JP5059792B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）製造用のガラス基板や、半導体集積回路（ＩＣ）製造用の半導体ウエハ等の被処理体にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に関する。

ＦＰＤやＩＣの製造工程では、ガラス基板や半導体ウエハ等の被処理体に、エッチング等の処理を施すプラズマ処理装置が用いられる。エッチング等の処理を施すプラズマ処理装置としては、例えば、プラズマドライエッチング装置がよく知られている。

プラズマドライエッチング装置にはプロセスガスや高周波出力を制御する装置コントローラが接続されている。装置コントローラはプロセスレシピと呼ばれる所定の処理条件に従ってプロセスガスの流量や高周波出力、処理時間、及び処理圧力等を制御する。これにより、プラズマ処理装置による被処理体に対するエッチング等の所定の処理が実行される。

所定の処理を実行しているときにプロセス異常等が発生した場合、例えば、特許文献１に記載されているように、被処理体に対する処理を中断する。中断後、操作者はレシピの修正等の必要な操作を行ってから、被処理体に対する処理を再実行する。

特開２００７−２３４８０９号公報

特許文献１にも記載されているように、所定の処理を実行しているとき、プロセス異常等が発生した場合には処理を中断する。このため、製品の生産性が低下する、という事情がある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プロセス異常等が発生した場合においても生産性の低下を抑制できるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係るプラズマ処理装置は、被処理体に対して、処理条件に従ってプラズマ処理を行う処理室を備えたプラズマ処理装置であって、前記処理条件とは異なる複数の再処理条件を記憶した記憶部と、前記プラズマ処理中の異常発生の有無を監視する監視機能と、発生した異常の種類を判定する判定機能とを備え、前記プラズマ処理中に異常が発生した場合、判定した異常の種類に応じて、前記複数の再処理条件の中から一つの再処理条件を選択し、前記被処理体に対して再処理を行う制御系を具備する。

この発明によれば、プロセス異常等が発生した場合においても生産性の低下を抑制できるプラズマ処理装置を提供できる。

この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を概略的に示す断面図 図１に示すプラズマ処理装置１を制御する制御系を概略的に示すブロック図 一実施形態に係るプラズマ処理装置が備える装置コントローラが実行する基板処理方法の一例を示す流れ図 処理条件変更の例を示す図 一実施形態に係るプラズマ処理装置が行う基板処理のシーケンスの一例を示す流れ図 図６Ａは正常に処理されたガラス基板Ｇの処理経過時間毎のプロセス情報を示す図、図６Ｂは異常が発生したガラス基板Ｇの処理経過時間毎のプロセス情報を示す図 放電レベルと時間との関係を示す図

以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を概略的に示す断面図である。

図１に示すプラズマ処理装置１は、ＦＰＤ製造用のガラス基板Ｇに対して所定の処理を行う装置の一例であり、本例では、容量結合型プラズマドライエッチング装置として構成されている。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。

プラズマ処理装置１は、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる角筒形状に成形された処理室（プラズマ処理室）２を有している。処理室２内の底部には、被処理体であるガラス基板Ｇを載置するための載置台３が配置されている。

載置台３は、絶縁部材４を介して処理室２の底部に支持されている。載置台３は、凸部５ａを有した導電性の基材５により構成される。導電性の基材５の表面は、絶縁性のコーティング８、例えば、アルミナ溶射やアルマイトで覆われている。凸部５ａの周囲は額縁状のフォーカスリング６により囲まれている。本例では、導電性の基材５に給電線１２が接続される。給電線１２は、整合器１３を介して高周波電源１４に接続される。高周波電源１４は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。高周波電力は、整合器１３、及び給電線１２を介して載置台３を構成する導電性の基材５に供給される。これにより、載置台３は、下部電極として機能する。

載置台３の上方には、載置台３に対向してシャワーヘッド２０が配置されている。シャワーヘッド２０は、例えば、処理室２の上部に支持される。シャワーヘッド２０は、内部に内部空間２１を有するとともに、載置台３との対向面に処理ガスを吐出する複数の吐出孔２２を有する。これにより、シャワーヘッド２０は処理ガス吐出部として機能する。また、本例では、シャワーヘッド２０は接地されて上部電極として機能し、下部電極として機能する載置台３とともに一対の平行平板電極を構成する。

シャワーヘッド２０の上面にはガス導入口２４が設けられている。ガス導入口２４には処理ガス供給管２５が接続される。処理ガス供給管２５は、開閉バルブ２６、及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２７を介して処理ガス供給源２８に接続される。処理ガス供給源２８は、プラズマ処理、例えば、プラズマドライエッチングに使用される処理ガスを、マスフローコントローラ２７、開閉バルブ２６、処理ガス供給管２５、及びシャワーヘッド２０を介して処理室２内へ供給する。処理ガスとしては、ハロゲン系のガス、Ｏ_２ガス、Ａｒガス等、通常この分野で用いられるガスを用いることができる。

処理室２の底部には排気管２９が形成されている。排気管２９は、排気装置３０に接続されている。排気装置３０はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの真空ポンプを備えている。排気装置３０は、排気量を調節して処理室２内を排気する。これにより処理室２内の圧力は、所定の減圧雰囲気まで減圧可能となっている。

処理室２の側壁には基板搬入出口３１が設けられている。基板搬入出口３１はゲートバルブ３２により開閉可能である。ゲートバルブ３２を開にした状態で、搬送装置（図示せず）によりガラス基板Ｇが搬入出される。

図２は、図１に示すプラズマ処理装置１を制御する制御系を概略的に示すブロック図である。

図２に示すように、装置コントローラ５０は、整合器１３、マスフローコントローラ２７、排気装置３０、エッチングの終点を処理室２内におけるプラズマ発光強度に基づいて検出する終点検出器５１、及び高周波電源１４に高周波出力を発生させる高周波発生装置５２に接続されている。

コントローラ５０には、処理条件（プロセスレシピ）を記憶した記憶部があり、装置コントローラ５０は、マスフローコントローラ２７を制御し、記憶部に記憶されている処理条件（プロセスレシピ）に従って、処理ガスの流量を調節する。

同様に、装置コントローラ５０は、排気装置３０を制御し、プロセスレシピに従って排気量を調節し、処理室２内の圧力を調節する。

さらに、装置コントローラ５０は、高周波発生装置５２を制御し、プロセスレシピに従って、載置台３に供給する高周波電力の出力値を調節する。

さらに、装置コントローラ５０は、特に、図示しないが、載置台３の中に組み込まれた伝熱媒体流路に流す伝熱媒体の温度調節装置を制御し、プロセスレシピに従って、ガラス基板Ｇの温度を調節する。

このように装置コントローラ５０は、マスフローコントローラ２７、排気装置３０、高周波発生装置５２、及び温度調節装置を制御することで、プラズマ処理装置１を制御する。

また、装置コントローラ５０は、プラズマ処理装置１を制御する機能ばかりでなく、処理の状況を監視する監視機能を有している。

具体的には、装置コントローラ５０は、マスフローコントローラ２７における処理ガスの流量を監視し、処理ガスの供給状況を監視する。

同じく、装置コントローラ５０は、排気装置３０における排気量を監視し、処理室２内の圧力状況を監視する。

同じく、装置コントローラ５０は、高周波発生装置５２における出力値を監視し、高周波出力の出力状況を監視する。

同じく、装置コントローラ５０は、温度調節装置を監視し、ガラス基板Ｇの温度や処理室２内の温度状況を監視する。

同じく、装置コントローラ５０は、終点検出器５１が検出しているプラズマ発光強度を監視し、処理室２内におけるプラズマの状態を監視する。さらに、装置コントローラ５０は、高周波発生装置５２に戻ってくる高周波電力の反射波の大きさ（以下、単に反射波とする）を監視し、処理室２内におけるプラズマの状態を監視する。

さらに、装置コントローラ５０は、ガラス基板Ｇに対して処理を施している際に異常、例えば、プロセス異常が発生したとき、記憶部に予め記憶された再処理条件を選択し、必要な値を設定して、このガラス基板Ｇに対して再処理を施すように、プラズマ処理装置１を制御する。図３に、装置コントローラ５０が実行する基板処理方法の一例を示す。

図３に示すように、装置コントローラ５０は、基本処理条件を記憶している。基本処理条件は、処理条件（プロセスレシピ）である基本条件と、プロセス異常の発生有無を判断するための規定値により構成されている。基本条件には、処理ガスの流量、処理ガスの種類、処理室２内の圧力、高周波電力の出力値、及び処理時間等が設定されている。規定値は、各ユニット（整合器１３、マスフローコントローラ２７、排気装置３０、終点検出器５１、高周波発生装置５２、温度調節装置（図示せず））から得られるプラズマ発光強度、高周波電力の出力値、反射波、基板又は処理室２内の温度に対して設定されている。

規定値の一例は、正常に処理が終了したガラス基板Ｇにおいて観測されたプラズマ発光強度、高周波電力の出力値、反射波、基板又は処理室２内の温度を規定値とすることである。装置コントローラ５０は、ガラス基板Ｇに対して処理を施している際、プラズマ発光強度、高周波電力の出力値、反射波、基板又は処理室２内の温度を監視し、これらの値の少なくとも一つが上記規定値から逸脱する変化が発生した場合、異常が発生したと判断する。装置コントローラ５０は、異常の種類を判定する判定機能も有する。異常の種類の判定は、例えば、プラズマ発光強度、高周波電力の出力値、反射波、基板又は処理室２内の温度のうち、どの規定値が逸脱したかで判定されれば良い。

例えば、装置コントローラ５０の記憶部に判定−１から判定−ｎまでのｎ個の判定結果を記憶しておき、規定値から逸脱した変化が、ｎ個の判定のうち、どの判定結果に合致するかを検索することによって、異常の種類を判定する。

さらに、本例では、装置コントローラ５０の記憶部に、ｎ個の判定結果のそれぞれに対応した複数の再処理条件が記憶されている。再処理条件は、処理条件（基本条件）に対し、処理ガスの流量、処理ガスの種類、処理室２内の圧力（処理室２内の排気量）、高周波電力の出力値の少なくともいずれか一つが異なっている。

例えば、図４Ａに示すように、処理時間１１０ｓｅｃのとき、反射波が瞬時に上昇したとする。この時の判定を“判定−１”とすると、再処理条件として“条件−１”が選択される。また、図４Ｂに示すように、処理時間が１４０ｓｅｃのとき、プラズマ発光が急激に減少したとする。この時の判定を“判定−２”とすると、再処理条件として“条件−２”が選択される。

装置コントローラ５０は、基本条件、例えば、処理ガスの流量、処理室２内の圧力、高周波電力の出力値、及び処理時間を、判定結果に従って選択された再処理条件に変更する。そして、装置コントローラは、選択した再処理条件により、ガラス基板Ｇに対して再処理を実行する。

このように、一実施形態に係るプラズマ処理装置によれば、ガラス基板Ｇの処理の状況や、装置の状態に応じて、装置コントローラ５０が適切な再処理条件を自動的に選択し、実行する。これにより、プロセス異常等が発生した場合においても生産性の低下を抑制できるプラズマ処理装置を得ることができる。

次に、具体的な基板処理のシーケンスの一例を以下に説明する。

図５は、一実施形態に係るプラズマ処理装置が行う基板処理のシーケンスの一例を示す流れ図である。

図５に示すように、処理を実行しているときに、何らかの異常が発生したとする（ステップ１）。

ステップ１においては発生した異常が、重度の異常か軽度の異常かを判断する。

重度の異常は、例えば、ガラス基板Ｇを搬送できなくなった、電極が破損した、高周波電源が破損した等、器機の故障を含み、処理の続行が不可能な異常である（キラーアラーム）。キラーアラームが発せられたときには処理を中止する。

軽度の異常は、反射波が瞬時に増大した、規定外の高周波の出力変動があった、規定外の圧力変動があった、規定外の処理ガスの流量変動があった、規定外の温度変動（処理室内及び／又はガラス基板等）があった等、処理を続行できる見込みがある異常である（通常アラーム）。通常アラームが発生されたときには、異常診断ステップへと進む（ステップ２）。

ステップ２においては異常の種類を判定し、判定の結果、処理の続行が可能か、不可能かを判断する。

異常の種類は、例えば、異常が発生したタイミングと、異常を検出したユニットの情報とに基づいて判定される。例えば、装置コントローラ５０の記憶部に、直近で正常に処理されたガラス基板Ｇのプロセス情報を記録させる。例えば、装置コントローラ５０に、Ａ品種であればＢレシピを用いて処理した際、Ｃ時間経過後にプラズマの発光強度Ｄとなり、さらにＥ時間経過後に発光強度Ｆとなり、Ｇ時間で処理を終了した等のように、処理経過時間毎のプロセス情報をサンプリングさせる。処理経過時間毎にサンプリングしたプロセス情報には、ガラス基板Ｇが正常に処理される際に、例えば、処理室内又はガラス基板Ｇの温度、高周波電力の出力値、プラズマ発光の強度、及び反射波の大きさが処理経過時間毎に、どのように変化するかの情報が含まれる。例えば、このような処理経過時間毎のプロセス情報を判定の規定値とし、処理の進捗度と、再処理の可否とを判断する。

処理の続行が不可能と判断されたときには、処理を中止する（再処理不可）。

処理の続行が可能と判断されたときには（再処理可）、再処理条件設定ステップに進む（ステップ３）。

ステップ３においては、プロセスの異常が検出されたガラス基板Ｇに対して再処理条件を設定する。

再処理条件の設定は、判定された異常の種類に応じて、予め記憶された複数の再処理条件の中から最適な再処理条件を選択することにより行う。例えば、瞬時に反射波が過大となるなど、プラズマ状態の不安定が異常の要因となった際には、高周波出力のみを低下させる再処理条件を選択する。

また、異常検出前にガラス基板Ｇが正常処理された時間を算出し、上記高周波出力の変更を考慮して、必要な再処理時間が設定される。終点検出を用いない場合、あるいは終点検出が出来ない場合には、この設定された再処理時間により処理が終了する。

具体的な再処理条件の設定例を図６Ａ及び図６Ｂを元に説明する。

図６Ａは、高周波出力１０ｋＷの基本条件にて、正常に処理されたガラス基板Ｇの処理経過時間毎のプロセス情報を示し、プラズマ発光強度及び反射波の処理経過時間に従った変動波形が示されている。

図６Ａに示すように、正常に処理されたガラス基板Ｇは、まず、トータルの処理時間が１１０ｓｅｃである。処理経過時間毎のプラズマ発光強度及び反射波の変動は以下の通りである。

処理経過時間６０ｓｅｃ ：プラズマ発光強度が低下、反射波が増大
処理経過時間８０ｓｅｃ ：プラズマ発光強度が再度低下
処理経過時間１００ｓｅｃ：プラズマ発光強度が下限（ジャストエッチング）
処理経過時間１１０ｓｅｃ：処理終了
図６Ｂは、高周波出力１０ｋＷの基本条件にて、異常が発生したガラス基板Ｇの処理経過時間毎のプロセス情報を示す。図６Ｂに示す例では、処理経過時間５８ｓｅｃのとき、瞬時に反射波が過大となっている。ここで、図６Ｂは異常発生までのプロセス情報を示している。本例において、装置コントローラ５０は、処理の続行が可能と判断し、再処理条件を下記のように設定する。

異常の種類が「瞬時に反射波が過大となる」であることから、装置コントローラ５０は、記憶部に予め記憶された複数の再処理条件の中より、基本条件から高周波出力のみを５ｋＷに低下させる再処理条件を選択する。

また、終点検出が出来ない場合に備えて、再処理時間も設定する。再処理時間に関しては、高周波出力を５ｋＷに低下させたため、正常処理された場合のトータルの処理時間（１１０ｓｅｃ）から、異常検出前にガラス基板Ｇが正常処理された時間（５８ｓｅｃ）を引いた時間を２倍にして、１０４ｓｅｃに設定する。

このように再処理条件を設定した後、ステップ４に進み、再処理（追加処理）を実行する。この後、ステップ５に示すように、エッチングの終点が検出されたら処理を終了し（終了可）、終点が検出されなかった場合には、ステップ６に示すように、設定した再処理時間による時間制御により（終了不可）、処理が終了される。

以上、具体的なシーケンスの一例を説明したが、再処理条件の実行は、装置コントローラ５０により全て自動で行われるため、異常検出から再処理条件の実行開始までの時間は、極めて短い。そのため異常検出の時点で、装置コントローラ５０は、高周波発生装置５２を制御し、高周波出力を一旦停止させても、停止させなくても良い。あるいは、図７に示すように、異常検出から再処理条件の実行開始までの間、高周波出力をプラズマの維持に必要な最低限の出力に下げるように高周波発生装置５２を制御し、この期間をエッチングなどの処理が進まない微弱放電状態としても良い。

このような装置コントローラ５０を制御系として具備することにより、プロセス異常等が発生した場合においても生産性の低下を抑制できるプラズマ処理装置を得ることができる。

以上、この発明を一実施形態により説明したが、この発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、再処理条件を「基本条件の高周波出力値を５０％に低下させる」というように、基本条件の値を元にした条件でも良い。このような条件であれば、基本条件が変わっても高周波出力を低下させることができる。

また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一のものでもない。

例えば、上記一実施形態では、この発明を、ＦＰＤ製造用のガラス基板のプラズマドライエッチング処理に適用した場合について示したが、これに限るものではなく、太陽電池用基板あるいは半導体ウエハ等他の被処理体を処理する装置に対しても適用可能である。

また、処理として、プラズマドライエッチング処理を示したが、プラズマドライエッチング処理に限られるものではなく、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の成膜処理にも適用することが可能である。

また、上記一実施形態では、高周波電源１４を載置台３に接続した容量結合型プラズマ装置を示したが、例えば、載置台３に高周波電源１４と別の周波数の高周波電源を接続した容量結合型プラズマ装置でも良く、あるいは誘導結合型のプラズマ装置や、マイクロ波を利用したプラズマ装置に対しても、本発明は適用できる。

２…処理室（処理室）、５…基材（下部電極）、５ａ…凸部、５ｂ…フランジ部、６…フォーカスリング、１３…整合器、１４…高周波電源、２７…マスフローコントローラ、３０…排気装置、５０…装置コントローラ、５１…終点検出器、４２…高周波発生装置。

Claims (6)

1. 被処理体に対して、処理条件に従ってプラズマ処理を行う処理室を備えたプラズマ処理装置であって、
   前記処理条件とは異なる複数の再処理条件を記憶した記憶部と、前記プラズマ処理中の異常発生の有無を監視する監視機能と、発生した異常の種類を判定する判定機能とを備えた制御系を具備し、
   前記プラズマ処理中に異常が発生した場合、前記制御系は、判定した異常の種類に応じて、前記複数の再処理条件の中から一つの再処理条件を選択し、前記被処理体に対して再処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記プラズマ処理中に異常が発生した場合、前記制御系は、プラズマ処理の続行が可能か否かを判断し、処理の続行が可能であると判断したときに、一つの再処理条件を選択し、前記被処理体に対して再処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記記憶部には、前記被処理体または前記処理室内の温度、プラズマの発光強度、及びプラズマを発生維持させる高周波電力の反射波の大きさに関する規定値が予め記憶され、プラズマ処理中の前記被処理体の温度、前記プラズマの発光強度、及び前記反射波の大きさが、前記規定値を逸脱したときに、前記制御系は、異常が発生したと判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記制御系は、正常に処理を終了した被処理体における処理経過時間毎の前記被処理体または前記処理室内の温度、前記高周波出力の値、前記プラズマ発光の強度、及び前記反射波の大きさから、前記規定値を処理経過時間毎に設定し、前記記憶部に記憶させることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記制御系は、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、プラズマを発生維持させる高周波電力を前記処理室内に供給する高周波電源系を制御し、
   前記再処理条件は、前記処理条件に対し、前記処理ガスの流量、前記処理ガスの種類、前記処理室内の排気量、前記高周波電力の出力の少なくともいずれか一つが異なることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記制御系は、異常が発生したと判断してから、前記被処理体に対して再処理を施すまでの間、プラズマを発生維持させるための高周波電力をプラズマの維持に必要な最低限の出力にすることを特徴とする請求項１から請求項５いずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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