TWI582876B - Insulator state determination assembly and method - Google Patents

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TWI582876B
TWI582876B TW102100118A TW102100118A TWI582876B TW I582876 B TWI582876 B TW I582876B TW 102100118 A TW102100118 A TW 102100118A TW 102100118 A TW102100118 A TW 102100118A TW I582876 B TWI582876 B TW I582876B
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Shikou Abukawa
Ryo Yamasaki
Junichi Takeuchi
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Tocalo Co Ltd
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Description

絕緣物狀態判定總成及方法 發明領域
本發明係有關於一種絶緣物狀態判定總成及方法。
發明背景
以往至今，半導體之製造步驟中，在晶圓蝕刻等之加工處理時，作為用以固定晶圓之機構，會使用静電卡盤的情形。静電卡盤係利用静電力將晶圓吸附、固定之機構。一般而言，在静電卡盤與晶圓之接觸面上，相當於形成有絶緣性之薄膜，而配置有絶緣物。專利文獻1揭示有為了評價静電卡盤之吸附性能，測定絶緣物之静電容量的技術。
雖已以静電卡盤為例來敘述，但評價裝入電氣設備之絶緣性元件之電性性質之情況係非常重要，有很多求取測定絶緣物静電容量之情況。且，要測定絶緣物静電容量，習慣性地使用交流電源。針對交流電源之使用，在JIS(日本工業規格)亦已用JISC2138規格化。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2000-228440號公報
發明概要
然而，在絶緣物静電容量之測定中，使用交流電源會有產生問題之情況。例如，受到微弱電磁波之影響，或是有重覆而精度較低之情況等。又，裝入有測定絶緣物之静電容量之總成的原本裝置會有使用直流電源之情形。在上述例中，所謂的原本裝置，相當於包含静電卡盤之晶圓的吸附裝置，但静電卡盤之驅動源如專利文獻1所示，通常為直流電源。此時，希望在測定絶緣物静電容量時，亦會有與原本裝置相同地，使用直流電源之情況。
本發明之目的在於提供一種絶緣物狀態判定總成及方法，其係可使用直流電源，來算出絶緣物之電性等效電路之静電容量。
本發明第1觀點之總成係用以判定絶緣物狀態者，並具有：直流電源、第1電阻體、開關、電壓測定器、算出部。第1電阻體係與直流電源與絶緣物串聯地連接，並具有已知之第1電阻。開關可切換為充電狀態與放電狀態。所謂的充電狀態係指對絶緣物與第1電阻體從直流電源施加直流電壓，使絶緣物充電之狀態。所謂的放電狀態係指不對絶緣物與第1電阻體從直流電源施加直流電壓，使絶緣物放電之狀態。電壓測定器係開關從充電狀態切換成放電 狀態後，將施加於第1電阻體之電壓加以測定。算出部係根據第1電阻與電壓，來算出絶緣物之電性等效電路之静電容量。
在此，為了算出絶緣物之静電容量，對包含絶緣 物之電路施加直流電壓。具體而言，絶緣物係裝入於包含直流電源、第1電阻體及開關之電路。開關係為了切換絶緣物之直流電壓的充電狀態與絶緣物的放電狀態而使用。從充電狀態朝放電狀態切換之後之第1電阻體電壓的測定值，來算出絶緣物之静電容量。藉此，使用直流電源，可算出絶緣物之電性等效電路的静電容量。
本發明第2觀點之總成係為第1觀點之總成，其中 算出部根據電壓進而算出等效電路之電阻
在此，不單是算出絶緣物之静電容量，亦可算出絶緣物之電阻。因此，可評價絶緣物之漏泄電流。
本發明第3觀點之總成係第1觀點或第2觀點之總 成，其中等效電路假設為包含串聯地連接之電容器與電阻器的電路。
在此，絶緣物之等效電路假設為包含電容器與電阻器之串聯電路者。
本發明第4觀點之總成係第3觀點之總成，更具有 第2電阻體。第2電阻體係在放電狀態下，與絶緣物與第1電阻體串聯地連接。
在此，第2電阻體以在放電狀態下與第1電阻體串聯地連接之態樣，裝入於包含絕緣物之電路。因此，切換成放 電狀態之後，可立即抑制施加於第1電阻體之電壓的急遽升起。其結果可從第1電阻體之電壓測定值，更加安定地算出絶緣物之静電容量。
本發明第5觀點之總成係第3觀點或第4觀點之總 成，其中算出部將E當作直流電源之直流電壓，將C1當作等效電路之静電容量，將R當作第1電阻，或是當作第1電阻與電壓測定器用探針之電阻的合成電阻，將V當作電壓，將t當作時間時，藉由使電壓配適於V=m1{e×p(m2t)-e×p(m3t)}
之式，來算出變數m1、變數m2及變數m3，並藉由將變數m1、變數m2及變數m3代入C1=m1(m2-m3)/m2m3ER
之式，來算出等效電路之静電容量。
在此，可在精度良好的情況下來算出絶緣物之静電容量。
本發明第6觀點之總成係第1觀點或第2觀點之總成，其中等效電路假設為包含並聯地連接之電容器與電阻器的電路。
在此，絶緣物之等效電路假設為包含電容器與電阻器之並聯電路者。
本發明第7觀點之總成係第6觀點之總成，其中算出部將E當作直流電源之直流電壓，將C1當作等效電路之静電容量，將C2當作電壓測定器用探針之静電容量，將R當作第1電阻，或是當作第1電阻與探針之電阻的合成電阻，將V 當作電壓，將t當作時間時，藉由使電壓配適於V=m1e×p(m2t)
之式，來算出變數m1與變數m2，並藉由將變數m1與變數m2代入C1=-C2+(1+m2RC2)E/m1m2R
之式，來算出等效電路之静電容量。
在此，可在精度良好的情況下來算出絶緣物之静電容量。
本發明第8觀點之總成係從第1觀點到第7觀點任一者之總成，其中第1電阻為電壓測定器用探針之電阻。
在此，探針之內部電阻擔任第1電阻體之角色。因此，可簡化電路。
本發明第9觀點之總成係從第1觀點到第8觀點任一者之總成，其中絶緣物在與直流電源連接之狀態下來使用。
在此，絶緣物在與直流電源連接之狀態下來使用。亦即是，測定絶緣物之静電容量的總成也好、該總成所裝入之原本裝置也好，相同地使用直流電源。因此可在與原本裝置之驅動時相同條件下，測定絶緣物之静電容量。
本發明第10觀點之總成係第9觀點之總成，其中絶緣物配置於基台上，並施加直流電壓以在晶圓蝕刻時利用静電力使晶圓吸附於絶緣物。
在此，可測定與静電卡盤之晶圓之接觸面即絶緣物的静電容量。
本發明第11觀點之總成係從第1觀點到第10觀點任一者之總成，其更具有金屬柱。金屬柱配置於絶緣物上。金屬柱將絶緣物與包含直流電源、第1電阻體及開關之電路加以連接
在此，作為絶緣物之電極，可使用金屬柱。金屬柱配置於絶緣物之上。因此，可簡便地形成絶緣物之電極。
本發明第12觀點之方法係判定絶緣物狀態之方法，其係具有：電路形成步驟、充電狀態保持步驟、切換步驟、測定步驟、及第1算出步驟。電路形成步驟為形成測定用電路之步驟。測定用電路包含絕緣物與第1電阻體。第1電阻體與絕緣物串聯地連接且具有已知之第1電阻。充電狀態保持步驟係保持在對絕緣物與第1電阻體施加直流電壓而使絕緣物充電之充電狀態的步驟。切換步驟係從充電狀態切換成不對絕緣物與第1電阻體施加直流電壓而使絕緣物放電之放電狀態的步驟。測定步驟係在從充電狀態切換成放電狀態之後，測定施加於第1電阻體之電壓的步驟。第1算出步驟係根據第1電阻與電壓之測定值，來算出絕緣物之電性等效電路之静電容量的步驟。
在此，為了算出絶緣物之静電容量，對包含絶緣物之電路施加直流電壓。具體而言，絶緣物係裝入於包含有直流電源、第1電阻體及開關之電路。開關係為了切換絶緣物之直流電壓的充電狀態與絶緣物的放電狀態而使用。從充電狀態朝放電狀態切換之後之第1電阻體電壓的測定值，來算出絶緣物之静電容量。藉此，使用直流電源，可 算出絶緣物之電性等效電路的静電容量。
本發明第13觀點之方法係第12觀點之方法，其更具有電阻算出步驟。電阻算出步驟係根據電壓，來算出等效電路之電阻的步驟。
在此，不單算出絶緣物之静電容量，亦算出絶緣物之電阻。因此，可評價絶緣物之漏泄電流。
本發明第14觀點之方法係第12觀點或第13觀點之方法、其中等效電路假設為包含串聯地連接之電容器與電阻器的電路。
在此，絶緣物之等效電路假設為包含電容器與電阻器之串聯電路者。
本發明第15觀點之方法係第14觀點之方法，其中測定用電路更包含有第2電阻體。第2電阻體係在放電狀態下，對絶緣物與第1電阻體串聯地連接。
在此，第2電阻體以在放電狀態下與第1電阻體串聯地連接之態樣，裝入於包含絕緣物之電路。因此，切換成放電狀態之後，可立即抑制施加於第1電阻體之電壓的急遽升起。其結果可從第1電阻體之電壓測定值，更加安定地算出絶緣物之静電容量。
本發明第16觀點之方法係第14觀點或第15觀點之方法，其中第1算出步驟包含：變數算出步驟、與静電容量算出步驟。變數算出步驟將E當作直流電壓，將C1當作等效電路之静電容量，將R當作第1電阻，或是當作測定第1電阻與電壓之電壓測定器用探針之電阻的合成電阻，將V 當作電壓，將t當作時間時，藉由使電壓配適於V=m1{e×p(m2t)-e×p(m3t)}
之式，來算出變數m1、變數m2及變數m3的步驟。静電容量算出步驟係藉由將變數m1、變數m2及變數m3代入C1={m1(m2-m3)}/m2m3ER
之式，來算出等效電路之静電容量的步驟。
在此，可在精度良好的情況下來算出絶緣物之静電容量。
本發明第17觀點之方法係第12觀點或第13觀點之方法，其中等效電路假設為包含並聯地連接之電容器與電阻器的電路。
在此，絶緣物之等效電路假設為包含電容器與電阻器之並聯電路者。
本發明第18觀點之方法係第17觀點之方法，其中第1算出步驟包含：變數算出步驟、與静電容量算出步驟。變數算出步驟係將E當作直流電壓，將C1當作等效電路之静電容量，將C2當作測定電壓之電壓測定器用探針的静電容量，將R當作第1電阻，或是當作第1電阻與探針之電阻的合成電阻，將V當作電壓，將t當作時間時，藉由使電壓配適於V=m1e×p(m2t)
之式，來算出變數m1與變數m2的步驟。静電容量算出步驟藉由將變數m1與變數m2代入C1=-C2+(1+m2RC2)E/m1m2R
之式，來算出等效電路之静電容量的步驟。
在此，可在精度良好的情況下來算出絶緣物之静電容量。
本發明第19觀點之方法係從第12觀點到第18觀點任一者之方法，其中第1電阻為電壓測定器用探針的電阻。電壓測定器會從充電狀態切換成放電狀態後測定電壓。
在此，探針之內部電阻擔任第1電阻體之角色。因此，可簡化電路。
本發明第20觀點之方法係從第12觀點到第19觀點任一者之方法、其中絶緣物在與直流電源連接之狀態下來使用。
在此，絶緣物在與直流電源連接之狀態下來使用。亦即是，測定絶緣物之静電容量的總成也好、該總成所裝入之原本裝置也好，相同地使用直流電源。因此可在與原本裝置之驅動時相同條件下，測定絶緣物之静電容量。
本發明第21觀點之方法係第20觀點之方法，其中絶緣物配置於基台上，並施加直流電壓以在晶圓蝕刻時利用靜電力使晶圓吸附於絶緣物。
根據本發明，可使用直流電源，來算出絶緣物之電性等效電路之静電容量。
1‧‧‧半導體製造裝置
2、3‧‧‧測定用電路
2a‧‧‧充電用電路
2b‧‧‧放電用電路
3a‧‧‧充電用電路
3b‧‧‧放電用電路
5‧‧‧薄膜狀態判定總成(總成)
5a‧‧‧串聯模型總成(總成)
5b‧‧‧並聯模型總成(總成)
8‧‧‧分析程式
10‧‧‧薄膜(絶緣物)
15‧‧‧基台
20‧‧‧分路電阻器(第1電阻體)
30‧‧‧高壓探針(第1電阻體、探針)
40‧‧‧示波器(電壓測定器)
50‧‧‧金屬圓柱(金屬柱)
60‧‧‧電阻器(第2電阻體)
70‧‧‧電腦
71‧‧‧顯示器
72‧‧‧輸入部
73‧‧‧記憶部
74‧‧‧控制部(算出部)
75‧‧‧揚聲器
80‧‧‧上部電極
90‧‧‧静電卡盤
Ccp‧‧‧並聯等效電路L2電容器之静電容量
Ccs‧‧‧串聯等效電路L1電容器之静電容量
Cp‧‧‧静電容量
E‧‧‧直流電源之直流電壓
I1‧‧‧流經電阻R1之電阻器之電流
I2‧‧‧流經電阻R2之電阻器之電流
I3‧‧‧流經静電容量Cp之電容器之電流
I4‧‧‧流經静電容量Cp之電容器之電流
L1‧‧‧串聯等效電路(等效電路)
L2‧‧‧並聯等效電路(等效電路)
L3‧‧‧等效電路
m1、m2、m3‧‧‧變數
PS‧‧‧直流電源
R2‧‧‧電阻
Rcs‧‧‧串聯等效電路L1電阻器之電阻
Rcp‧‧‧並聯等效電路L2電阻器之電阻
Rs‧‧‧分路電阻器20之電阻
Rp‧‧‧高壓探針30之電阻
Re‧‧‧電阻器60之電阻
SW‧‧‧開關
W1‧‧‧矽晶圓(晶圓)
圖1係顯示半導體製造裝置之圖。
圖2係串聯等效電路之電路圖。
圖3係並聯等效電路之電路圖。
圖4係顯示本發明一實施形態之串聯模型總成的圖。
圖5係顯示本發明一實施形態之並聯模型總成的圖。
圖6係電腦之方塊圖。
圖7A係串聯等效電路模型之測定用電路的電路圖。
圖7B係已將圖7A之電路圖簡化的電路圖。
圖8係已用串聯等效電路模型將施加於分路電阻器之電壓測定值作圖之圖表。
圖9A係並聯等效電路模型之測定用電路的電路圖。
圖9B係已將圖9A之電路圖簡化的電路圖。
圖10係已用並聯等效電路模型將施加於分路電阻器之電壓之測定值作圖的圖表。
圖11係顯示已用串聯等效電路模型與並聯等效電路模型將静電容量與電阻測定之結果的表。
圖12係顯示已用串聯等效電路模型將靜電容量與電阻反覆測定之結果的表。
圖13係本發明變形例之薄膜之其他等效電路的電路圖。
用以實施發明之形態
以下，參照圖式，並針對使本發明一實施形態之薄膜狀態判定總成及方法適用於半導體製造裝置之情況來說明。
<1.半導體製造裝置>
圖1所示之半導體製造裝置1係在矽晶圓W1施行蝕刻處理、灰化處理、成膜處理等之加工處理的裝置。半導體製造裝置1具有上部電極80與静電卡盤90。矽晶圓W1係在載置於静電卡盤90上之狀態下來加工處理。半導體製造裝置1配置於減壓環境之真空室內，在減壓環境下，在上部電極80與静電卡盤90之間使電漿產生，將矽晶圓W1電漿處理。
静電卡盤90形成為與矽晶圓W1大致具有相同外 徑之圓盤形狀，並具有導電性之基台15、絶緣性之薄膜10、及導電性之內部電極10a。基台15由鋁等之金屬構成，成為與上部電極80成對之下部電極。薄膜10係藉由在基台15表面將氧化鋁(Al2O3)陶瓷等熱噴塗而形成之熱噴塗薄膜。內部電極10a係由鎢等之金屬構成。內部電極10a係形成於薄膜10之內部。
如圖1所示，電漿係因交流電壓而產生。在矽晶 圓W1之電漿處理時，從直流電源PS對內部電極10a施加直流電壓。其結果可將矽晶圓W1利用静電力吸附、固定於薄膜10。
雖圖1並未顯示，但在半導體製造裝置1裝入有本 發明一實施形態之薄膜狀態判定總成5。薄膜狀態判定總成5係用以定量地判定薄膜10之狀態的工具。其結果可掌握静電卡盤90之吸附性能。
<2.薄膜狀態判定總成>
薄膜狀態判定總成5係定量地判定静電卡盤90之薄膜10狀態的工具。薄膜狀態判定總成5係將薄膜10之電性等效 電路假設為串聯等效電路L1(參照圖2)或並聯等效電路L2(參照圖3)，藉由算出薄膜10之静電容量與電阻，來判定薄膜10之狀態。串聯等效電路L1係將電容器與電阻器串聯地連接之電路。並聯等效電路L2係將電容器與電阻器並聯地連接之電路。以下，將串聯等效電路L1電容器之静電容量當作Ccs，將串聯等效電路L1電阻器之電阻當作Rcs，將並聯等效電路L2電容器之静電容量當作Ccp，將並聯等效電路L2電阻器之電阻當作Rcp。
圖4係顯示將薄膜10之等效電路假設為串聯等效 電路L1之模型的薄膜狀態判定總成5(以下稱為串聯模型總成5a。)。圖5係顯示將薄膜10之等效電路假設為並聯等效電路L2之模型的薄膜狀態判定總成5(以下稱為並聯模型總成5b。)。將圖4與圖5比較後即可得知，串聯模型總成5a與並聯模型總成5b係只在是否具有電阻器60之點有所不同。因此，在以下，針對串聯模型總成5a說明之後，再針對並聯模型總成5b，以兩者差異為中心來說明。
<2-1.串聯模型總成>
如圖4所示，串聯模型總成5a具有：直流電源PS、開關SW、分路電阻器20、高壓探針30、示波器40、金屬圓柱50、電阻器60、電腦70、及連接該等之配線。直流電源PS與半導體製造裝置1共用。
<2-1-1.測定用電路之準備>
在圖2所示之算出薄膜10串聯等效電路L1之静電容量Ccs與電阻Rcs時，首先，測定者將裝入有静電卡盤90之測定 用電路2形成。測定用電路2將静電卡盤90、串聯模型總成5a之直流電源PS、開關SW、分路電阻器20、高壓探針30、示波器40、金屬圓柱50及電阻器60如圖4連接，藉此形成而使其具有後述充電用電路2a與放電用電路2b。
金屬圓柱50為不銹鋼製，作為薄膜10之電極，載 置於静電卡盤90之薄膜10上。為了與薄膜10之接觸面即金屬圓柱50之下面擴展薄膜10與金屬圓柱50之接觸面積，而加以鏡面加工。又，金屬圓柱50下面之周緣部並未磨圓加工(R加工)，金屬圓柱50之縱截面視點形狀之左下與右下的角大致為90°。這是因為當將金屬圓柱50與薄膜10之接觸面周緣部磨圓加工時，其附近空間之電場強度變強，容易變成破壞絶緣(大氣放電)之故。金屬圓柱50之上部與開關SW之軸側連接。開關SW之第1端子與直流電源PS之負極連接。直流電源PS之正極與分路電阻器20之第1端子連接。又，將直流電源PS之正極側接地。分路電阻器20之第2端子與静電卡盤90之基台15連接。其結果可形成將直流電源PS、開關SW、金屬圓柱50、静電卡盤90及分路電阻器20以該順序串聯地連接之充電用電路2a。
進而，開關SW之第2端子與電阻器60之第1端子 連接。電阻器60之第2端子連接於分路電阻器20之第1端子與直流電源之正極之間。其結果可形成將開關SW、金屬圓柱50、静電卡盤90、分路電阻器20及電阻器60以該順序串聯地連接之放電用電路2b。
開關SW係將充電用電路2a關閉之狀態(以下稱 為充電狀態。)，放電用電路2b關閉之狀態(以下稱為放電狀態。)切換的開關。充電狀態係對薄膜10與分路電阻器60從直流電源PS施加直流電壓之狀態。因此，充電狀態可考量為將薄膜10之串聯等效電路L1電容器充電之狀態。放電狀態係對薄膜10與分路電阻器60從直流電源PS未施加直流電壓之狀態。因此，放電狀態可考量為將薄膜10之串聯等效電路L1電容器放電之狀態。而，宜使開關SW為絶緣耐力高之不活性氣體所充填之氣體充填繼電器。這是因為即使在高電壓下，切換開關SW之開關時，不會使其破壞絶緣之故。
進而，連接高壓探針30與示波器40而使其可測定 施加於分路電阻器20之電壓V(t)。t為時間。示波器40為數位式，並與電腦70連接。又將用示波器40所測定之電壓V(t)的測定值輸入電腦70。
<2-1-2.電腦之準備>
圖6所示之電腦70為通用之個人電腦，並安裝有分析程式8。分析程式8使在電腦70後述演算處理所包含之各步驟執行。
電腦70具有：顯示器71、輸入部72、記憶部73、 控制部74及揚聲器75，這些彼此用匯流排線7來連接，相互可通訊。輸入部72由滑鼠與鍵盤等構成。記憶部73由硬碟等構成。分析程式8儲存於記憶部73內。控制部74由CPU、ROM及RAM等構成。
測定者設定在電腦70後述演算處理所利用之參 數。在此所設定之參數為：分路電阻器20之電阻Rs、電阻 器60之電阻Re、高壓探針30之電阻Rp、高壓探針30之静電容量Cp及直流電源之直流電壓E。而，高壓探針30之電性等效電路假設為將電容器與電阻器並聯地連接者。因此，所謂的電阻Rp係指包含於高壓探針30等效電路之電阻器的電阻。所謂的静電容量Cp係指包含於高壓探針30等效電路之電容器的静電容量。
<2-1-3.電壓之測定>
當測定用電路2與電腦70之上述準備結束時，測定者就測定施加於分路電阻器20之電壓V(t)。首先，測定者切換開關SW，將測定用電路2維持於充電狀態，直到測定用電路2達到穩定狀態為止。之後，測定者切換開關SW，使測定用電路2為放電狀態。測定者將電壓V(t)利用示波器40來測定，而該電壓係將測定用電路2切換為放電狀態之後，立及在測定用電路2為過渡狀態期間，施加於分路電阻器20者。示波器40將電壓V(t)之測定值逐次朝電腦70輸出。
<2-1-4.静電容量及電阻之算出>
電腦70之控制部74根據從示波器40所接收之電壓V(t)之測定值，來算出薄膜10之静電容量Ccs與電阻Rcs。這些測定值為依時序地排列之離散電壓值。以下，針對算出薄膜10之静電容量Ccs與電阻Rcs之分析程式8的演算法來說明。
包含圖7A所示之串聯等效電路L1的測定用電路2係如圖7B所示地來簡化。圖7B之電阻R1為電阻Rcs與電阻Re之合成電阻，圖7B之電阻R2為電阻Rs與電阻Rp之合成電阻。因此，會變為 R1=Rcs+Re(式1)
R2=RsRp/(Rs+Rp)(式2)
當將流經電阻R1之電阻器之電流當作I1，將流經電阻R2之電阻器之電流當作I2，將流經静電容量Cp之電容器之電流當作I3時，則以下3個電路方程式就會成立。
I1=I2+I3(式3)
又，為V(t)=R2I2(式6)。
並將式3~式6針對V(t)來解時，會變為V(t)=m1{e×p(m2t)-e×p(m3t)}(式7)
但，在變數m1、變數m2與變數m3，以下關係會成立。
R1=-E/Cpm1(m2-m3)(式8)
Ccs=m1(m2-m3)/m2m3ER2(式9)
而，由式1與式8，則會變為Rcs=-E/Cpm1(m2-m3)-Re(式10)。
藉由控制部74將來自示波器40之電壓V(t)測定值配適於式7，來算出變數m1、變數m2及變數m3。接著，藉由控制部74作為參數將保存在記憶部73內之電阻Rs與電 阻Rp代入式2，來算出電阻R2。接續於此，藉由控制部74將變數m1、變數m2及變數m3、電阻R2、作為參數保存在記憶部73內之電阻Re、静電容量Cp及直流電壓E代入式9與式10，來算出静電容量Ccs與電阻Rcs。
控制部74根據測定者透過輸入部72之操作，使所 算出之静電容量Ccs與電阻Rcs之值顯示於顯示器71。取代此或是除此之外，相當於將静電容量Ccs與電阻Rcs之值跟預定之閾值比較，控制部74判定薄膜10之劣化程度，並使該判定之劣化程度顯示於顯示器71。進而，控制部74判定薄膜10之劣化已到達預定程度時，在顯示器71使預定畫面顯示，或是從揚聲器75將預定之聲音輸出等，藉此發出薄膜10劣化了之主旨的警告。藉此，測定者可掌握薄膜10之劣化程度。
而，在本實施形態中，對測定用電路2之接地線 裝入電阻Re之電阻器60的理由如下。電阻器60不存在時，以時間t=0將測定用電路2切換成放電狀態之後，便在趨近於0之時間t，電壓V(t)會迎向高峰。這是由於電壓升起速度過快之故。其結果會不易使電壓V(t)測定值配適於理論式7，亦不易算出静電容量Ccs與電阻Rcs。而，電阻器60不存在時，則電壓V(t)之理論式7本身不會變化。另一方面，電阻器60存在時，電壓V(t)迎向高峰之時間會稍微延遲。其結果，電壓V(t)測定值會顯示如圖8所示之行為，並易於將電壓V(t)之測定值配適於理論式7。
<2-2.並聯模型總成>
以下，針對並聯模型總成5b，以與串聯模型總成5a之差異為中心來說明。而，並聯模型總成5b之要素當中，針對與串聯模型總成5a共通之參照符號所附加之要素，只要無特別說明，則當作具有與串聯模型總成5a相同之構成者。
<2-2-1.從測定用電路之準備到電壓之測定為止>
在算出圖3所示之薄膜10之並聯等效電路L2的静電容量Ccp與電阻Rcp時，首先，測定者形成測定用電路3。測定用電路3為從測定用電路2省略電阻器60者。因此，開關SW之第2端子於分路電阻器20之第1端子與直流電源之正極之間連接。開關SW切換充電用電路3a關閉之狀態的充電狀態，與放電用電路3b關閉之狀態的放電狀態。充電用電路3a為與充電用電路2a相同之電路，放電用電路3b係從放電用電路2b省略電阻器60者。充電狀態為將薄膜10之並聯等效電路L2電容器充電的狀態。放電狀態為將薄膜10之並聯等效電路L2之電容器放電的狀態。
測定者係在設定為使用串聯模型總成5a時之參數當中，將電阻器60之電阻Re以外的參數設定成電腦70。接著，測定者在與使用串聯模型總成5a時相同地，充電測定用電路3之後，一面放電，一面將施加於分路電阻器20之電壓V(t)利用示波器40測定。
<2-2-2.算出静電容量與電阻>
電腦70之控制部74根據示波器40接受之電壓V(t)的測定值，來算出薄膜10之静電容量Ccp與電阻Rcp。以下，針對算出薄膜10之静電容量Ccp與電阻Rcp之分析程式8的演算法 來說明。
將包含圖9A所示之並聯等效電路L2的測定用電路3如圖9B所示地來簡化。圖9B之電阻R2為電阻Rs與電阻Rp之合成電阻。因此會變為R2=RsRp/(Rs+Rp)(式11)
當將流經電阻Rcp之電阻器之電流當作I1，將流經静電容量Ccp之電容器之電流當作I2，將流經電阻R2之電阻器之電流當作I3，將流經静電容量Cp之電容器之電流當作I4時，以下4個電路方程式就會成立。
I1+I2=I3+I4(式12)
RcpI1+R2I3=0(式15)
又，為V(t)=R2I3(式16)
當將式12~式16針對V(t)來解時，會變為V=m1e×p(m2t)(式17)
但，在變數m1與變數m2，以下關係會成立。變為Ccp=-Cp+(1+m2R2Cp)E/m1m2R2(式18)
Rcp=-m1R2/{(1+m2R2Cp)E+m1}(式19)
藉由控制部74將來自示波器40之電壓V(t)測定值配適於式17，來算出變數m1與變數m2。接著，藉由控制部74將作為參數保存在記憶部73內之電阻Rs與電阻Rp代入於式11，來算出電阻R2。接續於此，控制部74將變數m1與變數m2、電阻R2、作為參數保存在記憶部73內之静電容量Cp及直流電壓E代入於式18與式19，藉此來算出静電容量Ccp與電阻Rcp。
之後，控制部74將所算出之静電容量Ccp與電阻Rcp之值顯示於顯示器71等，用與静電容量Ccs與電阻Rcs之時相同之態樣來利用。
而，在本實施形態，與測定用電路2不同，對測定用電路3之接地線並未裝入電阻Re之電阻器60。因此，用時間t=0將測定用電路3切換成放電狀態之後，用趨近於0之時間t電壓V(t)迎向高峰。其結果，電壓V(t)之測定值顯示如圖10所示之行為。
<3.特徵>
<3-1>
在上述實施形態，為了算出薄膜10之静電容量Ccs、Ccp，對包含薄膜10之電路施加直流電壓。具體而言，薄膜10係裝入於包含直流電源PS、分路電阻器20及開關之電路。開關SW係為了切換薄膜10之直流電壓V(t)的充電狀態與薄膜10之放電狀態而使用。且，從充電狀態朝放電狀態切換之後之分路電阻器20電壓V(t)測定值，來算出薄膜10之静電容量Ccs、Ccp。藉此，可使用直流電源PS，來算出薄 膜10之電性等效電路L1、L2之静電容量Ccs、Ccp。
<3-2>
在上述實施形態，不只是薄膜10之静電容量Ccs、Ccp，亦算出薄膜10之電阻Rcs、Rcp。因此，可評價薄膜10之漏泄電流。
<3-3>
串聯模型總成5a具有電阻器60。電阻器60在放電狀態下，與薄膜10及分路電阻器20串聯地連接。
即，電阻器60以在放電狀態下與分路電阻器20串聯地連接之態樣，裝入於包含薄膜10之電路。因此，切換成放電狀態之後，立即可抑制施加於分路電阻器20之電壓V(t)急遽升起。其結果可更加安定地從分路電阻器20之電壓V(t)測定值算出薄膜10之静電容量Ccs。
<3-4>
在半導體製造裝置1中，在內部電極10a與直流電源PS連接之狀態下，為了載置矽晶圓W1而使用形成有薄膜10之基台15。亦即是，測定薄膜10之静電容量Ccs、Ccp之薄膜狀態判定總成5也好，裝入薄膜狀態判定總成5之半導體製造裝置1也好，均使用相同直流電源PS。因此，在驅動與半導體製造裝置1之時相同條件下，可測定薄膜10之静電容量Ccs、Ccp。
<3-5>
在上述實施形態，作為薄膜10之電極，使用金屬圓柱50。金屬圓柱50單純地配置於薄膜10之上，利用螺絲釘等 固定。因此，習知之態樣，例如與將金屬箔張貼於薄膜10上之方法相比，可簡便地形成薄膜10之電極。
<4.變形例>
以上，已針對本發明一實施形態來說明，但本發明係不限於上述實施形態者，只要在不脫離該趣旨之情形下，可有各種之變更。例如，以下之變更為可能。
<4-1>
可從串聯模型總成5a省略電阻器60，亦可對並聯模型總成5b追加電阻器60。此時，可個別重新建立電路方程式，將用以使電壓V(t)測定值配適於V(t)之式重新求取，將新的V(t)式賦予分析程式2。
<4-2>
薄膜10之等效電路不限定於串聯等效電路L1與並聯等效電路L2。例如，作為薄膜10之等效電路，亦可假設為將如圖13所示之串聯電路與並聯電路組合之等效電路L3。此時，亦可重新建立電路方程式，將用以使電壓V(t)測定值配適於V(t)之式重新求取，將新的V(t)式賦予分析程式2。
<4-3>
亦可利用薄膜狀態判定總成5，在半導體製造裝置1動作中，將薄膜10之狀態即時地判定。藉此，測定者在半導體製造裝置1動作中，可將使半導體製造裝置1停止，或使半導體製造裝置1動作時之參數變更等的適切處置即時地取得。或者是，控制部74亦可在半導體製造裝置1動作中，將隨著薄膜10之劣化程度而使半導體製造裝置1停止，或使 半導體製造裝置1動作時之參數變更等的適切處理即時地執行。
<4-4>
作為薄膜10之電極，亦可利用金屬圓柱50以外。例如，亦可依照JIS規格(JISC2138)將金屬箔張貼，或是噴鍍。但，如上述實施形態，在將薄膜狀態判定總成5裝入半導體製造裝置1時，將金屬圓柱50載置於薄膜10上之方法特別簡便。又，更宜在金屬圓柱50裝附保護環。宜使保護環之內徑為比金屬圓柱50外徑更大數mm程度之尺寸。而，要取代金屬圓柱50，亦可使用角柱等、其他形狀之金屬柱。即使使用金屬圓柱50時，該形狀不必完全地為圓柱形狀，可為大致圓柱形狀。
<4-5>
亦可從薄膜狀態判定總成5省略分路電阻器20。此時，可將電路簡化。省略分路電阻器20時，式2與式11會變為
R2=Rp(式20)
其他式1、式3~式10及式12~式19則沒有變化。因此，即使省略分路電阻器20，亦可與上述實施形態同樣地算出静電容量Ccs、Ccp及電阻Rcs、Rcp。
但，分路電阻器20宜不省略為佳。這是由於當省略分路電阻器20時，萬一薄膜10被破壞時，大電流會朝高壓探針30流入，高壓探針30故障之可能性會變高之故。又，要取代高壓探針30，亦可使用低壓探針，但從保護探針之相同觀點來看，宜使用高壓探針30為佳。
但，在本變形例，高壓探針30之內部電阻擔任分路電阻器20之角色。因此，可將測定用電路2、3簡化。
<4-6>
在上述實施形態，為測定静電卡盤90之薄膜10的静電容量Ccs、Ccp及電阻Rcs、Rcp而使用了薄膜狀態判定總成5，但不限於静電卡盤90之薄膜10，亦可在其他薄膜之静電容量與電阻的測定使用。
<4-7>
在上述實施形態，薄膜狀態判定總成5之静電容量與電阻之測定對象為因熱噴塗而形成之薄膜10，但不限於此。測定對象亦可為例如，陶瓷燒結板等，總成5則可適用於測定各種絶緣物之静電容量及電阻者。
[實施例]
<5.評價>
以下，針對本發明之實施例來說明。但，本發明不限於以下實施例。在本實施例，使用圖4與圖5之測定用電路2、3，在以下條件下測定静電容量Ccs、Ccp及電阻Rcs、Rcp。
使Rs=10MΩ、Re=3MΩ。作為高壓探針30，使用了在Rp=100MΩ、Cp=3pF之情形下，Tektronix公司製之6015A。作為直流電源PS，使用了在E=1kV之情形下，musashi-in tech公司製之耐電壓試驗器IP-701G。作為開關SW，使用了Kilovac公司製之氣體充填繼電器HC-6。作為薄膜10，使用了由鋁土(TS5116-HP)形成，且精修平面研磨#400，膜厚為250μm者。作為金屬圓柱50，使用了SUS304不銹鋼鋼製者。 又，作為金屬圓柱50，已準備了2個直徑20mm×高度30mm與直徑30mm×高度30mm之尺寸者，且針對個別情況進行測定。
在上述條件下算出静電容量Ccs、Ccp及電阻Rcs、Rcp之後，便可獲得圖11所示之結果。
然而，静電容量與電極之面積為正比。如此一來，{C(Φ30)/C(Φ20)}0.5之值，理論上，應變為{302/202}0.5=1.5。而，C(Φ20)、C(Φ30)為個別使用了直徑20mm、直徑30mm之金屬圓柱50時之静電容量Ccs、Ccp。如圖11所示，本實施例之{C(Φ20)/C(Φ30)}0.5係在串聯等效電路L1之模型變為1.383，在並聯等效電路L2之模型變為1.351。因此，來自理論值之偏差會小於10%，便可承認本發明之静電容量與電阻之算出方法的妥當性。
又，在上述條件下更算出4次静電容量Ccs與電阻Rcs，之後，重組測定用電路2、3，進而算出5次之後，便可獲得圖12所示之結果。如從圖12可得知地，在本發明之静電容量與電阻之算出方法，大致可確保重覆精度。從該點來看，可承認本發明之静電容量與電阻之算出方法的妥當性。
2‧‧‧測定用電路
2a‧‧‧充電用電路
2b‧‧‧放電用電路
5,5a‧‧‧串聯模型總成(總成)
10‧‧‧薄膜(絶緣物)
15‧‧‧基台
20‧‧‧分路電阻器(第1電阻體)
30‧‧‧高壓探針(第1電阻體、探針)
40‧‧‧示波器(電壓測定器)
50‧‧‧金屬圓柱(金屬柱)
60‧‧‧電阻器(第2電阻體)
70‧‧‧電腦
90‧‧‧静電卡盤
PS‧‧‧直流電源
SW‧‧‧開關

Claims (23)

  1. 一種總成，係用以判定絶緣物狀態者，其具有：直流電源；第1電阻體，係與前述直流電源與前述絶緣物串聯地連接，並具有已知之第1電阻；開關，係切換充電狀態與放電狀態者，該充電狀態係對前述絶緣物與前述第1電阻體從前述直流電源施加直流電壓而使前述絶緣物充電之狀態，該放電狀態係不對前述絶緣物與前述第1電阻體從前述直流電源施加直流電壓而使前述絶緣物放電之狀態；電壓測定器，係於前述開關從前述充電狀態切換成前述放電狀態後緊接著的過渡狀態，測定施加於前述第1電阻體之電壓，並取得包含有離散之多數個前述電壓之值的時序資料；及算出部，係藉由將前述時序資料配適於表示前述電壓之波形的預定式，導出可特定出前述預定式的係數，並根據前述係數、前述第1電阻與前述電壓，來算出前述絶緣物之電性等效電路之静電容量者。
  2. 如申請專利範圍第1項之總成，其中前述算出部根據前述電壓進而算出前述等效電路之電阻。
  3. 申請專利範圍第1或2項之總成，其中前述等效電路假設為包含串聯地連接之電容器與電阻器的電路。
  4. 如申請專利範圍第3項之總成，其更具有在前述放電狀 態下，對前述絶緣物與前述第1電阻體串聯地連接之第2電阻體。
  5. 如申請專利範圍第3項之總成，其中前述算出部將E當作前述直流電源之直流電壓，將C1當作前述等效電路之静電容量，將R當作前述第1電阻，或是當作前述第1電阻與前述電壓測定器用探針之電阻的合成電阻，將V當作前述電壓，將t當作時間時，藉由使前述電壓配適於下式V=m1{e×p(m2t)-e×p(m3t)}來算出變數m1、變數m2及變數m3，並藉由將前述變數m1、前述變數m2及前述變數m3代入下式C1={m1(m2-m3)}/m2 m3ER來算出前述等效電路之静電容量。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之總成，其中前述等效電路假設為包含並聯地連接之電容器與電阻器的電路。
  7. 如申請專利範圍第6項之總成，其中前述算出部將E當作前述直流電源之直流電壓，將C1當作前述等效電路之静電容量，將C2當作前述電壓測定器用探針之静電容量，將R當作前述第1電阻，或是當作前述第1電阻與前述探針之電阻的合成電阻，將V當作前述電壓，將t當作時間時，藉由使前述電壓配適於下式V=m1e×p(m2t)來算出變數m1與變數m2，並藉由將前述變數m1與前述變數m2代入下式 C1=-C2+(1+m2RC2)E/m1m2R來算出前述等效電路之静電容量。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之總成，其中前述第1電阻為前述電壓測定器用探針之電阻。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之總成，其中前述絶緣物在與直流電源連接之狀態下來使用。
  10. 如申請專利範圍第9項之總成，其中前述絶緣物配置於基台上，並施加直流電壓以在前述晶圓蝕刻時利用静電力使前述晶圓吸附於前述絶緣物。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之總成，其更具有配置於前述絶緣物上且將前述絶緣物與包含前述直流電源、前述第1電阻體及前述開關之電路加以連接的金屬柱。
  12. 一種判定絶緣物狀態之方法，其係具有：形成包含前述絶緣物與第1電阻體之測定用電路的步驟，該第1電阻體與前述絶緣物串聯地連接且具有已知之第1電阻；將對前述絶緣物與前述第1電阻體施加直流電壓而使前述絶緣物充電之充電狀態加以保持的步驟；從前述充電狀態切換成不對前述絶緣物與前述第1電阻體施加直流電壓而使前述絶緣物放電之放電狀態的步驟；在從前述充電狀態切換成前述放電狀態後，將施加於前述第1電阻體之電壓加以測定的步驟；根據前述第1電阻與前述電壓，來算出前述絶緣物 之電性等效電路之静電容量的步驟。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其更具有根據前述電壓，來算出前述等效電路之電阻的步驟。
  14. 如申請專利範圍第12或13項之方法，其中前述等效電路假設為包含串聯地連接之電容器與電阻器的電路。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中前述測定用電路更包含有在前述放電狀態下，對前述絶緣物與前述第1電阻體串聯地連接之第2電阻體。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中算出前述等效電路之静電容量的步驟，係包含有：將E當作前述直流電壓，將C1當作前述等效電路之静電容量，將R當作前述第1電阻，或是當作測定前述第1電阻與前述電壓之電壓測定器用探針之電阻的合成電阻，將V當作前述電壓，將t當作時間時，藉由使前述電壓配適於下式V=m1{e×p(m2t)-e×p(m3t)}來算出變數m1、變數m2及變數m3的步驟；藉由將前述變數m1、前述變數m2及前述變數m3代入下式C1=m1(m2-m3)/m2 m3ER來算出前述等效電路之静電容量的步驟。
  17. 如申請專利範圍第12或13項之方法，其中前述等效電路假設為包含並聯地連接之電容器與電阻器的電路。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中算出前述等效電路 之静電容量之步驟係包含：將E當作前述直流電壓，將C1當作前述等效電路之静電容量，將C2當作測定前述電壓之電壓測定器用探針的静電容量，將R當作前述第1電阻，或是當作前述第1電阻與前述探針之電阻的合成電阻，將V當作前述電壓，將t當作時間時，藉由使前述電壓配適於下式V=m1e×p(m2t)來算出變數m1與變數m2的步驟；藉由將前述變數m1與前述變數m2代入下式C1=-C2+(1+m2RC2)E/m1m2R來算出前述等效電路之静電容量的步驟。
  19. 如申請專利範圍第12或13項之方法，其中前述第1電阻為從前述充電狀態切換成前述放電狀態後，測定前述電壓之電壓測定器用探針之電阻。
  20. 如申請專利範圍第12或13項之方法，其中前述絶緣物在與直流電源連接之狀態下來使用。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中前述絶緣物配置於基台上，並施加直流電壓以在前述晶圓蝕刻時利用静電力使前述晶圓吸附於前述絶緣物。
  22. 一種總成，係用以判定絶緣物狀態者，其具有：直流電源；第1電阻體，係與前述直流電源與前述絶緣物串聯地連接，並具有已知之第1電阻；開關，係切換充電狀態與放電狀態者，該充電狀態 係對前述絶緣物與前述第1電阻體從前述直流電源施加直流電壓而使前述絶緣物充電之狀態，該放電狀態係不對前述絶緣物與前述第1電阻體從前述直流電源施加直流電壓而使前述絶緣物放電之狀態；電壓測定器，係於前述開關從前述充電狀態切換成前述放電狀態後，測定施加於前述第1電阻體之電壓；及算出部，係根據前述第1電阻與前述電壓，來算出前述絶緣物之電性等效電路之静電容量，其中前述等效電路假設為包含串聯地連接之電容器與電阻器的電路，前述算出部將E當作前述直流電源之直流電壓，將C1當作前述等效電路之静電容量，將R當作前述第1電阻，或是當作前述第1電阻與前述電壓測定器用探針之電阻的合成電阻，將V當作前述電壓，將t當作時間時，藉由使前述電壓配適於下式V=m1{e×p(m2t)-e×p(m3t)}來算出變數m1、變數m2及變數m3，並藉由將前述變數m1、前述變數m2及前述變數m3代入下式C1={m1(m2-m3)}/m2 m3ER來算出前述等效電路之静電容量。
  23. 一種總成，係用以判定絶緣物狀態者，其具有：直流電源；第1電阻體，係與前述直流電源與前述絶緣物串聯 地連接，並具有已知之第1電阻；開關，係切換充電狀態與放電狀態者，該充電狀態係對前述絶緣物與前述第1電阻體從前述直流電源施加直流電壓而使前述絶緣物充電之狀態，該放電狀態係不對前述絶緣物與前述第1電阻體從前述直流電源施加直流電壓而使前述絶緣物放電之狀態；電壓測定器，係於前述開關從前述充電狀態切換成前述放電狀態後，測定施加於前述第1電阻體之電壓；及算出部，係根據前述第1電阻與前述電壓，來算出前述絶緣物之電性等效電路之静電容量，其中前述等效電路假設為包含並聯地連接之電容器與電阻器的電路，前述算出部將E當作前述直流電源之直流電壓，將C1當作前述等效電路之静電容量，將C2當作前述電壓測定器用探針之静電容量，將R當作前述第1電阻，或是當作前述第1電阻與前述探針之電阻的合成電阻，將V當作前述電壓，將t當作時間時，藉由使前述電壓配適於下式V=m1e×p(m2t)來算出變數m1與變數m2，並藉由將前述變數m1與前述變數m2代入下式C1=-C2+(1+m2RC2)E/m1m2R來算出前述等效電路之静電容量。
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