吸着装置
【課題】絶縁性の基板を吸着できる吸着装置を提供する。
【解決手段】表面が絶縁されている基体１０上に第１、第２の電極１１、１２を露出して設け、絶縁性の基板７が第１、第２の電極１１、１２表面に接触するか、非常に近接して配置されるようにする。第１、第２の電極１１、１２間には、空間変化率の大きな電場が形成されるので、グラディエント力により、基板７は吸着装置１表面に吸着される。グラディエント力の大きさは電場の変化率の大きさに依存しているので、第１、第２の電極１１、１２間に電圧を印加し、１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電場を形成するとよい。
【解決手段】表面が絶縁されている基体１０上に第１、第２の電極１１、１２を露出して設け、絶縁性の基板７が第１、第２の電極１１、１２表面に接触するか、非常に近接して配置されるようにする。第１、第２の電極１１、１２間には、空間変化率の大きな電場が形成されるので、グラディエント力により、基板７は吸着装置１表面に吸着される。グラディエント力の大きさは電場の変化率の大きさに依存しているので、第１、第２の電極１１、１２間に電圧を印加し、１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電場を形成するとよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着装置にかかり、特に、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空装置内で基板を保持するために、静電吸着装置が使用されている。
図８(ａ)の符号１０１は、スパッタリング装置であり、真空槽１１０を有している。該真空槽１１０内の天井側にはターゲット１０２が配置されており、底壁側には吸着装置１０４が配置されている。
【０００３】
この吸着装置１０４は、誘電体１２１と、該誘電体１２１内に埋め込まれた一対の電極１２２1、１２２2とを有しており、誘電体１２１に形成された孔内に、下側からリフトピン１０６が挿通されている。
【０００４】
各電極１２２1、１２２2は、真空槽１１０外部に配置されたチャック用電源１０９にそれぞれ接続されている。
【０００５】
吸着装置１０４上に基板１１２を配置すると、基板１１２は、基板１１２と電極１２２1、１２２2間に存する厚さ数１０〜数１００μｍの誘電体１２１の層を介して、各電極１２２1、１２２2と平行に対向する。
【０００６】
基板１１２がシリコンウェハーやガリウム・ひ素ウェハーの場合、基板１１２は導電性を有している。従って、吸着装置１０４上に基板１１２が配置されると、一方の電極１２２1と基板１１２の間に、同図(ｂ)の符号１２５1で示すコンデンサが形成され、また、他方の電極１２２2と基板１１２の間にも、同図(ｂ)の符号１２５2で示すコンデンサが形成される。
【０００７】
この２つのコンデンサ１２５1、１２５2は、電源１０９に対して互いに直列接続されており、一方の電極１２２1に正電圧、他方の電極１２２2に負電圧を印加すると、コンデンサ１２５1、１２５2が充電され、基板１１２と一方の電極１２２1の間、及び基板１１２と他方の電極１２２2の間に生じる静電吸着力によって基板１１２が吸着装置１０４の表面に静電吸着される。
【０００８】
静電吸着された状態では、基板１１２は吸着装置１０４上に密着されており、基板１１２と吸着装置１０４間の熱伝達率が大きくなり、吸着装置１０４内に設けられたヒータや冷却装置によって基板１１２を所望温度に制御することが可能になる。従って、ターゲット１０２をスパッタリングし、基板１１２表面に薄膜を形成する際に、薄膜の成長温度を精密に制御することができる。
【０００９】
薄膜形成プロセスが終了すると、電極１２２1、１２２2への電圧印加を終了させ、基板１１２の吸着を解除してリフトピン１０６を上昇させると、基板１１２を吸着装置１０４上から持ち上げ、真空槽１１０外に搬出する。
【００１０】
上記のように、従来技術の吸着装置１０４では、基板１１２を電極とし、吸着装置１０４内部に配置された電極１２２1、１２２2との間でコンデンサ１２５1、１２５2を形成し、静電吸着力を発生させている。従って、この吸着装置１０４が静電吸着できる基板１１２は導電性を有している必要がある。
【００１１】
しかしながら近年では、液晶表示装置やプラズマディスプレイ装置を構成させるガラス基板を吸着しながら真空処理したいという要求がある。
【００１２】
半導体の単結晶から成る基板の場合、抵抗値が大きいものの導電性を有しているため静電吸着力が発生するが、ガラス基板の場合には絶縁性が高いため、図８(ｂ)のコンデンサが形成されず、静電チャック１０４上に静電吸着することができない。
【特許文献１】米国特許第５，７５１，５３７号公報
【特許文献２】米国特許第５，８４７，９１８号公報
【特許文献３】米国特許第５，２２９，９１０号公報
【特許文献４】米国特許第５，１０３，３６７号公報
【特許文献５】台湾発明公告第３９５００６号公報
【特許文献６】国際公開ＷＯ９８／５７３７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したように、従来技術の静電吸着装置の場合、シリコーンウェハ等の導電性を有する基板を静電吸着するために、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ポリイミド、シリコーンゴム等の高誘電率の絶縁材料が電極と基板の間に配置されている(絶縁材料を配置しないと電極間が短絡してしまう)。
【００１５】
従って、基板と電極との間にはコンデンサが形成され、クーロン力が発生する。そのクーロン力による吸着力Ｆは、絶縁材料の誘電率や表面状態に依存する係数をａ、基板と電極間の距離をｄ(詳しくは絶縁材料の厚さ、又は基板と静電チャック表面間のギャップを言う)と基板、電極と基板の間の電圧をＶとすると、次式で表わせる。
Ｆ ＝ １／２・ａ・(Ｖ／ｄ)2
【００１６】
しかし、ガラスのような絶縁性基板の場合には、基板と電極間にはコンデンサが形成されないため、上記のようなクーロン力による静電吸着力Ｆは発生しない。
他方、分極率がαである絶縁性の物質が電場Ｅ中に配置された場合、その物質には、単位体積当たり下記のようなグラディエント力ｆが働くことが知られている。
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2)
本発明の発明者等は、グラディエント力ｆに着目し、絶縁性の基板も吸着できる吸着装置を発明するに至ったのである。
【００１７】
即ち、誘電体(絶縁性物質)ではα＞０であるから、上式によると絶縁性の基板は電場の強い方に引きつけられることになる。
【００１８】
図７の符号８０は、基板８３に対し、正電圧と負電圧が印加される電極８１、８２間に形成される電場を示しており、電極８１、８２付近では電場が強く、遠い位置では弱いため、基板８３には、電極８１、８２の方向に向いた力ｆが働いている。
【００１９】
また、上式によると、ｇｒａｄ(Ｅ2)が大きい方が基板に大きなグラディエント力ｆが働くから、Ｅの空間変化率が大きい程、グラディエント力ｆも大きくなる。
【００２０】
従って、電極の配置を工夫し、電場の変化率が、基板付近で小さく、電極付近で大きくなるようにすると、基板８３に大きなグラディエント力ｆが働くようになる。
【００２１】
具体的には、吸着装置が配置される真空槽の電位をゼロ(接地電位)とした場合、正電圧を印加する電極と負電圧を印加する電極とを近接して隣り合わせに配置すればよい。
【００２２】
また、電極間に形成される電場を考えると、電極付近に誘電体があった場合には、電束は誘電体(比誘電率εｒ＞１)に引き込まれる。従って、吸着装置の電極と基板との間に誘電体が配置されていると、電気力線は誘電体に引き込まれ易くなり、その結果、基板と電極の間が真空である場合に比べて電場(電気力線の密度)が小さくなってしまう。
【００２３】
従って、その逆に誘電体上に誘電体を配置しなければｇｒａｄ(Ｅ2)が大きくなり、その結果、大きな吸着力(グラディエント力ｆ)を得ることが可能になる。
【００２４】
図７のような正負電圧を印加する電極８１、８２上に誘電体層を配置した場合と配置しない場合とで、絶縁性の基板８３に働く吸着力を測定した。
【００２５】
電極８１、８２の幅は４ｍｍ、電極８１、８２の間隔は１ｍｍ、吸着面の直径は８インチである。比較のために用いた誘電体はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックスであり、その厚みは５００μｍ、抵抗率は約１０11Ω・ｃｍのものである。
【００２６】
吸着対象物は直径８インチ、厚さ５ｍｍの透明石英ガラスから成る基板であり、その抵抗率は１．０×１０18Ωｃｍ、比誘電率は３．７０(０〜１ＭＨｚ)である。
【００２７】
吸着力を測定した結果を下記表１に示す。基板と電極８１、８２の間に誘電体が存しない場合には、１．５倍程度の吸着力が得られている。
【００２８】
【表１】
【００２９】
このように、本発明は従来技術が常識としていた電極上の誘電体層に着目して創作されたものであり、その請求項１に記載された発明は、吸着装置であって、板状の基体と、前記基体表面に互いに絶縁した状態で配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有することを特徴とする。
【００３０】
この基体は、絶縁性の板で構成してもよいし、金属板上に絶縁性の膜を形成して構成することができる。絶縁性の膜は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、サイアロン、ダイヤモンド、ポリイミド、シリコーンゴム等の材料を用いることができる。
【００３１】
吸着装置が配置される真空槽を接地電位とした場合、第１、第２の電極に電圧を印加する電源を、第１、第２の電極のいずれか一方に正電圧、他方に負電圧を印加できるように構成しておくとよい。
この請求項１記載の吸着装置の場合には、請求項２に記載したように、前記吸着装置の前記第１、第２の電極が配置された表面に基板を配置すると、前記基板は前記第１、第２の電極と接触するように構成することができる。
また、請求項１記載の吸着装置の場合には、請求項３に記載したように、前記第１、第２の電極間に、絶縁性の突部を配置することができる。
更にまた、請求項１記載の吸着装置の場合には、請求項４に記載したように、前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とを同一平面に構成することもできる。
以上の請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項５に記載したように、前記第１、第２の前記電極表面を露出させておくことができる。
他方、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項６に記載したように、前記第１、第２の電極表面に保護膜を形成しておくこともできる。
この保護膜が導電性を有している場合には、導電性保護膜が電極の上のみを覆うか、又は菱電曲が短絡しないように保護膜を付けると、第１、第２の電極は露出しているのと同じ状態であり、保護膜が絶縁性の場合は第１、第２の電極表面は露出しなくなる。この場合、保護膜はＰＶＤ、ＣＶＤ、イオン注入などによって形成でき、その厚さは吸着力を低下させないために５００μｍ以下が望ましい。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置の場合には、請求項７に記載したように、前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にしておくとよい。
また、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項８に記載したように、前記第１、第２の電極の幅を４ｍｍ以下にしておくことができる。
また、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載された吸着装置が、前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置されている場合には、請求項９に記載したように、前記第１の電極と前記第２の電極とを交互に配置する領域を設けることができる。
更に、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項１０に記載したように、前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を設けることができる。
他方、真空槽を有する真空処理装置の場合、該真空槽内に請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置を配置し、請求項１１に記載した真空処理装置を構成することができる。
この場合、請求項１２に記載したように、電源を設け、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成することができる。
また、請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置については、請求項１３に記載したように、前記吸着装置周囲に保護板を配置し、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成することができる。
この真空処理装置では、基板裏面と吸着装置の間に形成される隙間内にプラズマが侵入しないので、電極間が短絡するおそれはない。
【００３２】
請求項１４記載の発明は、板状の基体と、前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、前記第１、第２の電極は表面が露出され、前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置である。
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された吸着装置である。
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の吸着装置であって、前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された吸着装置である。
請求項１７記載の発明は、請求項１４記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された吸着装置である。
請求項１８記載の発明は、請求項１４記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された吸着装置である。
請求項１９記載の発明は、請求項１４乃至請求項１８のいずれか１項記載の吸着装置であっｔ、前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた吸着装置である。
請求項２０記載の発明は、請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項２１記載の発明は、請求項１４乃至請求項２０のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項２２記載の発明は、請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する吸着装置である。
請求項２３記載の発明は、請求項１４乃至請求項２２のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する吸着装置である。
請求項２４記載の発明は、真空槽を有し、該真空槽内に請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置である。
請求項２５記載の発明は、請求項２４記載の真空処理装置であって、電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された真空処理装置である。
請求項２６記載の発明は、請求項２４又は請求項２５のいずれか１項記載の真空処理装置であって、前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された真空処理装置である。
【発明の効果】
【００３３】
真空雰囲気中で絶縁性の基板を吸着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の真空処理装置の一例を図１(ａ)の符号７０に示す。
この真空処理装置７０は、真空槽７２と、チャック用電源７３と、スパッタ用電源７５と、チャック用電源７３及びスパッタ用電源７５のコントローラ(コンピュータ)７４とを有している。
【００３５】
真空槽７２内には、スパッタリングターゲット７６と、本発明の第一例の吸着装置１が配置されている。吸着装置１の平面図を図２(ａ)に示し、そのＡ−Ａ線断面図を同図(ｂ)に示す。
【００３６】
この吸着装置１は、板状の基体１０を有している。基体１０は、金属板１８と、該金属板１８表面に配置された絶縁体１９とで構成されている。絶縁体１９は、酸化アルミニウム等の絶縁性のセラミックスの層で構成されている。
【００３７】
絶縁体１９表面には、導電性のカーボン材から成る第１、第２の電極１１、１２が設けられている。従って、第１、第２の電極１１、１２表面は、基体１０表面よりも突き出されている。
【００３８】
第１、第２の電極１１、１２は、櫛状にパターニングされており、非接触の状態で櫛の歯部分が互いに噛み合うように配置されている。
【００３９】
基体１０の直径は８インチ、第１、第２の電極１１、１２の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍである。
【００４０】
このような真空処理装置７０を用いて真空処理を行う場合、先ず、真空槽７２内を真空状態にし、図示しない基板搬送機構によって真空槽７２内に基板を搬入し、基板を吸着装置１表面に配置する。
【００４１】
図１(ｂ)は、吸着装置１の部分の拡大図であり、同図の符号７は、吸着装置１上に配置された絶縁性の基板を示している。
【００４２】
基板７が吸着装置１上に配置されると、基板７の裏面と第１、第２の電極表面とが接触する。この状態では基板７裏面と絶縁体１９表面との間は離間しており、隙間が形成されている。
【００４３】
吸着装置１の周囲にはリング状の保護板９が配置されており、基板７を吸着装置１上に載置すると、基板７の外周部分が保護板９の内周面と接触し、基板７裏面と絶縁体１９の間に形成された隙間は保護板９によって密閉された状態になる。
【００４４】
チャック用電源７３は、第１、第２の電極１１、１２に接続されており、真空槽７２を接地電位に置き、チャック用電源７３を起動し、第１、第２の電極１１、１２のうちの一方に負電圧、他方に正電圧を印加すると、第１、第２の電極１１、１２間に電界が形成される。
【００４５】
図４は、真空槽７２を接地電位に置き、第１の電極１１に正電圧、第２の電極１２に負電圧を印加した場合に、基板７と第１、第２の電極１１、１２間に形成される電場Ｅ、及び基板７に働く力ｆを模式的に示した図である。基板７は絶縁性が高いため、第１、第２の電極１１、１２間には殆ど電流は流れない。
【００４６】
基板７を吸着装置１に吸着した状態で真空槽７２内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ用電源７５を起動し、スパッタリングターゲットに高電圧を印加すると、スパッタリングターゲット表面近傍にプラズマが形成され、スパッタリングが始まる。
【００４７】
基板７は吸着装置１上に吸着されているので、基板７と吸着装置１との間の熱伝導率が高いので、基体１０内や基体１０の裏面にヒータや冷却装置を設けておくと、基板７の温度を制御しながら薄膜を形成することが可能になる。
【００４８】
また、基板７周囲には保護板９が配置されているので、スパッタリングの際に真空槽７０内に形成されたプラズマは、基板７裏面と基体１０の間に形成される隙間内に侵入しない。従って、第１の電極１１と第２の電極１２の間にはプラズマがなく、第１、第２の電極間がプラズマによって短絡することがない。
【００４９】
第一例の吸着装置１の模式的な断面図を図３(ａ)に示す。この吸着装置１では、第１、第２の電極１１、１２は絶縁体１９上に形成されており、電極表面は絶縁体表面よりも高くなっている。
【００５０】
同図(ｂ)〜(ｄ)に、第二例〜第四例の吸着装置２〜４を示す。
第二例〜第四例の吸着装置２〜４は、金属板２８、３８、４８をそれぞれ有している。
【００５１】
各金属板２８、３８、４８上には、絶縁体２９、３９、４９が配置されており、これらの絶縁体２９、３９、４９表面には、底部が金属板２８、３８に達しないように凹部２６、３６、４６が形成されている。
【００５２】
各絶縁体２９、３９、４９の凹部２６、３６、４６には、第１、第２の電極２１、２１、３１、３２、４１、４２が互いに絶縁した状態で配置されている。第１、第２の電極２１、２１、３１、３２、４１、４２の下端部は、各凹部２６、３６、４６の底面上に配置されている。
【００５３】
同図(ｂ)の第二例の吸着装置２では、第１、第２の電極２１、２２の上端部は絶縁体２９上から突き出されている。
【００５４】
この第二例の吸着装置２では、第一例の吸着装置１と同様に、吸着装置２上に基板を配置すると、基板裏面は第１、第２の電極２１、２２の上端部分と接触すると共に基板裏面と絶縁体２９の間には隙間が形成される。
【００５５】
同図(ｃ)の第三例の吸着装置３では、第１、第２の電極３１、３２の上端部は、第１、第２の絶縁体３９表面と同じ高さに形成されている。即ち、絶縁体３９表面と第１、第２の電極３１、３２の上端部分は面一に形成されている。この吸着装置３上に基板を配置した場合、基板裏面は第１、第２の電極３１、３２と絶縁体３９表面に接触する。
【００５６】
同図(ｄ)の第四例の吸着装置４では、第１、第２の電極４１、４２の上端部は、絶縁基板４９表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極４１、４２の上端部分は凹部４６内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極４１、４２間には、絶縁基板４９の表面部分で構成された突部４７が形成されている。
【００５７】
この吸着装置４では、その表面に基板を配置すると基板裏面は突部４７の上端部分と接触するが、第１、第２の電極４１、４２とは接触しないようになっている。
【００５８】
従って、基板は耐磨耗性が高い絶縁体４９表面と接触するが、比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極４１、４２と接触しないため、第１、第２の電極４１、４２の寿命が長くなる。
【００５９】
但し、吸着力を低下させないためには、突部４７の第１、第２の電極４１、４２表面からの高さは、５００μｍ以下にすることが望ましい。
【００６０】
また、電極表面が基板裏面と接触し得る第一例〜第三例の吸着装置１〜３や、この第四例の吸着装置４において、第１、第２の電極１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、４２表面に保護膜を形成し、電極寿命を長くしてもよい。その保護膜は、吸着力を低下させないために、厚さ５００μｍ以下が望ましい。
【００６１】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、電極を櫛形にパターニングしていたが本発明の吸着装置はそれに限定されるものではない。
【００６２】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、図５(ａ)〜(ｃ)、図６(ｄ)、(ｅ)のような電極配置をとることもできる。
【００６３】
図５(ａ)の吸着装置５１は、櫛状の第１、第２の電極５１1、５１2の櫛の歯部分が同心円上に配置されたものである。
【００６４】
同図(ｂ)の吸着装置５２は、櫛状の８個の電極を有しており、同じ電圧が印加される４個の第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、その電極とは異なる値で同じ大きさの電圧が印加される４個の第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とを有している。
【００６５】
第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、櫛状にパターニングされており、歯の部分が同心円状になっており、第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、歯の部分が非接触で噛み合うように交互に配置されている。必要に応じ、これら四対の電極に異なる大きさの電圧を印加するようにしてもよい。
【００６６】
同図(ｃ)の吸着装置５３は、第１、第２の電極５３1、５３2が、二重渦巻き状に配置されたものである。
【００６７】
次に、図６(ｄ)の吸着装置５４は、表面が４個の領域に分割されており、各領域には、櫛状にパターニングされた第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、同様に櫛状にパターニングされた第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2とが１対ずつ配置されている。第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2の櫛の歯部分は噛み合うようにされている。
【００６８】
この吸着装置５４でも、第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1には同じ電圧が印加され、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2には第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1とは異なる値であって同じ大きさの電圧が印加されるようになっている。必要に応じて吸着力を高めたい部分の電圧を大きくするなど、四対の電極に印加する電圧を変えることもできる。
【００６９】
同図(ｅ)の吸着装置５５は、互いに異なる値の電圧が印加される第１〜第３の電極５５1〜５５3が、四重渦巻き状に配置されている。この吸着装置５５では、電極間が２ｍｍの場合、例えば第１の電極５５1に６０００Ｖ、第２の電極５５2に０Ｖ、第３の電極５５3に−６０００Ｖを印加すると、電極間には１．０×１０6Ｖ／ｍの電界が形成される。
【００７０】
なお、上記真空処理装置７０はスパッタリング装置であったが、本発明の静電チャック１〜４は、ＣＶＤ装置、エッチング装置、イオン注入装置等、真空中で処理対象物を処理する真空処理装置に広く使用することができる。
【００７１】
また、本発明の静電吸着装置１〜４、５１〜５５では、第１、第２の電極間の電界強度は絶縁破壊が起こらない範囲で大きい方がよく、３×１０6Ｖ／ｍ以上の強度の電場を形成することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】(ａ)：本発明の真空処理装置の一例 (ｂ)：本発明の吸着装置部分の拡大図
【図２】(ａ)：本発明の第一例の吸着装置の電極配置図 (ｂ)：その断面図
【図３】(ａ)：第一例の吸着装置の模式的な断面図 (ｂ)：第二例の吸着装置の模式的な断面図 (ｃ)：第三例の吸着装置の模式的な断面図 (ｄ)：第四例の吸着装置の模式的な断面図
【図４】本発明の吸着装置の吸着力を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：本発明の吸着装置の電極配置の例
【図６】(ｄ)、(ｅ)：本発明の吸着装置の電極配置の他の例
【図７】グラディエント力を説明するための図
【図８】(ａ)、(ｂ)：従来技術の吸着装置を説明するための図
【符号の説明】
【００７３】
１〜４、５１〜５５……吸着装置 ７……基板 ９……保護板 １０……基体 １１、２１、３１、４１、５１1……第１の電極 １２、２２、３２、４２、５１2、……第２の電極 １８……金属板 １９……絶縁体 ７０……真空処理装置 ７２……真空槽
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着装置にかかり、特に、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空装置内で基板を保持するために、静電吸着装置が使用されている。
図８(ａ)の符号１０１は、スパッタリング装置であり、真空槽１１０を有している。該真空槽１１０内の天井側にはターゲット１０２が配置されており、底壁側には吸着装置１０４が配置されている。
【０００３】
この吸着装置１０４は、誘電体１２１と、該誘電体１２１内に埋め込まれた一対の電極１２２1、１２２2とを有しており、誘電体１２１に形成された孔内に、下側からリフトピン１０６が挿通されている。
【０００４】
各電極１２２1、１２２2は、真空槽１１０外部に配置されたチャック用電源１０９にそれぞれ接続されている。
【０００５】
吸着装置１０４上に基板１１２を配置すると、基板１１２は、基板１１２と電極１２２1、１２２2間に存する厚さ数１０〜数１００μｍの誘電体１２１の層を介して、各電極１２２1、１２２2と平行に対向する。
【０００６】
基板１１２がシリコンウェハーやガリウム・ひ素ウェハーの場合、基板１１２は導電性を有している。従って、吸着装置１０４上に基板１１２が配置されると、一方の電極１２２1と基板１１２の間に、同図(ｂ)の符号１２５1で示すコンデンサが形成され、また、他方の電極１２２2と基板１１２の間にも、同図(ｂ)の符号１２５2で示すコンデンサが形成される。
【０００７】
この２つのコンデンサ１２５1、１２５2は、電源１０９に対して互いに直列接続されており、一方の電極１２２1に正電圧、他方の電極１２２2に負電圧を印加すると、コンデンサ１２５1、１２５2が充電され、基板１１２と一方の電極１２２1の間、及び基板１１２と他方の電極１２２2の間に生じる静電吸着力によって基板１１２が吸着装置１０４の表面に静電吸着される。
【０００８】
静電吸着された状態では、基板１１２は吸着装置１０４上に密着されており、基板１１２と吸着装置１０４間の熱伝達率が大きくなり、吸着装置１０４内に設けられたヒータや冷却装置によって基板１１２を所望温度に制御することが可能になる。従って、ターゲット１０２をスパッタリングし、基板１１２表面に薄膜を形成する際に、薄膜の成長温度を精密に制御することができる。
【０００９】
薄膜形成プロセスが終了すると、電極１２２1、１２２2への電圧印加を終了させ、基板１１２の吸着を解除してリフトピン１０６を上昇させると、基板１１２を吸着装置１０４上から持ち上げ、真空槽１１０外に搬出する。
【００１０】
上記のように、従来技術の吸着装置１０４では、基板１１２を電極とし、吸着装置１０４内部に配置された電極１２２1、１２２2との間でコンデンサ１２５1、１２５2を形成し、静電吸着力を発生させている。従って、この吸着装置１０４が静電吸着できる基板１１２は導電性を有している必要がある。
【００１１】
しかしながら近年では、液晶表示装置やプラズマディスプレイ装置を構成させるガラス基板を吸着しながら真空処理したいという要求がある。
【００１２】
半導体の単結晶から成る基板の場合、抵抗値が大きいものの導電性を有しているため静電吸着力が発生するが、ガラス基板の場合には絶縁性が高いため、図８(ｂ)のコンデンサが形成されず、静電チャック１０４上に静電吸着することができない。
【特許文献１】米国特許第５，７５１，５３７号公報
【特許文献２】米国特許第５，８４７，９１８号公報
【特許文献３】米国特許第５，２２９，９１０号公報
【特許文献４】米国特許第５，１０３，３６７号公報
【特許文献５】台湾発明公告第３９５００６号公報
【特許文献６】国際公開ＷＯ９８／５７３７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したように、従来技術の静電吸着装置の場合、シリコーンウェハ等の導電性を有する基板を静電吸着するために、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ポリイミド、シリコーンゴム等の高誘電率の絶縁材料が電極と基板の間に配置されている(絶縁材料を配置しないと電極間が短絡してしまう)。
【００１５】
従って、基板と電極との間にはコンデンサが形成され、クーロン力が発生する。そのクーロン力による吸着力Ｆは、絶縁材料の誘電率や表面状態に依存する係数をａ、基板と電極間の距離をｄ(詳しくは絶縁材料の厚さ、又は基板と静電チャック表面間のギャップを言う)と基板、電極と基板の間の電圧をＶとすると、次式で表わせる。
Ｆ ＝ １／２・ａ・(Ｖ／ｄ)2
【００１６】
しかし、ガラスのような絶縁性基板の場合には、基板と電極間にはコンデンサが形成されないため、上記のようなクーロン力による静電吸着力Ｆは発生しない。
他方、分極率がαである絶縁性の物質が電場Ｅ中に配置された場合、その物質には、単位体積当たり下記のようなグラディエント力ｆが働くことが知られている。
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2)
本発明の発明者等は、グラディエント力ｆに着目し、絶縁性の基板も吸着できる吸着装置を発明するに至ったのである。
【００１７】
即ち、誘電体(絶縁性物質)ではα＞０であるから、上式によると絶縁性の基板は電場の強い方に引きつけられることになる。
【００１８】
図７の符号８０は、基板８３に対し、正電圧と負電圧が印加される電極８１、８２間に形成される電場を示しており、電極８１、８２付近では電場が強く、遠い位置では弱いため、基板８３には、電極８１、８２の方向に向いた力ｆが働いている。
【００１９】
また、上式によると、ｇｒａｄ(Ｅ2)が大きい方が基板に大きなグラディエント力ｆが働くから、Ｅの空間変化率が大きい程、グラディエント力ｆも大きくなる。
【００２０】
従って、電極の配置を工夫し、電場の変化率が、基板付近で小さく、電極付近で大きくなるようにすると、基板８３に大きなグラディエント力ｆが働くようになる。
【００２１】
具体的には、吸着装置が配置される真空槽の電位をゼロ(接地電位)とした場合、正電圧を印加する電極と負電圧を印加する電極とを近接して隣り合わせに配置すればよい。
【００２２】
また、電極間に形成される電場を考えると、電極付近に誘電体があった場合には、電束は誘電体(比誘電率εｒ＞１)に引き込まれる。従って、吸着装置の電極と基板との間に誘電体が配置されていると、電気力線は誘電体に引き込まれ易くなり、その結果、基板と電極の間が真空である場合に比べて電場(電気力線の密度)が小さくなってしまう。
【００２３】
従って、その逆に誘電体上に誘電体を配置しなければｇｒａｄ(Ｅ2)が大きくなり、その結果、大きな吸着力(グラディエント力ｆ)を得ることが可能になる。
【００２４】
図７のような正負電圧を印加する電極８１、８２上に誘電体層を配置した場合と配置しない場合とで、絶縁性の基板８３に働く吸着力を測定した。
【００２５】
電極８１、８２の幅は４ｍｍ、電極８１、８２の間隔は１ｍｍ、吸着面の直径は８インチである。比較のために用いた誘電体はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックスであり、その厚みは５００μｍ、抵抗率は約１０11Ω・ｃｍのものである。
【００２６】
吸着対象物は直径８インチ、厚さ５ｍｍの透明石英ガラスから成る基板であり、その抵抗率は１．０×１０18Ωｃｍ、比誘電率は３．７０(０〜１ＭＨｚ)である。
【００２７】
吸着力を測定した結果を下記表１に示す。基板と電極８１、８２の間に誘電体が存しない場合には、１．５倍程度の吸着力が得られている。
【００２８】
【表１】
【００２９】
このように、本発明は従来技術が常識としていた電極上の誘電体層に着目して創作されたものであり、請求項１に記載された発明は、板状の基体と、前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、前記第１、第２の電極は表面が露出され、前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置である。
【００３０】
この基体は、絶縁性の板で構成してもよいし、金属板上に絶縁性の膜を形成して構成することができる。絶縁性の膜は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、サイアロン、ダイヤモンド、ポリイミド、シリコーンゴム等の材料を用いることができる。
【００３１】
吸着装置が配置される真空槽を接地電位とした場合、第１、第２の電極に電圧を印加する電源を、第１、第２の電極のいずれか一方に正電圧、他方に負電圧を印加できるように構成しておくとよい。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された吸着装置である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の吸着装置であって、前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された吸着装置である。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された吸着装置である。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された吸着装置である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた吸着装置である。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する吸着装置である。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する吸着装置である。
前記第１、第２の電極表面に保護膜を形成しておくこともできる。
この保護膜が導電性を有している場合には、導電性保護膜が電極の上のみを覆うか、又は両電極が短絡しないように保護膜を付けると、第１、第２の電極は露出しているのと同じ状態であり、保護膜が絶縁性の場合は第１、第２の電極表面は露出しなくなる。この場合、保護膜はＰＶＤ、ＣＶＤ、イオン注入などによって形成でき、その厚さは吸着力を低下させないために５００μｍ以下が望ましい。
請求項１１記載の発明は、真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置である。
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の真空処理装置であって、電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された真空処理装置である。
請求項１３記載の発明は、請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置であって、前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された真空処理装置である。
前記吸着装置周囲に保護板を配置し、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成することができる。
この真空処理装置では、基板裏面と吸着装置の間に形成される隙間内にプラズマが侵入しないので、電極間が短絡するおそれはない。
【発明の効果】
【００３２】
真空雰囲気中で絶縁性の基板を吸着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の真空処理装置の一例を図１(ａ)の符号７０に示す。
この真空処理装置７０は、真空槽７２と、チャック用電源７３と、スパッタ用電源７５と、チャック用電源７３及びスパッタ用電源７５のコントローラ(コンピュータ)７４とを有している。
【００３４】
真空槽７２内には、スパッタリングターゲット７６と、本発明の第一例の吸着装置１が配置されている。吸着装置１の平面図を図２(ａ)に示し、そのＡ−Ａ線断面図を同図(ｂ)に示す。
【００３５】
この吸着装置１は、板状の基体１０を有している。基体１０は、金属板１８と、該金属板１８表面に配置された絶縁体１９とで構成されている。絶縁体１９は、酸化アルミニウム等の絶縁性のセラミックスの層で構成されている。
【００３６】
絶縁体１９表面には、導電性のカーボン材から成る第１、第２の電極１１、１２が設けられている。従って、第１、第２の電極１１、１２表面は、基体１０表面よりも突き出されている。
【００３７】
第１、第２の電極１１、１２は、櫛状にパターニングされており、非接触の状態で櫛の歯部分が互いに噛み合うように配置されている。
【００３８】
基体１０の直径は８インチ、第１、第２の電極１１、１２の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍである。
【００３９】
このような真空処理装置７０を用いて真空処理を行う場合、先ず、真空槽７２内を真空状態にし、図示しない基板搬送機構によって真空槽７２内に基板を搬入し、基板を吸着装置１表面に配置する。
【００４０】
図１(ｂ)は、吸着装置１の部分の拡大図であり、同図の符号７は、吸着装置１上に配置された絶縁性の基板を示している。
【００４１】
基板７が吸着装置１上に配置されると、基板７の裏面と第１、第２の電極表面とが接触する。この状態では基板７裏面と絶縁体１９表面との間は離間しており、隙間が形成されている。
【００４２】
吸着装置１の周囲にはリング状の保護板９が配置されており、基板７を吸着装置１上に載置すると、基板７の外周部分が保護板９の内周面と接触し、基板７裏面と絶縁体１９の間に形成された隙間は保護板９によって密閉された状態になる。
【００４３】
チャック用電源７３は、第１、第２の電極１１、１２に接続されており、真空槽７２を接地電位に置き、チャック用電源７３を起動し、第１、第２の電極１１、１２のうちの一方に負電圧、他方に正電圧を印加すると、第１、第２の電極１１、１２間に電界が形成される。
【００４４】
図４は、真空槽７２を接地電位に置き、第１の電極１１に正電圧、第２の電極１２に負電圧を印加した場合に、基板７と第１、第２の電極１１、１２間に形成される電場Ｅ、及び基板７に働く力ｆを模式的に示した図である。基板７は絶縁性が高いため、第１、第２の電極１１、１２間には殆ど電流は流れない。
【００４５】
基板７を吸着装置１に吸着した状態で真空槽７２内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ用電源７５を起動し、スパッタリングターゲットに高電圧を印加すると、スパッタリングターゲット表面近傍にプラズマが形成され、スパッタリングが始まる。
【００４６】
基板７は吸着装置１上に吸着されているので、基板７と吸着装置１との間の熱伝導率が高いので、基体１０内や基体１０の裏面にヒータや冷却装置を設けておくと、基板７の温度を制御しながら薄膜を形成することが可能になる。
【００４７】
また、基板７周囲には保護板９が配置されているので、スパッタリングの際に真空槽７０内に形成されたプラズマは、基板７裏面と基体１０の間に形成される隙間内に侵入しない。従って、第１の電極１１と第２の電極１２の間にはプラズマがなく、第１、第２の電極間がプラズマによって短絡することがない。
【００４８】
第一例の吸着装置１の模式的な断面図を図３(ａ)に示す。この吸着装置１では、第１、第２の電極１１、１２は絶縁体１９上に形成されており、電極表面は絶縁体表面よりも高くなっている。
【００４９】
同図(ｂ)〜(ｄ)に、第二例〜第四例の吸着装置２〜４を示す。
第二例〜第四例の吸着装置２〜４は、金属板２８、３８、４８をそれぞれ有している。
【００５０】
各金属板２８、３８、４８上には、絶縁体２９、３９、４９が配置されており、これらの絶縁体２９、３９、４９表面には、底部が金属板２８、３８に達しないように凹部２６、３６、４６が形成されている。
【００５１】
各絶縁体２９、３９、４９の凹部２６、３６、４６には、第１、第２の電極２１、２２、３１、３２、４１、４２が互いに絶縁した状態で配置されている。第１、第２の電極２１、２２、３１、３２、４１、４２の下端部は、各凹部２６、３６、４６の底面上に配置されている。
【００５２】
同図(ｂ)の第二例の吸着装置２では、第１、第２の電極２１、２２の上端部は絶縁体２９上から突き出されている。
【００５３】
この第二例の吸着装置２では、第一例の吸着装置１と同様に、吸着装置２上に基板を配置すると、基板裏面は第１、第２の電極２１、２２の上端部分と接触すると共に基板裏面と絶縁体２９の間には隙間が形成される。
【００５４】
同図(ｃ)の第三例の吸着装置３では、第１、第２の電極３１、３２の上端部は、第１、第２の絶縁体３９表面と同じ高さに形成されている。即ち、絶縁体３９表面と第１、第２の電極３１、３２の上端部分は面一に形成されている。この吸着装置３上に基板を配置した場合、基板裏面は第１、第２の電極３１、３２と絶縁体３９表面に接触する。
【００５５】
同図(ｄ)の第四例の吸着装置４では、第１、第２の電極４１、４２の上端部は、絶縁基板４９表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極４１、４２の上端部分は凹部４６内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極４１、４２間には、絶縁基板４９の表面部分で構成された突部４７が形成されている。
【００５６】
この吸着装置４では、その表面に基板を配置すると基板裏面は突部４７の上端部分と接触するが、第１、第２の電極４１、４２とは接触しないようになっている。
【００５７】
従って、基板は耐磨耗性が高い絶縁体４９表面と接触するが、比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極４１、４２と接触しないため、第１、第２の電極４１、４２の寿命が長くなる。
【００５８】
但し、吸着力を低下させないためには、突部４７の第１、第２の電極４１、４２表面からの高さは、５００μｍ以下にすることが望ましい。
【００５９】
また、電極表面が基板裏面と接触し得る第一例〜第三例の吸着装置１〜３や、この第四例の吸着装置４において、第１、第２の電極１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、４２表面に保護膜を形成し、電極寿命を長くしてもよい。その保護膜は、吸着力を低下させないために、厚さ５００μｍ以下が望ましい。
【００６０】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、電極を櫛形にパターニングしていたが本発明の吸着装置はそれに限定されるものではない。
【００６１】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、図５(ａ)〜(ｃ)、図６(ｄ)、(ｅ)のような電極配置をとることもできる。
【００６２】
図５(ａ)の吸着装置５１は、櫛状の第１、第２の電極５１1、５１2の櫛の歯部分が同心円上に配置されたものである。
【００６３】
同図(ｂ)の吸着装置５２は、櫛状の８個の電極を有しており、同じ電圧が印加される４個の第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、その電極とは異なる値で同じ大きさの電圧が印加される４個の第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とを有している。
【００６４】
第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、櫛状にパターニングされており、歯の部分が同心円状になっており、第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、歯の部分が非接触で噛み合うように交互に配置されている。必要に応じ、これら四対の電極に異なる大きさの電圧を印加するようにしてもよい。
【００６５】
同図(ｃ)の吸着装置５３は、第１、第２の電極５３1、５３2が、二重渦巻き状に配置されたものである。
【００６６】
次に、図６(ｄ)の吸着装置５４は、表面が４個の領域に分割されており、各領域には、櫛状にパターニングされた第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、同様に櫛状にパターニングされた第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2とが１対ずつ配置されている。第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2の櫛の歯部分は噛み合うようにされている。
【００６７】
この吸着装置５４でも、第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1には同じ電圧が印加され、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2には第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1とは異なる値であって同じ大きさの電圧が印加されるようになっている。必要に応じて吸着力を高めたい部分の電圧を大きくするなど、四対の電極に印加する電圧を変えることもできる。
【００６８】
同図(ｅ)の吸着装置５５は、互いに異なる値の電圧が印加される第１〜第３の電極５５1〜５５3が、四重渦巻き状に配置されている。この吸着装置５５では、電極間が２ｍｍの場合、例えば第１の電極５５1に６０００Ｖ、第２の電極５５2に０Ｖ、第３の電極５５3に−６０００Ｖを印加すると、電極間には１．０×１０6Ｖ／ｍの電界が形成される。
【００６９】
なお、上記真空処理装置７０はスパッタリング装置であったが、本発明の静電チャック１〜４は、ＣＶＤ装置、エッチング装置、イオン注入装置等、真空中で処理対象物を処理する真空処理装置に広く使用することができる。
【００７０】
また、本発明の静電吸着装置１〜４、５１〜５５では、第１、第２の電極間の電界強度は絶縁破壊が起こらない範囲で大きい方がよく、３×１０6Ｖ／ｍ以上の強度の電場を形成することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】(ａ)：本発明の真空処理装置の一例 (ｂ)：本発明の吸着装置部分の拡大図
【図２】(ａ)：本発明の第一例の吸着装置の電極配置図 (ｂ)：その断面図
【図３】(ａ)：第一例の吸着装置の模式的な断面図 (ｂ)：第二例の吸着装置の模式的な断面図 (ｃ)：第三例の吸着装置の模式的な断面図 (ｄ)：第四例の吸着装置の模式的な断面図
【図４】本発明の吸着装置の吸着力を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：本発明の吸着装置の電極配置の例
【図６】(ｄ)、(ｅ)：本発明の吸着装置の電極配置の他の例
【図７】グラディエント力を説明するための図
【図８】(ａ)、(ｂ)：従来技術の吸着装置を説明するための図
【符号の説明】
【００７２】
１〜４、５１〜５５……吸着装置 ７……基板 ９……保護板 １０……基体 １１、２１、３１、４１、５１1……第１の電極 １２、２２、３２、４２、５１2、……第２の電極 １８……金属板 １９……絶縁体 ７０……真空処理装置 ７２……真空槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着装置にかかり、特に、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空装置内で基板を保持するために、静電吸着装置が使用されている。
図８(ａ)の符号１０１は、スパッタリング装置であり、真空槽１１０を有している。該真空槽１１０内の天井側にはターゲット１０２が配置されており、底壁側には吸着装置１０４が配置されている。
【０００３】
この吸着装置１０４は、誘電体１２１と、該誘電体１２１内に埋め込まれた一対の電極１２２1、１２２2とを有しており、誘電体１２１に形成された孔内に、下側からリフトピン１０６が挿通されている。
【０００４】
各電極１２２1、１２２2は、真空槽１１０外部に配置されたチャック用電源１０９にそれぞれ接続されている。
【０００５】
吸着装置１０４上に基板１１２を配置すると、基板１１２は、基板１１２と電極１２２1、１２２2間に存する厚さ数１０〜数１００μｍの誘電体１２１の層を介して、各電極１２２1、１２２2と平行に対向する。
【０００６】
基板１１２がシリコンウェハーやガリウム・ひ素ウェハーの場合、基板１１２は導電性を有している。従って、吸着装置１０４上に基板１１２が配置されると、一方の電極１２２1と基板１１２の間に、同図(ｂ)の符号１２５1で示すコンデンサが形成され、また、他方の電極１２２2と基板１１２の間にも、同図(ｂ)の符号１２５2で示すコンデンサが形成される。
【０００７】
この２つのコンデンサ１２５1、１２５2は、電源１０９に対して互いに直列接続されており、一方の電極１２２1に正電圧、他方の電極１２２2に負電圧を印加すると、コンデンサ１２５1、１２５2が充電され、基板１１２と一方の電極１２２1の間、及び基板１１２と他方の電極１２２2の間に生じる静電吸着力によって基板１１２が吸着装置１０４の表面に静電吸着される。
【０００８】
静電吸着された状態では、基板１１２は吸着装置１０４上に密着されており、基板１１２と吸着装置１０４間の熱伝達率が大きくなり、吸着装置１０４内に設けられたヒータや冷却装置によって基板１１２を所望温度に制御することが可能になる。従って、ターゲット１０２をスパッタリングし、基板１１２表面に薄膜を形成する際に、薄膜の成長温度を精密に制御することができる。
【０００９】
薄膜形成プロセスが終了すると、電極１２２1、１２２2への電圧印加を終了させ、基板１１２の吸着を解除してリフトピン１０６を上昇させると、基板１１２を吸着装置１０４上から持ち上げ、真空槽１１０外に搬出する。
【００１０】
上記のように、従来技術の吸着装置１０４では、基板１１２を電極とし、吸着装置１０４内部に配置された電極１２２1、１２２2との間でコンデンサ１２５1、１２５2を形成し、静電吸着力を発生させている。従って、この吸着装置１０４が静電吸着できる基板１１２は導電性を有している必要がある。
【００１１】
しかしながら近年では、液晶表示装置やプラズマディスプレイ装置を構成させるガラス基板を吸着しながら真空処理したいという要求がある。
【００１２】
半導体の単結晶から成る基板の場合、抵抗値が大きいものの導電性を有しているため静電吸着力が発生するが、ガラス基板の場合には絶縁性が高いため、図８(ｂ)のコンデンサが形成されず、静電チャック１０４上に静電吸着することができない。
【特許文献１】米国特許第５，７５１，５３７号公報
【特許文献２】米国特許第５，８４７，９１８号公報
【特許文献３】米国特許第５，２２９，９１０号公報
【特許文献４】米国特許第５，１０３，３６７号公報
【特許文献５】台湾発明公告第３９５００６号公報
【特許文献６】国際公開ＷＯ９８／５７３７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したように、従来技術の静電吸着装置の場合、シリコーンウェハ等の導電性を有する基板を静電吸着するために、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ポリイミド、シリコーンゴム等の高誘電率の絶縁材料が電極と基板の間に配置されている(絶縁材料を配置しないと電極間が短絡してしまう)。
【００１５】
従って、基板と電極との間にはコンデンサが形成され、クーロン力が発生する。そのクーロン力による吸着力Ｆは、絶縁材料の誘電率や表面状態に依存する係数をａ、基板と電極間の距離をｄ(詳しくは絶縁材料の厚さ、又は基板と静電チャック表面間のギャップを言う)と基板、電極と基板の間の電圧をＶとすると、次式で表わせる。
Ｆ ＝ １／２・ａ・(Ｖ／ｄ)2
【００１６】
しかし、ガラスのような絶縁性基板の場合には、基板と電極間にはコンデンサが形成されないため、上記のようなクーロン力による静電吸着力Ｆは発生しない。
他方、分極率がαである絶縁性の物質が電場Ｅ中に配置された場合、その物質には、単位体積当たり下記のようなグラディエント力ｆが働くことが知られている。
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2)
本発明の発明者等は、グラディエント力ｆに着目し、絶縁性の基板も吸着できる吸着装置を発明するに至ったのである。
【００１７】
即ち、誘電体(絶縁性物質)ではα＞０であるから、上式によると絶縁性の基板は電場の強い方に引きつけられることになる。
【００１８】
図７の符号８０は、基板８３に対し、正電圧と負電圧が印加される電極８１、８２間に形成される電場を示しており、電極８１、８２付近では電場が強く、遠い位置では弱いため、基板８３には、電極８１、８２の方向に向いた力ｆが働いている。
【００１９】
また、上式によると、ｇｒａｄ(Ｅ2)が大きい方が基板に大きなグラディエント力ｆが働くから、Ｅの空間変化率が大きい程、グラディエント力ｆも大きくなる。
【００２０】
従って、電極の配置を工夫し、電場の変化率が、基板付近で小さく、電極付近で大きくなるようにすると、基板８３に大きなグラディエント力ｆが働くようになる。
【００２１】
具体的には、吸着装置が配置される真空槽の電位をゼロ(接地電位)とした場合、正電圧を印加する電極と負電圧を印加する電極とを近接して隣り合わせに配置すればよい。
【００２２】
また、電極間に形成される電場を考えると、電極付近に誘電体があった場合には、電束は誘電体(比誘電率εｒ＞１)に引き込まれる。従って、吸着装置の電極と基板との間に誘電体が配置されていると、電気力線は誘電体に引き込まれ易くなり、その結果、基板と電極の間が真空である場合に比べて電場(電気力線の密度)が小さくなってしまう。
【００２３】
従って、その逆に誘電体上に誘電体を配置しなければｇｒａｄ(Ｅ2)が大きくなり、その結果、大きな吸着力(グラディエント力ｆ)を得ることが可能になる。
【００２４】
図７のような正負電圧を印加する電極８１、８２上に誘電体層を配置した場合と配置しない場合とで、絶縁性の基板８３に働く吸着力を測定した。
【００２５】
電極８１、８２の幅は４ｍｍ、電極８１、８２の間隔は１ｍｍ、吸着面の直径は８インチである。比較のために用いた誘電体はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックスであり、その厚みは５００μｍ、抵抗率は約１０11Ω・ｃｍのものである。
【００２６】
吸着対象物は直径８インチ、厚さ５ｍｍの透明石英ガラスから成る基板であり、その抵抗率は１．０×１０18Ωｃｍ、比誘電率は３．７０(０〜１ＭＨｚ)である。
【００２７】
吸着力を測定した結果を下記表１に示す。基板と電極８１、８２の間に誘電体が存しない場合には、１．５倍程度の吸着力が得られている。
【００２８】
【表１】
【００２９】
このように、本発明は従来技術が常識としていた電極上の誘電体層に着目して創作されたものであり、その請求項１に記載された発明は、吸着装置であって、板状の基体と、前記基体表面に互いに絶縁した状態で配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有することを特徴とする。
【００３０】
この基体は、絶縁性の板で構成してもよいし、金属板上に絶縁性の膜を形成して構成することができる。絶縁性の膜は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、サイアロン、ダイヤモンド、ポリイミド、シリコーンゴム等の材料を用いることができる。
【００３１】
吸着装置が配置される真空槽を接地電位とした場合、第１、第２の電極に電圧を印加する電源を、第１、第２の電極のいずれか一方に正電圧、他方に負電圧を印加できるように構成しておくとよい。
この請求項１記載の吸着装置の場合には、請求項２に記載したように、前記吸着装置の前記第１、第２の電極が配置された表面に基板を配置すると、前記基板は前記第１、第２の電極と接触するように構成することができる。
また、請求項１記載の吸着装置の場合には、請求項３に記載したように、前記第１、第２の電極間に、絶縁性の突部を配置することができる。
更にまた、請求項１記載の吸着装置の場合には、請求項４に記載したように、前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とを同一平面に構成することもできる。
以上の請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項５に記載したように、前記第１、第２の前記電極表面を露出させておくことができる。
他方、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項６に記載したように、前記第１、第２の電極表面に保護膜を形成しておくこともできる。
この保護膜が導電性を有している場合には、導電性保護膜が電極の上のみを覆うか、又は菱電曲が短絡しないように保護膜を付けると、第１、第２の電極は露出しているのと同じ状態であり、保護膜が絶縁性の場合は第１、第２の電極表面は露出しなくなる。この場合、保護膜はＰＶＤ、ＣＶＤ、イオン注入などによって形成でき、その厚さは吸着力を低下させないために５００μｍ以下が望ましい。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置の場合には、請求項７に記載したように、前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にしておくとよい。
また、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項８に記載したように、前記第１、第２の電極の幅を４ｍｍ以下にしておくことができる。
また、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載された吸着装置が、前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置されている場合には、請求項９に記載したように、前記第１の電極と前記第２の電極とを交互に配置する領域を設けることができる。
更に、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置については、請求項１０に記載したように、前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を設けることができる。
他方、真空槽を有する真空処理装置の場合、該真空槽内に請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置を配置し、請求項１１に記載した真空処理装置を構成することができる。
この場合、請求項１２に記載したように、電源を設け、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成することができる。
また、請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置については、請求項１３に記載したように、前記吸着装置周囲に保護板を配置し、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成することができる。
この真空処理装置では、基板裏面と吸着装置の間に形成される隙間内にプラズマが侵入しないので、電極間が短絡するおそれはない。
【００３２】
請求項１４記載の発明は、板状の基体と、前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、前記第１、第２の電極は表面が露出され、前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置である。
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された吸着装置である。
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の吸着装置であって、前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された吸着装置である。
請求項１７記載の発明は、請求項１４記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された吸着装置である。
請求項１８記載の発明は、請求項１４記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された吸着装置である。
請求項１９記載の発明は、請求項１４乃至請求項１８のいずれか１項記載の吸着装置であっｔ、前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた吸着装置である。
請求項２０記載の発明は、請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項２１記載の発明は、請求項１４乃至請求項２０のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項２２記載の発明は、請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する吸着装置である。
請求項２３記載の発明は、請求項１４乃至請求項２２のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する吸着装置である。
請求項２４記載の発明は、真空槽を有し、該真空槽内に請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置である。
請求項２５記載の発明は、請求項２４記載の真空処理装置であって、電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された真空処理装置である。
請求項２６記載の発明は、請求項２４又は請求項２５のいずれか１項記載の真空処理装置であって、前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された真空処理装置である。
【発明の効果】
【００３３】
真空雰囲気中で絶縁性の基板を吸着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の真空処理装置の一例を図１(ａ)の符号７０に示す。
この真空処理装置７０は、真空槽７２と、チャック用電源７３と、スパッタ用電源７５と、チャック用電源７３及びスパッタ用電源７５のコントローラ(コンピュータ)７４とを有している。
【００３５】
真空槽７２内には、スパッタリングターゲット７６と、本発明の第一例の吸着装置１が配置されている。吸着装置１の平面図を図２(ａ)に示し、そのＡ−Ａ線断面図を同図(ｂ)に示す。
【００３６】
この吸着装置１は、板状の基体１０を有している。基体１０は、金属板１８と、該金属板１８表面に配置された絶縁体１９とで構成されている。絶縁体１９は、酸化アルミニウム等の絶縁性のセラミックスの層で構成されている。
【００３７】
絶縁体１９表面には、導電性のカーボン材から成る第１、第２の電極１１、１２が設けられている。従って、第１、第２の電極１１、１２表面は、基体１０表面よりも突き出されている。
【００３８】
第１、第２の電極１１、１２は、櫛状にパターニングされており、非接触の状態で櫛の歯部分が互いに噛み合うように配置されている。
【００３９】
基体１０の直径は８インチ、第１、第２の電極１１、１２の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍである。
【００４０】
このような真空処理装置７０を用いて真空処理を行う場合、先ず、真空槽７２内を真空状態にし、図示しない基板搬送機構によって真空槽７２内に基板を搬入し、基板を吸着装置１表面に配置する。
【００４１】
図１(ｂ)は、吸着装置１の部分の拡大図であり、同図の符号７は、吸着装置１上に配置された絶縁性の基板を示している。
【００４２】
基板７が吸着装置１上に配置されると、基板７の裏面と第１、第２の電極表面とが接触する。この状態では基板７裏面と絶縁体１９表面との間は離間しており、隙間が形成されている。
【００４３】
吸着装置１の周囲にはリング状の保護板９が配置されており、基板７を吸着装置１上に載置すると、基板７の外周部分が保護板９の内周面と接触し、基板７裏面と絶縁体１９の間に形成された隙間は保護板９によって密閉された状態になる。
【００４４】
チャック用電源７３は、第１、第２の電極１１、１２に接続されており、真空槽７２を接地電位に置き、チャック用電源７３を起動し、第１、第２の電極１１、１２のうちの一方に負電圧、他方に正電圧を印加すると、第１、第２の電極１１、１２間に電界が形成される。
【００４５】
図４は、真空槽７２を接地電位に置き、第１の電極１１に正電圧、第２の電極１２に負電圧を印加した場合に、基板７と第１、第２の電極１１、１２間に形成される電場Ｅ、及び基板７に働く力ｆを模式的に示した図である。基板７は絶縁性が高いため、第１、第２の電極１１、１２間には殆ど電流は流れない。
【００４６】
基板７を吸着装置１に吸着した状態で真空槽７２内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ用電源７５を起動し、スパッタリングターゲットに高電圧を印加すると、スパッタリングターゲット表面近傍にプラズマが形成され、スパッタリングが始まる。
【００４７】
基板７は吸着装置１上に吸着されているので、基板７と吸着装置１との間の熱伝導率が高いので、基体１０内や基体１０の裏面にヒータや冷却装置を設けておくと、基板７の温度を制御しながら薄膜を形成することが可能になる。
【００４８】
また、基板７周囲には保護板９が配置されているので、スパッタリングの際に真空槽７０内に形成されたプラズマは、基板７裏面と基体１０の間に形成される隙間内に侵入しない。従って、第１の電極１１と第２の電極１２の間にはプラズマがなく、第１、第２の電極間がプラズマによって短絡することがない。
【００４９】
第一例の吸着装置１の模式的な断面図を図３(ａ)に示す。この吸着装置１では、第１、第２の電極１１、１２は絶縁体１９上に形成されており、電極表面は絶縁体表面よりも高くなっている。
【００５０】
同図(ｂ)〜(ｄ)に、第二例〜第四例の吸着装置２〜４を示す。
第二例〜第四例の吸着装置２〜４は、金属板２８、３８、４８をそれぞれ有している。
【００５１】
各金属板２８、３８、４８上には、絶縁体２９、３９、４９が配置されており、これらの絶縁体２９、３９、４９表面には、底部が金属板２８、３８に達しないように凹部２６、３６、４６が形成されている。
【００５２】
各絶縁体２９、３９、４９の凹部２６、３６、４６には、第１、第２の電極２１、２１、３１、３２、４１、４２が互いに絶縁した状態で配置されている。第１、第２の電極２１、２１、３１、３２、４１、４２の下端部は、各凹部２６、３６、４６の底面上に配置されている。
【００５３】
同図(ｂ)の第二例の吸着装置２では、第１、第２の電極２１、２２の上端部は絶縁体２９上から突き出されている。
【００５４】
この第二例の吸着装置２では、第一例の吸着装置１と同様に、吸着装置２上に基板を配置すると、基板裏面は第１、第２の電極２１、２２の上端部分と接触すると共に基板裏面と絶縁体２９の間には隙間が形成される。
【００５５】
同図(ｃ)の第三例の吸着装置３では、第１、第２の電極３１、３２の上端部は、第１、第２の絶縁体３９表面と同じ高さに形成されている。即ち、絶縁体３９表面と第１、第２の電極３１、３２の上端部分は面一に形成されている。この吸着装置３上に基板を配置した場合、基板裏面は第１、第２の電極３１、３２と絶縁体３９表面に接触する。
【００５６】
同図(ｄ)の第四例の吸着装置４では、第１、第２の電極４１、４２の上端部は、絶縁基板４９表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極４１、４２の上端部分は凹部４６内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極４１、４２間には、絶縁基板４９の表面部分で構成された突部４７が形成されている。
【００５７】
この吸着装置４では、その表面に基板を配置すると基板裏面は突部４７の上端部分と接触するが、第１、第２の電極４１、４２とは接触しないようになっている。
【００５８】
従って、基板は耐磨耗性が高い絶縁体４９表面と接触するが、比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極４１、４２と接触しないため、第１、第２の電極４１、４２の寿命が長くなる。
【００５９】
但し、吸着力を低下させないためには、突部４７の第１、第２の電極４１、４２表面からの高さは、５００μｍ以下にすることが望ましい。
【００６０】
また、電極表面が基板裏面と接触し得る第一例〜第三例の吸着装置１〜３や、この第四例の吸着装置４において、第１、第２の電極１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、４２表面に保護膜を形成し、電極寿命を長くしてもよい。その保護膜は、吸着力を低下させないために、厚さ５００μｍ以下が望ましい。
【００６１】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、電極を櫛形にパターニングしていたが本発明の吸着装置はそれに限定されるものではない。
【００６２】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、図５(ａ)〜(ｃ)、図６(ｄ)、(ｅ)のような電極配置をとることもできる。
【００６３】
図５(ａ)の吸着装置５１は、櫛状の第１、第２の電極５１1、５１2の櫛の歯部分が同心円上に配置されたものである。
【００６４】
同図(ｂ)の吸着装置５２は、櫛状の８個の電極を有しており、同じ電圧が印加される４個の第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、その電極とは異なる値で同じ大きさの電圧が印加される４個の第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とを有している。
【００６５】
第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、櫛状にパターニングされており、歯の部分が同心円状になっており、第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、歯の部分が非接触で噛み合うように交互に配置されている。必要に応じ、これら四対の電極に異なる大きさの電圧を印加するようにしてもよい。
【００６６】
同図(ｃ)の吸着装置５３は、第１、第２の電極５３1、５３2が、二重渦巻き状に配置されたものである。
【００６７】
次に、図６(ｄ)の吸着装置５４は、表面が４個の領域に分割されており、各領域には、櫛状にパターニングされた第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、同様に櫛状にパターニングされた第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2とが１対ずつ配置されている。第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2の櫛の歯部分は噛み合うようにされている。
【００６８】
この吸着装置５４でも、第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1には同じ電圧が印加され、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2には第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1とは異なる値であって同じ大きさの電圧が印加されるようになっている。必要に応じて吸着力を高めたい部分の電圧を大きくするなど、四対の電極に印加する電圧を変えることもできる。
【００６９】
同図(ｅ)の吸着装置５５は、互いに異なる値の電圧が印加される第１〜第３の電極５５1〜５５3が、四重渦巻き状に配置されている。この吸着装置５５では、電極間が２ｍｍの場合、例えば第１の電極５５1に６０００Ｖ、第２の電極５５2に０Ｖ、第３の電極５５3に−６０００Ｖを印加すると、電極間には１．０×１０6Ｖ／ｍの電界が形成される。
【００７０】
なお、上記真空処理装置７０はスパッタリング装置であったが、本発明の静電チャック１〜４は、ＣＶＤ装置、エッチング装置、イオン注入装置等、真空中で処理対象物を処理する真空処理装置に広く使用することができる。
【００７１】
また、本発明の静電吸着装置１〜４、５１〜５５では、第１、第２の電極間の電界強度は絶縁破壊が起こらない範囲で大きい方がよく、３×１０6Ｖ／ｍ以上の強度の電場を形成することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】(ａ)：本発明の真空処理装置の一例 (ｂ)：本発明の吸着装置部分の拡大図
【図２】(ａ)：本発明の第一例の吸着装置の電極配置図 (ｂ)：その断面図
【図３】(ａ)：第一例の吸着装置の模式的な断面図 (ｂ)：第二例の吸着装置の模式的な断面図 (ｃ)：第三例の吸着装置の模式的な断面図 (ｄ)：第四例の吸着装置の模式的な断面図
【図４】本発明の吸着装置の吸着力を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：本発明の吸着装置の電極配置の例
【図６】(ｄ)、(ｅ)：本発明の吸着装置の電極配置の他の例
【図７】グラディエント力を説明するための図
【図８】(ａ)、(ｂ)：従来技術の吸着装置を説明するための図
【符号の説明】
【００７３】
１〜４、５１〜５５……吸着装置 ７……基板 ９……保護板 １０……基体 １１、２１、３１、４１、５１1……第１の電極 １２、２２、３２、４２、５１2、……第２の電極 １８……金属板 １９……絶縁体 ７０……真空処理装置 ７２……真空槽
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着装置にかかり、特に、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空装置内で基板を保持するために、静電吸着装置が使用されている。
図８(ａ)の符号１０１は、スパッタリング装置であり、真空槽１１０を有している。該真空槽１１０内の天井側にはターゲット１０２が配置されており、底壁側には吸着装置１０４が配置されている。
【０００３】
この吸着装置１０４は、誘電体１２１と、該誘電体１２１内に埋め込まれた一対の電極１２２1、１２２2とを有しており、誘電体１２１に形成された孔内に、下側からリフトピン１０６が挿通されている。
【０００４】
各電極１２２1、１２２2は、真空槽１１０外部に配置されたチャック用電源１０９にそれぞれ接続されている。
【０００５】
吸着装置１０４上に基板１１２を配置すると、基板１１２は、基板１１２と電極１２２1、１２２2間に存する厚さ数１０〜数１００μｍの誘電体１２１の層を介して、各電極１２２1、１２２2と平行に対向する。
【０００６】
基板１１２がシリコンウェハーやガリウム・ひ素ウェハーの場合、基板１１２は導電性を有している。従って、吸着装置１０４上に基板１１２が配置されると、一方の電極１２２1と基板１１２の間に、同図(ｂ)の符号１２５1で示すコンデンサが形成され、また、他方の電極１２２2と基板１１２の間にも、同図(ｂ)の符号１２５2で示すコンデンサが形成される。
【０００７】
この２つのコンデンサ１２５1、１２５2は、電源１０９に対して互いに直列接続されており、一方の電極１２２1に正電圧、他方の電極１２２2に負電圧を印加すると、コンデンサ１２５1、１２５2が充電され、基板１１２と一方の電極１２２1の間、及び基板１１２と他方の電極１２２2の間に生じる静電吸着力によって基板１１２が吸着装置１０４の表面に静電吸着される。
【０００８】
静電吸着された状態では、基板１１２は吸着装置１０４上に密着されており、基板１１２と吸着装置１０４間の熱伝達率が大きくなり、吸着装置１０４内に設けられたヒータや冷却装置によって基板１１２を所望温度に制御することが可能になる。従って、ターゲット１０２をスパッタリングし、基板１１２表面に薄膜を形成する際に、薄膜の成長温度を精密に制御することができる。
【０００９】
薄膜形成プロセスが終了すると、電極１２２1、１２２2への電圧印加を終了させ、基板１１２の吸着を解除してリフトピン１０６を上昇させると、基板１１２を吸着装置１０４上から持ち上げ、真空槽１１０外に搬出する。
【００１０】
上記のように、従来技術の吸着装置１０４では、基板１１２を電極とし、吸着装置１０４内部に配置された電極１２２1、１２２2との間でコンデンサ１２５1、１２５2を形成し、静電吸着力を発生させている。従って、この吸着装置１０４が静電吸着できる基板１１２は導電性を有している必要がある。
【００１１】
しかしながら近年では、液晶表示装置やプラズマディスプレイ装置を構成させるガラス基板を吸着しながら真空処理したいという要求がある。
【００１２】
半導体の単結晶から成る基板の場合、抵抗値が大きいものの導電性を有しているため静電吸着力が発生するが、ガラス基板の場合には絶縁性が高いため、図８(ｂ)のコンデンサが形成されず、静電チャック１０４上に静電吸着することができない。
【特許文献１】米国特許第５，７５１，５３７号公報
【特許文献２】米国特許第５，８４７，９１８号公報
【特許文献３】米国特許第５，２２９，９１０号公報
【特許文献４】米国特許第５，１０３，３６７号公報
【特許文献５】台湾発明公告第３９５００６号公報
【特許文献６】国際公開ＷＯ９８／５７３７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、その目的は、絶縁性の基板を吸着できる吸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したように、従来技術の静電吸着装置の場合、シリコーンウェハ等の導電性を有する基板を静電吸着するために、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ポリイミド、シリコーンゴム等の高誘電率の絶縁材料が電極と基板の間に配置されている(絶縁材料を配置しないと電極間が短絡してしまう)。
【００１５】
従って、基板と電極との間にはコンデンサが形成され、クーロン力が発生する。そのクーロン力による吸着力Ｆは、絶縁材料の誘電率や表面状態に依存する係数をａ、基板と電極間の距離をｄ(詳しくは絶縁材料の厚さ、又は基板と静電チャック表面間のギャップを言う)と基板、電極と基板の間の電圧をＶとすると、次式で表わせる。
Ｆ ＝ １／２・ａ・(Ｖ／ｄ)2
【００１６】
しかし、ガラスのような絶縁性基板の場合には、基板と電極間にはコンデンサが形成されないため、上記のようなクーロン力による静電吸着力Ｆは発生しない。
他方、分極率がαである絶縁性の物質が電場Ｅ中に配置された場合、その物質には、単位体積当たり下記のようなグラディエント力ｆが働くことが知られている。
ｆ ＝ １／２・α・ｇｒａｄ(Ｅ2)
本発明の発明者等は、グラディエント力ｆに着目し、絶縁性の基板も吸着できる吸着装置を発明するに至ったのである。
【００１７】
即ち、誘電体(絶縁性物質)ではα＞０であるから、上式によると絶縁性の基板は電場の強い方に引きつけられることになる。
【００１８】
図７の符号８０は、基板８３に対し、正電圧と負電圧が印加される電極８１、８２間に形成される電場を示しており、電極８１、８２付近では電場が強く、遠い位置では弱いため、基板８３には、電極８１、８２の方向に向いた力ｆが働いている。
【００１９】
また、上式によると、ｇｒａｄ(Ｅ2)が大きい方が基板に大きなグラディエント力ｆが働くから、Ｅの空間変化率が大きい程、グラディエント力ｆも大きくなる。
【００２０】
従って、電極の配置を工夫し、電場の変化率が、基板付近で小さく、電極付近で大きくなるようにすると、基板８３に大きなグラディエント力ｆが働くようになる。
【００２１】
具体的には、吸着装置が配置される真空槽の電位をゼロ(接地電位)とした場合、正電圧を印加する電極と負電圧を印加する電極とを近接して隣り合わせに配置すればよい。
【００２２】
また、電極間に形成される電場を考えると、電極付近に誘電体があった場合には、電束は誘電体(比誘電率εｒ＞１)に引き込まれる。従って、吸着装置の電極と基板との間に誘電体が配置されていると、電気力線は誘電体に引き込まれ易くなり、その結果、基板と電極の間が真空である場合に比べて電場(電気力線の密度)が小さくなってしまう。
【００２３】
従って、その逆に誘電体上に誘電体を配置しなければｇｒａｄ(Ｅ2)が大きくなり、その結果、大きな吸着力(グラディエント力ｆ)を得ることが可能になる。
【００２４】
図７のような正負電圧を印加する電極８１、８２上に誘電体層を配置した場合と配置しない場合とで、絶縁性の基板８３に働く吸着力を測定した。
【００２５】
電極８１、８２の幅は４ｍｍ、電極８１、８２の間隔は１ｍｍ、吸着面の直径は８インチである。比較のために用いた誘電体はＡｌ2Ｏ3を主成分とするセラミックスであり、その厚みは５００μｍ、抵抗率は約１０11Ω・ｃｍのものである。
【００２６】
吸着対象物は直径８インチ、厚さ５ｍｍの透明石英ガラスから成る基板であり、その抵抗率は１．０×１０18Ωｃｍ、比誘電率は３．７０(０〜１ＭＨｚ)である。
【００２７】
吸着力を測定した結果を下記表１に示す。基板と電極８１、８２の間に誘電体が存しない場合には、１．５倍程度の吸着力が得られている。
【００２８】
【表１】
【００２９】
このように、本発明は従来技術が常識としていた電極上の誘電体層に着目して創作されたものであり、請求項１に記載された発明は、板状の基体と、前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、前記第１、第２の電極は表面が露出され、前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置である。
【００３０】
この基体は、絶縁性の板で構成してもよいし、金属板上に絶縁性の膜を形成して構成することができる。絶縁性の膜は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、サイアロン、ダイヤモンド、ポリイミド、シリコーンゴム等の材料を用いることができる。
【００３１】
吸着装置が配置される真空槽を接地電位とした場合、第１、第２の電極に電圧を印加する電源を、第１、第２の電極のいずれか一方に正電圧、他方に負電圧を印加できるように構成しておくとよい。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された吸着装置である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の吸着装置であって、前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された吸着装置である。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された吸着装置である。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された吸着装置である。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた吸着装置である。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた吸着装置である。
請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する吸着装置である。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置であって、前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する吸着装置である。
前記第１、第２の電極表面に保護膜を形成しておくこともできる。
この保護膜が導電性を有している場合には、導電性保護膜が電極の上のみを覆うか、又は両電極が短絡しないように保護膜を付けると、第１、第２の電極は露出しているのと同じ状態であり、保護膜が絶縁性の場合は第１、第２の電極表面は露出しなくなる。この場合、保護膜はＰＶＤ、ＣＶＤ、イオン注入などによって形成でき、その厚さは吸着力を低下させないために５００μｍ以下が望ましい。
請求項１１記載の発明は、真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置である。
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の真空処理装置であって、電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された真空処理装置である。
請求項１３記載の発明は、請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置であって、前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された真空処理装置である。
前記吸着装置周囲に保護板を配置し、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成することができる。
この真空処理装置では、基板裏面と吸着装置の間に形成される隙間内にプラズマが侵入しないので、電極間が短絡するおそれはない。
【発明の効果】
【００３２】
真空雰囲気中で絶縁性の基板を吸着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の真空処理装置の一例を図１(ａ)の符号７０に示す。
この真空処理装置７０は、真空槽７２と、チャック用電源７３と、スパッタ用電源７５と、チャック用電源７３及びスパッタ用電源７５のコントローラ(コンピュータ)７４とを有している。
【００３４】
真空槽７２内には、スパッタリングターゲット７６と、本発明の第一例の吸着装置１が配置されている。吸着装置１の平面図を図２(ａ)に示し、そのＡ−Ａ線断面図を同図(ｂ)に示す。
【００３５】
この吸着装置１は、板状の基体１０を有している。基体１０は、金属板１８と、該金属板１８表面に配置された絶縁体１９とで構成されている。絶縁体１９は、酸化アルミニウム等の絶縁性のセラミックスの層で構成されている。
【００３６】
絶縁体１９表面には、導電性のカーボン材から成る第１、第２の電極１１、１２が設けられている。従って、第１、第２の電極１１、１２表面は、基体１０表面よりも突き出されている。
【００３７】
第１、第２の電極１１、１２は、櫛状にパターニングされており、非接触の状態で櫛の歯部分が互いに噛み合うように配置されている。
【００３８】
基体１０の直径は８インチ、第１、第２の電極１１、１２の幅は４ｍｍ、電極間の間隔は１ｍｍである。
【００３９】
このような真空処理装置７０を用いて真空処理を行う場合、先ず、真空槽７２内を真空状態にし、図示しない基板搬送機構によって真空槽７２内に基板を搬入し、基板を吸着装置１表面に配置する。
【００４０】
図１(ｂ)は、吸着装置１の部分の拡大図であり、同図の符号７は、吸着装置１上に配置された絶縁性の基板を示している。
【００４１】
基板７が吸着装置１上に配置されると、基板７の裏面と第１、第２の電極表面とが接触する。この状態では基板７裏面と絶縁体１９表面との間は離間しており、隙間が形成されている。
【００４２】
吸着装置１の周囲にはリング状の保護板９が配置されており、基板７を吸着装置１上に載置すると、基板７の外周部分が保護板９の内周面と接触し、基板７裏面と絶縁体１９の間に形成された隙間は保護板９によって密閉された状態になる。
【００４３】
チャック用電源７３は、第１、第２の電極１１、１２に接続されており、真空槽７２を接地電位に置き、チャック用電源７３を起動し、第１、第２の電極１１、１２のうちの一方に負電圧、他方に正電圧を印加すると、第１、第２の電極１１、１２間に電界が形成される。
【００４４】
図４は、真空槽７２を接地電位に置き、第１の電極１１に正電圧、第２の電極１２に負電圧を印加した場合に、基板７と第１、第２の電極１１、１２間に形成される電場Ｅ、及び基板７に働く力ｆを模式的に示した図である。基板７は絶縁性が高いため、第１、第２の電極１１、１２間には殆ど電流は流れない。
【００４５】
基板７を吸着装置１に吸着した状態で真空槽７２内にスパッタリングガスを導入し、スパッタ用電源７５を起動し、スパッタリングターゲットに高電圧を印加すると、スパッタリングターゲット表面近傍にプラズマが形成され、スパッタリングが始まる。
【００４６】
基板７は吸着装置１上に吸着されているので、基板７と吸着装置１との間の熱伝導率が高いので、基体１０内や基体１０の裏面にヒータや冷却装置を設けておくと、基板７の温度を制御しながら薄膜を形成することが可能になる。
【００４７】
また、基板７周囲には保護板９が配置されているので、スパッタリングの際に真空槽７０内に形成されたプラズマは、基板７裏面と基体１０の間に形成される隙間内に侵入しない。従って、第１の電極１１と第２の電極１２の間にはプラズマがなく、第１、第２の電極間がプラズマによって短絡することがない。
【００４８】
第一例の吸着装置１の模式的な断面図を図３(ａ)に示す。この吸着装置１では、第１、第２の電極１１、１２は絶縁体１９上に形成されており、電極表面は絶縁体表面よりも高くなっている。
【００４９】
同図(ｂ)〜(ｄ)に、第二例〜第四例の吸着装置２〜４を示す。
第二例〜第四例の吸着装置２〜４は、金属板２８、３８、４８をそれぞれ有している。
【００５０】
各金属板２８、３８、４８上には、絶縁体２９、３９、４９が配置されており、これらの絶縁体２９、３９、４９表面には、底部が金属板２８、３８に達しないように凹部２６、３６、４６が形成されている。
【００５１】
各絶縁体２９、３９、４９の凹部２６、３６、４６には、第１、第２の電極２１、２２、３１、３２、４１、４２が互いに絶縁した状態で配置されている。第１、第２の電極２１、２２、３１、３２、４１、４２の下端部は、各凹部２６、３６、４６の底面上に配置されている。
【００５２】
同図(ｂ)の第二例の吸着装置２では、第１、第２の電極２１、２２の上端部は絶縁体２９上から突き出されている。
【００５３】
この第二例の吸着装置２では、第一例の吸着装置１と同様に、吸着装置２上に基板を配置すると、基板裏面は第１、第２の電極２１、２２の上端部分と接触すると共に基板裏面と絶縁体２９の間には隙間が形成される。
【００５４】
同図(ｃ)の第三例の吸着装置３では、第１、第２の電極３１、３２の上端部は、第１、第２の絶縁体３９表面と同じ高さに形成されている。即ち、絶縁体３９表面と第１、第２の電極３１、３２の上端部分は面一に形成されている。この吸着装置３上に基板を配置した場合、基板裏面は第１、第２の電極３１、３２と絶縁体３９表面に接触する。
【００５５】
同図(ｄ)の第四例の吸着装置４では、第１、第２の電極４１、４２の上端部は、絶縁基板４９表面よりも低く形成されている。即ち、第１、第２の電極４１、４２の上端部分は凹部４６内の奥まった部分に位置しており、第１、第２の電極４１、４２間には、絶縁基板４９の表面部分で構成された突部４７が形成されている。
【００５６】
この吸着装置４では、その表面に基板を配置すると基板裏面は突部４７の上端部分と接触するが、第１、第２の電極４１、４２とは接触しないようになっている。
【００５７】
従って、基板は耐磨耗性が高い絶縁体４９表面と接触するが、比較的耐磨耗性の低い第１、第２の電極４１、４２と接触しないため、第１、第２の電極４１、４２の寿命が長くなる。
【００５８】
但し、吸着力を低下させないためには、突部４７の第１、第２の電極４１、４２表面からの高さは、５００μｍ以下にすることが望ましい。
【００５９】
また、電極表面が基板裏面と接触し得る第一例〜第三例の吸着装置１〜３や、この第四例の吸着装置４において、第１、第２の電極１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、４２表面に保護膜を形成し、電極寿命を長くしてもよい。その保護膜は、吸着力を低下させないために、厚さ５００μｍ以下が望ましい。
【００６０】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、電極を櫛形にパターニングしていたが本発明の吸着装置はそれに限定されるものではない。
【００６１】
第一例〜第四例の吸着装置１〜４では、図５(ａ)〜(ｃ)、図６(ｄ)、(ｅ)のような電極配置をとることもできる。
【００６２】
図５(ａ)の吸着装置５１は、櫛状の第１、第２の電極５１1、５１2の櫛の歯部分が同心円上に配置されたものである。
【００６３】
同図(ｂ)の吸着装置５２は、櫛状の８個の電極を有しており、同じ電圧が印加される４個の第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、その電極とは異なる値で同じ大きさの電圧が印加される４個の第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とを有している。
【００６４】
第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、櫛状にパターニングされており、歯の部分が同心円状になっており、第１の電極５２A1、５２B1、５２C1、５２D1と、第２の電極５２A2、５２B2、５２C2、５２D2とは、歯の部分が非接触で噛み合うように交互に配置されている。必要に応じ、これら四対の電極に異なる大きさの電圧を印加するようにしてもよい。
【００６５】
同図(ｃ)の吸着装置５３は、第１、第２の電極５３1、５３2が、二重渦巻き状に配置されたものである。
【００６６】
次に、図６(ｄ)の吸着装置５４は、表面が４個の領域に分割されており、各領域には、櫛状にパターニングされた第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、同様に櫛状にパターニングされた第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2とが１対ずつ配置されている。第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1と、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2の櫛の歯部分は噛み合うようにされている。
【００６７】
この吸着装置５４でも、第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1には同じ電圧が印加され、第２の電極５４A2、５４B2、５４C2、５４D2には第１の電極５４A1、５４B1、５４C1、５４D1とは異なる値であって同じ大きさの電圧が印加されるようになっている。必要に応じて吸着力を高めたい部分の電圧を大きくするなど、四対の電極に印加する電圧を変えることもできる。
【００６８】
同図(ｅ)の吸着装置５５は、互いに異なる値の電圧が印加される第１〜第３の電極５５1〜５５3が、四重渦巻き状に配置されている。この吸着装置５５では、電極間が２ｍｍの場合、例えば第１の電極５５1に６０００Ｖ、第２の電極５５2に０Ｖ、第３の電極５５3に−６０００Ｖを印加すると、電極間には１．０×１０6Ｖ／ｍの電界が形成される。
【００６９】
なお、上記真空処理装置７０はスパッタリング装置であったが、本発明の静電チャック１〜４は、ＣＶＤ装置、エッチング装置、イオン注入装置等、真空中で処理対象物を処理する真空処理装置に広く使用することができる。
【００７０】
また、本発明の静電吸着装置１〜４、５１〜５５では、第１、第２の電極間の電界強度は絶縁破壊が起こらない範囲で大きい方がよく、３×１０6Ｖ／ｍ以上の強度の電場を形成することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】(ａ)：本発明の真空処理装置の一例 (ｂ)：本発明の吸着装置部分の拡大図
【図２】(ａ)：本発明の第一例の吸着装置の電極配置図 (ｂ)：その断面図
【図３】(ａ)：第一例の吸着装置の模式的な断面図 (ｂ)：第二例の吸着装置の模式的な断面図 (ｃ)：第三例の吸着装置の模式的な断面図 (ｄ)：第四例の吸着装置の模式的な断面図
【図４】本発明の吸着装置の吸着力を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：本発明の吸着装置の電極配置の例
【図６】(ｄ)、(ｅ)：本発明の吸着装置の電極配置の他の例
【図７】グラディエント力を説明するための図
【図８】(ａ)、(ｂ)：従来技術の吸着装置を説明するための図
【符号の説明】
【００７２】
１〜４、５１〜５５……吸着装置 ７……基板 ９……保護板 １０……基体 １１、２１、３１、４１、５１1……第１の電極 １２、２２、３２、４２、５１2、……第２の電極 １８……金属板 １９……絶縁体 ７０……真空処理装置 ７２……真空槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の基体と、
前記基体表面に互いに絶縁した状態で配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有することを特徴とする吸着装置。
【請求項２】
前記吸着装置の前記第１、第２の電極が配置された表面に基板を配置すると、前記基板は前記第１、第２の電極と接触するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の吸着装置。
【請求項３】
前記第１、第２の電極間には、絶縁性の突部が配置されたことを特徴とする請求項１記載の吸着装置。
【請求項４】
前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に構成されたことを特徴とする請求項１記載の吸着装置。
【請求項５】
前記第１、第２の前記電極表面は露出されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項６】
前記第１、第２の電極表面には保護膜が形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項７】
前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項８】
前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項９】
前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１０】
前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１１】
真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置。
【請求項１２】
電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成されたことを特徴とする請求項１１記載の真空処理装置。
【請求項１３】
前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成されたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置。
【請求項１４】
板状の基体と、
前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、
前記第１、第２の電極は表面が露出され、
前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置。
【請求項１５】
前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された請求項１４記載の吸着装置。
【請求項１６】
前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された請求項１５記載の吸着装置。
【請求項１７】
前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された請求項１４記載の吸着装置。
【請求項１８】
前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された請求項１４記載の吸着装置。
【請求項１９】
前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた請求項１４乃至請求項１８のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２０】
前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２１】
前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた請求項１４乃至請求項２０のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２２】
前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２３】
前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する請求項１４乃至請求項２２のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２４】
真空槽を有し、該真空槽内に請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置。
【請求項２５】
電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された請求項２４記載の真空処理装置。
【請求項２６】
前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された請求項２４又は請求項２５のいずれか１項記載の真空処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の基体と、
前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、
前記第１、第２の電極は表面が露出され、
前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置。
【請求項２】
前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された請求項１記載の吸着装置。
【請求項３】
前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された請求項２記載の吸着装置。
【請求項４】
前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された請求項１記載の吸着装置。
【請求項５】
前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された請求項１記載の吸着装置。
【請求項６】
前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項７】
前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項８】
前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項９】
前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１０】
前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１１】
真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置。
【請求項１２】
電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された請求項１１記載の真空処理装置。
【請求項１３】
前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置。
【請求項１】
板状の基体と、
前記基体表面に互いに絶縁した状態で配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有することを特徴とする吸着装置。
【請求項２】
前記吸着装置の前記第１、第２の電極が配置された表面に基板を配置すると、前記基板は前記第１、第２の電極と接触するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の吸着装置。
【請求項３】
前記第１、第２の電極間には、絶縁性の突部が配置されたことを特徴とする請求項１記載の吸着装置。
【請求項４】
前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に構成されたことを特徴とする請求項１記載の吸着装置。
【請求項５】
前記第１、第２の前記電極表面は露出されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項６】
前記第１、第２の電極表面には保護膜が形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項７】
前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項８】
前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項９】
前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１０】
前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１１】
真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置。
【請求項１２】
電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成されたことを特徴とする請求項１１記載の真空処理装置。
【請求項１３】
前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成されたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置。
【請求項１４】
板状の基体と、
前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、
前記第１、第２の電極は表面が露出され、
前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置。
【請求項１５】
前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された請求項１４記載の吸着装置。
【請求項１６】
前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された請求項１５記載の吸着装置。
【請求項１７】
前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された請求項１４記載の吸着装置。
【請求項１８】
前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された請求項１４記載の吸着装置。
【請求項１９】
前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた請求項１４乃至請求項１８のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２０】
前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた請求項１４乃至請求項１９のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２１】
前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた請求項１４乃至請求項２０のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２２】
前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する請求項１４乃至請求項２１のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２３】
前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する請求項１４乃至請求項２２のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項２４】
真空槽を有し、該真空槽内に請求項１４乃至請求項２３のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置。
【請求項２５】
電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された請求項２４記載の真空処理装置。
【請求項２６】
前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された請求項２４又は請求項２５のいずれか１項記載の真空処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の基体と、
前記基体上に配置され、第１の電圧が印加される第１の電極と、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される第２の電極とを有し、絶縁性の吸着対象基板を吸着するように構成された吸着装置であって、
前記第１、第２の電極は表面が露出され、
前記第１、第２の電極間の距離と、前記第１、第２の電極と吸着対象基板との間の距離とは、前記吸着対象基板が不均一電界によるグラジエント力によって吸着される大きさに設定された吸着装置。
【請求項２】
前記第１、第２の電極は、前記吸着対象基板と接触するように配置された請求項１記載の吸着装置。
【請求項３】
前記基体の表面と前記第１、第２の電極の表面とは同一平面に形成された請求項２記載の吸着装置。
【請求項４】
前記第１、第２の電極間には絶縁性の突部が配置され、前記吸着対象基板と前記第１、第２の電極とは非接触に構成された請求項１記載の吸着装置。
【請求項５】
前記第１、第２の電極の上端部は、前記基体の表面よりも低く形成され、前記吸着対象基板と前記基体表面とが接触するように構成された請求項１記載の吸着装置。
【請求項６】
前記第１、第２の電極と前記吸着対象基板の間の距離は５００×１０-6ｍ以下にされた請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項７】
前記第１、第２の電極間の間隔は２ｍｍ以下にされた請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項８】
前記第１、第２の電極の幅は４ｍｍ以下にされた請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項９】
前記第１の電極と前記第２の電極とが複数本配置された吸着装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極とが交互に配置された領域を有する請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１０】
前記第１、第２の電圧とは異なる第３の電圧が印加される第３の電極を有する請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の吸着装置。
【請求項１１】
真空槽を有し、該真空槽内に請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の吸着装置が配置された真空処理装置。
【請求項１２】
電源を有し、該電源により、少なくとも前記第１、第２の電極間に１．０×１０6Ｖ／ｍ以上の電界を形成できるように構成された請求項１１記載の真空処理装置。
【請求項１３】
前記吸着装置周囲に保護板が配置され、前記吸着装置上に基板を配置すると、前記基板は前記保護板内に収容されるように構成された請求項１１又は請求項１２のいずれか１項記載の真空処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−５４４４５（Ｐ２００６−５４４４５Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０５７３０（Ｐ２００５−２０５７３０）
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【分割の表示】特願平１１−２１０１９２の分割
【原出願日】平成１１年７月２６日（１９９９．７．２６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【分割の表示】特願平１１−２１０１９２の分割
【原出願日】平成１１年７月２６日（１９９９．７．２６）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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