(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で基板を処理する真空処置装置であって、処理室内の所定位置に基板を保持するよう配設された基板ホルダーと、基板ホルダーの基板保持面に静電気を誘起させて基板を静電吸着させる静電吸着機構とを備えており、
静電吸着の際に基板の裏面が接触する基板ホルダーの表面積は、基板の裏面の全面積の５０分の１以上２０分の１以下となっており、
基板ホルダーの基板保持面と基板との間の空間に熱伝達用のガスを供給するガス供給系が設けられており、基板ホルダーの表面には複数の突起が設けられてこの突起の先端が前記基板の裏面に接触しており、これらの複数の突起は、熱伝達用のガスを封じ込めることのない形状となっており、
基板ホルダーの表面には、基板の裏面に接触する突起とは別に、基板の裏面には接触しない非接触突起が設けられており、この非接触突起により、基板と基板ホルダーとの間のガスのコンダクタンスが小さくなっていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記基板ホルダーは、その基板の裏面に接触する部分の表面が予め平坦化処理され、その後に前記処理室内に運び込まれて配設されていることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記平坦化処理は、前記基板又は前記基板と同等の材質の板状部材の前記基板ホルダーへの着脱を１５０回以上繰り返す処理であることを特徴とすることを特徴とする請求項２記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、スパッタリング装置、エッチング装置、ＣＶＤ（化学蒸着）装置、イオン注入装置等のような真空中で基板を処理する真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ（大規模集積回路）等の電子デバイスやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示装置は、基板に対する各種の表面処理を経て製作される。このような表面処理を行う装置は、基板を真空中に配置して処理するものが多く、スパッタリング装置、エッチング装置、ＣＶＤ（化学蒸着）装置、イオン注入装置等として知られている。
【０００３】
このような真空処理装置は、処理室内の所定の位置に基板を位置させるため、処理室内に基板ホルダーを組み込んで、基板ホルダーに基板を保持させている。図５は、従来の真空処理装置に使用されている基板ホルダーの一例を示す正面断面概略図である。
基板ホルダー１は、処理室内の中央に配置された台状の部材であり、上面に基板９が載置されて保持される。また、多くの場合、基板９を加熱したり冷却したりして温度制御する機構が基板ホルダー１に内蔵されており、図５に示す例では、ヒータ３が内蔵されている。
【０００４】
真空中においては基板ホルダー１と基板９との間の熱伝達効率が低下するため、基板ホルダー１と基板９との間にガスを供給して部分的に熱伝達効率を高めるためのガス供給系４が設けられている。基板ホルダー１の基板保持面（この例では上面）には、凹部が形成されており、この凹部にヘリウム又は水素等のガスを供給するようになっている。ガスは凹部内に封じ込められ、凹部の圧力が上昇する。この結果、基板ホルダー１と基板９との間の熱伝達効率が向上するようになっている。
【０００５】
さらに、基板ホルダー１の基板保持面に静電気を誘起させて基板９を静電吸着し、基板ホルダー１と基板９との接触性を高めることにより熱伝導性を向上させるため、静電吸着機構５が基板ホルダー１に備えられている。基板ホルダー１の基板９に接触する側の部分は誘電体で形成された誘電体ブロック１１になっている。静電吸着機構５は、誘電体ブロック１１内に設けられた一対の吸着電極５１と、吸着電極５１間に直流電圧を印加する吸着電源５２とから主に構成されている。
【０００６】
吸着電極５１間に直流電圧が印加されると、誘電体ブロック１１の表面（基板保持面）に静電気が誘起され、基板９が静電吸着される。この結果、基板ホルダー１と基板９との接触性が高くなり、温度制御の効率が向上する。例えば、基板９が半導体ウェーハであり、基板ホルダー１と基板９との間にヘリウム又は水素等のガスを導入して２〜５Ｔｏｒｒ程度の圧力にした場合、室温から４００℃程度の温度まで基板９を加熱するのに１２０秒程度を要するが、基板９を静電吸着すると、２０秒程度で済む。
【０００７】
基板ホルダーと基板との接触性を向上させる手段としては、上記静電吸着方式の他、機械的なクランパの方式がある。クランパ方式の場合、基板の周縁をクランパと呼ばれるリング状の部材で機械的に押さえつけるようにする。しかしながら、スパッタリング装置等の成膜処理を行う装置では、クランパと基板との間にまたがって薄膜が堆積し、基板とクランパとが“癒着”してしまうという問題が発生する。“癒着”が生ずると、基板が基板ホルダーから取り外せなくなり、搬送エラーとなってしまう。上述した静電吸着方式によると、このような癒着が生じないので好適である。
【０００８】
しかしながら、上記静電吸着方式でも、以下のような問題があることが発明者の研究により判明した。図６は、静電吸着方式を用いた従来の真空処理装置の問題点を説明した図である。
【０００９】
上記のように、静電吸着方式によると、クランパ方式に比べ、“癒着”の問題が生じないので好適であるが、基板保持面に誘起させる静電気を大きくして基板ホルダーへの基板９の接触性を向上させようとすると、基板９が基板ホルダーに強く押さえつけられる結果、基板９の裏面９０に傷９１が生じ、これが原因で、膨大な量のパーティクル（微粒子）９２が生じる問題があることが判明した。例えば、基板保持面に１×１０−４ｋｇ／ｃｍ２ 以上の静電吸着力が生じると、基板９の裏面におけるパーティクル９２の発生の問題が顕在化する。
【００１０】
パーティクル９２は、処理室内を浮遊し、時として基板９の表面９３に付着する。基板９の表面９３にパーティクル９２が付着すると、回路欠陥等の致命的な製品不良が生じ易くなる。
発明者が調査したところでは、基板９が直径２００ｍｍの半導体ウェーハである場合、上記裏面９０に生ずるパーティクル９２は１万個から３万個にも達する。半導体ウェーハの表面のパーティクル９２は、通常、約５０個以下であることを考えると、表面の約２００倍から６００倍ものパーティクル９２が裏面９０に発生することが判明した。
【００１１】
本願の発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、基板の裏面におけるパーティクルの発生を効果的に抑制した真空処理装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、真空中で基板を処理する真空処置装置であって、処理室内の所定位置に基板を保持するよう配設された基板ホルダーと、基板ホルダーの基板保持面に静電気を誘起させて基板を静電吸着させる静電吸着機構とを備えており、静電吸着の際に基板の裏面が接触する基板ホルダーの表面積は、基板の裏面の全面積の５０分の１以上２０分の１以下となっており、基板ホルダーの基板保持面と基板との間の空間に熱伝達用のガスを供給するガス供給系が設けられており、基板ホルダーの表面には複数の突起が設けられてこの突起の先端が基板の裏面に接触しており、これらの複数の突起は、熱伝達用のガスを封じ込めることのない形状となっており、基板ホルダーの表面には、基板の裏面に接触する突起とは別に、基板の裏面には接触しない非接触突起が設けられており、この非接触突起により、基板と基板ホルダーとの間のガスのコンダクタンスが小さくなっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記基板ホルダーは、基板の裏面に接触する部分の表面が予め平坦化処理され、その後に前記処理室内に運び込まれて配設されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項２の構成において、前記平坦化処理は、前記基板又は前記基板と同等の材質の板状部材の前記基板ホルダーへの着脱を１５０回以上繰り返す処理であるという構成を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係る真空処理装置の概略構成を示す正面図、図２は、図１の装置に使用された基板ホルダーの基板保持面の構成を説明する平面図である。
以下の説明では、真空処理装置の一例として、スパッタリング装置を採り上げる。従って、図１に示す装置は、スパッタリング装置であり、処理室２を構成する真空容器２０と、処理室２内を排気する排気系２１と、処理室２内に被スパッタ面が露出するようにして設けたターゲット６と、ターゲット６にスパッタ放電用の電圧を印加するスパッタ電源６１と、処理室２内にスパッタ放電用のガスを導入するガス導入系７と、スパッタされたターゲット６の材料が到達する処理室２内の所定位置に基板９を配置するための基板ホルダー１とから主に構成されている。
【００１４】
真空容器２０は、ステンレス等の金属で形成された気密な容器である。真空容器２０の器壁には、基板９の搬入搬出のための開口２００が設けられており、この開口２００を開閉するようにしてゲートバルブ２０１が設けられている。そして、ゲートバルブ２０１を介して不図示の搬送チャンバーが接続されている。
排気系２１は、クライオポンプ等の真空ポンプ２１１を備えて処理室２内を１０-8Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。その他、排気系２１は、バリアブルオリフィス等の排気速度調整器２１２を備えている。
【００１５】
ターゲット６は、作成する薄膜の材料から形成された板状の部材である。ターゲット６は、真空容器２０の上壁部の開口を気密に塞ぐよう設けられている。尚、ターゲット６と真空容器２０とは絶縁されている。スパッタ電源６１は、ターゲット６に負の直流電圧又は高周波電圧を印加するようになっている。
本実施形態のスパッタリング装置では、ターゲット６の背後に磁石機構６２が設けられており、マグネトロンスパッタリングを行うようになっている。磁石機構６２は、中心磁石６２１と、中心磁石６２１を取り囲む異なる磁極の周状の周辺磁石６２２とよりなる。ターゲット６を通して弧状の磁力線が周状に連なる形状の磁場が形成され、これによって平板マグネトロンスパッタリングが可能となる。
【００１６】
ガス導入系７は、アルゴン等のスパッタ率の高いガスを処理室２内に導入するようになっている。ガス導入系７は、バルブ７１や流量調整器７２等を備えている。
【００１７】
基板ホルダー１は、本実施形態の装置の大きな特徴点を成している。基板ホルダー１は、真空容器２０の下壁部に固定された台状の部材であり、その上面に基板９を保持するようになっている。
そして、従来と同様に、基板ホルダー１はヒータ３を内蔵しており、基板９を所定温度に加熱するようになっている。尚、ヒータ３は、通電により発熱する抵抗加熱方式のものが採用される。ヒータ３は、基板９に平行な面内に複数設けられており、それぞれのヒータ３に独立して制御されるヒータ電源３１が設けられている。熱電対等の不図示の温度センサからの信号により各ヒータ電源３１を独立して制御することで、基板９を均一な温度に加熱することができる。
【００１８】
また、同様に、基板ホルダー１と基板９との間にガスを供給して部分的に熱伝達効率を高めるためのガス供給系４が設けられている。ガス供給系４は、基板ホルダー１に設けたガス供給路４１に接続されたガス供給管と、ガス供給管上に設けた不図示のバルブや流量調整器等から構成されている。
【００１９】
また、本実施形態の装置でも、基板９を基板ホルダー１に静電吸着させる静電吸着機構５が設けられている。即ち、基板ホルダー１の基板９に接触する側の部分は誘電体で形成された誘電体ブロック１１になっており、静電吸着機構５は、誘電体ブロック１１内に設けられた一対の吸着電極５１と、吸着電極５１間に直流電圧を印加する吸着電源５２とから主に構成されている。
尚、吸着電源５２としては、正の直流電源と負の直流電源とが設けられており、それぞれの出力電圧は＋１０００Ｖ、−１０００Ｖである。また、誘電体ブロック１１の材質には、アルミナセラミックス又は窒化アルミ等が使用される。
【００２０】
ここで、上記誘電体ブロック１１の形状は、図５に示す従来のものと異なっている。この点を図１及び図２を使用して説明する。
図１及び図２から分かる通り、本実施形態では、誘電体ブロック１１は、円盤状の部材の表面に円柱状の小さな突起１２１，１２２を複数設けた形状になっている。これらの突起１２１，１２２のうち、中央付近に設けられた突起１２１は、基板９に接触する突起（以下、接触突起と呼ぶ）である。接触突起１２１は、直径が３ｍｍ程度で、高さが５０ミクロン程度である。接触突起１２１は、基板ホルダー１の中心軸に対して対称な位置に４個設けられている。
一方、突起１２２は、基板９には接触しない突起（以下、非接触突起）である。非接触突起１２２は、直径が３ｍｍ程度で、高さが２０ミクロン程度である。非接触突起１２２は、基板ホルダー１の中心軸に対して対称な位置に３６個設けられている。
【００２１】
また、誘電体ブロック１１のほぼ中央には、ガス供給系４が供給するガスの噴出口１１０が設けられている。噴出口１１０から噴出するガスは、突起１２１，１２２の間を通り抜けながら基板９の裏面に沿って流れ、基板ホルダー１の側方に抜けるようになっている。尚、ガスを中央から周辺部に向かって流す構成は、中央の方が周辺部に比べて比較的ガス圧が高くなり易い。この構成は、基板９の中央は周辺部に比べて熱放散が少なく高温になり易いことを考慮したものであり、基板９の加熱温度を均一化させるのに貢献している。
【００２２】
上記構成の基板ホルダー１においては、静電吸着の際に基板９の裏面が接触するのは、上記接触突起１２１の先端に限られている。そして、接触突起１２１の先端の面積の合計は、基板９の裏面の全面積の５０分の１程度になっている。具体的に説明すると、基板９が直径２００ｍｍの半導体ウェーハの場合、接触突起１２１の先端の面積の合計は６３０ｍｍ2 程度である。従って、５０分の１程度になる。図５に示す従来の基板ホルダー１では、基板９の裏面への接触面積は、基板９の裏面の面積の１０分の１程度であるので、それに比べると、５分の１程度に減少している。
【００２３】
本実施形態の装置がこのように基板接触面積を減少させるのは、従来の装置で見られた基板９の裏面が傷付けられることによるパーティクルの発生を抑制するためである。本願の発明者の研究によると、基板９の裏面に対する基板ホルダー１の接触面積を、基板９の裏面の全面積に対して２０分の１以下にすると、パーティクルの発生個数が効果的に減少するのが確認されている。
【００２４】
一方、あまり接触面積を少なくすると、基板９の静電吸着が不十分となり、基板９の配置位置のずれや熱伝達の低下等の問題を生ずる。発明者の研究によると、基板９の裏面の全面積に対して、接触面積が５０分の１より少なくなると、このような問題が顕在化するのが確認されている。従って、接触面積は、基板９の裏面の全面積に対して５０分の１以上２０分の１以下であることが必要である。
【００２５】
また、上述した通り、ガス供給系４が供給したガスは、基板ホルダー１の側方に抜けるようになっている。つまり、図５に示す従来の場合と異なり、基板９と基板ホルダー１との間の空間にガスを封じ込めるような構造にはなっていない。この点は、基板ホルダー１の基板９への接触面積を低減させるのに貢献している。
つまり、ガスを封じ込めるような構成を採る場合、基板ホルダー１の基板保持面の縁に周状の突起を設けて堰堤とする必要がある。しかしながら、このような堰堤を設けると、それだけ接触面積が大きくなってしまい、基板９の裏面が傷つく可能性が高くなってしまう。そこで、本実施形態では、ガスを封じ込める構造を採用せず、ガスが基板９の裏面の中央から側方に流れて抜ける構造を採用している。
【００２６】
但し、ガスが封じ込められない構造では、基板９と基板ホルダー１との間の空間の圧力が十分に上昇せず、基板９と基板ホルダー１との熱伝達の効率が十分に向上しない恐れがある。このため、本実施形態では、非接触突起１２２を設けてコンダクタンスの低下を図っている。このような非接触突起１２２が複数存在する結果、噴出口１１０から噴出するガスのコンダクタンスが小さくなり、基板９と基板ホルダー１との間の空間の圧力が高くなる。このため、熱伝達効率の低下が効果的に防止されている。
例えば、上述した寸法例において、噴出口１１０からのガスの噴出量が１０-3リットル／分程度であり、真空容器２０内の他の場所での圧力が１０-3Ｔｏｒｒ程度である場合、基板９と基板ホルダー１との間の空間の圧力は１０Ｔｏｒｒ程度まで上昇できる。尚、ガスは、非接触突起１２２と基板９の裏面との間の空間も通過するようになっている。このため、この部分における熱伝達効率も向上するようになっている。
【００２７】
また、前述した接触突起１２１は、真空容器２０内への配設に先立つ前処理により、先端面が平坦化されている。この平坦化処理の結果、基板９の裏面が傷つけられることが少なくなり、パーティクルの発生がさらに抑制されている。
平坦化処理は、真空容器２０内に基板ホルダー１を配設する前に、基板９又は基板９と同等の材質の板状部材を治具として用い、この治具の基板ホルダー１への着脱動作を繰り返すことで行われる。具体的には、例えばスパッタ成膜を行う基板９と同じ基板を、搬送ロボット等を使用して基板ホルダー１に載置した後、取り上げる。この動作を１５０回以上繰り返した後、接触突起１２１の先端を洗浄する。洗浄は、例えば純水中での超音波洗浄が効果的である。
【００２８】
このようにして接触突起１２１の表面を平坦化処理をした後に洗浄し、その後、基板ホルダー１を真空容器２０内に配設する。基板９を基板ホルダー１に保持させて実際にスパッタリングを行う際には、接触突起１２１の先端面が平坦化されているため、基板９の裏面を傷つけてしまうことが少なくなり、パーティクルの発生が抑制される。尚、接触突起１２１は、誘電体ブロック１１と一体に形成されている場合もあるし、誘電体ブロック１１とは別な部材であって上記平坦化処理及び洗浄の後に誘電体ブロック１１に固定される場合もある。
【００２９】
上記平坦化処理において、基板９又は基板９と同等の材質の板状部材を治具として使用することは、以下のような知見に基づいている。
発明者は、上述した従来の装置の問題点を分析する過程で、基板９の処理枚数が多くなるにつれて、基板９の表面でのパーティクルの発見個数が少なくなっていくことを見出した。図３は、この点を確認した実験の結果を示す図であり、基板９の処理枚数（回数）と、基板９の裏面で発見されたパーティクルの個数との関係を示した図である。
【００３０】
図３に示す実験は、図５に示すのと同様の基板ホルダー１を用いて基板９への処理を繰り返しながら、基板９の表面のパーティクル個数を調べたものである。パーティクル個数は、レーザー光を基板９の表面に照射し、パーティクルの存在によって散乱するレーザー光の強度を検出することにより計測した。尚、パーティクルは粒径０．２μｍ以上のもを計測した。
図３から分かる通り、処理枚数が少ないうちには、約３万個程度のパーティクルが計測されたが、１５０枚程度の基板９を処理すると、パーティクルは約３千個程度に激減するのが確認された。このような結果から、基板９の着脱を繰り返す過程で、基板ホルダー１の基板保持面が平坦化され、基板９の裏面を傷つけることがなくなり、パーティクルの発生個数が減少するものと判断された。
【００３１】
本実施形態の装置は、このような知見を踏まえ、上述した通り接触突起１２１の先端面を予め平坦化処理し、その後、真空容器２０内に配設している。つまり、基板９の処理を繰り返す過程で基板ホルダー１の基板保持面で生ずるであろう変化を予め生じさせてしまうという発想である。このような構成のため、基板９の裏面の傷によるパーティクルの発生が効果的に抑制されるのである。
【００３２】
また、図４は本実施形態の装置の効果を確認した実験の結果を示す図である。図３と同様に、図４の横軸は基板の処理枚数、縦軸は基板の裏面で発見されたパーティクルの個数となっている。尚、図４中の−●−で示す曲線が実施形態の装置における結果を、−○−で示す曲線が図５に示す従来の装置における結果をそれぞれ示している。
図４から分かる通り、従来の装置では、５０枚の処理枚数の段階では２万個程度のパーティクルが基板９の裏面に存在している。そして、１５０枚の処理枚数の段階でも、減少したとはいえ、１万個程度のパーティクルが依然として存在している。一方、本実施形態の装置では、５０枚の処理枚数の段階で１０００個程度と少なく、１５０枚の処理枚数の段階では２００個程度まで減少している。この結果から分かる通り、本実施形態の装置によれば、基板９の裏面のパーティクルが従来に比べて２０分の１から５０分の１程度まで減少することが分かる。
【００３３】
次に、本実施形態の装置の全体の動作について説明する。
まず、ゲートバルブ２０１を開けて、不図示の搬送チャンバーから開口２００を通して基板９を処理室２内に不図示の搬送ロボットによって搬入する。基板９は、搬送ロボットによって基板ホルダー１上に載置して保持される。静電吸着機構５が動作し、基板９は基板ホルダー１に静電吸着される。そして、ガス供給系４が動作し、水素ガス又はヘリウムガスが所定の流量で基板９と基板ホルダー１との間の空間に供給される。
【００３４】
処理室２内は排気系２１によって予め所定圧力まで排気されており、ゲートバルブ２０１を閉じた後、ガス導入系７が動作する。ガス導入系７は、アルゴン等のスパッタ用ガスを所定の流量で処理室２内に導入する。この状態で、スパッタ電源６１が動作し、ターゲット６に所定の電圧を印加する。この結果、ターゲット６を臨む空間にスパッタ放電が生じ、ターゲット６がスパッタされる。スパッタされたターゲット６の材料は、処理室２内の空間を飛行して基板９に達し、基板９にターゲット６の材料よりなる薄膜が堆積する。
薄膜が所定の厚さになるまでスパッタを続けた後、スパッタ電源６１、ガス導入系７、ガス供給系４及び静電吸着機構５の動作を停止させる。その後、搬送ロボットによって基板９を開口２００から搬送チャンバーに取り出す。
【００３５】
上述した実施形態では、スパッタリング装置を真空処理装置の例として採り上げたが、エッチング装置、ＣＶＤ（化学蒸着）装置、イオン注入装置等の他の真空処理装置であっても同様に実施できる。
また、基板９の材質や基板ホルダー１の基板保持面の材質によっては、前述した平坦化処理は必ずしも必要ではない場合がある。尚、基板９又は基板９と同等の材質の板状物を治具として用いる方法は平坦化処理の一例であって、他の形状や材質のものを使用しても同様の効果が得られる場合がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１の発明によれば、基板の裏面が接触する基板ホルダーの表面積が基板の裏面の全面積の５０分の１以上２０分の１以下となっているので、基板の裏面におけるパーティクルの発生を効果的に抑制しつつ、十分な静電吸着の効果を得ることができる。また、基板と基板ホルダーとの間にガスを封じ込める構造ではないので、基板ホルダーへの基板の接触面積を小さくするのに効果的である。その上、基板と基板ホルダーとの間の空間の圧力を高めて熱伝達効率を向上させることができる。請求項２又は３の発明によれば、上記請求項１の効果に加え、基板ホルダーの基板保持面が予め平坦化処理されているので、基板の裏面での傷の発生が少なくなり、パーティクルの発生がさらに抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態に係る真空処理装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】図１の装置に使用された基板ホルダーの基板保持面の構成を説明する平面図である。
【図３】基板の処理枚数が多くなるにつれて基板の表面でのパーティクルの発見個数が少なくなっていくことを確認した実験の結果を示す図である。
【図４】本実施形態の装置の効果を確認した実験の結果を示す図である。
【図５】従来の真空処理装置に使用されている基板ホルダーの一例を示す正面断面概略図である。
【図６】静電吸着方式を用いた従来の真空処理装置の問題点を説明した図である。
【符号の説明】
１  基板ホルダー
１１  誘電体ブロック
１１０  噴出口
１２１  接触突起
１２２  非接触突起
２  処理室
２０  真空容器
２１  排気系
３  ヒータ
３１  ヒータ電源
４  ガス供給系
４１  ガス供給路
５  静電吸着機構
５１  吸着電極
５２  吸着電源
６  ターゲット
６１  スパッタ電源
６２  磁石機構
７  ガス導入系
９  基板
９１  傷
９２  パーティクル
【図１】
0004039645.tif 000002
【図２】
0004039645.tif 000003
【図３】
0004039645.tif 000004
【図４】
0004039645.tif 000005
【図５】
0004039645.tif 000006
【図６】
0004039645.tif 000007