表面処理装置及び表面処理方法
【課題】 被処理基板へのスパッタ処理の際のバイアス電圧の印加や、スパッタ法によるエッチング処理の際の給電を良好に行える表面処理装置を提供する。
【解決手段】
本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記基板ホルダに給電可能な突出部が設けられていることを特徴とする。かかる構成とすることによって、基板ホルダを介して被処理基板から外方に離間した位置で給電することが可能となる。それにより、プラズマ生成領域の外で給電出来る。また、被処理基板に給電痕を残さずに該基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。
【解決手段】
本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記基板ホルダに給電可能な突出部が設けられていることを特徴とする。かかる構成とすることによって、基板ホルダを介して被処理基板から外方に離間した位置で給電することが可能となる。それにより、プラズマ生成領域の外で給電出来る。また、被処理基板に給電痕を残さずに該基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面にプラズマガスによって薄膜の成膜や基板表面のエッチングを行う表面処理方法及びこの方法を用いた表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０００−１０６０３４号公報記載の金属積層膜の形成方法には、スパッタリング法によって金属膜を形成する例が記載されている。この例では、絶縁物を介して被処理基板を支持する基板ホルダと、該基板ホルダを支持する搬送トレイを別体に構成し、被処理基板近傍にメッシュ電極を配置して金属膜を形成するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−１０６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、そのような構成の基板ホルダ及び搬送トレイを使用する表面処理装置では、被処理基板にスパッタバイアスやエッチングの給電を良好に行うことは困難である。例えば、被処理基板にスパッタ法によるエッチング処理及び成膜処理を施す一連のプロセス処理を行うプロセス装置中を被処理基板を載置して搬送する搬送トレイに使用することはできない。
【０００４】
よって、本発明は、被処理基板へのスパッタ処理の際のバイアス電圧の印加や、スパッタ法によるエッチング処理の際の給電を良好に行える表面処理装置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】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記基板ホルダに給電可能な突出部が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
かかる構成とすることによって、基板ホルダを介して被処理基板から外方に離間した位置で給電することが可能となる。それにより、プラズマ生成領域の外から被処理基板に給電出来る。また、被処理基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。また、被処理基板に給電の痕（給電痕）を残さないようにすることが可能となる。
【０００７】
好ましくは、上記基板ホルダは内側に上記被処理基板を保持し、外側に上記突出部を有する導電性の枠体を有する。
【０００８】
好ましくは、上記突出部は上記基板ホルダの対称軸上に配置される。それにより、高周波電力によるプラズマ生成の際に電気定数の調整（インピーダンスマッチング）や設計が容易になる。また、高周波プラズマを安定させ易い。
【０００９】
また、本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持し、該基板ホルダを搬送トレイに搭載した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記搬送トレイには前記基板ホルダにバイアス電圧を印加するバイアス付与機構が設けられている。
【００１０】
かかる構成とすることによって、基板バイアス型の高周波（ＲＦ）プラズマ表面処理を行うことが可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記バイアス付与機構は上記搬送トレイの内外方向に進退可能に形成される。
【００１２】
好ましくは、上記搬送トレイは絶縁物を介して上記基板ホルダを保持（あるいは支持）する。
【００１３】
また、本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記基板ホルダに給電可能な突出部と、上記搬送トレイには上記基板ホルダにバイアス電圧を印加するバイアス付与機構とが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、上記突出部には高周波電力が供給され、上記バイアス付与機構には直流電圧が印加される。それにより、直流バイアスが付与された被処理基板と、この近傍に形成された高周波プラズマとを得ることができる。
【００１５】
好ましくは、上記基板ホルダは複数の被処理基板を保持することを特徴とする。それにより、基板処理効率を向上することができる。
【００１６】
好ましくは、上記被処理基板は燃料電池のセパレータである。
【００１７】
好ましくは、上記被処理基板と上記基板ホルダとは同じ材料で構成される。それにより、被処理基板と基板ホルダの熱膨張率が同じとなり、熱膨張の相違による撓みを回避することができる。
【００１８】
また、本発明の表面処理方法は、平行平板電極間にプラズマを形成して被処理基板の表面処理を行う表面処理方法において、上記平行平板電極のうちの一方の電極を導電性の枠体及び被処理基板によって形成し、該枠体の内部に被処理基板を保持すると共に、該枠体から外方に延在する突出部を介して前記被処理部材に給電を行う。
【００１９】
かかる構成とすることによって、基板ホルダを介して被処理基板から外方に離間した位置で給電することが可能となる。それにより、プラズマ生成領域の外から被処理基板に給電出来る。また、被処理基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。また、被処理基板に給電の痕（給電痕）を残さないようにすることが可能となる。
【００２０】
好ましくは、上記突出部が上記枠体の対称軸上に存在することを特徴とする。それにより、高周波電力によるプラズマ生成の際に電気定数の調整（インピーダンスマッチング）や設計が容易になる。また、高周波プラズマを安定させ易い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、基板ホルダの突出部を介して被処理基板から外方に離間した位置から被処理基板に給電することが可能となる。それにより、被処理基板表面全体を生成プラズマで覆うことが可能となる。また、被処理基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。また、搬送トレイのバイアス付与機構によって被処理基板に直流バイアス電圧を印加することができるので、ＤＣバイアス高周波プラズマ処理に好適な表面処理装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実例においては、被処理基板（被処理部材）は、例えば、薄板の金属基板であり、その外周（辺縁）が枠状体のホルダで基板の表裏面を露出するようにして保持され、２つのボックスリフレクタの対向電極間に保持される。それにより、基板の両面の同時プラズマ処理が可能となる。ホルダは複数の基板を保持することが出来、それによって、同時に複数の基板の処理を可能とする。このホルダの枠体に給電点が設定される。基板上ではなく、このホルダに給電点を設けてホルダから基板の外周に高周波電力を供給することによって、撓みやすい基板を一様に保持し、可及的に基板全体に均一な電位を付与する。また、ホルダを介して基板に給電することによって基板表面に給電跡点の痕跡が生ずることを回避する。例えば、ホルダによって保持される基板に熱膨張によって撓みや反りが生じないようにするために、ホルダは基板と同種の（導電）材料で構成される。
【００２３】
ホルダは絶縁材を介して搬送用の中空の搬送トレイの中央部に取り付けられる。ホルダと搬送トレイ間は絶縁され、搬送トレイからの放電が防止される。また、搬送トレイ形状の影響が排除される。
【００２４】
また、搬送トレイにはホルダへのバイアス電圧印加機構が設けられ、プラズマエッチングなどの際のバイアス電圧がホルダを介して被処理基板に印加される。
【００２５】
被処理基板及びホルダは搬送用の搬送トレイに載置された状態で複数のプロセス装置のチャンバを移動する。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１は、本発明のプラズマ処理装置であるエッチング装置のチャンバ部を水平に切断してこれを上方から見た状態（後述の図５参照）を概略的に示す説明図（断面図）である。
【００２８】
同図において、第１のベースフレーム３０１及び第２のベースフレーム３５１が互いに対向するように所定間隔を置いて平行に配置されてチャンバ空間を形成している。このチャンバ空間の略中央にベースフレーム３０１及び３５１と平行になるようにエッチング処理されるべき基板（被処理基板）１５０を載置した搬送トレイ１００が配置される。
【００２９】
ベースフレーム３０１のベースフレーム３５１（あるいは搬送トレイ１００）と対向する面側（内側）には第１のボックスリフレクタ３０２が配置されている。ボックスリフレクタ３０２は金属製（導電性）で箱形の形状をしており、その底部をベースフレーム３０１側にその開口部を搬送トレイ１００側に向けている。ボックスリフレクタ３０２の底板は第１の対向電極３０３となっている。対向電極３０３はこれを移動させる駆動力を発生するアクチュエータ３０４及び移動を案内する複数のガイド３０５によって搬送トレイ１００方向に進退可能に構成されている。対向電極３０３の外形は基板１５０よりも大きく、搬送トレイ１００の外形よりも小さい。
【００３０】
対向電極３０３の外縁部には、搬送トレイ１００と対向するように第１のインピーダンスシールド３０６が配置される。後述のように、インピーダンスシールド３０６は対向電極３０３の外周を囲み、その主面が搬送トレイ１００に対向する。インピーダンスシールド３０６は複数の金属板（導電体）が平行に配置された平行平板電極群を備える（図７参照）。それにより、対向電極３０３及び基板１５０によって画定される空間の外縁領域の電場を安定させる。また、プラズマの基板１５０外への拡散を抑制する。
【００３１】
同様に、ベースフレーム３５１のベースフレーム３０１（あるいは搬送トレイ１００）と対向する面側（内側）には第２のボックスリフレクタ３５２が配置されている。ボックスリフレクタ３５２は金属製（導電性）で箱形の形状をしており、その底部をベースフレーム３５１側にその開口部を搬送トレイ１００側に向けている。ボックスリフレクタ３５２の底板は第２の対向電極３５３となっている。対向電極３５３は、これを移動させる駆動力を発生するアクチュエータ３５４及び移動を案内する複数のガイド３５５によって搬送トレイ１００方向に進退可能に構成されている。対向電極３５３の外形は基板１５０よりも大きく、搬送トレイ１００の外形よりも小さい。
【００３２】
対向電極３５３の外縁部には、搬送トレイ１００と対向するように第２のインピーダンスシールド３５６が配置される。後述のように、インピーダンスシールド３５６は対向電極３５３の外周を囲み、その主面が搬送トレイ１００に対向する。インピーダンスシールド３５６は複数の金属板（導電体）が平行に配置された平行平板電極群を備える（図８参照）。それにより、対向電極３５３及び基板１５０によって画定される空間の外縁領域の電場を安定させる。また、プラズマの拡散を抑制する。
【００３３】
図２は、搬送トレイ１００及び基板１５０の対向電極３０３（又は３５３）に対向する面を概略的に示している。なお、具体構成例について後に図９乃至図１１を参照して説明する。
【００３４】
同図に示されるように、エッチング（表面処理）の対象となる複数の基板１５０がホルダ１２０によって保持される。後述のように、ホルダ１２０は、例えば、２つのフレーム間に基板１５０を挟む構造とすることが出来る。２つのフレーム間はクリップによって固定することが出来る。また、２つのフレーム間に複数の基板１５０を基板相互間を離間して保持することが出来る。複数の基板を保持するホルダ１２０は導電性部材（金属）からなり、絶縁部材１１０を介して搬送トレイ１００に取り付けられる。ホルダ１２０の左右対象となる軸上にそれぞれ外方向に突起するように２つの給電端子（給電点）１２１が設けられる。この給電端子１２１を介して基板１５０に通電することによって基板１５０に給電の痕跡が残ることを回避する。搬送トレイ１００はその長手方向の両端（図示の左右方向両端部）で移動可能にチャンバ内に保持される。
【００３５】
このような構成において、チャンバ内にプロセスガスが導入され、基板１５０と第１の対向電極３０３及び及び第２の対向電極３５３との間に高周波電力が印加されることによって基板１５０の両側にプラズマが発生する。また、基板１５０に直流バイアスを印加することによってプラズマによって発生したラジカルが基板１５０に衝突して基板の複数面（表裏面）の（異方性）エッチングが行われる。
【００３６】
図３は、上述したエッチング処理装置３０の制御系を説明するブロック図である。
【００３７】
同図に示すように、高周波電源３８１は高周波ケーブルからなる給電線３８４及び外部可変インピーダンス回路（マッチングボックス）３８５を介してチャンバ内の基板（基板電極）１５０と対向電極３０３及び３５３との間に高周波電力を供給する。前述したように、閉空間（チャンバ）を形成する対向電極３０３及び３５３、ボックスリフレクタ３０２及び３５２、インピーダンスシールド３０６及び３５６は所定電位（例えば接地電位）のチャンバケース３８６に接続される。対向電極３０３及び３５３は、空間調整部３８７によってその位置が調整される。空間調整部３８７は、個々の対向電極の位置を設定するアクチュエータ３０４及び３５４、ガイド３０５及び３５５に対応する。
【００３８】
給電線３８４の途中にはＣＭ型電力計３８２が接続され、給電線上の進行波電力と反射波電力が測定される。また、給電線３８４には線路上の電圧と電流との位相差θ（力率）、インピーダンスＺを測定するインピーダンス測定器３８３が接続されている。これらの測定結果は制御部３９０に送出される。
【００３９】
上記チャンバには吸気ポンプ３８８によってプロセスガスが導入される。また、チャンバ内のガスは排気ポンプ３８９によって外部に排出される。
【００４０】
制御部３９０は、販売されており、入手可能な制御用コンピュータシステムによって構成される。このコンピュータシステムは、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、インタフェースなどを備え、ＣＰＵが制御プログラムを実行することによって制御部の機能が実現されている。
【００４１】
制御部３９０は、図示しない搬送トレイ搬送装置、空間調整部３８７、ポンプ３８８及び３８９、外部可変インピーダンス回路３８５、高周波電源３８１等を制御してエッチングプロセスを実行する。
【００４２】
制御部３９０は排気ポンプ３８９を動作させて密閉されたチャンバ内を減圧させる。チャンバ内が所定気圧に減圧されると、制御部３９０は図示しないガス供給路の弁を開け、吸気ポンプ３８７を動作させ、プロセスガスを図示しないマスフローコントローラで流量を調節しつつチャンバ内に導入する。また、制御部３９０は排気ポンプ３８９を動作させてエッチングに使用されたガスが排気されるようにしてチャンバ内のプロセスガス濃度を所定の状態に保つ。プロセスガスの種類はエッチング対象となる基板の材質に応じて選択される。例えば、アルゴンガスが使用可能である。
【００４３】
制御部３９０は高周波電源３８１に予め基板に対応して定めた高周波電力を供給させ、チャンバ内にプラズマを発生させる。高周波電源３８１は直流バイアス電圧を基板１５０に印加する機能も備えている。直流バイアス電圧によってプラズマのイオンやラジカルが引張られて基板１５０に衝突し、異方性エッチングが行われる。このバイアス電圧は異方性エッチングの制御パラメータの１つとなっている。直流バイアス電圧は、例えば、後述の搬送トレイ１００のバイアス付与機構１０３によって基板１５０に付与される。
【００４４】
なお、導電性の基板１５０側を陰極とし、いわゆるイオンシース現象によってセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）を発生させて、異方性エッチングを行っても良い。また、直流バイアスを印加する代わりにイオンが追従可能な４００ｋＨｚ程度の相対的に低い高周波電力を電極間に印加してエッチングを行えるようにしても良い。
【００４５】
制御部３９０は、反射電力レベルや給電線の特性インピーダンスとチャンバのインピーダンスとのずれ等から整合調整の必要があると判断すると、外部可変インピーダンス回路の電気定数を調整してインピーダンスの整合を図る。例えば、可変キャパシタＣｉを調整して位相差を減少する。可変キャパシタＣｃを調整してインピーダンス差を調整する。
【００４６】
整合が図られ、プラズマが安定すると、基板表面が所定量除去されるまでエッチングを実行する。制御部３９０は所定量の除去が行われると、あるいは所定除去量に対応した時間が経過するとエッチング処理を終了させる。
【００４７】
図４は、上述した表面処理装置であるエッチング装置３０を前処理装置として含む薄膜形成装置を上方から見た状態で概略的に示している。薄膜形成装置は、基板の両面にエッチングによって表面処理（前処理）を施した後、スパッタ法によって基板表面に成膜を行っている。
【００４８】
同図において、薄膜形成装置１は、概略、トレイ搬入装置１０、ロード装置２０、エッチング装置３０、第１のスパッタ装置４０、第２のスパッタ装置５０、アンロード装置６０、搬送トレイ搬出装置７０及び搬送トレイリターン装置８０を備えている。各装置相互間にはゲートバルブＧ１〜Ｇ６が設けられ、装置間の搬送用搬送トレイ１００の移動と各装置内チャンバの個別の雰囲気設定を可能としている。
【００４９】
まず、組立者（又は組立装置）によって処理対象となる複数の基板１５０がホルダ１２０に保持されて搬送用の搬送トレイ１００に固定（載置）される。この搬送トレイ１００はトレイ搬入装置１０のセット位置に置かれる。トレイ搬入装置１０は搬送トレイ１００をロード装置２０に向けて搬送し、ゲートバルブＧ１を通過してロード部２０内に搬入する。
【００５０】
ロード装置２０は搬送トレイ１００が搬入されるとチャンバ内を減圧して基板１５０を所定温度に予熱する。その後、搬送トレイ１００はゲートバルブＧ２を通過してエッチング装置３０に搬送される。
【００５１】
前述したように、エッチング装置３０は後段のスパッタ装置５０及び６０と共にプラズマ処理を行う表面処理装置である。エッチング装置３０は減圧雰囲気下でプロセスガス（エッチング用ガス）を導入し、基板１５０と電極間に高周波電力を供給してプロセスガスをプラズマ化して活性化させ、基板１５０表面のエッチングを行う。この薄膜形成装置１の例でも基板１５０の表裏面を同時にエッチング処理している。また、片面のみのエッチング処理を行うことも出来る。エッチングの終了後、基板１５０を載置した搬送トレイ１００は次ステージのゲートバルブＧ３を通過して第１のスパッタ部４０に搬送される。
【００５２】
第１のスパッタ装置４０は、前処理（エッチング）された基板１５０に減圧雰囲気下でスパッタ法によって金属などの第１の膜を成膜する。更に、搬送トレイ１００は次ステージのゲートバルブＧ４を通過して第２のスパッタ装置５０に搬送される。更に、第２のスパッタ装置４０は、第１の成膜が形成された基板１５０に減圧雰囲気下でスパッタ法によって金属などの第２の膜を積層する。なお、第１のスパッタ装置４０で基板１５０の一面に成膜し、第２のスパッタ部５０で基板の他面に成膜することとしても良い。
【００５３】
このようにして表面に薄膜が形成された基板１５０を載置した搬送トレイ１００は次ステージのゲートバルブＧ５を通過してアンロード装置６０に搬入される。
【００５４】
アンロード装置６０は、基板１５０を常温に戻す。また、一連の減圧雰囲気環境から常圧雰囲気に戻す。基板１５０はゲートバルブＧ６を経て搬送トレイ搬出装置７０に搬送される。搬送トレイ搬出装置７０は搬送トレイ１００を搬送トレイリターン装置８０に搬送する。搬送トレイリターン装置８０は処理の終えた基板を載置した搬送トレイ１００をトレイ搬入装置１０の元のセット位置に戻す。処理の終えた基板は組立者等によって搬送トレイ１００から取り外される。搬送トレイ１００には新たな被処理基板１５０を保持したホルダが載置されて再利用される。
【００５５】
上述したエッチング装置３０の具体的な構成例について説明する。図５は、エッチング装置３０のチャンバ部の上半分をカットして該装置の右上方からチャンバ内を見た状態示す斜視図である。また、図６は図５に示されているエッチング装置の右側面図である。図５及び図６において、図１及び図２と対応する部分には同一符号を付している。
【００５６】
図５及び図６に示すように、エッチング装置３０のチャンバは所定距離を置いて対向するようにして配置されたベースフレーム３０１及び３５１間に構成される。ベースフレーム３０１のベースフレーム３５１と対向する面側にはボックスリフレクタ３０２が設けられている。ボックスリフレクタ３０２の底部はその周囲を四方から囲む仕切板３０２ａ〜３０２ｄに沿って移動する可動対向電極３０３となっている。同様に、ベースフレーム３５１のベースフレーム３０１と対向する面側にはボックスリフレクタ３５２が設けられている。ボックスリフレクタ３５２の底部はその周囲を囲む仕切板３５２ａ〜３５２ｄに沿って移動する可動対向電極３５３となっている。可動対向電極３０３及び３５３は、それぞれガイド３０５及び３５５、アクチュエータ３０４及び３５４によって移動可能になされている。
【００５７】
図５に示すように、ボックスリフレクタ３０２の仕切り板３０２ａ〜３０２ｄ（同図には３０２ａ及び３０２ｂのみを示す）の外側領域（非プラズマ形成領域）とホルダ１２０及び搬送トレイ１００間にはインピーダンスシールド３０６が設けられている。同様に、ボックスリフレクタ３５２とホルダ１２０及び搬送トレイ１００間にはインピーダンスシールド３５６が設けられている。前述のように、インピーダンスシールド３０６及び３５６はチャンバの外周領域の電界（電位）を安定させる。
【００５８】
図７はボックスリフレクタ３０２に複数の単位プレート３０６ａをエアギャップを介して平行に積み重ねてなる分割型のインピーダンスシールド３０６を取付けた状態を説明する斜視図である。
【００５９】
図８はボックスリフレクタ３５２に複数の単位プレート３５６ａをエアギャップを介して平行に積み重ねてなる分割型のインピーダンスシールド３５６を取付けた状態を説明する斜視図である。ホルダ１２０の給電端子１２１への給電スペースを確保するために図示のインピーダンスシールド３５６の左側及び右側にそれぞれボックスリフレクタ３５２の左右凹部形状に対応して凹部が形成されている。
【００６０】
図５及び図６に示すように、ベースフレーム３５１の外側にチャンバに隣接するようにしてチャンバの電気定数（インピーダンス）と給電線３８４の特性インピーダンスとの整合を図る可変インピーダンス回路を形成したマッチングボックス３８５が設けられている。マッチングボックス３８５内にはインダクタＬ、キャパシタＣｃ及びＣｉ等が形成されている。マッチングボックス（可変インピーダンス回路）３８５に供給された高周波電力は端子接続部３８５ａ及び３８５ｂを介してホルダ１２０の給電端子１２１に供給される。端子接続部３８５ａ及び３８５ｂはホルダ１２０及び搬送トレイ１００をチャンバ内外に移動可能とするために、ネジ機構によって導電軸が軸方向に進退（あるいは伸縮）するようになされる。導電軸が前進（伸張）すると導電軸先端が接続端子としてホルダ１２０の給電端子１２１に接触して電気的に接続が行われ、高周波電力が基板１５０に供給される。導電軸が後退すると、導電軸先端がホルダ１２０の給電端子１２１から離間し、電気的接続が遮断される。接続端子の離間によって搬送トレイ１００の搬送（移動）が可能となる。
【００６１】
搬送トレイ１００の移動（前進後退）は、搬送トレイ１００の下部に設けられたラック１０２（後述の図１０参照）を図示しないギアで駆動してガイドローラ上を移動させることによって行われる。ギアはモータ３９１によってクラッチ３９２を介して正逆方向に回転駆動される。モータ３９１は制御部３９０によって制御される。
【００６２】
上述したインピーダンスシールド３０６及び３５６は空隙を絶縁体とする平行平板電極群によって構成されている。これをいわゆるバリコン（可変容量コンデンサ）として構成することが出来る。それにより、チャンバ内部に内部可変インピーダンス回路を形成することが可能となり、チャンバ内の電気定数の調整範囲をより広範囲として給電系との整合範囲を拡大することが可能となる。また、プラズマ状態の変化（電気定数の変化）に対応して内部可変インピーダンスの電気定数を変化させてプラズマの安定化を図ることが可能となる。更には、対向電極３０３及び３５３と基板１５０との各ギャップ調整の際に図示しない内部可変インピーダンス調整回路を設けることにより電気定数をより広い範囲で調整することが可能となる。
【００６３】
図９は、ホルダ１２０の構成例を説明する斜視図である。同図に示すように、ホルダ１２０は２つの中空の枠体１２０ａ及び１２０ｂと、絶縁体のクランプ（あるいはクリップ）１３１及び１３２とによって構成される。同一面上に並べられた被処理対象となる複数の基板１５０は２つの枠体１２０ａ及び１２０ｂ間に挟まれて固定される。複数の基板１５０を挟んだ状態で２つの枠体１２０ａ及び１２０ｂはその左右両側で断面Ｕ字型のクランプ１３１及び１３２でそれぞれ挟まれて固定される。枠体１２０ａ及び１２０ｂの対称軸上に枠体から外方に延在する２つの給電端（突出部）１２１が設けられている。前述したようにこの給電端１２１に高周波電力及び直流バイアスが印加される。枠体１２０ａ及び１２０ｂは被処理対象の基板１５０と同じ材質のもの、例えば、金属板で形成される。それにより、同じ膨張率となって撓みなどが防止される。また、導電性の枠体１２０ａ及び１２０ｂによって基板１５０の外周が保持されることによって基板１５０の面上は同電位となる。
【００６４】
このようにして複数の基板１５０を保持したホルダ１２０は絶縁部材１１０を介して搬送トレイ１００に保持（載置）される。
【００６５】
図１０は、搬送トレイ１００の具体例を説明する斜視図である。図１１は搬送トレイ１００のフレーム１０１を示す斜視図である。
【００６６】
搬送トレイ１００は、フレーム１０１、その内周を一周するように配置された絶縁部材１１０ａ〜１１０ｒ（絶縁部材１１０）、フレーム１０１の下辺部に沿って設けられた直線状のラック１０２、フレーム１０１の下辺中央部に設けられたバイアス付与機構１０３等を備えている。基板１５０が取り付けられたトレイ１２０は絶縁部材１１０ａ〜１１０ｒを介して搬送トレイ１００のフレーム１０１に取り付けられる（保持される）。
【００６７】
フレーム１０１は、例えば、高剛性の厚板ステンレスによって形成される。ラック１０２は、上述したようにモータ３９１によって駆動されるギアと噛み合うようになされる。バイアス付与機構１０３は、フレーム１０１の下辺中央部の切欠き部１０１ａ（図１１参照）に内外方向に進退可能に設けられて、進位置ではホルダ１２０の金属のフレーム１２０ａに接触し、退位置ではフレーム１２０ａから離間する金属接触片１０３ａ等によって構成される。金属接触片１０３ａは、搬送トレイがチャンバ内の所定位置で図示しない機構によって付勢力を受けてホルダ１２０と接触状態となり、他の位置において付勢力が解除されてホルダ１２０から離間した状態となる。この動作によって、ホルダ１２０及び基板１５０にバイアス電圧を印加することが可能となる。
【００６８】
上述した実施例によれば、基板ホルダの外方突出部に高周波電力の給電を行うことにより、被処理基板に給電の跡を残すことなく、給電を行うことができる。また、基板ホルダを介して各被処理基板の全体をプラズマ形成の一方の電極とし、各被処理基板の両面をプラズマに雰囲気下に曝すことができる。
【００６９】
基板ホルダは対称形に形成され、該突出部が対称軸上に給電点として位置するので、対称形状のアンテナとしてプラズマ状態を電気的に解析することができ、チャンバと給電系とのインピーダンス調整や設計などがやり易い。また、インピーダンスシールド部のバリコン構造や内部インピーダンス回路を更に加えることによってより広い範囲で整合を図ることが可能となる。
【００７０】
バイアス付与機構１０３によって各被処理基板に（直流）バイアス電圧を付与することによって、プラズマ中のイオンやラジカルの該基板への衝突を調整し、プラズマエッチングの調整を行うことが可能となる。なお、バイアス付与機構１０３を離間状態として、いわゆる自己バイアス電圧によってプラズマエッチングを行っても良い。
【００７１】
本発明は、燃料電池部品であるセパレータをはじめとする真空を用いた金属薄板への薄膜形成装置、エッチング装置等のプラズマ処理装置に適用して好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の表面処理装置としてのエッチング装置例を説明する断面図である。
【図２】図２は、基板、ホルダ及び搬送トレイの例を説明する平面図である。
【図３】図３は、エッチング装置の制御系を説明する説明図である。
【図４】図４は、上記エッチング装置を含む薄膜形成装置の例を説明する説明図である。
【図５】図５は、本発明のエッチング装置の具体例を説明する斜視図である。
【図６】図６は、図５に示すエッチング装置の右側面図である。
【図７】図７は、一方の側のインピーダンスシールドの取付状態を説明する斜視図である。
【図８】図８は、他方の側のインピーダンスシールドを説明する斜視図である。
【図９】図９は、基板及びホルダを説明する斜視図である。
【図１０】図１０は、搬送トレイに載置された基板及びホルダを説明する斜視図である。
【図１１】図１１は、搬送トレイのフレームを説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 薄膜形成装置、１０ トレイ搬入装置、２０ ロード装置、３０ エッチング装置、４０ 第１のスパッタ装置、５０ 第２のスパッタ装置、６０ アンロード装置、７０ 搬送トレイ搬出装置、８０ 搬送トレイリターン装置、１００ 搬送トレイ、１２０ ホルダ、１２１ 給電端子、１３１，１３２ クランプ、１５０ 基板、３０１，３５１ ベースフレーム、３０２，３５２ ボックスリフレクタ、３０３，３５３ 対向電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面にプラズマガスによって薄膜の成膜や基板表面のエッチングを行う表面処理方法及びこの方法を用いた表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０００−１０６０３４号公報記載の金属積層膜の形成方法には、スパッタリング法によって金属膜を形成する例が記載されている。この例では、絶縁物を介して被処理基板を支持する基板ホルダと、該基板ホルダを支持する搬送トレイを別体に構成し、被処理基板近傍にメッシュ電極を配置して金属膜を形成するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−１０６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、そのような構成の基板ホルダ及び搬送トレイを使用する表面処理装置では、被処理基板にスパッタバイアスやエッチングの給電を良好に行うことは困難である。例えば、被処理基板にスパッタ法によるエッチング処理及び成膜処理を施す一連のプロセス処理を行うプロセス装置中を被処理基板を載置して搬送する搬送トレイに使用することはできない。
【０００４】
よって、本発明は、被処理基板へのスパッタ処理の際のバイアス電圧の印加や、スパッタ法によるエッチング処理の際の給電を良好に行える表面処理装置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】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記基板ホルダに給電可能な突出部が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
かかる構成とすることによって、基板ホルダを介して被処理基板から外方に離間した位置で給電することが可能となる。それにより、プラズマ生成領域の外から被処理基板に給電出来る。また、被処理基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。また、被処理基板に給電の痕（給電痕）を残さないようにすることが可能となる。
【０００７】
好ましくは、上記基板ホルダは内側に上記被処理基板を保持し、外側に上記突出部を有する導電性の枠体を有する。
【０００８】
好ましくは、上記突出部は上記基板ホルダの対称軸上に配置される。それにより、高周波電力によるプラズマ生成の際に電気定数の調整（インピーダンスマッチング）や設計が容易になる。また、高周波プラズマを安定させ易い。
【０００９】
また、本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持し、該基板ホルダを搬送トレイに搭載した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記搬送トレイには前記基板ホルダにバイアス電圧を印加するバイアス付与機構が設けられている。
【００１０】
かかる構成とすることによって、基板バイアス型の高周波（ＲＦ）プラズマ表面処理を行うことが可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記バイアス付与機構は上記搬送トレイの内外方向に進退可能に形成される。
【００１２】
好ましくは、上記搬送トレイは絶縁物を介して上記基板ホルダを保持（あるいは支持）する。
【００１３】
また、本発明の表面処理装置は、表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、上記基板ホルダに給電可能な突出部と、上記搬送トレイには上記基板ホルダにバイアス電圧を印加するバイアス付与機構とが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、上記突出部には高周波電力が供給され、上記バイアス付与機構には直流電圧が印加される。それにより、直流バイアスが付与された被処理基板と、この近傍に形成された高周波プラズマとを得ることができる。
【００１５】
好ましくは、上記基板ホルダは複数の被処理基板を保持することを特徴とする。それにより、基板処理効率を向上することができる。
【００１６】
好ましくは、上記被処理基板は燃料電池のセパレータである。
【００１７】
好ましくは、上記被処理基板と上記基板ホルダとは同じ材料で構成される。それにより、被処理基板と基板ホルダの熱膨張率が同じとなり、熱膨張の相違による撓みを回避することができる。
【００１８】
また、本発明の表面処理方法は、平行平板電極間にプラズマを形成して被処理基板の表面処理を行う表面処理方法において、上記平行平板電極のうちの一方の電極を導電性の枠体及び被処理基板によって形成し、該枠体の内部に被処理基板を保持すると共に、該枠体から外方に延在する突出部を介して前記被処理部材に給電を行う。
【００１９】
かかる構成とすることによって、基板ホルダを介して被処理基板から外方に離間した位置で給電することが可能となる。それにより、プラズマ生成領域の外から被処理基板に給電出来る。また、被処理基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。また、被処理基板に給電の痕（給電痕）を残さないようにすることが可能となる。
【００２０】
好ましくは、上記突出部が上記枠体の対称軸上に存在することを特徴とする。それにより、高周波電力によるプラズマ生成の際に電気定数の調整（インピーダンスマッチング）や設計が容易になる。また、高周波プラズマを安定させ易い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、基板ホルダの突出部を介して被処理基板から外方に離間した位置から被処理基板に給電することが可能となる。それにより、被処理基板表面全体を生成プラズマで覆うことが可能となる。また、被処理基板の両面をプラズマ処理することが可能となる。また、搬送トレイのバイアス付与機構によって被処理基板に直流バイアス電圧を印加することができるので、ＤＣバイアス高周波プラズマ処理に好適な表面処理装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実例においては、被処理基板（被処理部材）は、例えば、薄板の金属基板であり、その外周（辺縁）が枠状体のホルダで基板の表裏面を露出するようにして保持され、２つのボックスリフレクタの対向電極間に保持される。それにより、基板の両面の同時プラズマ処理が可能となる。ホルダは複数の基板を保持することが出来、それによって、同時に複数の基板の処理を可能とする。このホルダの枠体に給電点が設定される。基板上ではなく、このホルダに給電点を設けてホルダから基板の外周に高周波電力を供給することによって、撓みやすい基板を一様に保持し、可及的に基板全体に均一な電位を付与する。また、ホルダを介して基板に給電することによって基板表面に給電跡点の痕跡が生ずることを回避する。例えば、ホルダによって保持される基板に熱膨張によって撓みや反りが生じないようにするために、ホルダは基板と同種の（導電）材料で構成される。
【００２３】
ホルダは絶縁材を介して搬送用の中空の搬送トレイの中央部に取り付けられる。ホルダと搬送トレイ間は絶縁され、搬送トレイからの放電が防止される。また、搬送トレイ形状の影響が排除される。
【００２４】
また、搬送トレイにはホルダへのバイアス電圧印加機構が設けられ、プラズマエッチングなどの際のバイアス電圧がホルダを介して被処理基板に印加される。
【００２５】
被処理基板及びホルダは搬送用の搬送トレイに載置された状態で複数のプロセス装置のチャンバを移動する。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１は、本発明のプラズマ処理装置であるエッチング装置のチャンバ部を水平に切断してこれを上方から見た状態（後述の図５参照）を概略的に示す説明図（断面図）である。
【００２８】
同図において、第１のベースフレーム３０１及び第２のベースフレーム３５１が互いに対向するように所定間隔を置いて平行に配置されてチャンバ空間を形成している。このチャンバ空間の略中央にベースフレーム３０１及び３５１と平行になるようにエッチング処理されるべき基板（被処理基板）１５０を載置した搬送トレイ１００が配置される。
【００２９】
ベースフレーム３０１のベースフレーム３５１（あるいは搬送トレイ１００）と対向する面側（内側）には第１のボックスリフレクタ３０２が配置されている。ボックスリフレクタ３０２は金属製（導電性）で箱形の形状をしており、その底部をベースフレーム３０１側にその開口部を搬送トレイ１００側に向けている。ボックスリフレクタ３０２の底板は第１の対向電極３０３となっている。対向電極３０３はこれを移動させる駆動力を発生するアクチュエータ３０４及び移動を案内する複数のガイド３０５によって搬送トレイ１００方向に進退可能に構成されている。対向電極３０３の外形は基板１５０よりも大きく、搬送トレイ１００の外形よりも小さい。
【００３０】
対向電極３０３の外縁部には、搬送トレイ１００と対向するように第１のインピーダンスシールド３０６が配置される。後述のように、インピーダンスシールド３０６は対向電極３０３の外周を囲み、その主面が搬送トレイ１００に対向する。インピーダンスシールド３０６は複数の金属板（導電体）が平行に配置された平行平板電極群を備える（図７参照）。それにより、対向電極３０３及び基板１５０によって画定される空間の外縁領域の電場を安定させる。また、プラズマの基板１５０外への拡散を抑制する。
【００３１】
同様に、ベースフレーム３５１のベースフレーム３０１（あるいは搬送トレイ１００）と対向する面側（内側）には第２のボックスリフレクタ３５２が配置されている。ボックスリフレクタ３５２は金属製（導電性）で箱形の形状をしており、その底部をベースフレーム３５１側にその開口部を搬送トレイ１００側に向けている。ボックスリフレクタ３５２の底板は第２の対向電極３５３となっている。対向電極３５３は、これを移動させる駆動力を発生するアクチュエータ３５４及び移動を案内する複数のガイド３５５によって搬送トレイ１００方向に進退可能に構成されている。対向電極３５３の外形は基板１５０よりも大きく、搬送トレイ１００の外形よりも小さい。
【００３２】
対向電極３５３の外縁部には、搬送トレイ１００と対向するように第２のインピーダンスシールド３５６が配置される。後述のように、インピーダンスシールド３５６は対向電極３５３の外周を囲み、その主面が搬送トレイ１００に対向する。インピーダンスシールド３５６は複数の金属板（導電体）が平行に配置された平行平板電極群を備える（図８参照）。それにより、対向電極３５３及び基板１５０によって画定される空間の外縁領域の電場を安定させる。また、プラズマの拡散を抑制する。
【００３３】
図２は、搬送トレイ１００及び基板１５０の対向電極３０３（又は３５３）に対向する面を概略的に示している。なお、具体構成例について後に図９乃至図１１を参照して説明する。
【００３４】
同図に示されるように、エッチング（表面処理）の対象となる複数の基板１５０がホルダ１２０によって保持される。後述のように、ホルダ１２０は、例えば、２つのフレーム間に基板１５０を挟む構造とすることが出来る。２つのフレーム間はクリップによって固定することが出来る。また、２つのフレーム間に複数の基板１５０を基板相互間を離間して保持することが出来る。複数の基板を保持するホルダ１２０は導電性部材（金属）からなり、絶縁部材１１０を介して搬送トレイ１００に取り付けられる。ホルダ１２０の左右対象となる軸上にそれぞれ外方向に突起するように２つの給電端子（給電点）１２１が設けられる。この給電端子１２１を介して基板１５０に通電することによって基板１５０に給電の痕跡が残ることを回避する。搬送トレイ１００はその長手方向の両端（図示の左右方向両端部）で移動可能にチャンバ内に保持される。
【００３５】
このような構成において、チャンバ内にプロセスガスが導入され、基板１５０と第１の対向電極３０３及び及び第２の対向電極３５３との間に高周波電力が印加されることによって基板１５０の両側にプラズマが発生する。また、基板１５０に直流バイアスを印加することによってプラズマによって発生したラジカルが基板１５０に衝突して基板の複数面（表裏面）の（異方性）エッチングが行われる。
【００３６】
図３は、上述したエッチング処理装置３０の制御系を説明するブロック図である。
【００３７】
同図に示すように、高周波電源３８１は高周波ケーブルからなる給電線３８４及び外部可変インピーダンス回路（マッチングボックス）３８５を介してチャンバ内の基板（基板電極）１５０と対向電極３０３及び３５３との間に高周波電力を供給する。前述したように、閉空間（チャンバ）を形成する対向電極３０３及び３５３、ボックスリフレクタ３０２及び３５２、インピーダンスシールド３０６及び３５６は所定電位（例えば接地電位）のチャンバケース３８６に接続される。対向電極３０３及び３５３は、空間調整部３８７によってその位置が調整される。空間調整部３８７は、個々の対向電極の位置を設定するアクチュエータ３０４及び３５４、ガイド３０５及び３５５に対応する。
【００３８】
給電線３８４の途中にはＣＭ型電力計３８２が接続され、給電線上の進行波電力と反射波電力が測定される。また、給電線３８４には線路上の電圧と電流との位相差θ（力率）、インピーダンスＺを測定するインピーダンス測定器３８３が接続されている。これらの測定結果は制御部３９０に送出される。
【００３９】
上記チャンバには吸気ポンプ３８８によってプロセスガスが導入される。また、チャンバ内のガスは排気ポンプ３８９によって外部に排出される。
【００４０】
制御部３９０は、販売されており、入手可能な制御用コンピュータシステムによって構成される。このコンピュータシステムは、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、インタフェースなどを備え、ＣＰＵが制御プログラムを実行することによって制御部の機能が実現されている。
【００４１】
制御部３９０は、図示しない搬送トレイ搬送装置、空間調整部３８７、ポンプ３８８及び３８９、外部可変インピーダンス回路３８５、高周波電源３８１等を制御してエッチングプロセスを実行する。
【００４２】
制御部３９０は排気ポンプ３８９を動作させて密閉されたチャンバ内を減圧させる。チャンバ内が所定気圧に減圧されると、制御部３９０は図示しないガス供給路の弁を開け、吸気ポンプ３８７を動作させ、プロセスガスを図示しないマスフローコントローラで流量を調節しつつチャンバ内に導入する。また、制御部３９０は排気ポンプ３８９を動作させてエッチングに使用されたガスが排気されるようにしてチャンバ内のプロセスガス濃度を所定の状態に保つ。プロセスガスの種類はエッチング対象となる基板の材質に応じて選択される。例えば、アルゴンガスが使用可能である。
【００４３】
制御部３９０は高周波電源３８１に予め基板に対応して定めた高周波電力を供給させ、チャンバ内にプラズマを発生させる。高周波電源３８１は直流バイアス電圧を基板１５０に印加する機能も備えている。直流バイアス電圧によってプラズマのイオンやラジカルが引張られて基板１５０に衝突し、異方性エッチングが行われる。このバイアス電圧は異方性エッチングの制御パラメータの１つとなっている。直流バイアス電圧は、例えば、後述の搬送トレイ１００のバイアス付与機構１０３によって基板１５０に付与される。
【００４４】
なお、導電性の基板１５０側を陰極とし、いわゆるイオンシース現象によってセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）を発生させて、異方性エッチングを行っても良い。また、直流バイアスを印加する代わりにイオンが追従可能な４００ｋＨｚ程度の相対的に低い高周波電力を電極間に印加してエッチングを行えるようにしても良い。
【００４５】
制御部３９０は、反射電力レベルや給電線の特性インピーダンスとチャンバのインピーダンスとのずれ等から整合調整の必要があると判断すると、外部可変インピーダンス回路の電気定数を調整してインピーダンスの整合を図る。例えば、可変キャパシタＣｉを調整して位相差を減少する。可変キャパシタＣｃを調整してインピーダンス差を調整する。
【００４６】
整合が図られ、プラズマが安定すると、基板表面が所定量除去されるまでエッチングを実行する。制御部３９０は所定量の除去が行われると、あるいは所定除去量に対応した時間が経過するとエッチング処理を終了させる。
【００４７】
図４は、上述した表面処理装置であるエッチング装置３０を前処理装置として含む薄膜形成装置を上方から見た状態で概略的に示している。薄膜形成装置は、基板の両面にエッチングによって表面処理（前処理）を施した後、スパッタ法によって基板表面に成膜を行っている。
【００４８】
同図において、薄膜形成装置１は、概略、トレイ搬入装置１０、ロード装置２０、エッチング装置３０、第１のスパッタ装置４０、第２のスパッタ装置５０、アンロード装置６０、搬送トレイ搬出装置７０及び搬送トレイリターン装置８０を備えている。各装置相互間にはゲートバルブＧ１〜Ｇ６が設けられ、装置間の搬送用搬送トレイ１００の移動と各装置内チャンバの個別の雰囲気設定を可能としている。
【００４９】
まず、組立者（又は組立装置）によって処理対象となる複数の基板１５０がホルダ１２０に保持されて搬送用の搬送トレイ１００に固定（載置）される。この搬送トレイ１００はトレイ搬入装置１０のセット位置に置かれる。トレイ搬入装置１０は搬送トレイ１００をロード装置２０に向けて搬送し、ゲートバルブＧ１を通過してロード部２０内に搬入する。
【００５０】
ロード装置２０は搬送トレイ１００が搬入されるとチャンバ内を減圧して基板１５０を所定温度に予熱する。その後、搬送トレイ１００はゲートバルブＧ２を通過してエッチング装置３０に搬送される。
【００５１】
前述したように、エッチング装置３０は後段のスパッタ装置５０及び６０と共にプラズマ処理を行う表面処理装置である。エッチング装置３０は減圧雰囲気下でプロセスガス（エッチング用ガス）を導入し、基板１５０と電極間に高周波電力を供給してプロセスガスをプラズマ化して活性化させ、基板１５０表面のエッチングを行う。この薄膜形成装置１の例でも基板１５０の表裏面を同時にエッチング処理している。また、片面のみのエッチング処理を行うことも出来る。エッチングの終了後、基板１５０を載置した搬送トレイ１００は次ステージのゲートバルブＧ３を通過して第１のスパッタ部４０に搬送される。
【００５２】
第１のスパッタ装置４０は、前処理（エッチング）された基板１５０に減圧雰囲気下でスパッタ法によって金属などの第１の膜を成膜する。更に、搬送トレイ１００は次ステージのゲートバルブＧ４を通過して第２のスパッタ装置５０に搬送される。更に、第２のスパッタ装置４０は、第１の成膜が形成された基板１５０に減圧雰囲気下でスパッタ法によって金属などの第２の膜を積層する。なお、第１のスパッタ装置４０で基板１５０の一面に成膜し、第２のスパッタ部５０で基板の他面に成膜することとしても良い。
【００５３】
このようにして表面に薄膜が形成された基板１５０を載置した搬送トレイ１００は次ステージのゲートバルブＧ５を通過してアンロード装置６０に搬入される。
【００５４】
アンロード装置６０は、基板１５０を常温に戻す。また、一連の減圧雰囲気環境から常圧雰囲気に戻す。基板１５０はゲートバルブＧ６を経て搬送トレイ搬出装置７０に搬送される。搬送トレイ搬出装置７０は搬送トレイ１００を搬送トレイリターン装置８０に搬送する。搬送トレイリターン装置８０は処理の終えた基板を載置した搬送トレイ１００をトレイ搬入装置１０の元のセット位置に戻す。処理の終えた基板は組立者等によって搬送トレイ１００から取り外される。搬送トレイ１００には新たな被処理基板１５０を保持したホルダが載置されて再利用される。
【００５５】
上述したエッチング装置３０の具体的な構成例について説明する。図５は、エッチング装置３０のチャンバ部の上半分をカットして該装置の右上方からチャンバ内を見た状態示す斜視図である。また、図６は図５に示されているエッチング装置の右側面図である。図５及び図６において、図１及び図２と対応する部分には同一符号を付している。
【００５６】
図５及び図６に示すように、エッチング装置３０のチャンバは所定距離を置いて対向するようにして配置されたベースフレーム３０１及び３５１間に構成される。ベースフレーム３０１のベースフレーム３５１と対向する面側にはボックスリフレクタ３０２が設けられている。ボックスリフレクタ３０２の底部はその周囲を四方から囲む仕切板３０２ａ〜３０２ｄに沿って移動する可動対向電極３０３となっている。同様に、ベースフレーム３５１のベースフレーム３０１と対向する面側にはボックスリフレクタ３５２が設けられている。ボックスリフレクタ３５２の底部はその周囲を囲む仕切板３５２ａ〜３５２ｄに沿って移動する可動対向電極３５３となっている。可動対向電極３０３及び３５３は、それぞれガイド３０５及び３５５、アクチュエータ３０４及び３５４によって移動可能になされている。
【００５７】
図５に示すように、ボックスリフレクタ３０２の仕切り板３０２ａ〜３０２ｄ（同図には３０２ａ及び３０２ｂのみを示す）の外側領域（非プラズマ形成領域）とホルダ１２０及び搬送トレイ１００間にはインピーダンスシールド３０６が設けられている。同様に、ボックスリフレクタ３５２とホルダ１２０及び搬送トレイ１００間にはインピーダンスシールド３５６が設けられている。前述のように、インピーダンスシールド３０６及び３５６はチャンバの外周領域の電界（電位）を安定させる。
【００５８】
図７はボックスリフレクタ３０２に複数の単位プレート３０６ａをエアギャップを介して平行に積み重ねてなる分割型のインピーダンスシールド３０６を取付けた状態を説明する斜視図である。
【００５９】
図８はボックスリフレクタ３５２に複数の単位プレート３５６ａをエアギャップを介して平行に積み重ねてなる分割型のインピーダンスシールド３５６を取付けた状態を説明する斜視図である。ホルダ１２０の給電端子１２１への給電スペースを確保するために図示のインピーダンスシールド３５６の左側及び右側にそれぞれボックスリフレクタ３５２の左右凹部形状に対応して凹部が形成されている。
【００６０】
図５及び図６に示すように、ベースフレーム３５１の外側にチャンバに隣接するようにしてチャンバの電気定数（インピーダンス）と給電線３８４の特性インピーダンスとの整合を図る可変インピーダンス回路を形成したマッチングボックス３８５が設けられている。マッチングボックス３８５内にはインダクタＬ、キャパシタＣｃ及びＣｉ等が形成されている。マッチングボックス（可変インピーダンス回路）３８５に供給された高周波電力は端子接続部３８５ａ及び３８５ｂを介してホルダ１２０の給電端子１２１に供給される。端子接続部３８５ａ及び３８５ｂはホルダ１２０及び搬送トレイ１００をチャンバ内外に移動可能とするために、ネジ機構によって導電軸が軸方向に進退（あるいは伸縮）するようになされる。導電軸が前進（伸張）すると導電軸先端が接続端子としてホルダ１２０の給電端子１２１に接触して電気的に接続が行われ、高周波電力が基板１５０に供給される。導電軸が後退すると、導電軸先端がホルダ１２０の給電端子１２１から離間し、電気的接続が遮断される。接続端子の離間によって搬送トレイ１００の搬送（移動）が可能となる。
【００６１】
搬送トレイ１００の移動（前進後退）は、搬送トレイ１００の下部に設けられたラック１０２（後述の図１０参照）を図示しないギアで駆動してガイドローラ上を移動させることによって行われる。ギアはモータ３９１によってクラッチ３９２を介して正逆方向に回転駆動される。モータ３９１は制御部３９０によって制御される。
【００６２】
上述したインピーダンスシールド３０６及び３５６は空隙を絶縁体とする平行平板電極群によって構成されている。これをいわゆるバリコン（可変容量コンデンサ）として構成することが出来る。それにより、チャンバ内部に内部可変インピーダンス回路を形成することが可能となり、チャンバ内の電気定数の調整範囲をより広範囲として給電系との整合範囲を拡大することが可能となる。また、プラズマ状態の変化（電気定数の変化）に対応して内部可変インピーダンスの電気定数を変化させてプラズマの安定化を図ることが可能となる。更には、対向電極３０３及び３５３と基板１５０との各ギャップ調整の際に図示しない内部可変インピーダンス調整回路を設けることにより電気定数をより広い範囲で調整することが可能となる。
【００６３】
図９は、ホルダ１２０の構成例を説明する斜視図である。同図に示すように、ホルダ１２０は２つの中空の枠体１２０ａ及び１２０ｂと、絶縁体のクランプ（あるいはクリップ）１３１及び１３２とによって構成される。同一面上に並べられた被処理対象となる複数の基板１５０は２つの枠体１２０ａ及び１２０ｂ間に挟まれて固定される。複数の基板１５０を挟んだ状態で２つの枠体１２０ａ及び１２０ｂはその左右両側で断面Ｕ字型のクランプ１３１及び１３２でそれぞれ挟まれて固定される。枠体１２０ａ及び１２０ｂの対称軸上に枠体から外方に延在する２つの給電端（突出部）１２１が設けられている。前述したようにこの給電端１２１に高周波電力及び直流バイアスが印加される。枠体１２０ａ及び１２０ｂは被処理対象の基板１５０と同じ材質のもの、例えば、金属板で形成される。それにより、同じ膨張率となって撓みなどが防止される。また、導電性の枠体１２０ａ及び１２０ｂによって基板１５０の外周が保持されることによって基板１５０の面上は同電位となる。
【００６４】
このようにして複数の基板１５０を保持したホルダ１２０は絶縁部材１１０を介して搬送トレイ１００に保持（載置）される。
【００６５】
図１０は、搬送トレイ１００の具体例を説明する斜視図である。図１１は搬送トレイ１００のフレーム１０１を示す斜視図である。
【００６６】
搬送トレイ１００は、フレーム１０１、その内周を一周するように配置された絶縁部材１１０ａ〜１１０ｒ（絶縁部材１１０）、フレーム１０１の下辺部に沿って設けられた直線状のラック１０２、フレーム１０１の下辺中央部に設けられたバイアス付与機構１０３等を備えている。基板１５０が取り付けられたトレイ１２０は絶縁部材１１０ａ〜１１０ｒを介して搬送トレイ１００のフレーム１０１に取り付けられる（保持される）。
【００６７】
フレーム１０１は、例えば、高剛性の厚板ステンレスによって形成される。ラック１０２は、上述したようにモータ３９１によって駆動されるギアと噛み合うようになされる。バイアス付与機構１０３は、フレーム１０１の下辺中央部の切欠き部１０１ａ（図１１参照）に内外方向に進退可能に設けられて、進位置ではホルダ１２０の金属のフレーム１２０ａに接触し、退位置ではフレーム１２０ａから離間する金属接触片１０３ａ等によって構成される。金属接触片１０３ａは、搬送トレイがチャンバ内の所定位置で図示しない機構によって付勢力を受けてホルダ１２０と接触状態となり、他の位置において付勢力が解除されてホルダ１２０から離間した状態となる。この動作によって、ホルダ１２０及び基板１５０にバイアス電圧を印加することが可能となる。
【００６８】
上述した実施例によれば、基板ホルダの外方突出部に高周波電力の給電を行うことにより、被処理基板に給電の跡を残すことなく、給電を行うことができる。また、基板ホルダを介して各被処理基板の全体をプラズマ形成の一方の電極とし、各被処理基板の両面をプラズマに雰囲気下に曝すことができる。
【００６９】
基板ホルダは対称形に形成され、該突出部が対称軸上に給電点として位置するので、対称形状のアンテナとしてプラズマ状態を電気的に解析することができ、チャンバと給電系とのインピーダンス調整や設計などがやり易い。また、インピーダンスシールド部のバリコン構造や内部インピーダンス回路を更に加えることによってより広い範囲で整合を図ることが可能となる。
【００７０】
バイアス付与機構１０３によって各被処理基板に（直流）バイアス電圧を付与することによって、プラズマ中のイオンやラジカルの該基板への衝突を調整し、プラズマエッチングの調整を行うことが可能となる。なお、バイアス付与機構１０３を離間状態として、いわゆる自己バイアス電圧によってプラズマエッチングを行っても良い。
【００７１】
本発明は、燃料電池部品であるセパレータをはじめとする真空を用いた金属薄板への薄膜形成装置、エッチング装置等のプラズマ処理装置に適用して好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の表面処理装置としてのエッチング装置例を説明する断面図である。
【図２】図２は、基板、ホルダ及び搬送トレイの例を説明する平面図である。
【図３】図３は、エッチング装置の制御系を説明する説明図である。
【図４】図４は、上記エッチング装置を含む薄膜形成装置の例を説明する説明図である。
【図５】図５は、本発明のエッチング装置の具体例を説明する斜視図である。
【図６】図６は、図５に示すエッチング装置の右側面図である。
【図７】図７は、一方の側のインピーダンスシールドの取付状態を説明する斜視図である。
【図８】図８は、他方の側のインピーダンスシールドを説明する斜視図である。
【図９】図９は、基板及びホルダを説明する斜視図である。
【図１０】図１０は、搬送トレイに載置された基板及びホルダを説明する斜視図である。
【図１１】図１１は、搬送トレイのフレームを説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 薄膜形成装置、１０ トレイ搬入装置、２０ ロード装置、３０ エッチング装置、４０ 第１のスパッタ装置、５０ 第２のスパッタ装置、６０ アンロード装置、７０ 搬送トレイ搬出装置、８０ 搬送トレイリターン装置、１００ 搬送トレイ、１２０ ホルダ、１２１ 給電端子、１３１，１３２ クランプ、１５０ 基板、３０１，３５１ ベースフレーム、３０２，３５２ ボックスリフレクタ、３０３，３５３ 対向電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、
前記基板ホルダに給電可能な突出部が設けられていることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記基板ホルダは内側に前記被処理基板を保持し、外側に前記突出部を有する導電性の枠体を有する請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記突出部は前記基板ホルダの対称軸上に配置される請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持し、該基板ホルダを搬送トレイに搭載した後に表面処理を行う表面処理装置において、
前記搬送トレイには前記基板ホルダにバイアス電圧を印加するバイアス付与機構が設けられていることを特徴とする表面処理装置。
【請求項５】
前記バイアス付与機構は前記搬送トレイの内外方向に進退可能に形成される請求項４に記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記基板ホルダは複数の被処理基板を保持することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記被処理基板は燃料電池のセパレータである請求項１乃至６のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項８】
平行平板電極間にプラズマを形成して被処理基板の表面処理を行う表面処理方法であって、
前記平行平板電極のうちの一方の電極を導電性の枠体及び被処理基板によって形成し、該枠体の内部に被処理基板を保持すると共に、該枠体から外方に延在する突出部を介して前記被処理部材に給電を行う、表面処理方法。
【請求項９】
前記突出部が前記枠体の対称軸上に存在することを特徴とする、請求項８に記載の表面処理方法。
【請求項１】
表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持した後に表面処理を行う表面処理装置において、
前記基板ホルダに給電可能な突出部が設けられていることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
前記基板ホルダは内側に前記被処理基板を保持し、外側に前記突出部を有する導電性の枠体を有する請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記突出部は前記基板ホルダの対称軸上に配置される請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
表面処理が施される被処理基板を基板ホルダにより一体的に保持し、該基板ホルダを搬送トレイに搭載した後に表面処理を行う表面処理装置において、
前記搬送トレイには前記基板ホルダにバイアス電圧を印加するバイアス付与機構が設けられていることを特徴とする表面処理装置。
【請求項５】
前記バイアス付与機構は前記搬送トレイの内外方向に進退可能に形成される請求項４に記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記基板ホルダは複数の被処理基板を保持することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記被処理基板は燃料電池のセパレータである請求項１乃至６のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項８】
平行平板電極間にプラズマを形成して被処理基板の表面処理を行う表面処理方法であって、
前記平行平板電極のうちの一方の電極を導電性の枠体及び被処理基板によって形成し、該枠体の内部に被処理基板を保持すると共に、該枠体から外方に延在する突出部を介して前記被処理部材に給電を行う、表面処理方法。
【請求項９】
前記突出部が前記枠体の対称軸上に存在することを特徴とする、請求項８に記載の表面処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２５７４７３（Ｐ２００６−２５７４７３Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７４７９７（Ｐ２００５−７４７９７）
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
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