TWI389243B - Electrostatic adsorption electrode and processing device - Google Patents

Description

靜電吸附電極及處理裝置

本發明係有關靜電吸附電極及處理裝置，詳細來說，係有關在平面顯示器(FPD)等之製造過程中，為了放置玻璃基板等基板所使用的靜電吸附電極，以及具備該靜電吸附電極的處理裝置。

PFD之製造過程中，係對被處理體亦即玻璃基板，進行乾蝕刻或濺鍍、CVD(Chemical Vapor Deposition化學氣相沉積)等電漿處理。例如在處理室內配置一對平行平板電極(上部及下部電極)，在作為下部電極功能之承受器(基板放置台)放置玻璃基板之後，將處理氣體導入處理室內，同時對電極之最少一邊施加高頻電力，在電極間形成高頻電場，藉由此高頻電場來形成處理氣體之電漿，來對玻璃基板施加電漿處理。此時，玻璃基板係藉由設置在承受器上之靜電吸附電極，可例如利用庫倫力來吸附固定。

然而，為了促進對玻璃基板之導熱，係進行對玻璃基板背面側供給He等導熱氣體(例如專利文件1、專利文件2)。導熱氣體，係經由從承受器側貫通上述靜電吸附電極而形成的氣體流路，被導入到承受器表面和放置於該處之玻璃基板背面之間的空隙。此氣體流路，係不使Al等所構成之承受器材質露出地，在表面施加氧化鋁處理(陽極氧化處理)等。

【專利文件1】日本特開平9－252047號公報(第1圖等)【專利文件2】日本特開平6－342843號公報(第4圖等)

在從也是下部電極之承受器貫通靜電吸附電極而形成的氣體流路中，若有氧化鋁處理不足的部分，則該部分容易產生異常放電。實際上，異常放電之大部分會發生在靜電吸附電極之氣體流路中。又，靜電吸附電極之氣體流路內產生異常放電的情況下，或是使用中氧化鋁漸漸消耗而降低絕緣性的情況下，穴內部的修理實際上相當困難，故有必須更換靜電吸附電極整體的的問題。

本發明，係有鑑於上述事實，其課題為提供一種防止靜電吸附電極之氣體流路中之異常放電，同時即使萬一氣體流路發生異常放電時，也可輕易修理的靜電吸附電極。

為了解決上述課題，本發明之第1觀點中，係提供一種靜電吸附電極，其特徵係由可互相分離之複數基材所構成，並具有放置被處理體的放置面；在最少兩個基材之空隙中，形成有到達上述放置面，而向著被處理體之背面供給導熱媒體的導熱媒體流路。

在上述第1觀點之靜電吸附電極中，亦可最少在形成上述導熱媒體流路之上述基材表面，以絕緣材料來覆蓋。

又，上述導熱媒體流路，亦可對垂直方向具有角度來形成。

又，上述放置面亦可藉由上述導熱媒體流路，被分割為對應所放置之被處理體之中央部的中央放置範圍，和對應週邊部的周邊放置範圍。此時，上述被分割之放置面之各別，可以為靜電吸附面，此等亦可獨立具有靜電吸附功能。

又，於上述中央放置範圍，亦可形成有複數凸部。或是，於上述中央放置範圍，亦可形成有複數溝。

更且，於上述週邊放置範圍，亦可形成有高低差部。

本發明之第2觀點中，係提供具備上述第1觀點之靜電吸附電極的處理裝置。此處理裝置，亦可為用於平面顯示器之製造者。

若依本發明，則因為靜電吸附電極由可互相分離之複數基材所構成，同時在最少兩個基材之空隙中，形成有向著被處理體之背面供給導熱媒體的導熱媒體流路，故可提高導熱媒體流路之熱傳導性(Conductance)，而得到較高傳導效率。

又，因為以互相分離之複數基材來形成靜電吸附電極，並在其間形成流路，故流路之絕緣可藉由熱噴(Thermal Spray)來輕易進行，而確實防止異常放電。又，即使萬一發生異常放電，也可用短時間且低成本來修理。更且，由複數基材來構成靜電吸附電極，藉此只要更換任一個基材，就可任意變更電極表面圖案。從而，對於靜電吸附電極表面之圖案關聯性所造成的蝕刻處理等中之處理不均(處理的不平均性)，其對策變的容易。

以下一邊參考圖示，一邊說明本發明的理想方式。

第1圖，係針對作為本發明之一種實施方式之靜電吸附電極的靜電夾，表示具備該者之處理裝置範例，亦即電漿蝕刻裝置的剖面圖。如第1圖所示，電漿蝕刻裝置1，係構成對矩形之被處理體亦即FPD用玻璃基板等基板G，進行蝕刻的電容藕合型平行平板電漿蝕刻裝置。在此作為FPD，可例舉液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器、電激發光(Electro Luminescence；EL)顯示器、螢光顯示管(Vacuum Fluorescent Display；VFD)、電漿顯示面板(PDP)等。另外本發明之處理裝置，並不僅限定於電漿蝕刻裝置。

此電漿蝕刻裝置1，係具有由例如表面被氧化鋁處理(陽極氧化處理)之鋁所構成，形成方筒形狀的處理室2。此處理室2內之底部設置有由絕緣材所構成之方柱狀絕緣板3，此絕緣板3上，設置有用以放置基板G的承受器4。基板放置台亦即承受器4，係具有承受基材4a，和設置於承受基材4a上的靜電夾5。

承受基材4a之外周，形成有絕緣膜7；又靜電夾5之上面，設置有陶瓷熱噴膜等介電性材料膜8。靜電夾5，係對埋設於介電性材料膜8之電極6，從直流電源26經由供電線27施加直流電壓，藉此以例如庫倫力來靜電吸附基板G。另外，靜電夾5之詳細構造於後敘述。

於上述絕緣板3及承受基材4a還有上述靜電夾5，係形成有貫通此等的氣體通路9。經由此氣體通路9，將導熱氣體例如He氣等供給到被處理體，亦即基板G的背面。

亦即被供給到氣體通路9之導熱氣體，會經由形成在承受基材4a與靜電夾5之邊界的氣體堆積部9a，暫時往水平方向擴散後，通過形成於靜電夾5內之氣體供給連通穴9b、氣體供給細縫9c，從靜電夾5之表面往基板G背面側噴出。如此一來，承受器4之冷熱會傳達到基板G，而使基板G維持在特定溫度。

承受基材4a之內部，設置有冷媒室10。此冷媒室10中，例如經由冷媒導入管10a導入有氟系液體等冷媒，且經由冷媒排出管10b排出循環，藉此經由上述導熱氣體對基板G傳導該冷熱。

上述承受器4之上方，係設置有與此承受器4平行相對，而作為上部電極產生功能的蓮蓬頭11。此蓮蓬頭11係被支撐在室2之上部，內部具有內部空間12，同時與承受器4之相對面則形成有噴出處理氣體的複數噴出口13。此蓮蓬頭11係被接地，與承受器4形成一對平行平板電極。

蓮蓬頭11上面設置有氣體導入口14，此氣體導入口14，連接有處理氣體供給管15；此處理氣體供給管15，係經由閥16及流體控制器17，連接於處理氣體供給源18。從處理氣體供給源18，供給有用以蝕刻的處理氣體。做為處理氣體，可使用例如鹵素系氣體、O₂ 氣體、Ar氣體等，一般此領域所使用的氣體。

上述處理室2之側壁下部連接有排氣管19，此排氣管19連接有排氣裝置20。排氣裝置20係具備渦輪分子泵等真空泵，藉此構成可將處理室2內真空吸引到特定的減壓環境為止。又，處理室2之側壁設置有基板搬入搬出口21，和開關此基板搬入搬出口21的閘閥22；以打開此閘閥22之狀態下，在鄰接之負載固定室(未圖示)之間搬運基板G。

承受器4，係連接有用以供給高頻電力的供電線23，此供電線23連接於匹配器24及高頻電源25。從高頻電源25，例如對承受器4供給有13.56MHz的高頻電力。

其次一邊參考第2圖~第4圖，一邊對靜電夾5進行詳細說明。第2圖係從上方看靜電夾5的俯視圖，第3圖係第2圖之A－A’線箭頭視角的剖面圖。又第4圖，係表示分解靜電夾5的狀態。

靜電夾5，係如第2圖所示，為對應基板G形狀之平面看去矩形狀的構件；具有對應基板G中央部之內側放置範圍5a，和包圍內側放置範圍5a而形成，並對應基板G之週邊部的外側放置範圍5b。內側放置範圍5a和外側放置範圍5b，係經由氣體供給細縫9c而隔開。

參考第3圖及第4圖，靜電夾5之內側放置範圍5a，係構成在具有略傾斜狀之側面的第1基材30上面；外側放置範圍5b，係形成於具有插入第1基材30之缽狀凹部的第2基材31上面。亦即靜電夾5，係具有由可互相分離之第1基材30與第2基材31所組合的構造。第1基材30與第2基材31係同樣由例如A1等金屬，或碳等導電性材質來構成。第2基材31之底面，係在與承受基材4a之邊界，形成有用以構成上述氣體堆積部9a的凹部。

如上所述，靜電夾5之介電性材料膜8內，埋設有電極6。更具體來說，分別在第1基材30上之介電質材料膜8a中埋設電極6a，在第2基材31上之介電質材料膜8b中埋設電極6b。電極6a連接於從供電線27分歧出來的供電線27a，電極6b連接於供電線27b。然後對此等電極6a、6b施加來自直流電源26的直流電壓，藉此以例如庫倫力來靜電吸附基板G。本實施方式中，係採用對電極6a、6b經由1條供電線27，從直流電源26同時供電的構造。藉由如此構成，連承受基材4a都可依原樣使用先前的一體構造靜電夾構造，故不需要大幅度變更裝置構造，就可依原樣裝配於先前裝置。另外亦可是對電極6a、6b從不同直流電源來個別供電的構造，此時，內側放置範圍5a和外側放置範圍5b可互相獨立表現出靜電吸附功能。

介電性材料膜8(8a、8b)只要是介電性材料所構成者，就不拘該材料，另外不只是高絕緣性材料，亦包含具有允許電荷移動程度之導電性者。此種介電性材料膜8，從耐久性及耐蝕性的觀點來看，以陶瓷來構成者為佳。此時陶瓷並不特別限定，典型上可舉出Al₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、Si₃ N₄ 等絕緣材料，但也可以是SiC般具有一定程度導電性者。此種介電性材料膜8係以熱噴(Thermal Spray)來形成者為佳。又在熱噴之後，亦可藉由研磨將表面平滑化。

如圖所示，內側放置範圍5a形成有多數凸部50，另一方面外側放置範圍5b則形成有包圍內側放置範圍5a的高低差部51。高低差部51之頂面高度，係以凸部50之高度以上為佳。凸部50係在介電性材料膜8之內側放置範圍5a，分布形成為特定圖案，基板G則被此等凸部50和上述高低差部51的頂面所支撐。藉此，凸部50會工作為隔開承受器4雨基板G之間的間隔物而起功能。從而，對凸部50之間之空間充滿導熱氣體，例如氦氣，可將基板G平均冷卻，使基板G之溫度一致，故可對基板G全面平均施加蝕刻等電漿處理。又藉由高低差部51，可抑制導熱氣體往周圍擴散，故可提高導熱氣體所帶來的導熱效率。更且，可防止附著於承受器4上之附著物，對基板G造成壞影響。

電漿蝕刻裝置1中，藉由反覆進行蝕刻程序，介電性材料膜8之表面會累積來自基板G的蝕刻物質等附著物，但是凸部50會發揮間隔物之功用，使附著物難以接觸基板G，而防止因此造成蝕刻不均等不良情況。

凸部50之配列圖案並無特別限制，也可以是例如鋸齒矩陣狀等配列。凸部50係最少將其上部形成曲面形狀或半球狀，與基板G做點接觸者為佳。藉此，可使附著物難以附著在凸部50與基板G的接觸部分。

凸部50一般係由已知為耐久性及耐蝕性較高之材料的陶瓷來構成。構成凸部50之陶瓷並無特別限定，典型上可舉出Al₂ O₃ 、Zr₂ O₃ 、Si₃ N₄ 等絕緣材料，但也可以是SiC般具有一定程度導電性者。凸部50係以熱噴(Thermal Spray)來形成者為佳，與介電性材料膜8一體化熱噴形成則更為理想。

本實施方式中，因為使第1基材30與第2基材31可分離，故藉由更換第1基材30，可輕易變更內側放置範圍5a的表面形狀(表面圖案)。亦即，可任意變更凸部50之分布圖案，同時除了具有凸部50者之外，也可變更為例如第1基材30上面具有溝者，或具有平坦平面者。此時，可以不用更換第2基材31。從而，可配合蝕刻目的，提高放置面之表面形狀的選擇自由度。

又為了減輕熱所造成之負擔，可由不同材質中選擇第1基材30與第2基材31。先前在高溫規格等情況下，將承受基材4a之材質變更為碳等熱膨脹係數較小的材質，藉此提高熱負擔之耐性。但是先前一體型之靜電夾的基材，係Al等金屬，故熱膨脹率較小之碳與較大之Al的接合面，會有熱膨脹率差造成零件干涉等的問題。另一方面，靜電夾係必須在其表面，藉由熱噴介電性材料膜8來具有吸附功能，故熱能造成之基材膨脹會是介電性材料膜8引起破裂的主因。本實施方式中，因為將第1基材30與第2基材31作為可分離之構造，故例如對第1基材30使用防止介電性材料膜8破裂之熱膨脹較少的碳，而對第2基材31選擇緩和與承受基材4a之材質(Al)之間之熱作用力的相同材質(A1)，或例如不鏽鋼(SUS)等材質。甚且，第1基材30與第2基材31之間因為存在有氣體供給細縫9c，故可緩和熱作用力。藉此，可改善高溫耐性。

第1基材30之下面，係碰觸第2基材31之凹部底面，例如以螺絲等未圖示之接合手段來固定。如第3圖所示，以第1基材30與第2基材31組合之狀態，在兩者之間形成空隙，而如上所述，此空隙作為氣體供給細縫9c而起功能。氣體供給細縫9c，係包圍第1基材30之周圍而形成。如此一來，導熱氣體之供給就不是經由狹窄之穴，而是經由細縫來進行，藉此可大幅提高流路之傳導性，而提高導熱效率。

另外本實施方式中，氣體供給細縫9c雖成為傾斜之流路構造，但並不限於此，亦可將第1基材30形成圓柱狀，將第2基材31形成圓筒狀，在兩基材之間垂直形成氣體供給細縫。但是氣體流路並不限於細縫或穴，都會成為於電漿處理時從基板G上方看去下部電極不存在的開口部，故流路被垂直形成時，流路部份正上方之基板G的範圍中，容易產生蝕刻不均。如本實施方式般使氣體供給細縫9c傾斜，極力減少垂直流路，就防止蝕刻不均的觀點來說較理想。氣體供給細縫9c之傾斜角度，若考慮流路之傳導性等，則以對垂直方向為大約45°±15°的範圍為佳。

構成氣體供給細縫9c之第1基材30及第2基材31的壁面，係不使Al等材質露出地，以絕緣性材料，例如以陶瓷熱噴膜32來覆蓋。藉由此陶瓷熱噴膜32，可防止氣體供給細縫9c之異常放電。先前之靜電夾中，因為導熱氣體之流路為穴，故將其內部做氧化鋁處理來防止異常放電，但是狹窄穴內難以施加平均的氧化鋁處理，此外氧化鋁也容易惡化，而難以確實防止異常放電。本實施方式中，藉由以陶瓷熱噴膜32來覆蓋第1基材30及第2基材31的壁面，可提高絕緣性。

陶瓷熱噴膜32，只要在分離第1基材30與第2基材31之狀態下將表面做熱噴處理即可，故可簡單形成。先前以氧化鋁處理形成絕緣時，氧化鋁之消耗會造成絕緣性降低的問題，但是陶瓷熱噴膜32難以引起絕緣性降低，故可確實防止氣體流路中的異常放電。又，即使萬一在氣體供給細縫9c發生異常放電，也只要分離第1基材30與第2基材31以熱噴來進行修補即可，故修理簡單，也可縮短隨著異常放電修理而造成之電漿蝕刻裝置1的停機時間。

氣體供給細縫9c，係從靜電夾5之放置面到第1基材30與第2基材31之接合部都是連通狀態；該接合部附近，為了不使氣體從氣體供給細縫9c漏出，係配備有密封手段亦即O環33來確保接合面的密封性。又，O環33之內側配備有螺旋遮蔽環34，來確保第1基材30與第2基材31的同電位化。

如上所述，導熱氣體係從氣體堆積部9a，經由氣體供給連通穴9b供給到氣體供給細縫9c。第3圖及第4圖，係僅圖示1個氣體供給連通穴9b，但也可使導熱氣體對氣體供給細縫9c平均分配地，例如設置4個點以上的氣體供給連通穴9b為佳。

各氣體供給連通穴9b，係配備有防止放電構件35。第5圖(a)係防止放電構件35之外觀立體圖，該圖(b)為剖面圖。防止放電構件35，係以合成樹脂等絕緣體所構成，複數形成有彎曲之迷宮構造的流路35a。另外，實際之防止放電構件35中雖然形成有多數流路35a，但是第5圖係極簡略的表示。具有此種構造之防止放電構件35，係被鑲嵌在氣體供給連通穴9b中，藉由該彎曲且狹窄之流路構造，雖然沒有形成陶瓷熱噴膜32，但也做用來防止氣體供給連通穴9b中的異常放電。

其次，說明如此構成之電漿蝕刻裝置1的處理動作。

首先被處理體亦即基板G，在閘閥22打開之後，會從未圖示之負載固定室經由基板搬入搬出口21被搬入處理室2內，然後被放置在形成於承受器4上的靜電夾5上。此時，基板G之交接，係經由插穿承受器4內部而設置為可從承受器4突出的升降針(未圖示)來進行。之後關閉閘閥22，藉由排氣裝置20將處理室2內真空吸引到特定真空度為止。

之後打開閥16，從處理氣體供給源18，以流量控制器17調整處理氣體之流量，通過處理氣體供給管15、氣體導入口14而導入蓮蓬頭11的內部空間12，更通過噴出孔13對基板G均勻噴出，將處理室2內之壓力維持在特定值。

在此狀態下，將高頻電力從高頻電源25經由匹配器24施加於承受器4，藉此，作為下部電極之承受器4與作為上部電極之蓮蓬頭11之間會產生高頻電場，將處理氣體解離而電漿化，藉此對基板G施加蝕刻處理。此時，將導熱氣體經由氣體供給細縫9c供給到基板G之背面側，可有效進行溫度調節。

施加此種蝕刻處理之後，停止來自高頻電源25的高頻電力施加，並停止氣體導入，之後將處理室2內壓力減壓到特定壓力為止。然後打開閘閥22，將基板G經由基板搬入搬出口21，從處理室2內搬出到未圖示之負載固定室，藉此結束基板G之蝕刻處理。如此一來，可以用靜電夾5來靜電吸附基板G，同時一邊調節溫度，一邊進行基板G的蝕刻處理。

另外，本發明並不限定於以上說明的實施方式。例如，本發明之處理裝置，雖例舉對下部電極施加高頻電力之RIE型的電容藕合型平行平板電漿蝕刻裝置來說明，但並不限於蝕刻裝置，亦可適用於灰化、CVD成膜等其他電漿處理裝置；也可以是對上部電極供給高頻電力的形式，或是不限於電容藕合型的感應藕合型。又，被處理基板並不限於FPD用玻璃基板，也可以是半導體晶圓。

又，上述實施方式中，係將靜電夾5作為第1基材30與第2基材31的組合構造，將基板G之放置面二分為內側放置範圍5a與外側放置範圍5b，但並不限於此種型態。

例如，也可以如第6圖所示之靜電夾60，將氣體供給細縫62與氣體供給細縫63形成為兩重，藉由該等將放置面分割為中心範圍61a、中間範圍61b、週邊範圍61c等3個範圍，而作為三重構造。若如此做，則可將導熱氣體之傳導性更加提高，同時放置面之形狀圖案的選擇範圍也更寬，而可更高精確度地進行蝕刻等處理。另外第6圖之符號64，係相當於第2圖之符號51的高低差部。

又，更其他之實施方式中，也可如第7圖所示之靜電夾70，於放置面形成區分為4個之內側放置範圍71a、71b、71c、71d，在此等之周圍形成週邊範圍71e的分割構造，而來形成氣體供給細縫72。此時，亦可將導熱氣體之傳導性更加提高，同時放置面之形狀圖案的選擇範圍也更寬，例如在從1片基板G加工4片FPD製品，也就是進行所謂4切片時較有利。亦即可配合基板G之處理內容，來改變4個內側放置範圍71a、71b、71c、71d的表面形狀，而可實現配合處理目的之高精確度蝕刻等處理。另外第7圖之符號73，係相當於第2圖之符號51的高低差部。

1．．．處理裝置(電漿蝕刻裝置)

2．．．處理室

3．．．絕緣板

4．．．承受器

5．．．靜電夾

6．．．電極

8．．．介電性材料膜

11．．．蓮蓬頭(氣體供給手段)

20．．．排氣裝置

30．．．第1基材

31．．．第2基材

32．．．陶瓷熱噴(Thermal Spray)層

33．．．O環

34．．．螺旋遮蔽環

35．．．防止放電構件

50．．．凸部

[第1圖]表示本發明一種實施方式中電漿蝕刻裝置之概略構造的剖面圖。

[第2圖]靜電夾之俯視圖。

[第3圖]第2圖之A－A’線箭頭視角的剖面圖。

[第4圖]表示分離第1基材與第2基材之狀態的圖。

[第5圖]用以說明防止放電構件的示意圖；(a)為立體圖，(b)為剖面圖。

[第6圖]其他實施方式中靜電夾的俯視圖。

[第7圖]更其他實施方式中靜電夾的俯視圖。

5．．．靜電夾

5a．．．內側放置範圍

5b．．．外側放置範圍

6．．．電極

6a．．．電極

6b．．．電極

8．．．介電性材料膜

8a．．．介電性材料膜

8b．．．介電性材料膜

9a．．．氣體堆積部

9b．．．氣體供給連通穴

9c．．．氣體供給細縫

27．．．供電線

27a．．．供電線

27b．．．供電線

30．．．第1基材

31．．．第2基材

32．．．陶瓷熱噴(Thermal Spray)層

33．．．O環

34．．．螺旋遮蔽環

35．．．防止放電構件

50．．．凸部

Claims (10)

1. 一種靜電吸附電極，為使用在電漿處理裝置；包含有：具有放置被處理體的放置面，且前述放置面為靜電吸附面，並可以互相分離之至少2個之第1基材及第2基材；朝向前述被處理體的背面供給導熱媒體直至前述放置面之導熱媒體流路，是在組合了前述可相互分離的第1基材與第2基材的狀態下，藉由形成在前述第1基材與第2基材之間的間隙，來形成細縫狀，細縫狀的前述導熱媒體流路形成圍繞在至少一個基材的周圍。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之靜電吸附電極，其中：最少在形成上述導熱媒體流路之上述基材表面，以絕緣材料來覆蓋。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之靜電吸附電極，其中：上述導熱媒體流路，係對垂直方向具有角度來形成。
4. 如申請專利範圍第3項所記載之靜電吸附電極，其中：上述角度，係相對於垂直方向為45°±15°範圍的傾斜角度。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項之任一項所記載 之靜電吸附電極，其中：上述放置面係藉由上述導熱媒體流路，被分割為對應所放置之被處理體之中央部的中央放置範圍，和對應週邊部的周邊放置範圍。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之靜電吸附電極，其中：上述被分割之各個放置面，係獨立具有靜電吸附功能。
7. 如申請專利範圍第5項所記載之靜電吸附電極，其中：於上述中央放置範圍，係形成有複數凸部。
8. 如申請專利範圍第5項所記載之靜電吸附電極，其中：於上述中央放置範圍，係形成有複數溝。
9. 如申請專利範圍第5項所記載之靜電吸附電極，其中：於上述週邊放置範圍，係形成有高低差部。
10. 一種基板處理裝置，其特徵係具備申請專利範圍第1項至第4項之任一項所記載的靜電吸附電極。