JPH06177217A - 現場実時間面積抵抗測定センサシステム及び測定方法 - Google Patents

現場実時間面積抵抗測定センサシステム及び測定方法

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JPH06177217A
JPH06177217A JP4230358A JP23035892A JPH06177217A JP H06177217 A JPH06177217 A JP H06177217A JP 4230358 A JP4230358 A JP 4230358A JP 23035892 A JP23035892 A JP 23035892A JP H06177217 A JPH06177217 A JP H06177217A
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electrode
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 静電チャック内に埋設した多数の電極を選択
使用しウェーハを静的に支持しかつこれに高周波励起信
号を印加し、応答誘導信号を抽出し、これらの信号から
ウェーハ導電層面積抵抗を実時間測定してプロセス制御
に供する。 【構成】 測定センサシステム２０において、静電チャ
ック３０は、加熱／冷却モジュール３２で温度制御さ
れ、複数の分布電極１０１〜１１１を、例えば、同心円
パターンに埋設し、スペーサ３６で絶縁し、スルーホー
ル３８を通る電線の接続点１〜１２で電源又はセンサに
接続し、一部の電極をチャック電極とし低周波電圧印加
の下に半導体ウェーハ２２を静電的に支持し、残りの電
極をセンサ電極として高周波励起信号を印加し、ウェー
ハ２２に誘導信号を生じ、これらの励起信号と誘導信号
からウェーハ２２の導電層の半径又は周方向面積抵抗を
プロセス中に測定してプロセス制御器に帰還する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全体的に半導体デバイ
スの製造に関し、特に現場実時間面積抵抗測定センサシ
ステム及び測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロエレクトロニックスデバイス製
造中の導電層面積抵抗値の現場測定は、プロセス制御に
関する可変情報を提供し及び実時間プロセス終点検出適
用に資することができる。例示的プロセスは、化学気相
成長法（以下、ＣＶＤ）、タングステン、アルミニウ
ム、銅のような導電層用プロセス、導電層の物理気相成
長法（以下、ＰＶＤ）、及び導体をパターン化するのに
使用されるプラズマエッチングプフロセスを含む。面積
抵抗センサは、実時間にエッチング又は堆積プロセス
を、又は、例えば、真空予備排気室内に配備されるプリ
プロセス／ポストプロセスセンサを監視及び制御するの
に使用される。これらの型式の面積抵抗センサは、帰還
プロセス制御に並びにプロセス及び機器診断／予断に極
めて有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤ金属薄膜厚さ及
び（又は）面積抵抗測定のために過去に提案されている
現場センサにはいくつかの型式がある。例えば、うず電
流センサは、金属薄膜面積抵抗のプリプロセス／ポスト
プロセス測定用非侵入性現場（しかし非実時間）センサ
である。このセンサは実時間的でないので、これを多く
のプロセス終点制御適用に使用することができない。
【０００４】２点プローブは、金属堆積、例えば、タン
グステンＣＶＤプロセス室内のウェーハ縁の前側へ電気
接触をとるために２つの導体ウェーハ支持ピンを採用す
る。これは、接触型現場実時間センサであり、かついく
つかの制約を受ける。このセンサは、２つの導体ウェー
ハプローブピンの間の直流電流及び電圧の測定に依存す
る。結果として、その動作は、これらのピンとこの室内
のウェーハ表面との間の接触抵抗値及び（又は）電位値
に敏感である。このプローブの接触抵抗／電位及びその
温度依存性は、測定不確定性を招くおそれがある。
【０００５】マイクロ波に基づく面積抵抗センサは、金
属面積抵抗測定に対して非侵入実時間センサである。そ
の動作は、プローブビームとしてのマイクロ波（１２〜
１８ＧＨｚ）の使用に基づく。しかしながら、このセン
サは、その大きいプローブビーム寸法に起因して平均面
積抵抗を提供するに過ぎない。換言すれば、非実時間均
一性測定が行われる。
【０００６】光ファイバ散乱に基づくセンサは、表面粗
性測定を通してのＣＶＤ金属薄膜厚さのプリプロセス／
ポストプロセス測定に対しては、非侵入現場（しかし非
実時間）センサである。それゆえ、これもまた、このセ
ンサが非実時間的であるので、これを多くの実時間プロ
セス終点制御適用に使用することはできない。
【０００７】したがって、これらの問題のいずれか又は
全てを克服する改善が、現在望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の他の目的及び利
点は、以下で明白になり、部分的に出現し、かつ現場実
時間面積抵抗測定システムのための方法及び装置を提供
する本発明によって達成されるであろう。
【０００９】半導体ウェーハの上側表面上の導体層の面
積抵抗を測定するセンサシステムが、ここに開示され
る。１実施例において、そのセンサシステムは、そのウ
ェーハの裏側表面に電気的に結合されるチャックを含
む。このチャックは、そのウェーハを静電的に支持する
能力を有する。信号源がそのウェーハの裏側に結合され
る交流電流励起信号を供給し、かつこの励起信号と検出
信号を監視する回路要素が配設されている。このウェー
ハの上側表面上の導電層の面積抵抗は、この励起信号及
びこの検出信号の実時間測定から決定される。
【００１０】１実施例においては、その静電チャック
は、プロセス室内の半導体ウェーハを支持するチャック
本体を含む。少なくとも２つの電極が、このチャック本
体の表面に形成されるが、この表面から電気的に絶縁さ
れる。これらの電極は、また、このウェーハの裏側表面
に電気的にかつ静電容量的に結合される。回路要素は、
これら電極に接続されて、測定しようとする面積抵抗の
範囲に対して最適化励起周波数を持つ電気交流信号を受
信する。
【００１１】エッチング及び堆積適用に対する現場及び
（又は）実時間現場導体薄膜抵抗又は厚さ測定用低コス
トのセンサに対する必要性が、目下、存在する。このよ
うなセンサは、タングステン、アルミニウム、及びチタ
ン（並びに他の金属及びけい化金属）の堆積に使用され
るＣＶＤ及びＰＶＤに有意な影響を与えることができ
る。更に、これらのセンサを、プラズマエッチング反応
器内でプロセス制御及びプロセス終点検出目的に使用す
ることができる。
【００１２】本発明のセンサの利点は、このセンサがそ
のウェーハへのいかなる前側機械的又は電気的接触も必
要としないと云うことである。
【００１３】更に、このセンサは、半導体デバイス製造
における導体層処理に使用される低圧ＣＶＤ（以下、Ｌ
ＰＣＶ）又はプラズマエンハンストＣＶＤ（以下、ＰＥ
ＣＶＤ）の各種型式及びプラズマエッチング反応器に適
合性である。
【００１４】更に、その関連した静電チャックは、その
ウェーハ表面を帯電させることなくこのウェーハの裏側
への均一な接触を保証する。
【００１５】本発明の上述の特徴は、付図と関連した次
の説明の考察から、一層明確に理解されるであろう。
【００１６】異なるこれらの付図を通して対応する符号
及び記号は、他に指示がなければ、対応する部品を参照
する。
【００１７】
【実施例】本発明の現行好適実施例の製造及び使用は、
詳細に以下に論じられる。しかしながら、云うまでもな
く、本発明は、広範多様な特定の関係において実施する
ことのできる多くの応用可能な新規な構想を提供する。
論じられる特定の実施例は、本発明を実現しかつ使用す
る特定様式の単なる実例であって、本発明の構想を限定
する訳ではない。
【００１８】以下は、本発明の装置及び方法の説明であ
る。その好適実施例がまず説明され、これにいくつかの
変更実施例の説明が続く。
【００１９】図１を参照すると、ウェーハ２２の表面上
の導電層の面積抵抗及びその均一性を測定するセンサシ
ステム２０が示されている。示されている実施例におい
ては、そのプロセスは、単一ウェーハ堆積又はエッチン
グプロセス室内で起こる。その室壁２４が示されおり、
この室壁は処理しようとするウェーハを外側大気から絶
縁する。このプロセスは、真空又は低圧条件の下に起こ
るが、しかしこれは動作にとって必要条件ではない。事
実、このプロセスは、プロセス室を全く必要としない。
【００２０】ウェーハ２２の上側表面上の導体層の面積
抵抗は、極めて多数の様々なプロセス中に測定される。
これらのプロセスは、アルミニウム及びタングステンの
ような金属並びにその他の金属の堆積用ＣＶＤ又はＰＶ
Ｄを含む。更に、例えば、タングステン、アルミニウ
ム、又は銅のような金属の低温エッチングが遂行され
る。この方法は、また、金属蒸発中にも使用される。
【００２１】測定された面積抵抗情報は、次いで、制御
器内へ帰還され、この制御器はそのデバイスを一層正確
に製造するようにこのプロセスを制御する。更に、本発
明を、ＰＥＣＶＤ及びエッチングプロセスと共に使用す
ることもできる。
【００２２】本発明は、プロセス均一性制御及び終点検
出に使用される。例えば、本発明はいつエッチングプロ
セスが完了するかを判定するのに使用され、この判定に
よって不足エッチング又は過剰エッチングを回避する。
更に、本発明は、堆積又はエッチングのいずれに対して
もプロセス速度を制御することができる。例えば、一定
プロセス速度が、いまや達成される。更に、本発明を利
用することによって、プロセス、及び機器診断及び予断
が簡単化される。本発明の方法及びシステムは、面積抵
抗均一性並びに平均面積抵抗値を、共に実時間に測定す
ることができる。
【００２３】ウェーハ裏側上の分布プローブ電極は、い
わゆる "４点プローブ" 技術の構想に基づいて動作す
る。このセンサと半導体製造におけるオフライン面積抵
抗測定に使用される従来の "４点プローブ" との間に大
きな差異が存在する。本発明のセンサは、導電薄膜の現
場面積抵抗測定のために（高周波プラズマ、ウェーハ加
熱及びウェーハ冷却の場合はオプションで以て）静電チ
ャック内に埋設される。本発明のセンサは、また、円形
対称及び限定プローブ面積を持つ多重分布プローブ電極
を採用する。これで、実時間半径方向面積抵抗均一性デ
ータを提供する。更に、このセンサは、高周波電気プロ
ーブ信号（電流又は電圧）のウェーハ裏側への静電容量
性結合に基づいている。直流電流は、これらの電極間に
流れない。ウェーハ裏側上のいかなる誘電体も、このウ
ェーハ導電薄膜面積抵抗測定の正確性に無視できる程の
影響しか与えないであろう。
【００２４】図１を再び参照すると、静電チャック３０
が、ウェーハ２２を機械的に支持するため、並びに面積
抵抗測定を遂行する電気的プローブ接続を提供するため
に配設されている。チャック３０は、アルミニウム、ス
テンレス鋼のような電気的、熱的伝導金属、又はニッケ
ル又はモリブデン（又はこれらの合金）のような高融点
金属又はモネルのような耐熱金属で典型的に製造され
る。
【００２５】チャック３０にその近くで接続されて加熱
／冷却モジュール３２があり、これは処理が起こる温度
を制御するために配設される。本発明は、導電層堆積及
びエッチング適用の場合に半導体処理が起こる広い温度
範囲のどんな温度において使用されてもよく、これは温
度の測定への影響を容易に校正及び計数できるからであ
る。
【００２６】チャック３０は、電気的絶縁材料３４によ
ってその室壁から分離されている。材料３４は、石英又
は他の電気的絶縁材料である。図に示されるように、絶
縁材料３４は、そのウェーハに近い閉じ込め領域内に真
空又は低圧を維持するために、ガスケットによってこの
室壁から分離されている。
【００２７】このチャックに埋設されて、円形電極１０
１〜１１１がある。このチャック自体は、第１２電極と
して働く。１２個の電極が示されているが、いかなる数
（１より大きい）の電極も使用することができる。１２
と云う数は、１５．２４ｃｍ（６インチ）ウェーハにと
って電極として良い数である。一般に、電極の最大数
は、要求される空間解像度及びウェーハ寸法によって決
定される。２つ、すなわち、最小数の電極は、平均測定
のみを与えるだけで、いかなる特定半径方向均一性デー
タも与えないであろう。好適実施例においては、図２に
示されるように、これらの電極は、形状が円形である。
【００２８】電極１０１〜１１１は、スペーサ３６によ
ってチャック３０の本体から電気的に絶縁されている。
スペーサ３６は、典型的には、電気的絶縁、しかし熱伝
導材料で作られる。スペーサ３６として使用することの
できる例示的材料は、窒化ほう素及び窒化アルミニウム
を含む。
【００２９】電極１０１〜１１１は電線によってセンシ
ング及び制御機器に電気的に結合され、これらの電線は
チャック３０内に形成されたスルーホール３８を通る。
スルーホール３８の配置は、機械設計に基づく設計選
択、すなわち、配線にとっての最適配置によって決定さ
れる。
【００３０】全ての電極１０１〜１１１の表面は、薄い
（典型的に数μｍ未満）、例えば、酸化けい素又は酸化
アルミニウムのような絶縁材料で以て被覆される。その
正確な厚さは、高周波プローブの選択に基づいて決定さ
れる。これは、これらのプローブ電極の表面パッシベー
ション及びいかなる直流電流通路をも防ぐために行われ
る。しかしながら、これらの電極と直列の外部コンデン
サの使用もまた、直流電流を阻止する。結果として、こ
れらの分布電極上の絶縁薄膜の使用は、必須ではない。
もしそのウェーハの裏側が酸化けい素又は窒化けい素の
ような絶縁層で以て被覆されるならば、電極パッシベー
ションは必要ない。
【００３１】図２は、単一ウェーハ堆積又はエッチング
機器に対する、静電チャック３０及び関連面積抵抗セン
サ電極の簡単化概略図を示す。チャック３０は、静電チ
ャック動作並びにセンサのための分布電極アレイを有す
る。この図は、導電性、おそらく、金属材料で作られた
多重円形電極を示す。例えば、アルミニウム、ステンレ
ス鋼、モリブデン、ニッケル、又はなんらかの他の適当
な金属が使用される。ここに示された電極は、円筒対称
形を有する（円形電極）。正方形又は長方形電極のよう
な他の形状を使用してもよい。電極の最適数は、ウェー
ハ寸法、電極表面面積、均一性測定に対する空間解像度
の量、及び高周波信号の周波数に依存する。
【００３２】図２に示された例は、全部で１２個の電極
を示す。第１電極は中心にあり、第１２電極はチャック
３０の本体に接続されかつウェーハ２２の縁に接触す
る。例として、電極の最大数は、ウェーハ直径とウェー
ハ厚さの間の比の１／１０を超えてはならない。これに
よって、電極対電極間隔がウェーハ厚さより遙かに大き
いことを保証する。
【００３３】或る場合においては、これらの電極直径は
各電極１０１〜１１１の面積が同じであるように選択さ
れる。他の場合は、これらの電極幅は全て等しい。更に
その他の場合においては、これらの電極幅はその他の判
定基準によってかつ各電極幅が独立に選択されるように
決定される。
【００３４】静電チャックを製造する１例の方法は、窒
化ほう素の円板を使って開始することである。円形溝が
この円板内へ機械加工される。薄い円形電極１０１〜１
１１が形成され、かつそのチャック本体内においてこれ
らの溝内に置かれる。例えば、低温適用の場合にはアル
ミニウム電極が使用され、他方高温ＣＶＤ適用において
はニッケルのような高融点金属又はモネルのような耐熱
合金が使用される。
【００３５】窒化ほう素のような高伝熱材料ウェーハ５
０上に分布電極を製造するのに、代替方策を使用するこ
とも可能である（図３）。分布電極１０１〜１０３を、
図３に示されたように、窒化ほう素ウェーハ５０上に分
散させかつパターン化することができる。電極１０１〜
１０３は、モリブデン、ニッケル、又はコバルトのよう
な高融点金属を含むことができ、かつ窒化ほう素のウェ
ーハ５０上に形成された緩衝層５２上にＰＶＤによって
（例えば、１から２μｍ）に堆積される。酸化けい素の
ような絶縁材料の絶縁層５４が、次いで、電極１０１〜
１０３を覆い形成される。これらの前面プローブ電極へ
の電気的接続は、ウェーハバイア（図には示されていな
い）を通してなされる。
【００３６】図４ａを参照すると、代替電極パターンが
示されている。ここでは、円形電極１０１〜１１１は、
１つより多い部分（示されている場合４つ）に分割され
る。図２に示された電極パターン、すなわち、各同心環
が連続している電極パターンを使用するセンサシステム
の動作（図７に関して更に詳細に説明される）中、半径
方向面積抵抗情報が得られる。他方、図４ａに示された
電極パターンを使って、周方向並びに半径方向情報が決
定される。使用される部分の数は、システム複雑性対要
求される均一性解像度レベルのトレードオフを通して決
定される。例えば、もし詳細に乏しい均一性情報が要求
されるならば、各電極はそれだけ少ない数、おそらく２
つの部分に分割されるであろう。他方、もし詳細に富ん
だ情報が要求されるならば、各電極は、例えば、４、８
または１０象限に分割されるであろう。
【００３７】更に、他の電極パターンが、図４ｂに示さ
れている。ここでは、実質的に周方向面積抵抗測定デー
タが得られる。
【００３８】好適実施例は、図５ａから図６ｂに示され
ている。この実施例においては、等しい幅の電極が選択
されている。これらの電極の寸法は図５ａ及び図５ｂに
示され、他方、スルーホール３８の位置は図６ａ、６ｂ
に示されている。
【００３９】この好適実施例における電極の各々の内径
及び外径、面積及び静電容量は、表１に示されている。
【００４０】
【表１】
【００４１】表１に示されているように、プローブ静電
容量範囲は、中心における電極番号１に対する４．３９
ｎＦから縁における電極（番号１２又はウェーハに重な
るチャック本体）に対する２３．９３ｎＦまでの範囲を
とる。これらの値の全ては、これらの分布電極とウェー
ハ裏側との間に約２μｍの酸化けい素と等価な誘電体厚
さがあると云う仮定に基づいている。
【００４２】回路の動作を理解するために、１つの例示
的場合をこれから説明する。そのチャックは１２個の電
極を有し、ここで第１電極は中心電極である。第１２電
極はそのチャック本体に接続されかつウェーハ縁領域と
重なる縁電極である。この例において、図２に示された
電極パターンが使用される。静電チャック電極及びセン
サ高周波プローブ電極に対する電気接続を配置又は区画
するには、種々の方法がある。１つの方策は、静電チャ
ックに対してはチャック電極の副集合を使用し、かつセ
ンサ電極に対しては残りの電極を使用することである。
例えば、１つの方法はセンサ高周波電流源４０と中心電
極及び縁電極（第１及び第１２電極）を接続することで
ある。第２、４、６、８及び１０電極は電圧パルス列を
経由して静電チャック動作のために使用される。第３、
５、７、９及び１１電極は、容量性接触を経由してこれ
らの電極上に誘導された高周波電圧をプローブ又は監視
するのに使用される。
【００４３】このシステムの動作を、いまから、図７を
参照して説明する。図７ａは、図１に示されたシステム
に対する等価電気回路を示し、他方、図７ｂはこの等価
回路の理解を助援するためにウェーハの極めて簡単化し
た線図を示す。入力接続点は、１から１２で指標付けさ
れている。これらの接続点は、電極１０１〜１１２に対
応する。
【００４４】ここに説明される実施例において、出力電
圧は接続点３、５、７、９、及び１１において監視さ
れ、かつＶmiで表示される（ここにｉは接続点の指
標）。この場合、面積抵抗は、５つの異なる場所におい
て（例えば、図２に示された電極パターンで以て）半径
方向に測定される。先に論じたように、面積抵抗は、周
方向にも測定されることもある。もし終点又は平均測定
が要求されるならば、僅か２つの接続点、すなわち、電
極が監視される。
【００４５】いま、図７ｂ及び図７ａを参照すると、静
電容量Ｃi （この例ではｉは１から１２をとる）は、電
極Ｅi とウェーハ６７０との間の静電容量を示す。抵抗
要素Ｒj-k （例えば、Ｒ12-11 又はＲ11-19 ）はウェー
ハ６７０を通しての体積横方向抵抗を示し、他方、抵抗
Ｒviはこのウェーハ内への下向きの垂直抵抗、すなわ
ち、上側表面６７４から裏側表面６７２への垂直抵抗を
示す。静電容量要素Ｃi′はウェーハ６７０と導電材料
６７８との間の静電容量である。図７ｂに示されるよう
に、絶縁層６７６はウェーハ６７０と導電層６７８との
間に存在する。事実、この面積抵抗測定技術は、その高
周波測定信号の周波数が種々の静電容量に対して最適化
するように調節されるので、ほとんどいかなる半導体ウ
ェーハ形状にも使用される。注意することは、導電材料
層６７８は、測定プロセス中にかつ製造プロセスがより
良く制御されるように、堆積又はエッチングされると云
うことである。
【００４６】図に示された例示の方法においては、高周
波電流が接続点２（図２のチャック本体）に接続されて
いる高周波電流源４０によってこのウェーハに導入され
る。電流源４０は、また、第１電極（図２の中心電極）
に接続されている。なおまた、電流源４０に整列して外
部阻止コンデンサ４２が含まれており、このコンデンサ
はいかなる直流電流も阻止するために配設される。この
外部阻止コンデンサは電極静電容量Ｃ1 及びＣ12と直列
であるから、もし要求されなければ、このコンデンサを
除去してもよい。
【００４７】電流源４０として示されているが、電圧源
をこれに代入しても類似の結果を達成できる。
【００４８】高周波電源周波数は、次のように最適化さ
れる、１）プローブ接触の容量性又は誘導性インピーダ
ンス（ウェーハ裏側上のいかなる誘電体層をも含む）を
プローブ接点間の導電薄膜抵抗に比較して非常に小さく
するためにこの高周波電源周波数を充分に高く選択す
る、及び２）交流浸透深さ及び半導体ウェーハ上のウェ
ーハ厚さを前側導電材料層内の導電層厚さより遙かに大
きくするためにこの高周波電源周波数を充分に低くす
る。典型的に、この高周波電源周波数は、１０と５０Ｍ
Ｈｚの間で選択される。
【００４９】誘導高周波電圧Ｖmi（ｉ＝３，５，７又は
１１）及びこれらの相対位相は、図８に示されるような
外部電圧監視装置を通して測定される。電圧Ｖmiは、高
インピーダンス又はインピーダンス整合緩衝器６０に結
合される。緩衝器６０は高周波増幅器６２に結合され、
後者は、更に、実効値検出器６４に結合される。検出器
６４の出力は、次いで、アナログ−ディジタル変換器
（ＡＤＣ）６６に結合され、後者はコンピュータ、制御
器、又はデータを翻訳するその他の手段に結合される。
【００５０】プローブ電極１，３，５，７，９又は１１
上の各誘導高周波電圧チャンネルは、例えば、図８に示
されるような分離高周波電子回路に接続される。検出器
６４は、アナログ−ディジタル変換器６６に対して直流
信号を発生する。これらの直流信号は、この誘導高周波
電圧に比例する。回路理論及び既知の材料特性から、２
つの円形プローブ間の面積抵抗が計算される。
【００５１】典型的に、抵抗Ｒv すなわち、ウェーハ垂
直抵抗の値は、最小金属抵抗値に比較して小さい。この
結果、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）で以て測定可能な
信号をこれらのプローブ位置において測定することがで
きる。しかしながら、そのウェーハ抵抗率が増大するに
従い、その垂直抵抗値もまた増大しかつその導電層抵抗
値にますます匹敵するようになる。このような条件の下
で、そのウェーハ垂直抵抗値はその導電層抵抗を支配
し、測定信号は極めて弱くなる。しかしながら、実際に
は、けい素ウェーハは典型的にスパッタリング及びＣＶ
Ｄプロセス中、３００と７００℃との間に加熱される。
この加熱条件の下に、このウェーハ抵抗率は減少させら
れ、金属面積抵抗又は抵抗率は増大する。これらの変化
が全て、低減する寄生ウェーハ垂直抵抗及び高い金属抵
抗率に起因して信号対雑音比を増長するように助援す
る。
【００５２】横方向ウェーハ抵抗は、金属抵抗要素に小
さい分流作用を及ぼすが、ウェーハ横方向抵抗値は典型
的に導体抗値の数倍であり、その結果、ウェーハの分流
作用を減少させる。全ての実用導体ＣＶＤ温度に対し
て、ウェーハ抵抗は有意に減少することはないと期待さ
れる。したがって、次のように結論することができる、
すなわち、このセンサは所望のプロセス中にその導電層
面積抵抗を測定するに充分に強い信号を提供することが
できる。
【００５３】パルス又は交流（例えば、１００Ｈｚから
１，０００Ｈｚ）高電圧源がウェーハ重量を保持するた
めに要求される静電力を発生するのに使用される。この
パルス高電圧源の周波数は、高周波源周波数より遙かに
低く選択される。例えば、１０ｋＨｚより低い静電電圧
周波数が、典型的に許容される。
【００５４】この静電力は、このウェーハ重量を支持す
るのに充分強力でなければならない。これは、もしウェ
ーハ処理がフェースダウン又は垂直形態で行われるなら
ば、特に云える。例えば、シリコンの密度は２．３９ｇ
／ｃｍ3 である。その結果、僅か０．５ｍｍの厚さを持
つ１５０ｍｍのウェーハの全重量は、約２０．５７ｇで
ある。したがって、その力は、この重量を支持するよう
に設計される必要がある（フェースダウン又は垂直ウェ
ーハ処理の場合）。たとえ第２及び第４電極を使用する
のみでも、例えば、３６Ｖの電圧Ｖe は、そのウェーハ
を保持するのに充分に高い。
【００５５】図９に示されたパルス電圧は、そのウェー
ハを保持しかつそのウェーハ裏側の永久帯電を防止する
ためにこれらの電極の各々に印加される電圧のタイミン
グを示す。注意すべきは、そのウェーハを保持しかつそ
のウェーハの永久的帯電を回避するために、これらのパ
ルス電圧の極性に関してこれらの電極を配置し、かつ区
画する他のいくつかの方法があると云うことである。ま
た、注意すべきは、静電チャック動作中、（チャック静
電界発生に使用される）各電極上の電圧は時間と共に変
動しかつＶ+ 、接地、Ｖ- の電圧を有すると云うことで
ある。この形態は、そのチャックがそのウェーハを解放
すると思われるときウェーハスティッキング問題を除去
するであろう。その静電界電圧源がターンオフするとき
そのウェーハを解放可能とするために、いかなる永久的
裏側帯電も回避しなければならない。
【００５６】他の種々の構成要素が、本発明にまた使用
される。例えば、無損失同軸ケーブルが、センサ高周波
信号源及び監視装置接続に使用される。これらのケーブ
ルは、もし必要ならば適性な同調によってその信号源に
整合しなければならない。
【００５７】なおまた、高電圧アナログスイッチが、パ
ルス電圧発生のために直流電源を静電チャックへ接続す
るのに使用される。代替方策は、パルス交流電圧源を使
用することであろう。
【００５８】更に、そのプロセスの開始に、ウェーハ
が、例えば、３本のピンで以て、そのチャック表面に対
して機械的にクランプされるとき、比較的高い、例え
ば、数１００Ｖの振幅レベルが、そのウェーハがこのチ
ャック表面に対して充分に吸着されるまで使用される。
この電圧を、次いで、先に説明したように、低レベルに
低下させることができる。
【００５９】本発明は、図示の実施例を参照して説明さ
れたが、この説明を限定的意味に解釈されることを意図
してはいない。本発明の図示の実施例、並びに他の実施
例の種々の変更及び組合わせは、本発明を参照するなら
ば技術に熟練した者にとって明白であろう。したがっ
て、添付の特許請求の範囲は、いかなるこのような変更
又は実施例をも包含することを意図する。
【００６０】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。
【００６１】（１）電気的面積抵抗センサを備えるチャ
ックであって、半導体ウェーハを支持するチャック本体
と、前記チャック本体の表面に形成されたしかし前記表
面から電気的に絶縁された少なくとも２つの電極であっ
て、前記ウェーハの裏側表面に電気的に結合された前記
電極と、前記ウェーハの上側表面上の面積抵抗に基づく
電気信号を受信するために前記電極に接続された回路要
素と、を包含するチャック。
【００６２】（２）第１項記載のチャックにおいて、前
記ウェーハは静電的に支持されている、チャック。
【００６３】（３）第２項記載のチャックにおいて、前
記ウェーハを支持するために少なくとも２つの電極が前
記チャック本体内に形成される、チャック。
【００６４】（４）第２項記載のチャックであって、前
記ウェーハを静電的に支持するに先立ち前記ウェーハを
物理的に支持する手段を更に包含するチャック。
【００６５】（５）第１項記載のチャックであって、前
記ウェーハを加熱する又は冷却する手段を更に包含する
チャック。
【００６６】（６）半導体ウェーハの上側表面上の面積
抵抗測定システムであって、前記チャックの裏側表面に
電気的に結合されたチャックであって、前記ウェーハを
静電的に支持する能力のある前記チャックと、前記ウェ
ーハに励起信号を供給しかつ誘導信号を誘導する信号源
と、前記励起信号と前記誘導信号とを監視しかつ前記励
起信号から前記ウェーハの上側表面上の面積抵抗を決定
する回路要素と、を包含するシステム。
【００６７】（７）第６項記載のシステムにおいて、前
記信号源は電流源である、システム。
【００６８】（８）第６項記載のシステムにおいて、前
記ウェーハは前記チャック内にかつ前記ウェーハ近くに
形成された少なくとも２つの電極に周期信号を印加する
ことによって静電的に支持される、システム。
【００６９】（９）第８項記載のシステムにおいて、前
記周期信号は正電圧に接地電圧が続き該接地電圧に負電
圧が続く前記正電圧を含み、及び前記少なくとも２つの
電極の１つに印加される前記周期信号は前記少なくとも
２つの電極の他に印加される前記周期信号と位相外れし
ている、システム。
【００７０】（１０）第６項記載のシステムにおいて、
前記回路要素は高インピーダンス緩衝器と、前記緩衝器
に結合された増幅器と、前記増幅器に結合された実効値
検出器とを含む、システム。
【００７１】（１１）半導体ウェーハの上側表面上の面
積抵抗測定方法であって、前記ウェーハの裏側表面に電
気的に結合されたチャックであって、前記ウェーハを静
電的に支持する能力のある前記チャックを提供するステ
ップと、前記ウェーハに高周波励起信号を印加するステ
ップと、少なくとも１つの誘導出力信号であって、前記
ウェーハの前記上側表面上の前記面積抵抗に関連した前
記誘導出力信号を監視するステップと、前記出力信号か
ら前記面積抵抗を決定するステップと、を包含する方
法。
【００７２】（１２）第１１項記載の方法において、前
記決定するステップは半径方向面積抵抗均一性情報を決
定することを含む、方法。
【００７３】（１３）第１１項記載の方法において、前
記決定するステップは周方向面積抵抗均一性情報を決定
することを含む、方法。
【００７４】（１４）第１１項記載の方法において、前
記印加するステップは高周波電流を印加するステップを
含む、方法。
【００７５】（１５）第１１項記載の方法であって、前
記ウェーハに作用する製造プロセスを同時に遂行するこ
とを更に包含する方法。
【００７６】（１６）第１１項記載の方法であって、前
記面積抵抗に基づき前記製造プロセスを制御するステッ
プを更に包含する方法。
【００７７】（１７）電気的絶縁かつ熱的伝導材料のブ
ロック表面に一連の絶縁溝を形成するステップと、前記
絶縁溝の各々の表面上に絶縁材料を形成するステップ
と、複数の導電電極であって、各前記電極が前記絶縁溝
の１つ内に嵌め込まれるように、前記各電極の形状が前
記溝の１つの形状に対応する前記複数の電極を形成する
ステップと、前記対応する絶縁溝内へ前記複数の電極の
各々を取り付けるステップと、外部信号処理及び励起回
路に前記複数の電極の少なくとも２つを電気的に結合す
る手段を提供するステップと、を包含する静電チャック
製造方法。
【００７８】（１８）第１７項記載の方法であって、前
記複数の電極上に絶縁材料層を形成するステップを更に
包含する方法。
【００７９】（１９）円板の表面上に第１緩衝絶縁層を
形成するステップと、前記絶縁層の表面上に複数の電極
を形成するステップと、前記複数の電極を覆い第２絶縁
層を形成するステップと、処理回路に前記複数の電極の
各々を電気的に結合するバイアを形成するステップと、
を包含する静電チャック製造方法。
【００８０】（２０）第１９項記載の方法において、前
記複数の電極は高融点金属で作られる、前記方法。
【００８１】（２１）半導体ウェーハ２２の上側表面上
の導電層の面積抵抗を測定するシス７ム２０がここに開
示される。１実施例においては、前記システム２０は、
前記ウェーハ２２の裏側表面に電気的に結合されるチャ
ック３０を含む。前記チャック３０は、前記ウェーハ２
２を静電的に支持する能力を有する。信号源が前記ウェ
ーハ２２に励起信号を供給し、かつ誘導信号を監視する
回路要素が配設される。前記ウェーハ２２の前記上側表
面上の前記面積抵抗は、前記励起信号と前記誘導信号の
測定から決定される。他のシステム及び方法も開示され
る。
【００８２】注意 （Ｃ）著作権、* Ｍ *テキサス・インスツルメンツ社
１９９１。この特許書類の開示の部分は、著作権及びマ
スクワーク権保護の適用を受ける資料を含んでいる。こ
の著作権及びマスクワーク権の所有者は、これが特許商
標庁の特許書類綴及び記録内に現れている限り、その特
許書類又はその特許の開示書類についての何人によるフ
ァクシミリ複製であろうともこれに対して異議は唱える
ことはないが、しかし、これ以外の場合については、い
かなる事情があろうとも、全ての著作権及びマスクワー
ク権を保有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のシステムの断面図。
【図２】本発明の好適実施例の静電チャック及び分布セ
ンサ電極パターンの平面図。
【図３】本発明の代替実施例の静電チャック及び関連す
るセンサ電極の断面図。
【図４】本発明の代替実施例の静チャック及び分布セン
サ電極パターンの平面図であって、ａは半径方向周方向
並びに周方向面積抵抗測定用の場合の平面図、ｂは周方
向面積抵抗測定用の場合の平面図。
【図５】分布センサ電極を有する本発明の好適実施例の
静電チャックの電極の寸法図であって、ａは断面図、ｂ
は平面図。
【図６】分布センサ電極を有する本発明の好適実施例の
スルーホールの位置を示す平面図であって、ａは座標値
の副集合記入図、ｂは座標値の残りの副集合記入図。
【図７】本発明の実施例のシステムの動作説明図であっ
て、ａはこのシステムの理解を深めるために使用される
等価回路の概略図、ｂは面積抵抗を測定しようとするウ
ェーハの極めて簡単化された断面図。
【図８】本発明の実施例のシステムの出力回路のブロッ
ク線図。
【図９】本発明の実施例の静電チャック動作に対する例
示的電圧パルスのタイミング線図。
【符号の説明】
１〜１２ 電極番号及び接続点指標 ２０ センサシステム ２２ ウェーハ ２４ 室壁 ３０ 静電チャック ３２ 加熱／冷却モジュール ３４ 電気的絶縁材料 ３６ スペーサ ３８ スルーホール ４０ 電流源 ５０ 窒化ほう素ウェーハ ５２ 緩衝層 ５４ 絶縁層 ６０ 高インピーダンス又はインピーダンス整合緩衝器 ６２ 高周波増幅器 ６４ 実効値検出器 ６６ アナログ−ディジタル変換器 １０１〜１１１ 円形電極 ６７０ ウェーハ ６７２ ウェーハ裏側表面 ６７４ ウェーハ上側表面 ６７８ 導電材料

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気的面積抵抗センサを備えるチャック
    であって、 半導体ウェーハを支持するチャック本体と、 前記チャック本体の表面に形成されたしかし前記表面か
    ら電気的に絶縁された少なくとも２つの電極であって、
    前記ウェーハの裏側表面に電気的に結合された前記電極
    と、 前記ウェーハの上側表面上の面積抵抗に基づく電気信号
    を受信するために前記電極に接続された回路要素と、 を包含するチャック。
  2. 【請求項２】 半導体ウェーハの上側表面上の面積抵抗
    測定方法であって、 前記ウェーハの裏側表面に電気的に結合されたチャック
    であって、前記ウェーハを静電的に支持する能力のある
    前記チャックを提供するステップと、 前記ウェーハに高周波励起信号を印加するステップと、 少なくとも１つの誘導出力信号であって、前記ウェーハ
    の前記上側表面上の前記面積抵抗に関連した前記誘導出
    力信号を監視するステップと、 前記出力信号から前記面積抵抗を決定するステップと、 を包含する方法。
JP4230358A 1991-08-30 1992-08-28 現場実時間面積抵抗測定センサシステム及び測定方法 Pending JPH06177217A (ja)

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US07/752,742 US5184398A (en) 1991-08-30 1991-08-30 In-situ real-time sheet resistance measurement method
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