JP7658779B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、プラズマの発光スペクトルの変化や、処理物の表面に照射された光の散乱強度の変化は、比較的広い範囲における光の変化となる。そのため、終点検出を行うセンサに入射する光の強度は、比較的広い範囲における光の強度の平均値となるので、処理物の表面の僅かな変化を検出するのが困難となる。
しかしながら、チャンバの側方にセンサを設け、処理物の表面に対して傾いた方向から検出位置に検出光を入射させると、検出位置における検出光の照射面積が大きくなる。検出光の照射面積が大きくなると、検出位置の周囲の情報が混入するので、検出位置における僅かな変化を検出するのが困難となる。
なお、各図中における矢印X、矢印Y、および、矢印Zは、互いに直交する三方向を表している。例えば、矢印Xおよび矢印Yは水平方向を表し、矢印Zは鉛直方向を表している。
ただし、プラズマの発生方法はこれに限定されるわけではない。例えば、プラズマ処理装置は、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を用いたプラズマ処理装置や、容量結合プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)を用いたプラズマ処理装置などであってもよい。
すなわち、本実施の形態に係るプラズマ処理装置1は、処理物を載置する載置台と対向し、電磁場を透過させることができる窓を有するものであればよい。
アンテナ31は、チャンバ2の外部であって、窓23の上に設けることができる。アンテナ31は、整合器32を介して電源33と電気的に接続されている。アンテナ31は、例えば、電磁場を発生させる複数のコイルと、複数のコンデンサとを有することができる。また、アンテナ31と窓23を覆うカバー34をさらに設けることができる。カバー34は、金属から形成され接地することができる。また、アンテナ31と窓23との間にファラデーシールドをさらに設けることができる。
ベース41は、絶縁部材41aを介して、チャンバ2の底部に設けられている。また、絶縁部材41aは、ベース41の側面を覆うことができる。絶縁部材41aは、例えば、石英などの誘電体材料から形成することができる。
減圧部5は、例えば、開閉バルブ51、ポンプ52、および圧力コントローラ53を有する。
開閉バルブ51は、例えば、チャンバ2の側壁に設けられた孔2bに接続することができる。開閉バルブ51は、チャンバ2とポンプ52との間の流路の開閉を行う。開閉バルブ51は、例えば、ポペットバルブとすることができる。
ガス源61は、ガスコントローラ62および開閉バルブ63を介して、チャンバ2の内部にガスGを供給する。ガス源61は、例えば、ガスGを収納した高圧ボンベなどとすることができる。また、ガス源61は、例えば、工場配管などであってもよい。
載置台7は、例えば、静電チャック71、マスクリング72、電源ユニット73、温度制御部74、およびリフトピン75を有する。
また、誘電体には、厚み方向を貫通する複数の孔を設けることができる。複数の孔のそれぞれには、リフトピン75を設けることができる。
温度制御部74は、例えば、ガス源74a、ガスコントローラ74b、温調部74c、および開閉バルブ74dを有する。
図2は、比較例に係る検出部180を例示するための模式断面図である。
図2は、本実施の形態に係る検出部8に代えて、検出部180と透過窓121を設けた場合である。
この様に、チャンバ2の側方に検出部180を設けると、検出位置における光学的な変化を精度良く検出するのが困難となってきている。
図3は、本実施の形態に係る検出部8に代えて、検出部280を設けた場合である。
図3に示すように、検出部280は、投光部と受光部が一体化された、いわゆる投受光センサとすることができる。検出部280は、チャンバ2の外部であって、窓23の、載置台7側とは反対側に設けられている。検出部280は、処理物100の表面に対して略垂直な方向から検出位置に検出光を入射させ、検出位置において反射した反射光を受光する。この様にすれば、検出位置における検出光の照射面積が、前述した予め決められた照射面積とほぼ同じとなる。そのため、検出位置における変化を精度良く検出するのが容易となる。
そのため、窓23の上方に検出部280を設けると、検出精度の向上が図れたとしても、検出位置の変更が困難となる。
検出部8は、プラズマ処理の最中に生じる光学的な変化に基づいて、処理物100の状態を検出する。例えば、検出部8は、プラズマ処理の終点検出に用いることができる。
投光部81は、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードなどとすることができる。投光部81は、窓23を介して、処理物100の表面に検出光を照射することができる。投光部81は、後述する傾斜面23a1と対峙させて設けることができる。
コントローラ9は、受光部82からの信号に基づいて、処理物の状態(例えば、プラズマ処理の終点)を検出することができる。
図5は、投光部81、受光部82、傾斜面23a1、および傾斜面23a2を例示するための模式平面図である。
図4に示すように、傾斜面23a1は、窓23の中心軸23bに対して傾いている。傾斜面23a2は、窓23の中心軸23bに対して傾いている。傾斜面23a2の傾き方向は、傾斜面23a1の傾き方向とは逆となっている。
ただし、投光部81の投光側の端部と傾斜面23a1との間に隙間が設けられていると、プラズマ処理装置1に震動が加えられた場合に、投光部81と傾斜面23a1とが別々に振動するので、ノイズが発生するおそれがある。また、外部の光が、隙間を介して傾斜面23a1に入射するとノイズが発生するおそれがある。そのため、投光部81の投光側の端部と傾斜面23a1とを接触させることが好ましい。なお、投光部81の投光側の端部と傾斜面23a1との間に、光ファイバなどを有する導光部を設けることもできる。導光部が設けられていれば、投光部81を任意の位置に配置するのが容易となる。
ただし、受光部82の受光側の端部と傾斜面23a2との間に隙間が設けられていると、プラズマ処理装置1に震動が加えられた場合に、受光部82と傾斜面23a2とが別々に振動するので、ノイズが発生するおそれがある。また、外部の光が、隙間を介して受光部82に入射するとノイズが発生するおそれがある。そのため、受光部82の受光側の端部と傾斜面23a2とを接触させることが好ましい。なお、受光部82の受光側の端部と傾斜面23a2との間に、光ファイバなどを有する導光部を設けることもできる。導光部が設けられていれば、受光部82を任意の位置に配置するのが容易となる。
傾斜面23a1および傾斜面23a2が複数組設けられていれば、傾斜面23a1および傾斜面23a2を選択することで検出位置の変更を行うことができる。
また、傾斜面23a1および傾斜面23a2が1組設けられている場合にも、検出位置の変更を行うことができる。以下においては、傾斜面23a1および傾斜面23a2が1組設けられている場合を説明する。
図6に示すように、投光部81を傾斜面23a1の傾斜方向に沿って移動させれば、処理物100の表面における検出光の入射位置(検出位置)を変更することができる。検出光の入射位置が変われば、傾斜面23a2における反射光の入射位置が変わるので、傾斜面23a2における反射光の入射位置に応じて受光部82を移動させる。
この様にすれば、処理物100の表面における検出位置を容易に変更することができる。そのため、処理物100の表面における複数の箇所の処理状態を検出することが可能となる。
すなわち、投光部81が傾斜面23a1に沿って移動可能に設けられ、受光部82が傾斜面23a2に沿って移動可能に設けられていれば、検出位置の変更が可能となる。
また、図1に示すように、投光部81を移動させる移動部81a(第1の移動部の一例に相当する)と、受光部82を移動させる移動部82a(第2の移動部の一例に相当する)をさらに設けることができる。移動部81a、82aは、例えば、一軸制御が可能な一軸テーブルや、二軸制御が可能な二軸テーブルなどとすることができる。また、一軸テーブルを複数組み合わせたものや、一軸テーブルと2軸テーブルを組み合わせたものとすることもできる。移動部81a、82aが設けられていれば、コントローラ9により検出位置を逐次変更することが可能となる。そのため、処理物100の表面の複数の箇所の処理状態をリアルタイムで検出することが可能となる。
図7は、移動部181、182を例示するための模式図である。
移動部181は、投光部81を移動させる移動部81aの具体的な構成の一例である。
移動部182は、受光部82を移動させる移動部82aの具体的な構成の一例である。
図7に示すように、移動部181には、投光部81を取り付けることができる。移動部182には、受光部82を取り付けることができる。移動部181は、窓23を挟んで、移動部182と対向する位置に設けられている。
なお、移動部181の構成は、移動部182の構成と同様とすることができる。そのため、以下においては、主に、移動部182の構成について説明する。
図7および図8に示すように、移動部182(181)は、ガイド182a(181a)、ガイド182b(181b)、およびケース182c(181c)を有する。
ガイド182a(181a)は、カバー34の外側面に設けられている。
図10は、ガイド182b(181b)を例示するための模式図である。
図11は、図10におけるガイド182b(181b)をZ方向から見た模式図である。
一対のレール182a1(181a1)は、カバー34に設けられた孔34aの周囲に設けられている。一対のレール182a1(181a1)は、孔34aを挟んで対向している。例えば、一対のレール182a1(181a1)は、長方形の孔34aの長辺に沿って延びている。
ガイド182b(181b)は、一対のレール182b1(181b1)と、台座182b2(181b2)を有する。
一対のレール182b1(181b1)は、台座182a2(181a2)に設けられた孔182a3(181a3)の周囲に設けられている。一対のレール182b1(181b1)は、孔182a3(181a3)を挟んで対向している。例えば、一対のレール182b1(181b1)は、長方形の孔182a3(181a3)の長辺に沿って延びている。
図12(a)~(c)は、ケース182c(181c)を例示するための模式図である。
図12(a)に示すように、ケース182c(181c)は、略直方体状の箱とすることができる。ケース182c(181c)の、短手方向における互いに対向する側面には、ケース182c(181c)の長手方向に延びる掘り込み溝182c1(181c1)が設けられている。ケース182c(181c)の長手方向における一方の側面には、受光部82(投光部81)の受光面(投光面)が露出し、他方の側面からは配線が引き出されている。
そのため、台座182b2(181b2)に対するケース182c(181c)の位置、ひいては、窓23の傾斜面23a2に対する受光部82(投光部81)の位置を調整することができる。また、ケース182c(181c)は、台座182b2(181b2)を介してカバー34に接続される。したがって、受光部82(投光部81)をカバー34に接続することができる。
なお、ケース182c(181c)の位置を保持する図示しない保持装置を設けることもできる。
図13は、複数の移動部を例示するための模式図である。
図13に示すように、移動部181(182)を複数設ける場合には、ガイド182a(181a)を兼用としてもよい。
この様にすれば、移動部の構成の簡易化を図ることができる。
本体83bは、例えば、金属の筒である。本体83bの一端は、カバー34に接続される。なお、カバー83とチャンバ2の天井とでカバー34の孔34aを密閉できる場合、本体83bのチャンバ2と接する面は、省略することができる。つまり、本体83bは、断面がn字形状の金属の板であってもよい。
扉83aは、例えば、金属の板である。扉83aは、本体83bの他端に開閉可能に設けられる。例えば、扉83aは、ヒンジを介して本体83bの他端と接続される。
図14に示すように、扉83aが閉じた状態のとき、扉83aは、カバー83の外側面となる。また、扉83aには、扉83aが開いた状態を維持するための不図示のストッパを設けることができる。
カバー83に扉83aが設けられていれば、作業者によるメンテナンスや調整などが容易となる。
図1に示すように、チャンバ2の天井側には、窓23、電源ユニット3、および検出部8が設けられている。そして、これらの要素は、メンテナンスが必要となる。例えば、プラズマ処理を行うことで、経時的に、窓23に損傷が発生する。そのため、窓23の交換や修理が必要となる。また、電源ユニット3や検出部8の部品を交換したり、調整したりする場合がある。
また、前述したように、カバー34には、投光部81が取り付けられた移動部と、受光部82が取り付けられた移動部とが設けられている。そのため、カバー34を再設置する際には、カバー34を元の位置に設置する必要がある。
図15は、カバー移動部10を例示するための模式側面図である。
図16は、カバー移動部10を例示するための模式斜視図である。
図15および図16に示すように、カバー移動部10は、例えば、保持部11、駆動部12、および、複数の位置決めピン13を有する。
駆動部12は、保持部11を昇降させる。駆動部12により保持部11が上昇すると、保持部11に保持されたカバー34がチャンバ2の上方に移動する。そのため、チャンバ2の天井側に設けられた窓23と電源ユニット3を露出させることができるので、窓23と電源ユニット3のメンテナンスが容易となる。
また、図16に示すように、駆動部12は、保持部11を旋回させることもできる。例えば、駆動部12は、保持部11を上昇させる際や上昇端において、保持部11を旋回させることができる。この様にすれば、カバー34をチャンバ2の側方に移動させることができるので、窓23と電源ユニット3のメンテナンスがさらに容易となる。
また、投光部81および受光部82をカバー34と共に移動させることができるので、メンテナンスがさらに容易となる。投光部81および受光部82の取り外し作業を省略することができる。また、投光部81および受光部82がカバー34に固定されている。そのため、カバー34の再設置の際に元の位置戻すと、投光部81および受光部82も元の位置に戻る。したがって、投光部81および受光部82の光軸の再調整も容易となる。
図17(b)は、図17(a)における治具123のA部の模式拡大図である。
図18は、窓23の設置を例示するための模式図である。
図17(a)および図18に示すように、治具123は略円環状を呈している。治具123には、位置決めピン13を挿入するための孔123bが複数設けられている。メンテナンスの度に治具123が所定の位置に所定の向きで必ず配置されるように、位置決めピン13の配置は、円環状の治具123に対して非対称の配置とすることが好ましい。このようにすることで、所定の位置で所定の向き以外では位置決めピン13が孔123bに嵌らない配置となる。
また、図17(a)、(b)に示すように、治具123の内壁には、凸部123aが設けられている。凸部123aの先端は、窓23の周縁に設けられた平坦面23a3と接触可能となっている。すなわち、窓23の周縁には、略円環状の治具123の内壁に設けられた凸部123aと接触する平坦面23a3が設けられている。
次に、窓23を治具123の内部に挿入し、治具123の凸部123aに、窓23の平坦面23a3を接触させる。この様にすれば、チャンバ2に対する窓23の位置を決めることができる。
次に、窓23をチャンバ2に固定した後に、治具123をチャンバ2から取り外す。
治具123を用いれば、窓23を所定の位置に設置するのが容易となる。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (11)
- 大気圧よりも減圧された雰囲気を維持可能なチャンバと、
前記チャンバの内部にガスを供給可能なガス供給部と、
前記チャンバの内部に設けられ、処理物が載置可能な載置台と、
前記チャンバの内部を減圧可能な減圧部と、
前記チャンバに設けられ、前記載置台と対向する窓と、
前記チャンバの外部であって、前記窓の、前記載置台側とは反対側に設けられ、前記チャンバの内部にプラズマを発生可能なプラズマ発生部と、
前記窓を介して、前記処理物の表面に光を照射可能な投光部と、
前記処理物の表面において反射され、前記窓を介して出射する反射光を受光可能な受光部と、
を備え、
前記窓の周縁には、
前記窓の中心軸に対して傾いた第1の傾斜面と、
前記窓の中心軸に対して傾き、前記第1の傾斜面とは傾き方向が逆の第2の傾斜面と、
が設けられ、
前記投光部は、前記第1の傾斜面に対峙し、
前記受光部は、前記第2の傾斜面に対峙しているプラズマ処理装置。 - 平面視において、前記第2の傾斜面は、前記窓の中心軸を挟んで、前記第1の傾斜面と対峙している請求項1記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1の傾斜面と、前記窓の、前記載置台側とは反対側の面との間の角度をθ1とした場合に、以下の式を満足する請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
θ1≦43° - 前記第2の傾斜面と、前記窓の、前記載置台側とは反対側の面との間の角度をθ2とした場合に、以下の式を満足する請求項1~3のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。
θ2≦43° - 前記第1の傾斜面と、前記窓の、前記載置台側とは反対側の面との間の角度をθ1とし、
前記第2の傾斜面と、前記窓の、前記載置台側とは反対側の面との間の角度をθ2とした場合に、角度θ2は、角度θ1と略同じである請求項1~4のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記投光部は、前記第1の傾斜面に沿って移動可能に設けられ、
前記受光部は、前記第2の傾斜面に沿って移動可能に設けられている請求項1~5のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記投光部を移動可能な第1の移動部と、
前記受光部を移動可能な第2の移動部と、
をさらに備えた請求項6記載のプラズマ処理装置。 - 前記プラズマ発生部に設けられたアンテナと、前記窓と、を覆うカバーと、
前記カバーを昇降可能なカバー移動部と、
をさらに備えた請求項1~7のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。 - 前記プラズマ発生部に設けられたアンテナと、前記窓と、を覆うカバーをさらに備え、
前記第1の移動部および前記第2の移動部は、前記カバーに取り付けられる請求項7に記載のプラズマ処理装置。 - 前記窓の周縁には、略円環状の治具の内壁に設けられた凸部と接触する平坦面が設けられている請求項1~9のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。
- 前記投光部および前記受光部を覆う第2のカバーを有し、
前記第2のカバーの外側面は、開閉可能である請求項1~10のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。
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