CN1816909A - 基片载置台用静电吸盘及其所用的电极、以及具备它们的处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种基片载置台用静电吸盘，在棒状的基体材料的表面上喷射高纯度陶瓷而形成单层的喷镀膜以构成电极，并将多个该电极保持间隙进行配置而成。

Description

基片载置台用静电吸盘及其所用的电极、 以及具备它们的处理系统
技术领域
本发明涉及平板显示器(FDP)用的大型玻璃衬底、半导体片等各种基片的等离子体处理中所用的基片载置台用静电吸盘及其中所用的电极以及具备它们的处理系统。
背景技术
作为用于FDP用的玻璃衬底、半导体片(semiconductor wafer)等各种基片(以下，在总称时也简称为基片)的等离子体处理装置的基片载置台(substrate stage)，以往例如使用了利用电气库仑力对晶片进行吸附的静电吸盘(electrostatic chuck)。另外，作为静电吸盘的构造，使用有单极型(mono-pole type)和双极型(bi-pole type)，其中，单极型是在内部电极与基片之间赋予电位差来吸附该基片，双极型是在静电吸盘的内部把电极分割成两个以上并分别施加正或者负的电压来吸附基片。
特别是，在玻璃衬底的静电吸盘中有些是使用半圆形、环形或者同心圆形的一对平面电极在平面电极间施加电压对基片进行静电吸附。该静电吸盘由内侧电极和其外侧的绝缘膜以及环形的外侧电极、以及静电吸附用的绝缘膜(电介质膜)所构成。
并且，内侧电极在内部形成冷媒通路，同时为了在上表面形成外侧电极，例如形成有环形的凹部。
另外，内侧电极用铝合金等导电材料与覆盖该导电材料的绝缘材料以及环形电极来制作。即，在内侧电极上面的凹部，经由利用多层喷镀膜(该情况下为氧化铝)而形成的绝缘膜呈环状地设置有用钨等导电材料所形成的外侧电极。该绝缘膜存在于内侧电极与环状的外侧电极之间，使两电极直流地进行绝缘。此外，在内侧电极与环状的外侧电极的表面形成有由喷镀膜(该情况下为氧化铝)构成的绝缘膜(例如，参照日本专利公开特开平10-150100号公报的第5～6页，段落[0021]，图1及图2)，或在电极形状上使用了所谓的梳型电极(例如，参照日本专利公开特开平11-354504号公报(第9～10页，段落[0049]，以及图1(c))。
但是，在诸如这样的以往的等离子体处理装置中所用的基片载置台用静电吸盘及其电极中，由于使用了环状、半圆形或同心圆形的实施了多层喷镀膜的一体平面电极，所以在电极的一部分破损了的情况下，就需要更换该电极全部来进行修理。另外，因为在电极上所实施的喷镀膜是多层，故在作为被处理体的基片大型化、在高温条件下进行使用的情况下，可靠性就极低。进而，由于电极是整体构造(单电极)或者只是进行2～3分割，所以因生产设备大型化而需要专用设备，就有电极的制造成本提高，同时其制品的交货期延长的倾向。
发明内容
因此，本发明的目的就在于，消除如上述那样的在以往的等离子体处理装置中所用的基片载置台用静电吸盘所存在的问题点，提供高可靠性、制作容易的基片载置台用静电吸盘和电极以及具备它们的处理系统。
本发明技术方案的特征在于，将静电吸盘中所用的电极分割成多个并大致呈棒状进行形成，同时将所分割的各个棒状电极用内侧电极和包围该内侧电极的表面的单层喷镀膜进行构成，并将其并列进行配置而作为平面状的电极。
根据本发明的基片载置台用静电吸盘和用于其的电极以及具备该吸盘和电极的处理系统，由于是包围被分割成多个的棒状内侧电极的电极材料对高纯度陶瓷进行单层喷镀而成的静电吸盘用电极，所以获得较高的可靠性，同时通过将其并列多根进行配置能够使该电极在其宽度方向上自由进行配置，再者电极被分割成数个，所以在其破损时可部分地更换来进行修复，并且还能够对应基片的大型化，各个电极不是大面积，因此其搬运、处理就变得容易。另外通过对电极的配线方法使向双极或单极的切换成为可能。进而，电极与以往相比价格低廉、且能在短期间内进行制作。
附图说明
图1是表示使用了本发明的基片载置台用静电吸盘的等离子体处理装置的各处理位置上的功能的概念构成图。
图2是说明本发明的基片载置台用静电吸盘要部构造和基片脱离动作的说明图；图2(a)是表示在基片载置台用静电吸盘上放置了基片的状态的纵向剖面图，图2(b)是表示为将基片载置台用静电吸盘上所放置的基片脱离(释放)而使起模顶杆上升使基片从静电吸盘的吸附面脱离，且放置在移送叉钩上的状态的纵向剖面图。
图3是本发明的基片载置台用静电吸盘中所用的电极的剖面图；图3(a)表示正方形的电极，图3(b)表示长方形的电极，图3(c)表示阶梯形的电极，图3(d)表示屋顶瓦状的电极，图3(e)表示宽度不同的电极。
图4表示图2所示的本发明的基片载置台用静电吸盘的一实施形态，是将静电吸盘所用的电极呈窄长状并列排列在框体上的状态的平面图。
图5是表示利用本发明的基片载置台用静电吸盘的基片吸附状态的概念图。
图6是表示对本发明的基片载置台用静电吸盘的电极的配线方法的概念图；图6(a)表示具有A及B不同极性的配线方法，图6(b)表示切换成+(正)或者-(负)极的配线方法。
图7表示利用基片载置台用静电吸盘的基片的吸附原理的模式图；图7(a)表示通过以往的办法使用普通单极在等离子体存在的情形下，借助于库仑力将基片吸附在电极表面的状态，另外图7(b)表示利用本发明的基片载置台用静电吸盘，使用双极电极在等离子体不存在的情形下将基片吸附在电极表面的状态，另外图7(c)表示使用单极在等离子体存在的情形下，吸附本发明的基片载置台的状态。
图8是表示基片载置台用静电吸盘的电极的残留吸附力的时间变化的曲线图；图8(a)表示向电极施加电压后，将电源关闭(OFF)并分离供电针(power supply pin：供电引脚)的情况，图8(b)表示施加电压后，将电源保持打开(ON)不动分离供电针的情况。
具体实施方式
以下基于附图就本发明的基片载置台用静电吸盘及其所用的电极以及具备它们的处理系统的实施形态详细地进行说明。
等离子体处理装置
使用了本发明的基片载置台用静电吸盘的等离子体处置装置1，构成为进行基片G(例如玻璃衬底)的连续输送处理，即在线式(in-line)处理。放置有基片G的基片载置台9，朝向输送方向(箭头→)在具有加温单元20的基片移送/预备加热/吸附区A、加热区B、具有等离子体单元7的成膜或蚀刻区C、具有冷却单元31的冷却/释放移送区D，一边通过具有返回环路的循环式基片输送机构8顺次输送到9b→9c→9d→9e→9f的位置，一边执行各种在线式处理。
在返回路径中，基片载置台9一边借助于设置在等离子体处理装置1的底部的别的冷却单元32或加热单元进行冷却或加热，一边返回到原移送区A。在移送区A利用通常的输送机构进行基片G从前工序(例如，清洁工序)向基片载置台9的移送、预备加热、向静电吸盘的供电/吸附。
进而，在成膜(或者蚀刻)区C，通过等离子体单元7(例如，具有7基等离子体头的线形等离子体单元)，利用电磁波形成线形的等离子体，一边使基片G的表面相对于线形等离子体保持水平，一边连续移动基片G和等离子体的相对位置，并在基片G的表面以250～300℃左右的处理温度进行CVD成膜(或蚀刻)处理。此时，基片G上的温度分布容许在+/-5℃左右的范围内。然后，经过等离子体处理的基片G在冷却/移送区D被冷却，从静电吸盘脱离(释放)，借助于输送机器人等通常所用的输送机构被移送到下一工序。此外，也可以在搬入侧进行经过等离子体处理的基片的搬出。
通过这样的装置构成，例如，对1100mm×1300mm的玻璃衬底进行60片/小时的高速等离子体处理就变得可能。
基片载置台用静电吸盘
吸附并保持本发明的基片G的基片载置台用静电吸盘10持有在内侧具有阶梯部41b的框体41，并在其下部安装了前轮用辊21和后轮用辊22，如图2(a)所示，使前轮和后轮与处理装置的框体所具有的前轮用导轨11和后轮用导轨12啮合，另外，从基片载置台9垂下的导片44被固定设置在处理装置框体上的导片托台(带V形槽的轨道)45引导进行输送。由于作为用该静电吸盘10所吸附的基片G的一例，FDP用大型玻璃衬底就具有例如1100mm×1300mm大小，0.63～0.70mm左右的厚度，因此静电吸盘10就需要具有适合于该大小的大型基片吸附面(例如，1200mm×1300mm的大小)。
为此，在本发明的静电吸盘10中，与以往的静电吸盘不同，将所用的电极40分割成多个棒状体，(例如，10分割)，用长度为1120mm左右、宽度约为40mm左右的正方材料或者后述的剖面形状的棒状体来构成。
然后，在本发明的静电吸盘10的电极40中，如图3所示，在具有高热传导/低热膨胀性的基体材料(base materials)40a(例如，金属/陶瓷复合材料：高纯度各向同性石墨材料)的全部表面上(包括前后与端面)通过真空喷镀法将300～400um厚度左右的高纯度陶瓷(例如，Al2O3)的粉末以熔融状态进行喷涂，单层喷镀并使之固化，形成静电吸附用的喷镀膜(绝缘膜)40b。经由该绝缘膜形成静电吸附用的电气回路，同时还可避免发生因成膜或蚀刻处理气体及NF3等清洗气而造成的损坏等。
因此，作为构成电极40的基体材料的形状，如图3(a)所示那样，将基体材料40a的剖面形状形成为正方形，另外，如图3(b)所示那样，将其剖面形状形成为宽幅的长方形，或者，还能够如图3(c)所示那样，呈阶梯形状形成基体材料40a并在其表面上单层喷射高纯度陶瓷以形成喷镀膜40b。借助于该阶梯形状阻断来自加热器的辐射热，提高基片G的温度分布的均匀性。另外，也可以将电极40的基体材料的适当的面挖空而使其减轻重量。进而，还可以如图3(d)所示那样，将基体材料40的剖面形状构成为一面具有曲面状凸部，在其相反面具有曲面状凹部的屋顶瓦状，并使该凸部与相邻电极的该凹部互相保持间隙g来进行配置。另外，也可以如图3(e)所示那样，由宽度相互不同的基体材料40a构成电极40。
然后，将在这样构成的基体材料40a的表面上形成了高纯度陶瓷的喷镀膜40b的棒状(正方形、长方形、阶梯形状剖面或屋顶瓦状剖面)的电极40，如图4所示那样，使画框状的电极支撑用框体41固定在基片载置台9的载置台框体42(例如，由SUS430、42合金类之类的低热膨胀金属材料构成)上，在支撑用框体41的相对置的阶梯部41b架桥配置在两端具有阶梯部40e(参考图2(a))的电极40，并在电极40与40之间留出作为空气空间的间隙g(例如2mm左右)，例如，将10个电极40并列进行配置。此时，将电极40的阶梯部40e用在纵向具有自由度的夹具固定在支撑用框体41的阶梯部41b上(未图示)。在此，为了遮断从固定于电极40之下的加热单元20(例如，远红外线加热器)向电极40以外的材料放热，将隔热板43设置在加热单元20与支撑用框体41之间。
之后，当在移送区A中，由供电装置(未图示)对静电吸盘40进行供电时，基片G就被吸附在电极40的面上。在基片G释放时，在通过通常的手段从电极40进行了除电后，如第2(b)所示那样，使贯穿基片载置台9延伸出来的例如4根起模顶杆(lift pin)51用升降机构(未图示)进行上升，使基片G从电极40上脱离(释放)。
虽然在此是将电极40并列放置在电极支撑用框体41上，但也可以平坦地形成载置台9的上表面，例如，将多个电极40沿着基片G的边缘部分，或在适当的地点相邻接的电极40之间留有间隙(间隔)g呈砖块状进行配置。无论是哪一种电极40的配置方法，基片G(例如，玻璃衬底)都被完全吸附在电极40的上表面。
根据上述的任一电极40的配置，相邻接的电极40与40之间都被间隙g(间隔、空间)分割，因此使电极40与40之间完全绝缘，防止相邻接的电极间的异常放电(横向放电)，电荷不会消失故吸附状态得以维持。
其次，说明对本发明的基片载置台用静电吸盘10的供电方法。
首先，例如图5所示那样，将多个电极40在相邻接的电极40与40之间形成间隙g来进行设置，以配置基片G。然后，如图6所示，在各个电极的40与40上(如图6(a)所示或如图6(b)所示)进行配线。然后，在图6(a)的配线中，如表1所示那样施加正或负的电压以进行各自的端子所连接的单极或双极的切换。
表1
Figure A20048001936500111
另外，在图6(b)的配线例子中由于施加正或负的电压故为单极。
这里，说明本发明的基片载置台用静电吸盘中的玻璃衬底G的吸附原理。
如图7(a)所示，在以往的方法中，若在等离子体存在的情形下，使用普通的单极对电极40进行通电，则来自等离子体的负电子对玻璃衬底G的表面进行充电，产生库仑力将玻璃衬底G吸附在电极40的面上。
相对于此，在本发明的图7(c)的例子中，表示与以往做法同样地通过等离子体进行吸附的单极型的例子。另外，在图7(b)中，表示不通过等离子体进行吸附的双极型的例子。
虽然玻璃衬底G一般在室温下是高电阻材料，但通过瞬间施加高电压就在玻璃衬底的表面附近进行极化(分极)，并产生吸附力。另外，在高温时玻璃衬底的电阻下降，表现出导电性并进行极化，由此产生吸附力。
特别是，在本发明的等离子体处理装置中所用的基片载置台用静电吸盘中，在通过图1所示的A区的基片载置台9的供电装置对电极40进行了供电后，保持电源打开(ON)不动将供电针(未图示)从电极40分离，基片G按9b、9c、9d进行输送，所以如图8(b)所示那样，与连接着供电针不变的状态下将电极关闭OFF的情况(参照图8(a))相比，因相邻接的电极40与40之间的绝缘得以保持故使电荷不会消失，所以残留吸附力可保持相当长的时间，能够将基片维持于吸附状态。其结果是，基片G可以完全吸附在静电吸盘上进行等离子体处理，直到等离子体处理后，在冷却/释放/移送区D通过起模顶杆51将基片G顶起并用机器臂50等使之脱离(释放)为止。特别是，在这里能够通过提高外加电压、增大电极的分割数来增加残留吸附力。

Claims (30)

1.一种基片载置台用静电吸盘，其特征在于：将多个电极并列进行配置。
2.按照权利要求1中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述电极为宽度不同的电极。
3.按照权利要求1中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述电极互相保持规定的间隙进行配置。
4.按照权利要求1中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述电极沿着被处理基片的边缘部进行配置。
5.按照权利要求1中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：使对上述电极的配线可进行向单极或者双极的切换。
6.按照权利要求1中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述电极由棒状的基体材料构成。
7.按照权利要求6中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：在上述基体材料的表面上喷射高纯度陶瓷以形成喷镀膜。
8.按照权利要求6中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述基体材料的剖面形状为正方形。
9.按照权利要求6中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述基体材料的剖面形状为宽幅的长方形。
10.按照权利要求6中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述基体材料的剖面形状为阶梯形状。
11.按照权利要求6中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：将上述基体材料的剖面形状构成为在一面持有曲面状凸部、在相反面持有曲面状凹部的屋顶瓦状，并使该凸部与邻接电极的该凹部互相保持规定的间隙进行配置。
12.按照权利要求6中所记载的基片载置台用静电吸盘，其特征在于：上述基体材料由高纯度各向同性石墨组成。
13.一种基片载置台用静电吸盘的电极，其特征在于：在棒状的基体材料的表面上喷射高纯度陶瓷以形成喷镀膜。
14.按照权利要求13中所记载的电极，其特征在于：上述基体材料的剖面形状为正方形。
15.按照权利要求13中所记载的电极，其特征在于：上述基体材料的剖面形状为宽幅的长方形。
16.按照权利要求13中所记载的电极，其特征在于：上述基体材料的剖面形状为阶梯形状。
17.按照权利要求13中所记载的电极，其特征在于：上述基体材料的剖面形状为在一面持有曲面状凸部、在相反面持有曲面状凹部的屋顶瓦形状。
18.按照权利要求13中所记载的电极，其特征在于：上述基体材料由高纯度各向同性石墨组成。
19.一种处理系统，其特征在于：具备将多个电极并列进行配置的基片载置台用静电吸盘。
20.按照权利要求19中所记载的处理系统，其特征在于：具备上述电极为宽度不同的电极的基片载置台用静电吸盘。
21.按照权利要求19中所记载的处理系统，其特征在于：具备上述电极相互保持规定的间隙进行配置的基片载置台用静电吸盘。
22.按照权利要求19中所记载的处理系统，其特征在于：具备上述电极沿着被处理基片的边缘部进行配置的基片载置台用静电吸盘。
23.按照权利要求19中所记载的处理系统，其特征在于：具备使对上述电极的配线可切换成单极或者双极的基片载置台用静电吸盘。
24.按照权利要求19中所记载的具备基片载置台用静电吸盘的处理系统，其特征在于：上述电极由棒状的基体材料构成。
25.按照权利要求24中所记载的处理系统，其特征在于：具备在上述基体材料的表面上喷射高纯度陶瓷以形成喷镀膜的基片载置台用静电吸盘。
26.按照权利要求24中所记载的处理系统，其特征在于：具备上述基体材料的剖面形状为正方形的基片载置台用静电吸盘。
27.按照权利要求24中所记载的处理系统，其特征在于：具备上述基体材料的剖面形状为宽幅的长方形的基片载置台用静电吸盘。
28.按照权利要求24中所记载的处理系统，其特征在于：具备上述基体材料的剖面形状为阶梯形状的基片载置台用静电吸盘。
29.按照权利要求24中所记载的处理系统，其特征在于：具备将上述基体材料的剖面形状构成为在一面持有曲面状凸部、在相反面持有曲面状凹部的屋顶瓦状，并使该凸部与邻接电极的该凹部互相保持规定的间隙进行配置的基片载置台用静电吸盘。
30.按照权利要求24中所记载的处理系统，其特征在于：具备上述基体材料由高纯度各向同性石墨组成的基片载置台用静电吸盘。
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