JP2005093843A - Plasma treatment device and upper electrode unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,被処理体例えば液晶ディスプレイ(LCD)などフラットディスプレイ(FPD)用のガラス基板,すなわちLCD基板などのFPD基板の他,半導体ウエハ等をプラズマ処理するプラズマ処理装置にかかり,より詳細にはプラズマ処理装置内に設けられた電極などの部材を所望の位置に駆動制御可能なプラズマ処理装置及び上部電極ユニットに関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for plasma processing a glass substrate for a flat substrate (FPD) such as a liquid crystal display (LCD), that is, an FPD substrate such as an LCD substrate, as well as a semiconductor wafer. Relates to a plasma processing apparatus and an upper electrode unit capable of driving and controlling members such as electrodes provided in the plasma processing apparatus to desired positions.
一般に,半導体デバイス,LCD基板等を製造するための各工程において,被処理体例えば半導体ウエハ(以下,単にウエハという。),LCD基板等をプラズマ処理するプラズマ処理装置では,処理装置内に配設されている部材例えば電極を直線運動させて所望の位置に駆動制御させる場合には,アクチュエータとしてサーボモータやステッピングモータなどのモータを用いて追従制御を行うようになっていた。 Generally, in each process for manufacturing a semiconductor device, an LCD substrate, and the like, a plasma processing apparatus that performs plasma processing on an object to be processed, such as a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer), an LCD substrate, etc. is disposed in the processing apparatus. When a member, for example, an electrode, is linearly moved and driven and controlled to a desired position, follow-up control is performed using a motor such as a servo motor or a stepping motor as an actuator.
このようにアクチュエータとしてモータを用いる構造では,モータの回転を直線運動に変換するために,プーリやギア,ベルトやチェーンなどの動力伝達機構を形成する強固な構造体が必要となり,処理装置自体が大型化するという問題があった。また,モータや動力伝達機構の回転運動により振動や騒音が発生し,ウエハのプロセス処理結果などに影響を与える虞があるという問題もあった。さらに,動力伝達機構を構成するギアやチェーンは消耗品であるため,定期的なメンテナンスも必要となるという問題もあった。 In such a structure using a motor as an actuator, in order to convert the rotation of the motor into a linear motion, a solid structure that forms a power transmission mechanism such as a pulley, a gear, a belt, or a chain is required. There was a problem of increasing the size. In addition, vibration and noise are generated by the rotational movement of the motor and the power transmission mechanism, which may affect the process processing result of the wafer. In addition, the gears and chains that make up the power transmission mechanism are consumables, which necessitates regular maintenance.
この点,アクチュエータとしてモータの代りに油圧式アクチュエータを使用することも考えられるが,油圧式アクチュエータは配管が困難であり,油漏れがクリーンルームの汚染原因になる虞もあるなどの問題があり,プラズマ処理装置に使用するアクチュエータとしては適切ではない。 In this regard, it is conceivable to use a hydraulic actuator instead of a motor as the actuator. However, the hydraulic actuator is difficult to pipe, and there is a problem that oil leakage may cause clean room contamination. It is not suitable as an actuator for use in a processing apparatus.
また,アクチュエータとして空気圧アクチュエータを使用することも考えられる。空気圧アクチュエータであれば油漏れの虞もなく,クリーンルームの汚染することもない。また,空気圧アクチュエータは,軽量かつ高出力でコンパクトな構造にまとめられる利点がある。このため,プラズマ処理装置の分野でも,ウエハカセットの昇降機構(例えば特許文献1参照)や処理室のウエハ搬出入口に設けられたゲート開閉機構(例えば特許文献2参照)に用いられている。 It is also conceivable to use a pneumatic actuator as the actuator. If it is a pneumatic actuator, there is no risk of oil leakage and the clean room is not contaminated. In addition, pneumatic actuators have the advantage of being combined into a lightweight, high-power and compact structure. For this reason, also in the field of plasma processing apparatuses, it is used for a wafer cassette lifting mechanism (see, for example, Patent Document 1) and a gate opening / closing mechanism (see, for example, Patent Document 2) provided at a wafer carry-in / out port of a processing chamber.
しかしながら,プラズマ処理装置内に設けられた部材を駆動制御させるために,アクチュエータとして空気圧アクチュエータを使用する場合には,空気特有の物性例えば粘性,密度等による圧縮性や伝達遅延に起因する非線形性のために制御性が悪く,また温度などの外的要因によっても制御性が左右され,特に高精度な位置制御を行うのが困難であるという問題があった。 However, when a pneumatic actuator is used as an actuator to drive and control a member provided in the plasma processing apparatus, non-linearity caused by air-specific physical properties such as viscosity, density, etc., and compression delay and transmission delay. Therefore, the controllability is poor, and the controllability is affected by external factors such as temperature, and it is difficult to perform highly accurate position control.
このため,従来,空気圧アクチュエータは一定反復作業のような単純作業に主に使用され,高精度な位置制御が要求される例えば電極などの駆動制御には用いられていなかった。 For this reason, conventionally, the pneumatic actuator has been mainly used for simple work such as constant repetitive work, and has not been used for drive control of an electrode or the like that requires high-precision position control.
そこで,本発明は,このような問題に鑑みてなされたもので,その目的とするところは,空気圧アクチュエータを用いて高精度な位置制御を行うことができるプラズマ処理装置及び上部電極ユニットを提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and an upper electrode unit that can perform highly accurate position control using a pneumatic actuator. There is.
上記課題を解決するために,本発明の第1の観点によれば,処理容器内に配置された電極を利用して発生させるプラズマにより被処理体をプラズマ処理するを有するプラズマ処理装置であって,前記電極をスライド機構によって一方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と,前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと,前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と,前記空気圧回路を制御して前記電極の位置制御を行う制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus having plasma processing of an object to be processed by plasma generated using an electrode disposed in a processing container. A sliding support member that slidably supports the electrode in one direction by a slide mechanism, a pneumatic cylinder having a rod connected to the sliding support member, a pneumatic circuit that drives the pneumatic cylinder, There is provided a plasma processing apparatus comprising control means for controlling the position of the electrode by controlling a pneumatic circuit.
上記課題を解決するために,本発明の第2の観点によれば,処理容器内に配置された上部電極を利用して発生させるプラズマにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の上部電極ユニットであって,前記処理容器内に配置された上部電極と,前記上部電極をスライド機構によって上下方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と,前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと,前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と,前記空気圧回路を制御して前記上部電極の位置制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする上部電極ユニットが提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, according to a second aspect of the present invention, an upper electrode unit of a plasma processing apparatus for plasma-processing an object to be processed by plasma generated using an upper electrode arranged in a processing container An upper electrode disposed in the processing container, a sliding support member that slidably supports the upper electrode in a vertical direction by a sliding mechanism, and a rod that is connected to the sliding support member. An upper electrode unit is provided, comprising: a pneumatic cylinder having a pneumatic cylinder; a pneumatic circuit that drives the pneumatic cylinder; and a control unit that controls the pneumatic circuit to control the position of the upper electrode.
このような構成の第1の観点及び第2の観点の発明によれば,空気圧シリンダとは別に電極を一方向(例えば上下方向)に摺動自在に支持する摺動支持部材を設けることによって,空気圧シリンダにかかる一方向以外の方向の負荷(外乱)を排除し,空気圧シリンダを一方向の動きに集中させることができる。これにより,空気圧シリンダによって電極の位置制御を精度よく行うことができる。 According to the first and second aspects of the invention, by providing a sliding support member that supports the electrode slidably in one direction (for example, the vertical direction) separately from the pneumatic cylinder, It eliminates loads (disturbances) in directions other than one direction on the pneumatic cylinder, allowing the pneumatic cylinder to concentrate on movement in one direction. As a result, the position of the electrode can be accurately controlled by the pneumatic cylinder.
また,第2の観点のように上部電極,上部電極の駆動機構,その制御手段をユニット化することにより,既存のプラズマ処理装置に対しても上部電極ユニットを交換するだけで,空気圧シリンダで位置制御可能な上部電極を簡単に付加することができる。 In addition, the upper electrode, the drive mechanism of the upper electrode, and its control means are unitized as in the second aspect, so that the existing plasma processing apparatus can be positioned by a pneumatic cylinder simply by replacing the upper electrode unit. A controllable upper electrode can be easily added.
上記第1の観点及び第2の観点におけるスライド機構は,前記摺動支持部材の外周に前記電極の摺動方向に沿って設けられたレールと,前記レールを前記摺動方向に案内し摺動自在に支持し,前記処理容器に固定される案内部材とを有するように構成してもよい。これにより,簡単な構成で電極を摺動支持させることができる。この場合,案内部材は前記電極の水平方向調整部材を介して前記処理容器に固定されるようにしてもよい。これにより,水平方向調整部材により案内部材の傾きを調整することによって電極を水平方向に簡単に微調整することができる。 The slide mechanism according to the first aspect and the second aspect includes a rail provided along the sliding direction of the electrode on the outer periphery of the sliding support member, and sliding by guiding the rail in the sliding direction. A guide member that is freely supported and fixed to the processing container may be included. As a result, the electrode can be slidably supported with a simple configuration. In this case, the guide member may be fixed to the processing container via a horizontal adjustment member of the electrode. Thereby, the electrode can be easily finely adjusted in the horizontal direction by adjusting the inclination of the guide member by the horizontal direction adjusting member.
また,第1の観点及び第2の観点における空気圧シリンダのロッドは,前記電極の略中央に配置するように構成してもよい。これにより,空気圧シリンダのロッドにかかる荷重の偏心やモーメントの発生を抑えることができるので,より精度よく電極の位置制御を行うことができる。 Further, the rod of the pneumatic cylinder according to the first and second aspects may be configured to be disposed substantially at the center of the electrode. As a result, the eccentricity of the load applied to the rod of the pneumatic cylinder and the generation of moment can be suppressed, so that the electrode position can be controlled with higher accuracy.
また,第1の観点及び第2の観点における空気圧回路は,空気圧源と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ,前記制御手段からの制御信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気の流れを切換えることによって,前記空気圧シリンダのロッドを駆動可能とする切換弁と,前記切換弁と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ,前記制御手段からの停止信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気を遮断することによって,前記空気圧シリンダのロッドを停止保持可能とする駆動停止弁とを設けるように構成してもよい。これによれば,制御手段により電極の移動位置や方向を制御することができ,例えばプラズマ処理装置に異常があった場合には電極の移動を停止して保持させることができる。 The pneumatic circuit in the first and second aspects is provided between the pneumatic source and the pneumatic cylinder, and the flow of compressed air supplied to the pneumatic cylinder based on a control signal from the control means. Is provided in the middle of the switching valve and the pneumatic cylinder, and is supplied to the pneumatic cylinder based on a stop signal from the control means. A drive stop valve that can stop and hold the rod of the pneumatic cylinder by blocking the compressed air may be provided. According to this, the movement position and direction of the electrode can be controlled by the control means. For example, when there is an abnormality in the plasma processing apparatus, the movement of the electrode can be stopped and held.
また,第1の観点及び第2の観点における空気圧シリンダのロッドの動きを検出することにより,前記電極の位置を検出する位置検出手段を設け,前記制御手段は,前記位置検出手段により検出された前記電極の現在位置を前記電極の目標位置から引いた偏差に基づいて前記電極の位置制御を行うようにしてもよい。この場合,前記電極を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定し,前記電極を徐々に駆動するようにしてもよい。これにより,空気圧シリンダを駆動するための空気特有の物性例えば粘性,密度等による急激な駆動や振動を極力防止することができる。これにより,空気圧シリンダによって上部電極を駆動しても,例えば処理容器内のパーティクルなどを巻上げるなどの不都合をなくすことができる。 Further, a position detecting means for detecting the position of the electrode by detecting the movement of the rod of the pneumatic cylinder in the first and second aspects is provided, and the control means is detected by the position detecting means. The electrode position may be controlled based on a deviation obtained by subtracting the current position of the electrode from the target position of the electrode. In this case, a target position may be set in a plurality of stages until the electrode is moved, and the electrode may be gradually driven. As a result, it is possible to prevent sudden drive and vibration due to air-specific physical properties for driving the pneumatic cylinder, such as viscosity and density, as much as possible. Thereby, even if the upper electrode is driven by the pneumatic cylinder, it is possible to eliminate inconveniences such as rolling up particles in the processing container.
なお,第1の観点における電極は,前記処理容器内に互いに平行に配設された一対の電極のうちの一方の電極であって,前記被処理体は,前記他方の電極に載置されるものであってもよい。 The electrode in the first aspect is one of a pair of electrodes disposed in parallel to each other in the processing container, and the object to be processed is placed on the other electrode. It may be a thing.
以上説明したように本発明によれば,空気圧アクチュエータである空気圧シリンダにかかる負荷を極力軽減するこにより,空気圧シリンダを用いて高精度な位置制御を行うことができるプラズマ処理装置及び上部電極ユニットを提供できる。 As described above, according to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus and an upper electrode unit capable of highly accurate position control using a pneumatic cylinder by reducing the load applied to the pneumatic cylinder as a pneumatic actuator as much as possible. Can be provided.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の一例として,平行平板型のプラズマ処理装置100の概略構成を図1,図2に示す。図1は上部電極が退避時位置にある状態を示し,図2は上部電極が処理時位置にある状態を示す。図3は,図1,図2に示す上部電極を駆動する機構を簡略化して示す作用説明図である。図3(a)は上部電極が退避時位置にある状態を示し,図3(b)は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
As an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, a schematic configuration of a parallel plate type
本実施形態にかかるプラズマ処理装置100は,例えば表面が陽極酸化処理(アルマイト処理)されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ(処理容器)102を有しており,このチャンバ102は接地されている。
The
チャンバ102内の底部には,セラミックなどの絶縁板103を介して,被処理体例えば半導体ウエハ(以下,単に「ウエハ」という)Wを載置するための略円柱状のサセプタ支持台104が設けられている。このサセプタ支持台104の上には,下部電極を構成するサセプタ105が設けられている。このサセプタ105にはハイパスフィルタ(HPF)106が接続されている。
A substantially cylindrical susceptor support 104 for placing an object to be processed, such as a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) W, is provided at the bottom of the
サセプタ支持台104の内部には,温度調節媒体室107が設けられている。そして,導入管108を介して温度調節媒体室107に温度調節媒体が導入,循環され,排出管109から排出される。このような温度調節媒体の循環により,サセプタ105を所望の温度に調整できる。
Inside the
サセプタ105は,その上側中央部が凸状の円板状に成形され,その上にウエハWと略同形の静電チャック111が設けられている。静電チャック111は,絶縁材の間に電極112が介在された構成となっている。静電チャック111は,電極112に接続された直流電源113から例えば1.5kVの直流電圧が印加される。これによって,ウエハWが静電チャック111に静電吸着される。
The upper center portion of the
そして,絶縁板103,サセプタ支持台104,サセプタ105,および静電チャック111には,被処理体であるウエハWの裏面に伝熱媒体(例えばHeガスなどのバックサイドガス)を供給するためのガス通路114が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ105とウエハWとの間の熱伝達がなされ,ウエハWが所定の温度に維持される。
The insulating
サセプタ105の上端周縁部には,静電チャック111上に載置されたウエハWを囲むように,環状のフォーカスリング115が配置されている。このフォーカスリング115は,セラミックスもしくは石英などの絶縁性材料,または導電性材料によって構成されている。フォーカスリング115が配置されることによって,エッチングの均一性が向上する。
An
チャンバ102の底部には排気管131が接続されており,この排気管131には排気装置135が接続されている。排気装置135は,ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており,チャンバ102内を所定の減圧雰囲気(例えば0.67Pa以下)に調整する。また,チャンバ102の側壁にはゲートバルブ132が設けられている。このゲートバルブ132が開くことによって,チャンバ102内へのウエハWの搬入,および,チャンバ102内からのウエハWの搬出が可能となる。なお,ウエハWの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
An exhaust pipe 131 is connected to the bottom of the
また,サセプタ105の上方には,このサセプタ105と平行に対向して上部電極120が設けられている。本実施形態にかかる上部電極120は上部電極駆動機構200によって一方向例えば上下方向に駆動可能に構成されている。これにより,サセプタ105と上部電極120との間隔は,調節可能となる。なお,上部電極駆動機構200についての詳細は後述する。
An
上部電極120は,チャンバ102の上部内壁にベローズ122を介して支持されている。ベローズ122はチャンバ102の上部内壁に環状の上部フランジ122aを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに,上部電極120の上面に環状の上部フランジ122bを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
The
上部電極120は,サセプタ105との対向面を構成し多数の吐出孔123を有する電極板124と,この電極板124を支持する電極支持体125とによって構成されている。電極板124は例えば石英から成り,電極支持体125は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料から成る。
The
上部電極120における電極支持体125には,ガス導入口126が設けられている。このガス導入口126には,ガス供給管127が接続されている。さらにこのガス供給管127には,バルブ128およびマスフローコントローラ129を介して,処理ガス供給源130が接続されている。
A
この処理ガス供給源130から,例えばプラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお,図1には,ガス供給管127,バルブ128,マスフローコントローラ129,および処理ガス供給源130等から成る処理ガス供給系を1つのみ示しているが,プラズマ処理装置100は,複数の処理ガス供給系を備えている。例えば,CHF3,Ar,He等の処理ガスが,それぞれ独立に流量制御され,チャンバ102内に供給される。
For example, an etching gas for plasma etching is supplied from the processing
上部電極120には,第1の高周波電源140が接続されており,その給電線には第1の整合器141が介挿されている。また,上部電極120にはローパスフィルタ(LPF)142が接続されている。この第1の高周波電源140は,50〜150MHzの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このように高い周波数の電力を上部電極120に印加することにより,チャンバ102内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ,従来と比べて低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。第1の高周波電源140の出力電力の周波数は,50〜80MHzが好ましく,典型的には図示した60MHzまたはその近傍の周波数に調整される。
A first high-
下部電極としてのサセプタ105には,第2の高周波電源150が接続されており,その給電線には第2の整合器151が介挿されている。この第2の高周波電源150は数百kHz〜十数MHzの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このような範囲の周波数の電力をサセプタ105に印加することにより,被処理体であるウエハWに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第2の高周波電源150の出力電力の周波数は,典型的には図示した2MHzまたは13.56MHz等に調整される。
A second high-
次に,上部電極駆動機構200の詳細について説明する。この上部電極駆動機構200は,上部電極120をチャンバ102に対して摺動自在に支持する略円筒状の摺動支持部材204を有する。摺動支持部材204は上部電極120の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
Next, details of the upper
摺動支持部材204は,チャンバ102の上壁の略中央に形成された孔102aを出入自在に配設される。具体的には摺動支持部材204の外周面はスライド機構210を介してチャンバ102の孔102aの縁部に摺動自在に支持されている。
The sliding
スライド機構210は例えばチャンバ102の上部に断面L字状の固定部材214を介して固定部材214の鉛直部に固定された案内部材216と,この案内部材216に摺動自在に支持され,摺動支持部材204の外周面に一方向(本実施形態では上下方向)に形成されたレール部212とを有する。
The
スライド機構210の案内部材216を固定する固定部材214は,その水平部が環状の水平調整板218を介してチャンバ102の上部に固定される。この水平調整板218は上部電極120を水平位置を調整するためのものである。水平調整板218は例えば水平調整板218を周方向に等間隔で配置した複数のボルトなどによりチャンバ102に固定し,これらのボルトの突出量により水平調整板218の水平方向に対する傾き量を変えられるように構成するようにしてもよい。この水平調整板218が水平方向に対する傾きを調整することにより,上記スライド機構210の案内部材216が鉛直方向に対する傾きが調整されるので,案内部材216を介して支持される上部電極120の水平方向の傾きを調整することができる。これにより,上部電極120を簡単な操作で常に水平位置に保つことができる。
The horizontal portion of the fixing
チャンバ102の上側には,上部電極120を駆動するための空気圧シリンダ220が筒体201を介して取付けられている。すなわち,筒体201の下端はチャンバ102の孔102aを覆うようにボルトなどで気密に取付けられており,筒体201の上端は空気圧シリンダ220の下端に気密に取付けられてる。
A
上記空気圧シリンダ220は一方向に駆動可能なロッド202を有しており,このロッド202の下端は,摺動支持部材204の上部略中央にボルトなどで連設されている。これにより,空気圧シリンダ220のロッド202が駆動されることにより,上部電極120は摺動支持部材204によりスライド機構に沿って一方向に駆動する。ロッド202は円筒状に構成し,ロッド202の内部空間が摺動支持部材204の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放されるようになっている。これにより,整合器141などからの給電線は,ロッド202の内部空間から摺動支持部材204の中央孔を介して上部電極120に接続するように配線することができる。
The
また,空気圧シリンダ220の側部には上部電極120の位置を検出する位置検出手段として例えばリニアエンコーダ205が設けられている。一方,空気圧シリンダ220のロッド202の上端にはロッド202から側方に延出する延出部207aを有する上端部材207が設けられており,この上端部材207の延出部207aにリニアエンコーダ205の検出部205aが当接している。上端部材207は上部電極120の動きに連動するため,リニアエンコーダ205により上部電極120の位置を検出することができる。
Further, for example, a
空気圧シリンダ220は,筒状のシリンダ本体222を上部支持板224と下部支持板226とで挟んで構成されている。ロッド202の外周面には空気圧シリンダ220内を上部空間232と下部空間234に区画する環状の区画部材208が設けられている。
The
図3に示すように空気圧シリンダ220の上部空間232には上部支持板224の上部ポート236から圧縮空気が導入されるようになっている。また空気圧シリンダ220の下部空間234には下部支持板226の下部ポート238から圧縮空気が導入されるようになっている。これら上部ポート236,下部ポート238から上部空間232,下部空間234へそれぞれ導入する空気量を制御することにより,ロッド202を一方向(ここでは上下方向)へ駆動制御することができる。この空気圧シリンダ220へ導入する空気量は空気圧シリンダ220の近傍に設けられた空気圧回路310により制御される。
As shown in FIG. 3, compressed air is introduced into the
次に,本実施形態にかかるプラズマ処理装置に設けられる上部電極駆動機構200の駆動制御手段300について説明する。図4は上部電極駆動機構200の駆動制御手段300を示す回路図である。図5は,空気圧回路310のブロック線図である。
Next, the drive control means 300 of the upper
図4に示すように駆動制御手段300は,空気圧回路310とこの空気圧回路310を制御する制御手段400とを有する。制御手段400は,この制御手段400本体を構成するCPU(中央処理装置)420,外部との各種信号のやり取りを行うインタフェース440,空気圧回路310の自己診断を行うためのインターロック回路460などを備える。インタフェース440は,例えばプラズマ処理装置100を制御する図示しない制御装置との制御信号のやり取りや,各種センサからのセンサ信号を入力する。インタフェース440の入力信号としては,例えば上部電極120を所定の目標位置に駆動するための目標位置情報などを含む上部電極駆動制御信号,ゲートバルブを制御するためのゲートバルブ制御信号,各種センサからのセンサ信号がある。また,インタフェース440の出力信号としては上部電極120の位置が安定したか否か,上部電極120の移動が完了したか否かを知らせる上部電極位置安定信号,上部電極120がウエハを搬送する搬送アームにぶつからない位置にあり,チャンバ102内へのウエハ搬送が可能か否かを示すウエハ搬送信号が挙げられる。
As shown in FIG. 4, the drive control means 300 includes a
上記センサ信号としては例えば上部電極120が原点位置にあることを検出する原点センサからの信号がある。ここでいう原点は,上部電極位置検出手段例えばリニアエンコーダ205の原点となる位置である。具体的には原点センサは例えば接触センサ,光センサなどで構成してもよい。その場合,原点センサを例えばチャンバ102上の筒体201を構成する上壁の内側に設け,原点センサにより摺動支持部材204の上端が検出された位置,すなわち上部電極120が最も上側に位置するところを原点位置としてもよい。その他のセンサ信号としては,上部電極120の位置がウエハの搬送が可能となる位置にあるか否かを問い合せるための搬送確認位置センサ信号が挙げられる。CPU420は搬送確認位置センサ信号が入力されると,リニアエンコーダ205からの検出信号に基づいて上部電極120がウエハを搬送する搬送アームにぶつからない位置,すなわち退避位置にあるか否かを検出し,インタフェース440を介してウエハ搬送信号を出力する。
An example of the sensor signal is a signal from an origin sensor that detects that the
インターロック回路460は,上部電極120を駆動する際,空気圧回路310における空気圧源305から圧縮空気が出力されていることを検出するスイッチ320からの信号を入力し,空気圧源305から圧縮空気が出力されているとき,即ちスイッチ320からの信号がオンのときには空気圧回路310に駆動可能信号を出力する。また空気圧源305から圧縮空気が出力されていないとき,すなわちスイッチ320からの信号がオフのときには空気圧回路310に駆動可能信号を停止する。
When driving the
また,インターロック回路460は,スイッチ320からの信号がオンであっても,外部からのインターロック信号を入力すると空気圧回路310に供給する駆動可能信号を停止する。インターロック信号は例えばプラズマ処理装置100に上部電極120の駆動を停止する必要があるような異常が発生した場合に上記制御装置(図示しない)から制御手段400へ入力される。
Further, the interlock circuit 460 stops the drivable signal supplied to the
CPU420はインタフェース440からの信号に基づいて空気圧回路310を制御する。例えば図5に示すようなブロック線図に基づいてPID制御(比例(Proportional)動作,微分(Differential)動作,積分(Integration)動作を組み合わせた制御)によるフィードバック制御を行うことにより,上部電極120を目標位置へ移動制御する。図5に示すブロックのうち,Ref(s)は上部電極120の目標位置であり,Y(s)が現在位置である。G(s)は伝達関数である。KPは比例ゲイン,KIは積分ゲイン,KDは微分ゲイン,KAは加速度フィードバックゲイン,KVは速度フィードバックゲインである。
The
具体的には,上部電極120の目標位置から現在位置を引いた偏差を求め,定常偏差を補うために上記偏差の時間積分に比例した出力(積分ゲインKIにより調整可能)と,変化率を抑えるために上記偏差の時間的変化に比例した出力(微分ゲインKDにより調整可能)と,上記偏差に比例した出力(比例ゲインKPにより調整可能)とによるPID制御を行う。すなわち,このPID制御には現在の偏差に比例した動きを予測する機能(比例動作),過去の偏差を積分保持しオフセットを取除く機能(積分動作),将来の動きを予測する機能(微分動作)が含まれている。
Specifically, a deviation by subtracting the current position from the target position of the
さらに,本実施形態にかかる空気圧回路310の制御では,図5に示すように外乱に対応するために空気圧シリンダ220の各ポート236,238に配設した圧力センサ(図示しない)の出力を利用して加速度フィードバック制御と,図4に示すようにリニアエンコーダ205の出力を制御手段400に取込み,この出力を利用して速度フィードバック制御を行うようになっている。
Further, in the control of the
また,上部電極120を位置制御する場合には,上部電極120を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定し,上部電極120を徐々に駆動するようにしてもよい。これにより,空気圧シリンダを駆動するための空気特有の物性例えば粘性,密度等による急激な駆動や振動を極力防止することができる。これにより,空気圧シリンダによって上部電極を駆動しても,例えばチャンバ102内のパーティクルなどを巻上げるなどの不都合をなくすことができる。
When the position of the
ここで,空気圧回路310の構成例について説明する。図6は空気圧回路310の構成を示す回路図である。図7,図8は空気圧回路310の動作を示す作用説明図である。図6はニュートラル状態であり,図7は上部電極120を駆動制御時状態であり,図8は非常停止時状態である。
Here, a configuration example of the
空気圧回路310は,図4,図6に示すようにCPU420からの弁制御信号によりニューラル状態と駆動制御時状態との流路切換操作が可能な切換弁を構成する5ポート電磁弁330を備える。5ポート電磁弁330から空気圧シリンダ220の上部ポート236へ連通する管路の途中には5ポート切換弁340が設けられており,5ポート電磁弁330から空気圧シリンダ220の下部ポート238へ連通する管路の途中には5ポート切換弁350が設けられている。これら各5ポート切換弁340,350は空気圧シリンダ220の非常停止を行うための駆動停止弁であって,3ポート電磁弁360により制御可能に構成されている。
4 and 6, the
ここで各弁の具体的な接続関係を説明する。5ポート電磁弁330はpポートに空気圧源305が接続されており,aポートは5ポート切換弁340のpポートに接続されている。また5ポート電磁弁330のbポートは5ポート切換弁350のpポートに接続されている。なお,5ポート電磁弁330のcポート,dポートは排気口である。
Here, the specific connection relationship of each valve is demonstrated. In the 5-
5ポート電磁弁330は流路をN状態,L状態,R状態に切換可能である。5ポート電磁弁330にはその両側に付勢部材例えばバネが設けられ,制御手段400からの弁制御信号による通電がなければ,N状態となるように付勢されている。そして,弁制御信号により例えばプラス通電されれば付勢部材の付勢力に抗してL状態となり,マイナス通電されれば付勢部材の付勢力に抗してR状態となる。この5ポート電磁弁330はN状態では各ポートはそれぞれ遮断状態となる。5ポート電磁弁330はL状態ではpポートとaポートが接続されるとともにdポートとbポートが接続され,R状態ではpポートとbポートが接続されるとともにcポートとaポートが接続される。
The 5-
5ポート切換弁340のaポートには空気圧シリンダ220の上部ポート236が接続されており,5ポート切換弁350のaポートには下部ポート238が接続されている。5ポート切換弁340,350は流路をそれぞれN状態,L状態に切換可能である。5ポート切換弁340,350にはそれぞれその一方側に付勢部材例えばバネが設けられ,3ポート電磁弁360からの圧縮空気が供給されなければ,N状態となるように付勢されている。3ポート電磁弁360からの圧縮空気が供給されると,付勢部材の付勢力に抗してL状態となる。5ポート切換弁340,350はそれぞれN状態ではpポートとbポートが接続されるとともにcポートとaポートが接続され,L状態ではpポートとaポートが接続されるとともにdポートとbポートが接続される。
The
3ポート電磁弁360のpポートには空気圧源305が接続されており,bポートとaポートが接続されている。なお,3ポート電磁弁360のbポートは排気口である。3ポート電磁弁360は図4に示すようにインターロック回路460からの駆動可能信号に基づいて流路をN状態とL状態に切換えられる。3ポート電磁弁360にはその一方側に付勢部材例えばバネが設けられ,制御手段400からの駆動可能信号による通電がなければ,N状態となるように付勢されている。そして,駆動可能信号があると付勢部材の付勢力に抗してL状態となる。3ポート電磁弁360はN状態ではpポートが遮断されるとともにbポートとaポートが接続され,L状態ではpポートとaポートが接続されるとともにbポートが遮断される。
The
このような構成の空気圧回路310では,図6に示すように空気圧源305のスイッチ320がオフのときは,インターロック回路460からの駆動可能信号が停止しているので,3ポート電磁弁360の流路はN状態であり,5ポート電磁弁330の流路もN状態である。このようなニュートラル状態では5ポート電磁弁330により空気圧シリンダ220の各ポート236,238は空気圧源305から遮断状態となるので,上部電極120は停止した状態で保持される。
In the
空気圧源305のスイッチ320がオンされると,インターロック回路460からの駆動可能信号が出力されるので,3ポート電磁弁360の流路はL状態となる。このため,5ポート切換弁340,350の流路はそれぞれL状態となる。これにより,5ポート電磁弁330の流路を切換ることにより空気圧シリンダ220へ圧縮空気を送ることができるので,上部電極120の駆動が可能となる。
When the
この状態で,上部電極120を例えば下方に移動させる場合には,図7に示すように5ポート電磁弁330の流路をL状態にする。これにより,空気圧源305からの圧縮空気は空気圧シリンダ220の上部ポート236から導入され,下部ポート238から排出されるので,摺動支持部材204が下方に移動し,上部電極120が下方に移動する。
In this state, when the
図6に示すニュートラル状態から上部電極120を例えば上方に移動させる場合には,図7に示す場合とは逆に5ポート電磁弁330の流路をN状態にする。この場合にもインターロック回路460からの停止信号がオフとなるので,3ポート電磁弁360の流路はL状態となる。このため,5ポート切換弁340,350の流路はそれぞれL状態となる。これにより,空気圧源305からの圧縮空気は空気圧シリンダ220の下部ポート238から導入され,上部ポート236から排出されるので,摺動支持部材204が上方に移動し,上部電極120が上方に移動する。
When the
上部電極を駆動している際に非常停止される場合の空気圧回路310の回路状態を図8に示す。インターロック回路460からの停止信号がオンとなるので,3ポート電磁弁360の流路はN状態となる。このため,5ポート切換弁340,350の流路はそれぞれN状態となる。これにより,空気圧源305からの圧縮空気は空気圧シリンダ220の下部ポート238から導入され,空気圧源305からの圧縮空気は,空気圧シリンダ220の上部ポート236と下部ポート238とから遮断されるので,摺動支持部材204は停止し,上部電極120は停止する。
FIG. 8 shows a circuit state of the
このような本実施形態にかかる空気圧回路310により,上部電極120を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定して図5に示す具体的な制御を行った場合の実験結果を図9,図10に示す。図9は上部電極120を徐々に上方へ駆動させた場合の上部電極120の位置と時間とのグラフであり,図10は上部電極120を徐々に下方へ駆動させた場合の上部電極120の位置と時間とのグラフである。図9,10によれば上部電極120を上方及び下方へ駆動する場合に目標位置へ安定的に制御性よく追従制御されていることがわかる。
FIG. 9 and FIG. 9 show experimental results when the specific control shown in FIG. 5 is performed by setting the target position in a plurality of stages up to the position where the
このような実験結果に基づいて種々の指標を測定したところ,上部電極の停止制度は±0.15mm程度,動作速度は60mm/sec程度であり,十分に実用性が認められることがわかる。このように本実施形態にかかるプラズマ処理装置100によれば高精度な位置制御が可能となる。
When various indicators were measured based on such experimental results, it can be seen that the upper electrode stopping system is about ± 0.15 mm and the operation speed is about 60 mm / sec, which is sufficiently practical. As described above, the
以上詳述したような本実施形態にかかるプラズマ処理装置においては,空気圧シリンダ220とは別に上部電極120を一方向(例えば上下方向)に摺動自在に支持する摺動支持部材204を設けることによって,空気圧シリンダ220にかかる一方向以外の方向の負荷(外乱)を排除し,空気圧シリンダ220を一方向の動きに集中させることができる。これにより,空気圧シリンダ220によって上部電極120の位置制御を精度よく行うことができる。
In the plasma processing apparatus according to this embodiment as described in detail above, by providing the sliding
また,空気圧シリンダ220のロッド202は,上部電極120の略中央に配置するように構成することにより,空気圧シリンダ220のロッド202にかかる荷重の偏心やモーメントの発生を抑えることができるので,より精度よく電極の位置制御を行うことができる。
Further, since the
なお,本実施形態では,上部電極120を空気圧シリンダ220により駆動させるようにしているが,下部電極を摺動自在に支持するとともに,空気圧シリンダ220により駆動させるようにしてもよい。この点,被処理体例えばウエハや液晶基板を載置するような下部電極は,被処理体を保持する機構や被処理体のバックサイドガス機構,電極温度調整機構など様々な付加機構が設けられるのに対して,上部電極はこのような付加機構が少ない。このため,下部電極を駆動させるよりも,本実施形態のように上部電極120を空気圧シリンダにより駆動させるようにすることにより,空気圧シリンダ220のロッド202の負荷を軽減させることができ,より精度よく電極の位置制御を行うことができる。
In this embodiment, the
また,図3に示すような部分,すなわち上部電極120,上部電極120の駆動機構200,空気圧回路310,制御手段400をユニット化して上部電極ユニットとすることにより,既存のプラズマ処理装置に対しても上部電極ユニットを交換するだけで,空気圧シリンダで位置制御可能な上部電極120を簡単に付加することができる。
Further, the parts shown in FIG. 3, that is, the
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
例えば上記実施形態においてはプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが,本発明は成膜装置やアッシング装置等の他の処理装置に対しても適用可能である。また,上記実施形態においては被処理体として半導体ウエハを例に挙げて説明したが,必ずしもこれに限定されるものではなく,被処理体は例えば液晶ディスプレイ(LCD)などフラットディスプレイ(FPD)用のガラス基板,すなわちLCD基板などのFPD基板であってもよい。 For example, in the above embodiment, the plasma etching apparatus has been described as an example of the plasma processing apparatus, but the present invention can also be applied to other processing apparatuses such as a film forming apparatus and an ashing apparatus. In the above embodiment, the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed. However, the object is not necessarily limited to this, and the object to be processed is for a flat display (FPD) such as a liquid crystal display (LCD). It may be a glass substrate, that is, an FPD substrate such as an LCD substrate.
本発明は,プラズマ処理装置及び上部電極ユニットに適用可能である。 The present invention is applicable to a plasma processing apparatus and an upper electrode unit.
100 プラズマ処理装置
102 チャンバ
104 サセプタ支持台
105 サセプタ
115 フォーカスリング
120 上部電極
122 ベローズ
123 吐出孔
124 電極板
125 電極支持体
126 ガス導入口
127 ガス供給管
130 処理ガス供給源
131 排気管
132 ゲートバルブ
135 排気装置
140 高周波電源
141 整合器
150 高周波電源
151 整合器
200 上部電極駆動機構
201 筒体
202 ロッド
202 チャンバ
204 摺動支持部材
205 リニアエンコーダ
208 区画部材
210 スライド機構
212 レール部
214 固定部材
216 案内部材
218 水平調整板
220 空気圧シリンダ
222 シリンダ本体
224 上部支持板
226 下部支持板
232 上部空間
234 下部空間
236 上部ポート
238 下部ポート
300 駆動制御手段
310 空気圧回路
305 空気圧源
320 スイッチ
330 5ポート電磁弁
340 5ポート切換弁
350 5ポート切換弁
360 3ポート電磁弁
400 制御手段
420 CPU
440 インタフェース
460 インターロック回路
DESCRIPTION OF
440 interface 460 interlock circuit
Claims (15)
前記電極をスライド機構により一方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と,
前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと,
前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と,
前記空気圧回路を制御して前記電極の位置制御を行う制御手段と,
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for plasma processing an object to be processed by plasma generated using an electrode disposed in a processing container,
A sliding support member for slidably supporting the electrode in one direction by a sliding mechanism;
A pneumatic cylinder having a rod connected to the sliding support member;
A pneumatic circuit for driving the pneumatic cylinder;
Control means for controlling the position of the electrode by controlling the pneumatic circuit;
A plasma processing apparatus comprising:
前記摺動支持部材の外周に前記電極の摺動方向に沿って設けられたレールと,
前記レールを前記摺動方向に案内し摺動自在に支持し,前記処理容器に固定される案内部材とを有する,
ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The slide mechanism is
A rail provided along the sliding direction of the electrode on the outer periphery of the sliding support member;
A guide member that guides the rail in the sliding direction and supports the rail slidably, and is fixed to the processing container.
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記切換弁と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ,前記制御手段からの停止信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気を遮断することによって,前記空気圧シリンダのロッドを停止保持可能とする駆動停止弁と,
を設けたことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The pneumatic circuit is provided in the middle of the pneumatic source and the pneumatic cylinder, and switches the flow of compressed air supplied to the pneumatic cylinder based on a control signal from the control means, thereby moving the rod of the pneumatic cylinder. A switching valve that can be driven;
The rod of the pneumatic cylinder can be stopped and held by blocking compressed air supplied to the pneumatic cylinder based on a stop signal from the control means, provided in the middle of the switching valve and the pneumatic cylinder. A drive stop valve;
The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記制御手段は,前記位置検出手段により検出された前記電極の現在位置を前記電極の目標位置から引いた偏差に基づいて前記電極の位置制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 A position detecting means for detecting the position of the electrode by detecting the movement of the rod of the pneumatic cylinder;
2. The plasma according to claim 1, wherein the control unit performs position control of the electrode based on a deviation obtained by subtracting a current position of the electrode detected by the position detection unit from a target position of the electrode. Processing equipment.
前記被処理体は,前記他方の電極に載置されることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The electrode is one of a pair of electrodes disposed in parallel with each other in the processing container,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the object to be processed is placed on the other electrode.
前記処理容器内に配置された上部電極と,
前記上部電極をスライド機構により上下方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と,
前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと,
前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と,
前記空気圧回路を制御して前記上部電極の位置制御を行う制御手段と,
を備えることを特徴とする上部電極ユニット。 An upper electrode unit of a plasma processing apparatus for plasma-treating an object to be processed by plasma generated using an upper electrode disposed in a processing container,
An upper electrode disposed in the processing vessel;
A sliding support member that slidably supports the upper electrode in a vertical direction by a sliding mechanism;
A pneumatic cylinder having a rod connected to the sliding support member;
A pneumatic circuit for driving the pneumatic cylinder;
Control means for controlling the position of the upper electrode by controlling the pneumatic circuit;
An upper electrode unit comprising:
前記摺動支持部材の外周に前記上部電極の摺動方向に沿って設けられたレールと,
前記レールを前記摺動方向に案内し摺動自在に支持し,前記処理容器に固定される案内部材とを有する,
ことを特徴とする請求項9に記載の上部電極ユニット。 The slide mechanism is
A rail provided on the outer periphery of the sliding support member along the sliding direction of the upper electrode;
A guide member that guides the rail in the sliding direction and supports the rail slidably, and is fixed to the processing container.
The upper electrode unit according to claim 9.
前記切換弁と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ,前記制御手段からの停止信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気を遮断することによって,前記空気圧シリンダのロッドを停止保持可能とする駆動停止弁と,
を設けたことを特徴とする請求項9に記載の上部電極ユニット。 The pneumatic circuit is provided in the middle of the pneumatic source and the pneumatic cylinder, and switches the flow of compressed air supplied to the pneumatic cylinder based on a control signal from the control means, thereby moving the rod of the pneumatic cylinder. A switching valve that can be driven;
The rod of the pneumatic cylinder can be stopped and held by blocking compressed air supplied to the pneumatic cylinder based on a stop signal from the control means, provided in the middle of the switching valve and the pneumatic cylinder. A drive stop valve;
The upper electrode unit according to claim 9, wherein the upper electrode unit is provided.
前記制御手段は,前記位置検出手段により検出された前記上部電極の現在位置を前記上部電極の目標位置から引いた偏差に基づいて前記上部電極の位置制御を行うことを特徴とする請求項9に記載の上部電極ユニット。 A position detecting means for detecting the position of the upper electrode by detecting the movement of the rod of the pneumatic cylinder;
10. The position of the upper electrode is controlled based on a deviation obtained by subtracting a current position of the upper electrode detected by the position detecting unit from a target position of the upper electrode. The upper electrode unit described.
15. The upper electrode unit according to claim 14, wherein the control means sets a target position in a plurality of stages to a position where the upper electrode is moved, and gradually drives the upper electrode.
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