(57)【要約】【課題】パーティクルの発生を低減し、基板の取外しおよび搬送を容易かつ安定に行い、高い歩留まりと装置稼動率を実現する静電吸着装置を提供する。【解決手段】静電吸着装置は、表面がエンボス加工された誘電体板２２を備え、エンボス凹部２１ｃに形成される電極層４１ａ，４１ｂと、この電極層を電圧印加状態または接地状態にする外部電源２４と、エンボス凸部２１ｂの基板支持面に形成された導電体層４２とから構成されている。エンボス凹部に形成された電極層に電圧が印加されると、基板裏面に電荷が誘起される。基板と接触する部分はエンボス凸部の表面に形成された導体板層であるので、接触部は基板と同電位となり、静電力は生じない。従って擦れに起因するパーティクルの発生を抑制する。【選択図】　　　図１
2004022888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面がエンボス加工された誘電体板を備える静電吸着装置において、エンボス凹部に形成される電極層と、この電極層を電圧印加状態または接地状態にする外部電源と、エンボス凸部の基板支持面に形成された導電体層とを備えることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】
前記電極層と前記導電体層の間に形成される段差は５〜３０μｍの範囲に含まれ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】
前記電極層は、平面的形態において分割されており、互いに絶縁された複数の電極層部分から成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４】
前記導電体層が形成される範囲が前記エンボス凸部の表面範囲よりも内側であ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５】
前記導電体層が形成される範囲が前記エンボス凸部の表面範囲よりも内側であり、かつ前記エンボス凸部の周囲に前記電極層が形成されないことを特徴とする請求項１記載の静電吸着装置。
【請求項６】
前記電極層と前記導電体層の材料は、タングステン、モリブデン、タンタル、炭素系導電体のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電吸着装置に関し、特に、半導体製造工程での基板処理室における基板を固定するための静電吸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造工程における基板への薄膜形成（スパッタリングやＣＶＤ等）や薄膜加工（ドライエッチング等）の基板処理において、基板を固定するため静電吸着装置が頻繁に使用されている。静電吸着による基板固定は、基板表面に接触する部分が存在しないから、基板面内からのデバイス取出し率が高く、デバイス生産の歩留まりも高くすることができる。さらに温度調整部との組合せに基づき温度の精密制御が可能である。
【０００３】
図７を参照して従来の静電吸着装置の構成例を説明する。この静電吸着装置は一例としてスパッタリング装置に適用されている。このスパッタリング装置において、金属製の容器１１の内部は排気機構（図示せず）によって減圧されている。容器１１の天井部にはリング状絶縁部材１２に支持された円板状ターゲット１３が取り付けられている。容器１１の外側であってターゲット１３の背面には、ヨーク板１４に固定された磁石１５が設置されている。容器１１の内部の下側には基板支持部１６が設けられている。基板支持部１６の上面には基板１７が搭載されている。基板１７は、ターゲット１３に対向してターゲット１３に平行に配置されている。基板支持部１６は容器１１の底部に固定されている。基板支持部１６は静電吸着装置１８と基板温度調整部１９を備えている。容器１１の周囲壁の内面には円筒形のシールド２０が配置される。
【０００４】
静電吸着装置１８は、エンボス加工によりその表面にエンボス部２１が形成された誘電体板２２と、その内部に配置された金属電極２３とによって構成される。金属電極２３は、例えば双極電極の構造を有し、内側電極２３ａと外側電極２３ｂから成っている。金属電極２３は外部直流電源回路２４に接続され、一定の電圧が印加されている。外部直流電源回路２４にはプラス電圧印加用のバッテリ２４ａとマイナス電圧印加用のバッテリ２４ｂと接地端子２４ｃとスイッチ２４ｄ，２４ｅが設けられている。内側電極２３ａにはバッテリ２４ａによってプラス電圧が印加され、外側電極２３ｂにはバッテリ２４ｂによってマイナス電圧が印加される。基板支持部１６の上での基板１７の固定は、誘電体板２２上に基板１７が置かれかつ金属電極２３に所定の電圧が印加されると、金属電極２３と基板（シリコン基板）１７の間で働くクーロン力（静電力）によって行われる。クーロン力は誘電体板２２の表面に誘起される電荷に基づいて生じる。このクーロン力によって基板１７は誘電体板２２の表面に吸着される。
【０００５】
基板温度調整部１９は静電吸着装置１８の下側に設けられている。基板温度調整部１９は、熱電対２５と、電源・制御機構２６と、加熱・冷却部２７と構成されている。熱電対２５と電源・制御機構２６によって所要の一定温度に制御された加熱・冷却部２７は、その上に設けられた誘電体板２２を一定温度に保持する。誘電体板２２のエンボス部２１の上に載置された基板１７の温度は、エンボス部２１によって形成された隙間２１ａにガス供給源２８とガス導入経路２９によりガスが導入されかつ隙間２１ａ内が一定圧力に保持されると、そのガスの熱伝導によって所定温度に保持される。
【０００６】
静電吸着装置１８によって基板１７を固定するとき、その吸着力は、隙間２１ａの圧力と容器１１の内部圧力との差圧による反力よりも十分に大きい必要がある。通常のスパッタリング圧力は数ミリトール（ｍＴｏｒｒ）である。従って、圧力差の値はほぼ隙間２１ａの圧力となる。この場合、圧力差は約１０トール（Ｔｏｒｒ）である。
【０００７】
基板１７を吸着する力は誘電体板２２の表面と基板１７の間で働くクーロン力である。図８と図９を参照してクーロン力について説明する。
【０００８】
誘電体板２２のエンボス部２１の上に基板１７は置かれる。図８に示すごとく、金属電極２３（内側電極２３ａ）にバッテリ２４ａによりプラス電圧が印加されると、誘電体板２２の表面にプラス電荷が誘起されるが、同時に基板１７の裏面にもマイナス電荷が誘起される。
【０００９】
金属電極が単極電極の場合には、基板１７がプラズマを経由して電源接地部に接続され、閉回路が形成される。金属電極が双極電極の場合には、異符号の内外の各電極電圧に対応して誘電体板２２の表面に電荷が現れる。基板１７の裏の表面を通じて閉回路が形成されることにより、基板１７の裏の表面に電荷が誘起される。
【００１０】
誘電体板２２の表面と基板１７との間に働く力（Ｆ）は、単極電極の場合にはＦ＝ε（Ｖ２／Ｌ２）Ａ／２、双極電極の場合にはＦ＝ε（Ｖ２／Ｌ２）Ａ／８（電極面積がプラス電極とマイナス電極で同じ場合）である。ここで、εは隙間２１ａの誘電率、Ｖは電圧、Ｌは誘電体板と基板裏面（シリコン基板裏面）との距離、Ａは電極面積である。吸着力は印加電圧と電極面積に比例し、基板と誘電体板との距離に反比例する。スパッタリングでは、成膜前に基板を加熱し、一定温度に保持する必要があるため、通常、双極型電極を用いる。
【００１１】
一方、基板１７と誘電体板２２が直接に接触するエンボス部２１の凸部２１ｂでは、図９に示すごとく、微視的に基板１７や誘電体板２２の表面の微細な凹凸によって生ずる微細な隙間３０（隙間の距離δ）が生じる。隙間３０の距離δは非常に小さく、０．１μｍ程度であるため、隙間３０を挟んで生じる力は非常に大きなものとなる。これはジョンソン・ラーベック効果（ＪＲ効果）と呼ばれている。
【００１２】
双極電極の場合について吸着力を計算する。直径３００ｍｍの基板を処理する場合、誘電体板２２の直径は３００ｍｍとし、誘電体板２２の外周縁１ｍｍとエンボス凸部とによって基板を接触し支持するものとする。この接触部分の表面積が全誘電体板水平面積の１％となっている。金属電極２３としては、内側が円形、外側がリング状に二分割された双極電極とする。金属電極２３として、計算上は直径２９８ｍｍの円板とする。金属電極への印加電圧はプラス電極が＋２００Ｖ、マイナス電極が−２００Ｖとする。基板１７と誘電体板２２との距離Ｌに相当するエンボスギャップ（凸部と凹部の段差）を７μｍ、エンボス凸部２１ｂの基板との接触部の微細隙間δを０．１μｍとする。また吸着力は誘電体板の表面に垂直方向にのみ働くものとする。
【００１３】
エンボス部２１の凹部に働く力は５００〜６００Ｎ、凸部２１ｂに働く力は５０００〜１００００Ｎとなり、全体で５５００〜１０６００Ｎとなる。エンボス凸部２１ｂに働く力は非常に大きく、制御する上で重要である。これらの力の合計が基板全体に掛かるが、単位面積あたりの力すなわち圧力では５００〜１０００Ｔｏｒｒとなる。この圧力は、基板１７と誘電体板２２の隙間の圧力と、容器１１の内部圧力との差圧による反力よりも十分に大きいので、基板１７は誘電体板２２の上に安定して吸着固定される。
【００１４】
次に、スパッタリング装置の容器１１における基板１７のスパッタリング処理を説明する。
【００１５】
基板１７が容器１１内に搬入され、基板支持部１６の誘電体板２２の上に置かれる。基板１７の搬送は、図示されない搬送ロボットとリフトピンによって行われる。次に、外部直流電源回路２４から作動し、電極２３に所定電圧が印加される。この例では、内側電極２３ａに＋２００Ｖ、外側電極２３ｂに−２００Ｖが印加される。内側電極２３ａと外側電極２３ｂには絶対値で同じ電圧が印加される。電極２３に電圧が印加されると、上記に説明したように、静電力によって基板１７が誘電体板２２に吸着されて固定される。基板１７が固定されると、基板１７と誘電体板２２との間に形成される隙間２１ａに、ガス供給源２８からガス導入経路２９を介してガスが導入される。隙間２１ａ内の圧力は１〜１０Ｔｏｒｒの範囲の或る一定圧力に制御されている。このガスによって、基板温度調整部１９により一定温度に保持された誘電体板２２から基板１７に熱が伝わる。この結果、基板１７も昇温し、一定温度に保持される。基板温度が一定になると、容器１１内にＡｒガスが導入され、容器１１内の圧力は一定圧力に保持される。次に、基板１７に対向するターゲット１３にスパッタ電源３１から高い電圧が印加され、容器１１の内部に放電が生じ、ターゲット１３に対するスパッタリング作用で基板１７の上に所望の薄膜が形成される。成膜終了後、容器１１内のガス導入と隙間２１ａへのガス供給が停止される。十分に圧力が低下した後に、電極２３への電圧印加が停止される。次に、図示しないリフトピンで基板１７を誘電体板２２のエンボス部２１から離し、同じく図示しない搬送ロボットにより基板１７を容器１１の外へ搬出する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の静電吸着装置では、誘電体板２２のエンボス部２１の吸着力が強く設定されているため、吸着開始時などに基板１７の裏面と誘電体板２２とが擦れて基板１７が削れ、パーティクルが大量に発生し、発塵源となり、歩留まり低下の原因になるという問題が生じる。この問題を解決するためには、エンボス凸部２１ｂの基板接触部の面積を減少させればよい。しかし、湾曲する基板を支持する支持体としての役割を有するので、面積減少には限界がある。
【００１７】
さらに誘電体板２２の表面に誘起された電荷は、基板１７を処理した後、金属電極２３への印加電圧をなくした後であっても残留するので、吸着力は直ぐには消えない。そのため、基板１７を容器１１の外へ搬送する目的でリフトピンで基板１７を誘電体板２２から離そうとするとき、基板が振動などを起こして位置ずれを起こす。この結果、後段の基板処理において分布悪化や搬送不能などの問題を起こし、歩留まり低下あるいは装置稼動率の低下の問題を引き起こす。
【００１８】
上記の問題に関連する従来技術として、さらに特開平１１−２５１４１６号公報に開示される静電チャックを挙げる。この静電チャックでは、良好な被吸着体の離脱性を実現している。
【００１９】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、パーティクルの発生を低減し、基板の取外しおよび搬送を容易かつ安定に行い、高い歩留まりと装置稼動率を実現する静電吸着装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る静電吸着装置は、上記目的を達成するために、次の通り構成される。
【００２１】
第１の静電吸着装置（請求項１に対応）は、表面がエンボス加工された誘電体板を備える静電吸着装置であり、エンボス凹部に形成される電極層と、この電極層を電圧印加状態または接地状態にする外部電源と、エンボス凸部の基板支持面に形成された導電体層とを備えるように構成される。
【００２２】
上記の静電吸着装置はスパッタリング装置等の基板処理装置に適用される。静電吸着装置で固定される基板はシリコン基板等である。誘電体板の表面にエンボス加工でエンボス部が形成される。エンボス部には凸部と凹部と外周縁突起部が形成されている。エンボス凹部に形成された電極層に電圧が印加されると、基板裏面に電荷が誘起される。基板と接触する部分はエンボス凸部の表面に形成された導体板層であるので、接触部は基板と同電位となり、静電力は生じない。従って擦れに起因するパーティクルの発生を抑制することが可能となる。なお外周縁突起部の表面についても同様に導電体層が形成される。上記のエンボス凸部は外周縁突起部を概念的に含むものとする。また基板処理後において電極層を接地状態にすると、誘起された電荷を急速に逃がすことができる。
【００２３】
第２の静電吸着装置（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、電極層と導電体層の間に形成される段差は５〜３０μｍの範囲に含まれることを特徴とする。当該段差は数μｍから数十μｍの範囲の距離が好ましいが、より好ましくは５〜３０μｍの範囲である。
【００２４】
第３の静電吸着装置（請求項３に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、電極層は、平面的形態において分割されており、互いに絶縁された複数の電極層部分から成ることを特徴とする。この構成では、好ましくは、内側電極層と外側電極層からなる双極型の電極層である。
【００２５】
第４の静電吸着装置（請求項４に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、導電体層が形成される範囲がエンボス凸部の表面範囲よりも内側である。この構成によって、導電体層の縁部と電極層の縁部が高さ方向において直線上に配置されるの防止するようにしている。
【００２６】
第５の静電吸着装置（請求項５に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、導電体層が形成される範囲がエンボス凸部の表面範囲よりも内側であり、かつエンボス凸部の周囲に前記電極層が形成されないことを特徴とする。この構成によっても、導電体層の縁部と電極層の縁部が高さ方向において直線上に配置されるの防止するようにしている。
【００２７】
第６の静電吸着装置（請求項６に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、電極層と導電体層の材料は、タングステン、モリブデン、タンタル、炭素系導電体のいずれかであることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成要素の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００３０】
この実施形態では、基板成膜装置としてのスパッタリング装置に適用された静電吸着装置の例について説明する。
【００３１】
図１〜図３に従ってスパッタリング装置の構成を概説する。スパッタリング装置の構成の基本的部分は図７を参照して説明した従来装置と同じである。図７で説明した要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００３２】
スパッタリング装置は、外部の排気機構（図示せず）により内部が減圧された容器１１と、容器１１の天井部にリング状絶縁部材１２を介して設けられたターゲット１３と、ターゲット１３の裏面側に設けられかつヨーク板１４に固定された磁石１５と、ターゲット１３に対向する位置に設置されかつ容器１１の底部に固定された基板支持部１６と、基板支持部１６に設けられた静電吸着装置１８と基板温度調整部１９とから構成されている。ターゲット１３にはスパッタ電源３１から電圧が印加されている。容器１１の周壁の内面に沿って筒状シールド部材２０が配置される。図１において、基板搬送ロボット、搬入・搬出ゲート、基板支持部１６で基板１７の載置または取外し用のリフトピン、放電発生に関連する機構、放電用Ａｒガスの導入機構等の図示は省略されている。
【００３３】
基板支持部１６の上側に設けられた静電吸着装置１８は、表面がエンボス加工された誘電体板２２と、誘電体板２２の表面に設けられた金属等の電極層４１と、電極層４１に一定の電圧を印加する外部直流電源回路２４とから構成されている。
【００３４】
誘電体板２２の表面のエンボス部２１は、複数の凸部２１ｂと、凹部２１ｃと、外周縁突起部２１ｄとから成っている。凸部２１ｂは円柱形状をなしている。外周縁突起部２１ｄはリング状の形状を有している。外周縁突起部２１ｄも概念的に凸部に含まれる。誘電体板２２のエンボス部２１によって、基板１７の裏面側に隙間２１ａが形成される。誘電体板２２のエンボス部２１では、複数の凸部２１ｂのすべての先端面（基板支持面）には導電体層４２を設けている。誘電体板２２の材質としては、熱伝導度の良好なＡＩＮ（窒化アルミニウム）を用いている。
【００３５】
電極層４１はエンボス部２１の凹部２１ｃの底面に配置される。電極層４１は、双極電極の構造を有し、円板状の内側電極層４１ａとリング状の外側電極層４１ｂから成っている。電極層４１は、誘電体板２２と同程度の熱膨張率を有するタングステン、モリブデン、タンタルなどの金属、あるいは炭素系導電体で作られている。
【００３６】
図３は誘電体板２２の平面図を示し、エンボス凸部２１ｂの形成パターンと電極層４１の配置パターンとを示している。図３でエンボス凸部２１ｂの径などは分かりやすいように実際より大きく描いている。図３において電極層４１の領域は斜線で示されている。電極層４１は、内側の円板状電極層４１ａと外側のドーナツ状電極層４１ｂの２つの部分から成っている。電極層４１は、誘電体板２２の表面のエンボス凹部２１ｃの箇所に設けられている。なおエンボス凸部２１ｂの上には導電体層４２が形成されているので、図３ではエンボス凸部２１ｂの場所には円形の導電体層４２が示されている。さらに誘電体板２２の外側の縁部分にはリング状の外周縁突起部２１ｄが形成され、かつその上にもリング状の導電体層４３が形成されている。
【００３７】
電極層４１はイオンプレーティングなどによって形成され、厚みは数μｍから数十μｍ程度である。電極層４１は誘電体板２２に対して密着性がよく、温度の昇降において剥がれを起こさない。各電極層４１ａ，４１ｂのそれぞれには外部回路を通じて直流電源が接続される。すなわち電極層４１は外部直流電源回路２４に接続され、一定の電圧が印加されている。外部直流電源回路２４にはプラス電圧を印加するバッテリ２４ａとマイナス電圧を印加するバッテリ２４ｂと接地端子２４ｃとスイッチ２４ｄ，２４ｅが設けられている。内側電極層４１ａにはバッテリ２４ａとスイッチ２４ｄと導線４３によってプラス電圧が印加され、外側電極層４１ｂにはバッテリ２４ｂとスイッチ２４ｅと導線４４によってマイナス電圧が印加される。また電極層４１ａ，４１ｂは外部直流電源回路２４の接地端子２４ｃによって接地されるようになっている。
【００３８】
内側電極層４１ａと外側電極層４１ｂのそれぞれにはバッテリ２４ａによるプラス電圧およびバッテリ２４ｂによるマイナス電圧が印加されると、誘電体板２２のエンボス凸部２１ｂの表面に各電極電圧に対応する符号の電荷が現れる。
【００３９】
電極層４１は、誘電体板２２の上に成膜によって形成されることから、基板温度調整部１９に対して電気的に絶縁されている。また外部直流電源回路２４との電気的接続関係を形成する導線４３，４４等も気温温度調整部１９や容器１１と電気的に絶縁されている。
【００４０】
図２に拡大して示されるように、エンボス凸部２１ｂの先端面に導電体層４２が形成されている。導電体層４２は、誘電体板２２と同程度の熱膨張率を持つ金属であり、例えばタングステン、モリブデン、タンタルか、金属以外では炭素系材料でもよい。導電体層４２は電極層４１と電気的に絶縁されている。導電体層４２は同様にイオンプレーティングなどによって形成され、厚さも数μｍから数十μｍ程度である。誘電体板２２に対して密着性がよく、温度の昇降においても剥がれを起こさない。エンボス凸部２１ｂの先端面は、本来、基板１７と直接的に接触する部分である。導電体層４２は、エンボス凸部２１ｂ以外に、基板１７と接触する誘電体板２２のリング状の外周縁突起部２１ｄの表面にも形成されている。
【００４１】
電極層４１（４１ａ，４１ｂ）と導電体層４２の間の絶縁を図るためには、図４および図５に示すごとく、導電体層４２が形成される範囲をエンボス凸部２１ｂの先端面範囲よりも内側にするか、または導電体層４２が形成される範囲をエンボス凸部２１ｂの先端面範囲よりも内側にし、電極層をエンボス段差の周囲付近に形成しないことが望ましい。すなわち、電極層の縁部分と導電体層の縁部分とが段差が形成される箇所で高さ方向にて直線上に配置されないようにすることが好ましい。
【００４２】
基板温度調整部１９は、熱電対２５と、電源・制御機構２６と、加熱・冷却部２７によって構成される。
【００４３】
また誘電体板２２と基板１７の間に形成される隙間２１ａには、ガス供給源２８からガス導入経路２９を経由してガスが導入される。導入されたガスによって隙間５１内の圧力は一定圧力に保持される。またガスの熱伝導によって基板１７は所定温度に保持される。
【００４４】
本実施形態に係るスパッタリング装置による基板処理は、従来装置で説明した内容と基本的に同じである。この実施形態では、好ましくは、電極層４１の内側電極層４１ａには＋２００〜＋１０００Ｖの範囲の電圧が印加され、外側電極層４１ｂには−２００〜−１０００Ｖの範囲の電圧が印加される。双極型電極である電極層４１の内外の電極層には絶対値で同じ電圧が印加される。電極層４１ａ，４１ｂに電圧が印加されると、図６に示すごとく、対向する基板１７の裏面上に電極電位の符号とは異符号の電荷が誘起され、静電力によって基板１７が吸着され、誘電体板２２の上に固定される。
【００４５】
次に、図６を参照して静電吸着装置１８による基板吸着作用について詳しく説明する。
【００４６】
基板（例えばシリコン基板）１７が誘電体板２２の上に置かれ、内外の電極層４１ａ，４１ｂに所定の電圧が印加されると、基板１７の裏の表面には対応する電極の電位に応じた符号の電荷が誘起され、その結果、静電力によって基板１７が誘電体板２２に固定される。基板１７は抵抗が比較的に低いため、内外の電極層４１ａ，４１ｂに所定電圧が印加されると、基板１７の裏の表面付近で電流が移動しやすく、プラス電極層に対向する基板裏面部分でマイナス電荷が生じ、マイナス電極層に対向する基板裏面部分ではプラス電荷が生じ、基板の電位は電極層４１の電位と絶対値がほぼ同じとなる。基板１７の裏面で電荷の移動が生じるとき、電源回路２４と基板１７との間で閉回路が形成され、この閉回路で電荷の流れが起きる。
【００４７】
一方、エンボス凸部２１ｂの先端面が基板１７の裏面と接触するが、凸部２１ｂの導電体層４２は接触する基板１７の裏面部分と同電位になる。従って、エンボス凸部２１ｂの表面と基板１７との間で静電力は生ぜず、静電力は働かない。このため、基板１７と誘電体板２２のエンボス部２１との接触部であるエンボス表面でのジョンソン・ラーベック効果が生じることなく、強い力が働かないので、擦れによるパーティクル発生は非常に少なくなる。
【００４８】
ここで、エンボス凸部２１ｂの先端面の導電体層４２は基板１７とほぼ同電位になっている（図６ではマイナス電位）が、その下部の誘電体板２２との界面（エンボス凸部の先端面との界面）の誘電体板側に誘起されている異符号の電荷（図６ではプラス電荷）の存在によって、当該界面では電界の移動・消滅、および当該界面でのジョンソン・ラーベック効果による力が生じている。しかし、この界面で生じている現象は基板の吸着には関係ない。
【００４９】
本実施形態における基板１７を吸着させる力を計算する。働く力は、前述の通りＦ＝ε（Ｖ２／Ｌ０２）Ａ０／８（電極層の面積がプラス電極層とマイナス電極層とで同じ場合）である。ここで、εは誘電率、Ｖは電圧、Ｌ０は電極層の表面と基板裏面との距離、Ａ０はほぼ電極層４１の面積である。吸着力は印加電圧の二乗と電極面積に比例し、基板と誘電体板表面との距離の二乗に反比例する。
【００５０】
直径３００ｍｍの基板を処理する場合、基板支持体である誘電体板２２の直径も３００ｍｍ、電極層４１の面積が直径２９８ｍｍの円板とし、幅１ｍｍの外周縁突起部と直径１ｍｍのエンボス凸部が基板に接触するとして全体面積の１％となる場合を想定する。
【００５１】
印加電圧が２００〜５００Ｖの場合に働く力は５００〜３２００Ｎであり、圧力では６０〜３７０Ｔｏｒｒとなり、隙間２１ａにガスを導入することによって生ずる圧力と容器１１の内部圧力との圧力差による反力を十分上回り、安定して吸着固定が可能となる。
【００５２】
ただし、基板の表面がＳｉ０２で覆われている場合は、基板接触部で電荷の移動がＳｉ０２層の電荷移動に律速され、Ｓｉ基板だけの場合ほど容易ではない。またエンボス部で基板と誘電体板とが同電位にはなりにくいので、本計算は必ずしも正確ではない。しかし、誘電体同士の接触の場合のように電荷移動が起こらないわけではないので、従来に比べてエンボス部での吸着力は低減する。
【００５３】
基板１７の処理が終了した後、電極層４１への電圧印加が停止され、電極層４１が外部回路の切換スイッチ２４ｄ，２４ｅによってこれらが接地部２４ｃに接続される。電極４１が接地電位になると、対向する基板１７内部では静電誘導による電荷の分離が解消し、基板裏面に誘起していた電荷が消滅する。その結果、電極層４１と基板１７の間で働いていた静電力は急速に減少し、吸着力は消滅する。
【００５４】
ただし、エンボス部２１の凸部２１ｂの表面で誘電体板部分に誘起されていた電荷は残留するので、凸部２１ｂ付近の基板の裏面部分には異符号の電荷が残留する。しかし依然としてエンボス凸部２１ｂの表面に形成あれた導電体層４２は基板１７とほぼ同電位であるので、基板と誘電体板の間に静電力は働かず、吸着力は生じない。当該部分の残留電荷によって基板と誘電体板の間に吸着力は生じない。
【００５５】
以上によって、内外の電極層４１ａ，４１ｂへの電圧印加の停止から瞬時に基板吸着力は衰え、残留電荷による吸着力が長く続くことはない。従って金属電極４２への電圧印加停止後、直ちに基板の搬出を開始しても基板が振動するようなことはなく、位置ずれを起こすこともない。
【００５６】
本発明による静電吸着装置によれば、実験的に検査したところ、従来では直径が３００ｍｍの基板の処理において裏面で発塵するパーティクルが約５万個であったものが、約５千個以下に低下した。これにより生産の歩溜まりも非常に向上した。
【００５７】
以上の本実施形態に係る静電吸着装置は、スパッタリングの他に薄膜を基板上に形成するＣＶＤ（化学的気相成長）や薄膜を加工するドライエッチングに適用することも可能である。また本実施形態では双極型電極について述べたが、単極型電極についても同様に適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、誘電体板のエンボス表面と基板裏面との間のクーロン力で基板を吸着固定する静電吸着装置において、エンボス凹部の表面に電極層を形成し、かつ複数のエンボス凸部の先端面を導電体層を形成したため、基板との接触部が同電位に保たれ、基板と誘電体板との間の接触部に強い力が働かず、擦れによるパーティクル発生を抑制することができる。基板処理が終了した後、電圧印加の停止の後に瞬時に吸着力を衰えさせることができ、基板の安定した取出しおよび搬送が可能となる。これによって歩留りが高く、稼動率が高い基板処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電吸着装置が適用されたスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図２】誘電体板のエンボス部と基板との接触状態を示す拡大縦断面図である。
【図３】誘電体板のエンボス部と電極層の配置パターンを示す平面図である。
【図４】誘電体板のエンボス部と基板との接触状態の他の例を示す拡大縦断面図である。
【図５】誘電体板のエンボス部と基板との接触状態の他の例で、基板が離れた状態を示す拡大縦断面図である。
【図６】誘電体板のエンボス表面と基板との接触状態において印加電圧と誘起電荷を示す拡大縦断面図である。
【図７】従来の静電吸着装置を備えたスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図８】誘電体板とのエンボス部と基板の接触関係を説明するための部分拡大縦断面図である。
【図９】エンボス凸部と基板の接触関係を説明するための部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１１　　　　　　　容器
１３　　　　　　　ターゲット
１５　　　　　　　磁石
１６　　　　　　　基板支持部
１７　　　　　　　基板
１８　　　　　　　静電吸着装置
１９　　　　　　　基板温度調整部
２１　　　　　　　エンボス部
２１ｂ　　　　　　凸部
２１ｃ　　　　　　凹部
２１ｄ　　　　　　外周縁突起部
２２　　　　　　　誘電体板
４１　　　　　　　電極層
４２　　　　　　　導電体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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