(57)【要約】【要  約】【課題】圧電体から成る基板の真空処理方法を提供する。【解決手段】圧電体から成る処理基板１５を本プロセスであるプラズマ処理時に真空処理装置１内で吸着装置３０が吸着する前に、前プロセスとして処理プラズマの下で処理基板１５の表面の帯電電圧の極性と大きさを測定する。本プロセスの時に、前プロセスで測定した処理基板１５表面の電圧が１ｋＶ以上の場合、電極１１１、１１２にゼロＶを印加し、１ｋＶ未満の場合、電極１１１、１１２に、前プロセスで測定した処理基板１５表面の帯電電圧の極性と逆の極性の電圧を印加して処理基板１５を吸着する。処理基板１５が吸着装置３０の表面よりも大きい場合、裏面全体に金属薄膜を成膜し、熱伝導により降温させる。また、処理基板１５外側の上方に保護リング１８を配置して、プラズマから処理基板１５への熱の流入を防ぎ、処理基板１５の割れを防止する。【選択図】図１
2010090439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一乃至二個以上の電極と、前記電極上に配置された絶縁部とを有し、真空槽内に配置された吸着装置の前記絶縁部上に処理基板を配置し、
前記電極と前記処理基板との間に電圧を印加し、真空雰囲気中で前記処理基板を前記絶縁部表面に吸着しながら前記真空槽内にプラズマを発生させ、複数の前記処理基板を真空処理する真空処理方法であって、
前記処理基板が圧電体から成る場合には、
前記真空処理をおこなう前に、前記絶縁部上に前記処理基板と同材料の測定基板を乗せ、真空雰囲気中でプラズマを発生させた後、前記測定基板の帯電電圧の極性と大きさを測定し、
前記帯電電圧が１ｋＶ以上の場合は、前記処理基板を前記真空処理する際に、前記電極は接地電位に接続し、
前記帯電電圧が１ｋＶ未満の場合は、前記電極には、前記帯電電圧とは逆極性の電圧を印加する真空処理方法。
【請求項２】
前記絶縁部の表面よりも大きく、周囲が前記絶縁部表面からはみ出している前記処理基板を前記真空処理する場合に、前記真空処理を行う前に、前記処理基板の裏面に金属薄膜を形成しておく請求項１記載の真空処理方法。
【請求項３】
前記絶縁部の表面よりも大きく、周囲が前記絶縁部表面からはみ出している前記処理基板を前記真空処理する場合に、前記絶縁部からはみ出た部分上に保護リングを配置し、はみ出た部分と前記プラズマの間に、前記保護リングを位置させる請求項１記載の真空処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を吸着しながら真空処理する技術に係り、特に、圧電体から成る基板をプラズマ下で真空処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２の符号１００は、基板をスパッタリングによって成膜処理する真空装置であり、真空槽１１０を有している。
【０００３】
真空槽１１０の内部には吸着装置１３０が配置されている。吸着装置１３０は、双極式の吸着装置であり、正電極１１１と負電極１１２を有しており、正電極１１１と負電極１１２の上には、絶縁部１１３が配置されている。ここでは、絶縁部１１３の内部に正負電極１１１、１１２が配置されている。
【０００４】
真空槽１１０の外部には、正電圧電源１２１、負電圧電源１２２が配置されており、正電極１１１と負電極１１２は、正電圧電源１２１と負電圧電源１２２にそれぞれ接続され、正電極１１１には正電圧、負電極１１２には負電圧を印加できるように構成されている。
【０００５】
真空槽１１０には真空排気系１２３とガス導入系１２５が接続されており、真空排気系１２３によって真空槽１１０の内部を真空排気し、基板１１４を搬入して絶縁部１１３の上に乗せ、正負電極１１１、１１２に正負電圧を印加すると、基板１１４が金属や半導体等の導電性物質の場合、正電極１１１、負電極１１２と基板１１４の間にコンデンサが形成され、静電気力によって基板１１４が正電極１１１と負電極１１２に引き付けられる。
【０００６】
基板１１４がガラス基板等の誘電体であり、正負電極１１１、１１２と基板１１４の間にコンデンサが形成されない場合は、基板１１４の分極率をαとすると、基板１１４を不均一な電場Ｅ中に置いたときに、下記(１)式に従って、基板１１４にグラディエント力Ｆの吸着力が印加される。
【０００７】
Ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2) ……(１)
真空槽１１０の天井側にはターゲット１２６が配置され、真空槽１１０の外部にはスパッタ電源１２７が配置されており、基板１１４を正負電極１１１、１１２に吸着し、次いで、ガス導入系１２５からスパッタリングガスを導入し、スパッタ電源１２７によってターゲット１２６に電圧を印加し、ターゲット１２６の表面近傍にプラズマを発生させ、ターゲット１２６をスパッタリングすると、基板１１４の表面に薄膜が形成される。
【０００８】
この様に、基板１１４が導電体又は誘電体の場合は絶縁部１１３に密着され、プラズマから流入する熱を吸着装置１３０側に流出させたり、絶縁部１１３内に配置されたヒータによって基板１１４を加熱することができる。
【０００９】
しかし、基板１１４が圧電体である場合、基板１１４に印加される吸着力による自発分極やプラズマからのチャージアップによる自発分極が、正負電極１１１、１１２が形成する電界を乱し、基板１１４が吸着されずに温度上昇したり、基板１１４に加わる吸着力が不均一になって基板割れが生じるという問題がある。
【００１０】
下記は誘電体を吸着する技術が記載された文献である。
【特許文献１】特開２００１−０３５９０７号公報
【特許文献２】特開２００１−０４４２６２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３３４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
真空処理工程中で、処理プラズマからのチャージアップにより基板１１４がマイナス極性に帯電し、絶縁部１１３表面の負電極１１２上に位置する部分の吸着力が弱くなる。
【００１２】
基板１１４が圧電体である場合、プラズマからの熱流入により基板１１４の温度が上昇すると自発分極して、分極の度合いが変わり、また、吸着力により電圧が生じて自発分極して、分極の度合いが変わり、吸着力が弱くなる。吸着力が弱くなるのは、基板１１４内で電界変化の乱れが生じ、正常に吸着できる電界が基板１１４に及ばなくなるから、と考えられる。
【００１３】
また、絶縁部１１３と密着する基板１１４の表面積が基板１１４と密着する絶縁部１１３の表面積より大きい場合、プラズマによる真空処理中に、処理プラズマから基板１１４への熱が流入すると基板１１４の中心部分は、絶縁部１１３へ熱伝導により降温するが、外周部分は熱が逃げず昇温し、中心部分と外周部分に温度差が生じる。その結果、基板１１４の中心部分と外周部分で熱応力の差が生じ、基板１１４の割れが発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
真空処理装置１００を用い、下記条件でスパッタリングを行った。
基板１１４：直径４インチの圧電体(ＬｉＴａＯ3)から成る基板
正電極１１１への印加電圧：＋２０００Ｖ
負電極１１２への印加電極：−２０００Ｖ
ターゲット１２６：Ｎｉ
スパッタ電力：１ｋＷ
基板１１４上に形成した薄膜：膜厚１μｍのＮｉ薄膜
【００１５】
真空処理装置１００は、温度測定装置１１９と電圧測定装置１２８とを有しており、基板１１４の複数箇所の温度と帯電電圧の極性及び大きさを測定できるように構成されている。
上記条件でＮｉ薄膜をスパッタ成膜処理中に、温度測定装置１１９により基板１１４の表面温度を測定したところ、面内温度分布が２７℃以上となり、基板１１４の自発分極効果により、基板１１４の冷却効果が悪くなった。
また、正電極１１１の真上位置の部分の温度は４３℃以下であり、負電極１１２の真上位置の部分の温度は８７℃まで上昇した。
【００１６】
このように、正電極１１１側の温度が負電極１１２側の温度よりも低いのは、正電極１１１と基板１１４との間の吸着力が、負電極１１２と基板１１４との間の吸着力よりも強く、プラズマから基板１１４に流入した熱が絶縁部１１３に流出する熱量が、負電極側よりも正電極１１１側の方が多いからであると考えられる。
【００１７】
正電極１１１側の方の吸着力が強い原因は、プラズマからのチャージアップにより、基板１１４が負電位に帯電しているからであると考えられる。
成膜工程終了後に、この基板１１４の帯電電圧を電圧測定装置１２８で測定すると−５００Ｖであり、負電位に帯電していた。
【００１８】
従って、基板１１４と正電極１１１の電位差は２５００Ｖ、基板１１４と負電極１１２の電位差は１５００Ｖとなり、正電極１１１と基板１１４との間の電位差が大きくなり、その結果、吸着力が大きくなっている。
正負電極があった場合は、基板１１４面内の温度が不均一になる。
【００１９】
本発明は、上記のような実験結果から想到された発明であり、一乃至二個以上の電極と、前記電極上に配置された絶縁部とを有し、真空槽内に配置された吸着装置の前記絶縁部上に処理基板を配置し、前記電極と前記処理基板との間に電圧を印加し、真空雰囲気中で前記処理基板を前記絶縁部表面に吸着しながら前記真空槽内にプラズマを発生させ、複数の前記処理基板を真空処理する真空処理方法であって、前記処理基板が圧電体から成る場合には、前記真空処理をおこなう前に、前記絶縁部上に前記処理基板と同材料の測定基板を乗せ、真空雰囲気中でプラズマを発生させた後、前記測定基板の帯電電圧の極性と大きさを測定し、前記帯電電圧が１ｋＶ以上の場合は、前記処理基板を前記真空処理する際に、前記電極は接地電位に接続し、前記帯電電圧が１ｋＶ未満の場合は、前記電極には、前記帯電電圧とは逆極性の電圧を印加する真空処理方法である。
また、本発明は、前記絶縁部の表面よりも大きく、周囲が前記絶縁部表面からはみ出している前記処理基板を前記真空処理する場合に、前記真空処理を行う前に、前記処理基板の裏面に金属薄膜を形成しておく真空処理方法である。
また、本発明は、前記絶縁部の表面よりも大きく、周囲が前記絶縁部表面からはみ出している前記処理基板を前記真空処理する場合に、前記絶縁部からはみ出た部分上に保護リングを配置し、はみ出た部分と前記プラズマの間に、前記保護リングを位置させる真空処理方法である。
【発明の効果】
【００２０】
圧電体から成る基板を均一に吸着できる。また、基板の温度制御が可能となり、基板を割らずに真空処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１の符号１は、本発明の真空処理方法を行うことができる真空処理装置の一例である。この真空処理装置１は、真空槽１０を有している。真空槽１０内部の底面上には、吸着装置３０が配置されている。
【００２２】
真空槽１０の内部に天井側には、ターゲット２６が配置されている。真空槽１０の外部には、スパッタ電源２７が配置されており、ターゲット２６はスパッタ電源２７に接続されている。
真空槽１０には、真空排気系２３とガス導入系２５が接続されている。
【００２３】
真空排気系２３によって真空槽１０の内部を真空排気した後、真空槽１０内に処理基板１５を搬入し、吸着装置３０上に圧電体から成る処理基板１５を配置し、ガス導入系２５によってスパッタガスを真空槽１０の内部に導入し、スパッタ電源２７を起動してターゲットに電圧を印加し、ターゲット２６の表面近傍にプラズマを形成させると、ターゲット２６がスパッタリングされ、処理基板１５の表面に薄膜を形成する真空処理を行うことができる。
【００２４】
吸着装置３０は、一乃至二個以上(ここでは二個)の第一、第二の電極１１1、１１2と、第一、第二の電極１１1、１１2の上方に配置された絶縁部１３を有している。ここでは絶縁部１３は板状であり、第一、第二の電極１１1、１１2が絶縁部１３の内部に配置され、処理基板１５を吸着装置３０上に配置すると、処理基板１５は絶縁部１３と接触するように構成されている。
【００２５】
真空槽１０の外部には吸着電源２１が配置されており、第一、第二の電極１１1、１１2は吸着電源２１に接続され、第一、第二の電極１１1、１１2には、互いに同電位の電圧又は異なった電圧を印加できるように構成されている。
【００２６】
＜前プロセス＞
上記真空処理を行う際、処理基板１５を吸着装置３０に吸着していれば処理基板１５の熱処理を精密に行うことが可能となる。
【００２７】
処理基板１５が圧電体の場合は、処理基板１５の材質、プラズマからのチャージアップ、又は処理基板１５の自発分極によって帯電電圧の極性や大きさが変わり、吸着状態が変化し、第一、第二の電極１１1、１１2に誘電体を吸着する場合と同じ電圧を印加していると温度制御が困難になる。
【００２８】
従って、複数の処理基板１５を真空処理する際には、先ず、第一、第二の電極１１1、１１2に印加する電圧の極性、大きさを決定するために、処理基板１５と同じ材質の測定基板１４を、上記吸着装置３０の絶縁部１３上に配置しておき、処理基板１５に対する真空処理と同じ条件で真空槽１０内にプラズマを形成し、処理基板１５に用いる真空処理と同じ条件の真空処理を行う。
【００２９】
測定基板１４に対して処理基板１５と同条件で真空処理を行った後、プラズマを消滅させ、電圧測定装置２８によって測定基板１４の帯電電圧の極性と大きさを測定する。
【００３０】
処理基板１５は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、四ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）、水晶（ＳｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電体であり、測定基板１４は、処理基板１５と同じ材質のものが用いられている。
【００３１】
測定した帯電電圧が１ｋＶ以上の場合は、第一、第二の電極１１1、１１2と処理基板１５の間の電位差が帯電電圧でも処理基板１５を吸着装置３０に吸着できるので、複数の処理基板１５を真空処理する際の、第一、第二の電極１１1、１１2の接続を、接地電位に接続し、ゼロＶの電圧が印加されるように設定する。
【００３２】
測定基板１４の帯電電圧の大きさが１ｋＶ未満の場合、処理基板１５と第一、第二の電極１１1、１１2との間の電位差を大きくするために、吸着装置３０内に設けられた複数の電極(本例では第一、第二の電極１１1、１１2）には、帯電電圧とは逆極性の電圧を印加する。
【００３３】
また、吸着装置３０内の各電極(本例では第一、第二の電極１１1、１１2)には、同じ大きさの電圧を印加するように設定し、処理基板１５が面内均一の吸着力で絶縁部１３上に吸着されるようにする。
【００３４】
＜本プロセス＞
以上のように吸着装置３０内の各電極(本例では第一、第二の電極１１1、１１2)に吸着電源２１から印加する電圧を設定しておき、複数の処理基板１５を真空処理する場合、真空槽１０内に搬入された処理基板１５を吸着するために、第一、第二の電極１１1、１１2に設定された電圧を印加し、処理基板１５を均一に吸着し、真空処理を行うと、均一に強く吸着され、処理基板１５は割れにくくなる。
【００３５】
直径４インチのＬｉＴａＯ3から成る処理基板１５を吸着装置３０の上に乗せ、第一、第二の電極１１1、１１2両方に２０００Ｖの電圧を印加し吸着させ、温度測定装置１９により処理基板１５の表面温度を測定したところ、面内温度分布は５℃以下であった。また、処理基板１５の割れは発生しなかった。
【００３６】
処理基板１５の表面積が、絶縁部１３の表面積よりも大きく、絶縁部１３上に処理基板１５を配置すると処理基板１５の周辺部分が絶縁部１３よりも外側にはみ出る場合、プラズマからの熱の流入によって、はみ出た部分の温度が絶縁部１３上の部分の温度よりも上昇してしまうから、処理基板１５内部に発生する自発分極のため吸着力が不均一となり、割れが発生する虞がある。
【００３７】
この場合、処理基板１５の裏面に金属等の熱伝導性薄膜を予め成膜した後、上記真空処理を行うことで、処理基板１５の面内熱分布が均一となり、割れが発生しなくなる。
【００３８】
また、プラズマからの熱の流入を防ぐため、処理基板１５の絶縁部１３からはみ出た部分の表面を覆うように保護リング１８を設け、処理基板１５の周辺部分がプラズマに接触せず、プラズマからの熱の流入を防止するようにし、処理基板１５の面内熱分布が均一になるようにしてもよい。
【００３９】
なお、上記実施例では、本発明の真空処理がスパッタリングによる成膜処理であったが、本発明の真空処理はそれに限定されるものではなく、エッチング、アニール、表面処理等のプラズマを形成する真空処理を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の吸着装置を使用した真空処理装置の一例を説明する断面図
【図２】従来の吸着装置を使用した真空処理装置の一例を説明する断面図
【符号の説明】
【００４１】
１……真空処理装置
１０……真空槽
１１1、１１2……電極
１３……絶縁部
１５……処理基板
１８……保護リング
２８……電圧測定装置
３０……吸着装置  
【図１】
2010090439.tif 000003
【図２】
2010090439.tif 000004