JP2009164620A

JP2009164620A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP2009164620A
Application number: JP2009030633A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 洋田中; Kiyoshi Nashimoto; 清梨本
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2009-07-23

Abstract

【課題】対象物を静電吸着ステージから脱離させる際に対象物の跳びはね、破損、剥離帯電、位置ずれ等の問題を発生させないようにする。
【解決手段】誘電体ブロック１２内の一対の吸着電極１３１，１３２に吸着電源１４１，１４２によって互いに極性の異なる直流電圧を印加して静電吸着面１０に静電気を誘起して板状の対象物９を静電吸着する。対象物９を脱離機構１５で静電吸着面１０から脱離させる際には、静電吸着力とは逆向きの機械的な圧力であって残留吸着力より小さい予圧を対象物９に与え、吸着電源１４１，１４２をオフにした後、静電吸着の際とは逆極性の電圧を一対の吸着電極１３１，１３２に印加して誘電体ブロック１２に逆電界を設定する。逆電界設定によって誘電体ブロック２内の残留電荷が急速に緩和され、残留電荷がゼロになる直前で予圧によって対象物９は静電吸着面１０から離間し、対象物９に作用する残留吸着力はゼロになる。
【選択図】図４

Description

本願の発明は、板状の対象物を静電吸着する静電吸着ステージに関するものであり、また、このような静電吸着ステージによって対象物としての基板を保持して基板の表面に所定の処理を施す基板処理装置に関するものである。

対象物を静電気により吸着する静電吸着の技術は、半導体ウェーハや液晶基板等の基板（製品の基になる板状物の総称）を処理する装置において多用されている。例えば、基板の表面に所定の薄膜を作成するスパッタリング装置やプラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）装置、プラズマの作用を利用して基板の表面を所定のパターンでエッチングするプラズマエッチング装置等の基板処理装置では、基板を静電吸着ステージに静電吸着して処理を行っている。

静電吸着ステージは、表面が対象物を静電吸着する面になっている誘電体ブロックと、誘電体ブロック内に埋設された吸着電極と、吸着電極に静電吸着用の電圧を印加する吸着電源とから主に構成されている。通常、一対又は複数対の吸着電極が設けられており、吸着電源は、対を成す吸着電極に対して直流電圧を与える。この結果、誘電体ブロックの表面に静電気が誘起され、対象物が静電吸着される。

上述したような基板処理装置は、真空中で又は所定の雰囲気中で基板を処理するため、多くの場合、気密な処理容器内に上記静電吸着ステージを備えている。そして、搬送ロボットによって処理容器内に基板を搬送し、静電吸着ステージに載置して静電吸着している。そして、処理終了後は、基板を静電吸着ステージから受け取って処理容器から搬出するようにしている。

上記従来の静電吸着ステージにおいて、対象物を静電吸着ステージから取り去る際には、吸着電源の動作を停止させ、吸着電極への電圧印加を解消した状態とする。しかしながら、電圧印加解消後も誘電体ブロックの電荷はすぐには解消せず、静電吸着面には多くの電荷が残留している。このため、対象物を静電吸着面から脱離させようとしても、残留電荷による静電吸着力（以下、残留吸着力）のために対象物が脱離しないことがある。また、無理矢理対象物を脱離させようとすると、対象物が跳びはねたり、最悪の場合には対象物が破損してしまうことがある。

また、静電吸着面に残留電荷がある状態で対象物を脱離させると、剥離帯電と同じメカニズムで対象物の裏面が帯電してしまう問題がある。対象物が製品の基になる基板である場合、裏面が帯電すると、そこに多くの塵埃が吸い寄せられ、吸い寄せられた塵埃が基板の表面側に周り込む結果、基板の表面を汚損する恐れがある。このような基板の汚損は、製品不良の原因となる場合がある。

さらに、対象物としての基板を搬送ロボットで自動搬送する基板処理装置等において、残留吸着力より静電吸着されている基板を無理矢理脱離させようとすると、反動で基板の位置ずれが生じる。この結果、搬送ロボットに基板を受け渡すことができなくなる事故が発生する恐れもある。

このような問題を避ける方法として、吸着電極への電圧印加解消後、残留電荷が自然消滅する時間をおいてから対象物を脱離させる方法が考えられる。しかしながら、自然消滅するまでには３０秒〜６０秒程度の時間を要し、脱離終了までに長時間を要する欠点がある。特に、静電吸着ステージが基板処理装置のような生産設備に使用される場合、スループットの悪化等の生産性低下の原因になる。

また、別の方法として、一対の吸着電極に対して静電吸着の際とは互いに逆極性の電圧を印加して残留電荷を早急に解消させる方法も考えられる。即ち、一対の吸着電極のうち、静電吸着の際には、一方の吸着電極に正電圧を、他方の吸着電極には負電圧を印加する。そして、脱離の際には、一方の吸着電極に負電圧を、他方の吸着電極には正電圧を印加する。誘電ブロックには逆電界が設定されるため、残留電荷が短時間に解消するメリットがある。

しかしながら、上記方法も、次のような欠点がある。まず、脱離の際に逆電界を設定した場合、逆電界設定によって残留電荷は減少し、あるタイミングでゼロになるものの、それ以上に逆電界設定を続けると、今度は逆方向に誘電体ブロックが充電されてしまい、静電吸着面には逆極性の電荷が発生してしまう。従って、この方法を実現するには、残留電荷が丁度ゼロになるタイミングで逆電界設定を停止させる必要がある。しかしながら、この残留電荷がゼロになっている時間の幅は非常に短く、このタイミングで精度良く逆電界設定を停止させるのは困難である。

また、上記方法を実現するには、残留電荷がゼロになるまでの時間を予め実験的に求めておき、そのタイミングで逆電界設定を停止させるシーケンスを採用することになる。しかしながら、残留電荷がゼロになるまでの時間は色々な要因によって変化するため、残留電荷ゼロの状態で逆電界設定を停止させるのは実際には難しい。例えば、残留電荷がゼロになるまでの時間は、誘電体ブロックの体積抵抗に大きく影響されるが、この体積抵抗は温度により変化する。基板処理装置における静電吸着ステージは、処理中に基板が所定の温度になるように加熱又は冷却されて温度制御されていることが多く、その温度は処理の種類によって異なる。従って、残留電荷がゼロになるまでの時間も処理の種類によって異なることになる。残留電荷がゼロになるまでの時間を、処理の種類に応じた静電吸着ステージの各温度に従って予め求めておくことは困難かつ面倒である。

また、誘電体ブロックの体積抵抗は、その製造上の理由からばらつくことが避けられない。従って、残留電荷がゼロになるまでの時間は、使用する静電吸着ステージにより少しずつ変化してしまう。また、基板処理装置では、残留電荷がゼロになるまでの時間は、基板の表面状態によっても変わってしまう。例えば、基板が単なるシリコンウェーハ（ベアシリコン）の場合と、シリコンウェーハの表面に酸化シリコン等の絶縁膜が形成されている場合とでは、残留電荷がゼロになるまでの時間は微妙に変わってしまう。

さらに、対象物としての基板を搬送ロボットにより自動搬送する基板処理装置等では、静電吸着ステージと搬送ロボットとの間の基板の受け渡しは、静電吸着ステージに設けた複数の昇降ピンにより行われることが多い。この場合、基板への昇降ピンの当接箇所は複数になるが、上記方法において残留電荷が消滅するタイミングはそれら複数の当接箇所において同時になることは殆どない。従って、ある箇所で残留電荷がゼロになったタイミングを捉えて基板を脱離させても、他の箇所ではまだ残留電荷があり、その箇所では昇降ピンが無理矢理基板を脱離させることになる。この結果、基板の跳びはね、破損、剥離帯電、位置ずれ等が生ずる恐れがある。

本願の発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、対象物を静電吸着ステージから脱離させる際に対象物の跳びはね、破損、剥離帯電、位置ずれ等の問題を発生させないという技術的意義を有する。

本発明は、処理容器と、
前記処理容器内にプロセスガスを導入するためのガス導入手段と、
前記処理容器内に被スパッタ面が露出するように設けられたターゲットと、
誘電体ブロックと該誘電体ブロック内に設けられた吸着電極と有し、基板を保持するための静電吸着ステージと、
該誘電体ブロックに静電吸着用の電界とは逆向きの電界を設定するための逆電界設定機構と、
静電吸着面から基板を離間させるために機械的な圧力を対象物に与えるための予圧機構と、
を具備し、
前記吸着電極への印加電圧を停止にした後、
前記予圧機構を作動して基板に機械的圧力を印加し、その後、前記逆電界設定機構により、該静電吸着用の電界とは逆向きの電界を前記静電吸着ブロックに与えるように構成されていることを特徴とするスパッタリング装置である。

本発明に係る静電吸着ステージによれば、静電吸着面に残留吸着力が無いか又はあっても影響を受けない状態で対象物が静電吸着面から脱離するので、対象物の跳びはね、破損、位置ずれ、剥離帯電等の問題が生じない。また、対象物に機械的な予圧をかけた状態で逆電界を設定して残留電荷を緩和するので、残留電荷がゼロになる直前に予圧によって対象物が静電吸着面から自動的に離間する。従って、誘電体ブロックが逆極性に誘電分極され始めても、対象物にはこの逆極性の誘電分極による残留吸着力は作用しない。このため、残留電荷が丁度ゼロになるタイミングで逆電界設定を停止させる必要はなく、極めて実用性の高い静電吸着ステージが提供される。また、予圧を対象物の自重による圧力より大きくすることで、上記効果に加え、残留電荷がゼロになった場合でも対象物の自重により対象物が静電吸着面から離間しないという問題は生じない。また、対象物と静電吸着面との離間距離を０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることにより、上記効果に加え、対象物がクーロン力等により静電吸着面から離間しないという問題や、対象物が急激に離間して跳びはねるといった問題は生じない。また、本発明によれば、基板処理装置において上記発明の効果と同様の効果を得ることができ、基板の跳びはね、破損による歩留まりの低下、位置ずれによる基板搬送エラーの事故、剥離帯電による基板の汚損等の問題が生じない実用的な装置が提供される。

静電吸着ステージの発明の実施形態の概略を示す正面断面図である。静電吸着ステージの発明の実施形態の概略を示す平面図である。図１の静電吸着ステージに設けられた予圧機構について説明する図であり、図１に示す昇降ピン１５１の断面構造を示す概略図である。図１から図３に示す実施形態の静電吸着ステージの動作について説明するタイミングチャートである。対象物９の脱離の際の予圧機構の動作について説明する図である。基板処理装置の発明の実施形態であるスパッタリング装置を示した正面断面概略図である。図７は、図６に示す装置における静電吸着ステージ１の脱離機構１５の動作について説明する図である。図６に示す基板処理装置の実施形態における予圧機構の動作について説明する図である。図６から図８に示す実施形態の装置における静電吸着ステージ１からの基板９０の脱離動作について説明するタイミングチャートである。

以下、本願発明の実施の形態について説明する。まず、静電吸着ステージの発明の実施形態について説明する。図１及び図２は静電吸着ステージの発明の実施形態の概略を示す図であり、図１は正面断面図、図２は平面図である。図１及び図２に示す静電吸着ステージは、金属製のステージ本体１１と、表面が静電吸着面１０である誘電体ブロック１２と、誘電体ブロック１２内に設けられた吸着電極１３１，１３２とから主に構成されている。

誘電体ブロック１２は、アルミナ等の誘電体製である。本実施形態では、二極方式の構成が採用されており、従って吸着電極１３１，１３２は一対のものである。一対の吸着電極１３１，１３２は図２に示すように半円板状であり、静電吸着面１０と平行な面に沿って設けられている。

また、静電吸着ステージは、吸着電極１３１，１３２に所定の電圧を印加して誘電体ブロック１２に静電吸着用の電界を設定する吸着電源１４１，１４２を備えている。吸着電源１４１，１４２は二つ設けられており、一対の吸着電極１３１，１３２に極性が互いに異なり大きさが同じである直流電圧を印加するようになっている。尚、ステージ本体１１はアースされている。二つの吸着電源１４１，１４２が動作すると、一対の吸着電極１３１，１３２の間には静電吸着用の電界として直流電界が設定され、この電界によって静電吸着面１０に静電気が誘起されて対象物９が静電吸着されるようになっている。

静電吸着のメカニズムとしては、二つのものが知られている。一つは、クーロン力によるものであり、もう一つはジョンソンラーベク力によるものである。ジョンソンラーベク力は、微小な領域に電流が集中することにより生ずる吸着力である。即ち、静電吸着面１０や対象物９の裏面は、微視的には小さな凹凸があり、対象物９が静電吸着面１０に載置された際には、これらの凹凸が接触している。吸着電源１４１，１４２が動作して静電吸着面１０に静電気が誘起されると、これらの微小な凹凸の接触箇所に電流が集中して流れ、この結果、ジョンソンラーベク力による吸着力が生ずる。本実施形態のような静電吸着ステージは、クーロン力よりもジョンソンラーベク力の方が支配的であり、主にジョンソンラーベク力により静電吸着が成される。

また、静電吸着ステージは、対象物９を静電吸着面１０から脱離させる脱離機構１５を備えている。脱離機構１５は、主に静電吸着ステージ内で昇降する複数の昇降ピン１５１と、複数の昇降ピン１５１を一体に保持したピン保持板１５２と、ピン保持板１５２を駆動して複数の昇降ピン１５１を一体に昇降させるピン駆動部１５３等から構成されている。図１及び図２に示すように、静電吸着ステージには、上下方向に長いピン用通路１６が形成されている。昇降ピン１５１はこのピン用通路１６内に位置して昇降するようになっている。尚、図２に示すように、ピン用通路１６は三つ設けられており、それらの位置は静電吸着ステージの中心と同心である正三角形の頂点の位置となっている。そして、それらピン用通路１６の各々に昇降ピン１５１が設けられており、従って三つの昇降ピン１５１が設けられている。

ピン保持板１５２は、水平な姿勢で設けられており、各昇降ピン１５１の下端を固定して保持している。ピン駆動部１５３には、サーボモータとボールねじを組み合わせた機構が採用されている。サーボモータを動作させると、ピン保持板１５２は不図示の回転規制部によって回転しないようになっているので、ボールねじによって回転運動が上下運動に変換されてピン保持板１５２が上下に移動する。この結果、各昇降ピン１５１が同時に昇降するようになっている。サーボモータとしては位置制御用の高精度のものが好適であり、昇降ピン１５１を上下方向の任意の位置で停止させられるようにすることが好ましい。

上述した構成の静電吸着ステージに対象物９を静電吸着させる場合、ピン駆動部１５３によって各昇降ピン１５１を所定の上限位置に位置させる。この上限位置では、各昇降ピン１５１は静電吸着面１０から突出している。この状態で、各昇降ピン１５１の上に対象物９を載せ、ピン駆動部１５３を動作させて各昇降ピン１５１を下限位置まで下降させる。下限位置では、各昇降ピン１５１の先端は静電吸着面１０よりも下方に位置する状態となる。従って、各昇降ピン１５１が上限位置から下降位置まで下降する際、対象物９は静電吸着面１０の上に載る。この状態で、上述したように一対の吸着電源１４１，１４２を動作させると、対象物９は静電吸着面１０に静電吸着される。

対象物９を静電吸着面１０から脱離させる際には、上記とは逆の動作になる。即ち、ピン駆動部１５３を動作させて各昇降ピン１５１を下限位置から上限位置まで上昇させる。この上昇の際、各昇降ピン１５１は対象物９を静電吸着面１０から持ち上げるよう動作する。そして、各昇降ピン１５１が上限位置に達すると、対象物９も上限位置に位置することになる。これにより、対象物９の脱離動作が終了する。

また、本実施形態の静電吸着ステージは、上記対象物９の脱離の際に残留電荷を少なくするため、逆電界設定機構１７を備えている。逆電界設定機構１７は、誘電体ブロック１２に静電吸着用の電界とは逆向きの電界を設定するものである。本実施形態では、静電吸着用の電界を設定する一対の吸着電源１４１，１４２を逆電界設定機構１７に兼用している。即ち、逆電界設定機構１７は、一対の吸着電源１４１，１４２の吸着電極１３１，１３２に対する接続を逆にするスイッチ回路１７１と、スイッチ回路１７１を駆動するスイッチ駆動部１７２とから主に構成されている。

スイッチ回路１７１は、ＯＰアンプＩＣ等の半導体素子を利用した回路又はリレー等が使用される。スイッチ駆動部１７２は、対象物９の静電吸着の際には、例えば、正電圧印加の吸着電源（以下、正電源）１４１を一方の吸着電極１３１に接続し、負電圧印加の吸着電源（以下、負電源）１４２を他方の吸着電極１３２に接続するようスイッチ回路１７１を駆動する。そして、対象物９の脱離の際には、正電源１４１を他方の吸着電極１３２に接続し、負電源１４２を一方の吸着電極１３１に接続するようスイッチ回路１７１を駆動する。これにより、誘電体ブロック１２には静電吸着時とは逆向きの電界が設定されるようになっている。

本実施形態の静電吸着ステージの大きな特徴点は、対象物９の脱離の際、所定の機械的な圧力を対象物９に与える予圧機構が設けられている点である。以下、この点を詳説する。予圧機構は、対象物９を静電吸着ステージから脱離させる際、静電吸着面１０の残留電荷による残留吸着力よりも大きさが小さくて静電吸着力とは逆向きの機械的な圧力を脱離の前に予め対象物９に与えるものである。本実施形態では、構造を簡略化するため、脱離機構１５を兼用して予圧機構としている。

図３は、図１の静電吸着ステージに設けられた予圧機構について説明する図であり、図１に示す昇降ピン１５１の断面構造を示す概略図である。図３に示すように、昇降ピン１５１は上端側が中空状である。そして、この中空の部分には、コイルスプリング１８１と、コイルスプリング１８１の上端に固定された可動ヘッド１８２とが設けられている。コイルスプリング１８１の下端は、昇降ピン１５１の非中空部分に固定されている。図２に示すように本実施形態では三つの昇降ピン１５１が設けられているが、それぞれ同じ構成のコイルスプリング１８１及び可動ヘッド１８２が設けられている。

コイルスプリング１８１が自由長の状態にあるとき、可動ヘッド１８２は昇降ピン１５１の上端開口から少し突出した状態になる。前述したように脱離機構１５が動作して昇降ピン１５１が上昇すると、可動ヘッド１８２が対象物９の裏面に当接する。そしてさらに昇降ピン１５１が上昇すると、対象物９は残留吸着力によって静電吸着面１０に吸着されているために可動ヘッド１８２がコイルスプリング１８１をその弾性に逆らって縮めるよう作用する。昇降ピン１５１が適当な上昇位置で停止すると、残留吸着力よりも大きさが小さくて残留吸着力とは逆向きの圧力がコイルスプリング１８１の弾性によって対象物９に与えられることになる。以下、この上昇位置を本実施形態の説明において「予圧位置」と呼ぶ。

次に、上記構成に係る本実施形態の静電吸着ステージの動作について、図４を使用してさらに詳しく説明する。図４は、図１から図３に示す実施形態の静電吸着ステージの動作について説明するタイミングチャートである。図４中、（１）は吸着電極１３１への印加電圧を、（２）は吸着電極１３２への印加電圧を、（３）は可動ヘッド１８２の位置を、（４）は予圧の印加状況を、（５）は誘電体ブロック１２の残留電荷を、（６）は対象物９に作用する静電吸着力についてそれぞれ時系列的に示している。

まず、対象物９を静電吸着する場合には、前述した通り対象物９を静電吸着ステージの静電吸着面１０の上に載せ、一対の吸着電源１４１，１４２を動作させる。これによって対象物９が静電吸着面１０に静電吸着される。対象物９を静電吸着面１０から脱離させる動作は、以下の手順で行う。まず、時刻ｔ₀にて、一対の吸着電源１４１，１４２の動作を停止させる。この結果、一対の吸着電極１３１，１３２への印加電圧は０Ｖということになる。この際、一対の吸着電極１３１，１３２は接地電位ではあるものの、誘電体ブロック１２にはまだ残留電荷が多く存在しており、対象物９は残留吸着力によって静電吸着面１０に吸着されている。

そして、時刻ｔ₁において脱離機構１５のピン駆動部１５３を動作させ、昇降ピン１５１が下限位置から予圧位置に位置するよう昇降ピン１５１を上昇させる。この結果、前述したように、対象物９が残留吸着力によって吸着されつつもそれとは逆向きの機械的な圧力が対象物９に与えられた状態となる。その後、スイッチ駆動部１７２がスイッチ回路１７１を駆動させ、一対の吸着電極１３１，１３２に対する一対の吸着電源１４１，１４２の接続状態を互いに逆にする。そして、時刻ｔ₂において一対の吸着電源１４１，１４２に動作を再開させる。この結果、一対の吸着電極１３１，１３２を介して誘電体ブロック１２に静電吸着用の電界とは逆向きの電界が設定される。この逆向きの電界によって、誘電体ブロック１２の残留電荷は、図４（５）に示すように急速に緩和されて減少する。

逆電界の印加が続くと、時刻ｔ₄において残留電荷がやがてゼロになる。この時刻ｔ４を過ぎると、誘電体ブロック１２が逆極性に充電されて図４（５）に示すように逆極性の電荷が生ずるようになる。しかしながら、本実施形態の静電吸着ステージにおいて重要な点は、対象物９に残留吸着力とは逆向きの予圧が与えられているので、残留電荷がゼロになった時点では予圧によって対象物９が静電吸着面１０から離間し、逆極性の電荷によっては静電吸着されない点である。この点について、図４に加え図５を使用して説明する。図５は、対象物９の脱離の際の予圧機構の動作について説明する図である。

図５（１）に示すように、対象物９に予圧が印加されている状態では、予圧機構のコイルスプリング１８１はその弾性に逆らって圧縮されている状態である。上述したように、誘電体ブロック１２の残留電荷の減少に伴い、対象物９に作用する残留吸着力も急速に減少する。そして、時刻ｔ₄の前のｔ₃においては、残留吸着力と予圧とが等しくなる。この時刻ｔ₃又はこの時刻ｔ₃を過ぎたとたんに、図５（２）に示すように、昇降ピン１５１内のコイルスプリング１８１の弾性により対象物９が少し持ち上がって静電吸着面１０から離間する。

対象物９が静電吸着面１０から離間すると、誘電体ブロック１２と対象物９との間に電流は流れなくなるので、ジョンソンラーベク力による静電吸着力はゼロになる。前述したように本実施形態のような静電吸着ステージではジョンソンラーベク力による静電吸着力が支配的であるから、対象物９が静電吸着面１０から離間することにより、対象物９に作用する静電吸着力は激減する。このため、対象物９に作用する力は殆どコイルスプリング１８１の弾性のみになる。コイルスプリング１８１はその自由状態に近い長さになるまでに伸張し、対象物９はその分だけ上昇する。そして、対象物９の自重とコイルスプリング１８１の弾性と釣り合いが取れた位置（以下、離間位置）で対象物９の上昇が停止する。

尚、対象物９が静電吸着面１０から離間してもクーロン力による静電吸着力は対象物９に作用している。しかしながら、周知のようにクーロン力は距離の二乗に反比例して小さくなる。本実施形態においては、上記離間位置の静電吸着面１０からの距離（図５中ｄで示す）が充分長くなるようコイルスプリング１８１の弾性力が設定されており、離間位置において対象物９に作用するクーロン力は無視できる程度に小さい。

また、対象物９が静電吸着面１０から離間するタイミングは、各昇降ピン１５１において同じになるとは限らない。これは、静電吸着面１０の残留吸着力は完全に均一な度合いで減少するとは限らないからである。即ち、三つの昇降ピン１５１において、まず一つの昇降ピン１５１が当接している箇所で最初に離間が生じ、次に、別の一つの昇降ピン１５１が当接している箇所で離間が生じ、最後に、残りの一つの昇降ピン１５１が当接している箇所で離間が生ずる場合もある。いずれにしても、充分な時間の経過後には、三つの昇降ピン１５１の当接箇所すべてで離間が生じ、対象物９は静電吸着面１０から完全に離間する。

このようにして、対象物９が静電吸着面１０から離間して離間位置まで上昇し、対象物９に作用する残留吸着力が解消されると、離脱機構が最終的な離脱動作を行う。即ち、ピン駆動部１５３が動作して、各昇降ピン１５１を所定の上限位置まで上昇させる。この結果、対象物９も上限位置まで上昇する。この位置で、人の手によって又はロボット等の自動的な機構によって対象物９は静電吸着ステージから取り去られる。

上記動作の説明から解るように、本実施形態の静電吸着ステージによれば、静電吸着面１０に残留吸着力が無いか又はあっても影響を受けない状態で対象物９が静電吸着面１０から脱離するので、対象物９の跳びはね、破損、位置ずれ、剥離帯電等の問題が生じない。また、対象物９に機械的な予圧をかけた状態で逆電界を設定して残留電荷を緩和するので、残留電荷がゼロになる直前に予圧によって対象物９が静電吸着面１０から自動的に離間する。従って、誘電体ブロック１２が逆極性に誘電分極され始めても、対象物９にはこの逆極性の誘電分極による残留吸着力は作用しない。このため、残留電荷が丁度ゼロになるタイミングで逆電界設定を停止させる必要はなく、本実施形態の構成の実用性は極めて高い。即ち、誘電体ブロック１２の体積抵抗等の静電的な条件に応じて逆電界の印加時間を調節する必要はない。図４に示すように、時刻ｔ₄経過後に、任意の時刻ｔ₅に一対の吸着電源１４１，１４２の動作を停止させればよい。時刻ｔ₄は、誘電体ブロック１２の体積抵抗等の条件により異なるから、予想される（ｔ₄−ｔ₀）の時間のうち最も長い時間に対して充分長くなるように時刻ｔ₅を設定すればよい。

上述した本実施形態の構成において、予圧機構が与える予圧の大きさは重要なパラメータである。予圧を印加する際、その印加の瞬間における残留吸着力よりも大きな予圧を印加してしまうと、予圧の印加と同時に対象物９が残留吸着力に逆らって静電吸着面１０から離間する結果となる。これでは、対象物９を無理矢理脱離させているのと同じになり、前述したように対象物９の跳びはね、破損、位置ずれ、剥離帯電等の問題を生ずる恐れがある。

また、対象物９の自重がコイルスプリング１８１を圧縮する圧力よりも予圧が小さくなってしまうと、残留吸着力がゼロになった時点で対象物９が静電吸着面１０から離間しない事態となってしまう。これでは、逆極性の誘電分極による静電吸着力が引き続き作用する結果となり、残留吸着力の無い状態で対象物９を脱離させることが不可能になってしまう。従って、本実施形態の構成では、予圧は対象物９の自重による圧力より大きくすることが好ましい。

本実施形態では、静電吸着面１０が水平に沿った面であり、その上に対象物９が静電吸着されたが、静電吸着面１０が垂直な面であり、対象物９が垂直に立った状態で静電吸着される場合もある。また、水平な静電吸着面１０が静電吸着ステージの下面に相当しており、下側で対象物９を静電吸着する場合もある。このように静電吸着面１０が側面や下面に設定されている場合、対象物９の自重の影響は無いので、対象物９の自重よりも小さな予圧でも構わない場合がある。尚、このように静電吸着面１０が側面や下面に設定されている場合、静電吸着面１０から離間した対象物９が落下しないよう保持する保持具を別途設けることが好ましい。

尚、予圧によって対象物９が静電吸着面１０から離間した際の静電吸着面１０と対象物９との距離（以下、離間距離）は、前述したように、クーロン力が実質的に無視できる程度とされる。この距離は、０．１ｍｍ程度以上である。離間距離を長くすることはクーロン力の影響を小さくすることから好ましいが、あまり長くすると、コイルスプリング１８１の弾性を強くすることになり、離間の際に対象物９が大きく飛び跳ねてしまう問題が生ずる。このため、離間距離は１．０ｍｍ程度以下にすることが好ましい。

次に、基板処理装置の発明の実施形態について説明する。基板処理装置の実施形態は、上述した実施形態とほぼ同じ構成の静電吸着ステージを備え、対象物としての基板を静電吸着ステージに静電吸着して保持しながら基板の表面に所定の処理を施す装置である。このような基板処理装置としては各種のものがあるが、以下の説明では、一例としてスパッタリング装置を採り上げる。図６は、基板処理装置の発明の実施形態であるスパッタリング装置を示した正面断面概略図である。図６に示す装置は、内部で基板９０に対してスパッタリング処理が行われる処理容器２と、処理容器２内の所定位置に基板９０を静電吸着して保持する静電吸着ステージ１とを備えている。

処理容器２は、排気系２１を備えた気密な真空容器である。排気系２１は、処理容器２内を１０^-9Ｔｏｒｒ程度の到達圧力まで排気できるよう構成される。処理容器２は、不図示のゲートバルブを介して不図示の予備真空容器に気密に接続されている。

静電吸着ステージ１は、図１〜図３に示す実施形態と同様に、ステージ本体１１と誘電体ブロック１２とから成る。そして、誘電体ブロック１２内に一対の吸着電極１３１，１３２が埋設されており、この一対の吸着電極１３１，１３２に極性が互いに異なる直流電圧を印加する一対の吸着電源１４１，１４２が設けられている。本実施形態においても、静電吸着ステージ１は、逆電界設定機構１７を備えている。逆電界設定機構１７は、図１〜図３に示す実施形態と同様に、スイッチ回路１７１と、スイッチ回路１７１を駆動するスイッチ駆動部１７２とから成る構成である。

また、静電吸着ステージ１は、同様に脱離機構１５及び予圧機構を備えている。これらの構成は、図１〜図３に示すものとは多少異なる。脱離機構１５は、静電吸着ステージ１内に設けられた複数の支持ピン１５４と、静電吸着ステージ１全体を上下に駆動して昇降させるステージ駆動部３とから主に構成されている。本実施形態における支持ピン１５４では、図１から図３に示す実施形態における昇降ピン１５１と同様に、正三角形の頂点の位置に三つ設けられている。そして、図１から図３に示す実施形態における昇降ピン１５１と同様に、コイルスプリングと可動ヘッド（ともに図６中不図示）が設けられている。

また、図６に示すように、静電吸着ステージ１の下面中央にはステージ支柱３１の上端が固定されている。ステージ支柱３１の下端は、水平なベース板３２に固定されている。処理容器２の底板部には、静電吸着ステージ１の断面よりも少し小さい開口が設けられている。ステージ支柱３１はこの開口に層通されている。そして、ベース板３２は処理容器２の下方に位置し、ベース板３２の周縁と処理容器２の開口の縁と気密につなぐようにしてベローズ３３が設けられている。ステージ駆動部３は、サーボモータ３４と、サーボモータ３４に接続されたボールねじ３５と、ベース板３２に固定されているとともにボールねじ３５に噛み合った状態で設けられた接続ポート３６とから主に構成されている。サーボモータ３４が駆動されると、ボールねじ３５の回転により接続ポート３６を介してベース板３２が昇降する。この結果、静電吸着ステージ１もベース板３２と一体に昇降するようになっている。

脱離機構１５の動作について、図７を使用して説明する。図７は、図６に示す装置における静電吸着ステージ１の脱離機構１５の動作について説明する図である。本実施形態の装置では、基板９０は、不図示の搬送ロボットにより処理容器２内に搬送され、処理終了後には、不図示の搬送ロボットにより処理容器２から搬出されるようになっている。上述した静電吸着ステージ１の脱離機構１５は、搬送ロボットから静電吸着ステージ１への、また、静電吸着ステージ１から搬送ロボットへの基板９０の受け渡しのための機構にも兼用されている。

基板９０が処理容器２内に搬入されていない状態では、ステージ駆動部３は、静電吸着ステージ１を所定の下限位置に位置させている。この状態では、支持ピン１５４の先端は静電吸着ステージ１の上面（静電吸着面１０）から突出している。この状態で、図７（１）に示すように、搬送ロボットがアーム４によって基板９０を支持しながら不図示のゲートバルブを通って処理容器２内に進入した後に下降し、基板９０を支持ピン１５４の上に載せる。搬送ロボットがアーム４を少し下降させた後に後退させ、処理容器２内から退出させる。不図示のゲートバルブが閉じるとともに、ステージ駆動部３が動作し、図７（２）に示すように、静電吸着ステージ１を所定の上限位置まで上昇させる。この結果、静電吸着ステージ１の静電吸着面１０の上に基板９０が載る。支持ピン１５４の先端は、基板９０の裏面から離れた状態となる。この状態で、吸着電源１４１，１４２が動作し、前述した実施形態の場合と同様に基板９０が静電吸着される。

次に、処理終了後に基板９０を処理容器２から搬出する場合には、ステージ駆動部３は静電吸着ステージ１を上限位置から下限位置まで下降させる。この結果、基板９０が静電吸着ステージ１の静電吸着面１０から脱離し、図７（１）に示すのと同様に支持ピン１５４の上に基板９０が載った状態となる。この状態でゲートバルブが開いて搬送ロボットのアーム４が処理容器２内に進入して基板９０の下方に位置する。そして、アーム４が所定距離上昇して基板９０を受け取り、処理容器２から退出する。

本実施形態における予圧機構は、上述した各支持ピン１５４内のコイルスプリングと、ステージ駆動部３のサーボモータ３４を制御する制御部１９等から構成されている。制御部１９は、上記基板９０の脱離動作の際、上限位置から下限位置に一気に下降させるのではなく、各支持ピン１５４内のコイルスプリングにより基板９０に予圧が与えられる位置に静電吸着ステージ１を一時的に停止させるようになっている。本実施形態の説明では、この位置を「予圧位置」と呼ぶ。この予圧機構の動作について、図８を使用して以下具体的に説明する。図８は、図６に示す基板処理装置の実施形態における予圧機構の動作について説明する図である。

前述した脱離動作の際、ステージ駆動部３は、前述したように静電吸着ステージ１を上限位置から下降させる。静電吸着ステージ１が下降すると、基板９０の裏面と各支持ピン１５４の上端との距離が徐々に小さくなり、やがて、各支持ピン１５４内のコイルスプリング１５５の上端に設けられた可動ヘッド１５６に基板９０の裏面が接触する（図８（１））。

ステージ駆動部３は、静電吸着ステージ１を図８（１）に示す状態からさらに短い所定の距離だけ下降させる（図８（２））。この下降により、基板９０の裏面は可動ヘッド１５６を下方に押し下げるため、コイルスプリング１５５の弾性により基板９０を上方に押し上げる力が基板９０に対して与えられる。この際に基板９０に与えられる力は、基板９０に作用している残留吸着力よりも大きさが小さく静電吸着力とは逆向きの力であり、本実施形態における予圧である。予圧の大きさは、図８（１）の状態から図８（２）の状態にする際の静電吸着ステージ１の下降距離Ｄ及びコイルスプリング１５５のバネ定数によって決まるが、予圧が残留吸着力より大きくならないよう、これらのパラメータが選定される。

本実施形態においても、上述した予圧の印加により、誘電体ブロック１２の体積抵抗等を考慮することなく、残留電荷がほぼゼロになるタイミングで確実に基板９０の脱離を行うことができる。この点について、図９を使用して説明する。図９は、図６から図８に示す実施形態の装置における静電吸着ステージ１からの基板９０の脱離動作について説明するタイミングチャートである。図９中、（１）は吸着電極１３１への印加電圧を、（２）は吸着電極１３２への印加電圧を、（３）は静電吸着ステージ１の位置を、（４）は予圧の印加状況を、（５）は誘電体ブロック１２の残留電荷を、（６）は基板９０に作用する静電吸着力についてそれぞれ時系列的に示している。

処理終了後、基板９０を静電吸着ステージ１から脱離させるために、時刻ｔ₀において、一対の吸着電源１４１，１４２の動作を停止させる。この結果、一対の吸着電極１３１，１３２への印加電圧は０Ｖになるものの、誘電体ブロック１２の残留電荷により基板９０は静電吸着面１０に吸着されている。そして、時刻ｔ₁においてステージ駆動部３が動作し、静電吸着ステージ１を上限位置から予圧位置に下降させる。この結果、前述した予圧が対象物９に与えられた状態となる。

その後、スイッチ駆動部１７２がスイッチ回路１７１を駆動させ、一対の吸着電極１３１，１３２に対する一対の吸着電源１４１，１４２の接続状態を互いに逆にし、時刻ｔ₂において一対の吸着電源１４１，１４２が動作を再開する。この結果、一対の吸着電極１３１，１３２を介して誘電体ブロック１２に逆電界が設定される。これによって、誘電体ブロック１２の残留電荷は、図９（５）に示すように急速に緩和されて減少する。

そして、逆電界の印加が続き、時刻ｔ₄において残留電荷がやがてゼロになり、時刻ｔ₄を過ぎると、誘電体ブロック１２が逆極性に充電されて図９（５）に示すように逆極性の電荷が生ずるようになる。この際、時刻ｔ₄より僅かに前のｔ₃において、残留吸着力と予圧とが等しくなり、この時刻ｔ₃又はこの時刻ｔ₃を過ぎたとたんに、支持ピン１５４内のコイルスプリング１８１の弾性により対象物９が少し持ち上がって静電吸着面１０から離間する。この結果、ジョンソンラーベク力の解消により静電吸着力は激減する。そして、基板９０は、コイルスプリング１５５の弾性と基板９０の自重とが釣り合う高さまで持ち上がり、この状態では残留電荷によるクーロン力は無視できるほど小さい。その後、ステージ駆動部３が静電吸着ステージ１をさらに下降させ、当初の下限位置に位置させる。これによって、基板９０の脱離動作が完了する。

上記説明から解るように、本実施形態においても、静電吸着面１０に残留吸着力が無いか又はあっても影響を受けない状態で基板９０が静電吸着面１０から脱離するので、基板９０の跳びはね、破損、位置ずれ、剥離帯電等の問題が生じない。また、予圧機構によって予圧が与えられているため、残留電荷がゼロになる直前で基板９０が静電吸着面１０から自動的に離間して静電吸着力が解消される。従って、誘電体ブロック１２の体積抵抗等の条件を考慮する必要はなく、極めて実用性が高い。

次に、本実施形態の装置の他の構成について説明する。本実施形態の装置は、上述した他、図６に示すように、処理容器２内に所定のプロセスガスを導入するガス導入系５と、処理容器２内に被スパッタ面が露出するよう設けられたターゲット６と、ターゲット６に所定の電圧を印加してスパッタ放電を生じさせるスパッタ電源７と、ターゲット６の背後に設けられた磁石機構８とを備えている。

ターゲット６は、絶縁材６１を介してスパッタチャンバー１に気密に取り付けられている。ターゲット６の材質は、基板９０の表面に作成する薄膜の材質により決まる。スパッタ電源７には、負の直流電源又は高周波電源が使用される。高周波電源が使用される場合、ターゲット６とスパッタ電源７との間に所定のキャパシタンスが設けられ、ターゲット６に自己バイアス電圧を与えてターゲット６をスパッタする。

磁石機構８は、放電の効率のよいマグネトロンスパッタを行うために備えられている。具体的には、磁石機構８は、中心磁石８１と、中心磁石８１を周状に取り囲む周辺磁石８２と、中心磁石８１及び周辺磁石８２を繋ぐ円盤状のヨーク８３とから構成されている。

ガス導入系５は、所定のプロセスガスを溜めた不図示ボンベと処理容器２とをつなぐ配管に設けられたバルブ５１や不図示の流量調整器とから主に構成されている。プロセスガスとしては、アルゴンや窒素等のガスが使用される。

本実施形態の装置の全体の動作について、以下に説明する。排気系２１によって処理容器２が不図示の予備真空容器と同程度の真空圧力まで排気されている状態で、不図示のゲートバルブを通して基板９０を不図示の搬送ロボットにより不図示の予備真空容器から処理容器２内に搬入し、静電吸着ステージ１に載置して静電吸着させる。そして、ゲートバルブを閉じた後、ガス導入系５によって所定のプロセスガスを所定の流量で処理容器２内に導入し、この状態でスパッタ電源７を動作させる。この結果、スパッタ放電が生じてプラズマＰが形成される。スパッタ放電によりターゲット６がスパッタされ、基板９０の表面に所定の薄膜が作成される。

薄膜が所定の厚さに達するまでスパッタを続けた後、スパッタ電源７及びガス導入系５の動作を止める。その後、排気系２１によって処理容器２内を再度排気した後、前述したように基板９０を静電吸着ステージ１から脱離させ、不図示の搬送ロボットにより処理容器２から不図示の予備真空容器に搬出する。これで一枚の基板９０に対する一連の処理が終了する。このような動作を繰り返して、成膜処理を各基板９０に対して行う。

上述したように、本実施形態の装置は、図１から図３に示す静電吸着ステージ１とは多少異なる構成のものを使用したが、全く同じ構成の静電吸着ステージ１を使用することも勿論可能である。また、本実施形態では、基板処理装置の一例としてスパッタリング装置を採り上げたが、ＣＶＤ装置やエッチング装置等の他の基板処理装置についても同様に実施できることはいうまでもない。

尚、上述したような処理容器２内にプラズマを形成して処理する装置では、プラズマと高周波との相互作用により生ずる自己バイアス電圧により静電吸着を行う構成も採用し得る。この場合には、一対の吸着電極１３１，１３２に同様に高周波電圧を印加するか、又は、吸着電極１３１，１３２を一つにしてこれに高周波電圧を印加するようにする。プラズマ中のイオン及び電子は高周波によって周期的に静電吸着ステージ１に引きつけられるが、イオンと電子の移動度の違いから電子が多く引きつけられ、その違いを相殺するようにして静電吸着ステージ１の表面は高周波電圧に負の直流分の電圧を重畳したような電位変化となる。この負の直流分の電圧が自己バイアス電圧である。この自己バイアス電圧のみによっても基板９０の静電吸着は可能であるが、さらに吸着電極１３１，１３２に正の直流電圧を重畳させると、より強い誘電分極を生じるため静電吸着力が高くなる。

また、本実施形態では、基板９０としては半導体ウェーハが想定されているが、液晶ディスプレイを製作する際の液晶基板やプリント回路を製作する際のプリント基板等についても同様に実施できる。

次に、上記基板処理装置の実施形態の実施例について説明する。基板９０が直径２００ｍｍ程度のシリコン半導体ウェーハの場合、静電吸着ステージ１への静電吸着は、一対の吸着電源１４１，１４２によって一対の吸着電極１３１，１３２に±３００Ｖ程度の電圧を印加することにより行える。

このように静電吸着した基板９０を静電吸着ステージ１から脱離させる場合、一対の吸着電源１４１，１４２の出力をゼロにした後、１〜３秒程度この状態を保持する。そして、前述した予圧機構により１０ｇｆ／ｃｍ²程度の予圧を基板９０に印加する。そして、スイッチ回路１７１を動作させて極性を切り替え、±５００Ｖ程度の電圧を印加して誘電体ブロック１２に逆電界を設定する。この状態を５秒程度維持した後、脱離機構１５を最終的に動作させ、基板９０を静電吸着ステージ１から脱離する。この脱離動作までには、残留電荷がゼロになるタイミングで基板９０は静電吸着面１０から自動的に離間しており、基板９０の跳びはね、破損、位置ずれ、剥離帯電等は生じない。

残留電荷がゼロになるタイミングは、前述したように、基板９０の種類や表面の構成、誘電体ブロック１２の体積抵抗のバラツキ等により変化するが、上記条件による場合、予圧印加状態で逆電界を設定する時間を５秒程度に設定すれば、殆どすべての場合において自動的に基板９０が静電吸着面１０から離間する。尚、与えるべき予圧の大きさは、前述した通り脱離の際の残留吸着力によって変わる。そして、残留吸着力は基板９０を静電吸着する際の電圧によって変わる。上述したような基板処理装置の場合、静電吸着用の電圧は５００Ｖ〜１０００Ｖ程度である。この場合、予圧の大きさは１０ｇｆ／ｃｍ²〜３０ｇｆ／ｃｍ²程度であることが好ましい。１０ｇｆ／ｃｍ²より小さいと、基板９０が静電吸着面１０からうまく離間しない恐れがある。また、３０ｇｆ／ｃｍ²より大きいと、離間の際に基板９０の跳びはねが生ずる恐れがある。

上述した各実施形態及び実施例において、吸着電極１３１，１３２は一対のものであったが、二対、三対、又はそれ以上であってもよい。また、誘電体ブロック１２外の電極との間で電界を設定する構成であれば、吸着電極は一つであってもよい。脱離機構１５の構成としては、前述したような昇降ピン１５１又は支持ピン１５４を使用するものの他、複数のフック状の部材を対象物９の周縁部分に引っ掛けて対象物９を脱離させる構成でもよい。さらに、脱離機構１５が予圧機構に兼用されていない構成も考えられる。例えば、脱離機構１５とは別に前述したような昇降ピンを設けて予圧機構としてもよい。また、複数のフック状の部材を対象物９の周縁部分に引っ掛けて対象物９を静電吸着面１０から引き離す力を予圧として与える構成でもよい。

本願の発明における予圧は、静電吸着力とは逆向きの力であるが、完全に逆向きの力でなくともよい。静電吸着面から対象物９又は基板９０を離間させる方向の力であればよく、静電吸着面に対して斜めに作用する力の場合もある。尚、本願における静電吸着ステージの発明は、前述したような基板処理装置の他、基板の表面を検査する装置等に使用することが可能である。

１静電吸着ステージ
１１ステージ本体
１２誘電体ブロック
１３１吸着電極
１３２吸着電極
１４１吸着電源
１４２吸着電源
１５脱離機構
１５１昇降ピン
１５２ピン保持板
１５３ピン駆動部
１５４支持ピン
１５５コイルスプリング
１５６可動ヘッド
１７逆電界設定機構
１７１スイッチ回路
１７２スイッチ駆動部
１８１コイルスプリング
１８２可動ヘッド
２処理容器
３ステージ駆動部
４アーム
５ガス導入系
６ターゲット
７スパッタ電源
８磁石機構
９対象物
９０基板

Claims

処理容器と、
前記処理容器内にプロセスガスを導入するためのガス導入手段と、
前記処理容器内に被スパッタ面が露出するように設けられたターゲットと、
誘電体ブロックと該誘電体ブロック内に設けられた吸着電極と有し、基板を保持するための静電吸着ステージと、
該誘電体ブロックに静電吸着用の電界とは逆向きの電界を設定するための逆電界設定機構と、
静電吸着面から基板を離間させるために機械的な圧力を対象物に与えるための予圧機構と、
を具備し、
前記吸着電極への印加電圧を停止にした後、
前記予圧機構を作動して基板に機械的圧力を印加し、その後、前記逆電界設定機構により、該静電吸着用の電界とは逆向きの電界を前記静電吸着ブロックに与えるように構成されていることを特徴とするスパッタリング装置。