CN100477145C - 静电吸附电极和处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供防止在静电吸附电极的气体流路中的异常放电，并且即便万一在气体流路中发生异常放电时也可以容易地进行修理的静电吸附电极。静电吸盘(5)具有由相互可以分离的第1基材(30)和第2基材(31)构成的组合构造。分别在第1基材(30)上的介电性材料膜(8)内埋入电极(6a)，在第2基材(31)上的介电性材料膜(8)内埋入电极(6b)。在组合第1基材(30)和第2基材(31)的状态中，在两者之间以包围第1基材(30)周围的方式形成间隙，该间隙作为供给传热气体的气体供给缝隙(9c)起作用。

Description

静电吸附电极和处理装置
技术领域
本发明涉及静电吸附电极和处理装置，详细地说，涉及在平板显示器(FPD)等的制造过程中，用于载置玻璃基板等的基板的静电吸附电极和备有该静电吸附电极的处理装置。
背景技术
在FPD的制造过程中，对作为被处理体的玻璃基板进行干蚀刻和溅射、CVD(Chemical Vapor Deposition(化学气相淀积法))等的等离子处理。例如，在腔室内配置一对平行平板电极(上部和下部电极)，将玻璃基板载置在作为下部电极起作用的支持器(基板载置台)上后，将处理气体导入腔室内，并且在至少一方的电极上加上高频功率，在电极间形成高频电场，由该高频电场形成处理气体的等离子体，对玻璃基板施加等离子处理。这时，通过设置在支持器上的静电吸附电极，利用例如库伦力，能够吸附固定玻璃基板。
可是，为了促进对玻璃基板的传热，向玻璃基板的背面侧供给He等的传热气体(例如，专利文献1、专利文献2)。经过从支持器侧贯通上述静电吸附电极形成的气体流路，将传热气体导入到支持器表面和载置在那里的玻璃基板背面的间隙中。在该气体流路中，以不露出由Al等构成的支持器的材质的方式对表面施加防蚀铝处理(阳极氧化处理)等。
[专利文献1]日本特开平9-252047号专利公报(图1等)
[专利文献2]日本特开平6-342843号专利公报(图4等)
发明内容
在下部电极也是按照从支持器贯通静电吸附电极的方式形成的气体流路中，如果防蚀铝处理不充分则在它的一部分中容易产生异常放电的情形。现实中，大部分异常放电发生在静电吸附电极的气体流路中。并且，当在静电吸附电极的气体流路内发生异常放电时和当使用中每次消耗一点防蚀铝，绝缘性降低时，存在着因为空穴内部的修理事实上很困难，所以必须交换整个静电吸附电极那样的问题。
本发明就是鉴于上述实情提出的，本发明提供防止在静电吸附电极的气体流路中的异常放电，并且即便万一在气体流路中发生异常放电时也可以容易地进行修理的静电吸附电极。
为了解决上述课题，在本发明的第1观点中，本发明提供一种静电吸附电极，其特征在于，由相互可以分离的多个基材构成，具有载置被处理体的载置面，在至少两个基材的间隙中，形成达到上述载置面，且向被处理体的背面供给传热媒体的传热媒体流路。
在上述第1观点的静电吸附电极中，也可以至少由绝缘材料覆盖形成上述传热媒体流路的上述基材的表面。
并且，上述传热媒体流路也可以是对铅垂方向具有角度地形成的。
并且，也可以由上述传热媒体流路将上述载置面分割成与载置的被处理体的中央部对应的中央载置区域和与周边部对应的周边载置区域。这时，上述被分割的各个载置面可以是静电吸附面，也可以具有独立的静电吸附功能。
并且，也可以在上述中央载置区域中形成多个凸部。或者，也可以在上述中央载置区域中形成多条沟。
进一步，也可以在上述周边载置区域中形成台阶部。
在本发明的第2观点中，提供具有上述第1观点的静电吸附电极的处理装置。该处理装置也可以用于平板显示器的制造。
如果根据本发明，则因为由相互可以分离的多个基材构成静电吸附电极，并且在至少两个基材的间隙中，形成向被处理体的背面供给传热媒体的传热媒体流路，所以能够提高传热媒体流路的传导性，得到高的传热效率。
并且，因为由相互可以分离的多个基材形成静电吸附电极，在它们之间形成流路，所以例如通过溶射能够容易地实现流路的绝缘，确实地防止异常放电。并且，即便万一发生异常放电，也可以在短时间内并且低成本地进行修理。进一步，通过由多个基材构成静电吸附电极，只要交换某个基材就能够任意变更电极表面样式。从而，容易找到在由静电吸附电极表面的样式依赖关系产生的蚀刻处理等中的处理不均匀性的对策。
附图说明
图1是表示与本发明的一个实施方式有关的等离子体蚀刻装置的概略构成的剖面图。
图2是静电吸盘的平面图。
图3是图2的A-A′线箭头方向看的剖面图。
图4是表示分离第1基材和第2基材的状态的图。
图5是提供给放电防止部件的说明的模式图，(a)是立体图，(b)是剖面图。
图6是与别的实施方式有关的静电吸盘的平面图。
图7是与另一个别的实施方式有关的静电吸盘的平面图。
标号说明：1处理装置(等离子体蚀刻装置)；2腔室(处理室)；3绝缘板；4基座；5静电吸盘；6电极；8介电性材料膜；11喷射头(气体供给部件)；20排气装置；30第1基材；31第2基材；32陶瓷溶射膜；33O环；34螺旋线屏蔽环；35防止放电部件；50凸部。
具体实施方式
下面，我们一面参照附图，一面说明本发明的优选实施方式。
图1是表示备有作为与本发明的一个实施方式有关的静电吸附电极的静电吸盘的处理装置的一个例子的等离子体蚀刻装置的剖面图。如图1所示，等离子体蚀刻装置1形成作为对做成矩形的被处理体的FPD用玻璃基板等的基板G进行蚀刻的电容耦合型平行平板等离子体蚀刻装置的构成。这里，作为FPD，例示了液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、电致发光(Electro Luminescence；EL)显示器、荧光显示管(Vacuum Fluorescent Display；VFD(真空荧光显示管))、等离子体显示面板(PDP)等。此外，本发明的处理装置不只限定于等离子体蚀刻装置。
该等离子体蚀刻装置1例如具有成型为由表面经过防蚀铝处理(阳极氧化处理)的铝构成的方筒形状的腔室2。在该腔室2内的底部设置由绝缘材料构成的方柱状的绝缘板3，在该绝缘板3上设置用于载置基板G的基座4。作为基板载置台的基座4具有支持器基材4a、和设置在支持器基材4a上面的静电夹盘5。
在支持器基材4a的外周，形成绝缘膜7，并且，在静电夹盘5的上面，设置陶瓷溶射膜等的介电性材料膜8。静电夹盘5从直流电源26经过馈电线27将直流电压加在埋设在介电性材料膜8中的电极6，例如由库伦力静电吸附基板G。此外，我们将在后面述说静电夹盘5的详细构造。
在上述绝缘板3和支持器基材4a，进一步上述静电夹盘5中，形成贯通它们的气体通路9。经过该气体通路9将传热气体，例如He气等供给作为被处理体的基板G的背面。
即，供给气体通路9的传热气体，经过在支持器基材4a和静电夹盘5的交界上形成的气体集中处9a一旦在水平方向扩散后，通过在静电夹盘5内形成的气体供给连通孔9b、气体供给缝隙9c，从静电夹盘5的表面喷出到基板G的背面。通过这样做，将基座4的冷热传达到基板G，使基板G维持在预定的温度。
在支持器基材4a的内部，设置冷媒室10。经过冷媒导入管10a将例如氟系液体等的冷媒导入该冷媒室10中，又经过冷媒排出管10b排出进行循环，从而能够经过上述传热气体将它的冷热传给基板G。
在上述基座4的上方，与该基座4平行对置地设置作为上部电极起作用的喷射头11。将喷射头11支持在腔室2的上部，在它的内部具有内部空间12，并且形成将处理气体喷出到基座4的对置面上的多个喷出孔13。该喷射头11接地，与基座4一起构成一对平行平板电极。
在喷射头11的上面设置气体导入口14，处理气体供给管15与该气体导入口14连接，处理气体供给源18，经过阀门16和质量流控制器17，与该处理气体供给管15连接。从处理气体供给源18供给用于蚀刻的处理气体。作为处理气体，例如能够用卤素系的气体、O2气、Ar气等，通常用于该领域的气体。
在上述腔室2的侧壁下部连接着排气管19，排气装置20与该排气管19连接。排气装置20备有涡轮分子泵等的真空泵，用该真空泵可以将腔室2内抽真空到预定的减压环境。并且，在腔室2的侧壁上，设置基板搬入搬出口21和开闭该基板搬入搬出口21的门阀22，在打开该门阀22的状态中将基板G搬运到与邻接的负载锁定室(图中未画出)之间。
在基座4上，连接着用于供给高频功率的馈电线23，匹配器24和高频电源25与该馈电线23连接。从高频电源25向基座4供给例如13.56MHz的高频功率。
下面，我们一面参照图2～图4，一面详细说明静电夹盘5。图2是从上方看静电夹盘5的平面图，图3是从图2中的A-A′线箭头方向看的剖面图。并且，图4表示分解静电夹盘5的状态。
静电夹盘5，如图2所示，是与基板G的形状对应的平面看为矩形的部件，具有与基板G的中央部分对应的内侧载置区域5a和以包围内侧载置区域5a的方式形成的，与基板G的周缘部分对应的外侧载置区域5b。内侧载置区域5a和外侧载置区域5b经过气体供给缝隙9c隔开。
参照图3和图4，静电夹盘5的内侧载置区域5a构成具有大致圆锥状的侧面的第1基材30的上面，外侧载置区域5b构成具有插入第1基材30的研钵状的凹部的第2基材31的上面。即，静电夹盘5具有由相互可以分离的第1基材30和第2基材31构成的组合构造。第1基材30和第2基材31都由例如Al等的金属和碳那样的导电性材料构成。在第2基材31的底面中，在与支持器基材4a的交界上形成用于构成上述气体集中处9a的凹部。
如上所述，在静电夹盘5的介电性材料膜8内，埋设电极6。更具体地说，分别在第1基材30上的介电性材料膜8a内埋入电极6a，在第2基材31上的介电性材料膜8b内埋入电极6b。电极6a与从馈电线27分支的馈电线27a连接，电极6b与馈电线27b连接。而且，通过从直流电源26将直流电压加在这些电极6a、6b上，例如由库伦力静电吸附基板G。在本实施方式中，采用从1个直流电源26经过馈电线27同时向电极6a、6b馈电的构成。因为通过这样地构成，能够原封不动地直到支持器基板4a使用已有的一体构造的静电吸盘的构成，所以不需要大幅度变更装置构成，就能够原封不动地安装在已有装置上。此外，也可以形成从各个直流电源个别地向电极6a、6b馈电的构成，这时，内侧载置区域5a和外侧载置区域5b能够表示相互独立的静电吸附功能。
介电性材料膜8(8a、8b)，如果由介电性材料构成则与该材料无关，又不仅包含高绝缘性材料而且包含具有容许电荷移动的那种程度的导电性的材料。这种介电性材料膜8从耐久性和耐蚀性的观点来看由陶瓷构成是令人满意的。这时的陶瓷没有特别的限定，典型地能够举出Al2O3、Zn2O3、Si3N4等的绝缘材料，但是也可以是SiC那样的具有某种程度的导电性的材料。通过溶射形成这种介电性材料膜8是令人满意的。并且，在溶射后，也可以通过研磨使表面平滑化。
如图所示，在内侧载置区域5a中形成许多凸部50，另一方面，在外侧载置区域5b中以包围内侧载置区域5a的方式形成台阶51，台阶51的顶面的高度在凸部50的高度以上是令人满意的。以预定的样式分布在介电性材料膜8上面的内侧载置区域5a中地形成凸部50，基板G由这些凸部50的上端和上述台阶51的上面支持着。因此，凸部50起着隔离基座4和基板G之间的垫片的作用。从而，因为能够在凸部50间的空间中充满传热气体例如氦气使基板G均匀地冷却，能够使基板G的温度均匀，所以能够在基板G的整个面上均匀地施加蚀刻等的等离子体处理。并且，因为由于台阶51，能够抑制传热气体向周围扩散，所以能够提高由传热气体产生的传热效率。进一步，能够防止附着在基座4上的附着物对基板G施加恶劣的影响。
在等离子体蚀刻装置1中，通过重复蚀刻工艺，在介电性材料膜8的表面上积累从基板G蚀刻下来的物质等，但是凸部50起着垫片的作用，即便积累起附着物也难以与基板G接触，因此，能够防止发生蚀刻不均匀那样的不合适情形。
对凸部50的配列样式没有特别的限制，例如也可以是交错格子状等的配列。凸部50，至少使其上部形成曲面形状和半球状，与基板G进行点接触是令人满意的。因此，能够使附着物难以附着在凸部50和基板G的接触部分上。
一般凸部50由作为耐久性和耐蚀性高的材料的众所周知的陶瓷构成。构成凸部50的陶瓷没有特别的限定，典型地能够举出Al2O3、Zr2O3、Si3N4等的绝缘材料，但是也可以是SiC那样的具有某种程度的导电性的材料。通过溶射形成凸部50是令人满意的，与介电性材料膜8一体地溶射形成是更加令人满意的。
在本实施方式中，可以分离第1基材30和第2基材31，通过交换第1基材30，能够简单地变更内侧载置区域5a的表面形状(表面样式)。即，能够任意地变更凸部50的分布样式，并且除了具有凸部50以外，例如，能够变更到在第1基材30的上面具有沟和具有平的平面等。这时，也可以不交换第2基材31。从而，能够提高与蚀刻的目的相应地选择载置面的表面形状的自由度。
并且，为了减轻由热引起的负载，也能够从不同的材料选择第1基材30和第2基材31。至今，在高温等情况下，通过将支持器基材4a的材质变更为碳等的热膨胀系数小的材质，能够提高对热负载的耐性，但是，因为已有的一体型的静电吸盘的基材是Al等的金属，所以存在着在热膨胀率小的碳和大的Al的接合面上由于热膨胀率之差发生部件干扰等的问题。另一方面，因为需要通过在静电吸盘的表面上溶射形成介电性材料膜8等使静电吸盘持有吸附功能，所以由热产生的基材膨胀成为引起介电性材料膜8破裂的主要原因。在本实施方式中，因为形成可以分离第1基材30和第2基材31的构成，所以例如，也可以对第1基材30使用应该能防止介电性材料膜8破裂的热膨胀小的碳，对第2基材31选择应该能缓和与支持器基材4a的材质(Al)之间的热应力的，相同的材质(Al)和例如不锈钢(SUS)等的材质。而且，因为在第1基材30和第2基材31之间，存在着气体供给缝隙9c，所以能够缓和热应力。因此，可以改善耐高温性。
第1基材30的下面与第2基材31的凹部的底面相接，例如通过螺丝等图中未画出的接合部件进行固定。如图3所示，在将第1基材30和第2基材31组合起来的状态中，在两者间形成间隙，如上所述，该间隙起着作为气体供给缝隙9c的作用。以包围第1基材30周围的方式形成气体供给缝隙9c。这样，不是经过狭隘的孔而是经过缝隙供给传热气体，能够大幅度地提高流路的传导性，能够提高传热效率。
此外，在本实施方式中，气体供给缝隙9c，形成倾斜的流路构造，但是不限于此，也可以使第1基材30形成圆柱状，使第2基材31形成圆筒状，在两基材之间垂直地形成气体供给缝隙。但是，因为气体流路与是缝隙还是孔无关，当进行等离子体处理时从基板G的上方看成为下部电极不存在的开口部，所以当垂直地形成流路时，在流路部分的直接上面的基板G的区域中，容易发生蚀刻不均匀。从防止蚀刻不均匀的观点来看如本实施方式那样使气体供给缝隙9c倾斜，极力减少垂直的流路是令人满意的。当也考虑流路的传导性等时，使气体供给缝隙9c的倾斜角度对于铅垂方向大约在45°±15°的范围内是令人满意的。
以不露出Al等的材质的方式，用绝缘性材料，例如陶瓷溶射膜32覆盖构成气体供给缝隙9c的第1基材30和第2基材31的壁面。用该陶瓷溶射膜32，防止气体供给缝隙9c中的异常放电。在已有的静电吸盘中，因为传热气体的流路是孔，所以通过对其内部进行防蚀铝处理来防止异常放电，但是除了在狭小的孔内难以实施防蚀铝处理外，还使防蚀铝容易恶化，要切实地防止异常放电是困难的。在本实施方式中，通过用陶瓷溶射膜32覆盖第1基材30和第2基材31的壁面，能够提高绝缘性。
因为可以在分离第1基材30和第2基材31的状态中对表面进行溶射处理，所以能够简单地形成陶瓷溶射膜32。在已有的通过防蚀铝处理进行绝缘的情形中，产生了由防蚀铝消耗引起的绝缘性降低的问题，但是因为用陶瓷溶射膜32难以引起绝缘性降低，所以能够确实地防止气体流路中的异常放电。并且，即便万一在气体供给缝隙9c中发生异常放电时，因为也可以通过分离第1基材30和第2基材31，由溶射来进行修补，所以很容易修理，能够缩短伴随着异常放电修理的等离子体蚀刻装置1的停止时间。
气体供给缝隙9c处于从静电夹盘5的载置面到第1基材30和第2基材31的接合部连通的状态中，在该接合部的近旁，以不发生来自气体供给缝隙9c的气体泄漏的方式，配备作为密封部件的O环33，确保接合面的密封性。并且，在O环33的内侧，配备螺旋线屏蔽环34，确保第1基材30和第2基材31的同电位化。
如上所述，从气体集中处9a，经过气体供给连通孔9b将传热气体供给到气体供给缝隙9c。在图3和图4中，只画出了1个气体供给连通孔9b，但是为了能够对气体供给缝隙9c均匀地分配传热气体，例如设置4个以上的气体供给连通孔9b是令人满意的。
在各气体供给连通孔9b中，配备放电防止部件35。图5(a)是放电防止部件35的外观立体图，图5(b)是剖面图。放电防止部件35由合成树脂等的绝缘体构成，形成多个曲折的迷宫构造的流路35a。此外，在现实的放电防止部件35中，形成许多流路35a，但是在图5中作了极其简略化的图示。具有这种构造的放电防止部件35被嵌入到气体供给连通孔9b中，其曲折且狭小的流路构造起到防止在没有形成陶瓷溶射膜32的气体供给连通孔9b中发生异常放电的作用。
下面，我们说明这样构成的等离子体蚀刻装置1中的处理工作。
首先，在开放门阀22后，将作为被处理体的基板G，从图中未画出的负载锁定室借助基板搬入搬出口21搬入到腔室2内，载置在基座4上形成的静电夹盘5上。这时，通过插通基座4的内部可以从基座4突出地设置的升降支杆(图中未画出)来进行基板G的交接。此后，关闭门阀22，由排气装置20将腔室2内抽真空到预定的真空度。
此后，一面开放阀门16，由质量流控制器17调整来自处理气体供给源18的处理气体的流量，一面通过处理气体供给管15、气体导入口14导入到喷射头11的内部空间12，进一步，通过喷出口13均匀地喷出到基板G上，并将腔室2内的压力维持在预定值上。
在该状态下，从高频电源25经过匹配器24将高频功率加在基座4上，因此，在作为下部电极的基座4和作为上部电极的喷射头11之间产生高频电场，离解处理气体使其等离子化，从而对基板G实施蚀刻处理。这时，经过气体供给缝隙9c将传热气体供给基板G的背面侧，能够高效率地进行温度调节。
在这样施加蚀刻处理后，停止施加来自高频电源25的高频功率，在停止导入气体后，将腔室2内的压力减少到预定的压力。而且，开放门阀22后，经过基板搬入搬出口21将基板G从腔室2内搬出到图中未画出的负载锁定室中，结束基板G的蚀刻处理。这样，由静电夹盘5静电吸附基板G，并且能够一面进行温度调节，一面进行基板G的蚀刻处理。
此外，本发明不限定于以上说明的实施方式。例如，我们以在下部电极上加上高频功率的RIE类型的电容耦合型平行平板等离子体蚀刻装置为例，说明了本发明的处理装置，但是不限于蚀刻装置，也能够适用于抛光(アツシング)、CVD成膜等的其它等离子体处理装置，既可以是向上部电极供给高频功率的类型，也可以不限于电容耦合型而是感应耦合型。被处理基板不限于FPD用的玻璃基板，也可以是半导体晶片。
并且，在上述实施方式中，将静电夹盘5作成第1基材30和第2基材31的组合构造，将基板G的载置面分割成内侧载置区域5a和外侧载置区域5b这样2个区域，但是不限于这种方式。
例如，如图6所示的静电吸盘60那样，也可以双重地形成气体供给缝隙62和气体供给缝隙63，因此也可以以将载置面分割成中心区域61a、中间区域61b、周边区域61c这样3个区域的方式，形成3重构造。这样一来，可以更进一步地提高传热气体的传导性，并且进一步加大选择载置面的形状样式的范围，能够更高精度地进行蚀刻处理。此外，图6的标号64是与图2的标号51相当的台阶。
并且，进一步在别的实施方式中，如图7所示的静电吸盘70那样，形成将载置面区分成4个的内侧载置区域71a、71b、71c、71d，可以在它们的周围，以形成周边区域71e的分割构造的方式形成气体供给缝隙72。这时，可以更进一步地提高传热气体的传导性，并且加大选择载置面的形状样式的范围，对例如从1块基板G加工成4个FPD制品的，所谓的4倒角的情形等是有利的。即，可以与基板G的处理内容相应地改变4个的内侧载置区域71a、71b、71c、71d的表面形状，能够与处理目的相应地实现高精度的蚀刻等的处理。此外，图7的标号73是与图2的标号51相当的台阶。

Claims (11)

1.一种静电吸附电极，被用于等离子体处理装置中，其特征在于，由相互可以分离的多个基材构成，具有载置被处理体的载置面，在所述电极内部的至少两个基材的间隙中，形成有传热媒体流路，所述传热媒体流路达到对被处理体的背面进行载置的所述载置面，从所述电极内部向所述被处理体的背面供给传热媒体，并且，所述传热媒体流路形成为缝隙状，并以至少包围一个基材的周围的方式形成。
2.根据权利要求1所述的静电吸附电极，其特征在于，至少形成所述传热媒体流路的所述基材的表面由绝缘材料覆盖。
3.根据权利要求1所述的静电吸附电极，其特征在于，所述传热媒体流路相对于铅垂方向具有角度地形成。
4.根据权利要求3所述的静电吸附电极，其特征在于，所述角度相对于铅垂方向为45°±15°的范围的倾斜角度。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的静电吸附电极，其特征在于，通过所述传热媒体流路，将所述载置面分割成与载置的被处理体的中央部对应的中央载置区域和与周边部对应的周边载置区域。
6.根据权利要求5所述的静电吸附电极，其特征在于，所述被分割的各个载置面都是静电吸附面。
7.根据权利要求5所述的静电吸附电极，其特征在于，所述被分割的各个载置面都是独立的，具有静电吸附功能。
8.根据权利要求5所述的静电吸附电极，其特征在于，在所述中央载置区域中形成多个凸部。
9.根据权利要求5所述的静电吸附电极，其特征在于，在所述中央载置区域中形成多条沟。
10.根据权利要求5所述的静电吸附电极，其特征在于，在所述周边载置区域中形成台阶部。
11.一种处理装置，其特征在于，具有权利要求1～4中任一项所述的静电吸附电极。
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