JPH11233600A

JPH11233600A - 静電吸着装置、及びその静電吸着装置を用いた真空処理装置

Info

Publication number: JPH11233600A
Application number: JP10136199A
Authority: JP
Inventors: Ken Maehira; 謙前平; Ko Fuwa; 耕不破
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】不均一な残留吸着力を生じない静電吸着装置、
及びその静電吸着装置を用いた真空処理装置を提供す
る。【解決手段】静電吸着装置２の吸着板１２の表面を凹凸
に形成し、その凸部９₁、９₂が吸着板１２内部の正負電
極１５、１６上に配置されるようにする。載置面１８上
に基板２０を載置したときに、基板２０の裏面と凸部９
₁、９₂の表面とが面接触し、凹部８の底面とは非接触の
状態で静電吸着される。凸部９₁、９₂表面と接触してい
る部分では、基板２０と電極間の距離は一定になるか
ら、凸部９₁、９₂上では静電吸着力は均一であり、残留
吸着力も均一になる。従って、多数の基板を処理する際
に、基板間の静電吸着力が等しくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空雰囲気内で被加
工物を吸着する静電吸着装置、及びその静電吸着装置を
用いた真空処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置や液晶装置等の製造
工程に於いて、基板上に絶縁膜や金属膜等を形成する工
程や、それらの薄膜をエッチングしたり、パターニング
する工程等、処理対象物の基板を真空槽内で吸着保持す
る必要がある。

【０００３】一般に、基板を吸着保持する装置には、圧
力差を利用する真空吸着装置が用いられているが、薄膜
形成工程やエッチング工程は真空雰囲気内で行われるた
め、真空吸着装置は使用できない。

【０００４】そこで従来より、図４に示すような静電吸
着装置１１０が用いられている。この静電吸着装置１１
０は、耐熱性の絶縁材料(セラミックス)で構成された吸
着板１１２を有しており、その内部底面側には、図示し
ない抵抗加熱ヒータが設けられている。また、吸着板１
１２内部の表面側には、導電性材料が平板状に成形され
て成る電極１１５、１１６が、少なくとも２個以上設け
られている。

【０００５】吸着板１１２の表面は平坦に成形され、そ
の部分で載置面１１８が構成されており、この静電吸着
装置１１０を予め真空槽内に配置しておき、基板１２０
を真空槽内に搬入し、載置面１１８上に載置すると、一
方の電極１１５と基板１２０との間、及び他方の電極１
１６と基板１２０との間にそれぞれコンデンサが形成さ
れる。

【０００６】各電極１１５、１１６は、電源１１３、１
１４にそれぞれ接続されており、それらの電源１１３、
１１４を起動し、一方の電極１１５に正電圧を印加し、
他方の電極１１６に負電圧を印加すると、基板１２０と
電極１１５、１１６の間に形成されたコンデンサが充電
され、電極１１５、１１６と基板１２０との間に生じる
クーロン力によって、基板１２０が吸着板１１２に静電
吸着される。

【０００７】基板１２０が吸着板１１２に静電吸着され
た状態では、基板１２０の裏面は載置面１１８に密着し
ており、吸着板１１２内部の抵抗加熱ヒータに通電する
と、熱伝導によって基板１２０が加熱され、基板１２０
を所望温度に昇温させることができる。

【０００８】しかしながら上記従来技術の静電吸着装置
１１０では、基板１２０を昇温させ、所定の真空処理を
行った後、電源１１３、１１４を停止させ、電極１１
５、１１６への印加電圧をゼロにしても、吸着板１１２
には残留吸着力が残存し、基板１２０が載置面１１８に
吸着されたままになってしまう。

【０００９】その状態で、基板１２０を載置面１１８上
から持ち上げようとすると、基板１２０が振動したり、
甚だしい場合には破損する等の問題がある。

【００１０】上記のような残留吸着力は、電極１１５、
１１６に対し、静電吸着時とは逆極性の電圧を印加すれ
ば消滅させることができるが、残留吸着力は、載置面１
１８内で不均一であるため、完全に除去することは困難
である。

【００１１】また、真空処理が終了した基板を取り去っ
た後、未処理の基板を載置し、静電吸着する場合には、
残留吸着力が静電吸着力にも影響を及ぼす。この場合、
残留吸着力が不均一であると、静電吸着力が不均一にな
ってしまい、その結果、吸着板１１２から基板への熱伝
導が不均一になり、薄膜形成速度やエッチング速度等が
ばらついてしまう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合に鑑みて創作されたもので、その目的は、不均
一な残留吸着力を生じない静電吸着装置、及びその静電
吸着装置を用いた真空処理装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、電気絶縁性の材料で構成さ
れ、内部に導電性材料で構成された電極が設けられた吸
着板を有し、前記吸着板表面に形成された載置面上に処
理対象物の基板を載置し、前記電極に電圧を印加する
と、前記基板を静電吸着できるように構成された静電吸
着装置であって、前記載置面は凹凸に形成され、その凸
部は、電極上に位置するように構成されたことを特徴と
する。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の静
電吸着装置であって、前記電極は、互いに絶縁された正
電極と負電極とを有することを特徴とする。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載の静
電吸着装置であって、前記正電極の前記凸部に対面する
面積と、前記負電極の前記凸部に対面する面積とは、互
いに略等しくされたことを特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項２又は請求
項３のいずれか１項記載の静電吸着装置であって、前記
正電極上の前記凸部の上端の面積と、前記負電極上の前
記凸部上端の面積とは、互いに略等しくされたことを特
徴とする。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれか１項記載の静電吸着装置であって、前記
載置面の凹部内に熱媒体ガスを流せるように構成された
ことを特徴とする。

【００１８】請求項６記載の発明は、真空処理装置であ
って、真空槽内に、請求項１乃至請求項５のいずれか１
項記載の静電吸着装置が配置され、前記静電吸着装置上
に配置された処理対象物を静電吸着し、真空雰囲気内で
処理できるように構成されたことを特徴とする。

【００１９】本発明は上記のように構成されており、処
理対象物が載置される載置面は凹凸に形成されており、
載置面の凸部表面と基板の裏面とは面接触しており、載
置面の凹部底面は、基板の裏面とは非接触の状態にあ
る。

【００２０】電気絶縁性材料で構成された吸着板内に
は、グラファイト等の導電性材料が平板に形成された電
極が設けられており、載置面の凸部は、その電極上に位
置するように配置されている。この場合、電極と、その
凸部上の基板裏面との間には吸着板を構成する電気絶縁
性材料が存在し、その間の距離も短いので、凸部上の基
板と電極との間で形成されるコンデンサの容量は大きく
なっている。従って基板に働く吸着力が大きくなる。

【００２１】他方、電極と、凹部上の基板裏面との間は
電気絶縁性材料がなく、距離が大きいため、その間に形
成されるコンデンサの容量は非常に小さなものになり、
基板に働く吸着力は無視できるようになる。

【００２２】従来技術の静電吸着装置１１０では、載置
面１１８は平坦であり、電極１１５、１１６上の他、電
極１１５、１１６間にも電気絶縁性材料が配置されてい
るので、各電極１１５、１１６と基板１２０裏面の全領
域で、容量の大きいコンデンサが形成されるため、基板
の全面に大きな吸着力が働く。

【００２３】電極１１５、１１６と載置面１１８とが平
行である場合、電極１１５、１１６上方位置の載置面１
１８上の点Ａでは、電極１１５、１１６と基板１２０と
の距離Ｄ₁は一定値になるのに対し、電極１１５、１１
６間の上方位置の載置面１１８上の点Ｂでは、電極１１
５、１１６との距離Ｄ₂は場所によって異なる大きさに
なる。

【００２４】ところで、基板裏面の接触表面に残留する
電荷量Ｑ(ｔ)は、電極１１５、１１６と基板１２０の間
に形成されるコンデンサの容量をＣ、電極１１５、１１
６に電圧を印加したときのコンデンサの電荷量をＱ₀、
電荷が放出されるときの、放電経路中の電気絶縁性材料
の抵抗値をＲ、放出開始後の経過時間をｔとすると、次
式で表される。Ｑ(ｔ) ＝Ｑ₀・｛１−ｅｘｐ(−ｔ／ＲＣ)｝

【００２５】上式から分かるように、抵抗値Ｒが変わる
と、残留する電荷量Ｑ(ｔ)が変わり、その結果、残留吸
着力が変化する。ここで抵抗値Ｒは距離Ｄに比例するた
め、基板表面の吸着力は場所によって変化することにな
る。

【００２６】本発明では、載置面は凹凸に成形されてお
り、載置面上の基板は、凸部下方に位置する電極からク
ーロン力が及ぼされる。基板裏面の面内のうち、凸部と
接触した部分では、電極との距離は一定であり、従って
抵抗値Ｒは一定であるので、残留電荷量Ｑ(ｔ)や残留吸
着力も一定になる。

【００２７】他方、凹部上では、コンデンサの容量は非
常に小さいので、静電吸着力や残留吸着力は無視でき
る。従って、基板への残留吸着力は凸部表面の静電吸着
力で決まるので、残留吸着力の大きさにはばらつきが生
じない。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１を参照し、符号２は、本発明
の一例の真空処理装置であり、スパッタリング法によっ
て薄膜を形成するスパッタリング装置である。この真空
処理装置２は、真空槽２１を有しており、その天井側に
は、ターゲット２２が配置され、底壁側には、支持台２
３が設けられている。支持台２３上には、図２に示すよ
うな、本発明の一例の静電吸着装置１０が設けられてい
る。

【００２９】その静電吸着装置１０は、耐熱性の電気絶
縁性材料(セラミックス)から成る吸着板１２を有してお
り、該吸着板１２内部の底壁側には、図示しない抵抗加
熱ヒータが設けられている。また、吸着板１２内部の表
面近傍位置には、導電性材料が平板状に成形されて成る
正電極１５と負電極１６とが、互いに絶縁された状態
で、少なくとも２個設けられている。

【００３０】吸着板１２表面は凹凸に形成され、その部
分で載置面１８が構成されており、正電極１５の表面上
と負電極１６の表面上には、符号９₁、９₂で示す凸部が
それぞれ配置されている。従って、凸部９₁、９₂間には
凹部８が位置しており、凹部８の下方には、電極１５、
１６は配置されていない。

【００３１】各凸部９₁、９₂の表面７は平坦に形成され
ており、静電吸着装置１０が支持台２３上に水平に配置
された場合、正負電極１５、１６と凸部９₁、９₂の表面
７は水平になるように構成されている。その状態では、
各凸部９₁、９₂は、正負電極１５、１６の鉛直上方にそ
れぞれ位置している。

【００３２】このような真空処理装置２を用いて基板表
面に薄膜を形成する場合には、先ず、図示しない基板搬
送ロボットによって真空槽２１内に基板２０を搬入し、
昇降機構２５を動作させ、静電吸着装置１０に挿通され
た昇降軸２６を上昇させ、基板搬送ロボット上から昇降
軸２６先端に基板２０を移載する。

【００３３】次いで、昇降軸２６を降下させ、昇降軸２
６先端に乗せた基板２０を、載置面１８上に乗せる。

【００３４】載置面１８に形成された凸部９₁、９₂の表
面７は面一に形成されており、載置面１８上の基板２０
は、その裏面が凸部９₁、９₂の表面７と面接触した状態
で支持されている。従って、凹部８の底面は、基板２０
の裏面と非接触になっている。図１はその状態を示して
おり、載置面１８上に載置された基板２０は、ターゲッ
ト２２と対向配置されている。

【００３５】正負電極１５、１６には、電源１３、１４
がそれぞれ接続されており、各電源１３、１４を起動し
て、正電極１５に正電圧を印加し、負電極１６に負電圧
を印加すると、正負の電極１５、１６と基板２０との間
に形成されるコンデンサが充電され、それによって発生
するクーロン力で基板２０が載置面１８に静電吸着され
る。その場合、凸部９₁、９₂は正負電極１５、１６の上
方に位置しているから、基板２０裏面と正負の電極１
５、１６との間の距離(最小距離)は一定になっており、
従って、凸部９₁、９₂上の静電吸着力は一定である。

【００３６】次いで、吸着板１２内の抵抗加熱ヒータに
通電し、凸部９₁、９₂からの熱伝導によって基板２０を
加熱すると共に、真空槽２１内を図示しない真空排気系
によって真空排気する。基板２０が所定温度まで昇温
し、真空槽２１内が所定圧力に到達した後、ガスボンベ
２４からアルゴンガスを導入する。

【００３７】そして、スパッタリング電源２７を起動
し、ターゲット２２に電圧を印加し、ターゲット２２表
面近傍にアルゴンガスプラズマを発生させるとアルゴン
ガスプラズマがターゲット２２に入射し、表面からター
ゲット２２を構成する物質が飛び出す。その物質が基板
２０表面に付着すると薄膜が成長する。

【００３８】基板２０表面に薄膜が所定膜厚まで形成さ
れたところで、スパッタリング電源２７を停止させ、薄
膜成長を終了させる。次いで、抵抗加熱ヒータへの通電
を停止させ、吸着板１２内に冷却水を循環させ、基板２
０を冷却した後、電源１３、１４を停止させ、正負電極
１５、１６への印加電圧をゼロにし、静電吸着を解除す
る。

【００３９】各凸部９₁、９₂上では静電吸着力が一定で
あるから、静電吸着を解除した場合の残留吸着力は、各
凸部９₁、９₂上で一定になるので、その状態で、昇降機
構２５によって昇降軸２６を上昇させ、基板２０を載置
面１８から放す際に、基板２０の破損や落下が生じるこ
とない。

【００４０】昇降軸２６先端に乗せられた基板２０は、
図示しない基板搬送ロボットに移載した後、真空槽２１
外に搬出する。次いで、その基板搬送ロボットによって
未処理の基板を昇降軸２６上に乗せ、載置面１８上に載
置し、静電吸着して薄膜形成を続行する。

【００４１】この静電吸着装置１０では、静電吸着力が
均一であり、従って、残留吸着力も均一であるから、載
置面１８上に新しく載置された基板へ及ぼされる静電吸
着力も均一になり、従って、多数の基板を連続処理する
際に、各基板は、等しい静電吸着力で吸着され、同じ条
件で加熱される。

【００４２】次に、本発明の他の静電吸着装置３０を説
明する。図３の上側は平面図、下側はＡ−Ａ線截断面図
である。図３を参照し、この静電吸着装置３０は、上記
静電吸着装置１０と同様の基本構造となっており、絶縁
性材料で構成された吸着板４２内部に、正電極４５と負
電極４６とを有している。

【００４３】基板５０を載置する載置面４８には凹凸が
形成されており、その凸部３９₁、３９₂は、それぞれ正
電極４５と負電極４６上に配置され、凸部３９₁、３９₂
間に形成された凹部３８の下方には、正負電極４５、４
６のいずれも配置されないようになっている。このよう
な載置面４８上に基板５０を載置すると、その裏面は凸
部３９₁、３９₂の表面３７と面接触し、凹部３８底面と
は非接触の状態になる。

【００４４】吸着板４２内部の電極４５、４６の下方位
置には、抵抗加熱ヒータが設けられており、そして、こ
の静電吸着装置３０では、吸着板４２は、凹部３８内に
アルゴンガスや窒素ガス等の熱媒体ガスを導入できるよ
うに構成されている。

【００４５】正電極４５と負電極４６とは、吸着板４２
内で互いに絶縁されており、正電極４５は電源４３に接
続され、負電極４６は、電源４４に接続されており、従
って、正電極４５と負電極４６との間には所望の電圧を
印加することができるように構成されている。

【００４６】上記のような吸着板４２の載置面４８上に
基板５０を載置し、電源４３、４４を起動して電極４
５、４６に正負の電圧を印加すると、基板５０は載置面
４８上に静電吸着される。

【００４７】その状態で凹部３８内に熱媒体ガスを導入
し、抵抗加熱ヒータに通電すると、凹部３８内に充満す
る熱媒体ガスが加熱され、基板５０は、凸部３９₁、３
９₂からの熱伝導の他、熱媒体ガスを介した熱伝導によ
って加熱される。このように、この静電吸着装置３０で
は、基板５０裏面全体が加熱されるので、載置面４８に
凹凸を設けても、基板５０の加熱速度や熱制御性が悪化
しないようになっている。

【００４８】また、正電極４５の上部表面(凸部３９₁に
対面する表面)の面積と、負電極４６の上部表面(凸部３
９₂に対面する表面)の面積とは互いに略等しくなるよう
に構成されており、従って、正負電極４５、４６上で互
いに略等しい静電吸着力が発生し、不均一な残留吸着力
が生じないようになっている。更に、凸部３９₁、３９₂
の上端部分の面積は、正電極４５上と負電極４６上で互
いに略等しくなっており、従って、基板５０裏面と正負
電極４５、４６間で形成されるコンデンサの容量値は互
いに等しくなるため、基板５０に作用する残留吸着力は
一層均一化されている。

【００４９】以上説明した静電吸着装置１０、３０で
は、正電極１５、４５に正電圧を印加し、負電極１６、
４６に負電圧を印加したが、本発明はそれに限定される
ものではなく、いずれか一方の電極を接地電位に置き、
他方の電極に正又は負の電圧を印加してもよい。

【００５０】上記静電吸着装置１０、３０では、正電極
１５、４５と負電極１６、４６を１枚ずつ有していた
が、正負電極１５、４５、１６、４６のそれぞれを複数
枚に分割したものも本発明に含まれる。また、各電極１
５、４５、１６、４６のパターンには図示した以外にも
種々のものがあるが、それらも本発明に含まれる。

【００５１】上記静電吸着装置３０では、基板５０を静
電吸着したときに、熱媒体ガスが凹部内に充満するよう
にしたがが、熱媒体ガスは、希ガス等のガスであって真
空処理工程に影響を与えない種類のものであれば、凹部
の端部から真空槽内に流出するように構成してもよい。

【００５２】なお、上記真空処理装置２は、スパッタリ
ング装置であったが、真空蒸着装置やＣＶＤ装置等の薄
膜形成装置の他、エッチング装置等の真空雰囲気内で基
板を静電吸着する必要がある種々の真空処理装置を広く
含むものである。

【００５３】

【発明の効果】不均一な残留吸着力が発生しないので、
静電吸着装置上から基板を離し損なったり、基板が割れ
たりすることがない。静電吸着力に影響を与える残留吸
着力が均一なので、多数の基板を連続処理する際に、各
基板を等しい静電吸着力で保持することができる。従っ
て、基板間での真空処理結果にばらつきがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例の静電吸着装置と、その静電吸着
装置を使用した真空処理装置の一例

【図２】静電吸着装置を拡大した図

【図３】本発明の静電吸着装置の他の例

【図４】従来技術の静電吸着装置の例

【符号の説明】

２……真空処理装置７、３７……載置面８、３
８……凹部９₁、９₂、３９₁、３９₂……凸部１
０、３０……静電吸着装置１２、４２……吸着板
１５、１６、４５、４６……電極２１……真空槽

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性の材料で構成され、内部に導電
性材料で構成された電極が設けられた吸着板を有し、前記吸着板表面に形成された載置面上に処理対象物の基
板を載置し、前記電極に電圧を印加すると、前記基板を
静電吸着できるように構成された静電吸着装置であっ
て、前記載置面は凹凸に形成され、その凸部は、電極上に位
置するように構成されたことを特徴とする静電吸着装
置。
【請求項２】前記電極は、互いに絶縁された正電極と負
電極とを有することを特徴とする請求項１記載の静電吸
着装置。
【請求項３】前記正電極の前記凸部に対面する面積と、
前記負電極の前記凸部に対面する面積とは、互いに略等
しくされたことを特徴とする請求項２記載の静電吸着装
置。
【請求項４】前記正電極上の前記凸部の上端の面積と、
前記負電極上の前記凸部上端の面積とは、互いに略等し
くされたことを特徴とする請求項２又は請求項３のいず
れか１項記載の静電吸着装置。
【請求項５】前記載置面の凹部内に熱媒体ガスを流せる
ように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項
４のいずれか１項記載の静電吸着装置。
【請求項６】真空槽内に、請求項１乃至請求項５のいず
れか１項記載の静電吸着装置が配置され、前記静電吸着
装置上に配置された処理対象物を静電吸着し、真空雰囲
気内で処理できるように構成されたことを特徴とする真
空処理装置。