JP4416911B2

JP4416911B2 - 真空処理方法

Info

Publication number: JP4416911B2
Application number: JP2000104446A
Authority: JP
Inventors: 謙前平; 耕不破
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP2001077186A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空雰囲気内で基板を処理する真空処理方法の技術分野にかかり、特に、基板を静電吸着しながら処理する装置を用いた真空処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空装置内には静電吸着装置が広く使用されており、静電吸着装置上に載置された基板を静電吸着し、真空雰囲気中でスパッタリングやＣＶＤなどの処理がなされている。
【０００３】
静電吸着装置の一例を図５(ａ)の符号１２０に示す。この静電吸着装置１２０は、円板状の静電チャックプレート１０４を有している。静電チャックプレート１０４は、円板状の誘電体１１１と、誘電体１１１内に設けられたチャック電極１０５、１０６から構成されている。
【０００４】
かかる構成の静電吸着装置１２０を用いてシリコン等からなる半導体基板を真空処理するには、予め真空槽内を真空雰囲気にした状態で、未処理の基板１３０を静電チャックプレート１０４上に載置し、チャック電極１０５、１０６に電圧を印加する。すると、互いに接する静電チャックプレート１０４の表面と基板１３０の表面とに、それぞれ極性の異なる電荷が発生し、これらの電荷が引き合う力(誘電分極現象)により、図５(ａ)に示すように基板１３０が静電チャックプレート１０４上に静電吸着される。この状態で基板１３０にＣＶＤ等の真空処理をし、処理が終了したらチャック電極１０５、１０６への電圧印加を停止すると、基板１３０の静電吸着状態が解除される。
【０００５】
静電チャックプレート１０４には複数の小孔１０７、１０８が形成されており、基板１３０の静電吸着状態が解除されたら、小孔１０７、１０８を通してリフトピン１０９、１１０を上昇させる。リフトピン１０９、１１０が静電チャックプレート１０４の表面よりも突き出されると、図５(ｂ)に示すように基板１３０は静電チャックプレート１０４の表面から離れ、リフトピン１０９、１１０の上に乗る。
【０００６】
基板１３０が乗った状態でリフトピン１０９、１１０を上昇させると基板１３０が上昇する。基板１３０が充分上方に移動したら、リフトピン１０９、１１０上の基板１３０を、不図示の搬送系に移し替える。
【０００７】
従来では以上のようにして、静電チャックプレート１０４上に基板１３０を静電吸着しながら、基板１３０の真空処理をしていたが、静電吸着しながら真空処理をすると、静電吸着を解除しても、後に静電チャックプレート１０４と基板１３０との界面に残留電荷が残ることがある。
【０００８】
本発明の発明者等は、双極式の静電チャックを用い、８インチシリコンベアウエハを静電吸着させ、吸着時間と、吸着動作終了時の残留電荷量を測定した。双極式の静電チャックの一方の電極側の残留電荷量を図６の曲線(Ｄ)に示し、他方の電極側の残留電荷量を図６の曲線(Ｅ)に示す。これらの曲線(Ｄ)、(Ｅ)より、吸着時間に比例して残留電荷量は増えることがわかる。
【０００９】
また、同じ吸着時間でも、一方の電極と他方の電極の残留電荷量は同一ではなく、例えば４５分後では一方の電極の残留電荷量は曲線(Ｄ)より０．３μＣであるが、他方の電極の残留電荷量は曲線(Ｅ)より−０．５μＣとなっており、不均一になっていることが分かる。
【００１０】
このような残留電荷により、チャック電極１０５、１０６に電圧が印加されていない状態でも基板１３０が静電チャックプレート１０４上に静電吸着された状態になり、静電チャックプレート１０４上から基板１３０を着脱させるときに、基板１３０が跳ね上がり、図５(ｃ)に示すようにリフトピン１０９、１１０から滑り落ちたり、リフトピン１０９、１１０上で位置ずれしてしまうことがある。
【００１１】
そこで、基板１３０の静電吸着動作を終了したのちに、チャック電極に、吸着中とは逆極性の電圧を印加することにより、残留電荷を除去することが提案されている。
【００１２】
従来はプロセスに要する時間は数十秒程度と短時間であり、静電吸着時間も短時間であったため、基板と静電チャックとの界面に発生する電荷量も少なく、吸着動作終了後に、吸着中と逆極性の電圧をチャック電極に印加することで、残留電荷を容易に除去することが可能であった。
【００１３】
しかしながら、近年の半導体装置プロセスでは、例えば１０時間連続処理という長時間プロセスの要求があり、静電チャックで長時間連続吸着することが要求される。
【００１４】
このように長時間連続吸着をした場合には、吸着中に基板と静電チャックプレートとの間に蓄積される電荷量は非常に大きくなるため、吸着動作終了後に、吸着中と逆極性の電圧を各チャック電極に印加しても、短時間で、容易に残留電荷を完全に除去することができないという問題が生じていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の要求に応じるために創作されたものであり、その目的は、基板を静電吸着しながら真空処理をする際に、吸着力をある程度維持したまま、残留電荷を除去あるいは低減することが可能な真空処理方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、電極と、少なくとも前記電極上に配置された誘電体とを有する静電吸着装置を用い、前記誘電体上に処理対象物を載置した状態で、前記電極に電圧を印加することにより、前記処理対象物を前記静電吸着装置に静電吸着しながら、真空雰囲気中で前記処理対象物を加工処理する真空処理方法であって、前記処理対象物の加工処理を開始してから、前記加工処理が終了するまでの間に、前記電極に印加する電圧の極性を一回反転させることを特徴とする真空処理方法において、前記電極に電圧を印加し始めた時刻を基準とし、前記電極に印加する電圧の極性を反転させる時刻を反転時刻としたときに、前記処理対象物の処理を開始する前に、予め、前記静電吸着の終了時の残留電荷を最小にする反転時刻を求めておき、前記処理対象物の処理をする際に、前記求められた反転時刻で、前記電圧の極性を反転させることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の真空処理方法であって、前記加工処理でプラズマを形成する場合は、前記加工処理と同じパワーのプラズマを発生させて前記反転時刻を測定することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、基板処理中に、電極に印加する電圧の極性を少なくとも１回反転させ、処理開始前に電圧の極性を反転させる時刻を予め設定しており、設定された時刻で極性を反転させると、静電吸着終了時の残留電荷の量が最小になるようにしている。
【００１８】
このため、静電吸着終了時に残留電荷量が最小になるようにすることができ、リフトピンなどの基板昇降機構から基板が滑落しないようにすることができる。
一例として、印加する電圧の極性を１回反転させた場合における、チャック電極の電圧印加時間と、電極上の電荷量との関係を図３の曲線(Ｃ)に示す。ここでは電圧印加開始から時刻ｔ₁までは、正極性の電圧を印加し、時刻ｔ₁以降は負極性の電圧を印加するものとする。
【００１９】
曲線(Ｃ)に示すように、電荷量は時刻ｔ₁までは徐々に上昇する。１回反転させた場合には、同じ極性の電圧を印加し続ける時間が長くなり、基板と静電吸着装置との界面に生じる電荷量も増えるので、基板処理中に頻繁に極性を反転させる場合に比して、反転させる時刻ｔ₁における電荷量は多くなり、吸着力も大きくなる。
【００２０】
その後、徐々に下降し、電圧印加を終了させるころには残留電荷量はほとんど０になるので、静電吸着動作中には吸着力が低下しないようにしながら、静電吸着動作終了時の残留電荷量を低減することができる。
【００２１】
本発明の発明者等は、双極式の静電チャックで基板を静電吸着させ、各電極に印加する電圧の極性を５分ごとに反転させながら吸着時間と、吸着動作終了時の残留電荷量を測定してみた。双極式の静電チャックの一方の電極側の残留電荷量を図７の曲線(Ｆ)に示し、他方の電極側の残留電荷量を図７の曲線(Ｇ)に示す。曲線(Ｆ)、(Ｇ)より、電極に印加する電圧の極性を頻繁に反転させることにより、各電極の残留電荷量は低減されていることがわかる。
【００２２】
しかしながら、印加する電圧の極性を繰り返し反転させると、基板と静電チャックプレートとの界面に発生する電荷が少なくなり、吸着力が低下する場合もあり、実際のプロセスに用いる場合には、吸着力と反転回数の最適化が必要となる。特に裏面に付くダスト等を低減するため、吸着力を許容値ぎりぎりまで弱めたい場合には、この方法が効果的である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態で用いる真空処理装置の一例を図１の符号１に示す。この真空処理装置１は、スパッタリング装置であって、真空槽２を有している。真空槽２内の天井には真空槽２と絶縁された状態でターゲット３が配置されており、真空槽２内にはターゲット３と対向するように、静電吸着装置の一例である静電チャックプレート４が配置されている。
【００２４】
静電チャックプレート４は、円板状の誘電体１１と、誘電体１１の内部に、互いに離間して設けられた第１、第２のチャック電極５、６とから構成されている。静電チャックプレート４には複数の小孔７、８が設けられており、複数のリフトピン９、１０が小孔７、８を通って垂直方向に移動することができるようにされている。ここで静電チャックプレート４は、円板状のみには限定されない。例えば基板が四角なガラス板であれば、四角形の静電チャックプレートが適する。
【００２５】
真空槽２の外部にはコントローラ２１とＥＳＣ電源２２と直流電源２３とが設けられている。コントローラ２１はＥＳＣ電源２２と直流電源２３とにそれぞれ制御信号を出力できるようにされている。
【００２６】
ＥＳＣ電源２２は、制御信号に応じて、第１、第２のチャック電極５、６に電圧を印加することができるようにされ、直流電源２３は、制御信号に応じて、ターゲット３に直流電圧を印加できるようにされている。
【００２７】
上述の構成の真空処理装置１を用いて、スパッタリング法により、シリコン等からなる半導体基板の表面に薄膜を成膜するには、実際のスパッタリング処理をする前に、チャック電極５、６に印加する電圧の極性を反転させる時刻(以下反転時刻と称する。)を予め求めておく。ただし、予め求める場合は、プラズマによるセルフバイアス効果により基板にバイアスがかかり吸着力及び残留吸着力が変化するため、実際のプロセスに準じた状況で、電圧の極性反転時間を求める必要がある。よって実際のスパッタリングと同じパワーのプラズマを発生させた予備実験で印加時間の最適化を行う方がより好ましい。以下では、静電吸着開始から終了までの時間を６０分とし、電圧の極性反転は１回だけ行うものとする。
【００２８】
まず、不図示の排気系で真空槽２内を真空排気した状態にしておき、真空状態を維持した状態で基板３０を静電チャックプレート４上に予め載置しておく。この状態でコントローラ２１が電圧印加を開始する旨の制御信号を出力し、制御信号に応じてＥＳＣ電源２２が起動し、第１、第２のチャック電極５、６に正負の電圧をそれぞれ印加すると、基板３０が静電チャックプレート４上に静電吸着される。
【００２９】
静電吸着開始時刻から２５分経過したら、コントローラ２１が、電圧極性を反転させる旨の制御信号を出力する。ＥＳＣ電源２２は、制御信号に応じて第１、第２のチャック電極５、６に印加する電圧の極性をそれぞれ反転させる。反転時刻から３５分が経過したら、コントローラ２１は電圧印加を中止する旨の制御信号を出力し、その制御信号に応じてＥＳＣ電源２２は電圧の印加を終了し、静電吸着状態を解除する。
【００３０】
静電吸着状態が解除されたら、第１、第２のチャック電極５、６の残留電荷量を測定する。測定が終了したら、基板３０を真空槽２外へ搬出し、新たなダミーの基板３０と交換する。その後、反転時刻のみを変えて、再び残留電荷の測定を複数回行う。こうしてなされた残留電荷の測定結果を図２の曲線(Ａ)、(Ｂ)にそれぞれ示す。
【００３１】
図２において、横軸は、チャック電極に印加する電圧の極性を切り換えるタイミングを示しており、「６０＆０」は極性を反転しない場合を示している。また「２５＆３５」は電圧印加開始後２５分経過した反転時刻で極性を反転させ、反転時刻から３５分経過後に電圧印加を終了することを示している。同様にして、「４０＆２０」、「３６＆２４」、「３５＆２５」、「３０＆３０」は、電圧印加開始後、４０分、３６分、３５分、３０分経過したら極性を反転させる場合をそれぞれ示している。
【００３２】
曲線(Ａ)、曲線(Ｂ)より、「３５＆２５」の場合、すなわち３５分で極性を反転させ、その後２５分経過したときに、残留電荷量が最小になっていることがわかる。
【００３３】
以上のようにして、残留電荷量が最小になる反転時刻を求めたら、その反転時刻をコントローラ２１に設定しておく。
引き続いて、実際のスパッタリング処理に移行する。
【００３４】
スパッタリング法により、複数の基板に連続的に成膜処理をする場合には、まず処理済みの基板を、未処理の基板３０と交換し、静電チャックプレート４上に載置する。その状態を図１に示す。
【００３５】
この状態でコントローラ２１が、電圧印加を開始する旨の制御信号を出力するとＥＳＣ電源２２が起動し、第１、第２のチャック電極５、６に正負の電圧がそれぞれ印加されることにより、基板３０が静電チャックプレート４上に静電吸着される。
【００３６】
その状態で、図示しないガス導入系が所定のガスを導入し、直流電源２３を起動してターゲット３に直流電圧を印加する。するとターゲット３がスパッタリングされ、基板３０表面に薄膜が成膜される。
【００３７】
基板３０の静電吸着が開始されてから３５分が経過したら、コントローラ２１は極性を反転させる旨の制御信号をＥＳＣ電源２２に出力する。この制御信号に応じて、ＥＳＣ電源２２は第１、第２のチャック電極５、６にそれぞれ印加する電圧の極性を反転させる。
【００３８】
極性を反転させた後、２５分が経過したら、コントローラ２１はガスの導入を停止して成膜処理を終了させるとともに、電圧印加を終了させる旨の制御信号をＥＳＣ電源２２に出力し、この制御信号に応じてＥＳＣ電源２２が第１、第２のチャック電極５、６への電圧印加を停止する。
【００３９】
第１、第２のチャック電極５、６への電圧印加を停止すると、基板３０の静電吸着状態が解除される。この状態でリフトピン９、１０を上昇させ、リフトピン９、１０が静電チャックプレート４の表面よりも突き出すと、基板３０は静電チャックプレート４の表面から離れ、リフトピン９、１０の上に乗る。
【００４０】
このとき、本実施形態では、予め残留電荷が最小になるような反転時刻を求めておき、この反転時刻でチャック電極５、６に印加する電圧の極性を反転させているので、電圧の印加を停止した後に、残留電荷による静電吸着力が基板３０と静電チャックプレート４との間に残らない。従って、リフトピン９、１０をその後上昇させても、基板３０が跳ね上がってリフトピン９、１０から滑落したり、リフトピン９、１０上で位置ずれしたりすることもない。
【００４１】
基板３０が充分上方に移動したら、搬送ロボットを搬送口２５から導入し、基板３０の下方に配置させる。この状態でリフトピン９、１０を下降させると、基板３０は搬送ロボット上に載置される。
【００４２】
さらにリフトピン９、１０を下降させ、搬送ロボットを搬送口２５から水平方向に移動させると、成膜済みの基板３０が搬送口２５から真空槽２外へと取り出される。以上のようにして、基板３０表面に薄膜を成膜することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、真空処理装置をスパッタリング装置として説明しているが、本発明はこれに限らず、例えばＣＶＤ装置などの静電チャックを具備する全ての装置に搭載可能である。
【００４４】
また、極性を１回だけ反転するものとしているが、本発明はこれに限らず、吸着力が許容値以内におさまる範囲内であれば、極性反転する回数は、１回でなくともよい。
【００４５】
さらに、本実施形態では、静電吸着動作をする時間を６０分としているが、本発明はこれに限らず、静電吸着動作をする時間を６０分以上の長時間としてもよいし、６０分以下の短時間としてもよい。また、電圧印加開始後３５分経過したときにチャック電極５、６に印加する電圧の極性を反転させているが、本発明はこれに限られるものではない。プラズマパワー及びプロセス条件及び基板の種類等により、最適な条件は異なるからである。
【００４６】
なお、上述した実施形態では、静電吸着装置として、シリコン等からなる半導体基板を静電吸着する静電チャックプレート４を用いたが、本発明はこれに限らず、静電吸着装置として、ガラス等の絶縁性基板を静電吸着する静電吸着装置を用いてもよい。
【００４７】
以下で、ガラス等の絶縁性基板を静電吸着可能な静電吸着装置について説明する。かかる静電吸着装置の第一例の吸着装置５１の模式的な断面図を図４(ａ)に示す。この静電吸着装置５１では、第１、第２の電極６１、６２は絶縁体６９上に形成されており、電極表面は絶縁体表面よりも高くなっている。
【００４８】
同図(ｂ)〜(ｄ)に、第二例〜第四例の静電吸着装置５２〜５４の断面図を示す。
第二例〜第四例の静電吸着装置５２〜５４は、金属板７８、８８、９８をそれぞれ有している。
【００４９】
各金属板７８、８８、９８上には、絶縁体７９、８９、９９が配置されており、これらの絶縁体７９、８９、９９表面には、底部が金属板７８、８８に達しないように凹部７６、８６、９６が形成されている。
【００５０】
各絶縁体７９、８９、９９の凹部７６、８６、９６には、第１、第２の電極７１、７２、８１、８２、９１、９２が互いに絶縁した状態で配置されている。第１、第２の電極７１、７２、８１、８２、９１、９２の下端部は、各凹部７６、８６、９６の底面上に配置されている。
同図(ｂ)の第二例の静電吸着装置５２では、第１、第２の電極７１、７２の上端部は絶縁体７９上から突き出されている。
【００５１】
この第二例の静電吸着装置５２では、第一例の静電吸着装置５１と同様に、静電吸着装置５２上に基板を配置すると、基板裏面は第１、第２の電極７１、７２の上端部分と接触すると共に基板裏面と絶縁体７９の間には隙間が形成される。
【００５２】
同図(ｃ)の第三例の静電吸着装置５３では、第１、第２の電極８１、８２の上端部は、第１、第２の絶縁体８９表面と同じ高さに形成されている。即ち、絶縁体８９表面と第１、第２の電極８１、８２の上端部分は面一に形成されている。この静電吸着装置５３上に基板を配置した場合、基板裏面は第１、第２の電極８１、８２と絶縁体８９表面に接触する。
【００５３】
これら第一例〜第三例の静電吸着装置５１〜５３では、上述したように、ともに基板が配置された状態で、基板裏面が第１、第２の電極６１、６２、７１、７２、８１、８２の先端に接触するが、基板がガラス等の絶縁性基板であるため、基板を介して第１、第２の電極６１、６２、７１、７２、８１、８２間が短絡することはなく、それぞれ第１、第２の電極６１、６２、７１、７２、８１、８２間に電界が発生するので、基板を静電吸着することができる。
【００５４】
同図(ｄ)の第四例の静電吸着装置５４では、第１、第２の電極９１、９２の上端部は、絶縁基板９９表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極９１、９２の上端部分は凹部９６内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極９１、９２間には、絶縁基板９９の表面部分で構成された突部９７が形成されている。
【００５５】
この静電吸着装置５４では、その表面に基板を配置すると基板裏面は突部９７の上端部分と接触するが、第１、第２の電極９１、９２とは接触しないようになっている。
【００５６】
従って、第１、第２の電極９１、９２が短絡せず、基板を静電吸着することができ、また、基板が比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極９１、９２と接触しないため、第一例〜第三例の静電吸着装置５１〜５３に比して、第１、第２の電極９１、９２の寿命が長くなる。
【００５７】
寿命を長くする他の方法として、第一例〜第四例の静電吸着装置５１〜５４の最表面に絶縁性の膜を保護膜として被覆してもよい。その際の保護膜の厚さは、吸着力を低下させないために５００μｍ以下が望ましい。
【００５８】
このような静電吸着装置５１〜５４を用いて、ガラス等の絶縁性基板を静電吸着した場合であっても、半導体基板を静電吸着した場合と同様に、残留電荷量を最小にすることができる。
【００５９】
【発明の効果】
吸着力をそれほど低下させることなく、残留電荷量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の真空処理装置方法に用いられる真空処理装置の構成を説明する図
【図２】本発明の一実施形態の真空処理方法において、極性を反転させるタイミングと残留電荷量との関係を説明するグラフ
【図３】チャック電極に、正極性の電圧を印加した後に、負極性の電圧を印加する場合の、電圧印加時間と電荷量との関係を説明するグラフ
【図４】(ａ)：本発明に用いられ、絶縁性基板が吸着可能な静電吸着装置の第一例を説明する断面図
(ｂ)：本発明に用いられ、絶縁性基板が吸着可能な静電吸着装置の第二例を説明する断面図
(ｃ)：本発明に用いられ、絶縁性基板が吸着可能な静電吸着装置の第三例を説明する断面図
(ｄ)：本発明に用いられ、絶縁性基板が吸着可能な静電吸着装置の第四例を説明する断面図
【図５】(ａ)：静電チャックに基板が静電吸着している状態を説明する断面図
(ｂ)：静電チャックから基板が着脱する状態を説明する断面図
(ｃ)：静電チャックから基板が滑落する状態を説明する断面図
【図６】チャック電極に印加する電圧の極性を反転しない場合の、電圧印加時間と残留電荷量との関係を説明するグラフ
【図７】チャック電極に印加する電圧を頻繁に切り換える場合の、電圧印加時間と残留電荷量との関係を説明するグラフ
【符号の説明】
４……静電チャックプレート５、６……チャック電極９、１０……リフトピン３０……基板

Claims

電極と、少なくとも前記電極上に配置された誘電体とを有する静電吸着装置を用い、前記誘電体上に処理対象物を載置した状態で、前記電極に電圧を印加することにより、前記処理対象物を前記静電吸着装置に静電吸着しながら、真空雰囲気中で前記処理対象物を加工処理する真空処理方法であって、
前記処理対象物の加工処理を開始してから、前記加工処理が終了するまでの間に、前記電極に印加する電圧の極性を一回反転させることを特徴とする真空処理方法において、
前記電極に電圧を印加し始めた時刻を基準とし、前記電極に印加する電圧の極性を反転させる時刻を反転時刻としたときに、
前記処理対象物の処理を開始する前に、予め、前記静電吸着の終了時の残留電荷を最小にする反転時刻を求めておき、
前記処理対象物の処理をする際に、前記求められた反転時刻で、前記電圧の極性を反転させることを特徴とする真空処理方法。
前記加工処理でプラズマを形成する場合は、前記加工処理と同じパワーのプラズマを発生させて前記反転時刻を測定する請求項１記載の真空処理方法。