(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室と、上記真空室内にガスを供給し排気する装置と、角型基板を載置する角型の電極と、上記電極に角型基板を押し付けるクランプ装置と、上記電極に高周波電力を印加する高周波電力供給装置とを備えた角型基板用プラズマ処理装置であって、上記電極のうち角型基板を載置する表面は曲面形状を有し、上記クランプ装置は電極の角型基板を載置する表面の外周部上にあり、かつ、上記曲面形状に沿った４つの上向き凸の曲面構造の枠を有すること
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
真空室内にガスを供給しつつ排気し、上記真空室内を所定の圧力に制御することで、上記真空室内に配置された角型の電極に高周波電力を印加することで、上記真空室内にプラズマを発生させ、上記電極に載置された角型基板を処理する角型基板用プラズマ処理方法であって、上記電極のうち角型基板を載置する表面が曲面形状を有し、かつ、上記電極の角型基板を載置する表面の外周を覆い、かつ、上記曲面形状に沿った４つの上向き凸の曲面構造の枠を有するクランプ装置によって、角型基板を上記電極に押さえること
を特徴とする角型基板用プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子(ＬＣＤ)やプラズマディスプレイの製造に用いられるドライエッチング装置、スパッタ装置、ＣＶＤ装置等のプラズマ処理装置に関し、特に例えば大型四角形（角型）ガラス基板の冷却又は加熱のための伝熱手段としてガスを用いたプラズマ処理装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子や液晶素子およびプラズマディスプレイ等の製造装置におけるプラズマ処理装置において、しばしば基板の冷却又は加熱のための伝熱手段として基板裏面と電極の間にヘリウム等の不活性ガスを充満させる方法が用いられる。特に液晶素子製造装置については基板が角型ガラス基板であり、また液晶パネルの大型化傾向に伴い、大型角型ガラス基板対応の高効率のガス伝熱プラズマ処理製造装置を供給することが求められている。
【０００３】
以下、従来の大型角型ガラス基板対応ドライエッチング装置の構成を図６を参照しながら説明する。図６において、１９は真空室、２０は真空排気ポンプである。２１は誘導結合型プラズマを発生させる上部電極で、真空室１９の側面に反応ガス供給口２２を有している。２３は上部電極２１用の第一の高周波電源、２４は被処理基板である大型角型ガラス基板、２５は３７０×４７０ｍｍ弱の大きさで３ｍｍ弱の突出量の凸面Ａを有する凸型下部電極である（図８参照）。凸型下部電極２５のＸＸ−ＸＸ’線上の断面構造図を図７に示す。凸面Ａは大きさが３７０×４７０ｍｍで、厚みが０．７ｍｍのガラス基板２４の周辺Ｂ（幅４ｍｍ）を平面上で拘束し、基板２４の裏面に４Ｔｏｒｒの圧力の低圧ヘリウムを封じ込めたときの凸面Ａのたわみ形状をＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）で解析し、階段状に形成されている。凸型下部電極２５は、水冷板３２上に載置されており、絶縁板２６を介して真空室１９に支持されて、第二の高周波電源２７に接続されている。
【０００４】
凸型下部電極２５の中心位置には中心穴２８があり、この中心穴２８は、伝熱ガス供給手段２９にて外部の低圧ヘリウム供給装置（図示せず）に接続されている。凸型下部電極２５の周囲には矩形枠形のシール枠３０が配設され、凸型下部電極２５の上面には中心穴２８に連通したＸ状の浅いくぼみ３１が分布している。凸型下部電極２５の下部には冷却水路３２ａの通った冷却板３２があり、冷却水路３２ａ内に冷却水が循環されている。凸型下部電極２５の周囲上方には角型すなわち矩形枠形のクランプ枠３３が配設され、複数本の支持棒３４で支持されている。各支持棒３４はその下端部がベローズ３５により真空シールされて外部の昇降装置（図示せず）により上下動する。
【０００５】
以上のように構成されたドライエッチング装置について、以下その動作について説明する。ガラス基板２４を凸型下部電極２５上に載せ、クランプ枠３３を下降させて凸型下部電極２５の水平な基板拘束面Ｂとクランプ枠３３で押さえつけ、凸型基板冷却面Ａに沿わせる。次いで、真空ポンプ２０で真空室１９中の空気を排気し、反応ガス供給口２２から微量のエッチングガスを導入しつつ、圧力コントローラー３６により一定の真空度に保ちながら、第一の高周波電源２３と第二の高周波電源２７により電力を印加して、凸型下部電極２５と上部電極２１の間にプラズマを発生させ、ガラス基板２４をエッチングする。
【０００６】
この間、プラズマに曝されるガラス基板２４は加熱されるので、伝熱ガス供給手段２９より４Ｔｏｒｒ前後の圧力のヘリウムガスを流す。すると、ヘリウムガスは中心穴２８から吹出し、凸型下部電極２５の上面のくぼみ３１を経てガラス基板２４の裏面に充満する。ヘリウムガスは熱伝導性が良いので、ガラス基板２４から効率よく熱を奪い、冷却板３２中の冷却水により冷却された凸型下部電極２５に熱を伝えて、ガラス基板２４がプラズマの熱により加熱され、レジストが変質し、エッチング不良になる事を防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の角型基板対応の凸型下部電極２５を用いたプラズマ処理装置では、被処理基板２４を上記凸型下部電極２５に載せ、クランプ枠３３を下降させて上記凸型下部電極２５の水平な基板拘束面Ｂとクランプ枠３３で押さえつけ、凸型基板冷却面Ａに沿わせたとき、被処理基板２４のたわみにより、図９に示すような四隅に集中的な曲げ応力がかかり、被処理基板２４上のデバイスに局所的なストレスがかかる。その結果、被処理基板２４上の膜剥がれが生じたり、被処理基板２４のサイズが大きくなれば、かなりの確率で破損する問題点がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、被処理基板のたわみによる局所的なストレスを軽減し、被処理基板の大型化に対応できるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、真空室と、上記真空室内にガスを供給し排気する装置と、角型基板を載置する角型の電極と、上記電極に角型基板を押し付けるクランプ装置と、上記電極に高周波電力を印加する高周波電力供給装置とを備えた角型基板用プラズマ処理装置であって、上記電極のうち角型基板を載置する表面は曲面形状を有し、上記クランプ装置は電極の角型基板を載置する表面の外周部上にあり、かつ、上記曲面形状に沿った４つの上向き凸の曲面構造の枠を有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、真空室内にガスを供給しつつ排気し、上記真空室内を所定の圧力に制御することで、上記真空室内に配置された角型の電極に高周波電力を印加することで、上記真空室内にプラズマを発生させ、上記電極に載置された角型基板を処理する角型基板用プラズマ処理方法であって、上記電極のうち角型基板を載置する表面が曲面形状を有し、かつ、上記電極の角型基板を載置する表面の外周を覆い、かつ、上記曲面形状に沿った４つの上向き凸の曲面構造の枠を有するクランプ装置によって、角型基板を上記電極に押さえることを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
以下、本発明のプラズマ処理装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１，２において、１は真空室、２は真空室１内を排気する真空排気装置の一例としての真空排気ポンプである。例えば、ドライエッチング装置の場合には、真空排気ポンプ２により到達真空圧力が１×１０−４Ｔｏｒｒ台となるまで引くのが一般的である。また、スパッタ装置の場合には、真空排気ポンプ２により到達真空圧力が１×１０−８Ｔｏｒｒ台となるまで引くのが一般的である。３は真空室１の上面外部に配置されて真空室１内に誘導結合型プラズマを発生させる一例として角型の上部電極で、真空室１は真空室側面に反応ガス供給装置１２０から反応ガスを真空室１内に供給する反応ガス供給口４を有する。５は上部電極３用の高周波電力供給装置の一例としての第一の高周波電源、６は一例として縦寸法Ｘ１が６００ｍｍで横寸法Ｙ１が７２０ｍｍで厚みが０．７ｍｍの角型の被処理基板の一例である大型角型ガラス基板、７は一例として角型の基板支持側電極であって、一例として大きさが６００ｍｍ×７２０ｍｍ弱で１０ｍｍ弱の突出量を持つ凸面基板冷却面７Ａとその周囲の基板拘束面７Ｂの２種類の凸面形状の被処理基板載置面を有する一例としての角型の凸型下部電極である。この実施形態では、上記電極は、角型として記載したが、このような角型に限定されるものではない。例えば、ＩＣＰプラズマ源を使用する場合には、角型以外の形状とする。また、反応ガスの例としては、塩素系若しくはフッ素系のガス、又は、Ａｒ，Ｎ２，Ｏ２の不活性ガスを使用しており、高周波電力の数値の例は５ｋＷ位である。
【００１４】
凸型下部電極７の図２のＸ−Ｘ’線上の断面構造図を図３（Ｉ）に示す。凸型下部電極７の基板拘束面７Ｂは、以下のようにして決定された形状としている。すなわち、図３の（ＩＩＩ）に示すように被処理基板６よりも充分大きな模擬基板１９、例えば、縦寸法Ｘ２が（大型角型ガラス基板６の縦寸法Ｘ１＋α）であり、その厚みｔが０．７ｍｍであり、周辺部Ｃの幅が４ｍｍである模擬基板１９を想定し、その模擬基板１９を平面１０７の上側平面上に、角型クランプ枠１１５により、拘束する。このとき、αの値は基板周辺部Ｃの幅寸法より十分に大きい事が必要である。そして、模擬基板１９の裏面と平面１０７との間に４Ｔｏｒｒの圧力でヘリウムガスを封じ込めたときの模擬基板１９の凸面基板冷却面１９Ａと、基板拘束面１９Ｂと、基板周辺部１９Ｃのうちの被処理基板拘束面７Ｂに相当する部分の基板拘束面１９Ｂのたわみ形状をＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）で解析し、解析した結果の形状を凸型下部電極７の基板拘束面７Ｂとする。また、上記凸型下部電極７の凸面基板冷却面７Ａは、以下のようにして決定された形状としている。すなわち、図３の（ＩＩ）に示すように、縦寸法Ｘ１が６００ｍｍ、横寸法が７２０ｍｍ、厚みが０．７ｍの模擬基板１０６の凸面基板冷却面１０６Ａの周辺部１０６Ｂ（４ｍｍ）を平面１０７上に角型クランプ枠１５で拘束し、模擬基板１０６の裏面と平面１０７との間に４Ｔｏｒｒの圧力でヘリウムガスを封じ込めたときの模擬基板１０６の凸面基板冷却面１０６Ａのたわみ形状をＣＡＥで解析し、解析した結果の形状を凸型下部電極７の凸面基板冷却面７Ａとする。よって、凸型下部電極７では、凸面基板冷却面７Ａと上記基板拘束面７Ｂとが階段状に形成されることになる。言いかえれば、上記角型模擬基板１９を上記基板支持側電極の被処理基板載置面上にて所定の等分布圧力で押さえつけうるような、上記基板支持側電極の上記被処理基板載置面のたわみ曲面形状とするようにしている。
【００１５】
なお、上記したように、一例としての模擬基板１０６は７２０ｍｍ×６００ｍｍであり、その材質はガラスであり、模擬基板１９の材質も同様にガラスである。また、両基板１０，１９の厚みは同じとしている。
【００１６】
また、図４に示すように、基板クランプ装置の一例としての角型クランプ枠１５の被処理基板６を拘束する部分の面形状は、凸型下部電極７の基板拘束面７Ｂと同様の立体的な面形状とする。上記立体的角型クランプ枠１５にて被処理基板６を押さえつける凸型下部電極７の基板拘束部７Ｂのたわみ形状を、少なくとも上記被処理基板６より大きな多角形基板１９を平面上にて押さえつけ、所定の等分布圧力時のたわみ量をその形状とする。
【００１７】
凸型下部電極７は、水冷板１４上に載置されており、絶縁板８を介して真空室１に支持されて、第二の高周波電源９に接続されている。
凸型下部電極７の上面の中心位置には中心穴１０があり、この中心穴１０は、伝熱ガス供給路１１にて外部の伝熱ガス供給装置の一例としての低圧ヘリウム供給装置１１０に接続されている。凸型下部電極７の上面の周囲には、基板６の外形より少し小さい矩形枠形のシール枠１２が配設され、凸型下部電極７の上面のには中心穴１０に連通しかつ中心穴１０から放射状に延びたＸ状の浅いくぼみ１３が形成されている。凸型下部電極７の下部には冷却水路１４ａの通った冷却板１４があり、冷却水路１４ａ内に冷却水が循環されている。凸型下部電極７の周囲上方には角型すなわち矩形枠形のクランプ枠１５が配設され、複数本の支持棒１６で支持されている。各支持棒１６はその下端部がベローズ１７により真空シールされて外部の昇降装置（図示せず）により上下動する。
【００１８】
以上のように構成されたドライエッチング装置について、以下その動作について説明する。
ガラス基板６を凸型下部電極７の上面上に載せ、クランプ枠１５を下降させて凸型下部電極７の基板拘束面７Ｂと上記基板拘束面７Ｂと同形状面を有するクランプ枠１５で押さえつけ、上記被処理基板６を凸型下部電極７の基板冷却面７Ａのたわみ形状に沿わせる。
【００１９】
次いで、真空ポンプ２で真空室１中の空気を排気し、反応ガス供給口４から微量のエッチングガスを真空室１内に導入しつつ、圧力コントローラー１８により真空室１内を一定の真空度を保ちながら、第一の高周波電源５と第二の高周波電源９により電力を印加して、真空室１内の凸型下部電極７と上部電極３の間にプラズマを発生させ、この発生したプラズマによりガラス基板６をエッチングする。
【００２０】
この間、プラズマに曝されるガラス基板６は加熱されるので、伝熱ガス供給路１１より４Ｔｏｒｒ前後の圧力のヘリウムガスを流す。すると、ヘリウムガスは中心穴１０から吹出し、凸型下部電極７の上面のくぼみ１３に沿ってガラス基板６の裏面に充満する。ヘリウムガスは熱伝導性が良いので、ガラス基板６の裏面から効率よく熱を奪い、凸型下部電極７に熱を伝えることができる。この凸型下部電極７は、上記したように冷却板１４中の冷却水により冷却されている。従って、ガラス基板６がプラズマの熱により加熱されて、レジストが変質してしまい、エッチング不良になる事を防止することができる。
【００２１】
上記実施形態によれば、大型ガラス基板に対応するプラズマ処理装置において、凸型下部電極７の基板拘束面７Ｂに対して、上記基板拘束面７Ｂと同形状面を有するクランプ枠１５で上記被処理基板６を押さえつけ、上記被処理基板６を凸型下部電極７の基板冷却面７Ａのたわみ形状に沿わせることができるようにしている。この結果、図５に示すように、被処理基板６の表面上の局所的な引っ張り応力分布は、存在せず、被処理基板６のたわみによる局所的なストレスを軽減し、被処理基板６上に形成されるデバイスに対してのダメージを軽減し、被処理基板６より大型な基板にも対応できるプラズマ処理方法及び装置を提供することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、大型ガラス基板対応のプラズマ処理装置及び方法において、被処理基板表面上局所的な引っ張り応力分布は存在せず、被処理基板のたわみによる局所的なストレスを軽減し、被処理基板上に形成されるデバイスに対してのダメージを軽減し、被処理基板のより大型化にも対応できるプラズマ処理装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】上記実施形態にかかるプラズマ処理装置の凸型下部電極及びシール枠の斜視図である。
【図３】（Ｉ），（ＩＩ），（ＩＩＩ）は、それぞれ、上記実施形態にかかるプラズマ処理装置の図２のＸ−Ｘ’線における凸型下部電極の断面図、角型クランプ枠で拘束された被処理基板の断面図、角型クランプ枠で拘束されかつ被処理基板よりも充分大きな基板の断面図である。
【図４】上記実施形態にかかるプラズマ処理装置の角型クランプ枠の斜視図である。
【図５】上記実施形態にかかるプラズマ処理装置でのＣＡＥにて解析されたガラス基板にかかる引っ張り応力分布図である。
【図６】従来のプラズマ処理装置概略構成図である。
【図７】従来のプラズマ処理装置の凸型下部電極及びシール枠の斜視図である。
【図８】（Ｉ），（ＩＩ）は、それぞれ、図７のＸＸ−ＸＸ’線における従来の凸型下部電極の断面図、角型クランプ枠で拘束された被処理基板の断面図である。
【図９】従来例でのＣＡＥにて解析されたガラス基板にかかる引っ張り応力分布図である。
【符号の説明】
１…真空室、２…真空排気ポンプ、３…上部電極（誘導結合型プラズマ発生装置）、４…エッチングガス導入口、５…第一の高周波電源、６…被処理基板、７…凸型下部電極、７Ａ…凸面基板冷却面、７Ｂ…基板拘束面、８…絶縁体板、９…第二の高周波電源、１０…凸型下部電極上の中心穴、１１…Ｈｅガス導入装置、１２…シール枠、１３…凸型下部電極上の浅い溝、１４…水冷板、１４ａ…冷却水路、１５，１１５…角型クランプ枠、１６…支持棒、１７…ベローズ、１８…圧力コントローラー、１９…被処理基板よりも充分大きな模擬基板、１９Ａ…凸面基板冷却面、１９Ｂ…基板拘束面、１９Ｃ…基板周辺部、１０６…模擬基板、１０６Ａ…凸面基板冷却面、１０６Ｂ…周辺部、１０７…平面、１１０…低圧ヘリウム供給装置、１２０…反応ガス供給装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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