JP4342691B2 - 静電吸着装置及び真空処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電吸着装置及び真空処理装置に関し、特に、絶縁性基板を静電吸着することが可能な静電吸着装置と、その静電吸着装置を備えた真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７の符号１０１に、従来のスパッタリング装置を示す。このスパッタリング装置１０１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽１０２を有し、この真空槽１０２の上部に例えば金属からなるターゲット１０３が配設されている。
【０００３】
このターゲット１０３は、真空槽１０２の外部に設けられた直流電源１０４に接続され、この直流電源１０４によって負電圧が印加されるように構成されている。
【０００４】
一方、真空槽１０２の下部には、例えばガラス基板等の絶縁性基板を吸着保持するための静電吸着装置１２１が固定されている。
静電吸着装置１２１の構成を図８(ａ)、(ｂ)に示す。この静電吸着装置１２１は、金属板１２４と、該金属板１２４上に配置された誘電体層１２５を有している。この誘電体層１２５はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックス製であり、その表面に、導電性のカーボンからなる第１、第２の電極１２７1、１２７2が、スクリーン印刷により形成されている。
【０００５】
第１、第２の電極１２７1、１２７2の平面図を同図(ｂ)に示す。第１、第２の電極１２７1、１２７2は櫛状に成形されており、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されている。同図(ａ)は同図(ｂ)のＸ−Ｘ線断面図に相当する。第１、第２の電極１２７1、１２７2の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍとしており、電極の厚みを２０μｍとしている。
【０００６】
第１、第２の電極１２７1、１２７2はそれぞれ真空槽１０２外に設けられた静電チャック電源１２２に接続されており、その静電チャック電源１２２を駆動すると、第１、第２の電極１２７1、１２７2の間に直流電圧を印加することができるように構成されている。
第１、第２の電極１２７1、１２７2上には、第１、第２の電極１２７1、１２７2と誘電体層１２５表面とを被覆するように保護膜１３０が形成されている。
【０００７】
このような構成を有するスパッタリング装置１０１においては、まず、真空槽１０２を真空排気して予め真空状態にした状態で、真空槽１０２内に基板を搬入する。そして、図示しない昇降機構によって基板を静電吸着装置１２１上の所定の位置に載置する。静電吸着装置１２１の表面に載置された状態の基板を図７の符号１０５に示す。
【０００８】
次に、静電チャック電源１２２を起動し、第１、第２の電極１２７1、１２７2に対してそれぞれ正負の電圧を印加する。
一般に、不均一な電場Ｅ中に分極率αの誘電体を置いたとき、その誘電体には、単位面積当たり次式で表されるグラディエント力が働く。
【０００９】
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2)
静電吸着装置１２１は、上述したように、第１、第２の電極１２７1、１２７2がともに櫛状に成形され、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されており、互いに隣接する第１、第２の電極１２７1、１２７2の間の距離が非常に小さくなっている。その結果、誘電体からなる基板がその表面に載置されたときに、上式のｇｒａｄ(Ｅ2)が大きくなっている。
【００１０】
基板１０５が、静電吸着装置１２１の表面方向に上述したグラディエント力を受け、基板１０５の裏面全面が静電吸着装置１２１表面に吸着される。図９は、その状態を模式的に示した図である。図９において符号Ｅは電場を示している。また、符号ｆは基板１０５に働くグラディエント力の方向を示している。
【００１１】
静電吸着装置１２１の内部には、図示しないヒータが設けられ、静電吸着装置１２１は予め所定温度まで加熱されており、基板１０５が静電吸着装置１２１の表面に静電吸着されると、基板１０５は加熱されて昇温する。
【００１２】
基板１０５が所定温度まで昇温されたら、真空槽１０２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１０４を起動してターゲット１０３に負電圧を印加すると、真空槽１０２内にプラズマが生成され、基板１０５の表面においてスパッタリングが行われる。
【００１３】
そして、基板１０５の表面に所定の厚さの薄膜が形成された後に直流電源１０４を停止させ、プラズマを消滅させる。以上のようにして、スパッタリング装置１０１で基板１０５の表面に薄膜を成膜することができる。
【００１４】
しかしながら、上記従来の静電吸着装置においては、さらに静電吸着力を大きくして、確実に基板を静電吸着したいという要求があった。
【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、絶縁性基板用の静電吸着装置において、更に静電吸着力を大きくする技術を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、更に静電吸着力を大きくするために、研究した結果、第１、第２の電極の厚みが静電吸着力に寄与することを発見した。
【００１７】
図５(ａ)に、従来の静電吸着装置１２１において互いに隣接する一組の第１、第２の電極１２７1、１２７2を示している。
第１、第２の電極１２７1、１２７2間に電圧を印加すると、図５(ａ)に示すように、第１、第２の電極１２７1、１２７2の表面の間に電界Ｅ1が発生すると共に、第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面の間にも、電界Ｅ2が発生する。
【００１８】
このうち、第１、第２の電極１２７1、１２７2の表面の間の電界Ｅ1は、第１、第２の電極１２７1、１２７2上に載置された基板内部を通過し、グラディエント力による静電吸着に寄与するが、互いに対向する第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面の間の電界Ｅ2は、基板内部を通過せずに、静電吸着力には寄与しない。
【００１９】
そこで、第１、第２の電極を、従来に比して薄く形成した。薄く形成された第１、第２の電極を図５(ｂ)の符号２７1、２７2に示す。
従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2に誘起された電荷と同じ電荷量の電荷が誘起されるような電圧を、薄く形成された第１、第２の電極２７1、２７2に印加した場合には、互いに対向する第１、第２の電極２７1、２７2の側面積は、従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面積に比して小さくなるので、第１、第２の電極２７1、２７2の側面間に生じる電界Ｅ2′は、従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面間に生じる電界Ｅ2に比して小さくなり、その分、第１、第２の電極２７1、２７2の表面間に生じる電界Ｅ1′が従来の電界Ｅ1に比して大きくなる。第１、第２の電極２７1、２７2の表面間に生じる電界Ｅ1′は、上述したように静電吸着力に寄与するので、従来に比して静電吸着力が大きくなる。
【００２０】
以上のように、第１、第２の電極を薄く形成することにより、従来に比して、静電吸着力を大きくすることができることが確認された。特に、第１、第２の電極の厚みを、従来の１０μｍ〜数百μｍ程度よりも薄い２μｍ以下にすることで、顕著な効果を得ることができることが確認された。
【００２１】
本発明は、かかる調査研究に基づいて創作されたものであり、請求項１記載の発明は、基体と、前記基体表面に互いに絶縁した状態で配置された第１、第２の電極とを有する静電吸着装置であって、前記第１、第２の電極は、その厚みが２μｍ以下に形成され、前記第１、第２の電極に印加された電圧によって不均一電界を形成し、誘電体から成る基板を、単位面積当たり下記(１)式で与えられるグラディエント力ｆによって、吸着するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置である。
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ 2 ) ……(１)
(ｆはグラディエント力、αは前記誘電体の分極率、Ｅは第１、第２の電極間に形成される電界)
【００２２】
このように第１、第２の電極は、その厚みが２μｍ以下に形成され、従来の第１、第２の電極に比して薄く形成されているので、静電吸着力が従来に比して大きくなる。第１、第２の電極は、基体表面に電極材料が全面形成された後、エッチング又はサンドブラスト等の方法でパターニングされることで形成されており、スクリーン印刷で電極を形成していた従来に比して、微細なパターンで膜厚の薄い電極を容易に形成することができる。
【００２３】
また、本発明において、請求項２に記載するように、請求項１記載の静電吸着装置であって、少なくとも前記第１、第２の電極表面を被覆するように配置された保護膜を有するように構成してもよい。
この場合には、第１、第２の電極が露出していないので、第１、第２の電極が腐食しにくくなる。
【００２４】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の静電吸着装置であって、前記基体には凹部が形成され、前記第１、第２の電極は前記凹部内に配置されて前記第１、第２の電極の間には前記基体の前記凹部間の部分である突部が配置され、前記基板は、前記第１、第２の電極の表面と前記突部の表面とのいずれか一方又は両方に接触するように構成された静電吸着装置である。
また、請求項４記載の発明は、真空排気可能な真空槽と、前記真空槽内に配置された静電吸着装置とを有し、前記静電吸着装置表面に処理対象物を載置した状態で、前記処理対象物を真空処理することができるように構成された真空処理装置であって、前記静電吸着装置は、請求項１乃至請求項３記載の静電吸着装置である。
【００２５】
【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。
図１の符号１に、本発明の一実施形態のスパッタリング装置を示す。こ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槽２を有し、この真空槽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。
このターゲット３は、真空槽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。
【００２６】
一方、真空槽２の下部には、例えばガラス基板等の絶縁性基板（処理対象物）を吸着保持するための静電吸着装置２１が固定されている。
静電吸着装置２１の構成を図２(ａ)、(ｂ)に示す。この静電吸着装置２１は、金属板２４と、該金属板２４上に配置された誘電体層２５からなる基体２３を有している。誘電体層２５はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックス製であり、その表面には、Ａｌから成る第１、第２の電極２７1、２７2が形成されている。
【００２７】
第１、第２の電極２７1、２７2の平面図を同図(ｂ)に示す。第１、第２の電極２７1、２７2は櫛状に成形されており、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されている。同図(ａ)は同図(ｂ)のＡ−Ａ線断面図に相当する。第１、第２の電極２７1、２７2の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍとしており、電極の厚みを１．５μｍとしている。
【００２８】
第１、第２の電極２７1、２７2はそれぞれ真空槽２外に設けられた静電チャック電源２２に接続されており、その静電チャック電源２２を駆動すると、第１、第２の電極２７1、２７2の間に直流電圧を印加することができるように構成されている。
【００２９】
第１、第２の電極２７1、２７2上には、第１、第２の電極２７1、２７2と誘電体層２５表面とを被覆するように、シリコン窒化物からなる保護膜３０が形成されている。
【００３０】
かかる構成の静電吸着装置２１を製造するには、まず、図３(ａ)に示すように金属板２４上に誘電体層２５を形成して基体２３を形成した後、図３(ｂ)に示すように、誘電体層２５の表面にスパッタリング法でＡｌ層２６を１．５μｍの厚さに形成する。
【００３１】
次に、図３(ｃ)に示すようにＡｌ層２６の表面全面にレジストを塗布してレジスト膜４１を形成した後、フォトマスク４２を用いてレジスト膜４１を露光すると、フォトマスク４２に形成されたパターンに応じた潜像がレジスト膜４１に形成される。
【００３２】
次いで、レジスト膜４１を現像すると、フォトマスク４２に形成されたパターンに応じてレジスト膜４１がパターニングされる。パターニングされたレジスト膜を図４(ｄ)の符号４３に示す。
【００３３】
こうしてパターニングされたレジスト膜４３をマスクにしてＡｌ層２６をドライエッチングによりエッチング・除去すると、図４(ｅ)に示すように第１、第２の電極２７1、２７2が形成される。この状態から図４(ｆ)に示すようにパターニングされたレジスト膜４３を除去すると、第１、第２の電極２７1、２７2が露出する。その後、図４(ｇ)に示すように、プラズマＣＶＤ法で全面にシリコン窒化物を形成すると、第１、第２の電極２７1、２７2及び誘電体層２５の表面を被覆する保護膜３０が形成される。以上の工程を経て、図２(ａ)、(ｂ)にその構造を示す静電吸着装置２１が完成する。
【００３４】
従来では、スクリーン印刷でカーボンあるいはタングステン等の導電性電極材からなる第１、第２の電極１２７1、１２７2を形成していたため、ごく微細なパターンを形成することは困難であったが、本実施形態の静電吸着装置２１では、第１、第２の電極２７1、２７2をエッチングでパターニングしているため、極めて微細なパターンでも容易に加工することができる。
【００３５】
このような構成を有するスパッタリング装置１においては、まず、真空槽２を真空排気して予め真空状態にした状態で、真空槽２内に基板を搬入する。そして、図示しない昇降機構によって基板を静電吸着装置２１上の所定の位置に載置する。静電吸着装置２１の表面に載置された状態の基板を図２の符号５に示す。
【００３６】
次に、静電チャック電源２２を起動し、第１、第２の電極２７1、２７2に対してそれぞれ正負の電圧を印加する。第１、第２の電極２７1、２７2は上述したようにともに櫛状に成形され、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されており、互いに隣接する第１、第２の電極２７1、２７2間の距離が極く小さくなっている。その結果、誘電体からなる基板５がその表面に載置されたときに、静電吸着装置２１の表面方向に、大きなグラディエント力を受け、基板５の裏面全面が静電吸着装置２１表面に吸着される。
【００３７】
本実施形態では、第１、第２の電極２７1、２７2を、従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2に比して薄く形成しており、その結果、隣接する第１、第２の電極２７1、２７2の表面間に発生する電界であって、基板５に作用し、静電吸着力に寄与する電界の成分が従来に比して増えるため、従来に比して更に静電吸着力が大きくなる。従って、絶縁性基板を従来よりも確実に静電吸着することができる。
【００３８】
静電吸着装置２１の内部には、図示しないヒータが設けられ、静電吸着装置２１は予め所定温度まで加熱されており、基板５が静電吸着装置２１の表面に静電吸着されると、基板５は加熱されて昇温する。
【００３９】
基板５が所定温度まで昇温されたら、真空槽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、真空槽２内にプラズマが生成され、基板５の表面においてスパッタリングが行われる。
【００４０】
そして、基板５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。以上の工程を経て、基板５の表面に薄膜を成膜することができる。その後、静電チャック電源２２を停止し、第１、第２の電極２７1、２７2への電圧印加を停止して、基板５の静電吸着状態を解除した後に、基板５を装置１外へ取り出す。
【００４１】
なお、本実施形態では静電吸着装置２１を図２(ａ)、(ｂ)に示す構造としているが、本発明の静電吸着装置はかかる構造に限られるものではない。
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３１の模式的な断面図を図６(ａ)に示す。この静電吸着装置３１では、保護膜３０が設けられておらず、第１、第２の電極２７1、２７2は誘電体層２５上に形成されており、電極表面は誘電体層２５の表面よりも高くなっている。
【００４２】
この静電吸着装置３１では、第１、第２の電極２７1、２７2上に保護膜が設けられておらず、第１、第２の電極２７1、２７2が基板と密着するので、保護膜が設けられている静電吸着装置に比して、更に静電吸着力が大きくなる。
【００４３】
同図(ｂ)〜(ｄ)に、第二例〜第四例の静電吸着装置３２〜３４の断面図を示す。
第二例〜第四例の静電吸着装置３２〜３４は、各誘電体層２５の表面に、金属板２４にまで達しないように凹部が形成されており、それぞれの凹部には、第１、第２の電極２７1、２７2が互いに絶縁された状態で配置されており、各第１、第２の電極２７1、２７2の下端部は、各凹部の底面上に配置されている。
【００４４】
同図(ｂ)の第二例の静電吸着装置３２では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は誘電体層２５上から突き出されている。
この第二例の静電吸着装置３２では、その上に基板を配置すると、基板裏面は第１、第２の電極２７1、２７2の上端部と接触すると共に基板裏面と誘電体層２５との間には隙間が形成される。
【００４５】
同図(ｃ)の第三例の静電吸着装置３３では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は、誘電体層２５の表面と同じ高さに形成されている。即ち、誘電体層２５表面と第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は面一に形成されている。この静電吸着装置３３上に基板を配置した場合、基板裏面は第１、第２の電極２７1、２７2の上端部と誘電体層２５表面との両方に接触する。
【００４６】
これら第一例〜第三例の静電吸着装置３１〜３３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２７1、２７2の先端部分に接触するが、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２７1、２７2は短絡せずに、その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。
【００４７】
同図(ｄ)の第四例の静電吸着装置３４では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は、誘電体層２５の表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は凹部内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極２７1、２７2間には、誘電体層２５の表面部分で構成された突部２９が形成されている。
【００４８】
この静電吸着装置３４では、その表面に基板を配置すると基板裏面は突部２９の上端部と接触するが、第１、第２の電極２７1、２７2とは接触しないようになっている。
【００４９】
従って、基板が比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極２７1、２７2と接触しないため、第一例〜第三例の静電吸着装置３１〜３３に比して、第１、第２の電極２７1、２７2の寿命が長くなる。
【００５０】
なお、本実施形態では第１、第２の電極２７1、２７2の厚みを１．５μｍとしているが、本発明はこれに限らず、これらの厚みが２μｍ以下であればよく、例えば、１μｍでもよいし、０．５μｍでもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、第１、第２の電極２７1、２７2を形成する際にドライエッチングでＡｌ層２６をパターニングしているが、本発明はこれに限られるものではなく、ウエットエッチングで行ってもよいし、またサンドブラストを行ってもよい。
【００５２】
さらに、第１、第２の電極２７1、２７2の電極材料としてＡｌを用いているが、本発明の電極材料はこれに限られるものではなく、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ等の金属でもよい。さらにまた、電極材料は金属に限られるものでもなく、例えば導電性カーボン材を用いてもよい。この場合には、導電性カーボン材を熱ＣＶＤ法等で誘電体層２５の表面全面に形成した後、サンドブラストでパターニングすることにより、微細なパターンで膜厚の薄い第１、第２の電極２７1、２７2を形成することもできる。
【００５３】
また、保護膜３０として、シリコン窒化物を用いているが、本発明はこれに限らず、例えば、ＡｌＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＧａＮ、ＢＮ、ＩｎＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の窒化物を用いてもよいし、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＴｉＯ、ＺｎＯ等の酸化物を用いてもよい。さらに又、ダイヤモンド、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＳｉＣなどの炭化物を用いてもよいし、ポリイミド、ポリ尿素、シリコーンゴムなどの有機重合体を用いてもよい。
【００５４】
また、誘電体層２５の例として、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするとしているが、本発明はこれに限らず、例えば、ＡｌＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＧａＮ、ＢＮ、ＩｎＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の窒化物を用いてもよいし、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＴｉＯ、ＺｎＯ等の酸化物を用いてもよい。さらに又、ダイヤモンド、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＳｉＣなどの炭化物を用いてもよいし、ポリイミド、ポリ尿素、シリコーンゴムなどの有機重合体を用いてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
絶縁性基板を静電吸着する際の静電吸着力が従来に比して大きくなる。
【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の構成を説明する図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態の静電吸着装置の一例を説明する断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の静電吸着装置の一例を説明する平面図
【図３】(ａ)：本発明の一実施形態の静電吸着装置の製造工程を説明する断面図
(ｂ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｃ)：その続きの工程を説明する断面図
【図４】(ｄ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｅ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｆ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｇ)：その続きの工程を説明する断面図
【図５】(ａ)：第１、第２の電極の厚みが厚い場合における両電極間の電界分布を示す図
(ｂ)：第１、第２の電極の厚みが薄い場合における両電極間の電界分布を示す図
【図６】(ａ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第一例を説明する断面図
(ｂ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第二例を説明する断面図
(ｃ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第三例を説明する断面図
(ｄ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第四例を説明する断面図
【図７】従来の真空処理装置を説明する断面図
【図８】(ａ)：従来の静電吸着装置の一例を説明する断面図
(ｂ)：従来の静電吸着装置の一例を説明する平面図
【図９】絶縁性基板が静電吸着された状態を示す図
【符号の説明】
１……スパッタリング装置(真空処理装置) ５……基板(処理対象物) ２３……基体 ２７1……第１の電極 ２７2……第２の電極 ３０……保護膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電吸着装置及び真空処理装置に関し、特に、絶縁性基板を静電吸着することが可能な静電吸着装置と、その静電吸着装置を備えた真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７の符号１０１に、従来のスパッタリング装置を示す。このスパッタリング装置１０１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽１０２を有し、この真空槽１０２の上部に例えば金属からなるターゲット１０３が配設されている。
【０００３】
このターゲット１０３は、真空槽１０２の外部に設けられた直流電源１０４に接続され、この直流電源１０４によって負電圧が印加されるように構成されている。
【０００４】
一方、真空槽１０２の下部には、例えばガラス基板等の絶縁性基板を吸着保持するための静電吸着装置１２１が固定されている。
静電吸着装置１２１の構成を図８(ａ)、(ｂ)に示す。この静電吸着装置１２１は、金属板１２４と、該金属板１２４上に配置された誘電体層１２５を有している。この誘電体層１２５はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックス製であり、その表面に、導電性のカーボンからなる第１、第２の電極１２７1、１２７2が、スクリーン印刷により形成されている。
【０００５】
第１、第２の電極１２７1、１２７2の平面図を同図(ｂ)に示す。第１、第２の電極１２７1、１２７2は櫛状に成形されており、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されている。同図(ａ)は同図(ｂ)のＸ−Ｘ線断面図に相当する。第１、第２の電極１２７1、１２７2の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍとしており、電極の厚みを２０μｍとしている。
【０００６】
第１、第２の電極１２７1、１２７2はそれぞれ真空槽１０２外に設けられた静電チャック電源１２２に接続されており、その静電チャック電源１２２を駆動すると、第１、第２の電極１２７1、１２７2の間に直流電圧を印加することができるように構成されている。
第１、第２の電極１２７1、１２７2上には、第１、第２の電極１２７1、１２７2と誘電体層１２５表面とを被覆するように保護膜１３０が形成されている。
【０００７】
このような構成を有するスパッタリング装置１０１においては、まず、真空槽１０２を真空排気して予め真空状態にした状態で、真空槽１０２内に基板を搬入する。そして、図示しない昇降機構によって基板を静電吸着装置１２１上の所定の位置に載置する。静電吸着装置１２１の表面に載置された状態の基板を図７の符号１０５に示す。
【０００８】
次に、静電チャック電源１２２を起動し、第１、第２の電極１２７1、１２７2に対してそれぞれ正負の電圧を印加する。
一般に、不均一な電場Ｅ中に分極率αの誘電体を置いたとき、その誘電体には、単位面積当たり次式で表されるグラディエント力が働く。
【０００９】
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2)
静電吸着装置１２１は、上述したように、第１、第２の電極１２７1、１２７2がともに櫛状に成形され、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されており、互いに隣接する第１、第２の電極１２７1、１２７2の間の距離が非常に小さくなっている。その結果、誘電体からなる基板がその表面に載置されたときに、上式のｇｒａｄ(Ｅ2)が大きくなっている。
【００１０】
基板１０５が、静電吸着装置１２１の表面方向に上述したグラディエント力を受け、基板１０５の裏面全面が静電吸着装置１２１表面に吸着される。図９は、その状態を模式的に示した図である。図９において符号Ｅは電場を示している。また、符号ｆは基板１０５に働くグラディエント力の方向を示している。
【００１１】
静電吸着装置１２１の内部には、図示しないヒータが設けられ、静電吸着装置１２１は予め所定温度まで加熱されており、基板１０５が静電吸着装置１２１の表面に静電吸着されると、基板１０５は加熱されて昇温する。
【００１２】
基板１０５が所定温度まで昇温されたら、真空槽１０２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１０４を起動してターゲット１０３に負電圧を印加すると、真空槽１０２内にプラズマが生成され、基板１０５の表面においてスパッタリングが行われる。
【００１３】
そして、基板１０５の表面に所定の厚さの薄膜が形成された後に直流電源１０４を停止させ、プラズマを消滅させる。以上のようにして、スパッタリング装置１０１で基板１０５の表面に薄膜を成膜することができる。
【００１４】
しかしながら、上記従来の静電吸着装置においては、さらに静電吸着力を大きくして、確実に基板を静電吸着したいという要求があった。
【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、絶縁性基板用の静電吸着装置において、更に静電吸着力を大きくする技術を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、更に静電吸着力を大きくするために、研究した結果、第１、第２の電極の厚みが静電吸着力に寄与することを発見した。
【００１７】
図５(ａ)に、従来の静電吸着装置１２１において互いに隣接する一組の第１、第２の電極１２７1、１２７2を示している。
第１、第２の電極１２７1、１２７2間に電圧を印加すると、図５(ａ)に示すように、第１、第２の電極１２７1、１２７2の表面の間に電界Ｅ1が発生すると共に、第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面の間にも、電界Ｅ2が発生する。
【００１８】
このうち、第１、第２の電極１２７1、１２７2の表面の間の電界Ｅ1は、第１、第２の電極１２７1、１２７2上に載置された基板内部を通過し、グラディエント力による静電吸着に寄与するが、互いに対向する第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面の間の電界Ｅ2は、基板内部を通過せずに、静電吸着力には寄与しない。
【００１９】
そこで、第１、第２の電極を、従来に比して薄く形成した。薄く形成された第１、第２の電極を図５(ｂ)の符号２７1、２７2に示す。
従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2に誘起された電荷と同じ電荷量の電荷が誘起されるような電圧を、薄く形成された第１、第２の電極２７1、２７2に印加した場合には、互いに対向する第１、第２の電極２７1、２７2の側面積は、従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面積に比して小さくなるので、第１、第２の電極２７1、２７2の側面間に生じる電界Ｅ2′は、従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2の側面間に生じる電界Ｅ2に比して小さくなり、その分、第１、第２の電極２７1、２７2の表面間に生じる電界Ｅ1′が従来の電界Ｅ1に比して大きくなる。第１、第２の電極２７1、２７2の表面間に生じる電界Ｅ1′は、上述したように静電吸着力に寄与するので、従来に比して静電吸着力が大きくなる。
【００２０】
以上のように、第１、第２の電極を薄く形成することにより、従来に比して、静電吸着力を大きくすることができることが確認された。特に、第１、第２の電極の厚みを、従来の１０μｍ〜数百μｍ程度よりも薄い２μｍ以下にすることで、顕著な効果を得ることができることが確認された。
【００２１】
本発明は、かかる調査研究に基づいて創作されたものであり、請求項１記載の発明は、基体と、前記基体表面に互いに絶縁した状態で配置された第１、第２の電極とを有する静電吸着装置であって、前記第１、第２の電極は、その厚みが２μｍ以下に形成され、前記第１、第２の電極に印加された電圧によって不均一電界を形成し、誘電体から成る基板を、単位面積当たり下記(１)式で与えられるグラディエント力ｆによって、吸着するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置である。
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ 2 ) ……(１)
(ｆはグラディエント力、αは前記誘電体の分極率、Ｅは第１、第２の電極間に形成される電界)
【００２２】
このように第１、第２の電極は、その厚みが２μｍ以下に形成され、従来の第１、第２の電極に比して薄く形成されているので、静電吸着力が従来に比して大きくなる。第１、第２の電極は、基体表面に電極材料が全面形成された後、エッチング又はサンドブラスト等の方法でパターニングされることで形成されており、スクリーン印刷で電極を形成していた従来に比して、微細なパターンで膜厚の薄い電極を容易に形成することができる。
【００２３】
また、本発明において、請求項２に記載するように、請求項１記載の静電吸着装置であって、少なくとも前記第１、第２の電極表面を被覆するように配置された保護膜を有するように構成してもよい。
この場合には、第１、第２の電極が露出していないので、第１、第２の電極が腐食しにくくなる。
【００２４】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の静電吸着装置であって、前記基体には凹部が形成され、前記第１、第２の電極は前記凹部内に配置されて前記第１、第２の電極の間には前記基体の前記凹部間の部分である突部が配置され、前記基板は、前記第１、第２の電極の表面と前記突部の表面とのいずれか一方又は両方に接触するように構成された静電吸着装置である。
また、請求項４記載の発明は、真空排気可能な真空槽と、前記真空槽内に配置された静電吸着装置とを有し、前記静電吸着装置表面に処理対象物を載置した状態で、前記処理対象物を真空処理することができるように構成された真空処理装置であって、前記静電吸着装置は、請求項１乃至請求項３記載の静電吸着装置である。
【００２５】
【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。
図１の符号１に、本発明の一実施形態のスパッタリング装置を示す。こ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槽２を有し、この真空槽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。
このターゲット３は、真空槽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。
【００２６】
一方、真空槽２の下部には、例えばガラス基板等の絶縁性基板（処理対象物）を吸着保持するための静電吸着装置２１が固定されている。
静電吸着装置２１の構成を図２(ａ)、(ｂ)に示す。この静電吸着装置２１は、金属板２４と、該金属板２４上に配置された誘電体層２５からなる基体２３を有している。誘電体層２５はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックス製であり、その表面には、Ａｌから成る第１、第２の電極２７1、２７2が形成されている。
【００２７】
第１、第２の電極２７1、２７2の平面図を同図(ｂ)に示す。第１、第２の電極２７1、２７2は櫛状に成形されており、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されている。同図(ａ)は同図(ｂ)のＡ−Ａ線断面図に相当する。第１、第２の電極２７1、２７2の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍとしており、電極の厚みを１．５μｍとしている。
【００２８】
第１、第２の電極２７1、２７2はそれぞれ真空槽２外に設けられた静電チャック電源２２に接続されており、その静電チャック電源２２を駆動すると、第１、第２の電極２７1、２７2の間に直流電圧を印加することができるように構成されている。
【００２９】
第１、第２の電極２７1、２７2上には、第１、第２の電極２７1、２７2と誘電体層２５表面とを被覆するように、シリコン窒化物からなる保護膜３０が形成されている。
【００３０】
かかる構成の静電吸着装置２１を製造するには、まず、図３(ａ)に示すように金属板２４上に誘電体層２５を形成して基体２３を形成した後、図３(ｂ)に示すように、誘電体層２５の表面にスパッタリング法でＡｌ層２６を１．５μｍの厚さに形成する。
【００３１】
次に、図３(ｃ)に示すようにＡｌ層２６の表面全面にレジストを塗布してレジスト膜４１を形成した後、フォトマスク４２を用いてレジスト膜４１を露光すると、フォトマスク４２に形成されたパターンに応じた潜像がレジスト膜４１に形成される。
【００３２】
次いで、レジスト膜４１を現像すると、フォトマスク４２に形成されたパターンに応じてレジスト膜４１がパターニングされる。パターニングされたレジスト膜を図４(ｄ)の符号４３に示す。
【００３３】
こうしてパターニングされたレジスト膜４３をマスクにしてＡｌ層２６をドライエッチングによりエッチング・除去すると、図４(ｅ)に示すように第１、第２の電極２７1、２７2が形成される。この状態から図４(ｆ)に示すようにパターニングされたレジスト膜４３を除去すると、第１、第２の電極２７1、２７2が露出する。その後、図４(ｇ)に示すように、プラズマＣＶＤ法で全面にシリコン窒化物を形成すると、第１、第２の電極２７1、２７2及び誘電体層２５の表面を被覆する保護膜３０が形成される。以上の工程を経て、図２(ａ)、(ｂ)にその構造を示す静電吸着装置２１が完成する。
【００３４】
従来では、スクリーン印刷でカーボンあるいはタングステン等の導電性電極材からなる第１、第２の電極１２７1、１２７2を形成していたため、ごく微細なパターンを形成することは困難であったが、本実施形態の静電吸着装置２１では、第１、第２の電極２７1、２７2をエッチングでパターニングしているため、極めて微細なパターンでも容易に加工することができる。
【００３５】
このような構成を有するスパッタリング装置１においては、まず、真空槽２を真空排気して予め真空状態にした状態で、真空槽２内に基板を搬入する。そして、図示しない昇降機構によって基板を静電吸着装置２１上の所定の位置に載置する。静電吸着装置２１の表面に載置された状態の基板を図２の符号５に示す。
【００３６】
次に、静電チャック電源２２を起動し、第１、第２の電極２７1、２７2に対してそれぞれ正負の電圧を印加する。第１、第２の電極２７1、２７2は上述したようにともに櫛状に成形され、その歯の部分が互いに噛み合うように配置されており、互いに隣接する第１、第２の電極２７1、２７2間の距離が極く小さくなっている。その結果、誘電体からなる基板５がその表面に載置されたときに、静電吸着装置２１の表面方向に、大きなグラディエント力を受け、基板５の裏面全面が静電吸着装置２１表面に吸着される。
【００３７】
本実施形態では、第１、第２の電極２７1、２７2を、従来の第１、第２の電極１２７1、１２７2に比して薄く形成しており、その結果、隣接する第１、第２の電極２７1、２７2の表面間に発生する電界であって、基板５に作用し、静電吸着力に寄与する電界の成分が従来に比して増えるため、従来に比して更に静電吸着力が大きくなる。従って、絶縁性基板を従来よりも確実に静電吸着することができる。
【００３８】
静電吸着装置２１の内部には、図示しないヒータが設けられ、静電吸着装置２１は予め所定温度まで加熱されており、基板５が静電吸着装置２１の表面に静電吸着されると、基板５は加熱されて昇温する。
【００３９】
基板５が所定温度まで昇温されたら、真空槽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、真空槽２内にプラズマが生成され、基板５の表面においてスパッタリングが行われる。
【００４０】
そして、基板５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。以上の工程を経て、基板５の表面に薄膜を成膜することができる。その後、静電チャック電源２２を停止し、第１、第２の電極２７1、２７2への電圧印加を停止して、基板５の静電吸着状態を解除した後に、基板５を装置１外へ取り出す。
【００４１】
なお、本実施形態では静電吸着装置２１を図２(ａ)、(ｂ)に示す構造としているが、本発明の静電吸着装置はかかる構造に限られるものではない。
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３１の模式的な断面図を図６(ａ)に示す。この静電吸着装置３１では、保護膜３０が設けられておらず、第１、第２の電極２７1、２７2は誘電体層２５上に形成されており、電極表面は誘電体層２５の表面よりも高くなっている。
【００４２】
この静電吸着装置３１では、第１、第２の電極２７1、２７2上に保護膜が設けられておらず、第１、第２の電極２７1、２７2が基板と密着するので、保護膜が設けられている静電吸着装置に比して、更に静電吸着力が大きくなる。
【００４３】
同図(ｂ)〜(ｄ)に、第二例〜第四例の静電吸着装置３２〜３４の断面図を示す。
第二例〜第四例の静電吸着装置３２〜３４は、各誘電体層２５の表面に、金属板２４にまで達しないように凹部が形成されており、それぞれの凹部には、第１、第２の電極２７1、２７2が互いに絶縁された状態で配置されており、各第１、第２の電極２７1、２７2の下端部は、各凹部の底面上に配置されている。
【００４４】
同図(ｂ)の第二例の静電吸着装置３２では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は誘電体層２５上から突き出されている。
この第二例の静電吸着装置３２では、その上に基板を配置すると、基板裏面は第１、第２の電極２７1、２７2の上端部と接触すると共に基板裏面と誘電体層２５との間には隙間が形成される。
【００４５】
同図(ｃ)の第三例の静電吸着装置３３では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は、誘電体層２５の表面と同じ高さに形成されている。即ち、誘電体層２５表面と第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は面一に形成されている。この静電吸着装置３３上に基板を配置した場合、基板裏面は第１、第２の電極２７1、２７2の上端部と誘電体層２５表面との両方に接触する。
【００４６】
これら第一例〜第三例の静電吸着装置３１〜３３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２７1、２７2の先端部分に接触するが、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２７1、２７2は短絡せずに、その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。
【００４７】
同図(ｄ)の第四例の静電吸着装置３４では、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は、誘電体層２５の表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極２７1、２７2の上端部は凹部内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極２７1、２７2間には、誘電体層２５の表面部分で構成された突部２９が形成されている。
【００４８】
この静電吸着装置３４では、その表面に基板を配置すると基板裏面は突部２９の上端部と接触するが、第１、第２の電極２７1、２７2とは接触しないようになっている。
【００４９】
従って、基板が比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極２７1、２７2と接触しないため、第一例〜第三例の静電吸着装置３１〜３３に比して、第１、第２の電極２７1、２７2の寿命が長くなる。
【００５０】
なお、本実施形態では第１、第２の電極２７1、２７2の厚みを１．５μｍとしているが、本発明はこれに限らず、これらの厚みが２μｍ以下であればよく、例えば、１μｍでもよいし、０．５μｍでもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、第１、第２の電極２７1、２７2を形成する際にドライエッチングでＡｌ層２６をパターニングしているが、本発明はこれに限られるものではなく、ウエットエッチングで行ってもよいし、またサンドブラストを行ってもよい。
【００５２】
さらに、第１、第２の電極２７1、２７2の電極材料としてＡｌを用いているが、本発明の電極材料はこれに限られるものではなく、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ等の金属でもよい。さらにまた、電極材料は金属に限られるものでもなく、例えば導電性カーボン材を用いてもよい。この場合には、導電性カーボン材を熱ＣＶＤ法等で誘電体層２５の表面全面に形成した後、サンドブラストでパターニングすることにより、微細なパターンで膜厚の薄い第１、第２の電極２７1、２７2を形成することもできる。
【００５３】
また、保護膜３０として、シリコン窒化物を用いているが、本発明はこれに限らず、例えば、ＡｌＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＧａＮ、ＢＮ、ＩｎＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の窒化物を用いてもよいし、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＴｉＯ、ＺｎＯ等の酸化物を用いてもよい。さらに又、ダイヤモンド、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＳｉＣなどの炭化物を用いてもよいし、ポリイミド、ポリ尿素、シリコーンゴムなどの有機重合体を用いてもよい。
【００５４】
また、誘電体層２５の例として、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするとしているが、本発明はこれに限らず、例えば、ＡｌＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＧａＮ、ＢＮ、ＩｎＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の窒化物を用いてもよいし、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＴｉＯ、ＺｎＯ等の酸化物を用いてもよい。さらに又、ダイヤモンド、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＳｉＣなどの炭化物を用いてもよいし、ポリイミド、ポリ尿素、シリコーンゴムなどの有機重合体を用いてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
絶縁性基板を静電吸着する際の静電吸着力が従来に比して大きくなる。
【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の構成を説明する図
【図２】(ａ)：本発明の一実施形態の静電吸着装置の一例を説明する断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の静電吸着装置の一例を説明する平面図
【図３】(ａ)：本発明の一実施形態の静電吸着装置の製造工程を説明する断面図
(ｂ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｃ)：その続きの工程を説明する断面図
【図４】(ｄ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｅ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｆ)：その続きの工程を説明する断面図
(ｇ)：その続きの工程を説明する断面図
【図５】(ａ)：第１、第２の電極の厚みが厚い場合における両電極間の電界分布を示す図
(ｂ)：第１、第２の電極の厚みが薄い場合における両電極間の電界分布を示す図
【図６】(ａ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第一例を説明する断面図
(ｂ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第二例を説明する断面図
(ｃ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第三例を説明する断面図
(ｄ)：本発明の他の実施形態の静電吸着装置の第四例を説明する断面図
【図７】従来の真空処理装置を説明する断面図
【図８】(ａ)：従来の静電吸着装置の一例を説明する断面図
(ｂ)：従来の静電吸着装置の一例を説明する平面図
【図９】絶縁性基板が静電吸着された状態を示す図
【符号の説明】
１……スパッタリング装置(真空処理装置) ５……基板(処理対象物) ２３……基体 ２７1……第１の電極 ２７2……第２の電極 ３０……保護膜
Claims (4)
- 基体と、
前記基体表面に互いに絶縁した状態で配置された第１、第２の電極とを有する静電吸着装置であって、
前記第１、第２の電極は、その厚みが２μｍ以下に形成され、
前記第１、第２の電極に印加された電圧によって不均一電界を形成し、誘電体から成る基板を、単位面積当たり下記(１)式で与えられるグラディエント力ｆによって、吸着するように構成されたことを特徴とする静電吸着装置。
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ 2 ) ……(１)
(ｆはグラディエント力、αは前記誘電体の分極率、Ｅは第１、第２の電極間に形成される電界) - 請求項１記載の静電吸着装置であって、少なくとも前記第１、第２の電極表面を被覆するように配置された保護膜を有することを特徴とする静電吸着装置。
- 請求項１記載の静電吸着装置であって、
前記基体には凹部が形成され、前記第１、第２の電極は前記凹部内に配置されて前記第１、第２の電極の間には前記基体の前記凹部間の部分である突部が配置され、
前記基板は、前記第１、第２の電極の表面と前記突部の表面とのいずれか一方又は両方に接触するように構成された静電吸着装置。 - 真空排気可能な真空槽と、前記真空槽内に配置された静電吸着装置とを有し、前記静電吸着装置表面に処理対象物を載置した状態で、前記処理対象物を真空処理することができるように構成された真空処理装置であって、
前記静電吸着装置は、請求項１乃至請求項３記載の静電吸着装置であることを特徴とする真空処理装置。
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