特許 6066084 基板保持装置、半導体製造装置及び基板吸着判別方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6066084

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】基板保持装置、半導体製造装置及び基板吸着判別方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20170116BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20170116BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 R

   H02N13/00 D

   B23Q17/00 A

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-256521(P2013-256521)

(22)【出願日】2013年12月11日

(65)【公開番号】特開2015-115467(P2015-115467A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2016年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】302054866

【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社

(72)【発明者】

【氏名】趙 維江

(72)【発明者】

【氏名】飛川 和紀

【審査官】 山口 大志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−１６２４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１１７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６５６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３２５１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｂ２３Ｑ １７／００

Ｈ０２Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に電極を有し、一面に基板が保持される基板保持面を備えた静電チャックと、
前記基板保持面の上方または下方に配置された変位計と、
前記基板保持面に基板が載置されたときに前記変位計で前記基板までの第一の距離を測定するとともに、前記静電チャックの電極に所定電圧が印加された後、前記変位計で前記基板までの第二の距離を測定し、測定された距離の差に基づいて、前記静電チャックへの基板の吸着が正常に行われているかを判別する制御装置とを備えた基板保持装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第一の距離と前記第二の距離との差を予め設定された第一の基準値と比較し、当該基準値を下回る場合にエラー信号を生成する請求項１記載の基板保持装置。

【請求項3】

前記基板は、前記基板保持面に平行な方向において前記基板保持面より部分的に突出した状態で保持されているとともに、前記基板保持面から突出した基板の部位と対向する位置に前記変位計が配置されている請求項１または２に記載の基板保持装置。

【請求項4】

前記静電チャックには、前記基板保持面に略垂直な方向に向けて貫通孔が形成されているとともに、当該貫通孔を通して前記基板の裏面が視える位置に前記変位計が配置されている請求項１または２記載の基板保持装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記基板保持面からの前記基板の離脱操作中で前記静電チャックの電極への電圧の印加が停止された後に、前記変位計で前記基板までの第三の距離を測定するとともに、先に測定した前記第一の距離と前記第三の距離との差を算出し、算出された距離の差と予め設定された第二の基準値との比較結果に応じて、後続する基板の離脱操作を継続するかどうかを判別する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板保持装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板保持装置を処理室内に備えた半導体製造装置であって、
前記変位計は、前記基板保持面の下方に配置されていて、
前記制御装置は、前記静電チャック上に載置された前記基板への処理中に、前記変位計で前記基板までの距離を測定するとともに、当該距離の変化量が第三の基準値を超えた場合に、前記基板への処理を停止する半導体製造装置。

【請求項7】

内部に電極を有し、一面に基板が保持される基板保持面を備えた静電チャックと、
前記基板保持面の上方または下方に配置された変位計と、を備えた基板保持装置で、
前記基板保持面に基板が載置されたときに前記変位計で前記基板までの第一の距離を測定するとともに、前記静電チャックの電極に電圧が印加された後、前記変位計で前記基板までの第二の距離を測定し、これらの距離の差に基づいて、前記静電チャックへの前記基板の吸着が正常に行われているかを判別する基板吸着判別方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は静電チャックを用いて基板の保持を行う基板保持装置に関する。また、当該基板保持装置を備えた半導体製造装置、さらには当該基板保持装置を用いた基板吸着判別方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、搬送機構や半導体製造装置において、静電チャックは基板を固定保持する為に用いられている。

【0003】

静電チャック上での基板の固定が不完全であれば、基板搬送や基板処理の途中で静電チャックより基板が脱落して、基板が割れてしまうといった問題が生じる。このような理由から、基板を静電チャック上に固定する際、基板を確実に吸着しておくことが重要とされていた。

【0004】

静電チャックによる基板の吸着が正常に行われているかどうかの判別に関し、従来技術では、特許文献１に記載されているように基板と静電チャックを構成する電極との間の静電容量を測定し、静電容量の変化量に基づいて基板の吸着状態を判別する手法が用いられていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７-２１１７６８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

取り扱う基板の抵抗が比較的小さいもの（シリコン等の導電性の基板）であれば、静電吸着の前後で静電チャックの電極と基板との間の静電容量の変化量が比較的大きいので、従来の手法を用いても吸着状態が正常かどうかを容易に判別することが可能であった。しかしながら、昨今では取り扱われる基板の種類も多く、中には高抵抗（１Ｅ８〜９Ω・ｃｍ以上）の基板や絶縁性の高い基板等（例えば、ガラス基板）を静電チャックで吸着する場合もある。

【0007】

これらの基板を取り扱う際、これまでと同様に静電チャックの電極と基板との間の静電容量の変化量に基づいて基板の吸着状態の判別をすることもできないことはないが、このような基板では静電容量の変化量が数ｐＦと非常に小さな値であることから、基板が正常に静電吸着されているかどうかを判別することが困難である。

【0008】

本発明は、取り扱う基板の種類に関わらず、静電チャックにより基板が正常に吸着されているかどうかを容易に判別することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一の基板保持装置は、内部に電極を有し、一面に基板が保持される基板保持面を備えた静電チャックと、前記基板保持面の上方または下方に配置された変位計と、前記基板保持面に基板が載置されたときに前記変位計で前記基板までの第一の距離を測定するとともに、前記静電チャックの電極に所定電圧が印加された後、前記変位計で前記基板までの第二の距離を測定し、測定された距離の差に基づいて、前記静電チャックへの基板の吸着が正常に行われているかを判別する制御装置とを備えている。

【0010】

変位計は基板の反り量の測定や基板の位置決めに用いられていて、μｍ単位での測定が可能である。静電チャックの基板保持面が凹凸のない平面であり、基板の裏面も同様に凹凸のない平面であれば、理想的には静電チャックの基板保持面と基板との間には隙間は存在しない。しかしながら、実際には製造誤差や使用環境によって基板面や静電チャックの基板保持面は微小に変形しており、数μｍ程度ではあるが両部材間に微小な隙間が存在している。基板が静電チャック上に載置された際、両部材間には上述した隙間が生じることになるが、静電チャックの電極に所定電圧を印加した後は両部材間に静電吸着力が発生して、静電チャックの基板保持面側に基板が引き寄せられて、この隙間がわずかではあるが変化する。また、基板の吸着によって、基板が基板保持面を押し圧すると、基板保持面の下側にある誘電体層が若干ではあるが下方に沈む。このことで基板位置はさらに変化する。そのうえ、静電チャックにシリコンラバー等の弾性材が使用されていると、基板の押し圧による静電チャックの変形量が大きくなるので、基板位置の変化は一層大きくなる。このような点に着目して、基板吸着操作の前後で変位計を使って基板までの距離を測定し、これらの距離の差に基づいて静電チャックへの基板の吸着状態を判別するようにした。これにより、基板の電気特性によらず、静電チャックへの基板の吸着が正常に行われているかを容易に判別することが可能となる。

【0011】

より具体的には、前記制御装置は、前記第一の距離と前記第二の距離との差を予め設定された第一の基準値と比較し、当該基準値を下回る場合にエラー信号を生成するように構成されている。

【0012】

基板の吸着状態が異常であることを検知してエラー信号を生成するように構成しておけば、その後に続く処理を停止させる等の措置を講ずることができる。

【0013】

変位計の配置は次のようにしておいてもよい。前記基板は、前記基板保持面に平行な方向において前記基板保持面より部分的に突出した状態で保持されているとともに、前記基板保持面から突出した基板の部位と対向する位置に前記変位計が配置されている。

【0014】

静電チャックによる吸着力は基板保持面上の基板の部位（基板中央部）に直接作用する。基板保持面から突出した基板の部位（基板外周部）は、基板保持面上に載置された基板中央部が基板保持面に引き寄せられることに伴って大きく変動する。また、基板中央部は基板保持面によって移動が規制されるので変位量に制限があるが、基板外周部は基板保持面により保持されていない分、その変位量は大きくなる。この様に大きく変動する基板外周部を測定するように変位計を配置することで、静電チャックへの基板の吸着が正常に行われているかどうかの判別精度を高めることが可能となる。

【0015】

基板表面に対して何らかの処理を行う場合、変位計が基板表面を覆う位置に配置されていると基板への処理の妨げとなってしまう。変位計が基板処理の妨げにならないように、基板処理の際に変位計を移動させる構成も考えられるが、移動機構を設けると装置構成が複雑になってしまう。このような理由から、変位計を静電チャックの基板保持面よりも下方に配置することが望ましい場合も存在する。しかしながら、この場合、静電チャックの基板保持面の寸法と基板の寸法との関係によっては、変位計による測定がうまく行えない場合がある。そこで、この種の問題を解決するには、次のような構成を用いることが望ましい。前記静電チャックには、前記基板保持面に略垂直な方向に向けて貫通孔が形成されているとともに、当該貫通孔を通して前記基板の裏面が視える位置に前記変位計が配置されている。

【0016】

静電チャックに貫通孔を設け、そこを通して変位計で基板までの距離を測定するように構成しておけば、変位計を基板保持面の下方に配置した場合でも、基板寸法によらず基板までの距離を測定することが可能となる。

【0017】

静電チャックから基板を離脱させる際、残留吸着力の存在によって、基板を無理に離脱させようとすると、基板の跳ねや割れが生じる恐れがある。基板の離脱操作の阻害要因となる残留吸着力を考慮して、基板の離脱操作を行うには、次のように構成することが望ましい。

【0018】

前記制御装置は、前記基板保持面からの前記基板の離脱操作中で前記静電チャックの電極への電圧の印加が停止された後に、前記変位計で前記基板までの第三の距離を測定するとともに、先に測定した前記第一の距離と前記第三の距離との差を算出し、算出された距離の差と予め設定された第二の基準値との比較結果に応じて、後続する基板の離脱操作を継続するかどうかを判別する。

【0019】

また、上述した基板保持装置を半導体製造装置の処理室内で用いる場合、次のように構成しておくことが望ましい。処理室内に備えた半導体製造装置であって、前記制御装置は、前記静電チャック上に載置された前記基板への処理中に、前記変位計で前記基板までの距離を測定するとともに、当該距離の変化量が第三の基準値を超えた場合に、前記基板への処理を停止する。

【0020】

基板の処理中に、静電チャックによる基板の吸着力が何らかの原因で変動する場合がある。例えば、基板に温度変化による反りが生じて、この反りによる応力が吸着力を上回った場合、処理中に基板の跳ねや割れが生じる恐れがある。この場合、基板への処理を継続させることが困難になるので、このような事象の発生を考慮して上述したように構成しておくと基板の処理不良を未然に防ぐことができる。

【0021】

さらに、上述した構成は制御装置によって基板吸着判別を行う構成であったが、このような判別を装置の操作者が行うようにしてもよい。この場合には、次のような判別方法を用いる。内部に電極を有し、一面に基板が保持される基板保持面を備えた静電チャックと、前記基板保持面の上方または下方に配置された変位計と、を備えた基板保持装置で、前記基板保持面に基板が載置されたときに前記変位計で前記基板までの第一の距離を測定するとともに、前記静電チャックの電極に電圧が印加された後、前記変位計で前記基板までの第二の距離を測定し、これらの距離の差に基づいて、前記静電チャックへの前記基板の吸着が正常に行われているかを判別する。

【0022】

このような手法を用いれば、制御装置を備えた基板保持装置と同等の効果を奏することができる。

【発明の効果】

【0023】

基板吸着操作の前後で静電チャックの基板保持面に載置される基板の位置が微小ながらに変化する。この点に着目して、基板吸着操作の前後で変位計で当該変位計から基板までの距離を測定し、これらの距離の差に基づいて静電チャックへの基板の吸着状態を判別するようにした。これにより、基板の電気特性によらず、静電チャックへの基板の吸着が正常に行われているかを容易に判別することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係る基板保持装置の第１の実施例である。

【図2】吸着操作時の基板吸着判別に係るフローチャートである。

【図3】静電吸着力によって基板外周部での距離が変化する様子を表す実験データである。

【図4】本発明に係る基板保持装置の第２の実施例である。

【図5】静電吸着力によって基板中央部での距離が変化する様子を表す実験データである。

【図6】本発明に係る基板保持装置の第３の実施例である。

【図7】本発明に係る基板保持装置の第４の実施例である。

【図8】本発明に係る基板保持装置の第５の実施例である。

【図9】本発明に係る基板保持装置の第６の実施例である。

【図10】本発明に係る基板保持装置の第７の実施例である。

【図11】本発明に係る基板保持装置の第８の実施例である。

【図12】離脱操作時の基板吸着判別に係るフローチャートである。

【図13】基板処理中に基板吸着状態を監視する手法に係るフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１には、半導体製造装置等で使用される真空容器９の室内に基板保持装置Ｈが配置された例が描かれている。静電チャック２は内部に電極１１を有しており、一面に基板１が載置される基板保持面Ｓが形成されている。この電極１１に図示されない電源により所定電圧が印加されることで、基板１は基板保持面Ｓに静電吸着される。ここでは説明を簡略化する為に、電極１１の枚数が１枚の単極型の静電チャックを例に挙げているが、本発明で使用される静電チャック２は他の静電チャックを用いてもよい。例えば、双極型の静電チャックであってもよい。また、基板１と基板保持面Ｓとの間にはごくわずかな隙間が存在しているが、この隙間についての図示は省略している。

【0026】

静電チャック２は真空容器９の床面より、保持機構８によって支持されている。この保持機構８には取り付け金具７の一端が支持されており、取り付け金具７の他端にはセンサーヘッド３が支持されている。このセンサーヘッド３は真空容器９の外部に設けられた光源制御ユニット６に光ファイバー４を通じて接続されている。なお、光源制御ユニット６は真空容器９内に配置されていてもよいが、容器外部で操作者によって操作される場合には、図示されるように真空容器９の外部に設けておくようにすればよい。この場合、真空容器９の内外への光ファイバー４の引き回しは真空容器９の壁面に設けられたフィードスルー５を通じて行われている。

【0027】

変位計としては、レーザー式、接触式、渦電流式等の種々の方式が存在しているが、本発明の変位計はレーザー式の変位計である。この種の変位計は従来より知られている技術である為、ここでは詳細な説明は省略するが、簡単に述べると以下のような構成をしている。

【0028】

センサーヘッド３は光源制御ユニット６からのレーザー光を光ファイバー４を通じて検出対象物に照射するとともに、検出対象物からの反射光を受光して光ファイバー４を通じて光源制御ユニット６に戻す機能を備えている。また、センサーヘッド３の先端部には反射面が設けられていて、この反射面で検出対象物に照射される光の一部が反射される。光源制御ユニット６は、センサーヘッド３の反射面で反射された光と検出対象物で反射された光の干渉光を波長ごとに分光して、これを波形解析することでセンサーヘッド３から検出対象物までの距離（図示されるＬ）の算出を行う。

【0029】

一般には、上述したセンサーヘッド３、光ファイバー４及び光源制御ユニット６の集合体を指して変位計と呼んでいるが、本発明では測定に使用されるセンサーヘッド３のことを変位計と呼んでいる。

【0030】

変位計は基板の反り量の測定や基板の位置決めを行う際に用いられていて、μｍ単位での測定が可能である。静電チャック２の基板保持面Ｓが凹凸のない平面であり、基板１の裏面も同様に凹凸のない平面であれば、理想的には静電チャック２の基板保持面Ｓと基板１との間には隙間は存在しない。しかしながら、実際には製造誤差や使用環境によって基板面や静電チャック２の基板保持面Ｓは微小に変形しており、数μｍ程度ではあるが両部材間には微小な隙間が存在している。

【0031】

基板１が静電チャック２上に載置された際、両部材間には上述した隙間が生じることになるが、静電チャック２の電極１１に所定電圧を印加した後は両部材間に静電吸着力が発生して、静電チャック２の基板保持面Ｓ側に基板１が引き寄せられて、この隙間がわずかではあるが変化する。また、基板１の吸着によって、基板１が基板保持面Ｓを押し圧すると、基板保持面Ｓの下側にある誘電体層が若干ではあるが下方に沈む。このことで基板位置はさらに変化する。そのうえ、静電チャック２にシリコンラバー等の弾性材が使用されていると、基板の押し圧による静電チャックの変形量が大きくなるので、基板位置の変化は一層大きくなる。このような点に着目して、基板吸着操作の前後で変位計で当該変位計から基板１までの距離を測定し、これらの距離の差に基づいて静電チャック２への基板１の吸着状態を判別するようにした。これにより、基板１の電気特性によらず、静電チャック２への基板１の吸着が正常に行われているかどうかを容易に判別することが可能となる。具体的な判別方法について、図２を基に説明する。

【0032】

図２には、吸着操作時の基板吸着判別に係るフローチャートが描かれている。まず、Ｓ１で基板保持面Ｓに基板１が載置される。次に、静電チャック２の電極１１に所定電圧を印加する前に、Ｓ２で変位計を用いて基板１までの距離を測定する。ここで測定された距離を本発明では第一の距離Ｌ１と呼んでいる。なお、ここで測定される距離は変位計と基板１間の距離である。この点については、後述する他の実施例でも同様である。

【0033】

第一の距離Ｌ１の測定後、Ｓ３で静電チャック２の電極１１に所定電圧を印加する。この時に印加される電圧値は、静電チャック２上に基板１を吸着させる際に用いられる電圧値であり、吸着される基板１の種類や静電チャック２の構成に応じて予め決められている。

【0034】

所定電圧が印加され、基板１が静電チャック２に吸着された後、Ｓ４で再び変位計を用いて基板１までの距離の測定が行われる。ここで測定された距離を本発明では第二の距離Ｌ２と呼んでいる。なお、この段階では基板１が静電チャック２に正常に吸着されているかどうかは判別されていない。通常、所定電圧の印加後に数秒程度経過すると基板１は静電チャック２に吸着されるので、吸着操作の完了までにどれぐらいの時間を要するのかを予め実験する等して求めておき、この時間が経過した後でＳ４の測定が行われる。

【0035】

Ｓ４での測定の後、Ｓ５で第一の距離Ｌ１と第二の距離Ｌ２との差が算出される。その後、Ｓ６で予め設定された第一の基準値Ｃ１とＳ５で算出された距離の差とが比較され、当該基準値よりも距離の差が大きい場合には、Ｓ７で基板１が適切に静電チャック２に吸着されていると判別して基板の吸着操作が完了する。一方、Ｓ５で算出された距離の差が当該基準値と同じかこれを下回る場合には、Ｓ８で吸着不良と判別し、エラー信号が生成される。なお、Ｓ５の算出工程、Ｓ６の比較工程、Ｓ７及びＳ８の判別工程は、光源制御ユニット６で行われるようにしてもいいし、光源制御ユニット６とは別の制御装置を設けておき、この制御装置によって行われるようにしてもよい。その場合、光源制御ユニット６での測定値は別に設けられた制御装置に送信されるように構成しておく。また、第一の距離Ｌ１と第二の距離Ｌ２の差は大きさ（絶対値）で表される。これは基板１や静電チャック２の基板保持面Ｓの形状によっては、第一の距離Ｌ１よりも第二の距離Ｌ２の方が大きくなる場合がある為である。

【0036】

図３は、寸法が４インチ、抵抗率が１Ｅ１０Ω・ｃｍの炭化ケイ素基板の外周部を基板の上方より変位計で測定したときの実験データである。この実験データによると、基板１を静電チャック２の基板保持面Ｓに載置した時は基板までの距離が約５７４μｍ（図中Ｌ１）であるのに対して、静電チャック２の電極１１に所定電圧を印加して吸着操作が完了した時には、この距離が約５３２μｍ（図中Ｌ２）に変化している。現在市販されている変位計は０.１μｍ単位の測定が可能であり、さらに高精度のものは０．０１μｍ単位までの測定が可能である。このことから、実験データにみられる吸着前後での基板１の変位量は変位計で十分測定が可能であることがわかる。なお、ここで測定された基板までの距離は、変位計と基板１との間の実際の距離ではない。これは、図３の実験データの縦軸に示される目盛が、所定のオフセット量を含んでいる為である。この点については、後述する図５に示す実験データでも同様である。

【0037】

図１の実施例では、基板１は基板保持面Ｓに平行な方向において基板保持面Ｓより部分的に突出した状態で静電チャック２に保持されていて、基板保持面Ｓから突出した基板１の部位と対向する位置に変位計（センサーヘッド３）が配置されていた。

【0038】

静電チャック２による吸着力は基板保持面Ｓ上の基板中央部に直接作用する。基板保持面Ｓから突出した基板外周部は、基板保持面Ｓ上に載置された基板中央部が基板保持面Ｓに引き寄せられることに伴って大きく変動する。また、基板中央部は基板保持面Ｓによって移動が規制されるので変位量に制限があるが、基板外周部は基板保持面Ｓにより保持されていない分、その変位量は大きくなる。

【0039】

このような理由から比較的大きく変動する基板外周部を測定するように変位計（センサーヘッド３）を配置することで、静電チャック２への基板１の吸着が正常に行われているかどうかの判別精度を高めることが可能となる。なお、図１の実施例では変位計は基板保持面Ｓの下方に配置されていたが、基板保持面Ｓの上方に配置するようにしてもよい。ただし、静電チャック２に保持された基板１の表面に対してイオン注入等の処理を行う場合に、基板１への処理中に変位計が基板保持面Ｓの上方に配置されていると、基板１に対する処理を正常に行うことができなくなる。このような場合には、変位計を基板保持面Ｓの下方に配置しておくか、変位計を基板保持面Ｓの上方に配置しておき、基板１への処理が行われる前に変位計を基板処理に支障を来さない位置に移動するような機構を設けておくことが考えられる。

【0040】

また、変位計が静電チャック２の基板保持面Ｓよりも下方に配置されている場合には、静電チャック２の基板保持面Ｓと基板１との寸法関係によっては、変位計による測定がうまく行えない場合がある。具体的には、基板保持面Ｓの寸法よりも基板１の寸法が小さい場合には、基板保持面Ｓの下方からは基板１が視えないので、何らかの工夫をしない限り変位計で基板１までの距離を測定することは不可能となる。このような場合には、図４に記載の構成を用いることが考えられる。

【0041】

図４には、本発明に係る基板保持装置Ｈの第２の実施例が描かれている。図１の構成との違いは、基板保持面Ｓに略垂直な方向に向けて静電チャック２に貫通孔１０を形成し、この貫通孔１０を通して基板１の裏面が視える位置に変位計（センサーヘッド３）を配置している点にある。なお、貫通孔１０は静電チャック２に設けられた電極１１を避けるようにして形成されている。また、略垂直な方向とは、基板保持面Ｓと垂直な関係となる方向を含んで、この方向から若干ずれた方向を含むという意味である。これは、静電チャック２の厚みによっては、必ずしも基板保持面Ｓに垂直な方向に貫通孔１０を形成しなくても、貫通孔１０を通して基板裏面を視ることが可能な為である。

【0042】

基板外周部に比べて基板中央部は、静電吸着操作の前後での基板１の変位量は小さくなるが、本願発明の発明者らの実験によると数μｍ程度の変化が確認されている。図５は基板中央部での変位量を測定した実験データである。測定対象にした基板は、図３の実験データで用いた基板と同じものを用いている。図５の実験データから第一の距離Ｌ１と第二の距離Ｌ２との差は約２μｍである。このような微小な変動であっても、変位計の測定精度からすると、十分に対応可能な変化であることから、図４に記載の構成を用いて基板中央部の変位を測定し、吸着判別を行うようにしてもよい。

【0043】

図１や図４の実施例では、変位計の個数は１つであったが、本発明の構成はこれに限られない。図６に描かれているように複数の変位計を配置するようにしてもよい。例えば、図６には基板中央部と基板外周部のそれぞれに対応する位置に変位計が配置されている。このように変位計を配置しておき、各電源制御ユニット６から１つの制御装置１２に個別に測定値が送信されるように構成しておく。そして、各電源制御ユニット６から送信された測定値と予め決められた所定の基準値とを比較し、両方の電源制御ユニット６での測定値が条件を満たす場合に、正常な吸着がなされているものと判別するようにしてもよい。このように構成しておくことで吸着判別の精度を向上させることができる。

【0044】

また、変位計を複数個設ける場合、必ずしも図６に描かれているように基板中央部と基板外周部のそれぞれに対応した位置に変位計を配置しておく必要はない。例えば、一方の場所にかためて変位計を配置するようにしてもよい。ただし、基板１の吸着状態は基板１や基板保持面Ｓの形状に応じて場所により多少変化していることが考えられる。このようなことから、近接した場所に複数個の変位計を配置するよりも少し離れた場所に設ける方がよい。例えば、基板外周部に複数個配置する場合には、基板１の中心に対して点対称となるように複数の変位計を配置することが考えられる。

【0045】

半導体製造装置のプロセスによっては、真空容器９の室内で、基板１を移動させながら基板表面への処理が行われる。この場合、保持機構８が静電チャック２を移動させる機構となるが、この機構の移動方向によっては光ファイバー４が保持機構８に巻き付いて、保持機構８の移動の妨げとなることが考えられる。この場合、光ファイバー４自体が捩じ切れて断線してしまうことも考えられる。このような問題を避けるために、図７に示す構成を用いてもよい。なお、真空容器９は半導体製造装置で基板１に対する処理が行われる部屋である処理室に相当する。

【0046】

図７には、本発明に係る基板保持装置Ｈの第４の実施例が描かれている。この実施例では保持機構８は静電チャック２を支持し、これを移動させる機構が想定されている。このような保持機構８の内部を中空にしておき、この中に光ファイバー４を這わせるように構成しておく。また、図示されるように取り付け金具７の内部も中空にしておき、保持機構８と同様にこの中に光ファイバー４を這わせるように構成しておいてもよい。このような構成であれば、保持機構８によって静電チャック２が移動するような構成であっても、保持機構８への光ファイバー４の巻き付きを防止することができる。

【0047】

また、保持機構８が移動するような構成でなくとも、真空容器９の室内には静電チャック２に基板１を搬送する為の何らかの搬送機構が存在している可能性が高い。このような搬送機構に光ファイバー４が巻き付いてしまうことも考えられる。また、光ファイバー４が巻き付かないにしろ、光ファイバー４の引き回しによっては、搬送機構の配置自由度を低下させてしまう恐れがある。このような問題を解決する為に、保持機構８が移動しない場合であっても、当該機構内部を中空にしておき、この内部に光ファイバー４を這わすようにしておいてもよい。なお、保持機構８の移動に伴って、光ファイバー４が移動する場合には、保持機構８の移動を許容する程度、光ファイバー４の長さは長くしておく。

【0048】

これまでの実施例では保持機構８に対して取り付け金具７が支持されている構成であったが、本発明の構成はこれに限らない。例えば、図８や図９に描かれている構成を用いても良い。

【0049】

図８の実施例では、取り付け金具７が真空容器９の床面から支持されている。また、図９の実施例では、取り付け金具７が静電チャック２に支持されている。さらには、図示されていないが、取り付け金具７は真空容器９の側壁から支持されていてもよい。ただし、変位計で有効とされる測定距離は数ｃｍ（２ｃｍ〜５ｃｍ程度）と短いので、センサーヘッド３と基板１との距離が離間し過ぎると変位計での測定が不可能になる。このような点を考慮して、センサーヘッド３はできるだけ測定対象とする基板１の近傍に配置するようにしておく。

【0050】

これまでの実施例では、真空容器９の室内に静電チャック２を配置する構成例について述べたが、本発明の構成はこれに限らない。例えば、静電チャック２は、大気中で基板を搬送する搬送機構のアーム先端部に使用される場合もある。図１０及び図１１にはこの場合の構成例が描かれている。

【0051】

図１０及び図１１に記載の搬送機構は、モーター等の駆動源Ｍで移動する多関節機構の先端部に静電チャック２が取り付けられた搬送機構である。図１０では、搬送機構内部を這わすようにして光ファイバー４を配置し、基板１の下方より基板１の変位量を測定するように構成されている。反対に、図１１では、基板１の上方より基板１の変位量を測定するように構成されている。また、図示されているように、光源制御ユニット６で吸着不良と判別した場合に、駆動源Ｍを制御する制御装置１２にエラー信号を送信し、当該制御装置１２が駆動源Ｍによる基板１の搬送を停止するように構成しておいてもよい。

【0052】

これらの図に記載されるように、大気中で基板搬送に用いられる搬送機構にも本発明を適用することができる。なお、図１０及び図１１では搬送機構の内部に光ファイバー４を這わす構成が描かれているが、本発明の構成はこのような構成に限らない。

【0053】

搬送機構への基板の受け渡し位置は通常同じ位置で行われる。基板１の搬送中に吸着状態を常に監視しないのであれば、受け渡し位置となる場所で基板１の吸着状態を監視できるように変位計を配置しておけばよい。この場合、変位計は搬送機構による基板の搬送の妨げとならない位置で、何らかの支持部材でもって特定の場所に固定支持させておく。そして、搬送開始前に行われる吸着操作の前後で基板１の変位量を測定することにより、基板吸着判別を行うように構成しておく。この際、光ファイバー４は、搬送機構の外部で搬送機構による搬送の妨げとならない場所に配置しておく。

【0054】

これまでの実施例では、基板１を吸着する際に基板吸着判別が行われる例について述べたが、基板吸着判別のタイミングはこれに限られない。静電チャック２から基板１を離脱させる際、残留吸着力の存在によって、引き剥がしピンで基板１を無理に離脱させようとすると、基板１の跳ねや割れが生じる恐れがある。基板１の離脱操作の阻害要因となる残留吸着力を考慮して、基板１の離脱操作時に本発明を適用してもよい。

【0055】

また、吸着開始時に吸着状態が正常であっても基板に対して何らかの処理（基板の搬送や基板への半導体プロセス等）が行われている間に基板１の吸着状態が変化する可能性がある。例えば、基板に温度変化による反りが生じて、この反りによる応力が吸着力を上回った場合、処理中に基板の跳ねや割れが生じる恐れがある。このような基板処理にあたって本発明を適用してもよい。

【0056】

基板の離脱時及び基板への処理中に、本発明の基板吸着判別を如何にして用いるのかについて、図１２及び図１３を用いて、以下に説明する。

【0057】

図１２には、基板離脱時に行われる基板吸着判別の手法に係るフローチャートが描かれている。基板１は静電チャック２の基板保持面Ｓに静電吸着されており、基板１に対する何らの処理が終了している。初めに、Ｓ１１で基板１の離脱操作を開始する。次に、Ｓ１２で静電チャック２の電極１１への電圧の印加を停止する。なお、電圧の印加を停止する前に、残留吸着力を軽減させる為に静電吸着の際に印加した電圧と逆極性の電圧を電極１１に印加するようにしてもよい。また、逆極性の電圧は段階的に印加されるようにしてもよい。最終的に基板１を静電チャック２から引き剥がす際、電極１１に印加される電圧の値はゼロとなる。

【0058】

電極１１への電圧の印加を停止した後、Ｓ１３で変位計で基板１までの距離を測定する。本発明ではこの距離を第三の距離Ｌ３と呼ぶ。その後、Ｓ１４で静電吸着操作の開始前に測定された第一の距離Ｌ１を用いて第三の距離Ｌ３との差を算出する。なお、前もって測定された第一の距離Ｌ１は電源制御ユニット６や他の制御装置に記憶させておき、第三の距離Ｌ３との差を算出する際に読み出しが行われるように構成しておく。

【0059】

Ｓ１５で算出された差（大きさ）と電源制御ユニット６や他の制御装置に予め記憶されている第二の基準値Ｃ２との比較を行い、第二の基準値Ｃ２よりもＳ１４で算出された値が小さければ、Ｓ１６で離脱操作を継続させる。なお、Ｓ１６以降の具体的な処理は、静電チャック２の基板保持面Ｓから引き剥がしピンによって基板１を引き剥がす操作である。

【0060】

一方、第二の基準値Ｃ２とＳ１４で算出された値が同じか大きい場合には、Ｓ１７で離脱操作を停止させる。残留吸着力は時間の経過に伴って減少する。このことを利用して、Ｓ１７で離脱操作が停止された場合、Ｓ１３に戻って第三の距離Ｌ３の再測定を行うようにしてもよい。そして、再測定された第三の距離Ｌ３と第一の距離Ｌ１との差を再び算出し、第二の基準値Ｃ２との比較を行う。ここで第二の基準値Ｃ２とＳ１４で再算出された値が同じか大きい場合には、Ｓ１７で離脱操作を完全に停止し、警告音や装置の操作画面に警告メッセージを表示させる等して、装置の操作者に離脱操作に異常を来していることを通知するように構成しておくことが考えられる。

【0061】

図１３には、基板処理中に基板吸着状態を監視する手法に係るフローチャートが描かれている。Ｓ２１で基板１に対する処理が開始される。この処理は、基板１の搬送や基板１に対する半導体プロセス等である。次に、Ｓ２２で基板１までの距離を測定する。本発明ではこの距離のことを第四の距離Ｌ４と呼ぶ。この測定は、基板１への処理が行われている間、時間間隔を置いて複数回行われるか、常時行われている。

【0062】

Ｓ２３で、基板１の処理中に第四の距離Ｌ４の変化量を算出するとともに、当該変化量を予め設定されている第三の基準値Ｃ３と比較する。第三の基準値Ｃ３よりも第四の距離Ｌ４の変化量が小さい場合にはＳ２４で基板処理を継続させる。一方、第四の距離Ｌ４の変化量が第三の基準値Ｃ３と同じかそれよりも大きい場合にはＳ２５で基板処理を停止させる。

【0063】

このような構成を用いることで、基板処理中に発生する基板の跳ねや割れによる処理不良を未然に防ぐことができる。

【0064】

＜その他の実施例＞
上述した実施例では、光源制御ユニット６や他の制御装置１２等を用いて、自動的に基板吸着判別を行うものであったが、装置の操作者の判断により、基板吸着判別を行うようにしてもよい。例えば、ディスプレイを用意しておき、ここに変位計による測定値を表示させる。装置の操作者が表示された測定値を所定の基準値と比較することで、操作者による吸着判別を行って、稼働中の装置を停止させる等の措置を講ずるようにしてもよい。また、光源制御ユニット６に測定データを表示させる機能を設けておくようにすれば、上述したディスプレイを特別に設ける必要はない。

【0065】

上述した実施例では、第一の距離Ｌ１、第二の距離Ｌ２及び第三の距離Ｌ３は、特定のタイミングで変位計によって測定された距離である旨の説明をしたが、変位計による測定は常時行われるようにしておき、吸着判別に使用される測定値をリアルタイムで測定されているデータから抜出すように構成しても構わない。

【0066】

さらに、第一の基準値Ｃ１、第二の基準値Ｃ２及び第三の基準値Ｃ３は、それぞれ異なる値であってもいいし、同じ値であってもよい。

【0067】

前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。

【符号の説明】

【0068】

１ 基板
２ 静電チャック
３ センサーヘッド（変位計）
４ 光ファイバー
５ フィードスルー
６ 電源制御ユニット
７ 取り付け金具
８ 保持機構
９ 真空容器
１０ 貫通孔
１１ 電極
１２ 制御装置
Ｈ 基板保持装置
Ｓ 基板保持面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】