生命科学関連特許情報
| タイトル： | 公開特許公報(A)_静電チャックの検査方法 |
| 出願番号： | 2004212319 |
| 年次： | 2006 |
| IPC分類： | G01N 29/04 |
特許情報キャッシュ
辰己 良昭 宮下 欣也 JP 2006010662 公開特許公報(A) 20060112 2004212319 20040622 静電チャックの検査方法 株式会社クリエイティブ テクノロジー 591012266 辰己 良昭 宮下 欣也 G01N 29/04 20060101AFI20051209BHJP JPG01N29/10 506G01N29/04 503 5 4 書面 8 2G047 2G047AA08 2G047AB05 2G047AB07 2G047BA03 2G047BB06 2G047BC07 2G047GB24 2G047GF18 2G047GG19 2G047GG33 本発明は、半導体素子製造プロセスで用いられているエッチング処理、化学気相蒸着（ＣＶＤ）による薄膜形成などのプラズマ処理装置、電子露光装置、イオン描写装置、イオン注入装置、また液晶パネル製造に使用されるイオンドーピング装置などに具備されている静電吸着機構、いわゆる静電チャック装置の製造もしくは組立の検査技術に関する。 半導体製造装置では被処理物である半導体ウエハをその装置内で位置決め、そして支持面への確実な保持を保障する必要がある。また、同時にこの行為は被処理半導体ウエハになんら損傷を与えるものであってはならない。一世代前には半導体ウエハの表面を機械的な爪などで支持面へ抑えるクランプ方式が一般的であった。現在は処理基準が厳しく制限され、被処理半導体ウエハへの汚染量を管理する必要がある。これは、クランプ自身の材質、多くの場合はアルミニウム材、が処理プラズマ中にさらされることにより遊離、あるいはイオン注入ではそのイオン照射によりクランプ母材からスパッタされ浮遊し、被処理半導体ウエハに降りかかることにより、半導体素子の特性、歩留まりに著しく影響を与えるからである。 そこで考案されたのが前述のような機械的でない、電気的な静電吸着力を利用した被処理ウエハの支持面への保持方法である。この方法では支持面下、いわゆる吸着面下、に組み込まれた電極に高電位を与え、この吸着面を構成する誘電体に分布した静電気と、被処理ウエハに分極帯電した電荷による静電気のクーロン力あるいはジョンソン・ラーベック力によって、被処理ウエハを吸着させる方法である。従い、被処理ウエハの表面上には前述のクランプは存在しない。特許出願の傾向から判断すると、日本国ではこの関連の技術進歩はおよそ１９８０年代の後半から始まっていると考えられ、現在半導体製造装置では不可欠な技術に成長している。 静電チャックの製造方法には大きく分けて２種ある。一つはポリイミドなどの絶縁性の良好な樹脂シートで吸着電極、すなわち電圧を印加して静電引力を発生させる電極を両面からはさみ、その構成物を金属製の基盤に接着剤で接着する方法。もうひとつは金属製の基盤の上面にセラミックなどの絶縁層を接着剤で接着、あるいは溶射などの手段にてセラミックなどの絶縁層を形成し、次に吸着電極をペースト状の金属材料で形成あるいは蒸着など方法で金属薄膜を形成し、後にこれら上面に再度セラミックなどで絶縁層を作る方法がある。 後者の静電着製造方法では接着層の良否の判断が目視では困難である。前者のポリイミドシートの場合はその膜厚が薄いこともあって、裸眼で接着層の確認は可能であるが、後者の場合は絶縁層に透明性はなく、接着層は同様の方法で確認できない。従来、静電チャック組立体接合部の唯一の検査方法は、その組立体を実際の装置あるいはテスト装置に取り付け、テストウエハにプラズマ処理あるいはイオン注入などのプロセスを実際に行い、得られた処理効果の面内分布、物質の堆積分布、イオンビームによる温度上昇、などの結果を基に判断していた。この従来方法によると、静電チャック交換あるいはメンテナンス時からの立ち上がりに時間がかかりその結果も予測できないことから、静電チャックのユーザーからその改善が要請されていた。通常接着層にボイドなどの欠陥があるとその周辺の部分は熱伝達が不良になる。ボイドは真空あるいは空気で充満している場合が多く、それらの熱伝導率は固定の場合よりも悪いためである。特に接着層のボイドが吸着面から近い距離にあると、その影響は著しく、ボイドの上部に位置する部分はプラズマプロセスあるいはイオン注入などの処理で他の部分より高温になることがある。この結果ドライエッチング装置などではエッチングの不均一性が被処理ウエハ面内で確認されるという問題が生じる。またイオン注入では高温によるレジスト層の剥離などの不具合が生じる。 一方、見えないところを非破壊的に探ってその状態を観察する方法の一つに超音波探傷がある。この技術の歴史は古く、主に原子力、造船関連などでその有用性が証明されている。特開昭５９−１２１１７０号ではセラミックと金属部材の剥離の状態を超音波の反射波と透過波の強度の差をもって判断する方法が開示されている。特開平６−２９４７７９号では一般に水浸式と呼ばれる検査方法において、画像処理を工夫して、オペレータにより判断しやすい方法が提示されている。実開平６−８０１６９号では前記と同じ水浸式にて、その水に含まれる固形物あるいは泡を取り除く装置を付加した超音波による検査装置が開示されている。特開昭５９−１２１１７０号特開平６−２９４７７９号実開平６−８０１６９号 本発明の課題は、静電チャック組立体を製造する最終工程で、あるいは同組立体を実際の装置に取り付ける前に、その静電チャック組立体の接着層の状態を検査し、ボイドなどの欠陥の存在が所定の閾値を越えたとき、その組立体の出荷あるいは使用を停止できる品質管理の方法を確立することである。 静電チャック組立体の接着層の検査方法は以下の手順を有す。すなわち、静電チャック組立体の接合部を超音波の反射波を検知して探傷する検証方法であって、前記静電チャック組立体を純水漕に浸し所定の位置に設置する手段と、超音波の探触子を純水漕内の上部でかつ静電チャック組立体の上部に設置する手段と、前記探触子から発信する超音波の焦点を前記静電チャックの組立体の接合部を形成する接着層とその被接合部の界面を目安として照準する手段と、前記照準結果が良好であることを静電チャックの組立体の接合部の主要部で確認する手段と、前記超音波探触子走査させ接合部から反射される超音波を受信しそのデータを記録保持装置に保存する手段と、前記保存データに基づき視覚的に確認しかつ反射波の分布が基準値以下である場合は検査を合格とし又基準値以上である場合は、検査を不合格とする、静電チャック組立体接合部の検査方法である。 さらに当該検査方法の中で水に係る管理手段とし以下の特徴を有す。すなわち、純水の比抵抗値を１〜５ＭΩ・ｃｍとすることを特徴とする、静電チャック組立体接合部の検査方法である。前記純水の比抵抗値が所定の範囲を超えるとオペレータに警告を発し、検査を中断する手段を組み込んだ、静電チャック組立体接合部検査方法である。前記純水の比抵抗値は常に監視され、純水製造装置に連動し、前記純水の比抵抗値が所定の範囲を超えると、前記純水製造装置を作動し、前記比抵抗値を所定の範囲内に回復することを組み込んだ、静電チャック組立体接合部の検査方法である。 静電チャック組立体の接着層を超音波で探傷する場合、探触子に対して接着層の位置情報を検査の事前に取得する必要がある。そこで、静電チャック組立体の接合部を形成する接着層とその被接合部の界面を目安として照準する手段が、被接合部に加工された特定の目印あるいは被接合部が有する特徴的パターンにより判断する、静電チャック組立体接合部の検査方法である。 静電チャック組立体の接着層の検査を前述の手段により実施することで、定量的評価の実現が可能となるため検査の再現性若しくは検査評価の一貫性を保つことができる。定量性については検査の結果ボイドなどの接着層の欠陥が占める面積が、所定の閾値以内例えば全体の接着面積の数％以内であれば、検査合格の判定を与え、一方それ以上の数値を示した場合は不合格の判定を与えることができる。この判定基準は実際の装置にて静電チャック組立体を使用した経験則に基づいて最初にシミュレーションなどで設定した値から修正することでより現実的な評価に導くことが可能である。再現性については探触子のセットアップ時に接着層の位置認識をする必要があるが、これを当該接着層と界面を成している被接着部の特徴的パターン、例えば文字若しくは記号などの単独使用又はその集合、あるいは当該被接着部が製作加工上元々有するパターン、を標識として使用することによりオペレータにわかりやすく明示することができる。すなわち探触子からの超音波により生じるその標識からの反射波あるいは透過波を周囲と比較しあるいはその差分を表示することで、探触子の焦点が接着層に照準できていることを確認できる。これにより間違った部分を検査し、間違った検査の判定を下すことから回避できる。静電チャックは半導体製造に使用する場合、汚染に対し非常に厳しい制約がある。特にナトリウム、カリウム、マンガン、鉄、銅、塩素、カルシウム、マグネシウム等は最終産物である半導体デバイスにとって著しい特性劣化をもたらす。本発明では被検査物、すなわち静電チャック組立体は純水中に浸すので、その水の中にある前述の汚染物が被検査物に付着しないよう一定の水質（純度）を保つようにすることで、出荷前の静電チャックが汚染されないように管理することができる。また水質が悪化し一定以上の比抵抗値となった場合にはオペレータに警告を発するとともに、水質を改善することで、被検査物が当該検査により汚染されることを未然に防ぐことができる。 発明の実施するための最良の形態 静電チャック組立体の接着層を検査し、その良否の判断を超音波の反射波により行う方法について、以下に具体的に説明する。なお本発明の具現化は以下の実施例に限らない。 図１に本発明の実施例のセットアップを示す。構成は以下のとおり。被検査物である静電チャック４０は純水漕１１に浸される。水に浸す理由は探触子６からの超音波を有効に検査対象領域に伝達するためである。例えば空気を介在して行うと被検査物の材質と空気の音響インピーダンスの相違により、超音波はその境界面でほとんど反射されるため、有効な計測ができない。水は純水１３を使い、その比抵抗が１〜５ＭΩであるのが望ましい。比抵抗が高いほど前記の不純物が少ないためである。不純物がこの水に混入していると被検査物である静電チャック組立体に付着する。この静電チャック組立体を製造装置に搭載し運転するとき、それら不純物が処理室内で飛散し半導体ウエハなどの基盤表面に付着し、その結果組み込まれているデバイスの特性を著しく劣化させる。純水の純度は比抵抗値を計測することで評価できる。純水漕１１には比抵抗測定子７を設けこの値を監視している。この情報は制御器３に入力されている。純水漕１１にはバルブ１０を介して純水製造器８とポンプ９が直列につながれている。純水１３の比抵抗値が所定の値より低くなったとき、ポンプ９を作動させて純水製造器８に純水漕１１の水を送り込み、イオン交換などにより水の純度を高めたものを純水装置に戻すためである。バルブ１０とポンプ９は共に制御器へ接続され遠隔操作される。 探触子６は純水１３に前記の理由により一部浸す。この探触子６からの超音波は純水１３の中を伝播し被検査物である静電チャックの組立体４０に到達する。超音波の発信そして反射波の受信は超音波の発信・受信器４によって行う。超音波の周波数は５〜４０ＭＨｚで、被検査物の作りによって適切に選ぶ。図２において、検査する静電チャック組立体４０の吸着部４３が比較的厚い場合、例えば５ｍｍから２０ｍｍ、は１０ＭＨｚの周波数を用い、薄い場合、例えば０２ｍｍ〜５ｍｍ、には２５ＭＨｚを使用する。探触子６は披検査物の全域において反射波の情報を得るため、ＸＹ方向にラスター状に走査させ、それぞれの位置での計測データを記録保持装置５に入力する。走査ステップは０．５ｍｍから２ｍｍ程度が適当である。走査ステップをあまり細かく設定すると検査に時間がかかる、一方粗すぎると欠陥を見落とす可能性があるので、スループットとの関連をみて決定する。 制御器３とパーソナルコンピュータ２は信号をやり取りできる。またパーソナルコンピュータ２は制御器２を介して超音波の発信・受信器４をはじめ制御器３に接続されている一部あるいはすべての機器類を制御すること、またそれらから吸い上げたデータを共有することが可能である。パーソナルコンピュータ２では検査を実行するオペレータが指令を入力するところでもあるし、記録保持装置５に確保されている取得データをオペレータに理解しやすいような形に処理し、検査の判定処理をさせるところでもある。表示器１はオペレータにわかりやすい警告、例えば純水漕１１の純水１３の比抵抗値が設定された閾値以下になったとき、音、文字、ランプ点滅などにより表示するものである。表示器１へ送る信号はパーソナルコンピュータ２へ同時に送り、その内部で適当な処理をさせ、その画面上に警告などの表示をすることもできる。 図２に静電チャック組立体４０の代表的な模式断面図を示す。金属基盤４１は通常アルミニウム、銅などの熱伝導率の高い材質で製作される。近年メタル・マトリックス・コンポジット（ＭＭＣ）と呼ばれるアルミニウムとセラミックの複合材料も強度と熱伝導率の観点からよく使用される。この金属基盤４１には主に３つの加工が施されている。同組立体を冷却するための冷却媒体の径路４５、装置との取付を可能にするための取付部４６、そしてウエハ裏面を冷却するための冷却ガスの径路４７である。金属基盤４１の接着表面４１ａには接着層４２によりその上に吸着部４３を固着させる。接着層４２には材質としてシリコン、エポキシなどの樹脂系接着剤、あるいはスズ、インジウム、銀などの金属性のろう材あるいはこれら金属を含むブレージングシートなどが使用される。吸着部４３は絶縁性材料を使用する。アルミナ、窒化アルミなどのセラミックが主体となる。吸着部の内部には静電チャック上面に装填されたウエハを静電力で吸着するための電圧を印加する吸着電極４４が埋め込まれている。冷却ガスの径路４７は図２で金属基盤４１の下側から導入し、図示していなが分配管より枝にわかれ、接着層４２と吸着部４３を貫通して吸着面に達する。 図３に静電チャック組立体４０の金属基盤の接着表面４１ａの平面図を示す。ここでは十字の標識４８を４つ、同表面に加工している。この標識４８は接着部分４９の領域内に配置させる。深さは浅いもの、例えば２μｍから１ｍｍ、で凹状の標識４８である。標識４８の形状は、十字、三角、四角、井桁、円形など適当なもので良く、その輪郭のみ溝加工したものでも良い。図２に示した例では冷却ガスの径路４７が金属基盤の接着表面４１ａに貫通していることから、この溝パターンを標識４８の替わりとすることができる。この場合前記の十字などの新たな標識４８は必要としない。図示していないが、金属基盤の接着表面４１ａに嵌め合いのため凸部を有する場合も同等である。また、金属基盤の接着表面４１ａでなく、これと接着する相手側の面、すなわち図２で吸着部の接着表面４３ａに前記同等の標識を加工しても良い。 図４に本発明検査手順の主な項目のフローチャートを示す。静電チャック組立体の接着層の検査方法は以下の手順を有す。まず、オペレータの検査開始意思（ステップ６０）がある。次に純水漕１１の純水１３の比抵抗値の値が決められた値であることを確認する（ステップ６１）。この場合ある範囲であっても良いし、一点の閾値を設定していても良い。図４では設定値は閾値で１〜５ＭΩ・ｃｍの範囲で、その設定値以上であることを確認している。比抵抗値が設定よりも低い場合には、純水１３の純度が劣化しているので検査は続行せず、警告表示（ステップ７１）を行い、純水製造器を作動させる（ステップ７２）。この後検査は中断終了（ステップ７０）する。この間図中に示していないが、純水１３の比抵抗値回復を待ち、その値が適正値になった場合、純水製造器８の動作は停止する。次に静電チャック組立体４０を純水漕１１に浸し所定の置き台１２に設置する（ステップ６２）。超音波の探触子６を純水漕内でかつ静電チャック組立体４０の上部に設置する（ステップ６３）。探触子６から発信する超音波の焦点を静電チャック組立体４０の接合部を形成する接着層とその被接合部の界面、すなわち金属基盤の接着表面４１ａあるいは吸着部の接着表面４３ａ、を目安として照準する（ステップ６４）。このとき、静電チャック組立体４０の各材質の界面、吸着電極４４、金属基盤の接着表面４１ａ、吸着部の接着表面４３ａからの反射波により、検査対象である接着層４２のおおよその位置を特定することができる。当然このとき図１に示すＺ方向の調整が行われる。次に、前記照準結果が良好であることを静電チャック組立体４０の接合部の主要部分で確認する（ステップ６５）。ここでは、金属基盤の接着表面４１ａ若しくは吸着部の接着表面４３ａの標識４８あるいはそれに準じる前記表面の加工パターンと探触子６を走査して得られた反射波のデータから処理された画像とを対比することで判定する。次に、探触子６を図１に示すＸＹ方向に走査させ接着層４２からの反射波を受信し（ステップ６６）、そのデータを記録保持装置５に保存する（ステップ６７）。同じ検査物を次々に処理してゆく場合ステップ６５とステップ６６は同時に行われることもある。即ち接着層４２のデータを取りながら、同時にその界面の情報も取り込み、後に検査の良否判定を行うもの。この場合検査処理時間を短縮できる優位性がある。また図示していながステップ６６とステップ６７は一つのデータを取得ごとに繰り返し行われる場合もある。次に、保存データに基づき視覚的に確認し（ステップ６８）かつ反射波の分布が基準値以下である場合は検査を合格とし又基準値以上である場合は検査を不合格とする判定結果を表示する（ステップ６９）。基準値はボイドなどの欠陥と推定できる領域が接着層４２の全域に対して１〜５％程度以下であることを標準的な場合設定する。更に厳しい設定値を設ける場合もユーザーからの要求により設定する。 本発明は静電チャック製造工程の最終工程でその組立体を検査する有効な手段で、品質管理の上で重要な役割を果たす。また同様に、静電チャックを受け入れる半導体装置メーカーあるいは半導体素子製造工場での検査の手段としても使用できる。 本発明の一実施例を示す静電チャック組立体の接着層検査のセットアップ。被検査物である静電チャック組立体の代表模式図。静電チャック組立体の金属基盤の接着表面に加工した標識の一例。本発明の一実施例を示す静電チャック組立体接着層検査のフローチャート図。 符号の説明 １ 表示器２ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３ 制御器４ 超音波の発信・受信器５ 記録保持装置６ 探触子７ 比抵抗測定子８ 純水製造器９ ポンプ１０ バルブ１１ 純水漕１２ 置き台１３ 純水１４ 超音波の進行径路４０ 被検査物である静電チャック組立体４１ 金属基盤４１ａ 金属基盤の接着表面４２ 接着層４３ 吸着部４３ａ 吸着部の接着表面４４ 吸着電極４５ 冷却媒体の径路４６ 取付部４７ 冷却ガスの径路４８ 標識４９ 接着部分（鎖線の内側） 静電チャック組立体の接合部を超音波の反射波を検知して探傷する検証方法であって、前記静電チャック組立体を純水漕に浸し所定の位置に設置する手段と、超音波の探触子を純水漕内の上部でかつ静電チャック組立体の上部に設置する手段と、前記探触子から発信する超音波の焦点を前記静電チャックの組立体の接合部を形成する接着層とその被接合部の界面を目安として照準する手段と、前記照準結果が良好であることを静電チャック組立体の被接合部で確認する手段と、前記超音波探触子を走査させ接合部から反射される超音波を受信しそのデータを記録保持装置に保存する手段と、前記保存データに基づき視覚的に確認しかつ反射波の分布が基準値以下である場合は検査を合格とし又基準値以上である場合は、検査を不合格とする、静電チャック組立体接合部の検査方法。 前記純水の比抵抗値を１〜５ＭΩ・ｃｍとすることを特徴とする、請求項１の静電チャック組立体接合部の検査方法。 前記純水の比抵抗値が所定の範囲を超えると測定者に警告を発し、検査を中断する手段を組み込んだ、請求項１の静電チャック組立体接合部検査方法。 前記純水の比抵抗値は常に監視され、純水製造装置に連動し、前記純水の比抵抗値が所定の範囲を超えると、前記純水製造装置を作動し、前記比抵抗値を所定の範囲内に回復することを組み込んだ、請求項１の静電チャック組立体接合部検査方法。 前記組立体の接合部を形成する接着層とその被接合部の界面を目安として照準する手段が、被接合部に加工された特定の目印あるいは被接合部が有する特徴的パターンにより判断することを特徴とする、請求項１の静電チャック組立体接合部検査方法。 【課題】 静電チャック組立体を製造する最終工程で、あるいは同組立体を実際の装置に取り付ける前に、その静電チャック組立体の接着層の状態を検査し、ボイドなどの欠陥の存在が所定の閾値を越えたとき、その組立体の出荷あるいは使用を停止できる品質管理の方法を確立することである。【解決手段】 探触子から発信する超音波の焦点を静電チャック組立体の接合部を形成する接着層とその被接合部の界面を目安として照準する手段と、前記照準結果が良好であることを静電チャックの組立体の接合部の主要部で確認する手段とを含む、水浸式の超音波を用いた検査の方法。【選択図】 図４