JP2004022889A

JP2004022889A - 静電吸着装置

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Publication number: JP2004022889A
Application number: JP2002177381A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Mizuno; 水野　茂; Masahito Ishihara; 石原　雅仁; Wikuramanayaka Snil; スニル　ウィクラマナヤカ; Naotaka Miyazaki; 宮崎　直貴
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP4061131B2

Abstract

【課題】パーティクルの発生を低減し、基板の取外しおよび搬送を容易かつ安定に行い、高い歩留まりと装置稼動率を実現する静電吸着装置を提供する。
【解決手段】複数の凸部４３ａを有するように表面がエンボス加工された誘電体板４１と、電極４２と、外部電源２４とを備える静電吸着装置であり、複数の凸部の各々の基板支持面は導体配線４４で覆われ、この導体配線によって複数の凸部の基板支持面が電気的に接続されている。基板処理の際、エンボス凸部が基板の裏面に接触するとき、基板の裏面と導体配線を電荷の移動で同電位にし、基板裏面とこれに接触する導体配線の間で力が生じるのを防止し、両者で擦れ状態が発生するのを防止する。
【選択図】　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電吸着装置に関し、特に、半導体製造工程での基板処理室における基板を固定するための静電吸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造工程における基板への薄膜形成（スパッタリングやＣＶＤ等）や薄膜加工（ドライエッチング等）の基板処理において、基板を固定するため静電吸着装置が頻繁に使用されている。静電吸着による基板固定は、基板表面に接触する部分が存在しないから、基板面内からのデバイス取出し率が高く、デバイス生産の歩留まりも高くすることができる。さらに温度調整部との組合せに基づき温度の精密制御が可能である。
【０００３】
図７を参照して従来の静電吸着装置の構成例を説明する。この静電吸着装置は一例としてスパッタリング装置に適用されている。このスパッタリング装置において、金属製の容器１１の内部は排気機構（図示せず）によって減圧されている。容器１１の天井部にはリング状絶縁部材１２に支持された円板状ターゲット１３が取り付けられている。容器１１の外側であってターゲット１３の背面には、ヨーク板１４に固定された磁石１５が設置されている。容器１１の内部の下側には基板支持部１６が設けられている。基板支持部１６の上面には基板１７が搭載されている。基板１７は、ターゲット１３に対向してターゲット１３に平行に配置されている。基板支持部１６は容器１１の底部に固定されている。基板支持部１６は静電吸着装置１８と基板温度調整部１９を備えている。容器１１の周囲壁の内面には円筒形のシールド２０が配置される。
【０００４】
静電吸着装置１８は、エンボス加工によりその表面にエンボス部２１が形成された誘電体板２２と、その内部に配置された金属電極２３とによって構成される。金属電極２３は、例えば双極電極の構造を有し、内側電極２３ａと外側電極２３ｂから成っている。金属電極２３は外部直流電源回路２４に接続され、一定の電圧が印加されている。外部直流電源回路２４にはプラス電圧印加用のバッテリ２４ａとマイナス電圧印加用のバッテリ２４ｂと接地端子２４ｃとスイッチ２４ｄ，２４ｅが設けられている。内側電極２３ａにはバッテリ２４ａによってプラス電圧が印加され、外側電極２３ｂにはバッテリ２４ｂによってマイナス電圧が印加される。基板支持部１６の上での基板１７の固定は、誘電体板２２上に基板１７が置かれかつ金属電極２３に所定の電圧が印加されると、金属電極２３と基板（シリコン基板）１７の間で働くクーロン力（静電力）によって行われる。クーロン力は誘電体板２２の表面に誘起される電荷に基づいて生じる。このクーロン力によって基板１７は誘電体板２２の表面に吸着される。
【０００５】
基板温度調整部１９は静電吸着装置１８の下側に設けられている。基板温度調整部１９は、熱電対２５と、電源・制御機構２６と、加熱・冷却部２７と構成されている。熱電対２５と電源・制御機構２６によって所要の一定温度に制御された加熱・冷却部２７は、その上に設けられた誘電体板２２を一定温度に保持する。誘電体板２２のエンボス部２１の上に載置された基板１７の温度は、エンボス部２１によって形成された隙間２１ａにガス供給源２８とガス導入経路２９によりガスが導入されかつ隙間２１ａ内が一定圧力に保持されると、そのガスの熱伝導によって所定温度に保持される。
【０００６】
静電吸着装置１８によって基板１７を固定するとき、その吸着力は、隙間２１ａの圧力と容器１１の内部圧力との差圧による反力よりも十分に大きい必要がある。通常のスパッタリング圧力は数ミリトール（ｍＴｏｒｒ）である。従って、圧力差の値はほぼ隙間２１ａの圧力となる。この場合、圧力差は約１０トール（Ｔｏｒｒ）である。
【０００７】
基板１７を吸着する力は誘電体板２２の表面と基板１７の間で働くクーロン力である。図８と図９を参照してクーロン力について説明する。
【０００８】
誘電体板２２のエンボス部２１の上に基板１７は置かれる。図８に示すごとく、金属電極２３（内側電極２３ａ）にバッテリ２４ａによりプラス電圧が印加されると、誘電体板２２の表面にプラス電荷が誘起されるが、同時に基板１７の裏面にもマイナス電荷が誘起される。
【０００９】
金属電極が単極電極の場合には、基板１７がプラズマを経由して電源接地部に接続され、閉回路が形成される。金属電極が双極電極の場合には、異符号の内外の各電極電圧に対応して誘電体板２２の表面に電荷が現れる。基板１７の裏の表面を通じて閉回路が形成されることにより、基板１７の裏の表面に電荷が誘起される。
【００１０】
誘電体板２２の表面と基板１７との間に働く力（Ｆ）は、単極電極の場合にはＦ＝ε（Ｖ^２／Ｌ^２）Ａ／２、双極電極の場合にはＦ＝ε（Ｖ^２／Ｌ^２）Ａ／８（電極面積がプラス電極とマイナス電極で同じ場合）である。ここで、εは隙間２１ａの誘電率、Ｖは電圧、Ｌは誘電体板と基板裏面（シリコン基板裏面）との距離、Ａは電極面積である。吸着力は印加電圧と電極面積に比例し、基板と誘電体板との距離に反比例する。スパッタリングでは、成膜前に基板を加熱し、一定温度に保持する必要があるため、通常、双極型電極を用いる。
【００１１】
一方、基板１７と誘電体板２２が直接に接触するエンボス部２１の凸部２１ｂでは、図９に示すごとく、微視的に基板１７や誘電体板２２の表面の微細な凹凸によって生ずる微細な隙間３０（隙間の距離δ）が生じる。隙間３０の距離δは非常に小さく、０．１μｍ程度であるため、隙間３０を挟んで生じる力は非常に大きなものとなる。これはジョンソン・ラーベック効果（ＪＲ効果）と呼ばれている。
【００１２】
双極電極の場合について吸着力を計算する。直径３００ｍｍの基板を処理する場合、誘電体板２２の直径は３００ｍｍとし、誘電体板２２の外周縁１ｍｍとエンボス凸部とによって基板を接触し支持するものとする。この接触部分の表面積が全誘電体板水平面積の１％となっている。金属電極２３としては、内側が円形、外側がリング状に二分割された双極電極とする。金属電極２３として、計算上は直径２９８ｍｍの円板とする。金属電極への印加電圧はプラス電極が＋２００Ｖ、マイナス電極が−２００Ｖとする。基板１７と誘電体板２２との距離Ｌに相当するエンボスギャップ（凸部と凹部の段差）を７μｍ、エンボス凸部２１ｂの基板との接触部の微細隙間δを０．１μｍとする。また吸着力は誘電体板の表面に垂直方向にのみ働くものとする。
【００１３】
エンボス部２１の凹部に働く力は５００〜６００Ｎ、凸部２１ｂに働く力は５０００〜１００００Ｎとなり、全体で５５００〜１０６００Ｎとなる。エンボス凸部２１ｂに働く力は非常に大きく、制御する上で重要である。これらの力の合計が基板全体に掛かるが、単位面積あたりの力すなわち圧力では５００〜１０００Ｔｏｒｒとなる。この圧力は、基板１７と誘電体板２２の隙間の圧力と、容器１１の内部圧力との差圧による反力よりも十分に大きいので、基板１７は誘電体板２２の上に安定して吸着固定される。
【００１４】
次に、スパッタリング装置の容器１１における基板１７のスパッタリング処理を説明する。
【００１５】
基板１７が容器１１内に搬入され、基板支持部１６の誘電体板２２の上に置かれる。基板１７の搬送は、図示されない搬送ロボットとリフトピンによって行われる。次に、外部直流電源回路２４から作動し、電極２３に所定電圧が印加される。この例では、内側電極２３ａに＋２００Ｖ、外側電極２３ｂに−２００Ｖが印加される。内側電極２３ａと外側電極２３ｂには絶対値で同じ電圧が印加される。電極２３に電圧が印加されると、上記に説明したように、静電力によって基板１７が誘電体板２２に吸着されて固定される。基板１７が固定されると、基板１７と誘電体板２２との間に形成される隙間２１ａに、ガス供給源２８からガス導入経路２９を介してガスが導入される。隙間２１ａ内の圧力は１〜１０Ｔｏｒｒの範囲の或る一定圧力に制御されている。このガスによって、基板温度調整部１９により一定温度に保持された誘電体板２２から基板１７に熱が伝わる。この結果、基板１７も昇温し、一定温度に保持される。基板温度が一定になると、容器１１内にＡｒガスが導入され、容器１１内の圧力は一定圧力に保持される。次に、基板１７に対向するターゲット１３にスパッタ電源３１から高い電圧が印加され、容器１１の内部に放電が生じ、ターゲット１３に対するスパッタリング作用で基板１７の上に所望の薄膜が形成される。成膜終了後、容器１１内のガス導入と隙間２１ａへのガス供給が停止される。十分に圧力が低下した後に、電極２３への電圧印加が停止される。次に、図示しないリフトピンで基板１７を誘電体板２２のエンボス部２１から離し、同じく図示しない搬送ロボットにより基板１７を容器１１の外へ搬出する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の静電吸着装置では、誘電体板２２のエンボス部２１の吸着力が強くなるように設定されているため、吸着開始時などに基板１７の裏面と誘電体板２２とが擦れて基板１７が削られ、パーティクルが大量に発生し、発塵源となり、歩留まり低下の原因になるという問題が生じていた。この問題を解決するためには、エンボス凸部２１ｂの基板接触部の面積を減少させればよい。しかし、湾曲する基板を支持する支持体としての役割を有するので、面積減少には限界がある。
【００１７】
さらに誘電体板２２の表面に誘起された電荷は、基板１７を処理した後、金属電極２３への印加電圧をなくした後であっても残留するので、吸着力は直ぐには消えない。そのため、基板１７を容器１１の外へ搬送する目的でリフトピンで基板１７を誘電体板２２から離そうとするとき、基板が振動などを起こして位置ずれを起こす。この結果、後段の基板処理において分布悪化や搬送不能などの問題を起こし、歩留まり低下あるいは装置稼動率の低下の問題を引き起こす。
【００１８】
上記の問題に関連する従来技術として、さらに特開平１１−２５１４１６号公報に開示される静電チャックを挙げる。この静電チャックでは、良好な被吸着体の離脱性を実現している。
【００１９】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、パーティクルの発生を低減し、基板の取外しおよび搬送を容易かつ安定に行い、高い歩留まりと装置稼動率を実現する静電吸着装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る静電吸着装置は、上記目的を達成するために、次の通り構成される。
【００２１】
第１の静電吸着装置（請求項１に対応）は、複数の凸部を有するように表面がエンボス加工された誘電体板と、電極と、外部電源とを備える静電吸着装置であり、複数の凸部の各々の基板支持面は導体配線で覆われ、この導体配線によって複数の凸部の基板支持面が電気的に接続されているように構成される。
【００２２】
上記の静電吸着装置では、誘電体板の表面と基板の裏面で働くクーロン力で基板を吸着する構成において、基板の裏面に接触し基板を支持する複数のエンボス凸部のすべての先端面を導体配線を覆い、かつこの導体配線によって複数のエンボス凸部の間を電気的に接続する。これにより、基板処理の際、エンボス凸部が基板の裏面に接触するとき、基板の裏面と導体配線を電荷の移動で同電位にし、基板裏面とこれに接触する導体配線の間で力が生じるのを防止し、両者で擦れ状態が発生するのを防止する。
【００２３】
第２の静電吸着装置（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、導体配線を接地状態またはフローティング状態にする切換器を備えることを特徴とする。基板処理時には導体配線を切換器でフローティング状態に保持し、前述の作用を生じさせる。基板の処理が終了した段階では、切換器で導体配線を接地状態にすることにより、エンボス凸部、基板の裏面、誘電体板の表面で生じた電荷を逃がすようにし、吸着力を早急に消失させる。
【００２４】
第３の静電吸着装置（請求項３に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、誘電体板の中心部に導体軸を設け、この導体軸を介して導体配線は切換器に接続されるように構成される。
【００２５】
第４の静電吸着装置（請求項４に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、導体配線の材料は耐磨耗性金属またはその合金であることで特徴づけられる。導体配線に耐磨耗性金属を用いることにより、パーティクルの発生を抑制することが可能となる。
【００２６】
第５の静電吸着装置（請求項５に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、複数の凸部の各々に対応する、凸部に近い電極の部分を除去したことを特徴とする。当該部分の電極を除去することにより、凸部の先端面での電荷量を少なくし、エンボス凸部と基板の間のクーロン力を小さくすることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２８】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成要素の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２９】
この実施形態では、基板成膜装置としてのスパッタリング装置に適用された静電吸着装置の例について説明する。
【００３０】
図１に従ってスパッタリング装置の構成を概説する。スパッタリング装置の構成の基本的部分は図７を参照して説明した従来装置と同じである。図７で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００３１】
スパッタリング装置は、外部の排気機構（図示せず）により内部が減圧された容器１１と、容器１１の天井部にリング状絶縁部材１２を介して設けられたターゲット１３と、ターゲット１３の裏面側に設けられかつヨーク板１４に固定された磁石１５と、ターゲット１３に対向する位置に設置されかつ容器１１の底部に固定された基板支持部１６と、基板支持部１６に設けられた静電吸着装置１８と基板温度調整部１９とから構成されている。ターゲット１３にはスパッタ電源３１から電圧が印加されている。容器１１の周壁の内面に沿って筒状シールド部材２０が配置される。図１において、基板搬送ロボット、搬入・搬出ゲート、基板支持部１６で基板１７の載置または取外し用のリフトピン、放電発生に関連する機構、放電用Ａｒガスの導入機構等の図示は省略されている。
【００３２】
基板支持部１６に設けられた静電吸着装置１８は、表面がエンボス加工された誘電体板４１と、誘電体板４１の内部に設けられた金属電極４２と、金属電極４２に一定の電圧を印加する外部直流電源回路２４とから構成される。
【００３３】
誘電体板４１の表面のエンボス部４３は、複数の凸部４３ａと、凹部４３ｂと、外周縁突起部４３ｃとから成っている。凸部４３ａは極めて小さい円柱形状をなしている。誘電体板４１のエンボス部４３の表面上には、複数の凸部４３ａのすべての先端面（基板支持面）を覆い、かつ複数の凸部４３ａのすべてに関して電気的に接続する導体配線４４（図３〜図６に示される）が設けられる。エンボス部４３と導体配線４４については後で詳述される。
【００３４】
誘電体板４１の中心部には孔４５が形成され、この孔４５の中には導体軸４６が設けられる。導体軸４６の下部には導線４７が接続されている。導線４７は外部に引き出され、切換スイッチ４８を介して接地部に接続されるようになっている。
【００３５】
金属電極４２は、双極電極の構造を有し、内側電極４２ａと外側電極４２ｂから成っている。金属電極４２は外部直流電源回路２４に接続され、一定の電圧が印加されている。外部直流電源回路２４にはプラス電圧を印加するバッテリ２４ａとマイナス電圧を印加するバッテリ２４ｂと接地端子２４ｃとスイッチ２４ｄ，２４ｅが設けられている。内側電極４２ａにはバッテリ２４ａとスイッチ２４ｄと導線４９によってプラス電圧が印加され、外側電極４２ｂにはバッテリ２４ｂとスイッチ２４ｅと導線５０によってマイナス電圧が印加される。
【００３６】
基板温度調整部１９は、熱電対２５と、電源・制御機構２６と、加熱・冷却部２７によって構成される。
【００３７】
また誘電体板４１と基板１７の間に形成される隙間５１には、ガス供給源２８からガス導入経路２９を経由してガスが導入される。導入されたガスによって隙間５１内の圧力は一定圧力に保持される。またガスの熱伝導によって基板１７は所定温度に保持される。
【００３８】
図２は誘電体板４１の平面図を示し、エンボス凸部４３ａの形成パターンと金属電極４２の配置パターンとを示している。図２では分かり易いように導体配線４４がない状態で示している。図３は図２と同様な図で、導体配線４４の形成パターンが示された図である。図４は図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００３９】
図２と図３において金属電極４２の領域は斜線で示されている。金属電極４２は、内側の円板状電極４２ａと外側のドーナツ状電極４２ｂの２つから成る双極電極となっている。内側電極４２ａと外側電極４２ｂの各電極表面の面積はほぼ同じになっている。またエンボス部４３の複数の凸部４３ａの各々の下部付近の電極部分はエンボス凸部の形状に沿って等距離にて円形孔５１のように刳りぬかれている。
【００４０】
この実施形態では、図４に示すごとく、内側電極４２ａと外側電極４２ｂのそれぞれにはバッテリ２４ａによるプラス電圧およびバッテリ２４ｂによるマイナス電圧が印加される。内外の電極４２ａ，４２ｂに電圧が印加されると、誘電体板４１のエンボス表面に各電極電圧に対応する符号の電荷が現れる。エンボス凸部４３ａ等に接触する基板１７の裏面を通じて閉回路が形成されるので、基板１７の裏の表面にも誘電体板４１の表面とは異符号の電荷が誘起される。誘起された誘電体板４１の表面（エンボス凹部）の電荷と基板１７の裏表面の電荷の間で働くクーロン力によって、基板１７は誘電体板４１の上に固定される。
【００４１】
誘電体板４１の表面と基板１７との間に働くクーロン力は、双極電極の場合には、前述した通りＦ＝ε（Ｖ^２／Ｌ^２）Ａ／８（電極面積がプラスとマイナスが同じ場合）である。
【００４２】
誘電体板４１の材料として熱伝導度の良いＡＩＮ（窒化アルミニウム）を用いている。誘電体板４１の上に配置される基板１７は、外周縁に沿った円形リング状の突起部４３ｃと複数のエンボス凸部４３ａによって支持される。凸部４３ａは円柱形状である。凸部４３ａと突起部４３ｃの高さは５〜１５μｍの範囲に含まれる。凸部４３ａの半径と外周縁突起部４３ｃの幅は、好ましくは、基板１７を支持し基板裏面に接触する面積が、誘電体板４１の全表面積の約１．５％程度になるように決められる。
【００４３】
この実施形態では、例えば、直径３００ｍｍの基板１７を処理する場合、誘電体板４１の直径は３００ｍｍ、エンボス部４３の凸部４３ａは直径１ｍｍでその数は約１５０個、外周縁突起部４３ｃの幅は１ｍｍである。複数の凸部４３ａは誘電体板４１の中心部について対称的に配列されている。図２では、エンボス凸部４３ａの径などは、分かりやすいように実際より大きく描いてある。
【００４４】
誘電体板４１の表面には、基板１７を支持しかつこれに接触する部分である複数の凸部４３ａの各々と外周縁突起部４３ｃとが電気的に接合されるように、前述の導体配線４４が形成されている。導体配線４４の配線パターンは図３に示される通りである。導体配線４４は径方向の配線部分と円周方向の配線部分から成る。円周方向の配線部分は同心円的に複数の配線部分が形成されている。導体配線４４の材料は、チタン、タングステン、モリブデン、タンタルおよびそれらの窒化物などであり、望ましくは耐磨耗性材料である。また導体配線４４は、誘電体板４１と同程度の熱膨張率を有する材料であることが望ましい。
【００４５】
導体配線４４はスパッタリングやイオンプレーティングなどの成膜法によって形成される。導体配線４４の厚さは数μｍ程度であり、導体配線４４は誘電体板４１に対して密着性が良く温度の昇降においても剥がれを起こさない。導体配線４４は、誘電体板４１の中心部に対してほぼ軸対称に形成され、誘電体板４１の中心部に形成された孔４５の縁に集中するように形成されている。導体配線４４を点対称に配列することによって、誘電体板４１の中心部に位置する接地部５２の位置から複数の凸部４３ａまでの距離を等しくし、導体配線４４の電気抵抗を同じにする。孔４５の縁は傾斜している。孔４５の傾斜部で導体配線４４は、孔４５の中に埋め込まれる導体軸４６に結合されている。導体軸４６は外部回路の切換スイッチ４８に結合される。導体軸４６は切換スイッチ４８を介して接地部５２に接続される。導体配線４４は、切換スイッチ４８によって接地状態またはフローティング状態（浮遊状態）に制御される。導体配線４４および導体軸４６から切換スイッチ４８までの外部回路すなわち導線４７は、当然のことながら、基板温度調整部１９および容器１１と電気的に絶縁されている。
【００４６】
本実施形態に係るスパッタリング装置による基板処理は、従来装置で説明した内容と基本的に同じである。この実施形態では、好ましくは、金属電極４２の内側電極４２ａには＋２００〜＋１０００Ｖの範囲の電圧が印加され、外側電極４２ｂには−２００〜−１０００Ｖの範囲の電圧が印加される。
【００４７】
次に、図５と図６を参照して静電吸着装置１８による基板吸着作用について説明する。
【００４８】
基板（例えばシリコン基板）１７が誘電体板４１上に置かれ、内外の電極４２ａ，４２ｂに所定の電圧が印加されると、誘電体板４１の表面には、対応する電極部分の電位に対応する電荷が誘起され、対向する基板１７の裏の表面には対応する誘電体板表面箇所に応じた符号の電荷が誘起される。その結果、誘電体板４１の表面のエンボス凹部４３ｂの領域とこの領域に対応する基板裏面との間の静電力（クーロン力）のみによって、基板１７が誘電体板４１に吸着され、固定される。すなわち、内側電極４２ｂにバッテリ２４ａによってプラス電圧が印加され、外側電極４２ｂにバッテリ２４ｂによってマイナス電圧が印加されている。内側電極４２ｂに対応する誘電体板４１のエンボス部の表面にはプラス電荷が誘起され、内側電極４２ａに対応する基板１７の裏面にはマイナス電荷が誘起される。他方、外側電極４２ｂに対応する誘電体板４１のエンボス部の表面にはマイナス電荷が誘起され、内側電極４２ｂに対応する基板１７の裏面にはプラス電荷が誘起される。基板１７は抵抗が比較的に低いため、内外の電極４２ａ，４２ｂに所定電圧が印加されると、基板１７の裏の表面付近で電流が移動しやすく、プラス電極に対向する基板裏面部分でマイナス電荷が生じ、マイナス電極に対向する基板裏面部分ではプラス電荷が生じ、基板の電位は金属電極４２の電位と絶対値がほぼ同じとなる。基板１７の裏面で電荷の移動が生じるとき、電源回路２４と基板１７との間で閉回路が形成され、この閉回路で電荷の流れが起きる。
【００４９】
上記のごとくエンボス凸部４３ａの下付近の電極部分を円形孔５１として刳りぬいた結果、エンボス凸部４３ａの先端面付近に生じる電荷は、従来の静電吸着装置に比べて減少する。それは、金属電極４２によって誘電体板４１の表面に生ずる電荷量は、金属電極４２と誘電体板４１の表面との距離に反比例するからである。すなわちσ＝ε_０Ｖ／ｄの関係が成り立つ。ここで、σ：単位表面積当りの電荷、Ｖ：電極電圧、ｄ：電極と表面との距離、である。
【００５０】
また前述のごとくエンボス凸部４３ａの形状を小さくし、エンボス凸部４３ａの先端面の面積も非常に小さくしているので、これによってもエンボス凸部の先端面に生じる電荷の量を少なくしている。
【００５１】
基板１７と誘電体板４１の間で働く単位面積当たりの力ｄＦはｄＦ＝σ^２／ε_０である。従ってエンボス部４３の凸部４３ａにおける基板１７との吸着力は、従来の静電吸着装置に比べて小さくすることができる。
【００５２】
また複数のエンボス凸部４３ａと外周縁突起部４３ｃとが基板１７の裏面と接触するが、エンボス凸部４３ａと外周縁突起部４３ｃを覆う導体配線４４は、基板１７の裏面に接触するので、接触した当該基板部分とほぼ同じ電位となる。すなわち、接触前では、導体配線４４には、対応する誘電体板４１の表面電荷に応じて静電誘導により異符号の電荷が誘起されるが、導体配線４４は基板１７との接触によって基板１７と同じ電位になろうとする。接触後、導体配線４４は基板１７とほぼ同電位となり、導体配線４４には基板１７の裏面に誘起された電荷と同符号の電荷が生じる。つまり、誘電体板４１と導体配線４４の間の接触抵抗の方が導体配線４４と基板１７の間の接触抵抗よりも大きいので、導体配線４４は基板１７とほぼ同電位となり、基板の裏面の電荷と同符合の電荷を生じる。このため、エンボス凸部４３ａおよび外周縁突起部４３ｃの表面すなわち導体配線４４と基板１７との間の接触部において、静電力（クーロン力）は生ぜず、吸着力は働かない。基板１７を固定するための吸着力は、エンボス凹部４３ｂと基板１７との間でのみ生じる。従って従来の静電吸着装置で生じていた基板とエンボス凸部の表面（基板支持面）でのジョンソン・ラーベック効果が生じることもない。基板１７と誘電体板４１のエンボス凸部４３ａとの間で強い力が働かないので、両者の間の擦れによるパーティクル発生は非常に少ない。
【００５３】
ここで、エンボス凸部４３ａ上の導体配線４４は基板１７の対応する部分と同じ電位となっている（図６の右側部分ではマイナス電位、図６の左側部分ではプラス電位）。導体配線４４の下側の誘電体板４１との界面における誘電体板側に誘起されている異符号の電荷（図６での右側部分はプラス電荷、左側部分はマイナス電荷）の存在によって、当該界面では電荷の移動・消滅、およびＪＲ効果による力が生じている。しかし、この界面で生じている現象は基板吸着とはまったく関係ない。さらに図５と図６において、内側電極４２ａに対応する導体配線４４の部分と、外側電極４２ｂに対応する導体配線４４の部分との間は、電気回路的には抵抗要素５２を介在させて接続されている。内側電極４２ａに対応する導体配線４４の部分と、外側電極４２ｂに対応する導体配線４４の部分とでは、前述のごとく誘起される電荷の符号が異なる。これらの異符号の電荷は一部が抵抗要素５２を経由して移動し消滅する。
【００５４】
本実施形態における基板１７を吸着させる力を計算する。働く力は、前述の通りＦ＝ε（Ｖ^２／Ｌ_０ ^２）Ａ_０／８（電極面積がプラス電極とマイナス電極とで同じ場合）である。ここで、εは誘電率、Ｖは電圧、Ｌ_０は金属電極の表面と基板裏面との距離、Ａ_０はほぼ金属電極４２の面積である。必要な吸着力は、厳密には導体配線４４の面積を差し引いたもので決まる。吸着力は印加電圧の二乗と電極面積に比例し、基板と誘電体板表面との距離の二乗に反比例する。直径３００ｍｍの基板を処理する場合、基板支持体である誘電体板の直径も３００ｍｍ、電極面積が直径２９８ｍｍの円板とし、幅１ｍｍの外周縁突起部と直径１ｍｍのエンボス凸部が基板に接触するとして全体面積の１．５％となる場合を想定する。
【００５５】
印加電圧が２００〜５００Ｖの場合に働く力は５００〜３２００Ｎであり、圧力では５０〜３７０Ｔｏｒｒとなり、隙間５１にガスを導入することによって生ずる圧力と容器１１の内部圧力との圧力差約１０Ｔｏｒｒによる反力を十分上回り、安定して吸着固定が可能となる。
【００５６】
ただし、基板の表面がＳｉ０_２で覆われている場合は、基板接触部で電荷の移動がＳｉ０_２層の電荷移動に律速され、Ｓｉ基板だけの場合ほど容易ではない。またエンボス部で基板と誘電体板とが同電位にはなりにくいので、本計算は必ずしも正確ではない。しかし、誘電体同士の接触の場合のように電荷移動が起こらないわけではないので、従来に比べてエンボス部での吸着力は低減する。
【００５７】
基板１７の処理が終了した後、金属電極４２への電圧印加が停止され、金属電極４２と導体軸４６が外部回路の切換スイッチによってこれらが接地部に接続される。導体軸４６に接続される導体配線４４も接地される。この場合、金属電極４２が接地電位になると、対向する基板１７内部では静電誘導による電荷の分離が解消し、裏面に誘起していた電荷が消滅する。導体配線４４が接地されることによって、エンボス凸部４３ａの表面および接触している基板裏面での電荷は接地回路を介して流れ出し、これにより誘電体板４１のエンボス部４３に基づく吸着力は急速に低下する。
【００５８】
さらに誘電体板４１の表面に誘起された電荷は残留し、金属電極４２への電圧印加を停止した後も残留吸着力の原因となるが、この誘電体板４１の表面の残留電荷は金属電極４２だけでなく導体配線４４に移動して接地回路に流れ出すため、従来よりもこの誘電体板表面の残留電荷の減少が急速に起こる。従って誘電体板表面と基板間の残留吸着力も従来技術に比べ急速に低下する。
【００５９】
上記の電荷の逃散は、基板がＳｉ０_２に覆われている場合についても、従来技術に比べ優位であるといえる。何故なら、電荷が逃散する接地された電極が、従来では内部の金属電極だけであったものが、本実施形態の場合には金属電極４２に加え導体配線４４が増えたからである。特に導体配線４４の近傍の電荷が急速に減少する。それは、残留電荷量の減少の速度は電荷が消滅する電極までの距離に強く依存するためである。その結果、全体の残留電荷量も減少して誘電体板表面と基板間の残留吸着力も従来技術に比べ急速に低下する。
【００６０】
以上によって、内外の電極４２ａ，４２ｂへの電圧印加の停止から瞬時に基板吸着力は衰え、残留電荷による吸着力が長く続くことはない。従って金属電極４２への電圧印加停止後、直ちに基板の搬出を開始しても基板が振動するようなことはなく、位置ずれを起こすこともない。
【００６１】
また本発明による静電吸着装置によれば、実験的に検査したところ、従来では直径３００ｍｍの基板の処理において裏面で発塵するパーティクルが約５万個であったものが、約５千個以下に低下した。これにより生産の歩溜まりも非常に向上した。
【００６２】
以上の本実施形態に係る静電吸着装置は、スパッタリングの他に薄膜を基板上に形成するＣＶＤ（化学的気相成長）や薄膜を加工するドライエッチングに適用することも可能である。また本実施形態では双極型電極について述べたが、単極型電極についても同様に適用することができる。単極電極の場合にも、エンボス凸部に応じて対応箇所に円形孔５１が形成され、かつ前述の配線パターンを有する導体配線４４がエンボス部４３の表面に形成される。単極電極の場合には、例えば内側電極４２ａと外側電極４２ｂを一体的に作り、プラスまたはマイナスの電圧を印加すればよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、誘電体板のエンボス表面と基板裏面との間のクーロン力で基板を吸着固定する静電吸着装置において、複数のエンボス凸部の先端面を導体配線で覆いかつすべてのエンボス凸部を電気的に接続するようにしたため、基板と誘電体板との間の接触部に強い力が働かず、擦れによるパーティクル発生を抑制することができる。基板処理が終了した後、導体配線を接地することにより電荷を逃がす通電路を設けるようにしたため、残留電荷が少なく、電極への電圧印加停止後に瞬時に吸着力を衰えさせることができ、基板処理後も安定した基板の取出しおよび搬送が可能となる。これによって歩溜まりが高く、稼働率が高い基板処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電吸着装置が適用されたスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図２】誘電体板のエンボス部と金属電極の配置パターンを示す平面図である。
【図３】誘電体板の表面に形成される導体配線のパターンを示す平面図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】エンボス凸部と導体配線と金属電極との関係を説明するための要部拡大平面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】従来の静電吸着装置を備えたスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図８】誘電体板とのエンボス部と基板の接触関係を説明するための部分拡大縦断面図である。
【図９】エンボス凸部と基板の接触関係を説明するための部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１１　　　　　　　容器
１３　　　　　　　ターゲット
１５　　　　　　　磁石
１６　　　　　　　基板支持部
１７　　　　　　　基板
１８　　　　　　　静電吸着装置
１９　　　　　　　基板温度調整部
４１　　　　　　　誘電体板
４２　　　　　　　金属電極
４３　　　　　　　エンボス部
４６　　　　　　　導体軸

Claims

複数の凸部を有するように表面がエンボス加工された誘電体板と、電極と、外部電源とを備える静電吸着装置において、前記複数の凸部の各々の基板支持面は導体配線で覆われ、この導体配線によって前記複数の凸部の基板支持面が電気的に接続されていることを特徴とする静電吸着装置。
前記導体配線を接地状態またはフローティング状態にする切換器を備えることを特徴とする請求項１記載の静電吸着装置。
前記誘電体板の中心部に導体軸を設け、この導体軸を介して前記導体配線は前記切換器に接続されることを特徴とする請求項２記載の静電吸着装置。
前記導体配線の材料は耐磨耗性金属またはその合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電吸着装置。
前記複数の凸部の各々に対応する、前記凸部に近い前記電極の部分を除去したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電吸着装置。