JP2002313775A - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異常放電によるダメージを受けた可能性があ
る処理対象物が後工程に送られる不具合を防止すること
ができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提
供することを目的とする。 【解決手段】 処理室内でプラズマを発生させて基板の
プラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、処理室
内を真空排気して圧力がガス供給開始圧力Ｐ１に低下し
たタイミングｔ１にてプラズマ発生用ガスの供給を開始
し、一旦上昇した処理室内の圧力が放電圧力Ｐ２に到達
したタイミングｔ２にて高周波電圧の印加を開始する。
そしてプラズマ放電中の処理室内の圧力を監視し、圧力
検出結果が予め異常放電発生の可能性がある圧力として
設定される上限圧力Ｐ３を超えたならば、プラズマ発生
手段の作動を停止させるとともに圧力異常信号を出力し
その旨報知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板などの処理対象
物をプラズマ処理するプラズマ処理装置およびプラズマ
処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品が実装される基板などの処理対
象物の清浄化やエッチングなどの表面処理方法として、
プラズマ処理が知られている。プラズマ処理は、処理対
象の基板を処理室を形成する真空チャンバ内に載置し、
処理室内でプラズマを発生させるものである。そしてこ
の結果発生したイオンや電子を基板の表面に衝突させる
ことにより、所望の表面処理が行われる。

【０００３】このプラズマ処理過程では、処理室内の真
空排気を開始した後にプラズマ発生用ガスが供給され、
処理室内をプラズマ処理のための適正圧力に設定した状
態でプラズマ放電が行われる。この適正圧力は、使用す
るプラズマ発生用ガスの種類や、プラズマ放電を発生さ
せる対向電極間の距離、対向電極間に印加される放電電
圧などとの関連で決定される。

【０００４】すなわち、プラズマ処理の対象となる部位
にのみ選択的にプラズマ放電が発生し、その他の部位に
は放電が発生しないような条件を求め、この条件に従っ
てプラズマ処理の適正圧力が設定される。そして、プラ
ズマ処理過程においては、真空排気開始後に処理室内に
プラズマ発生用ガスを供給し、処理室内の圧力が設定圧
力に到達したならば、プラズマ放電を開始するための高
周波電圧の印加が開始される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プラズマ処理装置においては、プラズマ放電開始後に以
下に説明するようなプラズマ処理圧力の変動が生じる場
合があり、不具合発生の原因となっていた。すなわち、
処理対象物である基板などには、内部にガスを発生する
要因となる有機物などの不純物や水分を含んでいる場合
がある。プラズマ処理時には、プラズマ放電で発生した
熱によって処理対象物が加熱されるため、前述のように
不純物や水分が存在する場合には、この不純物や水分が
ガス化して処理室内に放出される。そしてこれらのガス
は、処理室内の圧力を一時的に上昇させる。

【０００６】このため、予め設定された適正圧力が一時
的に保たれなくなり、本来プラズマ放電が発生すべきで
ない部位においても異常放電が発生するようになる。例
えば、薄型の基板が反りを生じた状態で電極上に載置さ
れ、基板と電極との上面に隙間が生じている場合や、キ
ャリアに保持されて電極との間に隙間を有する基板が処
理対象である場合には、このような隙間内で異常放電が
生じる。そして放電が発生した部分が焼損して、基板な
どの製品にダメージを生じる。プラズマ処理条件の設定
においては、所望の部位でのみプラズマ放電を発生させ
る適正圧力の範囲は狭く、条件によってはわずかな圧力
変動によって異常放電を誘発する場合がある。

【０００７】そして従来は、このような異常放電は問題
として認識されておらず、したがって発生する不具合に
対する対処方法が確立されていない結果、部分的に焼損
が発生した基板が目視検査によって見逃されてそのまま
後工程に送られ、不良品を発生するという問題点があっ
た。

【０００８】そこで本発明は、異常放電によるダメージ
を受けた可能性がある処理対象物が後工程に送られる不
具合を防止することができるプラズマ処理装置およびプ
ラズマ処理方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
処理装置は、処理対象物のプラズマ処理を行うプラズマ
処理装置であって、前記処理対象物を収容しプラズマ処
理を行う処理室と、この処理室内を真空排気する真空排
気手段と、処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガ
ス供給手段と、処理室内でプラズマを発生させるプラズ
マ発生手段と、処理室内の圧力を検出する圧力検出手段
と、プラズマ放電中の前記処理室内の圧力検出結果を予
め設定された上限圧力と比較し処理室内の圧力が前記上
限圧力を超えたならばプラズマ発生手段の作動を停止さ
せるとともに圧力異常信号を出力する圧力監視手段と、
前記圧力異常信号を承けて所定の報知を行う報知手段と
を備えた。

【００１０】請求項２記載のプラズマ処理方法は、処理
対象物のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であっ
て、前記処理対象物を収容しプラズマ処理を行う処理室
を真空排気する真空排気工程と、真空排気された処理室
内にガス供給手段によってプラズマ発生用ガスを供給す
るガス供給工程と、ガス供給工程後の処理室内でプラズ
マを発生させるプラズマ発生工程とを含み、このプラズ
マ発生工程において処理室内の圧力を検出し、この圧力
検出結果を予め設定された上限圧力と比較し処理室内の
圧力が前記上限圧力を超えたならば前記プラズマ発生手
段の作動を停止させる。

【００１１】本発明によれば、処理室内でプラズマ放電
を発生させるプラズマ発生工程において処理室内の圧力
を検出し、この圧力検出結果を予め設定された上限圧力
と比較し処理室内の圧力が上限圧力を超えたならばプラ
ズマ発生手段の作動を停止させることにより、局部的な
異常放電の発生によるダメージを受けた処理対象物が後
工程に送られて不良品を発生させる不具合を防止するこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のプラ
ズマ処理装置の断面図、図２は本発明の一実施の形態の
プラズマ処理装置のマスフローコントローラの構成図、
図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置におけ
るプラズマ放電条件の説明図、図４は本発明の一実施の
形態のプラズマ処理装置の電極部の部分断面図、図５は
本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフロー図、
図６は本発明の一実施の形態のプラズマ処理における処
理室内の圧力変化を示すグラフである。

【００１３】まず図１を参照してプラズマ処理装置の構
造を説明する。図１において、真空チャンバ３は、水平
なベース部１上に、蓋部２を図示しない昇降手段によっ
て昇降自在に配設して構成されている。蓋部２が下降し
てベース部１の上面にシール部材４を介して当接した状
態では真空チャンバ３は閉状態となり、ベース部１と蓋
部２で囲まれる密閉空間は、処理対象物を収容しプラズ
マ処理を行う処理室３ａを形成する。ベース部１に設け
られた開口部１ａには、電極部５が下方から絶縁部材６
を介して装着されている。電極部５の上面は処理対象物
である基板８を載置する載置部となっており、基板８は
ガイド部材を兼ねた絶縁体７上に載置される。

【００１４】ベース部１に設けられた開孔１ｂには、管
路１１を介して真空計１２、ベントバルブ１３、真空バ
ルブ１４が接続されており、真空バルブ１４は真空ポン
プ１５（真空排気手段）と接続されている。真空ポンプ
１５を駆動した状態で真空バルブ１４を開にすることに
より、処理室３ａ内が真空排気される。このときの真空
度は、真空計１２によって検出される。ベントバルブ１
３を開にすることにより、真空破壊時に処理室３ａ内に
大気が導入される。

【００１５】またベース部１に設けられた開孔１ｃは、
プラズマ発生用ガス（以下、単に「ガス」と略称す
る。）を処理室３ａ内に供給するガス供給孔であり、ガ
スは以下に説明するガス供給手段によって供給される。
ガス供給手段は、管路１６、マスフローコントローラ１
７、ガス開閉バルブ１８、減圧弁１９およびガスボンベ
２０を備えている。

【００１６】開孔１ｃには、管路１６を介してマスフロ
ーコントローラ１７が接続されており、さらにマスフロ
ーコントローラ１７は、ガス開閉バルブ１８、減圧弁１
９を介してガスボンベ２０に接続されている。ガスボン
ベ２０は、アルゴンガスや酸素などのプラズマ発生用ガ
スを供給する供給源であり、ガスボンベ２０から供給さ
れるガスは減圧弁１９によって所定圧力に減圧される。
ガス開閉バルブ１８はガス供給路を開閉し、これにより
所定圧力に減圧されたガスの下流側への供給がＯＮ−Ｏ
ＦＦされる。

【００１７】ここで図２を参照して、マスフローコント
ローラ１７の構成および機能について説明する。マスフ
ローコントローラ１７は、流量検出部２５、流量制御バ
ルブ２６、フィードバック制御部２７およびバルブ駆動
部２８より構成される。流量検出部２５は、上流側から
ガス開閉バルブ１８を介してガスを供給するガス供給路
においてガスの流量を検出する。流量制御バルブ２６は
このガス供給路に設けられた開度調整が可能な制御バル
ブであり、この開度を調整することにより管路１６を介
して処理室３ａ内に供給されるガス流量を調整すること
ができるようになっている。

【００１８】バルブ駆動部２８は、流量制御バルブ２６
のバルブ開度を調整する。フィードバック制御部２７
は、流量設定指令信号と流量検出部２５の流量検出結果
とに基づいてバルブ駆動部２８を制御することにより、
流量制御バルブ２６の開度を制御する。このフィードバ
ック制御により、処理室３ａに供給されるガス流量が、
常に流量設定指令信号によって指定されるガス流量に一
致するよう制御される。

【００１９】図１において、電極部５にはマッチング部
２１を介して高周波電源部２２が接続されている。高周
波電源部２２を駆動することにより、電極部５と対向電
極を兼ねた蓋部２との間に高周波電圧が印加される。マ
ッチング部２１は、処理室３ａ内でプラズマ放電を行う
プラズマ放電回路と高周波電源部２２のインピーダンス
を整合させる。真空排気された後の処理室３ａ内にガス
を供給した状態で、電極部５と蓋部２との間に高周波電
圧を印加することにより、処理室３ａ内ではプラズマが
発生する。すなわち蓋部２、電極部５、マッチング部２
１、高周波電源部２２は処理室３ａ内でプラズマを発生
させるプラズマ発生手段となっている。

【００２０】制御系について説明する。図１において、
制御部２３は、ベントバルブ１３、真空バルブ１４、真
空ポンプ１５、ガス開閉バルブ１８、高周波電源部２２
を制御する。また制御部２３は、マスフローコントロー
ラ１７に対して、プラズマ処理条件に応じた流量設定指
令信号を出力し、マスフローコントローラ１７から流量
検出信号を受け取る。

【００２１】上記制御において制御部２３は、圧力検出
手段である真空計１２によって検出された処理室３内の
圧力検出結果を受け取り、この圧力検出結果に基づいて
プラズマ処理時の各部の動作を制御する。また制御部２
３は処理室３ａ内の圧力を監視して所定の処理を行う機
能（圧力監視機能）を備えた圧力監視手段となってお
り、プラズマ放電中の圧力検出結果を予め設定された上
限圧力と比較し、圧力検出結果が上限圧力を超えている
場合には、プラズマ発生手段の高周波電源部２２の作動
を停止させるとともに、圧力異常信号を出力する。報知
部２４は、制御部２３によって出力される圧力異常信号
に基づいて、異常報知などの所定の報知を行う。したが
って報知部２４は、圧力異常信号を承けて所定の報知を
行う報知手段となっている。

【００２２】ここで、プラズマ処理条件と処理室３ａ内
の圧力異常との関連について、図３、図４を参照して説
明する。まずプラズマ放電の特性について説明する。プ
ラズマ放電の発生しやすさは、図３（ａ）に示す電極間
距離Ｄ（電極部５と対向電極である蓋部２との間隔）
と、プラズマ放電が発生する処理室３ａ内に供給される
プラズマ発生用ガスの圧力（放電圧力）Ｐの積Ｐ×Ｄの
値に依存しており、積Ｐ×Ｄが特定の値である場合にプ
ラズマ放電は最も発生しやすいという特性を有してい
る。

【００２３】すなわち、図３（ｂ）のグラフに示すよう
に、プラズマ放電の発生が開始する電圧は、積Ｐ×Ｄの
特定値において極小となる。プラズマ条件の設定に際し
ては、このグラフに示す関係に基づいて、図３（ａ）に
示す電極間距離Ｄでプラズマ放電が発生し、この距離範
囲から外れた部分では放電が発生しないような放電圧力
Ｐと放電電圧Ｖに設定される。

【００２４】処理対象の基板８を処理室内に載置する場
合には、基板８と電極部５との間に隙間が発生する場合
があり、例えば、図４（ａ）に示すように、反りを生じ
た基板８が直接電極部上に載置された場合には、基板８
下面と電極部５の絶縁体７上面との間には隙間Ｓ１が生
じ、また図４（ｂ）に示すように、キャリア３０に保持
されて電極部５上の絶縁体７との間に隙間Ｓ２を有する
基板８が処理対象である場合などでは、上記プラズマ放
電発生条件における距離Ｄは図３（ａ）に示す電極間距
離ではなく、これらの隙間Ｓ１，Ｓ２となる。前述のプ
ラズマ処理条件設定に際しては、これらを極力勘案しつ
つ、放電圧力Ｐや電圧Ｖが多少変動してもこれらの隙間
部分で予期しないプラズマ放電（異常放電）が発生しな
いような条件選定がなされる。

【００２５】しかしながら、上述の条件を満たすプラズ
マ条件の設定は必ずしも容易ではなく、通常はわずかな
圧力条件の変動で異常放電が誘発される場合が多い。こ
のため本実施の形態では、処理室３ａ内の圧力が所定の
放電圧力に対して許容幅を超えて上回った場合には、す
なわち所定の上限圧力を超えた場合には圧力異常と見な
して、高周波出力を停止させるとともに、その旨報知す
るようにしている。

【００２６】このプラズマ処理装置は上記のような構成
より成り、次にプラズマ処理動作を図５のフロー図に沿
って説明する。図５において、まず蓋部２が上昇して真
空チャンバ３が開放された開放された状態で、電極部６
上の絶縁体７上に基板８を載置した後、真空チャンバ３
が閉じられる（ＳＴ１）。次に真空バルブ１４を開にす
る（ＳＴ２）。これにより、常に駆動状態にある真空ポ
ンプ１５による処理室３ａ内の真空排気が開始される。

【００２７】そしてこの状態で、制御部２３からマスフ
ローコントローラ１７に対して流量設定指令信号を「零
流量」に相当する信号で出力する（ＳＴ３）。これによ
り、マスフローコントローラ１７の流量制御バルブ２６
の開度が零となるよう制御される。そして制御部２３に
よって真空計１２の真空圧検出結果を監視して、予め設
定されたガス供給開始圧力に到達したか否かを判断し
（ＳＴ４）、設定圧力に到達したと判定されたならば、
ガス開閉バルブ１４を開にする（ＳＴ５）。これによ
り、ガスボンベ２０からマスフローコントローラ１７に
対してガスが供給される。

【００２８】この後制御部２３からマスフローコントロ
ーラ１７に対して流量設定指令信号を、プラズマ処理条
件によって決定される「設定流量」に相当する信号で出
力する（ＳＴ６）。これにより、流量制御バルブ２６の
開度が設定流量に相当した開度に調整され、処理室３ａ
にはこの設定流量のガスが供給される。そしてこのガス
供給を継続する過程において、所定の放電条件がクリア
されたか否か、すなわちガス流量が安定し、処理室３ａ
内のガス圧力が所定の処理圧力に到達して安定状態にあ
るか否かが判断される（ＳＴ７）。

【００２９】そして、放電条件のクリアが確認されたな
らば、高周波電源部２２による高周波出力が開始される
とともに、制御部２３の圧力監視機能がＯＮされ（ＳＴ
８）、電極部５には高周波電圧が印加される。次いでマ
ッチング部２１によって、句集は出力が安定したか否
か、すなわちプラズマ放電回路のインピーダンスが整合
したか否かが判断される（ＳＴ９）。

【００３０】高周波出力が安定したならば、制御部２３
に内蔵されたタイマ機能によって放電タイマのカウント
が開始される（ＳＴ１０）。すなわち、設定された処理
条件によって行われるプラズマ処理の処理時間の計時が
開始される。そして処理継続中には制御部２３によって
放電タイマのカウント終了を監視し（ＳＴ１１）、所定
のカウントが完了したならば、高周波電源部２２による
高周波出力をＯＦＦするとともに、制御部２３の圧力監
視機能をＯＦＦする（ＳＴ１２）。これにより処理室３
ａ内でのプラズマ放電が停止する。

【００３１】この後ガス開閉バルブ１８が閉じられ（Ｓ
Ｔ１３）、真空バルブ１４が閉じられる（ＳＴ１４）。
そしてベントバルブ１３を開にする（ＳＴ１５）ことに
より、処理室３ａ内に大気が導入され、チャンバ３の開
動作を行う（ＳＴ１６）。これによりプラズマ処理の１
サイクルが終了する。

【００３２】次に図６を参照して、上記処理フローの真
空排気過程およびガス供給過程における処理室３ａ内の
圧力変化を監視する圧力監視機能の詳細について説明す
る。図６は、真空排気開始後の処理室３ａ内の圧力変化
を示しており、曲線Ｌに示すように処理室３ａ内の圧力
は真空排気開始後に急速に低下する。そして、ガス供給
開始圧力Ｐ１に到達したタイミングｔ１においてガス供
給が開始され、これにより処理室３ａ内の圧力は上昇す
る。そしてガス供給開始後においても真空排気は継続し
て行われることから、一旦上昇した処理室３ａ内の圧力
は再び低下し、放電開始条件に相当する放電圧力Ｐ２に
到達したタイミングｔ２において、高周波出力が開始さ
れる。

【００３３】これにより、処理室３ａ内では電極部５と
電極部５と対向する蓋部２との間でプラズマ放電が発生
し、基板８のプラズマ処理が行われる。このプラズマ処
理過程において、基板８の内部に有機物などの不純物や
水分を含んでいる場合には、プラズマ放電で発生した熱
によって基板８が加熱されるため、この不純物や水分が
ガス化して処理室３ａ内に放出され、処理室３ａ内の圧
力は一時的に上昇する。

【００３４】そしてこの圧力が、処理室３ａ内での異常
放電を誘発しない条件を確保することができる上限圧力
として設定される圧力Ｐ３を超えた場合には（図６に鎖
線で示すＬ’参照）、高周波電源部２２による高周波出
力が停止されるとともに、報知部２４により圧力異常が
報知される。

【００３５】この報知により作業者はその時点で処理対
象となっている基板８には異常放電に起因するダメージ
が発生している可能性があると判断し、真空チャンバ３
を開放して基板８の目視検査を行うなど状況に応じた処
置を行う。これにより、ダメージを受けた基板８がその
まま後工程に送られて不良品を発生させる不具合を防止
することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、処理室内でプラズマ放
電を発生させるプラズマ発生工程において処理室内の圧
力を検出し、この圧力検出結果を予め設定された上限圧
力と比較し処理室内の圧力が上限圧力を超えたならばプ
ラズマ発生手段の作動を停止させるようにしたので、局
部的な異常放電の発生によるダメージを受けた処理対象
物が後工程に送られて不良品を発生させる不具合を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の断
面図

【図２】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置のマ
スフローコントローラの構成図

【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置にお
けるプラズマ放電条件の説明図

【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の電
極部の部分断面図

【図５】本発明の一実施の形態のプラズマ処理方法のフ
ロー図

【図６】本発明の一実施の形態のプラズマ処理における
処理室内の圧力変化を示すグラフ

【符号の説明】

３ 真空チャンバ ３ａ 処理室 ５ 電極部 ８ 基板 １２ 真空計 １５ 真空ポンプ １６ 管路 １７ マスフローコントローラ １８ ガス開閉バルブ ２０ ガスボンベ ２２ 高周波電源部 ２３ 制御部 ２４ 報知部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森迫 勇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 浦田 和広 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA06 CA02 CA08 CB01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理対象物のプラズマ処理を行うプラズマ
   処理装置であって、前記処理対象物を収容しプラズマ処
   理を行う処理室と、この処理室内を真空排気する真空排
   気手段と、処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガ
   ス供給手段と、処理室内でプラズマを発生させるプラズ
   マ発生手段と、処理室内の圧力を検出する圧力検出手段
   と、プラズマ放電中の前記処理室内の圧力検出結果を予
   め設定された上限圧力と比較し処理室内の圧力が前記上
   限圧力を超えたならばプラズマ発生手段の作動を停止さ
   せるとともに圧力異常信号を出力する圧力監視手段と、
   前記圧力異常信号を承けて所定の報知を行う報知手段と
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】処理対象物のプラズマ処理を行うプラズマ
   処理方法であって、前記処理対象物を収容しプラズマ処
   理を行う処理室を真空排気する真空排気工程と、真空排
   気された処理室内にガス供給手段によってプラズマ発生
   用ガスを供給するガス供給工程と、ガス供給工程後の処
   理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生工程とを含
   み、このプラズマ発生工程において処理室内の圧力を検
   出し、この圧力検出結果を予め設定された上限圧力と比
   較し処理室内の圧力が前記上限圧力を超えたならば前記
   プラズマ発生手段の作動を停止させることを特徴とする
   プラズマ処理方法。