(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電吸着装置に設けられ、表面に絶縁性の保護膜が形成された正電極と負電極に、真空雰囲気中で絶縁性基板を吸着できる大きさの正電圧と負電圧をそれぞれ印加し、前記保護膜に密着して配置された前記絶縁性基板を吸着し、真空雰囲気中で処理した後、前記正電極と負電極に前記処理中の印加電圧とは逆極性の電圧を印加した状態で、前記絶縁性基板を前記静電吸着装置から離脱させる絶縁性基板の離脱方法であって、
前記逆極性の電圧の印加後離脱前に前記正負電極を接地電位に置いて前記絶縁性基板を離脱させたときの離脱に要する力と、前記逆極性の電圧の印加後離脱前に前記正負電極をフローティング電位に置いて前記絶縁性基板を離脱させたときの離脱に要する力とのいずれよりも、離脱に要する力が小さくなる状態で前記絶縁性基板を離脱させる絶縁性基板の離脱方法。
【請求項２】
前記逆極性の電圧の大きさと印加時間のうち、少なくとも一方又は両方を、予め前記静電吸着装置上に前記絶縁性基板を配置し、残留吸着力を測定することで決定しておく請求項１記載の絶縁性基板の離脱方法。
【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の技術分野にかかり、特に、絶縁物を静電吸着する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電吸着装置は、真空雰囲気内で処理対象物の基板を静電吸着する装置であり、真空処理を行う際に、装置内部の電極に電圧を印加し、基板を静電吸着装置表面に密着させ、静電吸着装置内部に配置されたヒータによって加熱し、真空処理が終了すると、電圧の印加を解除して基板を静電吸着装置表面から離脱させ、未処理の基板と交換している。
【０００３】
しかし、従来の静電吸着装置では、電圧印加を解除し、吸着動作を終了させても、残留吸着力が残存し、基板が静電吸着装置表面に吸着されたままになってしまう。
【０００４】
残留吸着力の測定方法は、予めガラス基板等にフックを取り付けておき、静電吸着装置上に配置して静電吸着した後、そのフックを垂直方向に引き上げ、ガラス基板を静電吸着装置から離脱させるときに、引き上げに要した力をロードセルによって測定することができる。
【０００５】
図５のグラフは、正電極に３ｋＶ、負電極に−３ｋＶの電圧(±３ｋＶ)を印加してガラス基板を静電吸着し、その状態で６０秒間経過した後、正電極及び負電極への電圧印加を停止し、基板を離脱させた場合の残留吸着力の実測値である。縦軸は残留吸着力であり、横軸は電圧印加終了時点からの経過時間である。
【０００６】
このグラフは、電極への電圧印加が終了した後、経過時間が長くなると残留吸着力は減少することを示しているが、３０秒以上経過すると、残留吸着力の減少の傾きは小さくなり、残留吸着力をゼロにするためには非常に長い時間を必要とすることが分かる。
【０００７】
よく知られていることではあるが、一様な電界Ｅ内に誘電体を入れると、正負の電荷の相対的な変位により誘電体内部に分極が形成される。
【０００８】
分極には、電子分極、配向分極、イオン分極の３つの機構があり、誘電体の分極は上述の３つの機構の効果が重なって現れる。誘電体の電気現象として誘電体が電界中に置かれた場合、誘電体中の電束Ｄは電界Ｅに比例し、
Ｄ＝εＥ
の関係式で表すことができる。
【０００９】
比例定数εは誘電率である。この誘電率の大きさはその分極の大きさによって決まる。図６(ａ)、(ｂ)は、物質に印加される電圧が変化した場合に、印加電圧から求められる電界強度Ｅと、物質内部に形成される電束Ｄの関係を表すグラフである。電圧変化により、電界強度Ｅは矢印の方向に変化するものとする。
【００１０】
図６(ａ)は誘電損ｔａｎδがない理想的な場合である。実際はいくらかの誘電損を有するから、直線でなく、楕円となり、楕円の大きさが誘電損の大きさに比例する。図６(ｂ)に示すように実際の電束Ｄと電界Ｅの関係は、Ｄ−Ｅヒステリシスループを描く。
【００１１】
この図６(ｂ)からもわかるように、静電吸着装置によって基板を吸着する場合においても、電界強度Ｅをゼロにしても静電吸着装置内部や基板内部に電束Ｄは残存し、残留電荷、残留吸着力と呼ばれる力となる。図６(ｂ)では、電界強度Ｅがゼロでも、符号Ｄ0で示す密度の電束が残存している。
【００１２】
この電束Ｄ0は、最初に加えた電界とは逆の電界、すなわち静電吸着装置において、符号−Ｅｂで示す強度の電界を印加することで除去することができる。
【００１３】
従って、静電吸着装置と基板の間に生じる残留吸着力は、静電吸着装置内部の電極に、基板を吸着していたときとは逆向きの電圧を印加することで消滅させることができる。
【００１４】
しかしながら、−Ｅｂ分よりも大きな強度の電界を加えてしまうと、電束Ｄは逆方向に転じる。つまり、逆の電荷を発生させてしまう。従って、残留電荷を除去する為には、残留する電束密度に応じた最適強度の電界(電圧及びその印加時間)を加える必要があるが、この残留吸着力はプロセスの条件や基板の種類、あるいは印加電圧や吸着時間により変動する。
【００１５】
従来は、吸着対象が導体とみなせる半導体基板であったため、吸着動作の終了後、残留吸着力に応じた最適な逆電圧を印加することで基板をスムースに離脱させることが可能であった。しかしながら、基板がガラスのように絶縁性材料で構成されている場合の知見は存在しなかった。
【００１６】
近年の液晶やプラズマディスプレイに代表されるフラットパネルの製造プロセスにおいては、絶縁性材料であるガラス基板を静電吸着装置によって吸着して真空処理をしたり、搬送の際に吸着している。
【００１７】
この場合、逆電圧を印加するだけでは基板と静電吸着装置の間に残留吸着力が生じ、スムーズに離脱できないという問題が生じている。
特に、プロセス時間の短縮や歩留まりの向上には、吸着終了後の残留吸着力を早く消滅させる技術が必要になる。
【００１８】
【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を解決するために創作されたものであり、その目的は、絶縁性基板をスムーズに離脱させる技術を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、ガラス基板等の絶縁性基板を離脱させる際には、静電吸着装置の電極に単に逆電圧を印加しただけでは残留吸着力を減らすことはできるが消滅させられないことに注目し、実験を重ねた。その結果、電極に静電吸着時とは逆極性の電圧を印加した状態で絶縁性基板を離脱させると、残留吸着力が小さくなることを見出した。
【００２０】
図３のグラフは、絶縁性基板を静電吸着した後、逆電圧を印加した状態で離脱させた場合と、所定時間逆電圧を印加し、次いで正電極と負電極をフローティングにして離脱させた場合と、所定時間逆電圧を印加し、次いで電極を接地電位において離脱させた場合と、静電吸着後、逆電圧を印加せずに離脱させた場合の残留吸着力の相違を示している。
【００２１】
逆電圧を印加した状態で離脱させた場合は、残留吸着力がほぼゼロになるのに対し、他の場合は逆電圧を印加しても残留吸着力はゼロにならないことが分かる。残留吸着力は完全にはゼロにならなくても離脱させることは可能であるが、残留吸着力がゼロの方がよいのは言うまでもない。
【００２２】
次に、逆電圧を印加しながら離脱させる場合に、逆電圧の大きさと残留吸着力の関係を測定した。その結果を図４のグラフに示す。
【００２３】
吸着対象の基板は、ソーダ石灰ガラス(体積固有抵抗率１０Ｅ１５Ωｃｍ、比誘電率７．２)から成るガラス基板であり、一辺が６インチ、厚みが１ｍｍである。このガラス基板を双極型の静電吸着装置上に載置し、静電吸着装置内の正電極と負電極に３ｋＶと−３ｋＶの電圧を６０秒間印加し、ガラス基板を静電吸着装置上に吸着した後、吸着時とは逆向きの電圧を正電極と負電極に印加しながら離脱させた。
【００２４】
このグラフの横軸は、逆電圧の印加開始からガラス基板を離脱させるまでの時間であり、縦軸は離脱時の残留吸着力の大きさである。
【００２５】
グラフ中の各曲線、例えば±３０００Ｖの曲線は、正電極に−３０００Ｖ、負電極に＋３０００Ｖの電圧を印加しながら離脱させた場合である。０Ｖの曲線は比較例であり、逆電圧を印加せず、正電極と負電極を接地電位に置いて離脱させた場合である。
【００２６】
このグラフから、逆電圧の印加量と時間に応じて残留吸着力が低減していることが分かる。例えば逆電圧±２ｋＶの場合には、６０秒間の印加が最も残留吸着力が小さくなっているが、それ以上印加し続けると、電荷を注入することになり、それに伴い残留吸着力が増加している。
【００２７】
また、このグラフは、残留吸着力に対する逆電圧の大きさは、印加時間と相間関係があることを示しており、逆電圧の値を大きくすると、印加時間は短くて済むことが分かる。つまり、逆電圧の大きさが大きいほど、離脱までの時間は短くて済む。特に、静電吸着時の電圧よりも大きい逆電圧を印加すると、３０秒以下で離脱させることができている。
【００２８】
他方、このグラフは、逆電圧の値が小さい方が印加時間のマージンを大きくできることも示している。例えば、逆電圧±３ｋＶに対する逆電圧印加の最適時間は、約３５秒付近を中心とし、印加時間が２０秒間から５０秒間の約３０秒間の範囲は残留吸着力がほぼゼロになっており、３０秒間程度のマージンがあるのに対し、逆電圧±４ｋＶの場合は、２０秒を中心として５〜１０秒程度のマージンしかない。
【００２９】
従って、短時間で残留吸着力を除去する為に大きな逆電圧を印加する場合には、非常に精密な電圧と時間の制御が必要となる。
【００３０】
本発明は上記知見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、静電吸着装置に設けられ、表面に絶縁性の保護膜が形成された正電極と負電極に、真空雰囲気中で絶縁性基板を吸着できる大きさの正電圧と負電圧をそれぞれ印加し、前記保護膜に密着して配置された前記絶縁性基板を吸着し、真空雰囲気中で処理した後、前記正電極と負電極に前記処理中の印加電圧とは逆極性の電圧を印加した状態で、前記絶縁性基板を前記静電吸着装置から離脱させる絶縁性基板の離脱方法であって、前記逆極性の電圧の印加後離脱前に前記正負電極を接地電位に置いて前記絶縁性基板を離脱させたときの離脱に要する力と、前記逆極性の電圧の印加後離脱前に前記正負電極をフローティング電位に置いて前記絶縁性基板を離脱させたときの離脱に要する力とのいずれよりも、離脱に要する力が小さくなる状態で前記絶縁性基板を離脱させる絶縁性基板の離脱方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の絶縁性基板の離脱方法であって、前記逆極性の電圧の大きさと印加時間のうち、少なくとも一方又は両方を、予め前記静電吸着装置上に前記絶縁性基板を配置し、残留吸着力を測定することで決定しておく絶縁性基板の離脱方法である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１の符号１は、本発明を適用できる真空処理装置の一例である。
この真空処理装置１はスパッタリング装置であり、チャンバー１１を有している。
【００３２】
チャンバー１１上部には成膜物質であるターゲット１２が配置されており、チャンバー１１底壁上には、台１５及び静電吸着装置１０が配置されている。真空槽１１外部には、スパッタリング用の直流電源１３と、静電吸着用の直流電源１６と、各直流電源１３、１６に接続されたコンピュータ１７が配置されている。
【００３３】
静電吸着装置１０は、板状の絶縁板２と、該絶縁板２上に配置され、表面に、保護膜(ＳｉＯ2、ＰＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の絶縁性の膜)が形成された正電極３1及び負電極３2を有している。正電極３1と負電極３2は、静電吸着用の直流電源１６に接続されている。
【００３４】
また、ターゲット１２は、チャンバー１１とは絶縁された状態でスパッタリング用の直流電源１３に接続されている。
【００３５】
吸着用の直流電源１６内には、印加電圧の極性反転や、印加時間のタイマー機構が装備されている。吸着用の直流電源１６とスパッタ用の直流電源１３はコンピュータ１７によって制御され、コンピュータ１７内に設定されたシーケンスで電圧を出力するように構成されている。
【００３６】
このチャンバー１１には真空排気系１９が接続されており、チャンバー１１内を真空排気できるように構成されている。
【００３７】
絶縁板２内にはヒータ４が配置されており、チャンバー１１内を真空雰囲気にした後、そのヒータ４に通電し、予め静電吸着装置１０を昇温させておく。
【００３８】
次いで、図示しない搬送ロボットによってチャンバー１１内に絶縁性基板を搬入し、基板昇降機構１８を動作させ、静電吸着装置１０上に載置する。図１の符号６は、その状態の絶縁性基板を示している。
【００３９】
絶縁性基板６の載置後、正電極３1と負電極３2にそれぞれ正電圧と負電圧を印加し、絶縁性基板６を正負電極３1、３2表面に密着させると、静電吸着装置１０の熱が絶縁性基板６に伝導し、加熱される。
【００４０】
絶縁性基板６が所定温度まで昇温したところで、コンピュータ１７により、ガス導入系１４からチャンバー１１内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ用の直流電源１３を起動し、ターゲット１２に負電圧を印加し、スパッタリングを開始する。
【００４１】
絶縁性基板６表面に所定膜厚の薄膜が形成されたら、コンピュータ１７によってターゲット１２への電圧印加を終了させる。次いで、正電極３1及び負電極３2に、絶縁性基板６を静電吸着していたとき(スパッタリングの最中)の印加電圧とは逆極性であって、予め測定して置いた残留吸着力に応じた電圧量と時間を印加する。この場合の印加電圧は、静電吸着時の印加電圧の大きさよりも(逆極性で)大きいことが望ましい。
【００４２】
その電圧を印加しながら基板昇降機構１６を上方に移動させると、絶縁性基板６は絶縁性材料２表面からスムーズに離脱し、基板昇降機構１６上に乗せられる。
【００４３】
本発明は、以上のように正電極３1及び負電極３2に印加する電圧を制御しており、正電極３1に印加した電圧の変化を図２のグラフに示す。負電極３2に印加した電圧は、正電極３1に印加した電圧とは逆極性で大きさが等しい。
【００４４】
この図２の縦軸は印加電圧の大きさ及び極性であり、横軸は時間である。この図２のグラフ中、符号ｔ1は、正電極３1と負電極３2に電圧を印加し、絶縁性基板６の静電吸着を開始した時刻であり、符号ｔ2はスパッタリングが終了した時刻を示している。
【００４５】
時刻ｔ2の経過後、時刻ｔ3にて正電極３1と負電極３2に印加する電圧の極性を反転しており、その状態で、時刻ｔ4において絶縁性基板６を静電吸着装置１０から離脱している。
【００４６】
以上述べたように、本発明によると吸着動作終了後の絶縁性基板の離脱がスムーズになり、また、本発明によって離脱させた絶縁性基板６を基板昇降機構１８から基板搬送ロボットに移し替えると、残留電荷が低減された状態で絶縁性基板６を搬送することが可能となる。
【００４７】
次に、絶縁性基板を離脱させる場合の残留吸着力の測定結果を示す。
【００４８】
図３は、絶縁性基板としてガラス基板を用い、それを静電吸着した後、上記のように逆電圧を印加した状態で離脱させた場合と、逆電圧印加後に正電極と負電極をフローティング電位に置いて離脱させた場合と、逆電圧印加後に正電極と負電極を接地電位に置いて離脱させた場合と、逆電圧を印加せずに離脱させた場合の残留吸着力の大きさを示すグラフである。逆電圧を印加した状態で離脱させた方が残留吸着力が小さいことが分かる。
【００４９】
なお、実際にチャンバー１１内で真空プロセスを行う前に、予めダミーとなる絶縁性基板を静電吸着装置１０上に配置し、図４のグラフのような逆電圧の大きさ及び印加時間と残留吸着力の関係を求めておき、スパッタリング等の真空処理を行う絶縁性基板の材質や厚みに応じて、離脱時に印加する逆電圧の大きさ、及び逆電圧の印加時間を設定すると良い。
【００５０】
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。
【００５１】
例えば、上述の実施の形態においては、スパッタリング装置を例にとって説明したが、本発明はそれに限らず、ＣＶＤ装置、エッチング装置、イオン注入装置等の真空雰囲気中で絶縁性基板を処理する真空処理装置に広く用いることができる。また、静電吸着装置を使った搬送機構等、電極に電圧を印加して絶縁性基板を静電吸着する装置に広く用いることができる。
【００５２】
さらにまた、本発明はガラス基板に限定されるものではなく、絶縁性の基板を広く対象とするものである。
【００５３】
【発明の効果】
絶縁性基板離脱の際の残留吸着力が小さくなるので絶縁性基板が静電吸着装置上で跳ね上がって位置ズレしたり、静電吸着装置上から落下することがない。
また、絶縁性基板の残留電荷がほぼ消滅しているので、離脱後の搬送がスムーズである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用できる真空処理装置の一例
【図２】電圧印加の変化を示すタイミングチャート
【図３】離脱時の電圧の状態による残留吸着力の相違を示すグラフ
【図４】逆電圧の大きさ及び印加時間と残留吸着力の大きさの関係を示すグラフ
【図５】逆電圧を印加しない場合の経過時間と残留吸着力の関係を示すグラフ
【図６】(ａ)：理想的な物質の電界と電束の関係を示すグラフ    (ｂ)：実際の物質の電界と電束の関係を示すグラフ
【符号の説明】
３1、３2……電極
６……絶縁性基板
１０……静電吸着装置
【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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