JP2006351678A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフトピン機構１０における電圧降下を抑制して、処理ムラの低減を図る。
【解決手段】プラズマ処理装置Ｓは、被処理基板４を吸着面６で吸着保持する電極ステージ２と、ピン１２が吸着面６から突出することによって被処理基板４を吸着面６から離脱させるリフトピン機構１０と、電極ステージ２との間で放電可能な対向電極３とを備え、大気圧の雰囲気で電極ステージ２及び対向電極３の間にプラズマを生じさせる。そして、リフトピン機構１０は、ピン１２が電極ステージ２に没入した状態でピン１２と吸着面６に吸着された被処理基板４との間に形成される空隙部１３と、被処理基板４のプラズマ処理時に空隙部１３における電圧降下を抑制する電圧降下抑制手段２０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、大気圧近傍の圧力環境下でプラズマ処理を行うものに関する。

例えばガラスやプラスチック等の基板に対し、０．１〜１０Ｔｏｒｒ程度の低圧のグロー放電プラズマによって表面処理を行うことが広く知られており、産業的にも応用されている。処理環境をこのような真空レベルの低圧にすると、放電からアーク放電への移行を防止できるため、基板が耐熱性の低いプラスチック等であっても、表面処理を行うことが可能となる。

ところが、低圧のグロー放電プラズマによる表面処理を行う場合には、処理容器として高価な真空チャンバや、真空排気装置が必要となってしまう。また、いわゆる液晶テレビ等の大画面化に代表されるように、基板の大型化が進められている分野もあり、この場合には、より大きな真空チャンバや真空排気装置が必要となる。その結果、装置コストが高くなり、装置のフットプリントが大きくなることも避けられない。また、吸水率の高い基板に表面処理を行う場合には、真空チャンバの内部を真空にするのに長時間を要し、処理コスト自体が高くなってしまうという問題もある。

そこで、上記の種々の問題を克服するために、大気圧下でグロー放電プラズマを生じさせて基板の表面処理を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

このようなプラズマ処理装置は、図８に示すように、被処理基板１０７を保持する電極ステージ１０３と、電極ステージ１０３に対向して配置された対向電極１０２とを備えている。対向電極１０２には、処理ガスが流出するガス供給孔（図示省略）が複数形成され、電圧を印加するための電源１０１が接続されている。一方、電極ステージ１０３は、被処理基板１０７を突き上げて支持するリフトピン機構１０５と、被処理基板１０７を電極ステージ１０３の表面に吸着させる吸着溝１０４とを備え、接地されている。

吸着溝１０４は、被処理基板１０７と電極ステージ１０３との間に空隙部１０８を有するが、その空隙部１０８には内部が低圧であるためにプラズマが容易に生じる。したがって、吸着溝１０４における電圧降下は比較的小さい。

等価回路である図９に示すように、吸着溝１０４の近傍では、電源１０１と接地部１１５との間において、抵抗１１１と、コンデンサ１１２と、抵抗１１３とが直列に接続された回路構成を考えることができる。抵抗１１１は、対向電極１０２と被処理基板１０７との間の電圧降下を示している。コンデンサ１１２は、被処理基板１０７における電気容量である。また、抵抗１１３は、吸着溝１０４における電圧降下を示している。コンデンサ１１２における電圧降下は比較的大きいが、抵抗１１１，１１３における電圧降下は比較的小さい。このように、吸着溝１０４の空隙部１０８における電圧降下は小さいため、被処理基板１０７に対する処理ムラは実質的に発生しない。
特開平７−１１８８５７号公報

ところで、図８に示すように、リフトピン機構１０５の機械的精度には限界があるため、リフトピン機構１０５と電極ステージ１０３との間に空隙が生じるだけでなく、リフトピン機構１０５と被処理基板１０７との間にも空隙部１０９が生じる。しかし、その空隙部１０９の圧力は大気圧であるので、電圧印加時においてもプラズマが生じない。その結果、空隙部１０９における電圧降下は大きくなってしまう。

すなわち、等価回路である図１０に示すように、リフトピン機構１０５の近傍では、電源１０１と接地部１１５との間において、抵抗１１１と、コンデンサ１１２と、コンデンサ１１４とが直列に接続された回路構成を考えることができる。コンデンサ１１４は、リフトピン機構１０５の空隙部１０９における電気容量である。このように、リフトピン機構１０５の空隙部１０９では、プラズマが生じないので電圧降下が比較的大きくなることが避けられない。その結果、被処理基板１０７に処理ムラやいわゆる処理抜けが生じてしまう。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リフトピン機構の空隙部における処理ムラを低減しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、プラズマ処理時にリフトピン機構の空隙部における電圧降下を抑制する電圧降下抑制手段を設けるようにした。

具体的に、本発明に係るプラズマ処理装置は、被処理基板を吸着面で吸着保持する電極ステージと、上記電極ステージに設けられると共に上記電極ステージの吸着面から出没可能なピンを有し、上記ピンが突出することによって上記被処理基板を上記吸着面から離脱させるリフトピン機構と、上記電極ステージに対向して配置され、上記電極ステージとの間で放電可能な対向電極とを備え、大気圧の雰囲気で上記電極ステージ及び対向電極の間にプラズマを生じさせることにより上記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、上記リフトピン機構は、上記ピンが上記電極ステージに没入した状態で上記ピンと上記吸着面に吸着された上記被処理基板との間に形成される空隙部と、上記被処理基板のプラズマ処理時に上記空隙部における電圧降下を抑制する電圧降下抑制手段とを備えている。

上記電圧降下抑制手段は、上記被処理基板のプラズマ処理時に上記空隙部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段であることが好ましい。

上記プラズマ発生手段は、上記空隙部を低圧状態で封止する封止構造であってもよい。

上記封止構造は、上記電極ステージの吸着面に開口されて上記ピンが設けられたシリンダ部と、上記ピンに嵌挿して設けられ、上記空隙部を含む上記シリンダ部の一部を上記被処理基板との間で封止するシール部材とを有していることが好ましい。

−作用−
次に、本発明の作用について説明する。

被処理基板は、リフトピン機構のピンが電極ステージに没入した状態で、電極ステージの吸着面に吸着保持される。電極ステージと対向電極との間で放電を行うことにより、その電極ステージと対向電極との間には、大気圧の雰囲気でプラズマが生じる。その結果、被処理基板はプラズマ処理される。プラズマ処理された被処理基板は、リフトピン機構のピンが電極ステージの吸着面から突出することによって、電極ステージから離脱される。

リフトピン機構には、電極ステージに被処理基板が吸着保持された状態で、被処理基板とピンとの間に空隙部が形成される。空隙部には電圧降下抑制手段が設けられているので、被処理基板のプラズマ処理時に、その空隙部における電圧降下が抑制される。その結果、被処理基板における局部的な電圧降下が抑制されるため、被処理基板に対するプラズマ処理の処理ムラが低減される。

電圧降下抑制手段は、プラズマ発生手段により構成することが可能である。プラズマ発生手段は、被処理基板のプラズマ処理時に空隙部においてプラズマを発生させる。すなわち、被処理基板とピンとの間にプラズマが生じることから、空隙部における電圧降下は抑制される。

さらに、プラズマ発生手段は、空隙部を低圧状態で封止する封止構造により構成することが可能である。空隙部が低圧状態であれば、被処理基板のプラズマ処理時に電極ステージと対向電極との間に印加される電圧によって、空隙部にもプラズマが生じる。その結果、空隙部における電圧降下が抑制されて処理ムラが低減される。

本発明によれば、プラズマ処理時にリフトピン機構の空隙部における電圧降下を抑制する電圧抑制手段を設けるようにしたので、対向電極と電極ステージとの間にプラズマを均一に発生させることができる。その結果、大気圧の雰囲気でプラズマ処理される被処理基板に対し、そのプラズマ処理の処理ムラを低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図５は、本発明の実施形態１を示している。本実施形態のプラズマ処理装置Ｓは、断面図である図１に示すように、処理容器１の内部に収容された電極ステージ２と、対向電極３とを備えている。そして、電極ステージ２の上に保持されたガラス基板等の被処理基板４に対し、大気圧の雰囲気でプラズマ処理を施すようになっている。

処理容器１の底部には、処理容器１の内部の排気ガスを排出するための排気管５が接続されている。排気管５の一端は大気開放されている。

電極ステージ２は、板状の導電性部材により構成され、被処理基板４を吸着保持する吸着面６を有している。吸着面６には、平面図である図２に示すように、吸着部である複数の吸着溝７が平面視で矩形リング状に形成され、同心状に並んで配置されている。各吸着溝７は、断面矩形状の溝に形成されており、図１のIII−III線断面図である図３に示すように、吸着溝７の底部に形成された排気通路８を介して減圧手段である真空ポンプ（図示省略）等により接続されている。そして、吸着面６に被処理基板４を載置した状態で、真空ポンプを駆動させることにより、吸着溝７の内部に真空力を発生させて、上記被処理基板４を吸着保持するようになっている。また、電極ステージ２は、電気的に接地されている。

電極ステージ２には、被処理基板４を吸着面６から離脱させるリフトピン機構１０が設けられている。リフトピン機構１０は、電極ステージ２に形成されたシリンダ部１１と、シリンダ部１１に設けられたピン１２とを備えている。

シリンダ部１１は、拡大断面図である図４に示すように、電極ステージ２の吸着面６に開口された、例えば円筒状の穴部により構成されている。シリンダ部１１の内壁面は、電極ステージ２の吸着面６側（図４で上側）の内径が、電極ステージ２の背面側（図４で下側）よりも大きい段差状に形成されている。つまり、シリンダ部１１は、吸着面６側の内径が比較的大きい第１部分１１ａと、背面側の内径が比較的小さい第２部分１１ｂとにより構成されている。

上記ピン１２は、円柱状に形成され、シリンダ部１１の長さ方向（つまり上下方向）に移動可能に構成されている。ピン１２は、下方の収納位置に移動した状態で、その上端が吸着面６よりも下方に配置される。すなわち、リフトピン機構１０は、ピン１２が電極ステージ２に没入した状態でピン１２と吸着面６に吸着された被処理基板４との間に形成される空隙部１３を有している。一方、ピン１２は、上方の突出位置に移動した状態で、その上端が吸着面６よりも上方に突出して配置される。つまり、ピン１２は、電極ステージ２の吸着面６から出没可能に構成されている。

こうして、ピン１２は、吸着面６から突出して突出位置へ移動することにより、被処理基板４を押し上げて吸着面６から離脱させるようになっている。

上記対向電極３は、導電性部材により構成され、電極ステージ２に対向して配置されている。対向電極３は、処理容器１内部の上方位置に設置され、内部が中空板状に形成されている。対向電極３の上部には、対向電極３の内部に処理ガスを導入するためのガス導入管１４の一端が接続されている。ガス導入管１４の他端側は、処理容器１の外部へ延出されている。そして、対向電極３には、ガス導入管を介して電源部１５が接続されている。このことにより、対向電極３は、電極ステージ２との間で放電可能になっている。

対向電極３は、電極ステージ２の吸着面６に対向する対向面１６を有している。対向面１６には、図４に示すように、複数のガス導入孔１７が形成され、ガス導入管１４から対向電極３の内部に供給された処理ガスを各ガス導入孔１７を介して被処理基板４側へ供給するようになっている。

こうして、プラズマ処理装置Ｓは、対向電極３と電極ステージ２との間に処理ガスが供給された状態で、電源部１５から対向電極３と電極ステージ２との間に例えば１〜数十ｋＶの電圧を印加することにより、対向電極３と電極ステージ２との間にプラズマを生じさせるようになっている。このプラズマによって、被処理基板４はプラズマ処理される。

例えば、被処理基板４上に形成されている薄膜（化学的、機械的、光学的又は電気的な特性を有する薄膜）をエッチングする場合には、処理ガスとしてＣＦ₄と、Ｈｅ又はＡｒとの混合ガスを適用することが好ましい。また、被処理基板４の表面に撥水性を付与するような処理を行う場合には、処理ガスとして、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、及びＳＦ₆等のフッ素含有ガスを適用することが可能である。また、被処理基板４の表面にＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂等の金属酸化膜の薄膜を形成して、被処理基板４に親水性を付与する場合には、水素化金属ガス、ハロゲン化金属ガス、及び金属アルコラート等の金属有機化合物のガス又は水蒸気を適用することが可能である。

そして、本発明の特徴として、リフトピン機構１０は、被処理基板４のプラズマ処理時に空隙部１３における電圧降下を抑制する電圧降下抑制手段２０を備えている。電圧降下抑制手段２０は、対向電極３と電極ステージ２との間でプラズマが生じているときに、被処理基板４とピン１２との間を通電可能な状態にすることにより、空隙部１３における電圧降下を抑制するようになっている。

例えば、電圧降下抑制手段２０は、被処理基板４のプラズマ処理時に空隙部１３にプラズマを発生させるプラズマ発生手段２０とすることが可能である。好ましくは、プラズマ発生手段２０は、空隙部１３を低圧状態で封止する封止構造２０により構成される。

封止構造２０は、上記シリンダ部１１と、ピン１２に嵌挿して設けられ、空隙部１３を含むシリンダ部１１の一部を被処理基板４との間で封止するシール部材２１とを有している。図４に示すように、シリンダ部１１の第１部分１１ａと第２部分１１ｂとの間の段差部分にはオーリング等のシール部材２１が固定して設けられている。このシール部材２１によって、第１部分１１ａと第２部分１１ｂとは、気密状に分離されている。

また、シリンダ部１１の第１部分１１ａの内部は、電極ステージ２に形成された連通路２３を介して吸着溝７の内部に連通している。そのことにより、被処理基板４が吸着面６に吸着された状態で吸着溝７の内部が真空ポンプにより減圧されると、連通路２３を介して上記第１部分１１ａの内部も減圧されるようになっている。

−プラズマ処理方法−
次に、上記プラズマ処理装置Ｓによる被処理基板４のプラズマ処理方法について説明する。

まず、基板吸着工程では、リフトピン機構１０のピン１２を収納位置へ移動させた状態で、被処理基板４を電極ステージ２の吸着面６に載置する。続いて、真空ポンプを駆動して吸着溝７の内部を減圧する。このとき、シリンダ部１１の第１部分１１ａの内部も減圧されて真空状態となる。こうして、被処理基板４は、吸着溝７及び上記第１部分１１ａ（空隙部１３）に生じた真空力によって、吸着面６に吸着保持される。

次に、プラズマ発生工程では、対向電極３の内部に処理ガスを導入し、その処理ガスを、対向電極３の各ガス導入孔１７から、対向電極３と電極ステージ２との間の空間に均一に供給する。その状態で、電源部１５から対向電極３へ所定の電圧を印加して、対向電極３と電極ステージ２上の被処理基板４との間に、大気圧の雰囲気でプラズマを発生させる。このプラズマによって、例えばエッチング等のプラズマ処理を被処理基板４に施す。尚、処理容器１の内部の排気ガスは、排気管５を介して外部へ自然排気される。

次に、基板離脱工程では、プラズマ処理が施された被処理基板４を吸着面６から離脱させる。すなわち、真空ポンプの駆動を停止すると共に、処理ガスの供給を停止する。続いて、リフトピン機構１０の各ピン１２を収納位置から上昇させて突出位置へ移動させる。このことにより、被処理基板４を電極ステージ２の吸着面６から離脱させて搬出する。

以上の一連の工程によって、上記プラズマ処理装置Ｓによる被処理基板４のプラズマ処理が行われる。

−実施形態１の効果−
したがって、この実施形態１によると、大気圧の雰囲気でプラズマ処理を行うことが可能であるので、高価な真空容器が不要となって装置コストを低減できる。そのことに加え、リフトピン機構１０に対し、シリンダ部１１の空隙部１３を封止する封止構造２０を設けるようにしたので、空隙部１３（すなわち、被処理基板４とピン１２との間）にプラズマを発生させることが可能となる。そのことにより、被処理基板４とピン１２との間をプラズマにより通電状態とすることができるので、空隙部１３における電圧降下を抑制することが可能となる。

図５は、プラズマ処理装置Ｓの等価回路を示している。対向電極３と被処理基板４との間には、プラズマが生じているので抵抗３１が設けられていると考えることができる。また、被処理基板４には、コンデンサ３２が設けられていると考えることができる。そして、空隙部１３には、プラズマが生じているので抵抗３３が設けられていると考えることができる。すなわち、空隙部１３を、電圧降下が大きいコンデンサではなくて、電圧降下が小さい抵抗３３に相当する構成とすることができる。

このように、本実施形態では、空隙部１３における局部的な電圧降下が抑制できるために、プラズマを対向電極３と電極ステージ２との間で均一な状態で発生させることができる。その結果、被処理基板４の全面に亘って均一なプラズマ処理を施すことができるため、大気圧の雰囲気におけるプラズマ処理の処理ムラやいわゆる処理抜けを低減することができる。

また、近年、液晶表示装置に代表されるように、被処理基板４が大型化する分野もあるが、本実施形態のプラズマ処理装置Ｓによれば、そのように被処理基板４が大型化しても、装置のフットプリントの増大を抑制しつつ処理ムラの低減を図ることができる。

《発明の実施形態２》
図６〜図７は、本発明の実施形態２を示している。尚、以降の各実施形態では、図１〜図５と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態は、電極ステージ２の吸着部を、吸着溝７ではなく複数の吸着口２７により構成したものである。各吸着口２７は、電極ステージ２の吸着面６に均等にマトリクス状に配置され、吸着面６に開口する断面円状の縦孔により形成されている。電極ステージ２には、背面側に複数のチャンバ部２８が形成されている。各チャンバ部２８には、複数の吸着口２７が連通する一方、真空ポンプ（図示省略）に接続されている。こうして、真空ポンプを駆動することにより、各チャンバ部２８の内部を減圧して、各吸着口２７に真空力を発生させるようになっている。また、上記実施形態１と同様のリフトピン機構１０が吸着口２７の間に配置されている。

電極ステージ２をこのような構成としても、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。そのことに加え、被処理基板４をその全体に亘って均一に吸着保持できる点で好ましい。

《その他の実施形態》
電圧降下抑制手段２０として、封止構造２０を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、被処理基板４とピン１２との間を通電状態とする他の構成としてもよい。

また、処理ガスを供給する構成としては、対向電極３の内部から供給する以外に、対向電極３と電極ステージ２との間の空間の側方に処理ガスを供給する供給管を別個独立に設けるようにしてもよい。このようにして処理ガスを供給するようにしても、対向電極３と電極ステージ２との間にプラズマを適切に発生させることが可能となる。

以上説明したように、本発明は、大気圧近傍の圧力環境下でプラズマ処理を行うプラズマ処理装置について有用であり、特に、リフトピン機構における電圧降下を抑制して、処理ムラの低減を図る場合に適している。

実施形態１のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 電極ステージの外観を示す平面図である。 図２におけるIII−III線断面図である。 図２におけるIV−IV線断面図である。 プラズマ処理装置の等価回路を示す回路図である。 実施形態２の電極ステージ２を示す平面図である。 図６におけるVI−VI線断面図である。 従来のプラズマ処理装置を拡大して示す断面図である。 従来の吸着溝における等価回路を示す回路図である。 従来の空隙部における等価回路を示す回路図である。

符号の説明

Ｓ プラズマ処理装置
２ 電極ステージ
３ 対向電極
４ 被処理基板
６ 吸着面
１０ リフトピン機構
１１ シリンダ部
１１ａ 第１部分
１１ｂ 第２部分
１２ ピン
１３ 空隙部
２０ 電圧降下抑制手段（プラズマ発生手段、封止構造）
２１ シール部材

Claims (4)

1. 被処理基板を吸着面で吸着保持する電極ステージと、
   上記電極ステージに設けられると共に上記電極ステージの吸着面から出没可能なピンを有し、上記ピンが突出することによって上記被処理基板を上記吸着面から離脱させるリフトピン機構と、
   上記電極ステージに対向して配置され、上記電極ステージとの間で放電可能な対向電極とを備え、大気圧の雰囲気で上記電極ステージ及び対向電極の間にプラズマを生じさせることにより上記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、
   上記リフトピン機構は、上記ピンが上記電極ステージに没入した状態で上記ピンと上記吸着面に吸着された上記被処理基板との間に形成される空隙部と、上記被処理基板のプラズマ処理時に上記空隙部における電圧降下を抑制する電圧降下抑制手段とを備えている
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 請求項１において、
   上記電圧降下抑制手段は、上記被処理基板のプラズマ処理時に上記空隙部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段である
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 請求項２において、
   上記プラズマ発生手段は、上記空隙部を低圧状態で封止する封止構造である
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
4. 請求項３において、
   上記封止構造は、上記電極ステージの吸着面に開口されて上記ピンが設けられたシリンダ部と、上記ピンに嵌挿して設けられ、上記空隙部を含む上記シリンダ部の一部を上記被処理基板との間で封止するシール部材とを有している
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。

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