CN103733318A - 真空处理装置以及真空处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种真空处理装置以及真空处理方法，能够在进行等离子处理时强力吸附保持绝缘性基板。真空处理装置（1）具有：接地的真空槽（11），与真空槽（11）相连的真空排气装置（19），配置在真空槽（11）内部的吸附装置（40），对设在吸附装置（40）上的单极（3）外加输出电压的吸附用电源（16），向真空槽（11）内导入等离子生成气体的等离子生成气体导入装置（21），以及使等离子生成气体为等离子的等离子生成部（20），将处理对象物（6）配置在吸附装置（40）上，当通过吸附用电源（16）对单极（3）外加输出电圧时，在真空槽内（11）内生成等离子，并且当将处理对象物（6）吸附在吸附装置上时，通过等离子进行处理，其中，处理对象物（6）使用绝缘性基板，吸附用电源（16）向单极（3）输出正电圧和负电圧周期地变化的输出电圧。

Description

真空处理装置以及真空处理方法
技术领域
本发明涉及一种真空处理装置以及真空处理方法，尤其涉及吸附保持绝缘性基板的吸附装置。
背景技术
吸附装置是对装置内部的电极外加电圧，对处理对象物的基板进行静电吸附的装置。用于在对半导体晶片等处理对象物实施等离子处理的情况下将处理对象物载置固定在真空处理室内的试料台上。
吸附装置具有对装置内部的电极外加正电圧或者负电圧的某一种的单极式吸附装置，和持有被外加正电圧的电极和被外加负电圧的电极双方的双极式吸附装置。
使用图2对以往使用的包含吸附装置的真空处理装置的一般构造进行说明。另外，在此使用双极式的吸附装置。通常以往的真空处理装置101具有真空槽111和等离子生成部120。
在真空槽111上连接有真空排气装置119，能够进行真空排气。在真空槽111的内部配置有绝缘性的台115，在台115上配置有吸附装置140。台115将真空槽111的壁与吸附装置140电绝缘。吸附装置140具有电介体层105和第一电极1031、第二电极1032。第一电极1031和第二电极1032配置在电介体层105的内部。在第一电极1031和第二电极1032上电连接有吸附用电源116，能够对第一电极1031外加正的直流电圧，对第二电极1032外加负的直流电圧。另外，真空槽111接地而置于接地电位。
等离子生成部120具有筒型的等离子生成容器134和卷绕在等离子生成容器134的外侧的侧面上的线圈136。等离子生成容器134的底面是开口的，开口的边缘与设在真空槽111上的开口的边缘相接触，等离子生成容器134的内部与真空槽111的内部相连。在等离子生成容器134上连接有等离子生成气体导入装置121，能够将等离子生成气体向等离子生成容器134的内部供给。在线圈136上连接有交流电源135，若交流电流从交流电源135流向线圈136，则在等离子生成容器134的内部产生高频磁场。能够通过高频磁场对等离子生成气体进行电离。
要使用持有这种构造的真空处理装置101进行等离子实现的真空处理，首先通过真空排气装置119对等离子生成容器134和真空槽111的内部进行真空排气，维持真空环境。
然后将处理对象物106运入真空槽111内并放置在电介体层105上。起动吸附用电源116，对第一电极1031外加正的直流电圧，对第二电极1032外加负的直流电圧。通过该外加电圧在处理对象物106与电介体层105之间作用吸附力。
在此，使用图3对双极式吸附装置的吸附原理简单地进行说明。受到第一电极1031和第二电极1032形成的电场的影响，电介体层105产生电介分极。并且在电介体层105的表面产生电荷。正电荷与负电荷的分布如图3所示，电介体层105的表面上靠近第一电极1031的部位带有正的电荷，电介体层105的表面上靠近第二电极1032的部位带有负的电荷。电介体层105表面的电荷在电介体层105的上方形成不一样的电场。处理对象物106受到电场的影响而产生分极。由于电场是不一样的，所以在因分极而产生的双极子上作用有梯度力（在一样的电场中作用在双极子上的力的合力为零牛顿），处理对象物106被拉近电介体层105一方。
在使处理对象物106和电介体层105吸附之后，起动交流电源135，在线圈136中流入交流电流，在等离子生成容器134的内部发生高频磁场。若将等离子生成气体从等离子生成气体导入装置121导入等离子生成容器134的内部，则等离子生成气体被高频磁场电离而成为等离子。等离子从等离子生成容器134的内部向真空槽111的内部扩散而与处理对象物106相接触，对处理对象物106进行蚀刻。
在蚀刻结束之后，结束吸附用电源116进行的电圧外加，在处理对象物106与电介体层105的吸附力消失之后，将处理后的处理对象物106从真空槽111内运出，将下一个处理对象物106放置在电介体层105上。
上述的双极式吸附装置140的问题在于，由于因处理对象物106与电介体层105被梯度力吸附着，吸附力弱，所以即使要对电介体层105进行加热或者冷却，将处理对象物106加热或者冷却，由于传递热量的效率差，所以难以使处理对象物106为所希望的温度。
专利文献1：日本国特开2001－156161号公报。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术的不良情况而提出的，其目的在于提供一种真空处理装置以及真空处理方法，能够在进行等离子处理时牢固地吸附保持绝缘性基板。
为了解决上述问题，本发明的真空处理装置具有：与接地电位相连的真空槽，与上述真空槽相连的真空排气装置，配置在上述真空槽内部的吸附装置，设在上述吸附装置上的单极，与上述单极电连接的吸附用电源，向上述真空槽内导入等离子生成气体的等离子生成气体导入装置，以及使上述等离子生成气体为等离子的等离子生成部，将处理对象物配置在上述吸附装置上，当通过上述吸附用电源对上述单极外加电圧时，在上述真空槽内生成上述等离子，并且当将上述处理对象物吸附在上述吸附装置上时，通过等离子进行处理，其中，上述等离子生成部与上述单极分离地配置，上述处理对象物使用绝缘性基板，在上述单极上，从上述吸附用电源外加在正电圧和负电圧之间周期地变化的吸附电圧。
而且，本发明的真空处理装置中，在上述吸附装置表面上形成有沟槽，在上述沟槽上连接有向上述沟槽供给导热性气体的导热性气体供给装置。
本发明的真空处理装置中，上述吸附用电源设定成输出上述正电圧的外加时间为上述负电圧的外加时间以下的时间的上述吸附电圧。
进而，本发明的真空处理装置中，上述吸附用电源设定成以1秒以上的时间输出上述正电圧。
本发明的真空处理方法使用真空处理装置对处理对象物进行处理，所述真空处理装置具有：与接地电位相连的真空槽，与上述真空槽相连的真空排气装置，配置在上述真空槽内部的吸附装置，设在上述吸附装置上的单极，与上述单极电连接的吸附用电源，向上述真空槽内导入等离子生成气体的等离子生成气体导入装置，以及使上述等离子生成气体为等离子的等离子生成部，上述等离子生成部与上述单极分离地配置，将处理对象物配置在上述吸附装置上，当通过上述吸附用电源向上述单极输出电圧时，在上述真空槽内生成上述等离子，并且当将上述处理对象物吸附在上述吸附装置上时，通过等离子进行处理，所述真空处理方法中，上述处理对象物使用绝缘性基板，当使上述处理对象物与上述等离子相接触时，从上述吸附用电源输出正电圧和负电圧周期地变化的吸附电圧，将上述吸附电圧外加在上述单极上，使上述吸附装置吸附上述处理对象物。
本发明的真空处理方法中，上述绝缘性基板是蓝宝石。
本发明的真空处理方法中，上述吸附电圧为上述正电圧的外加时间为上述负电圧的外加时间以下的时间。
本发明的真空处理方法中，上述正电圧的外加时间为1秒以上。
本发明的真空处理方法中，在用上述等离子对上述处理对象物进行真空处理之际，向上述吸附装置表面与上述绝缘性基板之间导入导热性气体。
能够增强作用在处理对象物与单极式吸附装置之间的吸附力。 
附图说明
图1是本发明的包含单极式吸附装置的真空处理装置的内部结构图；
图2是现有的包含双极式吸附装置的真空处理装置的内部结构图；
图3是用于说明双极式吸附装置的吸附原理的附图；
图4是表示外加了包含正电圧和负电圧并重复地周期变化的电圧的情况下的氦泄漏量的曲线图；
图5是表示对维持吸附力有效的电圧外加过程和该过程中的氦泄漏量的曲线图；
图6是表示吸附力降低的等离子依存性的曲线图；
图7是表示电圧外加过程与氦泄漏量的关系的曲线图。
附图标记说明：
1：真空处理装置，3：单极，5：电介体层，6：处理对象物，10：导热性气体供给装置，11：真空槽，16：吸附用电源，19：真空排气装置，20：等离子生成部，21：等离子生成气体导入装置，28：沟槽，40：吸附装置。
具体实施方式
使用图1对本发明的真空处理装置的构造进行说明。本发明的真空处理装置1具有金属制的真空槽11和等离子生成部20。
真空槽11上连接有真空排气装置19，能够对真空槽11的内部进行真空排气。真空槽11的内部配置有绝缘性的台15，在台15上配置有吸附装置40。台15将真空槽11的壁和吸附装置40电绝缘。另外，真空槽11接地而置于接地电位。
吸附装置40具有电介体层5和单极3。电介体层5配置在单极3上。在单极3上电连接有配置在真空槽11的外部的吸附用电源16。吸附用电源16能够变更向单极3外加的出力电圧的大小和极性。
单极3既可以由一片导电性的电极板构成，也可以由多个导电性的电极板构成。
在单极3是由多个电极构成的情况下，在所有的电极上外加极性和大小相同的电圧。在电介体层5的表面与单极3之间未配置单极3以外的外加不同的极性或者不同的大小的电压的电极。
在真空槽11内配置有棒状的基板升降器具18，在基板升降器具18上连接有基板升降控制装置17。基板升降控制装置17能够将基板升降器具18上下移动。在电介体层5与单极3上设有孔，因而基板升降器具18能够从吸附装置40的下方向上方突出。
在电介体层5的表面设有沟槽28。沟槽28位于电介体层5的内部，沟槽28的开口位于电介体层5的表面。沟槽28的底面与侧面为电介体层5，沟槽28的两端被电介体层5封闭。在板状的处理对象物6放置在电介体层5上时，处理对象物6在沟槽28的开口露出，沟槽28被朝向电介体层5和处理对象物6的下方的面（以下称为背面）包围，成为封闭的空间。在沟槽28中形成有孔，该孔中连接有导热性气体供给装置10，能够向沟槽28供给导热性气体。
若在处理对象物6放置在电介体层5上的状态下供给导热性气体，则被电介体层5和处理对象物6包围的空间被导热性气体充满。
若在处理对象物6的背面与电介体层5的表面之间产生起因于处理对象物6与电介体层5的微小的不均匀的间隙，导热性气体从沟槽28内的空间进入该间隙，则导热性气体与处理对象物6和电介体层5双方相接触，热量容易在处理对象物6与电介体层5之间传递。
在吸附装置40的下方与吸附装置40相接触地配置有温度调整器29，在温度调整器29上电连接有热电源30。若起动热电源30，则温度调整器29被加热或被冷却，通过导热，与温度调整器29相接触的电介体层5被加热或被冷却。若电介体层5被加热或被冷却，则由于与电介体层5的接触，导热性气体被加热或被冷却，加热或冷却后的导热性气体与处理对象物6相接触，处理对象物6被加热或被冷却。
在真空槽11上连接有导热性气体流量测定装置24，当将处理对象物6放置在电介体层5上后，能够通过导热性气体流量测定装置24测定从电介体层5与处理对象物6之间泄漏的导热性气体的流量。
等离子生成部20具有筒型的等离子生成容器34，和卷绕在等离子生成容器34外侧的侧面上的线圈36。等离子生成容器34的底面是开口的，开口的缘部与设在真空槽11上的开口的缘部相接触，等离子生成容器34的内部与真空槽11的内部相连。
在等离子生成容器34上连接有等离子生成气体导入装置21，能够将等离子生成气体向等离子生成容器34的内部供给。在线圈36上电连接有等离子生成用交流电源35，若交流电流从等离子生成用交流电源35流入线圈36，则在等离子生成容器34的内部产生高频磁场（交流磁场）。在高频磁场的作用下，等离子生成气体在等离子生成容器34内被电离，在等离子生成容器34内生成等离子生成气体的等离子。等离子生成部20的各部件与单极3分离地配置。
以等离子加工为例对使用持有这种构造的真空处理装置1进行真空处理的顺序进行说明。另外，处理对象物6为绝缘性基板，未被等离子削去的部分被有机化合物的薄膜覆盖。
在此，处理对象物6使用蓝宝石（AL2O3）。作为处理对象物6，除了蓝宝石之外，能够使用氮化镓（GaN）、二氧化硅（SiO2）、碳化硅（SiC）、硒化锌（ZnSe）、氧化锌（ZnO）。而且，也能够使用被铝镓砷（ALGaAs）、磷砷化镓（GaAsP）、铟氮化镓（InGaN）、铝氮化稼（ALGaN）、磷化镓（GaP）、磷化铝铟镓（ALGaInP）的薄膜覆盖的绝缘性基板。
首先，通过真空排气装置19对真空槽11的内部和等离子生成容器34的内部进行真空排气，保持真空环境。
起动基板升降控制装置17，使基板升降器具18预先向吸附装置40的上方突出。维持真空处理装置1内的真空环境并将处理对象物6运入真空槽11内并放置在基板升降器具18上。起动基板升降控制装置17，使处理对象物6与基板升降器具18一同下降，将处理对象物6放置在电介体层5上。
为了将处理对象物6吸附在吸附装置40上，起动吸附用电源16，对单极3外加吸附电圧。在此，作为吸附电圧交互地外加正电圧和负电圧。开始导热性气体从导热性气体供给装置10向沟槽28内的导入，起动热电源30对处理对象物6进行冷却。在此，作为导热性气体使用氦气。之后，用导热性气体流量测定装置24持续测定从电介体层5与处理对象物6之间的间隙泄漏的导热性气体的流量。
在本发明中，使用导热性气体进行的吸附力测定方法。由于若处理对象物6与电介体层5强力吸附，则从处理对象物6与电介体层5的间隙泄漏的氦气的流量少，相反，若吸附力小，则泄漏的氦气的流量多，所以通过测定泄漏的氦气的流量，能够测定处理对象物6与电介体层5之间的吸附力。
起动等离子生成用交流电源35，在线圈36中流入交流电流，将等离子生成气体（蚀刻气体）从等离子生成气体导入装置21向等离子生成容器34的内部导入。导入的等离子生成气体被高频磁场电离而发生等离子。生成的等离子成为导体，在吸附装置40与处理对象物6之间作用吸附力，并且被处理对象物6的未被有机化合物的薄膜掩盖的部分被蚀刻。
在蚀刻结束之后，结束吸附用电源16进行的电圧外加，在处理对象物6和吸附装置40的吸附力消失之后，使基板升降控制装置17动作，使处理对象物6上升，拉离处理对象物6和电介体层5。将处理对象物6从真空槽11中运出，将下一个处理对象物6运入真空槽11内并放置在基板升降器具18上。
另外，在此，等离子生成部20构成为在真空槽11内形成交流磁场，在等离子生成容器34的内部生成等离子（电感耦合方式），但既可以构成为将两个一组的电极配置在真空槽或等离子生成容器的内部，在配置的一组的两个电极上外加极性互为相反的高频电圧（交流电圧）使其放电，从而生成等离子（RF方式），也可以构成为在配置在真空槽或等离子生成容器内部的一组的电极上外加极性互为相反的直流电圧使其放电，从而生成等离子（DC方式）。
而且，虽然在此将图1的真空处理装置1利用在蚀刻上，但并不仅限于蚀刻，也能够用于清洗、活性化、成膜上。
实施例
＜实施例1＞
作为对上述单极3外加的、包含正电圧和负电圧并重复周期变化的吸附电圧，对单极3外加将负、零、正、零分别每隔10秒进行切换的电圧。测定此时的氦泄漏量的变化的结果示于图4。在图4中，表示了在使外加的吸附电圧为正时，氦泄漏量（泄漏的氦气的流量）增加，吸附力变弱，但在使外加的输出电圧为负时，氦泄漏量减少，吸附力恢复。即、表示了通过上述这种周期的输出电压的外加能够持续地进行吸附。
＜实施例2＞
使对上述单极3外加的、包含正电圧和负电圧并重复周期变化的吸附电圧重复为零、负、零、正，使正电圧的外加时间比负电圧的外加时间短。但是，正电圧的外加时间为1秒以上。例如，分别使零、负、零、正的外加时间为4.5秒、50秒、4.5秒、1秒。此时的氦泄漏量的测定数据如图5那样。若外加正的电圧，则氦泄漏量增加，但由于图5中的正电圧外加时间与图4的情况相比要短，所以氦泄漏量的增量与图4的情况相比要小。通过这种电圧外加过程，能够将氦泄漏量维持在与图4的情况相比要低的状态，因此，能够维持吸附力较强的状态。
可知若持续外加负的电圧则吸附力逐渐变弱。因此，外加正的外加电圧的时间是必须的，但若持续正电圧的外加，则吸附力逐渐变弱。返回负电圧后吸附力恢复所必须的正电圧外加时间可为1秒。通过在经过了1秒钟的正电圧外加后迅速地返回负电圧，能够维持吸附力。
在负电圧的背景下施加正电圧的脉冲的周期的电圧外加过程中，正电圧的外加时间比负电圧的外加时间短，并且正电圧外加时间为1秒以上的电圧外加过程对吸附力维持有效。
＜比较例1＞
在将对上述单极3外加的、包含正电圧和负电圧并重复周期变化的出力电圧取代为负的直流电圧的情况下，氦泄漏量的变化如图6那样。在图6中，绘出了向线圈36供给的电力为700W时和300W时的曲线，表示了双方随时间推移氦泄漏量均增加，即、处理对象物6和吸附装置40之间的吸附力变小。进而，看出吸附力减小的程度取决于等离子，通过线圈36向等离子供给的电力大的一方吸附力的减小更快。
＜比较例2＞
图7中表示了每隔10秒使对上述单极3外加的出力电圧变化的情况下的氦泄漏量的变化。在图7中，从0秒到100秒，重复外加零、负、零、正的电圧。但是，电圧的大小为前述的图4的情况下的两倍。
如图4所示，外加负电圧、零电圧时与外加正电圧时相比，氦泄漏量少，吸附力强，但在外加10秒钟的正电圧时，氦泄漏量增加，吸附力变弱。
从100秒到190秒，交互地外加零电圧和负电圧。在160秒的时刻，氦泄漏量与从100秒到150秒相比激增。因此，通过零电圧和负电圧的重复而能够维持吸附力的时间最多为60秒，意味着为了继续维持吸附力则必须进行正电圧外加。
也就是说，负电圧的外加时间为正电圧的外加时间以上，正电圧的外加时间为1秒以上且不到10秒。
从190秒到240秒，交互地外加第一负电圧和持有绝对值比第一负电圧的绝对值小的第二负电圧。可知外加了第二负电圧后氦泄漏量增加，不能够维持吸附力。
从240秒到280秒，交互地外加零电圧和正电圧。可知在10秒钟的正电圧外加时氦泄漏量増加，不能够维持吸附力。280秒以后，在80秒钟中的10秒钟外加正电压，其余的70秒钟外加零或负的电圧。即使在该过程中，也可知不能够预先抑制氦泄漏量，不能够维持吸附力。

Claims (9)

1.一种真空处理装置，具有：与接地电位相连的真空槽，与上述真空槽相连的真空排气装置，配置在上述真空槽内部的吸附装置，设在上述吸附装置上的单极，与上述单极电连接的吸附用电源，向上述真空槽内导入等离子生成气体的等离子生成气体导入装置，以及使上述等离子生成气体为等离子的等离子生成部，将处理对象物配置在上述吸附装置上，当通过上述吸附用电源对上述单极外加电圧时，在上述真空槽内生成上述等离子，并且当将上述处理对象物吸附在上述吸附装置上时，通过等离子进行处理，其特征在于，
上述等离子生成部与上述单极分离地配置，
上述处理对象物使用绝缘性基板，
在上述单极上，从上述吸附用电源外加在正电圧和负电圧之间周期地变化的吸附电圧。
2.如权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于，
在上述吸附装置表面上形成有沟槽，
在上述沟槽上连接有向上述沟槽供给导热性气体的导热性气体供给装置。
3.如权利要求1或2所述的真空处理装置，其特征在于，
上述吸附用电源设定成输出上述正电圧的外加时间为上述负电圧的外加时间以下的时间的上述吸附电圧。
4.如权利要求3所述的真空处理装置，其特征在于，
上述吸附用电源设定成以1秒以上的时间输出上述正电圧。
5.一种真空处理方法，使用真空处理装置对处理对象物进行处理，所述真空处理装置具有：与接地电位相连的真空槽，与上述真空槽相连的真空排气装置，配置在上述真空槽内部的吸附装置，设在上述吸附装置上的单极，与上述单极电连接的吸附用电源，向上述真空槽内导入等离子生成气体的等离子生成气体导入装置，以及使上述等离子生成气体为等离子的等离子生成部，上述等离子生成部与上述单极分离地配置，将处理对象物配置在上述吸附装置上，当通过上述吸附用电源向上述单极输出电圧时，在上述真空槽内生成上述等离子，并且当将上述处理对象物吸附在上述吸附装置上时，通过等离子进行处理，所述真空处理方法的特征在于，
上述处理对象物使用绝缘性基板，
当使上述处理对象物与上述等离子相接触时，从上述吸附用电源输出正电圧和负电圧周期地变化的吸附电圧，将上述吸附电圧外加在上述单极上，使上述吸附装置吸附上述处理对象物。
6.如权利要求5所述的真空处理方法，其特征在于，
上述绝缘性基板是蓝宝石。
7.如权利要求5或6所述的真空处理方法，其特征在于，
上述吸附电圧为上述正电圧的外加时间为上述负电圧的外加时间以下的时间。
8.如权利要求7所述的真空处理方法，其特征在于，
上述正电圧的外加时间为1秒以上。
9.如权利要求5至8任一项所述的真空处理方法，其特征在于，
在用上述等离子对上述处理对象物进行真空处理之际，向上述吸附装置表面与上述绝缘性基板之间导入导热性气体。
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