(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で加熱冷却体に処理対象物を静電吸着させて該処理対象物を加熱冷却する工程を有する真空処理方法であって、
前記加熱冷却体上に前記処理対象物を載置する一方、前記加熱冷却体に設けられた吸着電極に対して当該真空処理の際の印加電圧値より低い値の当初電圧を印加し、
前記処理対象物の温度が前記真空処理を行う温度より低い所定の基準温度に到達するまでの間に、前記吸着電極に対する印加電圧の値を、前記当初電圧の値より高い、前記真空処理の際の前記印加電圧値まで増加させることを特徴とする真空処理方法。
【請求項２】
前記基準温度が、前記真空処理を行う温度の５０〜８０％であることを特徴とする請求項１記載の真空処理方法。
【請求項３】
前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を直線的に増加させることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の真空処理方法。
【請求項４】
前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を段階的に増加させることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の真空処理方法。
【請求項５】
前記吸着電極にパルス状の前記当初電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の真空処理方法。
【請求項６】
前記真空処理が、スパッタリングによる成膜である請求項１乃至５のいずれか１項記載の真空処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば真空処理槽内において処理対象物である基板を吸着保持するための静電チャックに関し、特に加熱冷却時の熱応力に起因する基板の割れを防止するための技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、真空中でシリコンウェハ等の基板上に成膜等の処理を行う装置においては、静電気力によって基板を吸着保持する静電チャックが広く用いられている。このような静電チャックとしては、成膜等の処理において基板を所定の温度に維持するため温度制御（加熱又は冷却）可能なホットプレートと一体的に構成されたものが知られている。
【０００３】
従来、このような静電チャック付のホットプレートにおいては、誘電体内に設けられた吸着電極に所定の電圧を印加することによって基板のほぼ全面を吸着保持するようにしているが、吸着保持後の基板の温度上昇又は温度降下が大きい（２５０℃以上）場合には、静電チャックによって束縛された基板が急激に熱膨張又は熱収縮しようとするため、基板に強い応力が発生して基板が割れてしまうという問題があった。
【０００４】
従来、この問題を解決する方法として、静電チャックによって基板を吸着保持せずに基板を加熱又は冷却し、基板に割れが生じない温度にまで基板の温度が上昇又は降下した後に吸着電極に電圧を印加して基板を吸着保持する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電チャックによって基板を吸着保持せずに基板を加熱又は冷却して基板に割れが生じない温度にまで基板の温度を上昇又は降下させる従来技術においては、基板とホットプレートとの間において熱が伝わりにくく、そのため、基板が所望の温度に達するまで必要以上に時間がかかってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、処理対象物に割れを生じさせることなく、しかも効率良く処理対象物を加熱及び冷却して処理可能な真空処理技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明は、請求項１に記載されているように、真空中で加熱冷却体に処理対象物を静電吸着させて該処理対象物を加熱冷却する工程を有する真空処理方法であって、前記加熱冷却体上に前記処理対象物を載置する一方、前記加熱冷却体に設けられた吸着電極に対して当該真空処理の際の印加電圧値より低い値の当初電圧を印加し、前記処理対象物の温度が前記真空処理を行う温度より低い所定の基準温度に到達するまでの間に、前記吸着電極に対する印加電圧の値を、前記当初電圧の値より高い、前記真空処理の際の前記印加電圧値まで増加させることを特徴とするものである。
本発明にあっては、まず、当該真空処理の際の印加電圧値より低く、例えば、処理対象物の熱膨張又は熱収縮を逃がす（吸収する）ことができる程度の比較的小さな電圧（当初電圧）を吸着電極に印加し、比較的小さな吸着力で処理対象物を加熱冷却体に吸着させることによって、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられるので、処理対象物に割れを生じさせることなく処理対象物を加熱又は冷却することができる。
しかも、本発明にあっては、静電チャックを働かせずに処理対象物を加熱又は冷却する従来技術の場合に比べ、処理対象物に対し熱が格段に効率よく伝わるため、処理対象物を迅速に加熱又は冷却することができる。
そして、処理対象物の温度が当該真空処理を行う温度より低い所定の基準温度に到達するまでの間に、吸着電極に印加する電圧を前記当初電圧の値より高い、前記真空処理の際の印加電圧値まで増加させることによって、短時間で処理対象物を前記真空処理を行う温度まで加熱又は冷却することができる。
本発明では、請求項２に記載されているように、前記基準温度が、前記真空処理を行う温度の５０〜８０％である場合にも効果的である。
すなわち、前記基準温度が、前記真空処理温度の５０〜８０％である場合には、加熱冷却体に対する必要な吸着力を確保しつつより確実に処理対象物の割れを防止することができる。
また、本発明では、請求項３記載の発明のように、前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を直線的に増加させることも効果的である。
さらに、本発明では、請求項４記載の発明のように、前記吸着電極に対する前記印加電圧の値を段階的に増加させることも効果的である。
請求項３又は請求項４記載の発明によれば、比較的小さな電圧を吸着電極に印加している間は、比較的小さな吸着力で処理対象物を吸着するので、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられ、これにより処理対象物を所定の温度まで加熱又は冷却する間に蓄積される熱応力の総量を低く抑えることができ、処理対象物に割れを生じさせることがないというメリットがある。
さらにまた、本発明では、請求項５記載の発明のように、前記吸着電極にパルス状の電圧を印加することも効果的である。
請求項５記載の発明によれば、吸着電極への電圧印加オフ時は吸着力が減衰するので、電圧印加時に処理対象物に蓄積された熱応力を電圧印加オフ時に逃がすことができ、これにより処理対象物に割れを生じさせることがないというメリットがある。
さらにまた、本発明では、請求項６記載の発明のように、前記真空処理が、スパッタリングによる成膜である場合にも効果的である。
以上説明したように、本発明によれば、迅速に処理対象物を加熱及び冷却して効率良く処理を行いうる簡素な構成の真空処理装置を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に用いる真空処理装置の一実施の形態であるスパッタリング装置の概略構成を示す図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施の形態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処理槽２を有し、この真空処理槽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。
【００１０】
このターゲット３は、真空処理槽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。
【００１１】
一方、真空処理槽２の下部には、ターゲット３と対向するようにサセプタ５が設けられており、このサセプタ５の上部には、例えばシリコンウェハ等の基板（処理対象物）６を吸着保持するための静電チャック１０が固定されている。
【００１２】
静電チャック１０は、誘電体である例えばセラミックス材料を用いて円板形状に形成された静電チャックプレート１１を有し、この静電チャックプレート１１の内部には、抵抗発熱体からなるヒーター１２と、導電性材料からなる一対の双極型の吸着電極１３、１４が設けられている。
【００１３】
ここで、ヒーター１２は真空処理槽２の外部に配設されたヒーター電源１５に接続され、また、吸着電極１３、１４は、同様に真空処理槽２の外部に配設された静電チャック電源１６に接続されている。
【００１４】
この静電チャック電源１６には、上記一対の吸着電極１３、１４への印加電圧を逐次変化させる電圧制御回路１６ａと、印加電圧の極性を逆にして逆電圧を印加する逆電圧印加回路１６ｂとが設けられ、また、この静電チャック電源１６は、電圧印加終了時（チャックオフ時）において吸着電極１３、１４を直ちに接地させるように構成されている。
【００１５】
なお、静電チャックプレート１１内には、例えば水等の冷却媒体を循環させることによって静電チャックプレート１１を冷却できるように構成され（図示せず）、これにより静電チャック１０は加熱冷却体又は加熱冷却装置としての機能を有している。
【００１６】
このような構成を有する本実施の形態においては、まず、真空処理槽２を真空排気して予め真空状態にしておくとともに、ヒーター１２に通電して静電チャックプレート１１を所定の温度に加熱した状態で、真空処理槽２内に基板６を搬入する。そして、図示しない昇降機構によって基板６を静電チャックプレート１１上の所定の位置に載置する。
【００１７】
次に、静電チャック電源１６を起動し、一対の吸着電極１３、１４に対してそれぞれ正負の電圧を印加して静電吸着力を発生させ、基板６を静電チャックプレート１１の表面に密着させる。これにより、基板６は静電チャックプレート１１からの熱伝導によって加熱される。
【００１８】
本発明の場合は、電圧印加当初において、基板６の温度が以後の温度上昇では割れが生じない所定の温度に到達するまで、吸着電極１３、１４に印加する電圧を基板６の熱膨張又は熱収縮を吸収できる程度の比較的小さな値に設定する。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施の形態を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフである。
【００２０】
図２に示すように、本実施の形態においては、基板６の温度が所定の基準温度Ｔ1に到達するまで、吸着電極１３、１４に対する印加電圧の値を直線的に増加させ、これにより当該印加電圧が累積的に増加するようにする。
【００２１】
この場合、基準温度Ｔ1は、スパッタリングの際における基板６の加熱温度Ｔ2の５０〜８０％とすることが好ましく、より好ましくは、６０〜７０％である。
【００２２】
そして、印加電圧を所定の高い電圧値Ｖ1に設定して保持させる。これにより、基板６の温度は、短時間で所定の加熱温度Ｔ2まで上昇する。
【００２３】
本実施の形態によれば、それ以後の温度上昇又は温度降下では基板６の割れが生じない基準温度Ｔ1へ基板６の温度が到達するまでの間において、吸着電極１３、１４に対する印加電圧の値を直線的に増加させて比較的小さな吸着力で基板６を吸着させることから、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられ、基板６に割れを生じさせることがない。
【００２４】
その一方、本実施の形態の場合は、ある程度の吸着力で基板６を静電チャックプレート１１に吸着させているので、従来技術に比べて基板６に対し熱を効率良く伝えることができる。
【００２５】
その結果、本実施の形態によれば、基板６を静電チャックプレート１１上に載置した後、短時間で所定の温度Ｔ1まで上昇させることができ、さらに、その後は所定の高い電圧値Ｖ1を印加することによって迅速に基板６を加熱温度Ｔ2まで昇温させることができるので、スパッタリングを開始するまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００２６】
特に本実施の形態の場合は、基板６の温度が所定の基準温度Ｔ1に到達するまで、吸着電極１３、１４に対する印加電圧の値を直線的に増加させることによって、比較的小さな電圧を吸着電極１３、１４に印加している間は、比較的小さな吸着力で基板６を吸着するので、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられ、これにより基板６を所定の温度まで加熱又は冷却する間に蓄積させる熱応力の総量を低く抑えることができ、基板６に割れを生じさせることがないというメリットがある。
【００２７】
その後、真空処理槽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、真空処理槽２内にプラズマが生成され、ターゲット３の表面においてスパッタリングが行われる。
【００２８】
そして、基板６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。
【００２９】
さらに、静電チャック電源１６を停止させ、吸着電極１３、１４への電圧印加を終了させる。このとき、静電チャック電源１６を介して吸着電極１３、１４を接地させ、基板６と各吸着電極１３、１４の間に蓄積された電荷を放出させる。
【００３０】
しかし、各吸着電極１３、１４を接地させただけでは、静電吸着時に発生した電荷は完全には消滅せず、残留電荷として残ってしまう。
【００３１】
そこで、本実施の形態においては、静電チャック電源１６を再起動し、図１及び２に示すように、静電チャック電源１６の逆電圧印加回路１６ｂから上述した静電吸着時とは逆極性の電圧を、各吸着電極１３、１４に対して所定時間印加する。
【００３２】
この逆極性の電圧の印加により、上述した残留電荷と逆極性の電荷が基板６と各吸着電極１３、１４の間に発生し、正負の電荷が相殺されるため、基板６と各吸着電極１３、１４の間に蓄積された電荷が短時間で減少し、これに伴い静電チャック１０の残留吸着力が減少する。
【００３３】
その後、静電チャック電源１６を再び停止させる。本実施の形態の場合は、上述したように静電チャック１０の残留吸着力が減少しているので、図示しない昇降機構によって基板６を静電チャックプレート１１から容易に離脱させることができる。
【００３４】
このように、本実施の形態のスパッタリング装置１によれば、簡素な構成で成膜処理のスループットを向上させることができる。
【００３５】
図３（ａ）（ｂ）は、本発明の第２及び第３の実施の形態を示すもので、静電チャックの吸着電極に対する印加電圧のパターンの他の例を示すグラフである。
【００３６】
本発明においては、図３（ａ）に示すように、基板６の温度が基準温度Ｔ1に到達するまでの間において、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を段階的に増加させることによって、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を徐々に増加させることもできる。
【００３７】
本実施の形態によれば、上述の実施の形態と同様に、基板６を静電チャックプレート１１上に載置した後、迅速に基板６を加熱温度Ｔ2まで昇温させることができることに加え、比較的小さな電圧を吸着電極１３、１４に印加している間は、比較的小さな吸着力で基板６を吸着するので、熱膨張又は熱収縮に起因する熱応力が小さく抑えられるため、基板６を所定の温度まで加熱又は冷却する間に蓄積させる熱応力の総量を低く抑えることができ、基板６に割れを生じさせることがないというメリットがある。
【００３８】
また、本発明においては、図３（ｂ）に示すように、基板６の温度が基準温度Ｔ1に到達するまでの間において、各吸着電極１３、１４にパルス状の電圧を印加することによって、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を徐々に増加させることもできる。
【００３９】
本実施の形態によれば、上述の実施の形態と同様に、基板６を静電チャックプレート１１上に載置した後、迅速に基板６を加熱温度Ｔ2まで昇温させることができることに加え、吸着電極１３、１４への電圧印加オフ時は吸着力が減衰するので、電圧印加時に基板６に蓄積された熱応力を電圧印加オフ時に逃がすことができ、これにより基板６に割れを生じさせることがないというメリットがある。
その他の構成及び作用効果については上記実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００４０】
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。
例えば、上述の実施の形態においては、処理対象物を加熱する際に吸着電極に対する印加電圧を累積的に増加させるようにしたが、本発明はこれに限られず、所定の温度差をもって処理対象物を冷却する場合にも適用することができる。
【００４１】
また、上述の実施の形態においては、スパッタリング装置（方法）に例をとって説明したが、本発明はこれに限られず、静電チャック機構を用いるすべての装置（方法）に適用しうるものである。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに詳細に説明する。
＜実施例１＞
図１に示す静電チャック１０を用い、基板６として８インチサイズの室温のシリコンウェハを本発明の方法によって５００℃に昇温させ、スパッタリングによりＡｌ膜を形成した後に基板６を静電チャックプレート１１から離脱させた。この場合の吸着電極１３、１４への印加電圧とシリコンウェハの温度変化を図４に示す。
【００４３】
まず、５００℃以上に加熱された静電チャックプレート１１上に室温のシリコンウェハを設置し、吸着電極１３、１４に正負の電圧を印加して静電吸着力を発生させ、シリコンウェハを静電チャックプレート１１に吸着させて昇温させた。
【００４４】
この場合の印加電圧は、印加開始から１５秒まで連続して直線的に上昇させ（図中部分ａ）、１５秒経過後からは一定値に保持した。
【００４５】
図４に示すように、印加開始から１５秒後には、シリコンウェハの温度は３５０℃に達しており、印加電圧を一定値に保持してから１０秒経過後（印加開始から２５秒経過後）には、シリコンウェハの温度は５００℃の一定温度になった。
【００４６】
次いで、真空処理槽２内にアルゴンガスを導入し、直流電源４を起動してターゲット３に所定の負電圧を印加してシリコンウェハの表面にＡｌ膜の成膜を６０秒間行った後、直流電源４を停止させた。
【００４７】
次に、静電チャック電源１６を一旦停止させ、吸着電極１３、１４への電圧印加を終了させた後、静電チャック電源１６を再起動し、前記静電吸着時とは逆極性で絶対値が等しい電圧を２秒間印加し、その後、静電チャック電源１６を再び停止させた。
【００４８】
さらに、静電チャック電源１６の再停止から５秒後に、図示しない昇降機構によってシリコンウェハを静電チャックプレート１１から離脱させた。
【００４９】
以上の加熱試験を繰り返し行ったところ、シリコンウェハに割れは全く生じなかった。
【００５０】
＜実施例２＞
基板６の温度が３５０℃に到達するまでの間（１５秒間）において、各吸着電極１３、１４に対する印加電圧を段階的に増加させた（図３（ａ）参照）他は実施例１と同様の方法によってスパッタリングを行った。
【００５１】
本実施例においても、シリコンウェハの温度上昇は実施例１の場合とほぼ同一であった。また、シリコンウェハの割れも全く生じなかった。
【００５２】
＜比較例１＞
図１に示すスパッタリング装置１を用い、５００℃以上に加熱された静電チャックプレート１１上に実施例と同一のシリコンウェハを設置し、実施例１における最大電圧Ｖ1と同一の電圧を設置後直ちに吸着電極１３、１４に印加してシリコンウェハを５００℃に昇温させた。この場合の吸着電極１３、１４への印加電圧とシリコンウェハの温度変化を図４に示す。
【００５３】
図５に示すように、この場合は、電圧印加開始から２０秒後には、５００℃の一定温度になった。その結果、比較例１の場合は、加熱試験を行ったうちの半数以上のシリコンウェハに割れが生じた。
【００５４】
次に、上記実施例と同一の条件でシリコンウェハの表面にＡｌ膜の成膜を６０秒間行った後、静電チャック電源１６を停止させ、この停止から７秒後に、図示しない昇降機構によってシリコンウェハを静電チャックプレート１１から離脱させた。その結果、離脱試験を行ったうちの１５％のシリコンウェハに割れが生じた。
【００５５】
＜比較例２＞
図１に示すスパッタリング装置１を用い、５００℃以上に加熱された静電チャックプレート１１上に実施例と同一のシリコンウェハを設置し、各吸着電極１３、１４に電圧を印加せずにシリコンウェハを昇温させた。この場合のシリコンウェハの温度上昇を図６に示す。
【００５６】
図６に示すように、比較例２の場合は、シリコンウェハの温度が２５０℃に達するまでに約１８０秒の時間を要した。
【００５７】
次に、実施例１における最大電圧Ｖ1と同一の電圧を吸着電極１３、１４に印加してシリコンウェハを５００℃に昇温させた。その結果、シリコンウェハに割れは全く生じなかった。
【００５８】
さらに、上記実施例と同一の条件でシリコンウェハの表面にＡｌ膜の成膜を６０秒間行った後、静電チャック電源１６を停止させ、各吸着電極１３、１４への電圧印加を終了させた。
【００５９】
この状態でシリコンウェハを静電チャックプレート１１上に６０秒間保持した後に、図示しない昇降機構によってシリコンウェハを静電チャックプレート１１から離脱させた。その結果、離脱試験を行ったうちの５％のシリコンウェハに割れが生じた。
【００６０】
以上の実施例及び比較例から理解されるように、本発明によれば、基板６に割れを生じさせることなく、基板６を迅速に加熱し又は静電チャックプレート１１から離脱できることが明らかになった。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、処理対象物に割れを生じさせることなく処理対象物を迅速に加熱又は冷却することができる。
したがって、本発明によれば、効率良く真空処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる真空処理装置の一実施の形態であるスパッタリング装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【図３】（ａ）：本発明の第２の実施の形態を示すもので、静電チャックの吸着電極に対する印加電圧のパターンの他の例を示すグラフ
（ｂ）：本発明の第３の実施の形態を示すもので、静電チャックの吸着電極に対する印加電圧のパターンのさらに他の例を示すグラフ
【図４】本発明の実施例１の結果を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【図５】本発明の比較例１の結果を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【図６】本発明の比較例２の結果を示すもので、吸着電極に対する印加電圧のパターンと基板の温度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１…スパッタリング装置  ２…真空処理槽  ６…基板（処理対象物）  １０…静電チャック（加熱冷却体）  １１…静電チャックプレート  １２…ヒーター  １３、１４…吸着電極  １６…静電チャック電源
【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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