同心的な円環状に形成される。比較用電極１４は、典型的には、検出用電極１２と同一又はほぼ同一の幅（径方向に沿った幅寸法）で形成される。比較用電極１４は、支持面１０ａと基板Ｗとの間での異物の噛み込みなどを検出するためのものである。比較用電極１４は、必要に応じて省略することも可能である。

図３は、電力供給部２０の構成の一例を示す回路図である。

図３に示すように、電力供給部２０は、吸着用電極１１（電極対１１ａ，１１ｂ）へ第１の電力である直流電力を供給することが可能な第１の電力供給ラインＬ１と、検出用電極１２、検出用基準電極１３および比較用電極１４へ第２の電力である交流電力を供給することが可能な第２の電極供給ラインＬ２とを有する。

本実施形態において吸着用電極１１の電極対１１ａ，１１ｂは、双極型電極を構成する。第１の電力供給ラインＬ１は、電極対１１ａ，１１ｂへ正電圧および負電圧をそれぞれ供給することが可能な第１の直流電源２１１および第２の直流電源２１２と、電極対１１ａ，１１ｂと第１および第２の直流電源２１１，２１２との間の連通および遮断を切り替えるスイッチ２１５，２１６とを有する。

第１の電力供給ラインＬ１には、第２の電力供給ラインＬ２（交流電源２２１）からの交流電流が吸着用電極１１へ流れるのを阻止するための交流ブロッキング抵抗２１３，２１４が、例えば、第１および第２の直流電源２１１，２１２とスイッチ２１５，２１６との間にそれぞれ接続される。交流ブロッキング抵抗２１３，２１４の設置は任意であり、例えば、吸着用電極１１による基板Ｗの吸着時に、検出用電極１２などで基板の位置ずれ測定をも同時に行う装置仕様の場合のみ適用されてもよい。

第２の電力供給ラインＬ２は、交流電源２２１と、電流計２２９と、スイッチ２２６，２２７，２２８とを有する。スイッチ２２６，２２７，２２８は、第２の電力供給ラインＬ２と、検出用電極１２、検出用基準電極１３および比較用電極１４との間の電気的接続をそれぞれ切り替え可能に構成される。

基板Ｗの支持面１０ａに対する位置ずれは、スイッチ２２６，２２７を閉じて検出用電極１２および検出用基準電極１３を第２の電力供給ラインＬ２へ接続し、交流電源２２１から検出用電極１２および検出用基準電極１３へ交流電力を供給することで、基板Ｗと検出用電極１２との間の静電容量を測定する。静電容量の測定には、電流計２２９の検出値に基づいて算出される第２の電流供給ラインのインピーダンスの値が参照される。

検出用電極１２は支持面１０ａに対して固定であるため、支持面１０ａの基準位置に対する基板Ｗの相対位置に応じて、検出用電極１２で測定される静電容量の値が変化する。したがって、基板Ｗが基準位置に載置されたときの静電容量（以下、基準値ともいう）をあらかじめ測定しておくことで、静電容量の測定値の基準値からの減少量から基準位置からの基板Ｗの位置ずれ量を検出することが可能となる。支持面１０ａの基準位置は、典型的には、支持面１０ａの中心１０ｃ（図４参照）である。この場合、支持面１０ａの中心１０ｃに基板Ｗの中心Ｗｃ（図４参照）が位置するときの静電容量が、上記基準値に対応する。

検出用電極１２の幅（径方向に沿った幅寸法）は特に限定されず、基板Ｗの大きさや位置ずれの許容範囲に応じて適宜設定することが可能である。検出用電極１２の幅が狭いほど、基板Ｗの微小な位置ずれを高精度に検出することができるため、アライメント条件が比較的厳しいプロセスに特に有利である。例えば、検出用電極１２の面積が基板Ｗの総面積の１５％以下となるように、検出用電極１２の形状、大きさが設定される。

比較用電極１４は、検出用電極１２による静電容量測定値の基準値からの差異が、基板Ｗの位置ずれによるものであるのか、異物の噛み込みや基板Ｗの反り等を理由とするものであるのかを判定するために用いられる。

比較用電極１４は検出用電極１２よりも支持面１０ａの中心側に位置しているため、異物の噛み込みや基板Ｗに反りなどが無い場合は、基板Ｗに大幅な位置ずれが生じている場合を除き、比較用電極１４の全域が基板Ｗと対向する位置関係にある。したがって、このときの静電容量を基準として比較用電極１４と基板Ｗとの間の静電容量を測定することで、異物の噛み込みや基板Ｗの反り、割れなどを容易に判定することができる。

基板Ｗと比較用電極１４との間の静電容量は、スイッチ２２７，２２８を閉じて比較用電極１４および検出用基準電極１３を第２の電力供給ラインＬ２へ接続し、交流電源２２２から検出用基準電極１３および比較用電極１４へ交流電力を供給したときに得られる電流計２２９の検出値に基づいて測定される。

検出用電極１２、検出用基準電極１３および比較用電極１４の少なくとも１つは吸着用電極としての機能を有してもよい。この場合、例えば、スイッチ２２６～２２８を介して検出用電極１２、検出用基準電極１３および比較用電極１４へ直流電力を供給することが可能な第３の直流電源２２３、第４の直流電源２２４および第５の直流電源２２５が第２の電力供給ラインＬ２にそれぞれ接続される。極性は特に限定されず、図３においては、第３の直流電源２２３が正電圧源、第４および第５の直流電源２２４，２２５が負電圧源として構成される。

電流計２２９の数や位置も上記の例に限られず、例えば、第３の直流電源２２３とグランド電位の間、および／または、第５の直流電源２２５とグランド電位との間にさらに配置されてもよい。このように各分岐回路の電流を測定することで、検出精度を向上させることができる。

制御部３０は、典型的には、ＣＰＵやメモリ等を内蔵するコンピュータで構成される。制御部３０は、吸着用電極１１（電極対１１ａ，１１ｂ）へ直流電力を供給することで支持面１０ａ上の基板Ｗを吸着する第１の制御モードと、検出用電極１２へ交流電力を供給することで支持面１０ａ上の基板Ｗの位置ずれを検出する第２の制御モードとを、選択的に又は同時に実行することが可能に電力供給部２０を制御するように構成される。制御部３０は、真空処理装置１の動作を統括的に制御するコントローラの一部として構成されてもよい。

制御部３０は、第２の制御モードにおいて、支持面１０ａ上の基板Ｗと検出用電極１２との間の静電容量に基づいて、支持面１０ａ上の基板Ｗの位置ずれ量を検出するように構成される。

例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、検出用電極１２の外径が基板Ｗの外径と同一の値に設定される場合、基板Ｗの位置ずれ量に応じて、基板Ｗと検出用電極１２との対向面積が減少する。制御部３０は、これら基板Ｗと検出用電極１２との対向面積に応じて変化する基板Ｗと検出用電極１２との間の静電容量やインピーダンスの大きさを演算する演算回路（図示略）を有する。その測定結果により、支持面１０ａの中心１０ｃに対する基板Ｗの中心Ｗｃとの位置ずれ量Ｄを検出することができる。

比較例として、図４（ｃ）に示すように、基板Ｗの位置ずれ検出と吸着とを兼ねた電極１２Ｒが支持面のほぼ全域に大きなパターンサイズで形成された検出系を考える。この検出系においても、その静電容量やインピーダンスを測定し、その量や量の変化を読み取ることで、基板Ｗの位置ずれ量を検出することが可能である。

ここで、平行平板の静電容量Ｃは、Ｃ＝ｋＳ／ｄ（ｋ：比誘電率、Ｓ：対向面積、ｄ：対向距離）で表される。しかし、基板のずれ量は、基板の直径に対して微小であることが多く、対向面積Ｓの変化量が小さいため、静電容量やインピーダンスの変化となって現れにくい。つまり、図４（ｃ）に示す検出系では、基板Ｗの位置ずれ量を精度よく測定することが困難である。

これに対して本実施形態においては、比較例のように静電容量を大きくする電極構造ではなく、分解能を細かくするために検出用電極の面積を小さくして基板との間の静電容量のダイナミックレンジを小さくしている。例えば、ダイナミックレンジが１μＦで分解能が１０ビットであった場合は１ｎＦ程度の分解能をもつことになるが、ダイナミックレンジが１ｎＦの場合は１ｐＦ程度の分解能が得られ、水平方向のずれによるような微小な静電容量の変化をより捉えやすくなる。これにより、基板の位置ずれ量を高精度に測定することが可能となる。

しかも、検出用電極の面積を小さくすることは、検出用電極を吸着用電極とは別にすることもでき、それは検出回路に高耐圧の直流ブロッキング回路を不要にすることにつながる。また、静電容量を小さくすることは、一般に、検出に使われる交流信号の周波数を高くすることができる。それは、整流やノイズ対策などにおいて小型で安価な部品の使用を可能とし、Ｓ／Ｎの向上を図りやすくする。

本実施形態における検出用電極１２は、基板Ｗの周囲に沿うように環状に形成されているため、円板状の電極１２Ｒよりも、検出用電極１２の中空の部分だけ基板と重なり合う面積が小さくなる。これにより、基板Ｗの面内方向の一定範囲のずれに対して位置ずれ量の検出感度を向上させることができる。

ここで、直径１００ｍｍの円盤形状の２つサンプルを各々の中心点が一致するように重なり合わせたときの面積（以下、対向面積ともいう）を１として、その重なり位置のずれに対する対向面積の変化を測定した。一方、上記２つのサンプルのうち一方を外径が１００ｍｍで、内径が９０ｍｍの円環形状のものに置き換え、上述と同様に、各々の重なり位置のずれに対する対向面積の変化の割合を計算した。その結果を図５に示す。

図５に示すように、黒丸で示す円盤形状のサンプルについては、位置のずれ量に対して対向面積がリニアに変化する。これに対して、白丸で示す円環形状のサンプルについては、ずれ量が１０ｍｍまでの領域では、ずれ量が１０ｍｍ以上の領域と比較して、対向面積の変化の割合が大きい。つまり、１０ｍｍ以下の位置ずれに対しては、円環形状のサンプルの方が比較的大きな割合で対向面積が変化するため、面積に基づく位置ずれの検出感度が高いことがわかる。

図６は、上述の２種類のサンプルを電極に見立てて各々の静電容量を計測した一実験結果である。ここでは、直径１５０ｍｍ（６インチ）のシリコン基板を相手側円盤とし、円盤形状のサンプルとして直径１５２．４ｍｍの円盤状電極を用いた。円環形状のサンプルとしては、外径１５２．４ｍｍ、内径１４８．６ｍｍの円環状電極を検出用電極１２として構成した検出系を作製し、基板の位置ずれに対する円環状電極の静電容量の変化を測定した。測定条件は、図２に示したパターン形状の検出用電極１２および検出用基準電極１３との間に交流電力（印加周波数１０ｋＨｚ、印加電圧１Ｖ）を供給した。測定装置には、日置電機株式会社製ＬＣＲメータ（HIOKI IM3536）を用いた。

図６に示すように、円環形状と円盤形状との形状的な差異による面積割合の変化が、そのまま静電容量の変化割合となって現れることが確認された。このように、検出用電極１２の電極形状を円環形状にすることによって、基板Ｗの微小な位置ずれに伴う静電容量の変化割合を大きくすることができるため、当該位置ずれ量を高精度に測定することができる。

なお、このような作用効果は、円環の外径が相手側円盤（基板）の直径と同一である場合だけに限られるものではなく、円環の外径が円盤の直径と同一でない（基板の直径よりも大きい、または、小さい）場合にも同様の作用効果を得ることができる。

このような作用効果が得られる検出用電極１２としては、面積が基板Ｗの総面積の１５％以下であることが好ましい。容量値で規定すると、検出用電極１２の大きさは、６インチウエハの場合、バックグランド（基板がないときの容量値）を考慮して、例えば、１０ｐＦ以上２００ｎＦ以下の容量値が得られる大きさであることが好ましい。これにより、例えば１００ｐＦ単位で２０００程度に分割することができるため、当該精度で基板を位置決め、あるいは、位置ずれ量を検出することができる。

支持面１０ａ上における基板Ｗの位置ずれ量の測定は、吸着保持前でもよいし、吸着保持中でもよいし、吸着保持後であってもよい。すなわち、制御部３０は、吸着用電極１１（電極対１１ａ，１１ｂ）へ直流電力を供給することで支持面１０ａ上の基板Ｗを吸着する第１の制御モードの実行前又はその実行後に、検出用電極１２へ交流電力を供給することで支持面１０ａ上の基板Ｗの位置ずれを検出する第２の制御モードを実行することが可能に電力供給部２０を制御する。

第２の制御モードを第１の制御モードの実行前に実行することにより、許容範囲を超える基板Ｗの位置ずれを基板Ｗの処理前に検出することができるため、例えば、支持面１０ａの着膜や異物の噛み込みなどを未然に防止することができる。また、第２の制御モードを第１の制御モードの実行後に実行することにより、例えば、成膜処理後の基板Ｗの割れや残留吸着などを検出することができる。

あるいは、制御部３０は、第１の制御モードの実行中に、第２の制御モードを実行することが可能に電力供給部２０を制御するように構成されてもよい。第１の制御モードの実行により、基板Ｗは支持面１０ａに密着するため、基板Ｗと検出用電極１２との間の静電容量は、典型的には、第１の制御モードの実行前よりも大きくなる。その一方で、第１の制御モードの実行の前後で静電容量に変化がない場合、異物の噛み込みや、基板に反りがある場合はその矯正が不十分である可能性がある。そこで、第１および第２の制御モードを同時に実行することで、これらの事象の有無を容易に判定することが可能となる。

図７は、真空処理装置１の動作手順を説明するフローチャートである。

チャック本体１０の支持面１０ａに基板Ｗが載置されると、静電チャック装置１００は、第１の位置ずれ測定（Ｓ１０１）、チャッキング（チャックＯＮ）（Ｓ１０２）、第２の位置ずれ測定（Ｓ１０３）、基板処理（Ｓ１０４）、デチャッキング（チャックＯＦＦ）（Ｓ１０５）および第３の位置ずれ測定（Ｓ１０６）を経て、処理室２から搬出される。チャッキングおよび基板処理は、第１および第２の位置ずれ測定で良好判定が得られたときに行われ、不良判定の場合は、基板Ｗの再載置あるいは異常報知が行われる。

第１～第３の位置ずれ測定（Ｓ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０６）においては、電力供給部２０におけるスイッチ２２６～２２８を閉じて、第２の電力供給ラインＬ２を検出用電極１２、検出用基準電極１３および比較用電極１４へ接続する。本実施形態では、検出用電極１２と基板Ｗとの間の静電容量を測定した後、比較用電極１４と基板Ｗとの間の静電容量を測定するが、勿論これに限られない。

第１～第３の位置ずれ測定（Ｓ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０６）における良否判定はそれぞれ同一でもよいし、少なくとも一部が異なっていてもよい。典型的には、検出用電極１２による測定値の基準値からの差が所定値以下の場合、制御部３０は、支持面１０ａの基準位置からの基板Ｗのずれ量が許容範囲にあると判定する。許容範囲は、各位置ずれ測定によって異なる基準が採用されてもよい。第１～第３の位置ずれ測定（Ｓ１０１，Ｓ１０３，Ｓ１０６）は全て実行される例に限られず、一部のステップのみが実行されてもよい。

検出用電極１２による測定値からの差が上記所定値を超えた場合、比較用電極１４による測定値に基づいて、基板Ｗの位置ずれが許容範囲を超えたのか、異物の噛み込みあるいは基板Ｗに過度な反りが生じているのかどうかが判別される。判別内容に応じて、異常報知の種類や対応の処置を異ならせてもよい。位置ずれ量の許容範囲は特に限定されず、基板Ｗの大きさ、形状、真空処理の内容等に応じて適宜設定することが可能である。

以上のように本実施形態の静電チャック装置１００によれば、支持面１０ａ上の基準位置に対する基板Ｗの位置ずれを、基板Ｗと検出用電極１２との間の対向面積の相違による電気特性から把握することができる。しかも、検出用電極１２は環状に形成されているため、電極形状を複雑化することなく、対向面積に基づいて基板Ｗの位置ずれ量をアナログ的にかつ高精度に検出することができる。また、特定の軸方向に特化された検出用の電極構造を必要することなく、支持面１０ａに平行な全ての方向（面内方向）の位置ずれに対応することができる。

さらに、検出用電極１２、検出用基準電極１３および比較用電極１４を吸着用電極として機能させることができる。これにより、基板Ｗの吸着面積が増加するため、吸着力の向上と基板Ｗの反り矯正機能の向上とを図ることができる。

＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係る静電チャック装置２００におけるチャック本体４０の電極構成図、図９は、検出用電極１１２および比較用電極１１４の電極構造を示す拡大図、図１０は、電力供給部１２０の回路図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の静電チャック装置２００は、チャック本体４０と、電力供給部１２０と、制御部３０とを備える。

本実施形態のチャック本体４０は、矩形の平面形状を有し、その表面（支持面）に例えばガラス基板等の矩形基板が載置可能に構成される。チャック本体４０は、吸着用電極１１１（第１の電極）と、検出用電極１１２（第２の電極）と、比較用電極１１４（第４の電極）とを有する。

吸着用電極１１１は、矩形の電極対１１１ａ，１１１ｂを有し、双極型の吸着用電極を構成する。検出用電極１１２は、吸着用電極１１１を囲むように矩形環状に形成される。検出用電極１１２は、典型的には、チャック本体４０に載置される基板の周縁に沿うように基板サイズに対応する形状に形成される。比較用電極１１４は、吸着用電極１１１と検出用電極１１２との間に配置され、吸着用電極１１１を囲むように矩形環状に形成される。

吸着用電極１１１、検出用電極１１２および比較用電極１１４は、上述の第１の実施形態における吸着用電極１１、検出用電極１２および比較用電極１４と同様な機能を有する。これらのうち、検出用電極１１２および比較用電極１１４は、図９に示すような電極形状に形成される。

すなわち、本実施形態における検出用電極１１２および比較用電極１１４は、それぞれ、２つの電極線Ｅ１，Ｅ２で構成される。２つの電極線Ｅ１，Ｅ２は、相互の間隔が一定となるように構成された電極対を構成し、吸着用電極１１１の外側に環状に形成される。電極線Ｅ１，Ｅ２は、図９に示すように一軸方向に向かってジグザグに蛇行するように形成されるが、これに限られず、直線的に形成されてもよい。

電極線Ｅ１，Ｅ２のうち、一方は検出用交流電力の入力端、他方はその出力端として機能する。これら電極線Ｅ１，Ｅ２の間の静電容量が基板Ｗの有無によって変化することを利用して、チャック本体４０（支持面）に対する基板の位置ずれ量を検出することが可能となる。

例えば、検出用電極１１２で基板の位置ずれ量を検出する場合には、スイッチ２２６，２２７を閉じて検出用電極１１２の２つの電極線Ｅ１，Ｅ２を交流電源２２１へ接続し、電流計２２９の検出値に基づき、これら電極線Ｅ１，Ｅ２の間の静電容量を測定する。一方、比較用電極１１４で異物の噛み込みや基板Ｗの反りの有無などを検出する場合には、スイッチ２２６，２２８を閉じて比較用電極１１４の２つの電極線Ｅ１，Ｅ２を交流電源２２１へ接続し、電流計２２９の検出値に基づき、これら電極線Ｅ１，Ｅ２の間の静電容量を測定する。

検出用電極１１２および比較用電極１１４の少なくとも１つは吸着用電極としての機能を有してもよい。この場合、例えば、スイッチ２２６～２２８を介して検出用電極１１２および比較用電極１１４へ直流電力を供給することが可能な第３の直流電源２２３、第４の直流電源２２４および第５の直流電源２２５が第２の電力供給ラインＬ２にそれぞれ接続される。

電流計２２９の数や位置も上記の例に限られず、例えば、検出用電極１１２（Ｅ１）とスイッチ２２６との間、および／または、比較用電極１１４（Ｅ１）とスイッチ２２６との間にさらに配置されてもよい。これにより、検出精度の向上を図ることができる。

図１０の例では、検出用電極１１２および比較用電極１１４を構成する電極線Ｅ１，Ｅ２が極性の異なる直流電源に接続される。これにより、グラディエント力を利用した基板の静電吸着作用が得られる。このため、所望とするグラディエント力が得られるように電極線Ｅ１，Ｅ２の間隔が最適化される。

以上のように構成される本実施形態の静電チャック装置２００においても、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。本実施形態によれば、検出用基準電極を別途設ける必要がなくなるため、吸着用電極１１１の十分な面積を容易に確保することができる。

＜第３の実施形態＞
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る静電チャック装置３００におけるチャック本体５０の電極構成図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態におけるチャック本体５０においては、円環状の検出用電極１２が複数の電極片の集合体で構成されている点で、第１の実施形態と異なる。すなわち、本実施形態の検出用電極１２は、支持面１０ａの同心円上に等角度間隔で配置された４つの円弧状の電極片１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの集合体で構成される。

各電極片１２ａ～１２ｄは、電気的にそれぞれ独立しており、電力供給部２０に個別に接続されている。制御部３０についても同様に、各電極片１２ａ～１２ｄに個別に静電容量を測定あるいは演算することが可能に構成される。制御部３０は、支持面１０ａ上の基板Ｗと複数の電極片１２ａ～１２ｃ各々との間の静電容量に基づいて、支持面１０ａ上の基板Ｗの位置ずれ量および位置ずれ方向を検出するように構成される。

このように構成される本実施形態の静電チャック装置３００においては、検出用電極１２が複数の電極片１２ａ～１２ｄに分割されているため、支持面１０ａに対する基板Ｗの位置ずれ量だけでなく、位置ずれの方向をも検出することが可能となる。

例えば、図１１において基板Ｗが基準位置（支持面１０ａの中心）から左方向にずれて載置された場合、電極片１２ａ，１２ｂの容量値に関しては基準値よりも減少し、電極片１２ｃ，１２ｄの容量値に関しては基準値と同一（外径が基板サイズよりも大きい場合は増加）することになる。基板Ｗが図中右方向、上下方向および斜め方向にずれた場合も同様に、各電極片１２ａ～１２ｄの容量値を比較することで、基板のずれ方向の検出が可能となる。

検出用電極１２の分割数は上述の４つに限られず、２つ、３つあるいは５つ以上であってもよい。このような構成は、第２の実施形態において説明したチャック本体４０の検出用電極１１２についても同様に適用可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、真空処理装置用の静電チャック装置を例に挙げて説明したが、真空処理以外の各種処理装置用の基板支持機構としても本発明は適用可能である。

また以上の第１の実施形態において説明した検出用電極１２および比較用電極１４は、第２の実施形態と同様に、一対の電極線で構成されてもよい。この場合、比較用基準電極１３の設置が不要となるため、吸着用電極１１の十分な面積を容易に確保することができる。

１…真空処理装置
１０，４０，５０…チャック本体
１１，１１１…吸着用電極（第１の電極）
１２，１１２…検出用電極（第２の電極）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…電極片
１３…検出用基準電極（第３の電極）
１４，１１４…比較用電極（第４の電極）
２０，１２０…電力供給部
３０…制御部
１００，２００，３００…静電チャック装置
Ｗ…基板

Claims (8)

1. 基板を載置可能な支持面に対向して配置され中空部を有する第１の電極と、前記支持面に対向して配置され前記第１の電極を囲う環状の第２の電極と、前記中空部に配置された第３の電極とを有する電極層と、前記電極層の表面を被覆する誘電体層とを有し、前記誘電体層の表面が前記支持面として構成されるチャック本体と、
   前記第１の電極に対して直流電力である第１の電力を供給することが可能な第１の電力供給ラインと、前記第２の電極および前記第３の電極に対して交流電力である第２の電力を供給することが可能な第２の電力供給ラインとを有する電力供給部と、
   前記第１の電極へ前記第１の電力を供給することで前記支持面上の基板を吸着する第１の制御モードと、前記第２の電極および前記第３の電極へ前記第２の電力を供給することで前記支持面上の基板の位置ずれを検出する第２の制御モードとを、選択的に又は同時に実行することが可能に前記電力供給部を制御する制御部と
   を具備する静電チャック装置。
2. 請求項１に記載の静電チャック装置であって、
   前記制御部は、前記第２の制御モードにおいて、前記支持面上の基板と前記第２の電極との間の静電容量に基づいて、前記支持面上の基板の位置ずれ量を検出する
   静電チャック装置。
3. 請求項１又は２に記載の静電チャック装置であって、
   前記制御部は、前記第１の制御モードの実行前又はその実行後に、前記第２の制御モードを実行することが可能に前記電力供給部を制御する
   静電チャック装置。
4. 請求項１又は２に記載の静電チャック装置であって、
   前記制御部は、前記第１の制御モードの実行中に、前記第２の制御モードを実行することが可能に前記電力供給部を制御する
   静電チャック装置。
5. 請求項１～４のいずれか１つに記載の静電チャック装置であって、
   前記電極層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され前記第２の電力供給ラインに接続可能に構成された環状の第４の電極をさらに有する
   静電チャック装置。
6. 請求項１～５のいずれか１つに記載の静電チャック装置であって、
   前記制御部は、前記第１の制御モードにおいて、前記第１の電極および前記第２の電極に対して前記第１の電力を供給するように前記電力供給部を制御する
   静電チャック装置。
7. 請求項１～６のいずれか１つに記載の静電チャック装置であって、
   前記第２の電極は、複数の電極片の集合体で構成され、
   前記制御部は、前記支持面上の基板と前記複数の電極片各々との間の静電容量に基づいて、前記支持面上の基板の位置ずれ量および位置ずれ方向を検出する
   静電チャック装置。
8. 請求項１に記載の静電チャック装置の制御方法であって、
   前記支持面に基板を載置し、
   前記第２の電極および前記第３の電極を前記第２の電力供給ラインに接続することで、前記支持面に対する基板の位置ずれを検出し、
   前記第１の電極を前記第１の電力供給ラインに接続することで、前記支持面上に基板を密着させ、
   前記第２の電極および前記第３の電極を前記第２の電力供給ラインに再度接続することで、前記支持面に対する基板の位置ずれを再度検出する
   静電チャック装置の制御方法。

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