JP4330737B2

JP4330737B2 - Vacuum processing method

Info

Publication number: JP4330737B2
Application number: JP33224299A
Authority: JP
Inventors: 孝一玉川; 孝一中島; 森本　　直樹
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001152335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば真空処理槽内において処理対象物である基板を吸着保持するための静電チャックに関し、特に加熱冷却時の熱応力に起因する基板の割れを防止するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空中でシリコンウェハ等の基板上に成膜等の処理を行う装置においては、静電気力によって基板を吸着保持する静電チャックが広く用いられている。このような静電チャックとしては、成膜等の処理において基板を所定の温度に維持するため温度制御（加熱又は冷却）可能なホットプレートと一体的に構成されたものが知られている。
【０００３】
従来、このような静電チャック付のホットプレートにおいては、誘電体内に設けられた吸着電極に所定の電圧を印加することによって基板のほぼ全面を吸着保持するようにしているが、吸着保持後の基板の温度上昇又は温度降下が大きい（２５０℃以上）場合には、静電チャックによって束縛された基板が急激に熱膨張又は熱収縮しようとするため、基板に強い応力が発生して基板が割れてしまうという問題があった。
【０００４】
従来、この問題を解決する方法として、静電チャックによって基板を吸着保持せずに基板を加熱又は冷却し、基板に割れが生じない温度にまで基板の温度が上昇又は降下した後に吸着電極に電圧を印加して基板を吸着保持する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電チャックによって基板を吸着保持せずに基板を加熱又は冷却して基板に割れが生じない温度にまで基板の温度を上昇又は降下させる従来技術においては、基板とホットプレートとの間において熱が伝わりにくく、そのため、基板が所望の温度に達するまで必要以上に時間がかかってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、処理対象物に割れを生じさせることなく、しかも効率良く処理対象物を加熱及び冷却して処理可能な真空処理技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、請求項１に記載されているように、真空中で加熱冷却体に処理対象物を静電吸着させて該処理対象物を加熱冷却する工程を有する真空処理方法であって、前記加熱冷却体上に前記処理対象物を載置する一方、前記加熱冷却体に設けられた吸着電極に対して当該真空処理の際の印加電圧値より低い値の当初電圧を印加し、前記処理対象物の温度が前記真空処理を行う温度より低い所定の基準温度に到達するまでの間に、前記吸着電極に対する印加電圧の値を、前記当初電圧の値より高い、前記真空処理の際の前記印加電圧値まで増加させることを特徴とするものである。
本発明にあっては、まず、当該真空処理の際の印加電圧値より低く、例えば、処理対象物の熱膨張又は熱収縮を逃がす（吸収する）ことができる程度の比較的小さな電圧（当初電圧）を吸着電極に印加し、比較的小さな吸着力で処理対象物を加熱冷却体に吸着させることによって、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられるので、処理対象物に割れを生じさせることなく処理対象物を加熱又は冷却することができる。
しかも、本発明にあっては、静電チャックを働かせずに処理対象物を加熱又は冷却する従来技術の場合に比べ、処理対象物に対し熱が格段に効率よく伝わるため、処理対象物を迅速に加熱又は冷却することができる。
そして、処理対象物の温度が当該真空処理を行う温度より低い所定の基準温度に到達するまでの間に、吸着電極に印加する電圧を前記当初電圧の値より高い、前記真空処理の際の印加電圧値まで増加させることによって、短時間で処理対象物を前記真空処理を行う温度まで加熱又は冷却することができる。
本発明では、請求項２に記載されているように、前記基準温度が、前記真空処理を行う温度の５０〜８０％である場合にも効果的である。
すなわち、前記基準温度が、前記真空処理温度の５０〜８０％である場合には、加熱冷却体に対する必要な吸着力を確保しつつより確実に処理対象物の割れを防止することができる。
また、本発明では、請求項３記載の発明のように、前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を直線的に増加させることも効果的である。
さらに、本発明では、請求項４記載の発明のように、前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を段階的に増加させることも効果的である。
請求項３又は請求項４記載の発明によれば、比較的小さな電圧を吸着電極に印加している間は、比較的小さな吸着力で処理対象物を吸着するので、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられ、これにより処理対象物を所定の温度まで加熱又は冷却する間に蓄積される熱応力の総量を低く抑えることができ、処理対象物に割れを生じさせることがないというメリットがある。
さらにまた、本発明では、請求項５記載の発明のように、前記吸着電極にパルス状の電圧を印加することも効果的である。
請求項５記載の発明によれば、吸着電極への電圧印加オフ時は吸着力が減衰するので、電圧印加時に処理対象物に蓄積された熱応力を電圧印加オフ時に逃がすことができ、これにより処理対象物に割れを生じさせることがないというメリットがある。
さらにまた、本発明では、請求項６記載の発明のように、前記真空処理が、スパッタリングによる成膜である場合にも効果的である。
以上説明したように、本発明によれば、迅速に処理対象物を加熱及び冷却して効率良く処理を行いうる簡素な構成の真空処理装置を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に用いる真空処理装置の一実施の形態であるスパッタリング装置の概略構成を示す図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施の形態のスパッタリング装置１は、図示しない真空排気系に接続された真空処理槽２を有し、この真空処理槽２の上部に例えば金属からなるターゲット３が配設されている。
【００１０】
このターゲット３は、真空処理槽２の外部に設けられた直流電源４に接続され、この直流電源４によって負電圧に印加されるように構成されている。
【００１１】
一方、真空処理槽２の下部には、ターゲット３と対向するようにサセプタ５が設けられており、このサセプタ５の上部には、例えばシリコンウェハ等の基板（処理対象物）６を吸着保持するための静電チャック１０が固定されている。
【００１２】
静電チャック１０は、誘電体である例えばセラミックス材料を用いて円板形状に形成された静電チャックプレート１１を有し、この静電チャックプレート１１の内部には、抵抗発熱体からなるヒーター１２と、導電性材料からなる一対の双極型の吸着電極１３、１４が設けられている。
【００１３】
ここで、ヒーター１２は真空処理槽２の外部に配設されたヒーター電源１５に接続され、また、吸着電極１３、１４は、同様に真空処理槽２の外部に配設された静電チャック電源１６に接続されている。
【００１４】
この静電チャック電源１６には、上記一対の吸着電極１３、１４への印加電圧を逐次変化させる電圧制御回路１６ａと、印加電圧の極性を逆にして逆電圧を印加する逆電圧印加回路１６ｂとが設けられ、また、この静電チャック電源１６は、電圧印加終了時（チャックオフ時）において吸着電極１３、１４を直ちに接地させるように構成されている。
【００１５】
なお、静電チャックプレート１１内には、例えば水等の冷却媒体を循環させることによって静電チャックプレート１１を冷却できるように構成され（図示せず）、これにより静電チャック１０は加熱冷却体又は加熱冷却装置としての機能を有している。
【００１６】
このような構成を有する本実施の形態においては、まず、真空処理槽２を真空排気して予め真空状態にしておくとともに、ヒーター１２に通電して静電チャックプレート１１を所定の温度に加熱した状態で、真空処理槽２内に基板６を搬入する。そして、図示しない昇降機構によって基板６を静電チャックプレート１１上の所定の位置に載置する。
【００１７】
次に、静電チャック電源１６を起動し、一対の吸着電極１３、１４に対してそれぞれ正負の電圧を印加して静電吸着力を発生させ、基板６を静電チャックプレート１１の表面に密着させる。これにより、基板６は静電チャックプレート１１からの熱伝導によって加熱される。
【００１８】
本発明の場合は、電圧印加当初において、基板６の温度が以後の温度上昇では割れが生じない所定の温度に到達するまで、吸着電極１３、１４に印加する電圧を基板６の熱膨張又は熱収縮を吸収できる程度の比較的小さな値に設定する。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施の形態を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフである。
【００２０】
図２に示すように、本実施の形態においては、基板６の温度が所定の基準温度Ｔ₁に到達するまで、吸着電極１３、１４に対する印加電圧の値を直線的に増加させ、これにより当該印加電圧が累積的に増加するようにする。
【００２１】
この場合、基準温度Ｔ₁は、スパッタリングの際における基板６の加熱温度Ｔ₂の５０〜８０％とすることが好ましく、より好ましくは、６０〜７０％である。
【００２２】
そして、印加電圧を所定の高い電圧値Ｖ₁に設定して保持させる。これにより、基板６の温度は、短時間で所定の加熱温度Ｔ₂まで上昇する。
【００２３】
本実施の形態によれば、それ以後の温度上昇又は温度降下では基板６の割れが生じない基準温度Ｔ₁へ基板６の温度が到達するまでの間において、吸着電極１３、１４に対する印加電圧の値を直線的に増加させて比較的小さな吸着力で基板６を吸着させることから、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられ、基板６に割れを生じさせることがない。
【００２４】
その一方、本実施の形態の場合は、ある程度の吸着力で基板６を静電チャックプレート１１に吸着させているので、従来技術に比べて基板６に対し熱を効率良く伝えることができる。
【００２５】
その結果、本実施の形態によれば、基板６を静電チャックプレート１１上に載置した後、短時間で所定の温度Ｔ₁まで上昇させることができ、さらに、その後は所定の高い電圧値Ｖ₁を印加することによって迅速に基板６を加熱温度Ｔ₂まで昇温させることができるので、スパッタリングを開始するまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００２６】
特に本実施の形態の場合は、基板６の温度が所定の基準温度Ｔ₁に到達するまで、吸着電極１３、１４に対する印加電圧の値を直線的に増加させることによって、比較的小さな電圧を吸着電極１３、１４に印加している間は、比較的小さな吸着力で基板６を吸着するので、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられ、これにより基板６を所定の温度まで加熱又は冷却する間に蓄積させる熱応力の総量を低く抑えることができ、基板６に割れを生じさせることがないというメリットがある。
【００２７】
その後、真空処理槽２内に例えばアルゴンガス等のスパッタリングガスを導入し、直流電源４を起動してターゲット３に負電圧を印加すると、真空処理槽２内にプラズマが生成され、ターゲット３の表面においてスパッタリングが行われる。
【００２８】
そして、基板６の表面に所定の厚さの薄膜が形成された後に直流電源４を停止させ、プラズマを消滅させる。
【００２９】
さらに、静電チャック電源１６を停止させ、吸着電極１３、１４への電圧印加を終了させる。このとき、静電チャック電源１６を介して吸着電極１３、１４を接地させ、基板６と各吸着電極１３、１４の間に蓄積された電荷を放出させる。
【００３０】
しかし、各吸着電極１３、１４を接地させただけでは、静電吸着時に発生した電荷は完全には消滅せず、残留電荷として残ってしまう。
【００３１】
そこで、本実施の形態においては、静電チャック電源１６を再起動し、図１及び２に示すように、静電チャック電源１６の逆電圧印加回路１６ｂから上述した静電吸着時とは逆極性の電圧を、各吸着電極１３、１４に対して所定時間印加する。
【００３２】
この逆極性の電圧の印加により、上述した残留電荷と逆極性の電荷が基板６と各吸着電極１３、１４の間に発生し、正負の電荷が相殺されるため、基板６と各吸着電極１３、１４の間に蓄積された電荷が短時間で減少し、これに伴い静電チャック１０の残留吸着力が減少する。
【００３３】
その後、静電チャック電源１６を再び停止させる。本実施の形態の場合は、上述したように静電チャック１０の残留吸着力が減少しているので、図示しない昇降機構によって基板６を静電チャックプレート１１から容易に離脱させることができる。
【００３４】
このように、本実施の形態のスパッタリング装置１によれば、簡素な構成で成膜処理のスループットを向上させることができる。
【００３５】
図３（ａ）（ｂ）は、本発明の第２及び第３の実施の形態を示すもので、静電チャックの吸着電極に対する印加電圧のパターンの他の例を示すグラフである。
【００３６】
本発明においては、図３（ａ）に示すように、基板６の温度が基準温度Ｔ₁に到達するまでの間において、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を段階的に増加させることによって、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を徐々に増加させることもできる。
【００３７】
本実施の形態によれば、上述の実施の形態と同様に、基板６を静電チャックプレート１１上に載置した後、迅速に基板６を加熱温度Ｔ₂まで昇温させることができることに加え、比較的小さな電圧を吸着電極１３、１４に印加している間は、比較的小さな吸着力で基板６を吸着するので、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられるため、基板６を所定の温度まで加熱又は冷却する間に蓄積させる熱応力の総量を低く抑えることができ、基板６に割れを生じさせることがないというメリットがある。
【００３８】
また、本発明においては、図３（ｂ）に示すように、基板６の温度が基準温度Ｔ₁に到達するまでの間において、各吸着電極１３、１４にパルス状の電圧を印加することによって、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を徐々に増加させることもできる。
【００３９】
本実施の形態によれば、上述の実施の形態と同様に、基板６を静電チャックプレート１１上に載置した後、迅速に基板６を加熱温度Ｔ₂まで昇温させることができることに加え、吸着電極１３、１４への電圧印加オフ時は吸着力が減衰するので、電圧印加時に基板６に蓄積された熱応力を電圧印加オフ時に逃がすことができ、これにより基板６に割れを生じさせることがないというメリットがある。
その他の構成及び作用効果については上記実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４０】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、処理対象物を加熱する際に吸着電極に対する印加電圧を累積的に増加させるようにしたが、本発明はこれに限られず、所定の温度差をもって処理対象物を冷却する場合にも適用することができる。
【００４１】
また、上述の実施の形態においては、スパッタリング装置（方法）に例をとって説明したが、本発明はこれに限られず、静電チャック機構を用いるすべての装置（方法）に適用しうるものである。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに詳細に説明する。
＜実施例１＞
図１に示す静電チャック１０を用い、基板６として８インチサイズの室温のシリコンウェハを本発明の方法によって５００℃に昇温させ、スパッタリングによりＡｌ膜を形成した後に基板６を静電チャックプレート１１から離脱させた。この場合の吸着電極１３、１４への印加電圧とシリコンウェハの温度変化を図４に示す。
【００４３】
まず、５００℃以上に加熱された静電チャックプレート１１上に室温のシリコンウェハを設置し、吸着電極１３、１４に正負の電圧を印加して静電吸着力を発生させ、シリコンウェハを静電チャックプレート１１に吸着させて昇温させた。
【００４４】
この場合の印加電圧は、印加開始から１５秒まで連続して直線的に上昇させ（図中部分ａ）、１５秒経過後からは一定値に保持した。
【００４５】
図４に示すように、印加開始から１５秒後には、シリコンウェハの温度は３５０℃に達しており、印加電圧を一定値に保持してから１０秒経過後（印加開始から２５秒経過後）には、シリコンウェハの温度は５００℃の一定温度になった。
【００４６】
次いで、真空処理槽２内にアルゴンガスを導入し、直流電源４を起動してターゲット３に所定の負電圧を印加してシリコンウェハの表面にＡｌ膜の成膜を６０秒間行った後、直流電源４を停止させた。
【００４７】
次に、静電チャック電源１６を一旦停止させ、吸着電極１３、１４への電圧印加を終了させた後、静電チャック電源１６を再起動し、前記静電吸着時とは逆極性で絶対値が等しい電圧を２秒間印加し、その後、静電チャック電源１６を再び停止させた。
【００４８】
さらに、静電チャック電源１６の再停止から５秒後に、図示しない昇降機構によってシリコンウェハを静電チャックプレート１１から離脱させた。
【００４９】
以上の加熱試験を繰り返し行ったところ、シリコンウェハに割れは全く生じなかった。
【００５０】
＜実施例２＞
基板６の温度が３５０℃に到達するまでの間（１５秒間）において、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を段階的に増加させた（図３（ａ）参照）他は実施例１と同様の方法によってスパッタリングを行った。
【００５１】
本実施例においても、シリコンウェハの温度上昇は実施例１の場合とほぼ同一であった。また、シリコンウェハの割れも全く生じなかった。
【００５２】
＜比較例１＞
図１に示すスパッタリング装置１を用い、５００℃以上に加熱された静電チャックプレート１１上に実施例と同一のシリコンウェハを設置し、実施例１における最大電圧Ｖ₁と同一の電圧を設置後直ちに吸着電極１３、１４に印加してシリコンウェハを５００℃に昇温させた。この場合の吸着電極１３、１４への印加電圧とシリコンウェハの温度変化を図４に示す。
【００５３】
図５に示すように、この場合は、電圧印加開始から２０秒後には、５００℃の一定温度になった。その結果、比較例１の場合は、加熱試験を行ったうちの半数以上のシリコンウェハに割れが生じた。
【００５４】
次に、上記実施例と同一の条件でシリコンウェハの表面にＡｌ膜の成膜を６０秒間行った後、静電チャック電源１６を停止させ、この停止から７秒後に、図示しない昇降機構によってシリコンウェハを静電チャックプレート１１から離脱させた。その結果、離脱試験を行ったうちの１５％のシリコンウェハに割れが生じた。
【００５５】
＜比較例２＞
図１に示すスパッタリング装置１を用い、５００℃以上に加熱された静電チャックプレート１１上に実施例と同一のシリコンウェハを設置し、各吸着電極１３、１４に電圧を印加せずにシリコンウェハを昇温させた。この場合のシリコンウェハの温度上昇を図６に示す。
【００５６】
図６に示すように、比較例２の場合は、シリコンウェハの温度が２５０℃に達するまでに約１８０秒の時間を要した。
【００５７】
次に、実施例１における最大電圧Ｖ₁と同一の電圧を吸着電極１３、１４に印加してシリコンウェハを５００℃に昇温させた。その結果、シリコンウェハに割れは全く生じなかった。
【００５８】
さらに、上記実施例と同一の条件でシリコンウェハの表面にＡｌ膜の成膜を６０秒間行った後、静電チャック電源１６を停止させ、各吸着電極１３、１４への電圧印加を終了させた。
【００５９】
この状態でシリコンウェハを静電チャックプレート１１上に６０秒間保持した後に、図示しない昇降機構によってシリコンウェハを静電チャックプレート１１から離脱させた。その結果、離脱試験を行ったうちの５％のシリコンウェハに割れが生じた。
【００６０】
以上の実施例及び比較例から理解されるように、本発明によれば、基板６に割れを生じさせることなく、基板６を迅速に加熱し又は静電チャックプレート１１から離脱できることが明らかになった。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、処理対象物に割れを生じさせることなく処理対象物を迅速に加熱又は冷却することができる。
したがって、本発明によれば、効率良く真空処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる真空処理装置の一実施の形態であるスパッタリング装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【図３】（ａ）：本発明の第２の実施の形態を示すもので、静電チャックの吸着電極に対する印加電圧のパターンの他の例を示すグラフ
（ｂ）：本発明の第３の実施の形態を示すもので、静電チャックの吸着電極に対する印加電圧のパターンのさらに他の例を示すグラフ
【図４】本発明の実施例１の結果を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【図５】本発明の比較例１の結果を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【図６】本発明の比較例２の結果を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１…スパッタリング装置２…真空処理槽６…基板（処理対象物）１０…静電チャック（加熱冷却体）１１…静電チャックプレート１２…ヒーター１３、１４…吸着電極１６…静電チャック電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic chuck for attracting and holding a substrate, which is a processing object, for example, in a vacuum processing tank, and more particularly to a technique for preventing cracking of a substrate due to thermal stress during heating and cooling. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an apparatus that performs a process such as film formation on a substrate such as a silicon wafer in a vacuum, an electrostatic chuck that attracts and holds the substrate by electrostatic force has been widely used. As such an electrostatic chuck, one that is integrally formed with a hot plate capable of temperature control (heating or cooling) in order to maintain the substrate at a predetermined temperature in processing such as film formation is known.
[0003]
Conventionally, in such a hot plate with an electrostatic chuck, a predetermined voltage is applied to an adsorption electrode provided in a dielectric body so as to adsorb and hold almost the entire surface of the substrate. When the temperature rise or temperature drop of the substrate is large (250 ° C. or more), the substrate constrained by the electrostatic chuck tends to undergo thermal expansion or contraction rapidly, causing strong stress on the substrate and causing the substrate to crack. There was a problem that.
[0004]
Conventionally, as a method for solving this problem, a substrate is heated or cooled without attracting and holding the substrate by an electrostatic chuck, and a voltage is applied to the attracting electrode after the temperature of the substrate rises or falls to a temperature at which the substrate does not crack. There has been proposed a method for adsorbing and holding a substrate by applying a voltage.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art in which the temperature of the substrate is increased or decreased to a temperature at which the substrate is not cracked by heating or cooling the substrate without attracting and holding the substrate by the electrostatic chuck, between the substrate and the hot plate There is a problem that it is difficult for heat to be transmitted, and it takes more time than necessary until the substrate reaches a desired temperature.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the conventional technology, and is capable of processing a target object by heating and cooling efficiently without causing cracks in the target object. The purpose is to provide technology .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, which has been made to achieve the above object, comprises the step of electrostatically adsorbing a processing object on a heating / cooling body in a vacuum to heat and cool the processing object as described in claim 1. A vacuum processing method comprising: placing the object to be processed on the heating / cooling body, while lowering an applied voltage of the suction electrode provided on the heating / cooling body than an applied voltage value in the vacuum processing The initial voltage is applied, and the value of the applied voltage to the adsorption electrode is higher than the initial voltage value until the temperature of the processing object reaches a predetermined reference temperature lower than the temperature at which the vacuum processing is performed. , and is characterized in Rukoto is increased to the voltage value applied during the vacuum process.
In the present invention, first, a relatively small voltage (initial voltage ) which is lower than the applied voltage value at the time of the vacuum processing, for example, can escape (absorb) thermal expansion or thermal contraction of the processing object. ) Is applied to the adsorption electrode and the object to be treated is adsorbed to the heating / cooling body with a relatively small adsorption force, so that the thermal stress caused by thermal expansion or contraction can be kept small, resulting in cracks in the object to be treated. the processing object may be pressurized heat or cooling without.
In addition, in the present invention, heat is transferred to the processing object much more efficiently than in the case of the prior art in which the processing object is heated or cooled without using the electrostatic chuck. Can be heated or cooled.
Then, until the temperature of the processing object reaches a predetermined reference temperature lower than the temperature at which the vacuum processing, higher than the value of the initial voltage the voltage applied to the adsorption electrode, applied during the vacuum treatment By increasing the voltage value , the object to be processed can be heated or cooled to a temperature at which the vacuum processing is performed in a short time.
In the present invention, as described in claim 2, it is also effective when the reference temperature is 50 to 80% of the temperature at which the vacuum treatment is performed.
That is, when the reference temperature is 50 to 80% of the vacuum processing temperature, it is possible to more reliably prevent the processing object from cracking while ensuring the necessary adsorption force for the heating and cooling body.
In the present invention, as in the invention of claim 3, it is also effective to linearly increase the value of the voltage applied to the adsorption electrode.
Furthermore, in the present invention, as in the invention of claim 4, it is also effective to increase the value of the voltage applied to the suction electrode stages.
According to the invention of claim 3 or claim 4, while the relatively small voltage is applied to the adsorption electrode, the object to be treated is adsorbed with a relatively small adsorption force. It is possible to suppress the thermal stress to be small, and thereby to suppress the total amount of thermal stress accumulated during heating or cooling of the processing target to a predetermined temperature, and to prevent the processing target from being cracked. There are benefits.
Furthermore, in the present invention, as in the invention of claim 5, wherein, it is also effective to apply a pulse voltage to the adsorption electrode.
According to the fifth aspect of the present invention, the adsorption force is attenuated when the voltage application to the adsorption electrode is turned off, so that the thermal stress accumulated in the processing object at the time of voltage application can be released when the voltage application is turned off. There is a merit that the processing object is not cracked.
Furthermore, the present invention is also effective when the vacuum treatment is film formation by sputtering, as in the sixth aspect of the present invention.
As described above , according to the present invention, it is possible to obtain a vacuum processing apparatus having a simple configuration capable of efficiently processing by heating and cooling a processing object quickly.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present onset Ming preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is a diagram showing a schematic configuration of a sputtering apparatus which is an embodiment of a vacuum processing apparatus Ru used in the present invention.
[0009]
As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus 1 of the present embodiment has a vacuum processing tank 2 connected to an evacuation system (not shown), and a target 3 made of metal, for example, is disposed on the vacuum processing tank 2. It is installed.
[0010]
The target 3 is connected to a DC power source 4 provided outside the vacuum processing tank 2 and is configured to be applied to a negative voltage by the DC power source 4.
[0011]
On the other hand, a susceptor 5 is provided at the lower part of the vacuum processing tank 2 so as to face the target 3, and a substrate (processing object) 6 such as a silicon wafer is adsorbed and held on the upper part of the susceptor 5. An electrostatic chuck 10 is fixed.
[0012]
The electrostatic chuck 10 has an electrostatic chuck plates 1 1, which is formed in a disk shape using, for example, ceramic material is a dielectric, in the interior of the electrostatic chuck plate 11, made of a resistance heating element the heaters 1 2 adsorption electrodes 13 and 14 of the pair of bipolar made of a conductive material is provided.
[0013]
Here, the heater 12 is connected to a heater power source 15 disposed outside the vacuum processing tank 2, and the adsorption electrodes 13 and 14 are similarly electrostatic chuck power sources disposed outside the vacuum processing tank 2. 16 is connected.
[0014]
The electrostatic chuck power source 16 includes a voltage control circuit 16a that sequentially changes the voltage applied to the pair of suction electrodes 13 and 14, and a reverse voltage application circuit 16b that applies a reverse voltage with the polarity of the applied voltage reversed. The electrostatic chuck power supply 16 is configured to immediately ground the suction electrodes 13 and 14 at the end of voltage application (at the time of chucking off).
[0015]
The electrostatic chuck plate 11 is configured to be able to cool the electrostatic chuck plate 11 by circulating a cooling medium such as water (not shown), whereby the electrostatic chuck 10 is heated and cooled. Or it has a function as a heating-cooling apparatus.
[0016]
In the present embodiment having such a configuration, first, the vacuum processing tank 2 is evacuated to be in a vacuum state, and the heater 12 is energized to heat the electrostatic chuck plate 11 to a predetermined temperature. In this state, the substrate 6 is carried into the vacuum processing tank 2. Then, the substrate 6 is placed at a predetermined position on the electrostatic chuck plate 11 by a lifting mechanism (not shown).
[0017]
Next, the electrostatic chuck power source 16 is activated, and positive and negative voltages are applied to the pair of attracting electrodes 13 and 14 to generate an electrostatic attracting force, and the substrate 6 is brought into close contact with the surface of the electrostatic chuck plate 11. Let As a result, the substrate 6 is heated by heat conduction from the electrostatic chuck plate 11.
[0018]
In the case of the present invention, at the beginning of voltage application, the voltage applied to the adsorption electrodes 13 and 14 is set to the thermal expansion or heat of the substrate 6 until the temperature of the substrate 6 reaches a predetermined temperature at which no cracking occurs with subsequent temperature rise. Set to a relatively small value that can absorb the shrinkage.
[0019]
FIG. 2 shows the first embodiment of the present invention and is a graph showing the relationship between the pattern of the applied voltage to the adsorption electrode and the temperature of the substrate.
[0020]
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the value of the voltage applied to the adsorption electrodes 13 and 14 is linearly increased until the temperature of the substrate 6 reaches a predetermined reference temperature T _1. The applied voltage is allowed to increase cumulatively.
[0021]
In this case, the reference temperature T ₁ is preferably 50 to 80% of the heating temperature T ₂ of the substrate 6 during sputtering, and more preferably 60 to 70%.
[0022]
Then, the applied voltage is set to a predetermined high voltage value V ₁ and held. As a result, the temperature of the substrate 6 rises to a predetermined heating temperature T _{2 in} a short time.
[0023]
According to the present embodiment, the voltage applied to the adsorption electrodes 13 and 14 until the temperature of the substrate 6 reaches the reference temperature T _{1 at} which the substrate 6 does not crack in the subsequent temperature rise or temperature drop. Since the value is increased linearly and the substrate 6 is adsorbed with a relatively small adsorbing force, the thermal stress caused by thermal expansion or contraction is suppressed to a small value, and the substrate 6 is not cracked.
[0024]
On the other hand, in the case of the present embodiment, since the substrate 6 is attracted to the electrostatic chuck plate 11 with a certain degree of attracting force, heat can be efficiently transmitted to the substrate 6 as compared with the prior art.
[0025]
As a result, according to the present embodiment, the substrate 6 can be raised to the predetermined temperature T _{1 in} a short time after the substrate 6 is placed on the electrostatic chuck plate 11, and then the predetermined high voltage value. By applying V ₁ , the substrate 6 can be quickly raised to the heating temperature T _2, so that the time required to start sputtering can be greatly shortened.
[0026]
Particularly in the case of the present embodiment, a relatively small voltage is adsorbed by linearly increasing the value of the applied voltage to the adsorption electrodes 13 and 14 until the temperature of the substrate 6 reaches a predetermined reference temperature T _1. While being applied to the electrodes 13 and 14, the substrate 6 is adsorbed with a relatively small adsorbing force, so that thermal stress caused by thermal expansion or contraction can be kept small, thereby heating the substrate 6 to a predetermined temperature. Alternatively, the total amount of thermal stress accumulated during cooling can be kept low, and there is an advantage that the substrate 6 is not cracked.
[0027]
After that, when a sputtering gas such as argon gas is introduced into the vacuum processing tank 2, the DC power supply 4 is activated and a negative voltage is applied to the target 3, plasma is generated in the vacuum processing tank 2, and the surface of the target 3 Sputtering is performed in
[0028]
Then, after a thin film having a predetermined thickness is formed on the surface of the substrate 6, the DC power supply 4 is stopped and the plasma is extinguished.
[0029]
Further, the electrostatic chuck power supply 16 is stopped, and the voltage application to the suction electrodes 13 and 14 is terminated. At this time, the suction electrodes 13 and 14 are grounded via the electrostatic chuck power supply 16, and the charges accumulated between the substrate 6 and the suction electrodes 13 and 14 are discharged.
[0030]
However, if the suction electrodes 13 and 14 are simply grounded, the charges generated during the electrostatic suction do not disappear completely but remain as residual charges.
[0031]
Therefore, in the present embodiment, the electrostatic chuck power supply 16 is restarted, and as shown in FIGS. 1 and 2, the reverse voltage application circuit 16b of the electrostatic chuck power supply 16 has a polarity opposite to that at the time of electrostatic adsorption described above. Is applied to the adsorption electrodes 13 and 14 for a predetermined time.
[0032]
By applying the reverse polarity voltage, a charge having a reverse polarity to the residual charge described above is generated between the substrate 6 and each of the adsorption electrodes 13 and 14, and the positive and negative charges are offset. , 14 is reduced in a short time, and the residual attracting force of the electrostatic chuck 10 is reduced accordingly.
[0033]
Thereafter, the electrostatic chuck power supply 16 is stopped again. In the case of the present embodiment, since the residual attracting force of the electrostatic chuck 10 is reduced as described above, the substrate 6 can be easily detached from the electrostatic chuck plate 11 by a lifting mechanism (not shown).
[0034]
As described above, according to the sputtering apparatus 1 of the present embodiment, the throughput of the film formation process can be improved with a simple configuration.
[0035]
3A and 3B show the second and third embodiments of the present invention, and are graphs showing other examples of the pattern of the applied voltage to the attracting electrode of the electrostatic chuck.
[0036]
In the present invention, as shown in FIG. 3 (a), during the period until the temperature of the substrate 6 reaches the reference temperature T _1, by increasing the voltage applied to each suction electrodes 13 and 14 in stages, The applied voltage to each adsorption electrode 13 and 14 can also be increased gradually.
[0037]
According to the present embodiment, as in the above-described embodiment, after the substrate 6 is placed on the electrostatic chuck plate 11, the substrate 6 can be quickly raised to the heating temperature T _2. While the relatively small voltage is applied to the adsorption electrodes 13 and 14, the substrate 6 is adsorbed with a relatively small adsorption force, so that the thermal stress caused by thermal expansion or contraction can be kept small. The total amount of thermal stress accumulated during heating or cooling to a predetermined temperature can be kept low, and there is an advantage that the substrate 6 is not cracked.
[0038]
In the present invention, as shown in FIG. 3 (b), Rukoto be applied during the period until the temperature of the substrate 6 reaches the reference temperature T _1, the pulse voltage to each of the adsorption electrodes 13 and 14 Thus, the voltage applied to each of the adsorption electrodes 13 and 14 can be gradually increased.
[0039]
According to the present embodiment, as in the above-described embodiment, after the substrate 6 is placed on the electrostatic chuck plate 11, the substrate 6 can be quickly raised to the heating temperature T _2. When the voltage application to the adsorption electrodes 13 and 14 is turned off, the adsorption force is attenuated, so that the thermal stress accumulated in the substrate 6 when the voltage is applied can be released when the voltage application is turned off, thereby causing the substrate 6 to crack. There is a merit that there is nothing.
Since other configurations and operational effects are the same as those of the above-described embodiment, detailed description thereof is omitted.
[0040]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made.
For example, in the above-described embodiment, the voltage applied to the adsorption electrode is cumulatively increased when the object to be processed is heated. However, the present invention is not limited to this, and the object to be processed has a predetermined temperature difference. It can also be applied to the case of cooling.
[0041]
In the above-described embodiment, the sputtering apparatus (method) has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to all apparatuses (methods) using an electrostatic chuck mechanism. is there.
[0042]
【Example】
Examples of the present invention will be described below in detail together with comparative examples.
<Example 1>
1, an 8-inch room temperature silicon wafer is heated as a substrate 6 to 500 ° C. by the method of the present invention, and an Al film is formed by sputtering. 11 was removed. FIG. 4 shows the applied voltage to the adsorption electrodes 13 and 14 and the temperature change of the silicon wafer in this case.
[0043]
First, a room temperature silicon wafer is placed on the electrostatic chuck plate 11 heated to 500 ° C. or more, and positive and negative voltages are applied to the suction electrodes 13 and 14 to generate an electrostatic suction force. The temperature was raised by adsorption onto the chuck plate 11.
[0044]
The applied voltage in this case was continuously increased linearly for 15 seconds from the start of application (part a in the figure), and kept at a constant value after 15 seconds had elapsed.
[0045]
As shown in FIG. 4, after 15 seconds from the start of application, the temperature of the silicon wafer has reached 350 ° C., and after 10 seconds have elapsed since the applied voltage was held at a constant value (after 25 seconds have elapsed from the start of application). The temperature of the silicon wafer became a constant temperature of 500 ° C.
[0046]
Next, argon gas is introduced into the vacuum processing tank 2, the DC power source 4 is activated, a predetermined negative voltage is applied to the target 3, and an Al film is formed on the surface of the silicon wafer for 60 seconds. The power supply 4 was stopped.
[0047]
Next, the electrostatic chuck power supply 16 is temporarily stopped and the voltage application to the suction electrodes 13 and 14 is terminated. Then, the electrostatic chuck power supply 16 is restarted, and the absolute value is opposite in polarity to that during the electrostatic suction. Were applied for 2 seconds, and then the electrostatic chuck power supply 16 was stopped again.
[0048]
Further, 5 seconds after the electrostatic chuck power supply 16 was stopped again, the silicon wafer was detached from the electrostatic chuck plate 11 by a lifting mechanism (not shown).
[0049]
When the above heating test was repeated, the silicon wafer was not cracked at all.
[0050]
<Example 2>
The voltage applied to each of the adsorption electrodes 13 and 14 was increased stepwise until the temperature of the substrate 6 reached 350 ° C. (15 seconds) (see FIG. 3A). Sputtering was performed by this method.
[0051]
Also in this example, the temperature rise of the silicon wafer was almost the same as that in Example 1. In addition, the silicon wafer was not cracked at all.
[0052]
<Comparative Example 1>
Using the sputtering apparatus 1 shown in FIG. 1, the same silicon wafer as in the example is installed on the electrostatic chuck plate 11 heated to 500 ° C. or more, and the same voltage as the maximum voltage V ₁ in Example 1 is installed. Immediately, the silicon wafer was heated to 500 ° C. by being applied to the adsorption electrodes 13 and 14. FIG. 4 shows the applied voltage to the adsorption electrodes 13 and 14 and the temperature change of the silicon wafer in this case.
[0053]
As shown in FIG. 5, in this case, a constant temperature of 500 ° C. was reached 20 seconds after the start of voltage application. As a result, in Comparative Example 1, more than half of the silicon wafers subjected to the heating test were cracked.
[0054]
Next, after forming an Al film on the surface of the silicon wafer for 60 seconds under the same conditions as in the above embodiment, the electrostatic chuck power supply 16 is stopped, and after 7 seconds from the stop, the lift mechanism (not shown) The wafer was detached from the electrostatic chuck plate 11. As a result, cracks occurred in 15% of the silicon wafers subjected to the detachment test.
[0055]
<Comparative example 2>
Using the sputtering apparatus 1 shown in FIG. 1, the same silicon wafer as that of the example is placed on the electrostatic chuck plate 11 heated to 500 ° C. or more, and the silicon wafer without applying voltage to the adsorption electrodes 13 and 14. The temperature was raised. The temperature rise of the silicon wafer in this case is shown in FIG.
[0056]
As shown in FIG. 6, in the case of Comparative Example 2, it took about 180 seconds for the temperature of the silicon wafer to reach 250.degree.
[0057]
Next, the maximum voltages V ₁ the same voltage as applied to the adsorption electrode 13 by heating the silicon wafer 500 ° C. in Example 1. As a result, no crack was generated in the silicon wafer.
[0058]
Further, after forming an Al film on the surface of the silicon wafer for 60 seconds under the same conditions as in the above example, the electrostatic chuck power supply 16 was stopped and the voltage application to the attracting electrodes 13 and 14 was terminated. .
[0059]
After holding the silicon wafer on the electrostatic chuck plate 11 in this state for 60 seconds, the silicon wafer was detached from the electrostatic chuck plate 11 by a lifting mechanism (not shown). As a result, cracks occurred in 5% of the silicon wafers subjected to the detachment test.
[0060]
As can be understood from the above examples and comparative examples, according to the present invention, it is clear that the substrate 6 can be quickly heated or detached from the electrostatic chuck plate 11 without causing the substrate 6 to crack. It was.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to quickly heat or cool the processing object without causing cracks in the processing object.
Therefore, according to this onset bright, efficient vacuum treatment can be performed.
[Brief description of the drawings]
[1] shows a first embodiment of the present general configuration of a sputtering apparatus which is an embodiment of a vacuum processing apparatus Ru using the invention Figure 2 shows the present invention, the pattern of the voltage applied to the adsorption electrode FIG. 3A is a graph showing a second embodiment of the present invention and showing another example of a pattern of an applied voltage to an attracting electrode of an electrostatic chuck.
(B): shows the third embodiment of the present invention, and is a graph showing still another example of the pattern of applied voltage to the chucking electrode of the electrostatic chuck. FIG. 4 shows the result of Example 1 of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pattern of the applied voltage to the adsorption electrode and the temperature of the substrate. FIG. 5 shows the result of Comparative Example 1 of the present invention. FIG. 6 is a graph showing the result of Comparative Example 2 of the present invention, and is a graph showing the relationship between the pattern of the applied voltage to the adsorption electrode and the temperature of the substrate.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sputtering apparatus 2 ... Vacuum processing tank 6 ... Substrate (object to be processed) 10 ... Electrostatic chuck (heating / cooling body) 11 ... Electrostatic chuck plate 12 ... Heaters 13, 14 ... Adsorption electrode 16 ... Electrostatic chuck power supply

Claims

真空中で加熱冷却体に処理対象物を静電吸着させて該処理対象物を加熱冷却する工程を有する真空処理方法であって、
前記加熱冷却体上に前記処理対象物を載置する一方、前記加熱冷却体に設けられた吸着電極に対して当該真空処理の際の印加電圧値より低い値の当初電圧を印加し、
前記処理対象物の温度が前記真空処理を行う温度より低い所定の基準温度に到達するまでの間に、前記吸着電極に対する印加電圧の値を、前記当初電圧の値より高い、前記真空処理の際の前記印加電圧値まで増加させることを特徴とする真空処理方法。A vacuum processing method comprising a step of electrostatically adsorbing a processing object on a heating / cooling body in vacuum and heating and cooling the processing object,
While placing the object to be processed on the heating and cooling body, an initial voltage lower than the applied voltage value at the time of the vacuum treatment is applied to the adsorption electrode provided on the heating and cooling body,
During the vacuum processing, the value of the applied voltage to the adsorption electrode is higher than the initial voltage value until the temperature of the processing object reaches a predetermined reference temperature lower than the temperature at which the vacuum processing is performed. the vacuum processing method according to claim Rukoto increased until the applied voltage value.

前記基準温度が、前記真空処理を行う温度の５０〜８０％であることを特徴とする請求項１記載の真空処理方法。The vacuum processing method according to claim 1 , wherein the reference temperature is 50 to 80% of a temperature at which the vacuum processing is performed .

前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を直線的に増加させることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の真空処理方法。The vacuum processing method according to claim 1 or 2, wherein any one, characterized in that to increase the value of the voltage applied to the suction electrode linearly.

前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を段階的に増加させることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の真空処理方法。The vacuum processing method according to claim 1 or 2, wherein any one, characterized in that to increase the value of the voltage applied to the suction electrode stages.

前記吸着電極にパルス状の前記当初電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の真空処理方法。The vacuum processing method according to claim 1 or 2 according to any one of and applying a pulsed the initial voltage to the attraction electrode.

前記真空処理が、スパッタリングによる成膜である請求項１乃至５のいずれか１項記載の真空処理方法。The vacuum processing method according to claim 1, wherein the vacuum processing is film formation by sputtering.