JP7283242B2 - 基板ホルダおよびプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置における、プラズマ処理が実行される対象である基板を固定するための基板ホルダなどに関する。

誘電結合プラズマを用いて基板にプラズマ処理を施すためにプラズマ処理装置が使用されている。これらのプラズマ処理装置では、プラズマ処理の対象となる基板を固定するための固定ホルダが用いられる。

例えば、特許文献１には、マグネットを用いて基板を固定する技術が開示されている。特許文献１の技術では、磁性体で構成されるマスクと、マグネットを有する保持部とによって基板を固定している。

特開２０１０－８４２０５号公報（２０１０年４月１５日公開）

しかしながら、特許文献１の技術では、マグネットの磁力により発生したプラズマが影響されてしまい、所望のプラズマ処理を行うことができない可能性がある、または、磁力を封じ込めるための構成が必要になるという問題がった。

本発明の一態様は、機械的に基板を固定することができ、かつ、簡易な構成の基板ホルダを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る基板ホルダは、プラズマ処理が実行される対象である基板が載置される載置部を有する第１部材と、前記基板が前記載置部に載置されている状態において、前記基板の前記載置部に当接している面と反対側の面の少なくとも外周部に当接する第２部材と、を備え、前記第１部材または前記第２部材には、前記第２部材に対する前記第１部材の移動方向に対して傾斜するテーパ面を有する固定溝が形成されており、前記第１部材または前記第２部材のうち、前記固定溝が形成されていない方には、前記固定溝のテーパ面に対応するテーパ面が形成された固定部材をスライドさせるスライド溝が形成されており、前記固定部材を前記固定溝に挿入する方向に前記固定部材を付勢する付勢手段が、前記スライド溝内に設けられている。

本発明の一態様によれば、機械的に基板を固定することができ、かつ、簡易な構成とすることができる。

本発明の実施形態１に係るプラズマ処理装置の構成を模式的に示す断面図である。 上記プラズマ処理装置が有する基板ホルダの上面図である。 図２におけるＡ－Ａ線矢視断面図である。 図２におけるＢ－Ｂ線矢視断面図である。 上記基板ホルダを用いた基板の固定方法を説明するための図である。 上記基板ホルダを用いた基板の固定方法を説明するための図である。 上記基板ホルダを用いた基板の固定方法を説明するための図である。 上記基板ホルダからの基板の取り外し方法を説明するための図である。 厚みが大きい基板を用いた場合の基板の固定方法について説明するための図である。 本発明の実施形態２に係る基板ホルダの構成を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置１の構成を模式的に示す断面図である。プラズマ処理装置１は、誘電結合プラズマを用いて基板Ｓにプラズマ処理を施す装置である。ここで、プラズマ処理装置１による基板Ｓに施す処理は、例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリングなどである。なお、プラズマ処理装置１は、プラズマＣＶＤ法によって膜形成を行う場合はプラズマＣＶＤ装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタリング装置とも呼ばれる。

プラズマ処理装置１は、図１に示すように、真空排気されかつガス導入口２ａを介してガスＧが導入される真空容器２と、真空容器２内に配置された直線上をなす高周波アンテナ３と、真空容器２内にプラズマＰ（融合結合プラズマ）を生成するための高周波電力を高周波アンテナ３に供給する高周波電源４と、を備えている。プラズマ処理装置１では、高周波アンテナ３に高周波電源４から高周波電力を供給することにより高周波アンテナ３に高周波電流が流れる。これにより、真空容器２内に誘導電界が発生してプラズマＰが生成される。生成されたプラズマＰは、基板Ｓの近傍まで拡散し、当該プラズマＰによって上述した処理が施される。

また、プラズマ処理装置１は、基板Ｓを固定する基板ホルダ１０を備えている。以下に、本実施形態における基板ホルダ１０の詳細について述べる。図２は、基板ホルダ１０の上面図である。図３は、図２におけるＡ－Ａ線矢視断面図である。図４は、図２におけるＢ－Ｂ線矢視断面図である。なお、以下では、図３および図４における上下方向を、基板ホルダ１０の上下方向として説明する場合がある。

図２～図４に示すように、基板ホルダ１０は、第１部材２０と、第２部材３０と、固定部材１１と、バネ１２（付勢手段）と、第３部材１３とを備えている。

第１部材２０は、基板Ｓを下方より支持する部材である。第１部材２０は、図３および図４に示すように、基板Ｓが載置される載置部２１を備えている。第１部材２０は、金属（例えば、ステンレス、チタンなど）によって形成されている。第１部材２０は、図３および図４における上下方向に移動できるようになっている。

第１部材２０の側面には、図４に示すように、後述する固定部材１１が挿入される位置に固定溝２２が形成されている。固定溝２２は、外側に向けて開口する凹部にてなっている。固定溝２２は、第２部材３０に対する第１部材２０の移動方向（図３および図４における上下方向）に対して傾斜するテーパ面２２ｂを有している。より詳細には、固定溝２２は、テーパ面２２ｂが第１部材２０の側面から内側に向かうにつれて下方になるように形成されている。これにより、固定溝２２は、第１部材２０の側面から内側に向かうにつれて上下方向の長さが短くなっている。なお、第１部材２０には、後述する固定部材１１が配置される箇所（図２参照）に対応して６個の固定溝２２が形成されている。なお、後述する固定部材１１が配置される箇所は、６個に限定されるものではなく、基板ホルダ１０の大きさなどに合わせて適宜設定すればよい。

第２部材３０は、基板Ｓが第１部材２０の載置部２１に載置されている状態において、基板Ｓの、載置部２１に当接している面と反対側の面の外周部に当接する当接部３０ｂを有するマスクである。また、第２部材３０には、図４に示すように、後述する固定部材１１をスライドさせるスライド溝３０ａが形成されている。

スライド溝３０ａは、第２部材の厚み方向（図４に示す上下方向）の中間部に形成されており、内側（すなわち、第１部材２０側）が開口する凹部にてなっている。スライド溝３０ａは、第１部材２０の上端部が当接部３０ｂに当接したときに、図４に示す上下方向において、第１部材２０の固定溝２２と同じ位置に形成されている。

また、第２部材３０には、底面３０ｄに、後述する第３部材１３が挿入される孔３０ｃが形成されている。第２部材３０は、金属（例えば、アルミニウム、チタンなど）によって形成されている。

固定部材１１は、第１部材２０を第２部材３０に固定するための部材である。固定部材１１は、第２部材３０のスライド溝３０ａの内部に格納されている。固定部材１１の内側（すなわち、第１部材２０側）の端部には、第１部材２０の固定溝２２に形成されたテーパ面２２ｂに対応するテーパ面１１ａが形成されている。すなわち、テーパ面１１ａと図４における上下方向とがなす角度は、固定溝２２に形成されたテーパ面２２ｂと図４における上下方向とがなす角度と同じ角度となっている。

また、固定部材１１の底面には、固定部材１１を固定溝２２に挿入する方向（図３および図４における左右方向）に対して傾斜するテーパ面１１ｃを有する凹部１１ｂが形成されている。

バネ１２は、第２部材３０のスライド溝３０ａの内部に設置されている。バネ１２の一方の端部は、固定部材１１に接続されており、他方の端部は、第２部材３０に接続されている。バネ１２は、固定部材１１を固定溝２２に挿入する方向（すなわち、基板ホルダ１０の内側）に向けて固定部材１１に対して弾性力を付与する。これにより、固定部材１１は、バネ１２により固定溝２２に挿入する方向に付勢されている。

第３部材１３は、固定部材１１を固定溝２２に挿入する方向とは反対方向にスライドさせる部材である。第３部材１３は、図４に示すように、第２部材３０に形成された孔３０ｃに挿入される位置に設けられている。第３部材１３の上面１３ａは、固定部材１１の凹部１１ｂが有するテーパ面１１ｃに対応するテーパ面が形成されている。すなわち、上面１３ａと図４における左右方向とがなす角度は、固定部材１１の凹部１１ｂが有するテーパ面１１ｃと図４における左右方向とがなす角度と同じ角度となっている。

基板Ｓは、プラズマ処理装置１によるプラズマ処理が実行される対象である。ガラス基板Ｓは、ガラス基板（例えば、青板ガラス）にてなっている。基板Ｓの厚みは、例えば、０．４ｍｍ～０．７ｍｍ程度である。

次に、基板ホルダ１０を用いた、基板Ｓの固定方法および基板Ｓの取り外し方法について説明する。図５～７は、基板Ｓの固定方法を説明するための図である。

基板ホルダ１０を用いた基板Ｓの固定方法では、図５に示すように、まず、第１部材２０の載置部２１に基板Ｓを載置する。次に、上下方向に移動可能なシリンダ１４により第３部材１３を上方に移動させる。これにより、第３部材１３の上面１３ａに形成されたテーパ面により、固定部材１１のテーパ面１１ｃが押圧される。その結果、図５に示すように、固定部材１１が固定溝２２に挿入する方向とは反対方向（図５における右方向）にスライドし、固定部材１１の全体がスライド溝３０ａの内部に挿入された状態となる。

次に、図６に示すように、基板Ｓの載置部２１に当接している面と反対側の面が第２部材３０の当接部３０ｂに当接するまで第１部材２０を第２部材３０に向けて移動させる。これにより、図６に示す上下方向において、第１部材２０に形成された固定溝２２と第２部材３０のスライド溝３０ａとが同じ位置に位置する。なお、上述したように、第１部材２０を上方に移動させる際には、固定部材１１の全体がスライド溝３０ａの内部に挿入された状態となっているため、第１部材２０が固定部材１１に接触しないようになっている。

次に、図７に示すように、シリンダ１４を下方に向けて移動させる。これに伴い、第３部材１３も下方に移動する。その結果、第３部材１３によって固定部材１１に印加されていた押圧力がなくなるため、固定部材１１は、バネ１２の弾性力によって内側に移動し、第１部材２０の固定溝２２に挿入される。これにより、第１部材２０をテーパ面１１ａによって支持することができ、第１部材２０と第２部材３０とが固定される、すなわち、基板Ｓが基板ホルダ１０に固定された状態となる。

次に、基板ホルダ１０からの基板Ｓの取り外し方法について説明する。図８は、基板ホルダ１０からの基板Ｓの取り外し方法を説明するための図である。

基板ホルダ１０から基板Ｓを取り外す際には、まず、図７に示す状態からシリンダ１４を上方に移動させるにより第３部材１３を上方に移動させる。これにより、第３部材１３の上面１３ａに形成されたテーパ面により、固定部材１１のテーパ面１１ｃが押圧される。その結果、図６に示すように、固定部材１１が固定溝２２に挿入する方向とは反対方向にスライドし、固定部材１１の全体がスライド溝３０ａの内部に挿入された状態となる。これにより、第２部材３０に対する第１部材２０の固定が解除される。

次に、第１部材２０を下方に移動させる。この際、上述したように、固定部材１１の全体がスライド溝３０ａの内部に挿入された状態となっているため、固定部材１１に接触することなく第１部材２０を下方に移動させることができる。そして、例えば、図８に示すように、取外部材１５を用いて基板Ｓを第１部材２０から取り外す。

以上のように、本実施形態における基板ホルダ１０では、第２部材３０に対する第１部材２０の移動方向に対して傾斜するテーパ面２２ｂを有する固定溝２２が第１部材２０に形成されている。また、固定溝２２のテーパ面２２ｂに対応するテーパ面１１ａが形成された固定部材１１をスライドさせるスライド溝３０ａが第２部材３０に形成されている。さらに、固定部材１１を固定溝２２に挿入する方向に固定部材１１を付勢するバネ１２が、スライド溝３０ａ内に設けられている。

上記の構成によれば、基板Ｓを機械的に基板ホルダ１０に固定することができる。その結果、特許文献１のようにマグネットを使用した場合に問題となる磁力の影響を無視することができる。また、簡易な構成で基板Ｓを固定することができる。

また、基板ホルダ１０では、第３部材１３が、プラズマ処理が施される側とは反対側に設けられている。これにより、プラズマ処理を施す際に金属から構成される第３部材１３の影響を受けることがないようにすることができる。また、これにより、省スペース化を実現することができる。

ここで、電磁石または静電チャックによって基板Ｓを固定する場合、電力を供給するための配線が必要となる。これに対して、基板ホルダ１０では、基板Ｓを機械的に基板ホルダ１０に固定するため、電気配線などを必要としない。さらに、これにより、基板Ｓを固定した状態で長距離間の搬送を行うことができる。

次に、図５～図８に示した厚さよりも厚い基板Ｓを用いた場合について説明する。図９は、厚みが大きい基板Ｓを用いた場合の基板Ｓの固定方法について説明するための図である。図９は、上記の図７に示す状態に対応する図である。

図９に示すように、厚みが大きい基板Ｓを用いた場合、基板Ｓの載置部２１に当接している面と反対側の面が第２部材３０の当接部３０ｂに当接するまで第１部材２０を第２部材３０に向けて移動させると、図９に示す上下方向において、第１部材２０に形成された固定溝２２が第２部材３０のスライド溝３０ａよりも下方に位置する。

ここで、上述したように、固定部材１１は、図４における上下方向とがなす角度が固定溝２２に形成されたテーパ面２２ｂと図４における上下方向とがなす角度と同じ角度となっているテーパ面１１ａを有している。これにより、図９に示すように、固定部材１１の内側の端部の少なくとも一部が、第１部材２０の固定溝２２に挿入できる。これにより、テーパ面１１ａの固定溝２２に挿入された箇所によって、第１部材２０を支持することができる。このように、基板ホルダ１０では、所定の厚みの範囲であれば、基板Ｓの厚みに関わらず基板Ｓを確実に固定することができる。また、基板ホルダ１０では、第１部材２０と第２部材３０との間で基板Ｓを完全に保持することができるため、振動対して強い構造となっている。また、基板Ｓの外周部全体を保持しているため、基板Ｓのたわみや変形などを抑制することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図１０は、本実施形態における基板ホルダ５０の構成を示す図である。図１０に示すように、基板ホルダ５０は、第１部材６０と、第２部材７０と、固定部材５１と、バネ５２（付勢手段）と、第３部材５３とを備えている。

第１部材６０は、基板Ｓを下方より支持する部材である。第１部材６０は、図１０に示すように、基板Ｓが載置される載置部６１を備えている。第１部材６０は、金属（例えば、ステンレス、チタンなど）によって形成されている。第１部材２０は、図１０における上下方向に移動できるようになっている。

第１部材６０は、外周部に後述する固定部材５１をスライドさせるスライド溝６３と、後述する第２部材７０の突出部７２が挿入される凹部６２と、スライド溝６３と凹部６２とを区切るための突出部６４とを有している。

第２部材７０は、基板Ｓが第１部材６０の載置部６１に載置されている状態において、基板Ｓの、載置部６１に当接している面と反対側の面の外周部に当接する当接部７４を有するマスクである。また、第２部材７０は、第２部材７０に対する第１部材６０の位置決めを行うための突出部７２を有している。

第２部材７０の側部７５には、後述する固定部材５１が挿入される位置に固定溝７１が形成されている。固定溝７１は、内側に向けて開口する凹部にてなっている。固定溝７１は、第２部材７０に対する第１部材６０の移動方向（図１０における上下方向）に対して傾斜するテーパ面７１ａを有している。より詳細には、固定溝７１は、テーパ面７１ａが外側に向かうにつれて上方になるように形成されている。これにより、固定溝７１は、第外側に向かうにつれて上下方向の長さが短くなっている。固定溝７１は、第１部材６０の上端部が当接部７４に当接したときに、図１０に示す上下方向において、第１部材６０のスライド溝６３と同じ位置に形成されている。

固定部材５１は、第１部材６０を第２部材７０に固定するための部材である。固定部材５１は、第１部材６０のスライド溝６３に配置されている。固定部材５１の外側（すなわち、第２部材７０の側部７５側）の端部には、第２部材７０の固定溝７１に形成されたテーパ面７１ａに対応するテーパ面５１ａが形成されている。すなわち、テーパ面５１ａと図１０における上下方向とがなす角度は、固定溝７１に形成されたテーパ面７１ａと図１０における上下方向とがなす角度と同じ角度となっている。

バネ５２は、第１部材６０のスライド溝６３に設置されている。バネ５２の一方の端部は、固定部材５１に接続されており、他方の端部は、第１部材６０の突出部６４に接続されている。バネ５２は、固定部材５１を固定溝７１に挿入する方向（すなわち、基板ホルダ１０の外側）に向けて固定部材５１に対して弾性力を付与する。これにより、固定部材５１は、バネ５２により固定溝２２に挿入する方向に付勢されている。

第３部材５３は、固定部材５１を固定溝７１に挿入する方向とは反対方向にスライドさせる部材である。第３部材５３は、図１０に示すように、第１部材６０に形成された孔６４に挿入される位置に設けられている。第３部材５３の上面には、固定部材５１のテーパ面５１ａに対応するテーパ面５３ａが形成されている。

以上の構成を有する基板ホルダ５０によれば、第３部材５３を上方に移動させることで、第３部材５３の１３ａにテーパ面５３ａにより、固定部材５１のテーパ面５１ａが押圧される。その結果、固定部材５１が固定溝７１に挿入する方向とは反対方向（基板ホルダ１０の内側方向）にスライドし、固定部材５１の全体がスライド溝６３に挿入された状態となる。これにより、基板Ｓを基板ホルダ５０に固定する際に、基板Ｓの載置部６１に当接している面と反対側の面が第２部材７０の当接部７４に当接するまで第１部材６０を第２部材７０に向けて移動させることができる。また、基板ホルダ１０から基板Ｓを取り外す際に、固定部材１１が第２部材７０に接触することなく第１部材６０を下方に移動させることができる。

また、第３部材５３を下方に移動させている状態では、バネによって固定部材５１に印加されていた押圧力がなくなるため、固定部材５１は、バネ５２の弾性力によって外側に移動し、第２部材７０の固定溝７１に挿入される。これにより、第１部材６０をテーパ面７１ａによって支持することができ、第１部材６０と第２部材７０とが固定される、すなわち、基板Ｓが基板ホルダ１０に固定された状態となる。

以上のように、本実施形態における基板ホルダ５０では、第２部材７０に対する第１部材６０の移動方向に対して傾斜するテーパ面７１ａを有する固定溝７１が第２部材７０に形成されている。また、固定溝７１のテーパ面７１ａに対応するテーパ面５１ａが形成された固定部材５１をスライドさせるスライド溝６３が第１部材６０に形成されている。さらに、固定部材５１を固定溝７１に挿入する方向に固定部材５１を付勢するバネ５２が、スライド溝６３に設けられている。

上記の構成によれば、基板Ｓを機械的に基板ホルダ５０に固定することができる。その結果、特許文献１のようにマグネットを使用した場合に問題となる磁力の影響を無視することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ プラズマ処理装置
１０、５０ 基板ホルダ
１１、５１ 固定部材
１１ａ、１１ｃ、２２ｂ、５１ａ、５３ａ、７１ａ テーパ面
１１ｂ、６２ 凹部
１２、５２ バネ（付勢手段）
１３、５３ 第３部材
２０、６０ 第１部材
２１、６１ 載置部
２２、７１ 固定溝
３０、７０ 第２部材
３０ａ、６３ スライド溝
Ｓ 基板

Claims (4)

1. プラズマ処理が実行される対象である基板が載置される載置部を有する第１部材と、
   前記基板が前記載置部に載置されている状態において、前記基板の前記載置部に当接している面と反対側の面の少なくとも外周部に当接する第２部材と、を備え、
   前記第１部材または前記第２部材には、前記第２部材に対する前記第１部材の移動方向に対して傾斜するテーパ面を有する固定溝が形成されており、
   前記第１部材または前記第２部材のうち、前記固定溝が形成されていない方には、前記固定溝のテーパ面に対応するテーパ面が形成された固定部材をスライドさせるスライド溝が形成されており、
   前記固定部材を前記固定溝に挿入する方向に前記固定部材を付勢する付勢手段が、前記スライド溝内に設けられていることを特徴とする基板ホルダ。
2. 前記固定部材を前記固定溝に挿入する方向とは反対方向にスライドさせる第３部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板ホルダ。
3. 前記固定部材には、当該固定部材を前記固定溝に挿入する方向に対して傾斜するテーパ面を有する凹部が形成されており、
   前記第３部材は、前記固定部材の凹部が有するテーパ面に対応するテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の基板ホルダ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の基板ホルダを用いることを特徴とするプラズマ処理装置。

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