(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体内に一対の電極が配置された双極型静電チャックプレート上に基板を配置し、
前記一対の電極に正負の電圧を印加して前記基板を静電吸着した状態で前記基板を真空雰囲気中で処理し、
次いで、前記一対の電極に、前記静電吸着時とは極性が逆の逆電圧を印加して残留電荷を減少させた後、
前記基板を前記双極型チャックプレート上から離脱させる基板離脱方法であって、
前記一対の電極に同じ印加量の前記逆電圧を印加する場合に、一方の電極の残留電荷がゼロになる逆電圧を印加すると、他方の電極の残留電荷がゼロにならない双極型静電チャックプレートに対し、
前記基板の種類や前記処理の内容に応じ、予め、前記逆電圧の印加量と、印加後の残留電荷量の関係を前記電極毎に個別に求めておき、
前記関係から、前記逆電圧の印加量であって、前記各電極に印加すると、前記各電極の残留電荷量がゼロではなく同符号で絶対値が等しい値になる印加量を求め、前記双極型静電チャックプレート上に基板を配置した状態で、前記一対の電極の各電極に求めた印加量の逆電圧を印加することを特徴とする基板離脱方法。
【請求項２】
前記各電極に対する前記逆電圧印加量の絶対値と前記残留電荷量との関係をグラフにし、その交点から前記印加量を求めることを特徴とする請求項１記載の基板離脱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を静電チャックプレート上に固定する(チャック)する技術にかかり、特に静電吸着解除後、静電チャックプレート表面から基板を離脱させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、薄膜形成やプラズマエッチング等を行う真空処理装置では、その真空槽内に静電チャックプレートを配置し、静電チャックプレート表面に基板を静電吸着し、静電チャックプレート内のヒータや冷却装置で基板の温度制御を行いながら真空雰囲気内で処理している。
【０００３】
図４(ａ)の符号１０２は模式的に示した静電チャックプレートであり、その表面には、ガラス基板や半導体ウェハ等から成る基板１０３が配置されている。
【０００４】
静電チャックプレート１０２内にはリフトピン１０４が挿通されており、基板１０３を真空雰囲気に置き、静電チャックプレート２内の電極に電圧を印加し、静電吸着力によって静電チャックプレート１０２表面に基板を密着させながらプロセス処理を行い、次いで、静電吸着を解除した後、リフトピン１０４を上方に移動させ、基板１０３を静電チャックプレート１０２上から離脱させるようになっている。
【０００５】
図４(ｂ)の符号１１３は、リフトピン１０４上に正常に乗せられた基板を示しており、その状態で、リフトピン１０４間に基板搬送ロボットのアームを挿入し、リフトピン１０４を降下させると、基板１１３をアーム上に移し替えることができる。
このような静電チャックプレート１０２を用いれば、真空雰囲気内で基板を静電吸着できるので、複雑な基板保持機構や密着機構が不要となっている。
【０００６】
しかしながら、電極への電圧印加を停止し、静電吸着を解除しても、静電チャックプレート１０２と基板１０３の間に蓄積された電荷は完全には消滅せず、電荷が残留してしまう。その残留電荷により、基板１０３と静電チャックプレート１０２間に静電吸着力が残留し、基板１０３を静電チャックプレート１０２上から離脱させる際に、基板が振動したり、基板が位置ずれを起こす等の問題がある。
【０００７】
図４(ｃ)の符号１２３は、リフトピン１０４で静電チャックプレート１０２上から持ち上げられる際に、残留吸着力の影響で跳ね上がり、リフトピン１０４上から脱落してしまった基板を示している。また、図４(ｄ)の符号１３３は、残留吸着力によってリフトピン１０４上で振動し、位置ずれを起こした基板を示している。
【０００８】
上記のような脱落や位置ずれを防止するために、静電吸着を解除した後、静電チャックプレート１０２内の電極に、静電吸着時とは逆極性の電圧を印加し、残留電荷を低減させる方法が考えられる。
【０００９】
本発明の発明者等は、静電チャックプレート１０２表面から基板１０３を離脱させる際に、残留電荷に起因する静電誘導電流パルス、及びその時間積分値から、残留電荷量とその極性を知る方法を提案した(特願平１０−６６１３２、６６１３３)。
【００１０】
しかし、静電チャックプレートが双極方式を採用している場合、その内部の２枚の電極間に正負の電圧を印加して基板を静電吸着するため、プロセス処理の終了後、静電吸着を解除すると、正電圧を印加していた電極上の静電チャックプレートと基板間の残留電荷量と、負電圧を印加していた電極上の残留電荷量とが異なることを見出した。
【００１１】
例えば、プロセス処理がスパッタやエッチング等であり、基板上にプラズマを生成して処理する場合には、基板がマイナスに帯電するため、プロセス処理中では正電圧を印加している電極上での静電吸着力が強くなる。その結果、正負両電極の上での残留電荷量にも差が生じてしまい、正負の電極に、同じ印加量の逆電圧を印加しても、両電極上での残留電荷量の減少量にも差が生じてしまうことがあった。
【００１２】
例えば逆バイアスの印加により、正電極上の残留電荷量は消滅したが、負電極上には残留電荷があった場合、負電極上ではその残留電荷による静電吸着力が生じており、そのため、基板を離脱させようとすると、正電極上では抵抗なく基板が離脱するのに対し、負電極上では残留電荷によりウエハーが吸着されており、そのため、基板が引っかかったように傾いて上がる、いわゆる片上がりの状態となってしまう。その結果、基板がリフトピン上で振動してしまい、極端な場合にはリフトピンから脱落してしまうことになる。
【００１３】
さらに悪い場合としては、リフトピンあるいはロボットアームなどで、強い力を加えて基板を離脱させようとしているため、基板が破損してしまうことがある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するために創作されたものであり、正電極の残留電荷と負電極の残留電荷の間に差がある場合であっても、基板を静電チャックプレートからスムーズに離脱させることができる技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、静電チャックプレートが正負一対の電極を有している場合に、静電吸着時とは逆極性の電圧(逆電圧)を印加しても、離脱させる際に基板が振動したり、静電チャックプレート上から飛び上がる原因は、正負電極間の残留電荷量の片寄りにあると考え、その片寄りを小さくしたところ、静電チャックプレート上から基板がスムーズに離脱することを見出した。
【００１６】
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、誘電体内に一対の電極が配置された双極型静電チャックプレート上に基板を配置し、前記一対の電極に正負の電圧を印加して前記基板を静電吸着した状態で前記基板を真空雰囲気中で処理し、次いで、前記一対の電極に、前記静電吸着時とは極性が逆の逆電圧を印加して残留電荷を減少させた後、前記基板を前記双極型チャックプレート上から離脱させる基板離脱方法であって、前記一対の電極に同じ印加量の前記逆電圧を印加する場合に、一方の電極の残留電荷がゼロになる逆電圧を印加すると、他方の電極の残留電荷がゼロにならない双極型静電チャックプレートに対し、前記基板の種類や前記処理の内容に応じ、予め、前記逆電圧の印加量と、印加後の残留電荷量の関係を前記電極毎に個別に求めておき、前記関係から、前記逆電圧の印加量であって、前記各電極に印加すると、前記各電極の残留電荷量がゼロではなく同符号で絶対値が等しい値になる印加量を求め、前記双極型静電チャックプレート上に基板を配置した状態で、前記一対の電極の各電極に求めた印加量の逆電圧を印加することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の基板離脱方法であって、前記各電極に対する前記逆電圧印加量の絶対値と前記残留電荷量との関係をグラフにし、その交点から前記印加量を求めることを特徴とする。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
本発明は上記のように構成されており、双極型、又は単極型の静電チャックプレートの誘電体内に配置された電極に電圧を印加し、真空雰囲気内で基板を静電吸着した状態で、スパッタリングやエッチング等の処理を行うようになっている。
【００２１】
静電吸着プレートには、誘電体内に一対の電極(正電極と負電極)が配置された双極型の静電チャックプレートと、一枚の電極が配置された単極型の静電チャックプレートがある。双極型の静電チャックプレートの場合は、一方の電極に正電圧を印加し、他方の電極に負電圧を印加して基板を静電吸着するが、静電吸着を解除した後は、正電圧を印加した電極上では負電荷が残留し、負電圧を印加した電極上には正電荷が残留してしまう場合が多い。
【００２２】
このような残留電荷は、基板を静電吸着した後の基板の熱膨張により、エキソ電子が放出されたり、あるいは電圧印加に伴うウエハーと静電チャックプレート間の電子放出(電界放射)が原因で発生すると推定されるが、その因果関係はここでは述べない。
【００２３】
いずれにしろ、静電吸着を解除した後、静電チャックプレート表面から基板を離脱させる前に、電極に、静電吸着時とは逆極性の電圧を印加すると、残留電荷量が減少することが知られている。
【００２４】
しかしながら、一対の電極間の残留電荷量(絶対値)は等しいとは限らず、そのため、各電極に同じ量の逆電圧を印加すると、一方の電極の残留電荷は消滅しても、他方の電極の残留電荷が残る場合がある。また、逆電圧の印加量が大きすぎると、今度は逆に電荷を注入してしまい、極性が逆の残留電荷が発生してしまう。
従って、基板に印加する逆電圧は適切な印加量に設定する必要がある。
【００２５】
本発明の場合、逆電圧の印加量と、印加後の残留電荷量との関係を、予め電極毎に求めておき、その関係から、各電極の残留電荷量が略等しくなる逆電圧の印加量を求め、真空処理を行った後、その印加量の逆電圧を印加するようにする。
【００２６】
上記のようにすると、残留電荷量自体が小さくなるばかりでなく、正負電極上での残留電荷による吸着力が等しくなるので、離脱の際に基板が片寄って吸着されず、スムーズな基板離脱を行うことができる。
【００２７】
各電極に印加する逆電圧の印加量の絶対値を略等しくする場合、逆電圧の印加量の絶対値と、逆電圧印加後の残留電荷量との関係を、各電極毎にグラフに書き、２つのグラフの交点の印加量を読みとればよい。逆電圧の印加量は電圧値と印加時間とにより決まるので、印加時間と電圧値のいずれか一方を固定すると、他方の大きさを求めることが可能になる。
【００２８】
誘電体内に一枚の電極が配置される単極型の静電チャックプレートの場合は、静電吸着は、その電極と、真空槽等の接地電位に置かれた部材との間に電圧が印加されることで行われると考えられる。接地電位に置かれた部材は、常に残留電荷量がゼロであるから、誘電体内の電極について、逆電圧の印加量と、印加後の残留電荷量との関係をグラフに書き、そのグラフと、残留電荷がゼロである直線との交点を求めればよい。
【００２９】
【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り、真空槽１０を有している。
真空槽１０の天井側にはスパッタリングターゲット５が配置されており、底壁上には、載置台１１が配置されている。
【００３０】
載置台１１上には、誘電体７を有し、該誘電体７内に一対の電極８1、８2が配置された双極型の静電チャックプレート２が固定されている。静電チャックプレート２の下側には、リフトピン４が配置されており、その上端部は、誘電体７に設けられた孔９内に挿通されている。
【００３１】
真空槽１０の外部には、直流電源２１と、静電チャック電源２２と、基板昇降機構１７と、コンピュータ２３とが配置されており、リフトピン４の下端部は、真空槽１０外に気密に導出され、基板昇降機構１７に取り付けられている。基板昇降機構１７内にはモータ等が配置されており、真空槽１０内の真空雰囲気を維持したまま、リフトピン４を昇降させられるように構成されている。
【００３２】
真空槽１０底壁の外部位置には絶縁碍子１２1、１２2が気密に取り付けられており、静電チャック電源２２は、絶縁碍子１２1、１２2を介して各電極８1、８2に接続されている。ここでは、静電チャック電源２２の正電圧側に一方の電極８1が接続され、負電圧側に他方の電極８2が接続されているものとする。静電チャック電源は２２は、電圧印加終了時(チャックＯＦＦ時)には、チャック電極を直ちに設置させるようになっている。
また、直流電源２１は、ターゲット５に接続されており、真空槽１０を接地電位に置いた状態で、ターゲット５に負電圧を印加できるように構成されている。
【００３３】
この真空処理装置１に対して本発明の基板離脱方法を適用する場合には、予め、基板やプロセスの種類に応じ、各電極８1、８2の残留電荷を個別に測定しておく。
その測定方法を説明すると、真空槽１０内を真空排気した後、真空槽１０内に基板を搬入し、静電チャックプレート２上に載置する。図１の符号３はその状態の基板を示している。
【００３４】
基板昇降機構１７と、直流電源２１と、静電チャック電源２２は、コンピュータ２３に接続されており、コンピュータ２３の制御に従って動作するように構成されており、基板３の載置後、コンピュータ２３は静電チャック電源２２を起動し、一対の電極８1、８2に正負の電圧をそれぞれ印加し、静電吸着力を発生させ、基板３を静電チャックプレート２の誘電体７表面に密着させる。
【００３５】
その状態で真空槽１０内に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２１を起動してターゲット５に負電圧を印加すると、真空槽１０内にプラズマが生成し、ターゲット５のスパッタリングが行われる。
基板３表面に所定膜厚の薄膜が形成されたら、直流電源２１を停止させ、プラズマを消滅させる。
【００３６】
次いで、静電チャック電源２２を停止させ、一対の電極８1、８2への電圧印加を終了させる。このとき、静電チャック電源２２内で、各電極８1、８2を接地電位に接続し、基板３と各電極８1、８2間に蓄積された電荷を放出させる。
【００３７】
しかし、各電極８1、８2を接地電位に接続しただけでは、静電吸着時の電荷は完全には消滅せず、残留電荷が残ってしまう。しかも、基板３上でプラズマが生成されていたため、正負の電極８1、８2に蓄積された残留電荷は異なる大きさになっている。
【００３８】
その状態でリフトイン４を上方に移動させると、各電極８1、８2と基板間に残留電荷が存在している場合には、電極８1、８2とアース間に残留電荷量に比例した静電誘導電流が流れる。電流計１３1、１３2でそれぞれ計測される電流値は、各電極８1、８2上の残留電荷量に比例した電流が流れる。
【００３９】
静電チャック電源２２と各電極８1、８2の間には、電流計１３1、１３2がそれぞれ挿入されており、それら電流計１３1、１３2はコンピュータ２３に接続され、ており、各電流計１３1、１３2を流れる電流の大きさは、コンピュータ２３によって自動的に記録できるように構成されている。
従って、基板３を離脱させる際に各電極８1、８2を流れる電流は、電流計１３1、１３2によって測定され、その値はコンピュータ２３内に記録される。
【００４０】
ここではプロセス終了後、逆電圧を印加せずに基板３を離脱させた場合の電流(放出された電荷量)が測定されたものとすると、次に、他の基板３を真空槽１０内に搬入し、上記と同じ大きさの電圧を電極８1、８2に印加し、同様にスパッタリングを行い、基板３表面に所定膜厚の薄膜を形成する。
【００４１】
静電吸着を解除した後、静電チャック電源２２によって、各電極８1、８2に静電吸着時とは逆極性の電圧を所望の印加量で印加する(静電吸着時には、正電圧を印加していた電極８1には負電圧を、負電圧を印加していた電極８2には正電圧を印加する。)。
【００４２】
次いで、リフトピン４を上昇させ、基板３を静電チャックプレート２表面から離脱させ、その際に電流計１３1、１３2に流れる電流値を、逆電圧の印加量と対応させてコンピュータ２３内に記録する。
【００４３】
複数の基板に対し、印加量が異なる逆電圧を印加し、基板を離脱させて電流値を測定し、逆電圧の印加量と対応付けてコンピュータ２３に記録する。逆電圧の印加量は、逆電圧の大きさと印加時間によって決まるが、ここでは逆電圧の印加時間を一定値にし、逆電圧の大きさを異ならせた。
【００４４】
図１は、印加した逆電圧値と電流計１３1、１３2によって測定した残留電荷量の関係を示すグラフであり、静電吸着時に正電圧を印加した電極８1を正電極、負電圧を印加した電極８2を負電極として記載してある。
【００４５】
この図１のグラフを求めたときの基板３は、裏面に膜厚１μｍのシリコン酸化膜が形成されたシリコンウエハーであり、スパッタリングは、静電チャックプレート２内部のセラミックヒータに通電し、基板３を３００℃に昇温させた状態で行った。
【００４６】
また、静電吸着時には、電極８1、８2に＋１００Ｖと−１００Ｖの電圧を印加した。静電吸着時間は６０秒に設定した。また、静電吸着を解除した後の逆電圧の印加時間は３秒間に固定し、逆電圧印加の終了後、１５秒経過したときに基板３を静電チャックプレート２上から離脱させた。
【００４７】
図２のグラフ横軸は、印加した逆電圧の大きさの絶対値を示しており(正電極に対しては印加した負電圧の大きさ、負電極に対しては印加した正電圧の大きさ)、縦軸は、印加後、基板３を離脱させる際に流れた電流値から求めた残留電荷量を示している。
【００４８】
このグラフでは、±１３０Ｖの電圧を印加したときに、正電極８1の残留電荷はゼロになるが、負電極８2には、１．５μＣの残留電荷が残っている。従って、±１３０Ｖの逆電圧を印加すると、基板３は１．５μＣの力で負電極８2に吸着されていることになる。
【００４９】
他方、正負の各電極８1、８2のグラフは、１５０Ｖのところで交差している。従って、正負の電極８1、８2のそれぞれに、−１５０Ｖ、＋１５０Ｖの逆電圧を印加すれば、各電極８1、８2上の残留電荷量は等しくなる(約０．８μクーロン)。
【００５０】
上記真空処理装置１を使用して、多数の基板に連続して薄膜を形成する場合、予めコンピュータ２３内に設定される逆電圧印加量を±１５０Ｖ×３秒間にし、実際に薄膜を形成する基板に対し、上記と同じ条件で静電吸着しながらターゲット５をスパッタリングし、静電吸着の解除後、コンピュータ２３内に設定された条件で各電極８1、８2に逆電圧を印加すると、各電極８1、８2の残留電荷量は等しくなる。
従って、その状態でリフトピン４を上昇させると、基板をスムーズに静電チャックプレート２上から離脱させることが可能になる。
【００５１】
以上説明したように、本発明の基板離脱方法によれば、正電極(電極８1)の残留電荷量と負電極(電極８2)の残留電荷量とが等しくなり、残留電荷による静電吸着力は基板に均等に加わるようになるので、振動や、リフトピン４上からの脱落がなくなる。
【００５２】
また、上記のように、電極８1、８2に対し、最適な印加量の逆電圧を印加すると、基板の離脱後に静電チャックプレート２上に残る残留電荷量は極めて小さくなる(０．１μＣ以下)。
従って、本発明の基板離脱方法により、多数の基板を連続して処理する場合には、静電チャックプレート２の除電処理が不要になる。
【００５３】
なお、上記図２のグラフでは、各電極８1、８2の残留電荷はゼロにはならなかったが、プロセス条件や基板の種類によっては図３に示すように、残留電荷量がゼロのところがグラフの交点になる場合もある。この図３のグラフでは、−２００Ｖ、＋２００Ｖを印加すると、電極８1、８2の残留電荷が消滅する。
【００５４】
以上は、印加時間を固定し、逆電圧の大きさを変えてグラフを作成し、そのグラフの交点から最適な逆電圧の印加量(電圧値×印加時間)を求めたが、その逆、すなわち逆電圧の大きさを固定し、印加時間を変えてグラフを作成した場合でも、逆電圧の印加量は同じ値になる。
【００５５】
上記実施例は双極型の静電チャックプレート２についての基板離脱方法を説明したが、静電チャックプレートの種類によっては、１枚の電極で基板を静電吸着する単極型の方式を採用するものがある。その単極型の静電チャックプレートの場合に、逆電圧の大きさと印加時間のいずれか一方を固定し、他方を変化させると、１つの曲線から成るグラフが得られる。
【００５６】
単極型の静電チャックプレートでは、静電チャックプレート内の電極と、真空槽等のアース電位に置かれた部材との間で一対の電極が形成されていると考えることができるから、残留電荷がゼロの直線(図２、３では横軸)を仮想的な電極の曲線と考え、その直線との交点の印加量を求めればよい。
【００５７】
なお、上記例ではグラフから交点を求めたが、コンピュータ２３により、スプライン法等の数値計算で交点を求めてもよい。
その場合、プロセスを開始する前に、コンピュータ２３によって逆電圧の印加量と残留電荷量の関係を求めておき、各基板に、正負電極の残留電荷量が同じ大きさになる印加量の逆電圧を印加するようにしてもよい。
【００５８】
上記は、スパッタリング法によって薄膜を形成する真空処理装置１について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、ＣＶＤ装置、エッチング装置、蒸着装置、アニール装置等の静電チャックプレートを用いる全ての装置で有効である。
【００５９】
上記例では、静電チャックプレートから基板を離脱させる際にリフトピンを用いる方法を説明したが、Ｚ軸方向(上下方向)への移動機構を有する搬送ロボットを用いて基板を離脱させる場合も本発明に含まれる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、残留電荷による不均一な静電吸着がなくなるので、基板の跳ね上がりや脱落がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を適用できる真空処理装置の一例
【図２】逆電圧印加量と残留電荷量の関係を示すグラフの一例
【図３】逆電圧印加量と残留電荷量の関係を示すグラフの他の例
【図４】(ａ)〜(ｄ)：基板の離脱状態を説明するための図
【符号の説明】
７……誘電体      ８1、８2……電極      ２……静電チャックプレート    ３……基板
【図１】
0004226101.tif 000002
【図２】
0004226101.tif 000003
【図３】
0004226101.tif 000004
【図４】
0004226101.tif 000005