JP3880896B2

JP3880896B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

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Publication number: JP3880896B2
Application number: JP2002206823A
Authority: JP
Inventors: 務里吉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2004055585A; KR100996018B1; TWI276173B; CN1477682A; TW200403749A; CN100341120C; KR20040010179A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板に対してエッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の製造工程においては、被処理基板であるガラス基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられる。
【０００３】
このようなプラズマ処理装置においては、ＬＣＤガラス基板を基板保持台に保持した状態で適宜の手段によりプラズマを生成してプラズマ処理が行われる。このような保持機構として、従来はＬＣＤガラス基板の周縁を機械的に押圧するクランプ機構が用いられてきたが、基板の温度制御のために基板と基板保持台との間に熱伝達ガスを導入すると、基板の中央部が浮上してしまう。特に、基板の大型化が進むとその傾向が顕著になる。このため、基板の保持機構として、電極の上に誘電体膜を被覆し、この誘電体膜の上にＬＣＤガラス基板を載置した状態で電極に直流電圧を印加して、その際のクーロン力等の静電力によりＬＣＤガラス基板を吸着する静電チャックが主流となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電極の上に形成される誘電体膜は、プラズマに対する耐食性が必要であり、高耐食性である高価なセラミック材料が多用され、かつ電極に印加する直流電圧とプラズマとを絶縁する程度に厚くなければならないため、静電チャックのコストが極めて高いものとなっている。また、ＬＣＤガラス基板が大型化すると、基板保持台の本体を構成する金属材料と誘電体膜を構成するセラミック材料との熱膨張係数の違いにより、誘電体膜が剥離したり、誘電体膜にクラックが入ったり、基板保持台自体が反ってしまうという問題が生じる。
【０００５】
このようなことを回避するために、ＬＣＤガラス基板自体が誘電体であることを利用して、誘電体膜を用いずに電極上にＬＣＤガラス基板を保持するようにすることも考えられるが、この場合には、大型ガラス基板の特徴である反り等によって周辺部で基板と電極との間にわずかな隙間が生じ、その隙間において電極が露出した状態であるため、吸着のための直流電圧を印加することにより、直流放電が生じてしまうという問題点がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、直流放電等の異常放電を抑制しつつ、静電吸着のための直流電圧が印加される電極上に誘電体膜が存在する場合に生じる不都合を解消することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法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】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、誘電性の被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、被処理基板を載置する基板載置面を有する電極と、前記電極上の被処理基板の周縁を前記電極に向かう方向に押圧する押圧機構と、被処理基板の付近に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、被処理基板の付近に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記電極に接続され、前記電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備し、前記電極の前記基板載置面は、導電体面であるか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を有し、前記基板載置面に誘電性の被処理基板が載置され、被処理基板の周縁が押圧機構により押圧され、かつ前記プラズマが生成されるとともに前記電極に直流電圧が印加された際に、前記基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点では、誘電性の被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、被処理基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に設けられ、被処理基板を載置する基板載置面を有する下部電極と、前記チャンバー内で前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構と、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に高周波電力を供給し、前記下部電極と前記上部電極との間の処理空間に処理ガスのプラズマを生成する高周波電源と、前記下部電極上の被処理基板の周縁を前記下部電極に向かう方向に押圧する押圧機構と、前記下部電極に接続され、前記下部電極に直流電圧を印加する直流電源とを具備し、前記下部電極の前記基板載置面は、導電体面であるか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を有し、前記基板載置面に誘電性の被処理基板が載置され、被処理基板の周縁が押圧機構により押圧され、かつ前記プラズマが生成されるとともに前記電極に直流電圧が印加された際に、前記基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の第３の観点では、被処理基板を載置する基板載置面を有し、その基板載置面が導電体面であるか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を有する電極に誘電性の被処理基板を載置してプラズマ処理を施す方法であって、前記電極の基板載置面に被処理基板を載置する工程と、載置された被処理基板の周縁部を前記電極に向かう方向に押圧する工程と、その後、前記電極に直流電圧を印加する工程と、前記直流電圧が印加された状態で処理ガスのプラズマを生成させて被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを具備し、前記基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有することを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
【００１３】
本発明によれば、静電吸着用の直流電圧が印加される電極の基板載置面を導電体面とするか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を形成したものとし、この電極に誘電性の被処理基板を載置し、前記押圧機構により前記電極上の被処理基板の周縁を押圧するようにし、基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有するようにした。すなわち、被処理基板自体に電極に印加する直流電圧とプラズマとを絶縁する程度に厚い誘電体膜の機能を持たせたので、従来用いていた絶縁機能を有する誘電体を用いる必要がなく、かつ直流電圧印加前にクランプ機構で被処理基板の周縁をクランプすることにより、電極が露出することによる直流放電等の異常放電が生じ難くなる。したがって、直流放電等の異常放電を抑制しつつ、電極上に誘電体膜が存在していたことにより生じる不都合を解消することができる。
【００１４】
上記本発明の第１の観点において、前記基板載置面が薄い誘電体膜を有する場合に、その膜厚が１００μｍ以下であることが好ましい。また、前記電極に接続され、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源を有する構成とすることができる。
【００１５】
上記本発明の第２の観点において、前記基板載置面が薄い誘電体膜を有する場合に、その膜厚が１００μｍ以下であることが好ましい。また、前記上部電極は、前記チャンバー内に処理ガスを吐出するシャワーヘッドで構成することができる。
【００１６】
上記本発明の第１および第２の観点において、前記被処理基板は矩形状をなし、前記押圧機構は額縁状をなすように構成することができる。
【００１７】
また、本発明は、最長部の長さが１１００ｍｍ以上である被処理基板、およびガラスからなる矩形基板であり長辺が８００ｍｍ以上である被処理基板に対して特に有効である。また、後者の場合には被処理基板の厚さが１．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るＬＣＤガラス基板用のプラズマエッチング装置を模式的に示す断面図である。このプラズマエッチング装置１は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。
【００１９】
このプラズマエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状のチャンバー２を有している。このチャンバー２内の底部には誘電性の被処理基板であるＬＣＤガラス基板Ｇを保持するための基板保持台３が設けられている。この基板保持台３は、アルミニウム等の導電体からなる保持台本体４とこの保持台本体４の側面および底面を覆う絶縁部材５とを有している。そして、基板Ｇが載置される際には、保持台本体４の上面が基板載置面となり、かつ基板Ｇの周縁が絶縁部材５にかかるようになっており、導電体からなる保持台本体４が誘電性の基板Ｇに覆われるようになっている。保持台本体４上には、従来のような誘電体膜を設けることは不要であるが、絶縁を目的としない陽極酸化膜のような薄い誘電体保護膜が形成されていてもよい。また、基板の接触により傷が付くのを防ぐ目的等で従来と同様の材料からなる誘電体膜が形成されていてもよいが、この場合にはその膜には直流電圧とプラズマとを絶縁する機能は必要がなく、従来よりも薄い膜で十分である。この際の誘電体膜の厚さは１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。
【００２０】
保持台本体４には、直流電源６が接続されており、保持台本体４の上に誘電体である基板Ｇを載置した状態で、保持台本体４に直流電圧を印加すると、図２に示すように、保持台本体４の上面にはプラス電荷が蓄積され、誘電体である基板Ｇの表面にはマイナス電荷が蓄積されて、静電吸着力により基板Ｇが保持台本体４に吸着されることとなる。すなわち、保持台本体４は静電チャックの電極として機能する。
【００２１】
基板保持台３の上方には、基板保持台３に保持された基板Ｇの周縁を押圧する額縁状をなす押圧機構７が設けられている。この押圧機構７は、ロッド８を介して昇降機構９により昇降可能となっており、昇降機構９により下降された状態で基板Ｇの周縁を押圧するようになっている。
【００２２】
基板保持台３の保持台本体４には、整合器２５を介して高周波電源２６が接続されている。高周波電源２６からは例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が保持台本体４に供給される。すなわち、保持台本体４は高周波電極（下部電極）としても機能する。
【００２３】
基板保持台３の上方には、この基板保持台３と平行に対向するように、上部電極として機能するシャワーヘッド１２が設けられている。シャワーヘッド１２はチャンバー２の上部に支持されており、内部に内部空間１３を有するとともに、基板保持台３との対向面に処理ガスを吐出する多数の吐出孔１４が形成されている。このシャワーヘッド１２は接地されており、保持台本体４とともに一対の平行平板電極を構成している。
【００２４】
シャワーヘッド１２の上面にはガス導入口１５が設けられ、このガス導入口１５には、処理ガス供給管１６が接続されており、この処理ガス供給管１６には、処理ガスを供給する処理ガス供給源、バルブ、およびマスフローコントローラ等を含む処理ガス供給系１９が接続されている。処理ガス供給系１９からは、エッチングのための処理ガスが供給される。処理ガスとしては、ハロゲン系のガス、Ｏ_２ガス、Ａｒガス等、通常この分野で用いられるガスを用いることができる。
【００２５】
前記チャンバー２の側壁底部には排気管２０が接続されており、この排気管２０には排気装置２１が接続されている。排気装置２１はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁には基板搬入出口２２と、この基板搬入出口２２を開閉するゲートバルブ２３とが設けられており、このゲートバルブ２３を開にした状態で基板Ｇが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００２６】
次に、上記構成のプラズマエッチング装置１における処理動作について図３のフローチャートを参照して説明する。まず、ゲートバルブ２３を開放し、図示しないロードロック室から図示しない搬送アームにより基板搬入出口２２を介して被処理基板であるＬＣＤガラス基板Ｇをチャンバー２内へ搬入し、基板保持台３の保持台本体４上に載置する（ＳＴＥＰ１）。この際の基板Ｇの受け渡しは基板保持台３の内部に挿通され基板保持台３から突出可能に設けられたリフターピン（図示せず）を介して行われる。その後、ゲートバルブ２３が閉じられ、排気装置２１によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。
【００２７】
次いで、昇降機構９により押圧機構７を降下させて押圧機構７により基板Ｇの周縁を押圧し（ＳＴＥＰ２）、その後、その状態で保持台本体４に直流電源６から直流電圧を印加する（ＳＴＥＰ３）。
【００２８】
このように、押圧機構７で基板Ｇの周縁を押圧した後に直流電圧を印加することにより、直流放電を生じ難くすることができる。つまり、基板Ｇの周縁を押圧しない場合には、図４に示すように、基板Ｇの反り等によって、絶縁部材５と基板Ｇとの隙間３０が生じることがあり、その部分で保持台本体４が露出していることとなり、この状態で保持台本体４に直流電圧を印加すると、静電吸着される前に直流放電が生じてしまう。これに対して、直流電圧を印加する前に押圧機構７により基板Ｇの周縁を押圧することにより、絶縁部材５と基板Ｇとの間に実質的に隙間がない状態とすることができ、その後に保持台本体４に直流電圧を印加しても直流放電が生じない。また、押圧機構７により押圧することにより、図５に示す絶縁部材５と基板Ｇとの重なり部分の距離ｄを極力小さくすることができる。この距離ｄは押圧機構７の押圧部分の距離と実質的に同じであり、１０ｍｍ以下が好ましい。本実施形態で対象としている矩形のＬＣＤガラス基板Ｇにおいて、長辺が８００ｍｍ以上あるもの、特に厚さが１．５ｍｍ以下のものについては、反りによって基板周縁部と基板保持台本体４との隙間が生じやすく、直流放電（異常放電）しやすいので、上記のような基板周縁の押さえつけが極めて有効である。また、本実施形態の矩形状の基板に限らず、最大寸法が１１００ｍｍ以上の基板の場合も、反りによって同様の隙間が生じやすく、直流放電（異常放電）しやすいので、上記のような基板周縁の押さえつけが極めて有効である。
【００２９】
その後、処理ガス供給系１９からの処理ガス流量およびチャンバー２内のガス圧力を調整し（ＳＴＥＰ４）、シャワーヘッド１２から処理ガスを吐出させつつ高周波電源２６から高周波電力を印加してシャワーヘッド１２と基板保持台３との間の処理空間２ａに処理ガスのプラズマを生成し（ＳＴＥＰ５）、基板Ｇの所定の膜のエッチングを行う（ＳＴＥＰ６）。この際に、基板Ｇが保持台本体４の表面を覆っているため、基板Ｇにより直流電圧とプラズマとが絶縁され、異常放電等が実質的に生じない。上記ＳＴＥＰ３の直流電圧印加と、ＳＴＥＰ４のチャンバー２内圧力の調整との順序が逆であってもよい。
【００３０】
このようにして所定時間エッチング処理を施した後、処理ガスの供給および高周波電源２６からの高周波電力の印加を停止し（ＳＴＥＰ７）、ガスパージを行った後、リフターピンで基板Ｇを持ち上げ、ゲートバルブ２３を開放して、基板Ｇを基板搬入出口２２を介してチャンバー２内から図示しないロードロック室へ搬出する（ＳＴＥＰ８）。
【００３１】
このように基板周縁部を押圧する押圧機構７を設け、かつ静電チャックの電極として機能する保持台本体４の上に実質的に誘電体膜を設けないようにしたので、直流放電等の異常放電を防止しつつ、コストの問題、熱膨張係数の違いによる誘電体膜の剥離やクラックの問題等、誘電体膜が存在することによる不都合を解消することができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、誘電性の被処理基板としてＬＣＤガラス基板を用いた場合について示したが、これに限らず、ＬＣＤ以外のガラス基板、プラスチック基板、セラミック基板、陶磁器基板、木製基板、紙製基板、石製基板、樹脂基板等、誘電性を有するものであれば適用可能である。また、被処理基板を保持する基板保持台を下部電極として用い、そこに静電吸着用の直流電圧と、プラズマ形成用の高周波電力を印加した場合について示したが、これに限らず上部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加し、下部電極として基板保持台にイオン引き込み用の高周波電力を印加するタイプのものであってもよく、また、上部電極を基板保持台として用い、この上部電極たる基板保持台に高周波電力を印加するタイプのものを採用することもできる。さらに、サセプタに高周波電力を印加せずにサセプタを接地するタイプのものであってもよい。さらにまた、このような平行平板型のものに限らず、プラズマ手段としてアンテナまたはコイルを用い、それに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを生成するタイプの装置であってもよい。さらにまた、エッチング装置に限らず、アッシング装置、ＣＶＤ成膜装置等の種々のプラズマ処理装置に適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電吸着用の直流電圧が印加される電極の基板載置面を導電体面とするか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を形成したものとし、この電極に誘電性の被処理基板を載置し、前記押圧機構により前記電極上の被処理基板の周縁を押圧するようにし、基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有するようにした。すなわち、被処理基板自体に電極に印加する直流電圧とプラズマとを絶縁する程度に厚い誘電体膜の機能を持たせたので、従来用いていた絶縁機能を有する誘電体を用いる必要がなく、かつ直流電圧印加前にクランプ機構で被処理基板の周縁をクランプすることにより、電極が露出することによる直流放電等の異常放電が生じ難くなる。したがって、直流放電等の異常放電を抑制しつつ、電極上に誘電体膜が存在していたことにより生じる不都合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング装置を模式的に示す断面図。
【図２】図１のプラズマエッチング装置における基板保持台に基板を静電吸着した状態を示す模式図。
【図３】図１のプラズマエッチング装置における処理動作を説明するフローチャート。
【図４】押圧機構がない場合の基板保持台への基板載置状態を示す断面図。
【図５】図１のプラズマエッチング装置において、基板保持台へ載置された基板を押圧機構が押圧している状態を示す断面図。
【符号の説明】
１；プラズマエッチング装置
２；チャンバー
３；基板保持台
４；保持台本体（電極）
５；絶縁部材
６；直流電源
７；押圧機構
１２；シャワーヘッド
１９；処理ガス供給系
２１；排気装置
２６；高周波電源
Ｇ；ＬＣＤガラス基板

Claims

誘電性の被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
被処理基板を載置する基板載置面を有する電極と、
前記電極上の被処理基板の周縁を前記電極に向かう方向に押圧する押圧機構と、
被処理基板の付近に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
被処理基板の付近に処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
前記電極に接続され、前記電極に直流電圧を印加する直流電源と
を具備し、
前記電極の前記基板載置面は、導電体面であるか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を有し、前記基板載置面に誘電性の被処理基板が載置され、被処理基板の周縁が押圧機構により押圧され、かつ前記プラズマが生成されるとともに前記電極に直流電圧が印加された際に、前記基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記基板載置面が薄い誘電体膜を有する場合に、その膜厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記電極に接続され、前記電極に高周波電力を印加する高周波電源を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
誘電性の被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
被処理基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に設けられ、被処理基板を載置する基板載置面を有する下部電極と、
前記チャンバー内で前記下部電極と対向するように設けられた上部電極と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記チャンバー内を排気する排気機構と、
前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方に高周波電力を供給し、前記下部電極と前記上部電極との間の処理空間に処理ガスのプラズマを生成する高周波電源と、
前記下部電極上の被処理基板の周縁を前記下部電極に向かう方向に押圧する押圧機構と、
前記下部電極に接続され、前記下部電極に直流電圧を印加する直流電源と
を具備し、
前記下部電極の前記基板載置面は、導電体面であるか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を有し、前記基板載置面に誘電性の被処理基板が載置され、被処理基板の周縁が押圧機構により押圧され、かつ前記プラズマが生成されるとともに前記電極に直流電圧が印加された際に、前記基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記基板載置面が薄い誘電体膜を有する場合に、その膜厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
前記上部電極は、前記チャンバー内に処理ガスを吐出するシャワーヘッドで構成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプラズマ処理装置。
前記被処理基板は矩形状をなし、前記押圧機構は額縁状をなすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記被処理基板は、最長部の長さが１１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記被処理基板は、ガラスからなる矩形基板であり長辺が８００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記被処理基板の厚さが１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
被処理基板を載置する基板載置面を有し、その基板載置面が導電体面であるか、または絶縁を目的としない薄い誘電体膜を有する電極に誘電性の被処理基板を載置してプラズマ処理を施す方法であって、
前記電極の基板載置面に被処理基板を載置する工程と、
載置された被処理基板の周縁部を前記電極に向かう方向に押圧する工程と、
その後、前記電極に直流電圧を印加する工程と、
前記直流電圧が印加された状態で処理ガスのプラズマを生成させて被処理基板にプラズマ処理を施す工程と
を具備し、
前記基板載置面に載置された被処理基板が前記プラズマと前記直流電圧とを絶縁する機能を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
前記基板載置面が薄い誘電体膜を有する場合に、その膜厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理方法。
前記被処理基板は、最長部の長さが１１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
前記被処理基板は、ガラスからなる矩形基板であり長辺が８００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
前記被処理基板の厚さが１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ処理方法。