JP6969182B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理基板に対してプラズマ化された処理ガスを供給し、プラズマ処理を実施する技術に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造においては、被処理基板であるガラス基板にプラズマ化された処理ガスを供給して、エッチング処理や成膜処理などのプラズマ処理を行う工程がある。例えばプラズマ処理は、真空雰囲気が形成される処理容器内に設けられた載置台上に基板を載置した状態で実施される。

例えば特許文献１には、真空槽内に配置された電極板の表面に、縦横に伸びる溝を形成し、この溝内に絶縁部材を配置することにより、絶縁部材によって取り囲まれた複数の電極板表面に各々基板を配置し、複数の基板に一括してエッチング処理を行うプラズマ処理装置が記載されている。
また、特許文献２、３には、電極上に複数の基板を載置してプラズマ処理を行うにあたり、電極の周囲に種々の誘電体を配置する技術が記載されている（特許文献２につき、アルミニウム製の基板載置台の凸部を囲む誘電体リングや、第１、第２の誘電体カバー。特許文献３につき、ペデスタル電極をなす金属板の上面に配置される誘電体板や、当該誘電体板上に基板を搬送するセラミクス製のトレイ）。

しかしながらこれら特許文献１〜３のいずれにも、複数の被処理基板を隣り合って配置した状態でプラズマ処理を行う際に、これら被処理基板の周囲に配置されている部材に対して、各電極部に印加される高周波電力が及ぼす影響、及びその対策については検討されてはいない。

特許第５０９４３０７号公報：段落００１１〜００１５、図１、２ 特公平７−３０４６８号公報：第６欄の３９行目〜第７欄の１２行目、図１ 特許第４３６１０４５号公報：段落００２８、００２９、図１、３

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、複数の被処理基板に対して同時にプラズマ処理を行う際に、被処理基板が載置される電極部への高周波電力の印加が周囲の部材に及ぼす影響を抑えることが可能なプラズマ処理装置を提供することである。

第１のプラズマ処理装置は、被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理が実施される処理空間を構成すると共に、当該処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部、及び前記処理空間の真空排気を行う真空排気部に接続された処理容器と、
前記処理空間に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部と、
前記処理空間内に設けられ、その上面が、一の被処理基板を載置するための第１の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第１の電極部と、
前記処理空間内の前記第１の電極部から離間して隣り合う位置に設けられ、その上面が、前記一の被処理基板とは異なる他の被処理基板を載置するための第２の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第２の電極部と、
上方側から見て、前記第１の基板載置面の周囲、及び前記第２の基板載置面の周囲の双方を囲むセラミックス製のリング部と、
前記第１、第２の基板載置面の間に位置するリング部の下面側であって、間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の側面に囲まれる空間全体に充填されるように設けられ、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなる誘電体部材と、を備えたことを特徴とする。
第２のプラズマ処理装置は、被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理が実施される処理空間を構成すると共に、当該処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部、及び前記処理空間の真空排気を行う真空排気部に接続された処理容器と、
前記処理空間に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部と、
前記処理空間内に設けられ、その上面が、一の被処理基板を載置するための第１の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第１の電極部と、
前記処理空間内の前記第１の電極部から離間して隣り合う位置に設けられ、その上面が、前記一の被処理基板とは異なる他の被処理基板を載置するための第２の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第２の電極部と、
間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の各側面の下部側の位置に配置され、各々、相手の電極部側へ向けて突出し、先端部が互いに突き合わさるように形成された鍔状の突出部と、
上方側から見て、前記第１の基板載置面の周囲、及び前記第２の基板載置面の周囲の双方を囲むセラミックス製のリング部と、
前記第１、第２の基板載置面の間に位置するリング部の下面側であって、間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の側面と、前記第１、第２の電極部の各突出部の上面とに囲まれる空間全体に充填されるように設けられ、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなり、その厚さ寸法が３５ｍｍ以上である誘電体部材と、を備えたことを特徴とする。
第３のプラズマ処理装置は、被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理が実施される処理空間を構成すると共に、当該処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部、及び前記処理空間の真空排気を行う真空排気部に接続された処理容器と、
前記処理空間に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部と、
前記処理空間内に設けられ、高周波電力が印加される第１の下段側電極と、
その上面が、一の被処理基板を載置するための第１の基板載置面を構成すると共に、互いに電気的に導通する前記第１の下段側電極上に設けられ、当該第１の下段側電極を介して前記高周波電力が印加される金属製の第１の電極部と、
前記処理空間内の前記第１の下段側電極から離間して隣り合う位置に配置され、高周波電力が印加される第２の下段側電極と、
前記第１の電極部から離間して隣り合う位置に設けられ、その上面が、前記一の被処理基板とは異なる他の被処理基板を載置するための第２の基板載置面を構成すると共に、互いに電気的に導通する前記第２の下段側電極上に設けられ、当該第２の下段側電極を介して前記高周波電力が印加される金属製の第２の電極部と、
上方側から見て、前記第１の基板載置面の周囲、及び前記第２の基板載置面の周囲の双方を囲むセラミックス製のリング部と、
前記第１、第２の基板載置面の間に位置するリング部の下面側であって、間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の側面及び前記第１、第２の下段側電極の側面に囲まれた空間全体に充填されるように設けられ、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなる誘電体部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１の電極部の上面側の第１の基板載置面の周囲、及び、当該第１の電極部から離間して隣り合う位置に設けられた第２の電極部の上面側の第２の基板載置面の周囲の双方を囲むように設けられたセラミックス製のリング部のうち、第１、第２の基板載置面の間に位置するリング部の下面側に、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなる誘電体部材を配置しているので、当該位置のリング部に働く電界強度の影響を低減することができる。

実施の形態に係るプラズマ処理装置の縦断側面図である。 前記プラズマ処理装置に設けられている第１、第２の電極部の平面図である。 前記第１、第２の電極部に係る縦断側面図である。 比較形態の第１、第２の電極部に係る縦断側面図である。 実施形態に係る第１、第２の電極部へのアルミナ溶射作業を示す模式図である。 比較形態に係る第１、第２の電極部へのアルミナ溶射作業を示す模式図である。 他の実施形態の第１、第２の電極部に係る縦断側面図である。 さらに他の実施形態の第１、第２の電極部に係る縦断側面図である。 リング部の表面の電界強度のシミュレーション結果を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の構成について、図１〜３を参照しながら説明する。
本例のプラズマ処理装置１は、誘導結合プラズマを生成して、矩形の被処理基板である例えばＧ６ハーフ基板に対し、エッチング処理やアッシング処理等の誘導結合プラズマを用いたプラズマ処理を行う。Ｇ６ハーフ基板は、Ｇ６サイズ（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）の基板の長辺の長さを半分に分割したサイズの基板であり、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）を用いた有機ＥＬディスプレイに適用されるものである。以下の説明では、このＧ６ハーフ基板を基板Ｇと呼ぶ。

本例のプラズマ処理装置１は、導電性材料、例えば内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、電気的に接地された角筒形状の気密な処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスや、石英等により構成された誘電体窓２によって、アンテナ室１１及び処理空間１２に上下に区画されている。

処理容器１０におけるアンテナ室１１の側壁１１１と処理空間１２の側壁１２１との間には内側に突出する支持部材１３が設けられており、この支持部材１３の上に誘電体窓２が載置される。処理容器１０の側面には、プラズマ処理される基板Ｇを受け渡す際に、ゲートバルブ１５の開閉が行われる搬入出口１４が設けられている。

誘電体窓２の下面側には、ガス供給部２１が嵌め込まれている。例えばガス供給部２１は、その内面または外面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の導電性材料により構成され、電気的に接地されている（接地状態については不図示）。ガス供給部２１の内部には水平に伸びるガス流路２２が形成され、ガス供給部２１の下面には、前記ガス流路２２から下方に向かって延びる複数のガス吐出孔２３が設けられている。
一方、ガス供給部２１の上面には、誘電体窓２を貫通し、前記ガス流路２２に連通するガス供給管２４が接続されている。さらにガス供給管２４は、処理容器１０の天井を貫通してその外側へと延伸され、処理ガス供給源及びバルブシステム等を含む処理ガス供給系２５に接続されている。ガス供給部２１やガス供給管２４、処理ガス供給系２５は、本例の処理ガス供給部に相当する。

アンテナ室１１内には、高周波（ＲＦ）アンテナ３が配設されている。高周波アンテナ３は、銅やアルミニウム等の良導電性の金属からなるアンテナ線３１を環状や渦巻状等の任意の形状に配置して構成され、絶縁部材からなるスペーサ３２により誘電体窓２から離間して設けられている。なお、高周波アンテナ３は、複数のアンテナ部を有する多重アンテナであってもよい。

アンテナ線３１の端子３３にはアンテナ室１１の上方へ延びる給電部材３４が接続され、この給電部材３４の上端側には、給電線３５及び整合器３６を介して高周波電源３７が接続されている。そして、高周波電源３７から高周波アンテナ３に対して、例えば周波数１３.５６ＭＨｚの高周波電力を供給すると、処理空間１２内に誘導電界が形成される。この結果、ガス供給部２１から供給された処理ガスがこの誘導電界によりプラズマ化され、誘導結合プラズマが生成される。
アンテナ線３１や端子３３〜高周波電源３７に至る構成は、本例のプラズマ形成部に相当する。

処理空間１２内の下部側には、複数例えば２枚のＧ６ハーフ基板Ｇを、互いに離間して隣り合う位置に載置するための第１の電極部４１ａ及び第２の電極部４１ｂが、誘電体窓２を挟んで高周波アンテナ３と対向する位置に配置されている。第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂは、共通の下段側電極４２上に設けられ、第１の電極部４１ａと下段側電極４２、及び第２の電極部４１ｂと下段側電極４２は、各々、互いの接触面を介して電気的に導通している。例えば第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂや下段側電極４２は、アルミニウムやステンレス等から構成される。

第１の電極部４１ａの上面は第１の基板載置面５１を構成し、一の基板Ｇが載置される。また、第２の電極部４１ｂの上面は第２の基板載置面５２を構成し、前記一の基板Ｇとは異なる他の基板Ｇが載置される、これら一の基板Ｇ及び他の基板Ｇに対しては、共通のプラズマ処理が実施される。第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂは、各々、平面視矩形状の金属板により構成されている。また、図２に示すように、第１、第２の基板載置面５１、５２についても、基板Ｇの形状に合わせて平面視矩形状に構成されている。

図１〜３に示すように、本例のプラズマ処理装置１において、第１の電極部４１ａ、第２の電極部４１ｂは、矩形状の金属板の長辺の向きを揃え、互いに離間して隣り合う位置に配置されている。
第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの上面及び四方の側面には、例えば絶縁性の被膜であるアルミナの溶射膜４５が形成されている。さらに、例えば第１、第２の基板載置面５１、５２を構成する溶射膜４５の内部には、図示しないチャック用の電極が配設され、不図示の直流電源から供給される直流電力により生じる静電吸着力を用いて基板Ｇを吸着保持することができる。

上述の第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂを下面側から支持する下段側電極４２は、絶縁部材４６によって下面側から支持されている。例えば絶縁部材４６は、矩形状のリング体として構成され、下段側電極４２の周縁部、及び当該下段側電極４２を側面から覆う後述の側部絶縁部材７３を下面側から支持する。
また、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂと、下段側電極４２と、処理容器１０の底板とを上下方向に貫通するように、複数本の昇降ピン（不図示）が設けられ、駆動機構（不図示）を用いて各昇降ピンを昇降させることができる。これら昇降ピンの昇降動作により、第１、第２の基板載置面５１、５２から昇降ピンの先端部が突没し、外部の基板搬送機構との間での基板Ｇの受け渡しが行われる。

さらに、下段側電極４２には、給電線５３、及び整合器５４を介して高周波電源５５が接続されている。プラズマ処理中に、この高周波電源５５から高周波電力を供給することにより、下段側電極４２を介して第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂにバイアス用の高周波電力が印加される。
処理容器１０の底板と、絶縁部材４６と、下段側電極４２とによって囲まれた空間は、処理空間１２から気密に区画され、処理容器１０の底板に、既述の昇降ピンや給電線５３などを通過させる開口を設けても、処理空間１２内は真空雰囲気に保たれている。

第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの内部には、たとえば周方向に延びる環状のチラー流路４１１が設けられている。このチラー流路４１１には、チラーユニット（図示せず）より所定温度の熱伝導媒体、例えばガルデン（登録商標）が循環供給され、熱伝導媒体の温度を調節することによって、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂ上に載置された各基板Ｇの処理温度を制御する。
また、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの内部には、下段側電極４２側から第１、第２の基板載置面５１、５２へ向けて、各電極部４１ａ、４１ｂ内を上下方向に貫通する複数のガス供給路４１２が設けられている。ガス供給路４１２は、第１、第２の基板載置面５１、５２に載置された基板Ｇの裏面に向けて、伝熱用のガス例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給する。

また下段側電極４２は、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂ側の各ガス供給路４１２に伝熱用のガスを供給する伝熱用のガスの拡散板としても用いられる。例えば下段側電極４２の上面には、溝部が形成されている。そして、下段側電極４２上に第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂを配置することにより、これらの電極部４１ａ、４１ｂの下面と溝部とによって囲まれるガス流路４２１が構成されると共に、各ガス供給路４１２の下端がガス流路４２１に連通した状態となる。当該ガス流路４２１には伝熱用のガスの供給配管（不図示）が接続されている。

さらに下段側電極４２の上面の周縁部と第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂとの間、及び下段側電極４２の下面の周縁部と絶縁部材４６との間、絶縁部材４６と処理容器１０の底面との間には、夫々シール部材であるOリング４９が設けられている。
また、処理容器１０の底面の排気口１６には排気路１７を介して真空排気機構１８が接続されている。この真空排気機構１８には図示しない圧力調整部が接続されており、これにより処理容器１０内が所望の真空度に維持されるように構成されている。排気路１７や真空排気機構１８は、本例の真空排気部に相当する。

図２に示すように、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂには、第１、第２の基板載置面５１、５２の周囲を全周に亘って夫々囲むように、アルミナ等の絶縁性セラミックスからなるリング部６が配置されている。
このリング部６は、プラズマ発生空間に臨むように配置されているので、このリング部６を介して、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂ（第１、第２の基板載置面５１、５２）上の２枚の基板Ｇにプラズマを夫々集中させることができる。

例えばリング部６の上面は、第１、第２の基板載置面５１、５２の上面と高さ位置が揃うように配置され、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの少なくとも上部の側面は全周に亘ってリング部６により囲まれる。図２に示すようにリング部６は、長尺体である複数の帯状部材を組み合わせて構成され、矩形状の枠体の中央部を横断するように１本の帯状部材を配置した形状に構成されている。言い替えると、リング部６は、概略、７セグメントディスプレイで表示した「８」の字を横転させた形状に構成されているとも言える。なお、図２においては帯状部材の個別の図示を省略し、組み立て後のリング部６の形状を一体に表示してある。

例えばリング部６を構成する帯状部材の厚さは５〜３０ｍｍの範囲内の値、帯状部材の幅寸法は１０〜６０ｍｍの範囲内の値に夫々、構成されている。このとき、前記第１の基板載置面５１と第２の基板載置面５２との離間間隔は、前記帯状部材の幅寸法に対応する１０〜６０ｍｍ（Ｇ６ハーフ基板Ｇの短辺の長さ（７５０ｍｍ）の２５分の二〜７５分の一〕）の範囲内の値に設定されている。

さらにリング部６の下面側には、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂを一体として見たときの４側面、及びその下に位置する下段側電極４２の側面を覆うように側部絶縁部材７３が配置されている。側部絶縁部材７３は例えばアルミナ等の絶縁性のセラミックスやポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性の樹脂により構成され、平面視矩形状のリング体となっている。

また、側部絶縁部材７３及び絶縁部材４６の外周側には、これら側部絶縁部材７３及び絶縁部材４６の側面を覆う外側リング部７４が配置されている。例えば外側リング部７４は、既述のリング部６と同じセラミックス製であって、平面視矩形状のリング体となっている。
リング部６の矩形状の枠体は、上述の側部絶縁部材７３及び外側リング部７４の上面に配置される。また側部絶縁部材７３の下面は絶縁部材４６にて支持されている。

ここで、図４に比較形態として示す構成は、下段側電極４２の上に、当該下段側電極４２の上面全体を覆う大型の電極部４０を設けている。そして、電極部４０の上面中央を横切るように凹部４００を形成し、当該凹部４００内にリング部６の一部を配置することにより、第１の基板載置面５１と第２の基板載置面５２とを分離した。
なお、以下に説明する図４〜８の各図において、図１〜３を用いて説明したものと共通の構成要素については、図１〜３にて用いたものと共通の符号を付してある。

ところが、後述の実施例にシミュレーション結果を示すように、比較形態においては、第１の基板載置面５１と第２の基板載置面５２とを分離するリング部６の配置位置の電界強度が高くなってしまうことが分かった。リング部６の配置位置にて電界強度が高くなると、リング部６を構成するセラミックスが削れてパーティクルが発生し、基板Ｇを汚染する要因ともなってしまう。

特に、矩形状の第１、第２の基板載置面５１、５２が長辺の向きを揃えて隣り合って配置される場合には、電界強度が高くなる領域が広範囲に渡り、パーティクル発生の問題も顕著になるおそれがある。この点、第１の基板載置面５１と第２の基板載置面５２との間隔を広げることができれば、電界強度を低減できる可能性もあるが、プラズマ処理装置全体が大型化してしまうため現実的ではない。

そこで図１、３に示すように本例のプラズマ処理装置１は、下段側電極４２上に２つの電極部（第１の電極部４１ａ、第２の電極部４１ｂ）を互いに離間して配置し、第１の基板載置面５１の周囲、及び第２の基板載置面５２の周囲の双方を囲むようにリング部６を設けた。そして第１、第２の基板載置面５１、５２間に位置するリング部６の下面側に、リング部６を構成するセラミックスの誘電率よりも誘電率の低い誘電体からなる誘電体部材４４を配置することにより、リング部６の配置位置における電界強度を低減することができた（後述の実施例のシミュレーション結果参照）。

図１、３に示すプラズマ処理装置１において、誘電体部材４４は、間隔を開けて対向する第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの側面と、リング部６の下面と、下段側電極４２の上面とに囲まれる空間に充填されるように設けられている。
比誘電率が約９〜１１程度のアルミナによりリング部６を構成する場合、当該アルミナよりも誘電率が小さな誘電体としては、フッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレンの比誘電率は約２程度）や石英（比誘電率は約４程度）を例示することができる。

また、凹部４００を形成した比較例に係る電極部４０と比較して、平面視矩形状の金属板により構成された第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂは、溶射ノズル７による溶射膜４５の形成作業が行い易く、緻密な溶射膜４５を形成できるという利点もある。
即ち、実施形態に係る第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂには、溶射膜４５を形成すべき凹部が存在しないため、図５に示すように、溶射膜４５の被形成面に対して溶射ノズル７からの溶射材の吐出角をほぼ直角にして溶射を行うことができる。この結果、溶射材粒子の付着密度が高い緻密な溶射膜４５を形成することができる。

これに対して図６（ａ）、（ｂ）に示すように、リング部６を配置する凹部４００が形成された比較形態に係る電極部４０は、凹部４００の内側面に溶射膜４５を形成する際の溶射ノズル７からの溶射材の吐出角が５０〜６０°程度となってしまう。この結果、吐出角をほぼ直角にした場合と比較して、溶射材粒子の付着密度が低くなり、緻密性の悪い溶射膜４５が形成され、プラズマとの間での異常放電が発生し、基板Ｇに対して正常なプラズマ処理を実施することができないおそれもある。
この点で、緻密な溶射膜４５を形成可能な実施形態に係る第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂは、プラズマとの間での異常放電の発生を効果的に抑制できる。

以上に説明した構成を備えるプラズマ処理装置１には例えばコンピュータからなる制御部１００が設けられている。この制御部１００はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、プログラムには制御部１００からプラズマ処理装置１の各部に制御信号を送り、予め設定されたステップを進行させることで基板Ｇに対してプラズマ処理を施すように命令が組み込まれている。このプログラムは、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの図示しない記憶部に格納されて制御部１００にインストールされる。

上述の構成を備えるプラズマ処理装置１の作用について説明する。
はじめにプラズマ処理装置１のゲートバルブ１５を開くと、図示しない基板搬送機構により処理空間１２内へ基板Ｇが搬入される。そして、第１の基板載置面５１から複数の昇降ピンを突出させることで、基板Ｇを昇降ピンで支持する。処理空間１２内から基板搬送機構を退避させた後、昇降ピンを降下させることにより、第１の基板載置面５１側に一の基板Ｇが載置される。次いで、第２の基板載置面５２側の昇降ピンを用いて同様の動作を繰り返すことにより、第２の基板載置面５２に他の基板Ｇが載置される。なお、２枚の基板Ｇを横方向に並べた状態で搬送することが可能な基板搬送機構を用い、第１、第２の基板載置面５１、５２に対して同時に基板Ｇの搬送、受け渡しを行ってもよい。
次いで、溶射膜４５内の不図示のチャック電極に直流電力を供給して、基板Ｇを吸着保持する。

処理空間１２内から基板搬送機構を退避させた後、ゲートバルブ１５を閉じ、処理ガス供給系２５から供給された処理ガス（例えばエッチングガス）をガス供給部２１内に拡散させ、ガス吐出孔２３を介して処理空間１２内に供給する。また、排気口１６から排気路１７を介して真空排気機構１８へ向けて処理空間１２内の真空排気を実施することにより、処理空間１２内を例えば０．６６〜２６．６Ｐａ（５〜２００ｍＴｏｒｒ）程度の圧力雰囲気に調節する。
また、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、ガス供給路４１２を介して、伝熱用のガスであるＨｅガスを基板Ｇの裏面側に供給する。

次いで、高周波電源３７から高周波アンテナ３に既述の１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、これにより誘電体窓２を介して処理空間１２内に均一な誘導電界を形成する。こうして形成された誘導電界により、処理空間１２内に供給された処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Ｇに対するプラズマ処理、例えば基板Ｇの所定の膜に対するプラズマエッチングが行われる。

このとき、高周波電源５５からバイアス用の高周波電力を第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂに印加することにより、処理ガスのプラズマが第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂ側に引き寄せられ、垂直性の高いエッチング処理を進行させることができる。また、基板Ｇの周囲には絶縁部材であるセラミックス製のリング部６が設けられていることにより、プラズマが基板Ｇ側に引き寄せられ、基板Ｇ上にプラズマを集中させてエッチング速度を向上させることができる。

このとき、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの間に配置されたリング部６の下面側に、リング部６を構成するセラミックスの誘電率よりも誘電率の低い誘電体からなる誘電体部材４４を配置することにより、当該リング部６の配置位置における電界強度を低減することができる。
この結果、リング部６を構成するセラミックスが削れることに伴うパーティクルの発生を抑え、プラズマ処理中の基板Ｇに対する汚染の発生を低減することができる。

また、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂとして平面視矩形状の金属板を用い、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの表面に緻密な溶射膜４５が形成されていることにより、プラズマ処理中の異常放電の発生を抑え、基板Ｇに対して正常なプラズマ処理を行うことができる。

予め設定された時間、プラズマエッチングを実施したら、処理ガスや伝熱用のガスの供給を停止すると共に、高周波アンテナ３及び第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂへの高周波電力の印加を停止して、プラズマ処理を終了する。しかる後、処理空間１２内の圧力調整を行い、基板Ｇの吸着保持を解除して搬入時とは反対の手順で処理後の基板Ｇを搬出する。

本実施の形態に係るプラズマ処理装置１によれば、第１の電極部４１ａの上面側の第１の基板載置面５１の周囲、及び、当該第１の電極部４１ａから離間して隣り合う位置に配置された第２の電極部４１ｂの上面側の第２の基板載置面５２の周囲の双方を囲むように設けられたセラミックス製のリング部６のうち、第１、第２の基板載置面５１、５２の間に位置するリング部６の下面側に、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなる誘電体部材４４を配置している。
この結果、第１、第２の基板載置面５１、５２の間に配置されたリング部６における電界強度を低減することができるので、例えば第１、第２の基板載置面５１、５２の配置間隔を広げて前記電界強度を低減する場合と比較して、プラズマ処理装置１の大型化を避けつつ、電界強度の上昇に伴うリング部６からのパーティクルの発生を抑制することができる。

ここで第１、第２の基板載置面５１、５２を成す第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂは、図１〜３を用いて説明した、互いに対向する側面が平坦な、平面視矩形状の金属板により構成する場合に限定されない。
例えば図７に示すように、第１、第２の電極部４１ａ’、４１ｂ’の互いに対向する各側面の下部側の位置に、各々、相手の電極部４１ｂ’、４１ａ’側へ向けて突出し、先端部が互いに突き合わさるように配置される鍔状の突出部４１３を形成してもよい。なお、互いに突き合わさるように配置された突出部４１３の先端部同士は接触していなくてもよく、これらの先端部同士の間に数ミリメートル程度の隙間が形成されていてもよい。

このとき、誘電体部材４４は、間隔を開けて対向する第１、第２の電極部４１ａ’、４１ｂ’の側面と、リング部６の下面と、第１、第２の電極部４１ａ’、４１ｂ’の各突出部４１３、４１３の上面とに囲まれる空間に充填されるように設けられる。

本例では、溶射膜４５が形成されていない下段側電極４２の上面を、溶射膜４５が形成された突出部４１３にて覆うことにより、プラズマと下段側電極４２との間の絶縁性を向上させ、異常放電の発生をさらに抑制することができる。
なお、突出部４１３を設けた第１、第２の電極部４１ａ’、４１ｂ’への溶射膜４５の形成時においても、溶射処理は第１、第２の電極部４１ａ’、４１ｂ’の組み合わせ前に行われるので、突出部４１３の上面及び上面に対しては、溶射ノズル７からの溶射材の吐出角をほぼ直角にして溶射を行うことができ、緻密な溶射膜４５の形成が可能である。

この他、図８に示す例では、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂに加え、下段側電極も第１、第２の下段側電極４２ａ、４２ｂに分割されている。
即ち、前記第１の電極部４１ａは、互いに電気的に導通する第１の下段側電極４２ａ上に設けられ、また、第２の電極部４１ｂは、第１の下段側電極４２ａから離間して隣り合う位置に配置され、第２の電極部４１ｂと互いに電気的に導通する第２の下段側電極４２ｂ上に設けられている。

第１の電極部４１ａと第１の下段側電極４２ａとの間、第２の電極部４１ｂと第２の下段側電極４２ｂとの間には、各ガス供給路４１２へ向けて伝熱用のガスを供給するためのガス流路４２１が形成される。
また、高周波電源５５は、第１、第２の下段側電極４２ａ、４２ｂに各々、接続され、これら第１、第２の下段側電極４２ａ、４２ｂを介して第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂに高周波電力が印加される。

図８に示す例において、絶縁部材４６は、矩形状のリング体と、当該リング体の２本の長辺の中間点を結ぶ棒体とを組み合わせて構成され、平面視したとき「日の字状」となっている。そして誘電体部材４４は、間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂの側面及び第１、第２の下段側電極４２ａ、４２ｂの側面と、リング部６の下面と絶縁部材４６に囲まれる空間に充填されるように設けられている。例えば誘電体部材４４は、前記棒体である絶縁部材４６によって支持されている。
なお、前記棒体である絶縁部材４６を設けて誘電体部材４４を支持する手法に替えて、第１、第２の下段側電極４２ａ、４２ｂ側から鍔状の支持部材を突出させ、当該支持部材によって誘電体部材４４を支持してもよい。

ここで、処理空間１２の底部に第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂを配置する手法は、図１、３、７、８に示す、矩形状のリング体として構成された絶縁部材４６の上面に、下段側電極４２（または第１の下段側電極４２ａ、第２の下段側電極４２ｂ）、第１の電極部４１ａ、第２の電極部４１ｂ（または第１の電極部４１ａ’、第２の電極部４１ｂ’）、誘電体部材４４、リング部６、側部絶縁部材７３、外側リング部７４を含む組み立て構造体（基板Ｇの載置台に相当する）を設ける場合に限定されない。
例えば下段側電極４２と処理容器１０の底板との間を気密に繋ぐ伸縮自在なベローズを設け、当該ベローズの内側に、前記底板を貫通するように昇降自在な支柱を配置し、当該支柱の上端部に絶縁部材を介して下段側電極４２を接続してもよい。この場合、例えば処理容器１０の底板には、第１、第２の基板載置面５１、５２に夫々対応する位置に、図示しない複数の受け渡しピン等の基板受け渡し機構が夫々設けられており、支柱が下降することにより、第１、第２の基板載置面５１、５２から受け渡しピンが突出し、外部の基板搬送機構との間での基板Ｇの受け渡しは、受け渡しピンを介して行われる。

なお、処理容器１０にて形成されるプラズマは、誘導結合プラズマを形成する高周波アンテナ３、誘電体窓２を備える場合に限定されるものではない。誘電体窓２ではなく非磁性の金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されると共に、処理容器１０から絶縁された金属壁（金属窓）を介して高周波アンテナ３が設けられた場合についても適用できる。この場合、処理ガスは、ガス供給部２１からではなく金属壁にガスシャワー機構を設けて供給してもよい。

さらに、上述の各実施の形態においては、処理ガスを誘導結合によりプラズマ化してプラズマ処理を行う例について説明したが、プラズマ形成部が処理ガスをプラズマ化する手法はこの例に限定されない。
金属製のガス供給部２１と第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂ間に高周波電力を印加して容量結合を形成し、処理ガスをプラズマ化する容量結合プラズマや、処理空間１２にマイクロ波を導入して処理ガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマを用いてプラズマ処理を行ってもよい。これらの場合にも、第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂにはプラズマ形成用やイオン引き込み用の高周波電力が印加される。
そこでこれらのプラズマ形成手法においても、第１、第２の基板載置面５１、５２の間に設けられるリング部６の下面側に誘電体部材４４を設け、当該リング部６の配置位置における電界強度の低減を図ってもよい。

さらには、本例のプラズマ処理装置１を用いて実施されるプラズマ処理の種類は、既述のエッチング処理やアッシング処理に限定されるものではなく、基板Ｇに対する成膜処理であってもよい。
また、基板Ｇの種類についても既述のＧ６ハーフ基板の例に限定されず、他のサイズの矩形基板であってもよい。さらにまた、ＦＰＤ用の矩形基板に限らず、太陽電池等の他の用途の矩形基板を処理する場合にも本発明は適用可能である。この他、例えば半導体ウエハ等の円形の基板にも本発明は適用することが可能である。

（シミュレーション）
リング部６の下面側に誘電体部材４４を設けた場合と設けない場合とにおけるリング部６の表面に発生する電界強度の相違をシミュレーションにより確認した。
Ａ．シミュレーション条件
（実施例１）幅３５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのセラミックス製の板材（比誘電率：９．９、リング部６に相当する）の下面側に、幅３５ｍｍ、厚さ３５ｍｍのポリテトラフルオロエチレン性の誘電体部材４４（比誘電率：２．０）を配置し、これらセラミックス製の板材、及び誘電体部材４４の両脇に第１、第２の電極部４１ａ、４１ｂに相当するアルミニウムを配置したシミュレーションモデルを作成した。当該モデルは、図３、図７に示す実施形態に対応する。そして、アルミニウムに所定のＲＦ電圧を印加した場合において、上面側に露出しているアルミニウム、及びセラミックス製の板材の各位置における電界強度をシミュレーションした。
（実施例２）誘電体部材４４の厚さを６０ｍｍにした点を除いて、実施例１と同様のシミュレーションを行った。本モデルは、図８に示す実施形態に対応する。
（比較例１）誘電体部材４４を設けていない点と、セラミックス製の板材の下面側にもアルミニウムを配置した点とを除いて、実施例１と同様のシミュレーションを行った。本モデルは、図４に示す比較形態に対応する。

Ｂ．シミュレーション結果
実施例１、２及び比較例１のシミュレーション結果を図９に示す。図９の横軸は、リング部６に相当するセラミックス製の板材の幅寸法の中心位置を原点としたときの幅方向の座標位置［ｍ］を示し、縦軸は各位置における電界強度［ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ］を示す。実施例１、２のシミュレーション結果は、ほぼ同じであったので、１本の実線で示し、比較例１のシミュレーション結果は破線で示してある。

図９に示す実施例１、２の結果によると、下面側に誘電体部材４４が配置されたセラミックス製の板材においては、幅方向の中心位置にて電界強度が最も低く、幅方向の端部へ向けて徐々に電界強度が上昇した後、急激に電界強度が上昇する分布が形成されることが分かった。
また、実施例１のシミュレーションに関しては、５〜３５ｍｍの範囲内で誘電体部材４４の厚さを変化させた複数のシミュレーションモデルを作成してシミュレーションを行った。これらのシミュレーションの結果についても、図９に示す実施例１の結果とほぼ同じであった。

これに対して、比較例１では、急激に電界強度が上昇する位置よりも内側の領域では平坦な電界強度分布が形成され、その値は、いずれの位置においても実施例１、２の電界強度よりも高くなっている。
これらのシミュレーション結果から、図４に示す電極部４０の凹部４００内にリング部６を配置する手法に比べて、図３、７、８に示すリング部６の下面側に当該リング部６を構成するセラミックスよりも誘電率の低い誘電体部材４４を設ける手法を採用することにより、リング部６の表面の電界強度を低下させることが可能であることが分かる。

Ｇ 基板
１ プラズマ処理装置
１０ 処理容器
１２ 処理空間
１８ 真空排気機構
２１ ガス供給部
３ 高周波アンテナ
４１ａ、４１ａ’
第１の電極部
４１ｂ、４１ｂ’
第２の電極部
４１２ ガス供給路
４１３ 突出部
４２ 下段側電極
４２ａ 第１の下段側電極
４２ｂ 第２の下段側電極
４２１ ガス流路
４４ 誘電体部材
４５ 溶射膜
５１ 第１の基板載置面
５２ 第２の基板載置面
６ リング部

Claims (10)

1. 被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置において、
   前記プラズマ処理が実施される処理空間を構成すると共に、当該処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部、及び前記処理空間の真空排気を行う真空排気部に接続された処理容器と、
   前記処理空間に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部と、
   前記処理空間内に設けられ、その上面が、一の被処理基板を載置するための第１の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第１の電極部と、
   前記処理空間内の前記第１の電極部から離間して隣り合う位置に設けられ、その上面が、前記一の被処理基板とは異なる他の被処理基板を載置するための第２の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第２の電極部と、
   上方側から見て、前記第１の基板載置面の周囲、及び前記第２の基板載置面の周囲の双方を囲むセラミックス製のリング部と、
   前記第１、第２の基板載置面の間に位置するリング部の下面側であって、間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の側面に囲まれる空間全体に充填されるように設けられ、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなる誘電体部材と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記第１の電極部及び第２の電極部は、これら第１、第２の電極部と電気的に導通する共通の下段側電極上に設けられ、前記下段側電極を介して前記第１、第２の電極部に高周波電力が印加され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。
3. 前記誘電体部材は、さらに前記下段側電極の上面に囲まれる前記空間全体に充填されるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置において、
   前記プラズマ処理が実施される処理空間を構成すると共に、当該処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部、及び前記処理空間の真空排気を行う真空排気部に接続された処理容器と、
   前記処理空間に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部と、
   前記処理空間内に設けられ、その上面が、一の被処理基板を載置するための第１の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第１の電極部と、
   前記処理空間内の前記第１の電極部から離間して隣り合う位置に設けられ、その上面が、前記一の被処理基板とは異なる他の被処理基板を載置するための第２の基板載置面を構成すると共に、高周波電力が印加される金属製の第２の電極部と、
   間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の各側面の下部側の位置に配置され、各々、相手の電極部側へ向けて突出し、先端部が互いに突き合わさるように形成された鍔状の突出部と、
   上方側から見て、前記第１の基板載置面の周囲、及び前記第２の基板載置面の周囲の双方を囲むセラミックス製のリング部と、
   前記第１、第２の基板載置面の間に位置するリング部の下面側であって、間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の側面と、前記第１、第２の電極部の各突出部の上面とに囲まれる空間全体に充填されるように設けられ、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなり、その厚さ寸法が３５ｍｍ以上である誘電体部材と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 前記第１の電極部及び第２の電極部は、これら第１、第２の電極部と電気的に導通する共通の下段側電極上に設けられ、前記下段側電極を介して前記第１、第２の電極部に高周波電力が印加され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。
6. 前記第１の電極部と下段側電極との間、及び前記第２の電極部と下段側電極との間には、各々、前記第１、第２の電極部内を上下方向に貫通する複数のガス供給路を介し、前記第１、第２の基板載置面上に載置された被処理基板の裏面に向けて伝熱用のガスを供給するためのガス流路が形成されていることを特徴とする請求項２、３または５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
7. 被処理基板に対し、プラズマ化された処理ガスによるプラズマ処理を実施するプラズマ処理装置において、
   前記プラズマ処理が実施される処理空間を構成すると共に、当該処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部、及び前記処理空間の真空排気を行う真空排気部に接続された処理容器と、
   前記処理空間に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ形成部と、
   前記処理空間内に設けられ、高周波電力が印加される第１の下段側電極と、
   その上面が、一の被処理基板を載置するための第１の基板載置面を構成すると共に、互いに電気的に導通する前記第１の下段側電極上に設けられ、当該第１の下段側電極を介して前記高周波電力が印加される金属製の第１の電極部と、
   前記処理空間内の前記第１の下段側電極から離間して隣り合う位置に配置され、高周波電力が印加される第２の下段側電極と、
   前記第１の電極部から離間して隣り合う位置に設けられ、その上面が、前記一の被処理基板とは異なる他の被処理基板を載置するための第２の基板載置面を構成すると共に、互いに電気的に導通する前記第２の下段側電極上に設けられ、当該第２の下段側電極を介して前記高周波電力が印加される金属製の第２の電極部と、
   上方側から見て、前記第１の基板載置面の周囲、及び前記第２の基板載置面の周囲の双方を囲むセラミックス製のリング部と、
   前記第１、第２の基板載置面の間に位置するリング部の下面側であって、間隔を開けて対向する前記第１、第２の電極部の側面及び前記第１、第２の下段側電極の側面に囲まれた空間全体に充填されるように設けられ、前記セラミックスよりも誘電率が低い誘電体からなる誘電体部材と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 前記第１の電極部と第１の下段側電極との間、及び前記第２の電極部と第２の下段側電極との間には、各々、前記第１、第２の電極部内を上下方向に貫通する複数のガス供給路を介し、前記第１、第２の基板載置面上に載置された被処理基板の裏面に向けて伝熱用のガスを供給するためのガス流路が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記第１の基板載置面を含む第１の電極部の上面、及び側面、並びに、前記第２の基板載置面を含む第２の電極部の上面、及び側面は、絶縁性の被膜によって覆われていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
10. 前記リング部を構成するセラミックスはアルミナであり、前記誘電体部材を構成する誘電体は、フッ素樹脂または石英であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。

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