专利名称：静电吸附装置、等离子体处理装置及等离子体处理方法
技术领域：
本发明涉及用静电吸附固定由绝缘体构成的被处理基板的静电吸附装置以及使用该静电吸附装置的等离子体处理装置及等离子体处理方法。
背景技术：
在平面板显示器(FPD)的面板的制造中，一般来说，在由玻璃等的绝缘体构成的基板上形成像素的器件或电极以及布线。在面板制造的各种工艺中，在蚀刻、CVD、灰化及溅射等的微细加工中利用了等离子体。在进行这样的等离子体处理的制造装置中，在可以减压的处理容器内将基板装置在载置台之上，将基板的上面(被处理面)暴露在处理气体的等离子体中来进行加工处理。在这样的情况下，有必要抑制由等离子体处理中的发热引起的温度上升并对基板的温度进行一定的控制，为此，在将由冷却装置调温过的冷却介质循环供应到载置台内的冷却介质通路中的同时，通过载置台的中间而向基板的背面供应He气等传热性良好的气体来间接地冷却基板的方式是经常被使用的。这样的冷却方式有必须具有为了抗住He气的供给压力而将基板固定保持在载置台上的机构。
图13显示了在等离子体处理装置中借助于静电吸附力保持绝缘体的基板的现有的静电吸附装置。在这样的静电吸附装置中，载置台200在基底部件202之上设置了由导电体构成的基座204和由绝缘体构成的聚焦环206。绝缘基板G使基板周围的边缘部盖在聚焦环206的上面地被装载在基座204的上面。冷却介质通路208设置在基座204的内部，来自冷却装置(图中没有表示)的冷却介质会流过冷却介质通路208。另外，在基座204的上面设置了多个的通孔210，通过这些通孔210在基板G的背面以给定的压力提供来自He气供给部(图中没有表示)的传热用的He气。
在基座204中，施加了比高频电源高数MHz～数十MHz的高频。在等离子体处理中在基板G的上面生成处理气体的等离子体PZ。可以用来自高频电源212的高频生成这样的等离子体PZ，也可以用图中没有表示的别的高频电源的高频来生成这样的等离子体PZ。在后一种情况下，在基座204上由高频电源212施加的高频是用于将等离子体PZ中的离子引入到基板G的被处理面上的偏置。
另外，在基座204上由DC(直流)电源214施加数kV左右的DC电压。在这样的DC电压是正极性的电压的情况下，在基板G的上面(被处理面)上吸引并积蓄了等离子体PZ中的负的电荷(电子、负离子)，这样一来，在在基板G的上面的负的面电荷与基座204之间的相互的吸引的静电力(库仑力)起作用，靠这样的静电吸引力基板G被吸附在基座204上。
图14是改善上述静电吸附装置(图13)的现有技术。在这样的静电吸附装置中，用绝缘体层216覆盖基座204的上面。通孔210从基座204的内部的气体流路开始贯通基座204的上面部和绝缘体层216来形成。
FPD用的绝缘基板在近年来大型化的要求越来越高。在上述的静电吸附装置中，由于绝缘基板的尺寸越大，基板由于热应力就越容易翘曲，必须增加在基板温度的控制中使用的传热气体(He气)的供给压力，与此相伴随的是有必要增大用于固定保持基板的静电吸附力。然而，为了增加静电吸附力而在基座上施加的DC电压如果变高的化，会出现容易引起异常放电(几乎都是电弧放电)及绝缘破坏等的问题。
实际上，在图13的现有例中，随着绝缘基板G的大型化，如果从应该增大静电吸附力的DC电源214向基座204施加的DC电压变高的话，就容易在基座204上面的周围的周边部与等离子体PZ之间产生异常放电，容易产生基座204的破坏(电极破坏)。在此方面，在图14的现有例子中，由绝缘体层216在某种程度上能抑制上述那样的异常放电。然而，另外，存在发生来自在基座204和聚焦环206之间的缝隙或通孔210内露出的基座204等的异常放电的风险。另外，如果基座204的温度上升，由基座204的膨胀率与绝缘体层216的膨胀率的差在绝缘体层216上施加了大的热应力，容易在绝缘体层216中引起裂纹。基板的尺寸越大(一般来说基板的最长部分的尺寸是500mm以上)，越容易产生这样的裂纹。
另外，载置台200上的基板G的吸附不良、边缘部损坏或装载偏离(传送偏离)等也是异常放电的原因，现有技术对这些问题没有有效的解决办法。这样，如果DC电压变高的话，容易产生异常放电或绝缘破坏等，难以增大静电吸附力，进而难以对大型的基板进行面内均匀的温度控制，从而难以进行面内均匀的等离子体处理。
发明内容
本发明的目的是，针对上述的现有技术的问题，提供不发生异常放电或绝缘破坏并能对绝缘基板增大保持力的可靠性高的静电吸附装置。
本发明的另外的目的是，提供与绝缘基板的大型化相对应的能确实稳定保持基板的安稳的静电吸附装置。
本发明的另外的目的是，提供与绝缘基板的大型化相对应的能确实稳定保持基板的、对基板的各个部分的温度进行均匀的控制、在基板上进行面内的均匀的等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
本发明的另外的目的是，提供能防止起因于载置台上的基板G的保持不良、边缘部损坏或起因于装载偏离的异常放电的等离子体处理装置和等离子体处理方法。
为了达到上述目的，本发明的静电吸附装置是用于在生成等离子体的空间中保持由绝缘体构成的被处理基板的基板保持装置，具有由用于支持上述基板的导电体构成的基座，在上述基座的主面上用喷镀法形成的第一电介质层，在上述第一电介质层之上用喷镀法形成的电极层，在上述电极层之上用喷镀法形成的第二电介质层，在上述电极层上施加DC(直流)电压的DC电压施加部；通过在上述电极层上施加DC电压，在载置在上述第二电介质层之上的上述基板的被处理面上积蓄电荷，借助于上述电荷与上述电极层之间起作用的静电引力吸附并保持上述基板。
在上述的结构中，来自DC电压施加部的DC电压施加在利用第一及第二电介质层从周围完全绝缘分离的电极层上，没有直接施加在基座上。这样，在基座与等离子体之间当然很难发生异常放电，也能防止施加了DC电压的电极层与等离子体之间的异常放电。对第一及第二电介质层来说，对于高压的DC电压来说在保证作为绝缘体的可靠性的方面，上述第一及第二电介质层的体积固有电阻值优选在1×1014Ω·cm以上，作为材质来说，优选的情况是上述第一及第二电介质层的材料是由以Al2O3及ZrO2中的至少一个为主要成分的陶瓷。
按照本发明的一适当形态，采用的结构是用于控制上述基板的温度的传热气体的通孔从基座贯穿到上述第二电介质层的上面而设置，上述电极层不在通孔的内壁面露出。按照这样的通孔内壁的结构，即使传热气体的泄漏途径发生在基板与第二电介质层之间，但电极层并不与等离子体电气地结合，不会产生异常放电。另外，可以在基座上设置以冷却方式或加热方式实现基板的温度控制用的冷却机构或加热机构。
按照本发明的一优选形态，按照希望的功率将来自高频电源的高频施加到基座上。在这样的情况下，优选的结构是，DC电源施加部的构造是具有输出DC电压的直流电源和实质上隔断了来自该高频电源的高频并且使DC电压通过的电阻器或低通滤波器。基于这样的电阻器或低通滤波器的高频隔断功能，能保护DC电压施加部不受来自基座侧的高频的影响。
按照本发明的一个样式，基座通过电阻器接地到地。如果从DC电压施加部向电极层施加DC电压，借助于使第一电介质层介于中间的电容耦合，基座的电位也上升到该DC电压附近，使上述电阻器介于中间，基座的电位下降到地电场附近，能够防止基座与等离子体之间的异常放电。
按照本发明的一个优选样式，在上述第一电介质层和上述基座之间插入具有在上述第一电介质层的膨胀率和上述基座的膨胀率之间的膨胀率的热应力缓冲材料。如上所述，在上述第一电介质层由以Al2O3或ZrO2为主要成分的陶瓷构成并且基座由Al金属构成的情况下，相应的热应力缓冲材料可用Ni-5Al合金。通过插进这样的热应力缓冲材料，第一电介质层的热应力耐性大幅度提高，难以产生裂纹。
本发明的第一等离子体处理装置是用于在由绝缘体构成的被处理基板上实施等离子体处理的等离子体处理装置，具有提供用于上述等离子体处理的处理空间的处理容器；用于在上述处理容器内保持上述基板的本发明的静电吸附装置；向上述处理室内供应处理气体的处理气体供给部；对上述处理室的室内进行排气的排气部；在上述处理室内生成处理气体的等离子体的等离子体生成部。
在本发明的第一等离子体处理装置中，随着绝缘基板的大型化，由于本发明确实保持了基板的安稳，能够对基板的各个部分的温度进行均匀的控制、在基板上进行面内均匀的等离子体处理。
本发明的第二该等离子体处理装置是用于在由绝缘体构成的被处理基板上实施所要求的等离子体处理的等离子体处理装置，具有提供用于上述等离子体处理的处理空间的处理容器；用于在上述处理容器内保持上述基板的静电吸附装置；针对上述处理基板实施给定的等离子体处理的处理室；向上述处理室内供应处理气体的处理气体供给部；对上述处理室的室内进行排气的排气部；在上述处理室内生成处理气体的等离子体的等离子体生成部；和向装载在上述静电吸附装置的第二电介质层之上的上述绝缘基板的背面供应传热气体的传热气体供给部。
在上述第二等离子体处理装置中，本发明的静电吸附装置是用于控制基板的温度的传热气体的通孔从基座贯通到第二电介质层而设置并且具有电极层不在通孔的内壁面上露出的结构即通孔内壁绝缘的结构。这样，不会发生来自通孔内的异常放电。
在上述第二等离子体处理装置的一个优选的样式中，设置了监视从上述传热气体供给部向基板背面供应的传热气体的供给流量的流量监视部，和顺序控制部，该顺序控制部将上述供给流量的测定值与给定的基准值相比较，与比较的结果相适应地决定是否使上述等离子体生成部工作。优选的情况是上述传热气体是He气，向基板的背面供应的气体压力被设定在1Torr～10Torr的范围内，在静电吸附装置的电极层上施加的DC电压被设定在2kV～5kV的范围内。
按照一优选的样式，在上述监视中，用第一压力向基板的背面供应传热气体，在对基板实施等离子体处理的时候用比第一压力大的第二压力向基板的背面供应传热气体。
本发明的等离子体处理方法用上述第二等离子体处理装置来实现等离子体处理，具有在上述静电吸附装置的第二电介质层之上装载上述基板的工序；向上述处理装置的处理室中导入处理气体的工序；向上述静电吸附装置的电极层上施加DC电压的工序；在开始上述DC电压的施加之后在从上述传热气体供给部以给定的压力向上述基板的背面供应传热气体的同时监视它的供给流量的工序；和将上述传热气体流量的测定值与给定的基准值相比较并且根据比较结果决定是否在上述处理室内产生处理气体的等离子体的工序。
按照本发明的等离子体处理方法，在处理容器内导入处理气体的同时，在此前后，在静电吸附装置的电极层上施加DC电压，然后在绝缘基板上加上传热气体压力。通过处理气体的导入，它的一部分电离，这样，玻璃基板上面适度地带电，能得到适度的静电吸引力，在这样的静电吸引力的作用下能够实施传热气体的漏出流量的监视。作为优选的一个样式，当上述传热气体流量的测定值在上述基准值以下的时候，可以在上述处理室内生成上述处理气体的等离子体来对上述基板进行等离子体处理，当上述传热气体流量的测定值超过上述基准值的时候，在上述处理室内不生成上述处理气体的等离子体，可以中途停止对上述基板进行的等离子体处理。这样，能防止起因于载置台上的基板的保持不良、边缘部损坏或起因于装载偏离的异常放电。
按照本发明的静电吸附装置，通过上述那样的结构和作用，在不产生异常放电或绝缘破坏等的情况下增大对绝缘基板的保持力，对大型的基板也能确实安稳地保持，使可靠性提高。
按照本发明的等离子体处理装置和等离子体处理方法，通过上述那样的结构和作用，与绝缘基板的大型化相对应的能确实稳定保持基板、对基板各个部分的温度进行均匀的控制、在基板上进行面内均匀的等离子体处理。另外，能防止起因于载置台上的被处理基板的保持不良、边缘部损坏或起因于装载偏离的异常放电。
图1是表示本发明的实施例1的静电吸附装置的结构的粗略截面图。
图2是表示本发明的实施例的静电吸附装置的载置台的主要部分的结构的粗略截面图。
图3是表示本发明的实施例2的静电吸附装置的粗略截面图。
图4是表示本发明的实施例3的静电吸附装置的粗略截面图。
图5是模式化地表示本发明的静电吸附装置的施加DC电压时的基座电位的变化的图。
图6是表示本发明的实施例4的等离子体处理装置的结构的粗略截面图。
图7是表示本发明的静电吸附装置的He气的基板冷却效果的一个实验例子的图形。
图8是表示本发明的静电吸附装置的吸附力与施加电压的关系的图形。
图9是表示在本发明的静电吸附装置中使用的电介质层的优选膜厚的图形。
图10是表示实施例的等离子体处理装置的主要部分的等价电路的电路图。
图11是表示实施例的等离子体处理装置的动作顺序的时间顺序。
图12是表示本发明的实施例2的等离子体处理装置的结构的粗略截面图。
图13是表示一个现有的例子的静电吸附装置的结构的粗略截面图。
图14是表示另一个现有的例子的静电吸附装置的结构的粗略截面图。
符号说明G玻璃绝缘基板；10载置台；12基底部件；14基座；16聚焦环；18下部电介质层；20电极层；22上部电介质层；24静电吸附部；26冷却介质流路；28通孔；30匹配器；32高频电源；34DC(直流)电源；36高频隔断部；38开关；40热应力缓冲部件；42电阻器；50本体容器；52电介质壁；56处理室；64浇淋头；70高频天线；74高频电源；84He气供给系统；86PCV；88流量测量器；90控制部；94排气机构；100腔室；102浇淋头。
具体实施例方式
下面，参照图1～图12说明本发明的适合的实施方式。
在图1中表示了根据本发明的实施例1的静电吸附装置的结构。这样的静电吸附装置是在等离子体处理装置的处理容器内固定保持FPD用绝缘基板例如基板G的静电吸附装置，具有与矩形的玻璃基板G相对应的矩形载置台10。在此载置台10中，在基底部件12之上设置了由导电体例如铝构成的矩形块状的基座14和包围此基座14的周围的绝缘体例如像陶瓷或石英构成的矩形框状的聚焦环16，在基座14的主面(上面)上形成了由借助于各种喷镀法形成的下部电介质层18、电极层20及上部电介质层22的三层结构构成的静电吸附部24。
这里，下部电介质层18以及上部电介质层22的体积固有电阻值在1×1014Ω·cm以上，优选的情况是上述下部电介质层18以及上部电介质层22是由以氧化铝(Al2O3)及氧化锆(ZrO2)中的至少一个为主要成分的陶瓷构成。电极层20可以是任意的导电体材料，例如由钨构成。利用公知的等离子体喷镀法，能够在基座14的主面上顺序重叠地形成下部电介质层18、电极层20及上部电介质层22的三层。
在基座14的内部设置了冷却介质流路26，来自冷却装置(图中未表示出)的调温过的冷却介质能流过冷却介质流路26。另外，在基座14的上面及静电吸附部24(18，20，22)上设置了多个通孔28，可以通过基座内部的气体流路及它们的通孔28向玻璃基板G的背面以给定的压力供应来自He气供给系统(图中未表示出)的He气作为传热用气体。
如图2所示，在通孔28周围的电极层20(用斜线表示的部分)上形成具有口径比通孔28大的圆形的挖通部(切口部)20a，电极层20也不在通孔28内露出，通孔28内的中间部分到上部的壁面由下部电介质层18及上部电介质层22构成。另外，电极层20的靠外的边缘部也比下部电介质层18及上部电介质层22的靠外的边缘部更向内侧缩进，成为不在外面露出的结构。这样，电极层20的全部被埋设在下部电介质层18和上部电介质层22的之间。
在图1中，高频电源32的输出端子通过匹配器30电气地连接到基座14。此高频电源32的输出频率在数MHz～数十MHz的范围内选择，输出功率在数kW的幅度左右选择。另一方面，直流(DC)电源34的输出端子通过高频隔断部36电气地连接到静电吸附部24的电极层20上。高频隔断部36是隔断来自基座14的高频的部件，在优选的情况下可以由具有1MΩ以上的电阻值的电阻器或使直流通过的低通滤波器构成。开关38是针对电极层20的用于切换DC电源34和地电位的部件。
在等离子体处理中，在玻璃基板G之上生成处理气体的等离子体PZ。此等离子体PZ可以是由来自高频电源32的高频生成的等离子体，也可以是由来自没有在附图中表示的其它的高频电源的高频生成的等离子体。在后者的情况下，从高频电源32向基座14施加的高频用于为了将等离子体PZ中的离子引入到玻璃基板G的上面(被处理面)的偏置。
如果向DC电源34侧切换开关38，来自DC电源34的DC电压被施加到电极层20上。在此DC电压是正极性的电压的情况下，负的电荷(电子、负离子)被吸附到玻璃基板G的上面并被蓄积。这样，在玻璃基板G上面的负的面电荷与电极层20之间，夹持着玻璃基板G及上部电介质层22而相互吸引的静电力即库仑力就起了作用，依靠此静电力将玻璃基板G吸附固定在载置台10上。如果向地的一侧切换开关38，电极层20所带的电被除去，与此相伴，玻璃基板G所带的电也被除去，上述库仑力即静电吸附力被解除。
在这样的静电吸附装置中，在借助于下部电介质层18及上部电介质层22而与周围完全绝缘分离的电极层20上施加来自DC电源34的DC电压，不在基座14上直接施加。通过这样的结构和安排，在基座14和等离子体PZ之间难以产生异常放电，在施加了DC电压的电极层20与等离子体PZ之间也不发生异常放电。尤其是，由于通孔28的内壁用电介质层18和22构成，即使在玻璃基板G与上部电介质层22的接触面上产生He气的泄漏途径，也不会产生异常放电。因此，能够提高DC电压并增大静电吸引力。于是，可以增加He气的供给量，能够在玻璃基板G的尺寸大的情况下实施良好并且均匀的基板温度控制。
另外，对于这样的静电吸附装置来说，借助于在基座14和DC电源34之间连接的高频隔断部36来阻止基座14侧的高频向DC电源34侧泄漏，能够保护DC电源34，使DC电源34不受高频的影响。
实施例2图3是表示本发明的实施例2的静电吸附装置的结构的图。在该图中，与上述的实施例1(图1)具有相同结构或功能的部分使用同样的符号。在此实施例2中，在基座14与下部电介质层18之间设置了膜状(例如膜厚是50μm)的热应力缓冲材料40。这样的热应力缓冲材料40也可以用等离子体喷镀法来形成。
例如，对于等离子体蚀刻来说，依赖于它的等离子体处理条件，将基座温度设定在80℃附近。在这样的情况下，在静电吸附部24中，特别是由于电介质层18、22与基座14之间的膨胀率的不同，在电介质层18、22中产生热应力，会引起绝缘破坏。特别是，在将高电压施加在电极层20上的情况下，这样的电介质层18、22的热应力引起的很小的疲劳就有导致绝缘破坏的可能。
本发明的发明者针对起因于电介质层18、22的热应力的绝缘破坏对构成电介质层18、22的绝缘体材料及构成基座14的导电体材料进行了研究。得到的结果是，在室温～100℃之间的材料的膨胀率的差最重要，还判明了电介质层或绝缘体材料的韧性(特别是抗剪应力)也是非常重要的。已经确认，作为基座14的材料的性质，优选的情况是具有高的导热性、低的金属污染、高的加工性，作为电介质层18、22的材质，优选具有高的绝缘性、高的介电常数且与基座上面有高的紧密相接性。
于是，如图3所示，从各方面的观点来看，使作为导电体材料的热应力缓冲材料40介于在基座14与下部电介质层18之间的界面区域中是最有效的办法。在此实施例中，基座14的材料是Al金属，下部电介质层18以及上部电介质层22的材料是耐电压性高的氧化铝(Al2O3)或韧性高的氧化锆(ZrO2)，用Ni-5Al合金构成热应力缓冲材料40。这里，Ni-5Al合金是镍与铝(原子)混合比是1∶5的合金，它的线膨胀系数如表1所示，比氧化铝或氧化锆的线膨胀系数大，比铝的线膨胀系数小。这样，作为热应力缓冲材料40的材料，线膨胀系数(膨胀率)是在电介质层18、22与基座14之间的值。另外，优选的情况是，与电介质层18、22的紧密相接性高。
表1
这样，通过在基座14和下部电介质层18之间插入具有在两者的中间的膨胀率的热应力缓冲材料40，能大幅度地提高了静电吸引部24的热应力耐性，能降低起因于热应力的电介质层18、22的绝缘破坏。这样，可以对电极层20施加可靠性高的DC高电压，在高可靠的条件下载置台能确实安稳地固定保持在载置台10上。
实施例3图4是表示本发明的实施例3的静电吸附装置的结构的图。在该图中，与上述的实施例1和2(图1、图3)具有相同结构或功能的部分使用同样的符号。
在本发明的静电吸附装置中，电极层20和基座14经下部电介质层18而电容耦合。这样，如图5所示，在电极层20上施加来自DC电源34的Φp(例如5kV)的DC电压，由电容耦合基座14的电位也上升到接近Φp的Φs0(例如4kV附近)。在这样的状态下对等离子体进行点火的话(或在等离子体发生中开始DC施加的话)，该高电位状态的基座14与等离子体PZ之间有可能发生电弧放电。
这里，在实施例3中，通过电阻器42将基座14接地到地。借助于上述的那样的电容耦合，紧接着DC电压施加的开始，即使基座14的电位上升到数千伏，基座14的电位能够通过电阻器42如图5的Φs1那样以指数函数的速度下降到地电位。这样的话，能够防止基座14与等离子体PZ之间的电弧放电。另一方面，电阻器42有必须具有能够实质性地隔断从高频电源32施加到基座14的高频的高的电阻值R42。对于此电阻器42，同时保证高频隔断功能和上述直流电位钳位功能这两个功能的电阻值R42的最适合的范围是1MΩ～10MΩ。
下面，说明具备本发明的静电吸附装置的等离子体处理装置的实施例。在图6中，表示根据一个实施例的感应结合等离子体(ICP)蚀刻装置的结构。此等离子体蚀刻装置可以在低压条件下生成高密度的等离子体，例如，在LCD的制造中，在玻璃基板上形成薄膜晶体管(TFT)的时候，用于高速地蚀刻金属膜、ITO膜、氧化膜等。在图中，与上述的实施例1～3(图1～图4)具有相同结构或功能的部分使用同样的符号。
此等离子体蚀刻装置具有由导电体材料例如内壁面被氧化铝膜处理法(阳极氧化处理)处理过的铝构成的方形筒形状的密闭容器50。此主体容器50接地。主体容器50的内部由在水平方向上延伸的电介质壁52划分成上部的天线室54和下部的处理室56。电介质壁52由Al2O3等的陶瓷或石英构成，构成处理室56侧的顶壁。在天线室54的侧壁54a和处理室56的侧壁56a之间设置了向内侧突出的支持架58，在此支持架58之上通过密封材料(图中没有表示)安装了电介质壁52，由小螺钉(图中没有表示)固定。
电介质壁52成为装配结构，它的下面的大约全部的面被由陶瓷、石英等的电介质构成的盖板部件60覆盖，在它的内部设置了处理气体供给用的浇淋头62。此浇淋头62的内面例如由被氧化铝膜处理过的铝构成。在此浇淋头62内形成在水平方向扩展延伸的气体流路或缓冲室64。而且，在此缓冲室64中，连通了向下方延伸并经过盖板部件60而开口的多个气体吐出孔64a。另一方面，在电介质壁52的的上面中央上安装了连通到缓冲室64的气体供给管66。气体供给管66从主体容器50的顶盖贯通到它的外侧，连接到包括处理气体供给源及阀系统等的处理气体供给系统68。在等离子体蚀刻中，来自处理气体供给系统68的处理气体通过气体供给管66被导入到浇淋头64，从它的下面的气体供给孔64a吐出到处理室56。
在天线室54内，在电介质壁52之上，配置了由略呈方形涡卷形状地卷起的平面型的线圈天线构成的高频天线70。此高频天线70的涡卷中心端部从主体容器50的顶盖向外导出、通过匹配器72电气地连接到高频电源74的输出端子。另一方面，涡卷的外侧端部被电气地连接到主体容器52，通过主体容器52接地到地。
在等离子体蚀刻中，通过将来自高频电源74的给定的频率例如是13.56MHz的高频功率通过匹配器72供应到高频天线70，在处理室56内形成与高频天线30平行的交变电场，借助于此交变电场将从浇淋头64供应到处理室56中的处理气体等离子体化。高频电源74的输出功率的值可以被适宜地设定成使等离子体充分地产生的值。
在处理室56的下方配置了夹住电介质层52并与高频天线70相对的基于本发明的静电吸附装置的载置台10。此等离子体蚀刻装置的载置台10被收容在由绝缘体构成的托架76中，还被中空(中间是空的)的支柱78支持。支柱78将主体容器50的底部维持成密封的状态并贯通主体容器50的底部，支柱78被在主体容器50的外边配置的升降机构(图中未示出)支持。在基板G被搬入搬出的时候，载置台10借助于该升降机的驱动可以在上下方向上移动。在托架76与主体容器50的底板部分之间设置了密封地包围支柱78的波纹管80，在载置台10上下移动的情况下也能保持处理室56内的密封特性。另外，在处理室56的侧壁56a上设置了用于开闭基板搬入搬出口的门阀82。
载置台10的基底部件12由铝、不锈钢等的导电体材料构成，高频电源32通过匹配器30及供电棒电气地连接到此基底部件12。在等离子体蚀刻中，来自高频电源32的例如3.2MHz的偏置用高频通过基底部件12施加到基座14，在处理室56内生成的等离子体中的离子被有效地引入到载置台10上的玻璃基板G上。这里，由高频电源32供给的高频功率通常被设定在比由上部高频电源74供给的等离子体生成用的高频功率低的值。
针对载置台10的各部分的配管与配线，任何一个都通过中空的支柱78向主体容器50的外面引出，连接到各种动力源或各种动力/控制机器上。从He气供给系统84送出的He气用PCV(pressure ControlValve压力控制阀)86进行压力调整后送到载置台10的通孔28。在PCV86中安装的流量计量器88检测出向通孔28一侧供应的He气，用于监视后面所述的静电吸附时的He气的泄漏流量。将由流量计量器88得到的气体流量测定值送到控制部90。
将含有排气管92及真空泵(图中未表示出)的排气机构94连接到在处理室56的底部设置的排气口上。由此排气机构94对处理室56的室内进行排气，在等离子体处理中将处理室56的内部维持在规定的真空状态(例如10mTorr＝大约1.3Pa)。控制部90可以由微型计算机构成，在分别控制此等离子体蚀刻装置的各个部分即高频电源32、74、开关38、处理气体供给系统68、He气供给系统84、排气机构94等的同时控制装置整体的动作顺序。
对于此等离子体蚀刻装置来说，尽管玻璃基板G大型化，本发明的静电吸附装置确实安稳地保持了该基板G，能够对基板各部分的温度实施均匀的控制从而在基板上实施面内均匀的等离子体蚀刻。
下面，说明此等离子体蚀刻装置中装配的静电吸附装置的优选的在图7中，表示了调查传热用He气对载置台10上的玻璃基板G的基板冷却效果的实验的结果。在此实验中，使He气的供给压力变化，用热电偶测定在基板上的不同位置上设定的计量点的温度。作为有代表性的计量点，“中心”是基板的中心部，“边缘”是基板端部。主要的条件如以下所述。
基板尺寸(对角线尺寸)＝500mm基板的板厚＝0.7mm腔内的压力＝30mTorr处理气体＝O2高频功率(13.5MHz/3.2MHz)＝5000W/3000WDC电压＝2500V时间＝180秒在等离子体蚀刻中，玻璃基板G的温度因来自等离子体的进入热而上升，通过从基座14侧使He气与基板背面接触来使基板温度下降到一定的值，并且能均匀地维持基板面内的温度。从图7可以看出，He气的压力在处于0～2Torr的情况下，随着压力增加，它的冷却效果也增大，从而使基板温度降低，在变成2Torr以上(特别是3Torr以上)时见到了冷却效果的饱和。从此看出，在此等离子体蚀刻装置中使用的传热用的He气压力优选在2Torr以上。另一方面，He气压力作用在绝缘基板的背面上，由于有时作用在使绝缘基板从载置台脱离而引起装载偏离的方向上，不希望有必要的量以上的He气压力。所以，优选把He气压力的上限设在10Torr左右。
在图8中，表示了在电极层20上施加的DC电压与对玻璃基板的吸附压力(静电吸附力)的关系。如图中所示，吸附压力与DC施加电压的平方成比例地增大。如图7所说明的那样，从基板冷却效果的观点看，He气压力是5Torr左右就足够了。这样的情况意味着为了与He气压力相对抗来固定保持基板的吸附压力是5Torr左右就足够了。在图9中，在表示为了得到5Torr的吸附压力所必要的绝缘膜厚与施加电压的关系的特性曲线(直线)A的同时，用特性曲线(直线)B表示了绝缘膜本身的绝缘破坏电压。图中的斜线部分的区域(被A和B包围的区域)成为可以实现的绝缘膜厚与施加电压的组合。由此，优选将绝缘膜厚设在400μm、将施加电压设在5kV左右。
图9对作为电介质层18、22的材料的氧化铝膜进行了说明，也对用喷镀法成膜的氧化锆膜也进行了研究，确认了能充分地进行利用。如上所述，氧化锆的韧性高，特别是有强的抗热应力的能力，适合提高静电吸附部的可靠性。另外，氧化锆与氧化铝同样地在耐等离子体的方面有优异的性能，但如果它的介电常数是20～30的话就变成氧化铝膜(10)的2倍以上。通常，由于吸附力(吸附压力)与电介质层的介电常数的平方成比例地增大，可以说在将来是比氧化铝更有希望的陶瓷。但是，氧化锆的膜中的漏电流(跳跃电流)比氧化铝膜的高，为了抑制漏电流从而确保图9的可靠性，存在必须使它的膜厚变厚的必要。另外，吸附压力与膜后的平方成反比例地减小。重要的是，氧化铝膜在耐电压性及薄膜化方面性能很好，氧化锆膜的韧性以至抗裂纹性能很好，每一个对于作为电介质层18、22的材料来说都能很好地使用。另外，在构成电介质层18、22的陶瓷中，如果将氧化铝(Al2O3)与氧化锆(ZrO2)混合的话，优选它们的成分比是50％∶50％。
这样的话，在本发明中的喷镀法成膜的电介质层的绝缘性比通常的陶瓷烧结体的绝缘层更好。另外，由于具有喷镀法即使对大面积的部件表面来说也容易形成电介质膜的有利之处，可有利地适用于针对大型基板的载置台。
其次，利用图10和图11，说明该实施例的等离子蚀刻装置的特征动作。
图10表示此等离子体蚀刻装置的载置台10的周围主要部分的等价电路。在此等价电路图中，SW1是切换开关38，SW2是高频电源32的通断开关，R36、R42分别是高频隔断部36、电阻器42的电阻，C18是下部电介质18的电容，CG，22是在玻璃基板G与上部电介质层22之间的串联电容，Zp是等离子体的阻抗。另外，节点N20，N14分别对应于电极层20和基座14。图11表示了此等离子体蚀刻装置的等离子体处理的刚开始后的动作顺序。此动作顺序在控制部90的控制下执行。
首先，使处理气体供给系统68动作，通过浇淋头94将处理气体导入到处理室56内。在此前后，开关SW1(38)切换到DC电源34。这样的话，来自DC电源34的DC电压经过电阻R36被施加到节点N20(电极层20)。此节点N20的电位大致按时间常数C18×(R36+R42)上升到图5的Φp。由此DC电压施加而在玻璃基板G的上面积蓄了电荷，由在此面电荷与载置台10侧的电极层20之间起作用的静电引力(库仑力)将玻璃基板G固定保持在载置台10(更正确地说是上部电介质层22)上。另一方面，如上所述，节点N20的电位如上升，由经过电容C18的耦合使节点N14(基座14)的电位被提上去那样地上升。然而，由于节点N14经电阻R42而接地，节点N14的电位大致按时间常数C18×(R36+R42)如图5的Φs1那样地以指数函数快速第下降到地电位附近。
像如上所述的那样，在从将开关SW1(38)切换到DC电源34起的给定的时间之后，使He气供给系统84动作，向载置台10上的基板G供应He气。另外，从开始等离子体处理前就向基座14的冷却介质流路26供应冷却媒体。在这样的He气的供给开始的时候，选择比处理时的设定值(例如4Torr)低的供给压力(例如1.5Torr)。于是，用流量计量器88及控制部90来监视这时的He气流量。当监视值(He流量测定值)在基准值以下的时候，判定成载置台10的He气的漏出量在允许范围内，将开关SW2置于接通的位置，投入高频功率，使等离子体点火(SW3接通)。于是，将He气流量增大到原来的设定值(固定的值)，实施等离子体蚀刻。但是，当监视值(He流量测定值)如图11的虚线所示超过基准值的时候，判定成载置台10的He气的漏出量超过了允许范围，不把开关SW2、SW3置于接通的位置，在此时间点，不产生等离子体，使处理中断或中途停止。
从开始这样的He气的供给的当初起，作为发生相当的气体漏出的原因，考虑到了按照在载置台10上的在玻璃基板G上设定的充分的静电吸引力不发生作用的情况、玻璃基板G的端部有缺欠的情况以及玻璃基板G的装载位置有偏离的任何一种情况。在任何一种情况下，如果在有这样的麻烦的状态下产生等离子体的话，在此时间点就发生异常放电并产生电极破损。在此实施例中，在产生等离子体之前能够通过监视He气的漏出量来在早期检测出这样的麻烦，能防止异常放电，即能防患于未然。
在此实施例的动作顺序中，重要的是首先将处理气体导入到处理室56内，然后再在玻璃基板G上加上He气压力。即，通过处理气体的导入而使它的一部分电离从而使玻璃基板G上面适度地带电，能得到适度的静电吸引力。与此相对，如果按照在不导入处理气体的状态而使处理室56内处于高真空的状态的情况下加上He气压力的顺序来进行的话，向玻璃基板G上施加的静电吸附力非常弱，尽管He气压力低，玻璃基板G有时在载置台10上脱落并有可能发生位置偏离。另外，由于处理气体的种类及流量的差异，在导入气体的时候静电吸附力有可能发生变化。在仅导入处理气体能得到充分大(例如2Torr以上的)的静电吸附力的情况下，可以按照最初以来的原来的设定流量来供应He气。
另外，关于导入处理气体的时序与将开关SW1至于接通的位置的时序的顺序，先将开关SW1至于接通的位置，后导入处理气体，能得到与上面所述的内容相同的效果。
图12表示了作为具有本发明静电吸附装置的等离子体处理装置的另外的实施例的电容耦合型等离子(CCP)蚀刻装置的结构。在图12中，与上述的实施例4的等离子体蚀刻装置(图6)具有相同结构或功能的部分使用同样的符号。
这样的等离子体蚀刻装置例如具有以表面被氧化铝膜处理法(阳极氧化处理)处理过的铝构成的方形筒形状地形成的腔(处理容器)100。在此腔100内的底部设置了根据本发明的静电吸附装置的载置台10。这里，载置台10的基底部件12由绝缘材料构成，构成下部电极的基座14与腔100绝缘分离。
在载置台10的上方，设置了与基座14平行地相对的作为上部电极发挥作用的浇淋头102。浇淋头102在腔100的上部被支持，在内部具有缓冲室104的同时，在与基座14相对的下面形成了吐出处理气体的多个吐出孔106。将此浇淋头102接地到地，与基座14同时构成一对的平行面板电极。
在浇淋头102的上面设置了气体导入口108，来自处理气体供给系统68的处理气体通过气体导入口108被导入到浇淋头102的缓冲室104。作为处理气体(蚀刻气体)，可以使用卤族的气体、O2气、Ar气等通常在此技术领域使用的气体。从高频电源32向基座14施加的高频可以被选择成例如是13.56MHz的比较高的频率，被兼用作用于生成等离子体和用于偏置。这样的CCP蚀刻装置同样能取得与上述的ICP蚀刻装置的同样的本发明的效果。
尽管上述实施例的本发明的等离子体处理装置是与蚀刻装置相关的装置，但同样适用于绝缘体膜、导电体膜或半导体膜等的等离子CVD、绝缘基板表面的等离子洗净、腔内壁的等离子体清洁等的应用。在这样的情况下，将静电吸附装置的基座侧接地的方式同样适于本发明。另外，本发明也能适用于作为等离子体生成而使用了螺旋波等离子体生成、ECR(Electron Cyclotron Resonance电子回旋共振)等离子体生成的等离子体处理装置。本发明的传热气体漏出流量的监视功能及基于这样的监视功能的异常检查功能以至动作顺序功能能很好地适用于上述的那样的具有本发明的静电吸附装置的等离子体处理装置，也能适用于具有使用传热气体的任意的静电吸附装置的等离子体处理装置。
另外，在本发明的技术思想的范围内可以有各种变形，例如，在本发明的静电吸附装置的电极层(22)上施加负的DC电压的方式和在基座14内设置加热机构的结构也是可取的。可以在下部电介质层18和上部电介质层22中使用不同的绝缘体材料。本发明的绝缘体的被处理基板不限于LCD玻璃基板，也可以试用于FPD用的任意的绝缘基板及其它用途的绝缘基板。
权利要求
1.一种静电吸附装置，用于在生成等离子体的空间中通过静电吸附并保持由绝缘体构成的被处理基板，其特征在于，具有由用于支持所述基板的导电体构成的基座；在所述基座的主面上用喷镀法形成的第一电介质层；在所述第一电介质层之上用喷镀法形成的电极层；在所述电极层之上用喷镀法形成的第二电介质层；和在所述电极层上施加DC电压的DC电压施加部，通过在所述电极层上施加所述DC电压，在载置于所述第二电介质层之上的所述基板的被处理面上积蓄电荷，借助于在所述电荷与所述电极层之间起作用的静电吸引力吸附并保持所述基板。
2.如权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于所述第一及第二电介质层的体积固有电阻值在1×1014Ω·cm以上。
3.如权利要求1或2所述的静电吸附装置，其特征在于设置了从所述基座贯穿到所述第二电介质层的用于控制所述基板的温度的传热气体的通孔，所述电极层不在所述通孔的内壁面上露出。
4.如权利要求1或2所述的静电吸附装置，其特征在于以期望功率输出高频的高频电源电连接到所述基座。
5.如权利要求4所述的静电吸附装置，其特征在于所述DC电压施加部具有输出所述DC电压的直流电源和实质性地隔断来自所述高频电源的高频并且使所述DC电压通过的电阻器或低通滤波器。
6.如权利要求5所述的静电吸附装置，其特征在于所述DC电压施加部通过电阻器来接地。
7.如权利要求6所述的静电吸附装置，其特征在于所述电阻器具有1MΩ～10MΩ的电阻值。
8.如权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于在所述第一电介质层和所述基座之间插入具有在所述第一电介质层的膨胀率和所述基座的膨胀率之间的膨胀率的热应力缓冲材料。
9.如权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于所述第一及第二电介质层由以Al2O3及ZrO2中的至少一个为主要成分的陶瓷构成。
10.如权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于所述基座由Al金属构成，所述热应力缓冲材料由Ni-5Al合金构成。
11.如权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于用于冷却所述基板的冷却机构设置在所述基座上。
12.如权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于用于加热所述基板的加热机构设置在所述基座上。
13.一种等离子体处理装置，对由绝缘体构成的被处理基板实施所要求的等离子体处理，其特征在于，具有提供用于所述等离子体处理的处理空间的处理容器；用于在所述处理容器内保持所述基板的如权利要求1所述的静电吸附装置；向所述处理室内供应处理气体的处理气体供给部；对所述处理室的室内进行排气的排气部；和在所述处理室内生成处理气体的等离子体的等离子体生成部。
14.一种等离子体处理装置，对由绝缘体构成的被处理基板实施所要求的等离子体处理，其特征在于，具有提供用于所述等离子体处理的处理空间的处理容器；用于在所述处理容器内保持所述基板的如权利要求3所述的静电吸附装置；对所述处理基板实施规定的等离子体处理的处理室；向所述处理室内供应处理气体的处理气体供给部；对所述处理室的室内进行排气的排气部；在所述处理室内生成处理气体的等离子体的等离子体生成部；和传热气体供给部，该传热气体供给部向载置在所述静电吸附装置的第二电介质层之上的所述绝缘基板的背面供应传热气体。
15.如权利要求14所述的等离子体处理装置，其特征在于，具有气体流量监视部，该气体流量监视部监视从所述传热气体供给部向所述基板的背面供应的所述传热气体的供给流量；和顺序控制部，该顺序控制部将所述供给流量的测定值与给定的基准值相比较，根据比较结果而决定是否使所述等离子体生成部工作。
16.如权利要求14或15所述的等离子体处理装置，其特征在于，所述传热气体是He气，向所述基板的背面供应的气体压力被设定在1Torr～10Torr的范围内，在所述静电吸附装置的电极层上施加的DC电压被设定在2kV～5kV的范围内，
17.一种等离子体处理方法，使用如权利要求3、14和15之任一所述的等离子体处理装置进行等离子体处理，其特征在于，具有在所述静电吸附装置的第二电介质层之上装载所述基板的工序；向所述处理装置的处理室中导入处理气体的工序；向所述静电吸附装置的电极层上施加DC电压的工序；在开始所述DC电压的施加之后，在从所述传热气体供给部以给定的压力向所述基板的背面供应传热气体的同时监视它的供给流量的工序；和将所述传热气体流量的测定值与给定的基准值相比较，根据比较结果决定是否在所述处理室内产生处理气体的等离子体的工序。
18.如权利要求17所述的等离子体处理方法，其特征在于当所述传热气体流量的测定值在所述基准值以下的时候，在所述处理室内生成所述处理气体的等离子体并对所述基板进行等离子体处理，当所述传热气体流量的测定值超过所述基准值的时候，在所述处理室内不生成所述处理气体的等离子体，中止对所述基板进行的等离子体处理。
19.如权利要求18所述的等离子体处理方法，其特征在于利用所述监视，以第一压力向所述绝缘基板的背面供应所述传热气体，在对所述基板进行等离子体处理时以比所述第一压力大的第二压力向所述绝缘基板的背面供应所述传热气体，
20.一种等离子体处理装置，用于对由绝缘体构成的被处理基板实施所要求的等离子体处理，其特征在于，具有提供用于所述等离子体处理的处理空间的处理容器；在所述处理容器内装载所述基板的载置台；将所述基板利用静电吸附力固定保持在所述载置台上用的静电吸附部；从基板背面侧对在所述载置台上的所述基板进行冷却或加热用的温度控制机构；向所述处理室内供应处理气体的处理气体供给部；在所述处理室内生成处理气体的等离子体的等离子体生成部；传热气体供给部，该传热气体供给部向装载在所述静电吸附装置的第二电介质层之上的所述绝缘基板的背面供应传热气体；气体流量监视部，该气体流量监视部监视从所述传热气体供给部向所述基板的背面供应的所述传热气体的供给流量；和顺序控制部，该顺序控制部将所述气体供给流量的测定值与给定的基准值相比较，根据比较结果而决定是否使所述等离子体生成部工作。
全文摘要
本发明涉及静电吸附装置、等离子体处理装置及等离子体处理方法。可不引起异常放电或绝缘破坏地稳定吸附保持绝缘体的基板。其载置玻璃基板(G)的载置台(10)是在基底部件(12)之上设置了例如由铝构成的矩形块状基座(14)和包围此基座(14)的由绝缘体如石英构成的矩形框状聚焦环(16)，在基座(14)的主面上设置了由借助于各种喷镀法形成的下部电介质层(18)、电极层(20)及上部电介质层(22)的三层结构所构成的静电吸附部(24)。下部电介质层(18)以及上部电介质层(22)由体积固有电阻值在1×10
文档编号H01L21/3065GK1612314SQ200410086830
公开日2005年5月4日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年10月31日
发明者里吉务 申请人:东京毅力科创株式会社