(57)【要約】      （修正有）【課題】  静電チャックの電極を複数に分割して容易に損傷時に修理・交換できるようにするとともに、被処理基板の大型化に対応し、かつ、低価格、かつ短い納期で電極を得る。【解決手段】  静電チャックに用いる電極４０を複数の棒状の基材４０ａに分割して、該分割した個々の棒状の基材４０ａの表面に高純度セラミックスを溶射して単層の溶射膜４０ｂを形成し、該溶射膜４０ｂが形成された複数の棒状基材４０ａ、４０ａを隙間ｇを保って並列に配置して電極４０を構成した。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を並列して配置したことを特徴とする基板ステージ用静電チャック。
【請求項２】
前記電極が巾の異なる電極である請求項１に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項３】
前記電極が互に所定の隙間を保って配置されている請求項１に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項４】
前記電極が非処理基板の縁部に沿って配置されている請求項１に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項５】
前記電極への配線を単極あるいは双極への切替え可能にした請求項１に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項６】
前記電極が棒状の基材からなる請求項１に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項７】
前記基材の表面に高純度セラミックスを溶射して溶射膜を形成した請求項６に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項８】
前記基材の断面形状が方形である請求項６に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項９】
前記基材の断面形状が巾広の長方形である請求項６に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項１０】
前記基材の断面形状が段差形状である請求項６に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項１１】
前記基材の断面形状を片面に曲面状凸部を反対面に曲面状凹部をもつ屋根瓦状に構成し、該凸部が隣接する電極の該凹部と互に所定の隙間を保って配置された請求項６に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項１２】
前記基材が高純度等方性黒鉛からなる請求項６に記載の基板ステージ用静電チャック。
【請求項１３】
棒状の基材の表面に高純度セラミックスを溶射して溶射膜を形成したことを特徴とする基板ステージ用静電チャックの電極。
【請求項１４】
前記基材の断面形状が方形である請求項１３に記載の電極。
【請求項１５】
前記基材の断面形状が巾広の長方形である請求項１３に記載の電極。
【請求項１６】
前記基材の断面形状が段差形状である請求項１３に記載の電極。
【請求項１７】
前記基材の断面形状が片面に曲面状凸部を反対面に曲面状凹部をもつ屋根瓦形状である請求項１３に記載の電極。
【請求項１８】
前記基材が高純度等方性黒鉛からなる請求項１３に記載の電極。
【請求項１９】
複数の電極を並列して配置した基板ステージ用静電チャックを備えた処理システム。
【請求項２０】
前記電極が巾の異なる電極である基板ステージ用静電チャックを備えた請求項１９に記載の処理システム。
【請求項２１】
前記電極が互に所定の隙間を保って配置されている基板ステージ用静電チャックを備えた請求項１９に記載の処理システム。
【請求項２２】
前記電極が非処理基板の縁部に沿って配置されている基板ステージ用静電チャックを備えた請求項１９に記載の処理システム。
【請求項２３】
前記電極への配線を単極あるいは双極への切替え可能にした基板ステージ用静電チャックを備えた請求項１９に記載の処理システム。
【請求項２４】
前記電極が棒状の基材からなる請求項１９に記載の基板ステージ用静電チャックを備えた処理システム。
【請求項２５】
前記基材の表面に高純度セラミックスを溶射して溶射膜を形成した基板ステージ用静電チャックを備えた請求項２４に記載の処理システム。
【請求項２６】
前記基材の断面形状が方形である基板ステージ用静電チャックを備えた請求項２４に記載の処理システム。
【請求項２７】
前記基材の断面形状が巾広の長方形である基板ステージ用静電チャックを備えた請求項２４に記載の処理システム。
【請求項２８】
前記基材の断面形状が段差形状である基板ステージ用静電チャックを備えた請求項２４に記載の処理システム。
【請求項２９】
前記基材の断面形状を片面に曲面状凸部を反対面に曲面状凹部をもつ屋根瓦状に構成し、該凸部が隣接する電極の該凹部と互に所定の隙間を保って配置された基板ステージ用静電チャックを備えた請求項２４に記載の処理システム。
【請求項３０】
前記基材が高純度等方性黒鉛からなる基板ステージ用静電チャックを備えた請求項２４に記載の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の大型ガラス基板、半導体ウエハ等の各種基板のプラズマ処理に用いる基板ステージ用静電チャック及びそれに用いる電極ならびにそれらを備えた処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＦＰＤ用のガラス基板、半導体ウエハ等の各種基板（以下、総称する場合には、単に基板とも称する）のプラズマ処理装置に用いられる基板ステージとしては、例えばウエハに対しては電気的なクーロン力を利用して吸着する静電チャックが用いられている。また、静電チャック構造としては、内部の電極と基板との間に電位差を与えて該基板を吸着する単極型と、静電チャックの内部に電極を２つ以上に分割し、それぞれに正または負の電圧を印加して基板を吸着する双極型とが用いられている。
【０００３】
特に、ガラス基板の静電チャックには、半円状、リング状あるいは同心円状の一対の平面電極を用い平面電極間に電圧を印加して基板を静電吸着するものがある。この静電チャックは、内側の電極、その外側の絶縁膜およびリング状の外側の電極、さらに静電吸着用の絶縁膜（誘電体膜）から構成される。そして、内側の電極は、内部に冷媒流路が形成されるとともに、上面に外側の電極を形成するため、例えばリング状の凹部が形成されている。
【０００４】
また、内側の電極はアルミニウム合金などの導電材料と、この導電材料を被覆する絶縁材料およびリング電極とで製作される。すなわち、内側の電極の上面の凹部”には多層の溶射膜（この場合、アルミナ）により形成した絶縁膜を介してタングステン等の導電材料で形成された外側の電極がリング状に設けられている。この絶縁膜は内側の電極とリング状の外側の電極の間に存在し、両電極を直流的に絶縁する。又、内側の電極とリング状の外側の電極の表面には、溶射膜（この場合、アルミナ）からなる絶縁膜が形成されているもの（例えば、特許文献１の第５〜６頁、段落〔００２１〕、図１及び図２参照）、あるいは電極形状にいわゆる櫛型電極を用いたものもある（例えば、特許文献２の第９〜１０頁、段落〔００４９〕、及び図１（ｃ）参照）。
【特許文献１】特開平１０−１５０１００号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来のプラズマ処理装置に用いられる基板ステージ用静電チャック及びその電極では、リング状、半円状あるいは同心円状の多層溶射膜を施した一体の平面電極が用いられていたため、電極の一部が破損した場合には、その電極全部を交換して修理することが必要である。また、電極に施した溶射膜が多層であるために被処理体である基板が大型化し高温条件下で使用する場合、信頼性が極めて低い。さらに、電極が一体構造（単電極）あるいは２〜３分割されているだけであるので、生産設備が大型化するために専用設備が必要になり電極の製造原価が高価になるとともに、その製品の納期が長期化する傾向があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前述したような従来のプラズマ処理装置に用いる基板ステージ用静電チャックの持っている問題点を解消して、高信頼性で製作が容易な基板用静電チャック及び電極ならびにそれらを備えた処理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、静電チャックに用いる電極を複数に分割して大略棒状に形成するとともに、分割した個々の棒状の電極を、内側の電極とこの内側の電極の表面を包んで単層の溶射膜とで構成し、これを並列に配置して平面状の電極としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の基板ステージ用静電チャック及びそれに用いる電極ならびにそれらを備えた処理システムによれば、複数に分割した棒状内側電極の電極材料を包んで高純度セラミックスを単層溶射して静電チャック用電極としている為、高信頼度が得られるとともに、これを複数本並列に配置することにより該電極をその巾方向に自在に配置でき、また電極が数個に分割されているので、その破損時に部分的に交換して修復が可能になるとともに、基板の大型化に対応でき、個々の電極が大面積でないので、その運搬・取扱いが容易になる。また、電極への配線の仕方により双極あるいは単極への切り替えが可能となる。さらに、電極が従来に比して低価格かつ、短期間で製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面に基づいて本発明の基板ステージ用静電チャック及びそれに用いる電極ならびにそれらを備えた処理システムの実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
[プラズマ処理装置]
本発明の基板ステージ用静電チャックが使用されるプラズマ処理装置１は、図１に示したように、基板Ｇ（例えばガラス基板）の連続搬送処理すなわちインライン処理するように構成され、基板Ｇを載置した基板ステージ９は、移送方向（→印）に向って加温ユニット２０を有する基板の移載・予備加熱・吸着ゾーンＡ、加熱ゾーンＢ、プラズマユニット７を有する成膜あるいはエッチングゾーンＣ、冷却ユニット３１を有する冷却・リリース移載ゾーンＤに９b→９c→９d→９e→９f  の位置に順にリターンループをもつ無端式基板搬送機構８により移送されつつ、各種のインライン処理がなされる。
【００１１】
リターンパスにおいて、基板ステージ９は、プラズマ処理装置１の底部に配設した別の冷却ユニット３２又は加熱ユニットにより冷却され又は加熱されつつ元の移載ゾーンＡに戻るようになっている。移載ゾーンＡでは、通常の移載機構による基板Ｇの前工程（例えば、洗浄工程）からの基板ステージ９への移載、予備加熱、静電チャックへ給電・吸着が行われる。
【００１２】
さらに、成膜（あるいはエッチング）ゾーンＣでは、プラズマユニット７（例えば、７基のプラズマヘッドを持つ線状プラズマユニット）により、電磁波を用いて線状のプラズマを形成し、基板Ｇの表面を線状プラズマに対して水平に保ちつつ、基板Ｇとプラズマの相対位置を連続的に移動しつつ基板Ｇの表面に、２５０〜３００℃程度のプロセス温度で、ＣＶＤ成膜（あるいはエッチング）処理を行う。この際、基板Ｇ上での温度分布は±５℃程度に許容される。そして、プラズマ処理された基板Ｇは、冷却・移載ゾーンＤで冷却され、静電チャックから離脱（リリース）され、移載ロボットなどの通常用いられる移載機構により次工程へ移送される。なお、プラズマ処理された基板の搬出を搬入側で行ってもよい。
【００１３】
このような装置構成により、例えば、１１００ｍｍ×１３００ｍｍのガラス基板を６０枚／時間の高速プラズマ処理が可能となる。
【００１４】
[基板ステージ用静電チャック]
本発明の基板Ｇを吸着して保持する基板ステージ用静電チャック１０は、内側に段部４１ｂを有する枠体４１を持ち、その下部に前輪用ローラと後輪用ローラ２１，２２が取りつけてあり、第２図（ａ）に示すように、前輪と後輪を処理装置の枠体に有する前輪用ガイドレール１１と後輪用ガイドレール１２に係合し、また、基板ステージ９から垂下したガイド片４４を処理装置の枠体に固設したガイド片受台（Ｖ溝付レール）４５に案内されて移送される。この静電チャック１０で吸着される基板Ｇの一例として、ＦＰＤ用大型ガラス基板は、例えば１１００ｍｍ×１３００ｍｍの大きさと、０．６３〜０．７０ｍｍ程度の厚さを有するので、この大きさに適合した大型の基板吸着面（例えば、１１２０ｍｍ×１３００ｍｍの大きさ）を静電チャック１０が有することが必要である。
【００１５】
そのために、本発明の静電チャック１０では、従来の静電チャックと異なり、用いる電極４０を複数の棒状体に分割し（例えば、１０分割）、その長さが１１２０ｍｍ程であって、巾が約４０ｍｍ程度の角材あるいは後述する断面形状の棒状体で構成する。
【００１６】
そして、本発明の静電チャック１０の電極４０では、図３に示すように、高熱伝導・低熱膨張性をもつ基材４０ａ（例えば、金属・セラミックス複合材：高純度等方性黒鉛材）の表面全体に（前後と端面を含む）３００〜４００μｍ厚程度の高純度セラミックス（例えば、Ａｌ2Ｏ3）の粉末を真空溶射法によって溶融状態で吹き付け、単層溶射して固化させて、静電吸着用の溶射膜（絶縁膜）４０ｂを形成する。この絶縁膜を介して静電吸着のための電気回路が形成されるとともに、成膜あるいはエッチング処理ガス及びＮＦ3等のクリーニングガスによる損傷発生等を回避できるようになる。
【００１７】
ここで、電極４０を構成する基材の形状として、図３（ａ）に示すように、基材４０ａの断面形状を方形に形成し、また、図３（ｂ）に示すように、その断面形状を巾方の長方形に形成し、あるいは、図３（ｃ）に示すように、段差形状に基材４０ａを形成してその表面に高純度セラミックスを単層溶射して溶射膜４０ｂを形成することもできる。この段差形状により加熱ヒータからの輻射熱が遮られ、基板Ｇの温度分布の均一性が向上する。また、電極４０の基材の適当な面をえぐって軽量化してもよい。さらに、図３（ｄ）に示すように、基材４０の断面形状を片面に曲面状凸部を、また、その反対面に曲面状凹部をもつ屋根瓦状に構成し、該凸部が隣接する電極の該凹部と互に所定の隙間ｇを保つようにして配置してもよい。また、図３（ｅ）に示すように、互に巾の異なる基材４０ａから電極４０を構成してもよい。
【００１８】
そして、このように構成した基材４０ａの表面に高純度セラミックスの溶射膜４０ｂを形成した棒状（正方形、長方形、段差形状断面あるいは屋根瓦状断面）の電極４０を、第４図に示すように、基板ステージ９のステージフレーム４２（例えば、ＳＵＳ４３０，４２アロイ（Alloy）のような低熱膨張金属材料からなる）に額縁状の電極支持用枠体４１を固着させ、支持用枠体４１の相対向する段部４１ｂに両端に段部４０ｅ（図２（ａ）参照）をもつ電極４０を橋渡して配置し、電極４０，４０間に空気空間である隙間ｇ（例えば、２ｍｍ程度）をおいて、例えば、１０個の電極４０を並列に載置する。この際、電極４０の段部４０ｅを支持用枠体４１の段部４１ｂ上に長手方向に自由度を持たせたクランプで固定する（図示せず）。ここでは、電極４０の下に固定した加熱ユニット２０（例えば、遠赤外線ヒータ）から電極４０以外の部材の放熱を遮断するために遮熱板４３を加熱ユニット２０と支持用枠体４１との間に配設する。
【００１９】
その後、移載ゾーンＡにおいて、給電装置（図示なし）により静電チャック４０に給電すると、基板Ｇは電極４０面に吸着される。基板Ｇのリリース時には、電極４０から通常の手段により除電した後、図２（ｂ）に示すように、基板ステージ９に貫いて延出した例えば４本のリフトピン５１を昇降機構（図示なし）上昇させて基板Ｇを電極４０上から離脱（リリース）させるようになっている。
【００２０】
ここで、電極４０を電極支持用枠体４１に並列して載置したが、基板ステージ９の上面を平坦に形成して、複数の電極４０を、例えば基板Ｇの縁部に沿って、あるいは、適当な個所に隣接する電極４０間に隙間（ギャップ）ｇを残して煉瓦状に配設してもよい。これらいずれの電極４０の配置方法によっても、基板Ｇ（例えば、ガラス基板）は、完全に電極４０の上面に吸着される。
【００２１】
前述したいずれの電極４０の配置によっても、隣接する電極４０，４０の間が隙間ｇ（ギャップ、空間）によって分割されているので、電極４０、４０間の絶縁が完全になされ、隣接する電極間の異常放電（横飛び）が防止され、電荷が逃げないので吸着状態が維持される。
【００２２】
次に、本発明の基板ステージ用静電チャック１０への給電方法について説明する。まず、例えば図５に示したように、複数の電極４０を隣接する電極４０、４０間に隙間ｇを形成して配設し、基板Ｇを配置する。そして、図６に示すように、それぞれの電極４０，４０に、（図６（ａ）に示すように、あるいは図６（ｂ）に示すように）配線する。そして、図６（ａ）の配線では、表１に示すように、正あるいは負の電圧を印加してそれぞれの端子に接続した単極あるいは双極の切替えを行うようになっている。また、第６図（ｂ）の配線例では正あるいは負の電圧を印加するので単極となる。
【表１】
2005051217.tif 000003
【００２３】
ここで、本発明の基板ステージ用静電チャックにおけるガラス基板Ｇの吸着原理を説明する。図７（ａ）に示すように、従来の手法では、プラズマの存在下で普通の単極を用いて電極４０に通電すると、プラズマからのマイナス電子がガラス基板Ｇの表面にチャージし、クーロン力が生じて、ガラス基板Ｇを電極４０面に吸着する。
【００２４】
これに対して、本発明の図７（c）の例では従来手法と同様にプラズマを介して吸着する単極型の例を示す。又、図７（ｂ）では、プラズマを介さないで吸着する双極型の例を示す。ガラス基板Ｇは一般的に室温で高抵抗材料であるが、高電圧を一瞬にかけることによりガラス基板の表面近傍で分極し、吸着力が発生する。又、高温時にはガラス基板の抵抗が下がり、導電性を示して分極することにより、吸着力が発生する。
【００２５】
特に、本発明のプラズマ処理装置に使用される基板ステージ用静電チャックでは、図１に示すＡゾーンの基板ステージ９で給電手段により電極４０に給電した後、電源ＯＮのままで給電ピン（図示なし）を電極４０から切り離し、９b、９c、９dと移送されるので、図８（ｂ）に示すように、給電ピンを接続したままの状態で電極ＯＦＦとした場合（図８（ａ）参照）に比べて、隣接する電極４０，４０間の絶縁が保たれているため電荷が逃げることがないので、残留吸着力をかなりの時間にわたって保持でき基板を吸着状態に維持できる。この結果、プラズマ処理後、冷却・リリース・移載ゾーンＤでリフトピン５１により基板Ｇを突き上げてロボットアーム５０等で離脱（リリース）させるまで、完全に基板Ｇを静電チャックに吸着してプラズマ処理を行うことができる。特に、ここで、残留吸着力は、印加電圧を高くし、電極の分割数を増すことで増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の基板ステージ用静電チャックが使用されるプラズマ処理装置の各処理位置での機能を示す概念構成図である。
【図２】本発明の基板ステージ用静電チャック要部構造と基板離脱動作の説明図であり、図２（ａ）は基板ステージ用静電チャックに基板を載置した状態の縦断面図、図２（ｂ）は基板ステージ用静電チャック上に載置した基板を離脱（リリース）するためにリフトピンを上昇させて静電チャックの吸着面から離脱させ、かつ、移載フォーク上に載置した状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の基板ステージ用静電チャックに用いる電極の断面図であって、図３（ａ）は方形の電極を、図３（ｂ）は長方形の電極を、図３（ｃ）は段差形状にした電極、図３（ｄ）は屋根瓦状の電極を、図３（ｅ）は巾の異なる電極を示す。
【図４】図２に示した本発明の基板ステージ用静電チャックの一実施の形態を示すものであって、静電チャックに用いる電極を短冊状に枠体上に並列に並べた状態を示す平面図である。
【図５】本発明の基板ステージ用静電チャックによる基板の吸着状態を示す概念図である。
【図６】本発明の基板ステージ用静電チャックの電極への配線方法を示す概念図であって、図６（ａ）はＡ及びＢの異った極性をもつもの、図６（ｂ）は＋あるいは−極に切替えるものを示す。
【図７】基板ステージ用静電チャックによる基板の吸着原理を示す模式図であって、図７（ａ）は、従来の手法により普通の単極を用いてプラズマの存在下で、クーロン力により基板を電極面に吸着した状態を、また図７（ｂ）は本発明の基板ステージ用静電チャックによるものであって、双極電極を用いてプラズマの不存在下で基板を電極面に吸着した状態を、また図７（c）は本発明の基板ステージを単極を用いてプラズマの存在下で吸着した状態を示す。
【図８】基板ステージ用静電チャックの電極の残留吸着力の時間変化を示すグラフであって、図８（ａ）は電極へ電圧印加後、電源をＯＦＦにして給電ピンを切り離した場合、図８（ｂ）は電圧印加後電源をＯＮにしたまま給電ピンを切り離した場合を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１  プラズマ処理装置
２  ローダー
３  大気チャンバー
４  ロードロック・チャンバー
５  昇降式基板搬入機構
７  プラズマユニット
８  無端式基板搬送機構
９  基板ステージ
１０  基板ステージ用静電チャック
３１，３２  冷却ユニット
４０  電極
４１  電極支持用枠体
Ａ  移載・予備加熱・吸着・リリースゾーン
Ｂ  加熱ゾーン
Ｃ  成膜（エッチング）ゾーン
Ｄ  冷却・移載ゾーン
Ｇ  基板
ｇ  電極間の隙間
【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】
2005051217.tif 000008
【図６】
2005051217.tif 000009
【図７】
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【図８】
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