JP5377781B2 - 載置台およびそれを用いたプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板などの基板に対してドライエッチング等のプラズマ処理を施す処理チャンバ内において、基板を載置する載置台およびそれを用いたプラズマ処理装置に関する。

例えば、ＦＰＤや半導体の製造プロセスにおいては、被処理基板であるガラス基板に対して、ドライエッチング等のプラズマ処理が行われる。例えば、処理チャンバ内に設けられた載置台にガラス基板を載置した状態で載置台に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、そのプラズマによりガラス基板に対して所定のプラズマ処理を施す。このようなプラズマ処理に用いられる載置台としては耐プラズマ性等の観点から、表面にセラミックス溶射皮膜を形成したものが知られている。

このような溶射皮膜はプラズマ処理に際しては、通常基板に覆われており、プラズマが直接到達することが防止されているが、ガラス基板の角部のオリエンテーションフラット部はガラス基板のオーバーラップ量が少なく、ガラス基板の置き位置誤差により、溶射皮膜の角部が露出し、溶射皮膜が削れる場合がある。

一方、ＦＰＤ用のガラス基板のプラズマ処理装置においては、載置台の周囲にセラミックス製のシールドリングが配置されるが、近年ＦＰＤ用のガラス基板は大型の一途をたどり、一体に形成することが困難となっており、特許文献１に記載されているように、分割タイプのシールドリングが用いられている。

しかしながら、このような分割タイプのシールドリングは、分割部品の組み付け公差によって、合わせ目部分に隙間が発生し、その隙間部分からプラズマが侵入して溶射皮膜が削れる場合がある。

このようにして溶射皮膜が削れた場合には、従来、削れ部分についての部分修理または全剥離再溶射を実施して修理を行っているが、修理頻度が高く、修理コストが極めて高いものとなっている。

特開２００３−１１５４７６号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、溶射皮膜の修理頻度を低減することができる載置台およびそのような載置台を用いたプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板にプラズマ処理を施す処理チャンバ内で基板を載置する載置台であって、基材と、前記基材の上に形成され、その上に基板が載置される載置部と、前記載置部の周囲に設けられた、分割式のシールド部材とを具備し、前記載置部は、前記シールド部材の分割部分に対応する部位を構成するセラミックス部材と、それ以外の部分を構成する、表面にセラミックス溶射皮膜を有する溶射部とからなり、前記セラミックス部材が交換可能であることを特徴とする載置台を提供する。

本発明の第２の観点では、基板にプラズマ処理を施す処理チャンバ内で基板を載置する載置台であって、基材と、前記基材の上に形成され、その上に基板が載置される載置部と、前記載置部の周囲に設けられた、分割式のシールド部材とを具備し、前記載置部は、前記シールド部材の角部および分割部分に対応する部位を構成するセラミックス部材と、それ以外の部分を構成する、表面にセラミックス溶射皮膜を有する溶射部とからなり、前記セラミックス部材が交換可能であることを特徴とする載置台を提供する。

上記第１、第２の観点において、前記溶射部は、基板を静電吸着する静電チャックを有する構成とすることができる。また、前記静電チャックは、基板を静電吸着するための直流電圧が印加される電極を有し、前記セラミックス部材は、前記電極に対応する高さ位置を含む上部と、前記電極に対応する高さ位置を含まない下部とを有し、前記上部が前記電極よりも外側に位置し、前記下部が前記上部よりも内側に突出していることが好ましい。さらに、前記基材が導電性であり、前記基材に高周波電力を供給する高周波電力供給手段をさらに有する構成とすることができる。前記セラミックス溶射皮膜と前記セラミックス部材は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、およびフッ化イットリウム（ＹＦ_３）から選択された材料で構成されていることが好ましい。

本発明の第３の観点では、基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内で基板を載置する、前記第１、第２の観点のいずれかの構成を有する載置台と、前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記処理チャンバ内を排気する排気機構とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。

本発明によれば、基板にプラズマ処理を施す処理チャンバ内で基板を載置する載置部にセラミック溶射皮膜を用いた載置台において、プラズマの損傷を受けやすい角部または／およびシールドリングの合わせ目に対応する部分に交換可能なセラミック部材を設けたので、プラズマによる損傷のほとんどをセラミックス部材が担い、溶射皮膜に損傷がほとんど生じないようにすることができる。このため、溶射皮膜の修理頻度を著しく低減することができ、載置台の修理コストを極めて低いものとすることができる。

本発明の一実施形態に係る載置台が設けられたプラズマ処理装置を示す断面図。 図１のプラズマ処理装置に用いられる載置台の要部を拡大して示す平面図。 図１のプラズマ処理装置に用いられる載置台の要部を拡大して示す断面図。 静電チャックの角部がガラス基板で覆われた状態を示す平面図。 静電チャックの角部が露出した状態を示す平面図。 図１の載置台に用いられる静電チャックのセラミック部材を示す斜視図。 シールドリングを分割タイプとした載置台を示す斜視図。 シールドリングの分割片の合わせ目部分に隙間が生じた状態を示す図。 図７の載置台の要部を拡大して示す平面図。 図７の載置台の要部を拡大して示す断面図。 図７の載置台に用いられる静電チャックのセラミックス部材を示す斜視図。 図７の載置台の他の例の要部を拡大して示す平面図。 図１２に示す載置台に用いられる静電チャックのセラミックス部材を示す斜視図。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る載置台が設けられたプラズマ処理装置を示す断面図である。このプラズマ処理装置１は、ＦＰＤ用ガラス基板Ｇの所定の処理を行う装置の断面図であり、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。ここで、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

このプラズマ処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる角筒形状に成形されたチャンバ２を有している。この処理チャンバ２内の底部には被処理基板であるガラス基板Ｇを載置するための載置台３が設けられている。

載置台３は、絶縁部材４を介して処理チャンバ２の底部に支持されており、金属製の凸型の基材５と基材５の凸部５ａの上に設けられたガラス基板Ｇを載置する載置部６と、載置部６および基材５の凸部５ａの周囲に設けられた、絶縁性セラミックス、例えばアルミナからなる額縁状のシールドリング７と、基材５の周囲に設けられた絶縁性セラミックス、例えばアルミナからなるリング状の絶縁リング８とを有している。載置部６は後述するようにガラス基板を静電吸着する静電チャックを有している。

チャンバ２の底壁、絶縁部材４および載置台３を貫通するように、その上へのガラス基板Ｇのローディングおよびアンローディングを行うための昇降ピン１０が昇降可能に挿通されている。この昇降ピン１０はガラス基板Ｇを搬送する際には、載置台３の上方の搬送位置まで上昇され、それ以外のときには載置台３内に没した状態となる。

載置台３の基材５には、高周波電力を供給するための給電線１２が接続されており、この給電線１２には整合器１３および高周波電源１４が接続されている。高周波電源１４からは例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が載置台３の基材５に供給される。したがって、載置台３は下部電極として機能する。

前記載置台３の上方には、この載置台３と平行に対向して上部電極として機能するシャワーヘッド２０が設けられている。シャワーヘッド２０は処理チャンバ２の上部に支持されており、内部に内部空間２１を有するとともに、載置台３との対向面に処理ガスを吐出する複数の吐出孔２２が形成されている。このシャワーヘッド２０は接地されており、下部電極として機能する載置台３とともに一対の平行平板電極を構成している。

シャワーヘッド２０の上面にはガス導入口２４が設けられ、このガス導入口２４には、処理ガス供給管２５が接続されており、この処理ガス供給管２５は処理ガス供給源２８に接続されている。また、処理ガス供給管２５には、開閉バルブ２６およびマスフローコントローラ２７が介在されている。処理ガス供給源２８からは、プラズマ処理、例えばプラズマ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。

処理チャンバ２の底部には排気管２９が形成されており、この排気管２９には排気装置３０が接続されている。排気装置３０はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これにより処理チャンバ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、処理チャンバ２の側壁には基板搬入出口３１が設けられており、この基板搬入出口３１がゲートバルブ３２により開閉可能となっている。そして、このゲートバルブ３２を開にした状態で搬送装置（図示せず）によりガラス基板Ｇが搬入出されるようになっている。

次に、載置台３の載置部６の構造について詳細に説明する。
図２は載置台３の載置部６を拡大して示す平面図、図３はそのＡ−Ａ線による断面図である。これらの図に示すように、載置部６は、表面にセラミックス溶射皮膜４１を有し、内部に電極４２が埋設された溶射部である静電チャック４０と、角部を構成するセラミック部材４３とを備えている。電極４２は、ガラス基板Ｇよりも若干小さい矩形状をなしており、例えば溶射で形成されている。電極４２には給電線３３が接続されており、給電線３３には直流電源３４が接続されていて、電極４２に直流電源３４からの直流電圧が印加されることにより、クーロン力等の静電吸着力によりガラス基板Ｇが吸着される。なお、電極４２は板材であってもよい。

セラミックス溶射皮膜４１およびセラミックス部材４３の構成材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、およびフッ化イットリウム（ＹＦ_３）を挙げることができ、両者はこれらから選択された材料であれば同じ材料であっても異なる材料であっても構わない。コスト面からはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が好ましいが、プラズマ耐性を重視する場合には、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、およびフッ化イットリウム（ＹＦ_３）が好ましい。なお、セラミックス溶射皮膜４１およびセラミックス部材４３の構成材料としては、これら材料に限らず、他の誘電体セラミックスであってもよい。

静電チャック４０を有する載置部６の角部には上記セラミックス部材４３に対応する切り欠きが形成されており、その部分に上記セラミックス部材４３が嵌め込まれ、シールドリング７により押さえつけられている。

図４の平面図に示すように、載置部６の角部６ａは、通常であればガラス基板Ｇで覆われており、オリエンテーションフラットＦが存在する角部が位置した場合でもガラス基板Ｇに覆われるように設計されている。しかしながら、オリエンテーションフラットＦが存在する角部はオーバーラップマージンが小さく、図５に示すように、わずかな基板Ｇの置き位置のずれにより載置部６の角部６ａが露出してプラズマに曝され、プラズマによる損傷を受ける場合がある。従来はこのようなプラズマに曝される角部もセラミックス溶射皮膜で構成されていたため、角部がプラズマによって損傷される度毎に、溶射皮膜の修理のために再溶射処理する必要があり、修理頻度が高く、修理コストが高いものとなっていた。

これに対して、角部６ａをセラミックス部材４３で構成した場合には、角部へのプラズマの損傷をほとんどセラミックス部材４３が担うため、損傷した場合はセラミックス部材４３の交換で対応することができ、溶射皮膜の損傷をほとんど生じないようにすることができる。このため、溶射皮膜の修理頻度を著しく低減することができ、載置台３の修理コストを極めて低いものとすることができる。また、このような点を考慮すると、プラズマ損傷をほとんど受けないセラミックス溶射皮膜４１を安価なアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で構成し、プラズマ損傷のほとんどを担うセラミックス部材４３をプラズマ耐性の高いイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）またはフッ化イットリウム（ＹＦ_３）で構成することにより、過剰なコスト上昇を招くことなくプラズマ耐性を向上させることができる。

このセラミックス部材４３は、図６に示す斜視図に示すように、その上部４３ａが静電チャック４０の電極４２に掛からないように小径となっており、電極が存在しない下部４３ｂは組み付け性を考慮して大径となっている。

次に、このように構成されるプラズマ処理装置１における処理動作について説明する。
まず、ゲートバルブ３２を開いて、ガラス基板Ｇを搬送アーム（図示せず）により基板搬入出口３１を介してチャンバ２内へと搬入し、載置台３の静電チャック６上に載置する。この場合に、昇降ピン１０を上方に突出させて支持位置に位置させ、搬送アーム上のガラス基板Ｇを昇降ピン１０の上に受け渡す。その後、昇降ピン１０を下降させてガラス基板Ｇを載置台３の静電チャック６上に載置する。

その後、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３０によって、チャンバ２内を所定の真空度まで真空引きする。そして、直流電源３４から静電チャック４０の電極４２に電圧を印加することにより、ガラス基板Ｇを静電吸着する。そして、バルブ２６を開放して、処理ガス供給源２８から処理ガスを、マスフローコントローラ２７によってその流量を調整しつつ、処理ガス供給管２５、ガス導入口２４を通ってシャワーヘッド２０の内部空間２１へ導入し、さらに吐出孔２２を通って基板Ｇに対して均一に吐出し、排気量を調節しつつチャンバ２内を所定圧力に制御する。

この状態で高周波電源１４から整合器１３を介してプラズマ生成用の高周波電力を載置台３の基材５に供給し、下部電極としての載置台３と上部電極としてのシャワーヘッド２０との間に高周波電界を生じさせて、処理ガスのプラズマを生成し、このプラズマによりガラス基板Ｇにプラズマ処理を施す。

この際に、上述したように、ガラス基板Ｇの角部にオリエンテーションフラットＦが形成されている場合には、図５に示すようにガラス基板Ｇの載置位置がずれて、角部６ａがプラズマに曝されて損傷を受けることがあるが、その部分がセラミックス溶射皮膜であれば修理のために再度溶射処理を行う必要がある。本実施形態ではその部分にセラミックス部材４３が設けられており、角部へのプラズマの損傷をほとんどセラミックス部材４３が担うため、セラミックス部材４３の交換で対応することができ、セラミックス溶射皮膜の損傷をほとんど生じないようにすることができる。このため、溶射皮膜の修理頻度を著しく低減することができ、載置台３の修理コストを極めて低いものとすることができる。

また、セラミックス部材４３の上部４３ａが電極４２に掛からないように小径となっており、電極４２は従来と同様の形状のままとすることができるので、静電吸着の際のガラス基板Ｇへの電界の影響や直流電圧印加部への影響を回避することができる。また、下部４３ｂを大径とすることにより、安定性を高くして部材の組み付け性を良好にすることができる。

次に、載置台３の他の例について説明する。
ここでは、分割タイプのシールドリング７′を使用している。具体的には、図７に示すように、４つの分割片５１を組み立ててシールドリング７′を構成している。

この場合には、分割片５１の組み付け公差によって、図８に示すように、分割片５１の合わせ目部分５２に隙間が発生し、その隙間部分からプラズマが侵入する場合がある。

ここでは、このような際における溶射皮膜の損傷を防止することができる載置部６′を用いる。図９は載置部６′を用いた載置台の要部を示す平面図、図１０はそのＢ−Ｂ線による断面図である。これらの図に示すように、載置部６′は載置部６と同様、セラミックス溶射皮膜４１および電極４２からなる静電チャック４０を有しているが、載置部６とは異なり、合わせ目部分５２に対応する位置にセラミックス部材４３′が配置されている。このセラミックス部材４３′は前記セラミックス部材４３と同様に構成することができる。載置部６′には、合わせ目部分５２に対応する位置に切り欠きが形成されており、その部分に上記セラミックス部材４３′が嵌め込まれ、シールドリング７′により押さえつけられている。この場合のセラミックス部材４３′の形状は図１１の斜視図に示すように、同じくその上部４３ａ′が静電チャック４０の電極４２に掛からないように小径となっており、電極が存在しない下部４３ｂ′は組み付け性を考慮して大径となっている。

このような載置部６′の構成とすることにより、プラズマ処理の際にプラズマがシールドリング７′の隣接する分割片５１の合わせ目５２から侵入した場合でも、プラズマに曝されて損傷を受けるのは、ほぼセラミックス部材４３′のみであり、セラミック部材４３′の交換で対応することができ、溶射皮膜の損傷をほとんど生じないようにすることができる。このため、溶射皮膜の修理頻度を著しく低減することができ、載置台３の修理コストを極めて低いものとすることができる。

次に、載置台３のさらに他の例について説明する。
ここでは、上記例と同様に分割タイプのシールドリング７′を使用しており、分割片５１の合わせ目部分５２に隙間が発生してプラズマ損傷が生じるおそれがあり、かつ載置部の角部にもプラズマ損傷が生じるおそれがある場合に対応可能な載置部の構成を用いている。

図１２は載置台のさらに他の例を示す平面図である。この図に示すように、載置部６″は、載置部６、６′とは異なり、合わせ目部分５２に対応する位置から角部６ａ″にかけてセラミックス部材４３″が配置されている。このセラミックス部材４３″は前記セラミックス部材４３、４３′と同様に構成することができる。載置部６″には、予め合わせ目部分５２に対応する位置から角部６ａ″にかけての切り欠きが形成されており、その部分に上記セラミックス部材４３″が嵌め込まれ、シールドリング７′により押さえつけられている。この場合のセラミックス部材４３″の形状は図１３の斜視図に示すように、同じくその上部４３ａ″が電極４２に掛からないように小径となっており、電極が存在しない下部４３ｂ″は組み付け性を考慮して大径となっている。

このような載置部６″の構成とすることにより、プラズマ処理の際にプラズマがシールドリング７′の隣接する分割片５１の合わせ目５２から侵入した場合や、角部６ａ″がプラズマに曝された場合でも、プラズマに曝されて損傷を受けるのは、ほぼセラミックス部材４３″のみであり、セラミック部材４３″の交換で対応することができ、溶射皮膜の損傷をほとんど生じないようにすることができる。このため、溶射皮膜の修理頻度を著しく低減することができ、載置台３の修理コストを極めて低いものとすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明をＦＰＤ用のガラス基板のプラズマ処理に適用した場合について示したが、これに限るものではなく、他の種々の基板に対して適用可能である。

また、上記実施形態では、静電チャックを用いた載置台の載置部を例として示したが、必ずしも静電チャックを用いる必要はなく、載置部が単にセラミックス溶射皮膜で形成されている場合にも適用可能である。

１；プラズ処理装置
２；処理チャンバ
３；載置台
５；基材
６，６′，６″；載置部
６ａ；角部
７，７′；シールドリング
１４；高周波電源
２０；シャワーヘッド
２８；処理ガス供給源
３４；直流電源
４０；静電チャック
４１；セラミックス溶射皮膜
４２；電極
４３，４３′，４３″；セラミックス部材
４３ａ，４３ａ′，４３ａ″；上部
４３ｂ，４３ｂ′，４３ｂ″；下部
５１；分割片
５２；合わせ目部分
Ｆ；オリエンテーションフラット
Ｇ；ガラス基板

Claims (7)

1. 基板にプラズマ処理を施す処理チャンバ内で基板を載置する載置台であって、
   基材と、
   前記基材の上に形成され、その上に基板が載置される載置部と、
   前記載置部の周囲に設けられた、分割式のシールド部材と
   を具備し、
   前記載置部は、前記シールド部材の分割部分に対応する部位を構成するセラミックス部材と、それ以外の部分を構成する、表面にセラミックス溶射皮膜を有する溶射部とからなり、
   前記セラミックス部材が交換可能であることを特徴とする載置台。
2. 基板にプラズマ処理を施す処理チャンバ内で基板を載置する載置台であって、
   基材と、
   前記基材の上に形成され、その上に基板が載置される載置部と、
   前記載置部の周囲に設けられた、分割式のシールド部材と
   を具備し、
   前記載置部は、前記シールド部材の角部および分割部分に対応する部位を構成するセラミックス部材と、それ以外の部分を構成する、表面にセラミックス溶射皮膜を有する溶射部とからなり、
   前記セラミックス部材が交換可能であることを特徴とする載置台。
3. 前記溶射部は、基板を静電吸着する静電チャックを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の載置台。
4. 前記静電チャックは、基板を静電吸着するための直流電圧が印加される電極を有し、
   前記セラミックス部材は、前記電極に対応する高さ位置を含む上部と、前記電極に対応する高さ位置を含まない下部とを有し、
   前記上部が前記電極よりも外側に位置し、前記下部が前記上部よりも内側に突出していることを特徴とする請求項３に記載の載置台。
5. 前記基材が導電性であり、前記基材に高周波電力を供給する高周波電力供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の載置台。
6. 前記セラミックス溶射皮膜と前記セラミックス部材は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、およびフッ化イットリウム（ＹＦ_３）から選択された材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の載置台。
7. 基板を収容する処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内で基板を載置する、前記請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の構成を有する載置台と、
   前記処理チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
   前記処理チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
   前記処理チャンバ内を排気する排気機構と
   を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
   

Images