JP2017004827A - プラズマ処理装置、プラズマ処理装置の制御方法及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】感覚的又は経験的な処理条件の設定によることなく窓部材の破損を回避することが可能なプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置11の制御装置は、基板Ｇに対するプラズマ処理のレシピの入力を受け付け、受け付けたレシピでプラズマ処理を実行したときに処理空間Ｓと誘導結合アンテナ５０との間に配置された窓部材２２に含まれる誘電体に破損が生じるか否かを、そのレシピでプラズマ処理を繰り返し実行して窓部材２２の温度が平衡状態となったときの窓部材２２に設定された複数の温度予測点での予測到達温度の差に基づき判定し、窓部材２２に破損が生じると判定した場合に受け付けたレシピを記憶部に登録せず、窓部材２２に破損が生じないと判定した場合に記憶部にレシピを登録し、記憶部に記憶されたレシピにしたがって基板Ｇに対するプラズマ処理を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置、プラズマ処理装置の制御方法及びプラズマ処理装置の制御に用いられるプログラムを格納した記憶媒体に関する。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のパネル製造工程では、プラズマ処理装置を用いて、ガラス基板等の基板に対してプラズマを用いた成膜処理やエッチング処理、アッシング処理等の微細加工を施すことにより、基板上に画素のデバイスや電極、配線等を形成している。プラズマ処理装置では、例えば、減圧可能な処理室の内部に配置された下部電極としてのサセプタを有する載置台の上に基板が載置され、処理室に処理ガスを供給しながらサセプタに高周波電力を供給することによって、処理室内の基板上方にプラズマを生成させている。

プラズマ処理装置の１つとして誘導結合型プラズマ処理装置があり、その一例として、チャンバの内部に配置された載置台の基板載置面と対向するチャンバの上壁を誘電体からなる窓部材で構成し、窓部材上に渦巻き状等のアンテナ（高周波誘導コイル）を設けた構造を有するものが知られている。

近年の基板の大型化に伴ってプラズマ処理装置も大型化しており、そのため、チャンバ上壁を構成する窓部材も大型化（大面積化）している。ここで、生成したプラズマからの入熱によって窓部材の温度が上昇したときに、窓部材にはプラズマの密度が大きい中央部（アンテナ直下）からプラズマの密度が小さい周縁部（アンテナの外周部）へ向かって温度が低くなるような温度分布が生じる。このような温度分布によって窓部材に応力が発生し、この応力によって窓部材が破損することがある。

窓部材の温度上昇時の破損を回避する方法として、窓部材の周辺部を加熱する方法や窓部材の中央部を冷却する方法等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−２２８５５号公報

しかしながら、上記従来技術では、窓部材に対して冷却装置又は加熱装置を付加する必要があるために、装置構成が複雑となり、また、装置全体が大型化してしまうという問題がある。これに対して、窓部材に生じる温度差が過大にならないように処理条件を設定することによって、冷却装置又は加熱装置を付加することなく、窓部材の破損を回避することもできると考えられる。しかし、窓部材の破損を回避することが可能な処理条件に明確な基準はなく、また、窓部材の大きさによっても設定可能な処理条件は異なることから、処理条件の設定は、オペレータにより感覚的又は経験的に行われているのが実情である。

本発明の目的は、オペレータによる感覚的又は経験的な処理条件の設定によることなく窓部材の破損を回避することが可能なプラズマ処理装置を提供することにある。また、本発明の目的は、窓部材の破損を回避するためのプラズマ処理装置の制御方法と、この制御の実行に用いられるプログラムを格納した記憶媒体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、チャンバ内のプラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させることにより前記チャンバ内に収容された基板に対してプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置であって、前記プラズマ生成領域に前記誘導結合プラズマを発生させる誘導結合アンテナと、前記プラズマ生成領域と前記誘導結合アンテナとの間に配置される窓部材と、前記基板に対するプラズマ処理を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記基板に対するプラズマ処理のレシピを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されたレシピにしたがって前記基板に対するプラズマ処理を実行する実行部と、前記基板に対するプラズマ処理のレシピの入力を受け付ける入力部と、前記入力部が受け付けたレシピでプラズマ処理を実行したときに前記窓部材に破損が生じるか否かを判定する判定部と、前記窓部材に破損が生じると前記判定部が判定した場合に前記記憶部への前記レシピの登録を拒否し、前記窓部材に破損が生じない前記判定部が判定した場合に前記記憶部への前記レシピの登録を行う登録部と、を備えることを特徴とする。

請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材は誘電体からなり、前記判定部は、前記誘電体に破損が生じるか否かを判定することを特徴とする。

請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材は、誘電体と、前記誘電体に対して前記プラズマ生成領域側に設けられる誘電体カバーとを有し、前記判定部は、前記誘電体カバーに破損が生じるか否かを判定することを特徴とする。

請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記窓部材は、金属と、前記金属に対して前記プラズマ生成領域側に設けられる誘電体カバーとを有し、前記判定部は、前記誘電体カバーに破損が生じるか否かを判定することを特徴とする。

請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記判定部は、前記入力部が受け付けたレシピでプラズマ処理を繰り返し実行して前記窓部材の温度が平衡状態となったときの、前記窓部材に設定された複数の温度予測点での予測到達温度の差を予め定められた計算式を用いて算出し、前記差が所定の閾値より小さい場合に前記窓部材に破損が生じないと判定することを特徴とする。

請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記複数の温度予測点は少なくとも、前記誘導結合アンテナの直下の１点と、前記窓部材の周縁部の１点とを含むことを特徴とする。

請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記複数の温度予測点は少なくとも、前記誘導結合アンテナの直下の１点と、前記窓部材の周縁部の２点とを含み、前記判定部は、前記誘導結合アンテナの直下の１点の予測到達温度と前記窓部材の周縁部の２点のそれぞれの予測到達温度との第１の差と第２の差を算出し、前記第１の差が第１の閾値より小さく、且つ、前記第２の差が第２の閾値よりも小さい場合に、前記窓部材に破損が生じないと判定することを特徴とする。

請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記複数の温度予測点は少なくとも、前記誘導結合アンテナの直下の１点と、前記窓部材の周縁部の２点とを含み、前記判定部は、前記誘導結合アンテナの直下の１点の予測到達温度と前記窓部材の周縁部の２点のそれぞれの予測到達温度との第１の差と第２の差を算出し、前記第１の差と前記第２の差の和が第３の閾値より小さい場合に、前記窓部材に破損が生じないと判定することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９記載のプラズマ処理装置の制御方法は、誘導結合アンテナに高周波電力を供給してチャンバ内のプラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させることにより前記チャンバ内に収容された基板に対してプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置の制御方法であって、前記基板に対するプラズマ処理のレシピの入力を受け付ける入力ステップと、前記レシピでプラズマ処理を実行したときに、前記プラズマ生成領域と前記誘導結合アンテナとの間に配置された窓部材に含まれる誘電体に破損が生じるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにより前記窓部材に破損が生じると判定された場合に前記レシピを記憶部に登録せず、前記窓部材に破損が生じないと判定された場合に前記記憶部に前記レシピを登録する登録ステップと、前記登録ステップにより前記記憶部に記憶されたレシピにしたがって前記基板に対するプラズマ処理を実行する実行ステップと、を有し、前記判定ステップでは、前記レシピでプラズマ処理を繰り返し実行して前記窓部材の温度が平衡状態となったときの、前記窓部材に設定された複数の温度予測点での予測到達温度の差を予め定められた計算式を用いて算出し、前記差が所定の閾値より小さい場合に前記窓部材に破損が生じないと判定し、前記差が所定の閾値以上の場合に前記窓部材に破損が生じると判定することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１０記載の記憶媒体は、誘導結合アンテナに高周波電力を供給してチャンバ内のプラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させることにより前記チャンバ内に収容された基板に対してプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置において実行される制御ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体であって、前記制御ステップは、前記基板に対するプラズマ処理のレシピの入力を受け付ける入力ステップと、前記レシピでプラズマ処理を実行したときに、前記プラズマ生成領域と前記誘導結合アンテナとの間に配置された窓部材に含まれる誘電体に破損が生じるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにより前記窓部材に破損が生じると判定された場合に前記レシピを記憶部に登録せず、前記窓部材に破損が生じないと判定された場合に前記記憶部に前記レシピを登録する登録ステップと、前記登録ステップにより前記記憶部に記憶されたレシピにしたがって前記基板に対するプラズマ処理を実行する実行ステップと、を有し、前記判定ステップでは、前記レシピでプラズマ処理を繰り返し実行して前記窓部材の温度が平衡状態となったときの、前記窓部材に設定された複数の温度予測点での予測到達温度の差を予め定められた計算式を用いて算出し、前記差が所定の閾値より小さい場合に前記窓部材に破損が生じないと判定し、前記差が所定の閾値以上の場合に前記窓部材に破損が生じると判定することを特徴とする。

本発明によれば、プラズマ処理装置の窓部材に複数の温度予測点を設定し、入力されたレシピに基づいて、プラズマからの入熱によって窓部材の温度が上昇したときの温度予測点間の予測到達温度差を算出して閾値と比較することにより、そのレシピに基づいてプラズマ処理が実施された場合に窓部材に破損が生じるか否かを判定する。その結果、窓部材に破損が生じるおそれがあると判定された場合には、そのレシピの制御装置への登録が拒否され、そのレシピでのプラズマ処理の実行を不可能とする。これにより、オペレータによる感覚的又は経験的な処理条件の設定によることなく窓部材の破損を回避することができる。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を備える基板処理システムの概略構成を示す斜視図である。 図１の基板処理システムが備えるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。 図１の基板処理システムの制御装置におけるレシピ登録の可否判定処理のフローチャートである。 図２のプラズマ処理装置が備える窓部材に対して設定された温度予測点を模式的に示す図と、温度予測点の温度計算モデルを模式的に示す図である。 図４に示す温度予測点の予測到達温度の計算結果を模式的に示す図と、予測到達温度差が閾値よりも大きくなる例と小さくなる例をそれぞれ模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るプラズマ処理装置１１を備える基板処理システム１０の概略構成を示す斜視図である。

基板処理システム１０は、ガラス基板等のＦＰＤ用の基板Ｇへプラズマ処理、例えば、プラズマエッチングを施す３つのプラズマ処理装置１１を備える。３つのプラズマ処理装置１１はそれぞれ、水平断面が多角形状（例えば、水平断面が矩形状）の搬送室１２の側面へゲートバルブ１３を介して連結される。なお、プラズマ処理装置１１の構成については、図２を参照して後述する。

搬送室１２には更に、ロードロック室１４がゲートバルブ１５を介して連結されている。ロードロック室１４には、基板搬出入機構１６がゲートバルブ１７を介して隣設される。基板搬出入機構１６には２つのインデックサ１８が隣設されている。インデックサ１８には、基板Ｇを収納するカセット１９が載置される。カセット１９には、複数枚（例えば、２５枚）の基板Ｇを収納することができる。

基板処理システム１０の全体的な動作は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００は、演算処理を実行するマイクロコンピュータ１０１と、マイクロコンピュータ１０１が実行するプログラムやパラメータ、プラズマ処理のレシピを記憶する記憶部１０２を備える。また、制御装置１００は、ユーザインタフェースとしてオペレータの操作を受け付け、また、オペレータに基板処理システム１０での各種情報を提供する操作部１０３を備える。

基板処理システム１０において基板Ｇに対してプラズマエッチングを施す際には、まず、基板搬出入機構１６によってカセット１９に収納された基板Ｇがロードロック室１４の内部へ搬入される。このとき、ロードロック室１４の内部にプラズマエッチング済みの基板Ｇが存在すれば、そのプラズマエッチング済みの基板Ｇがロードロック室１４内から搬出され、未エッチングの基板Ｇと置き換えられる。ロードロック室１４の内部へ基板Ｇが搬入されると、ゲートバルブ１７が閉じられる。

次いで、ロードロック室１４の内部が所定の真空度まで減圧された後、搬送室１２とロードロック室１４の間のゲートバルブ１５が開かれる。そして、ロードロック室１４の内部の基板Ｇが搬送室１２の内部の搬送機構（不図示）によって搬送室１２の内部へ搬入された後、ゲートバルブ１５が閉じられる。

次いで、搬送室１２とプラズマ処理装置１１の間のゲートバルブ１３が開かれ、搬送機構によってプラズマ処理装置１１の内部に未エッチングの基板Ｇが搬入される。このとき、プラズマ処理装置１１の内部にプラズマエッチング済みの基板Ｇがあれば、そのプラズマエッチング済みの基板Ｇが搬出され、未エッチングの基板Ｇと置き換えられる。その後、プラズマ処理装置１１により搬入された基板Ｇにプラズマエッチングが施される。

図２は、プラズマ処理装置１１の概略構成を示す断面図である。プラズマ処理装置１１は、具体的には、誘導結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１１は、略矩形状のチャンバ２０（処理室）と、チャンバ２０内の下方に配置されて基板Ｇを頂部に載置する載置台２１と、チャンバ２０の上壁として載置台２１と対向するように配置された窓部材２２と、窓部材２２の上側に配置された渦巻き状の導体からなる誘導結合アンテナ５０とを備える。載置台２１と窓部材２２との間には、誘導結合プラズマが生成される領域である処理空間Ｓが形成される。

載置台２１は、導体からなるサセプタ２３を内蔵しており、サセプタ２３にはバイアス用高周波電源２４が整合器２５を介して接続される。また、載置台２１の上部には層状の誘電体から形成される静電吸着部（ＥＳＣ）２６が配置され、静電吸着部２６は、上層の誘電体層と下層の誘電体層によって挟み込まれるように内包された静電吸着電極２７を有する。静電吸着電極２７には直流電源２８が接続されており、直流電源２８が静電吸着電極２７へ直流電圧を印加すると、静電吸着部２６は静電気力によって載置台２１に載置された基板Ｇを静電吸着する。バイアス用高周波電源２４は、比較的低い周波数の高周波電力をサセプタ２３へ供給して、静電吸着部２６に静電吸着された基板Ｇに直流バイアス電位を生じさせる。なお、静電吸着部２６は、板部材として形成されてもよく、また、載置台２１上に溶射膜として形成されてもよい。

載置台２１は、サセプタ２３を温調する冷媒流路２９を内蔵しており、冷媒流路２９は、冷媒供給機構（不図示）に接続されている。また、載置台２１は、載置台２１と基板Ｇとの間の伝熱を促進するための伝熱ガス供給機構３０を有する。伝熱ガス供給機構３０は、伝熱ガス供給源３１とガス流量制御器３２とを有し、伝熱ガスを載置台２１へ供給する。載置台２１は、上部において開口する複数の伝熱ガス穴３３と、それぞれの伝熱ガス穴３３及び伝熱ガス供給機構３０を連通させる伝熱ガス供給経路３４とを有する。載置台２１では、静電吸着部２６に静電吸着された基板Ｇの裏面と載置台２１の上部との間に微少な隙間が生じるが、伝熱ガス穴３３から供給される伝熱ガスはこの隙間に充填されることで、基板Ｇと載置台２１の熱伝達効率を向上させて、載置台２１による基板Ｇの冷却効率を向上させることができる。

チャンバ２０内に処理ガスを供給するためのガス供給口４０は、チャンバ２０の側壁上部に設けられており、ガス供給口４０に処理ガス供給機構３５が接続されている。処理ガス供給機構３５は、処理ガス供給源３６、ガス流量制御器３７及び圧力制御バルブ３８を有する。処理ガス供給機構３５からガス供給口４０へ供給された処理ガスは、ガス供給口４０から処理空間Ｓへ導入される。なお、ガス供給口４０は、窓部材２２に設けることもできる。

誘導結合アンテナ５０には、整合器４２を介してプラズマ生成用高周波電源４１が接続されており、プラズマ生成用高周波電源４１は、比較的高い周波数のプラズマ生成用の高周波電力を誘導結合アンテナ５０へ供給する。プラズマ生成用の高周波電力が供給される誘導結合アンテナ５０は、処理空間Ｓに電界を生じさせる。

窓部材２２は、誘電体又は金属からなる。窓部材２２は、誘電体からなる場合には、例えば、石英又はセラミック等からなる。窓部材２２は、金属からなる場合には、例えば、アルミニウム等からなる。なお、窓部材２２が複数の部材からなる場合があり、その場合には、部材間に設けられる部材（例えば、金属からなる部材）をプラズマから保護するために、窓部材２２の処理空間Ｓ側に誘電体カバーが設けられる。誘電体カバーは、例えば、石英又はセラミックからなる。

プラズマ処理装置１１は、チャンバ２０の内部と連通する排気管４３を備え、排気管４３を通してチャンバ２０の内部のガスを排出し、チャンバ２０の内部を所定の減圧状態とすることができる。

プラズマ処理装置１１の各構成要素の動作は、基板処理システム１０の制御装置１００による統括的な制御の下で、装置コントローラ４４が所定のプログラムを実行することによって制御される。

プラズマ処理装置１１により基板Ｇに対してプラズマエッチングを施す際には、処理空間Ｓが減圧され、処理ガスが処理空間Ｓへ導入されると共に、誘導結合アンテナ５０へプラズマ生成用の高周波電力が供給される。これにより、処理空間Ｓに電界が生じる。処理空間Ｓへ導入された処理ガスは、電界によって励起されてプラズマを生成し、プラズマ中の陽イオンは、載置台２１を介して基板Ｇに生じる直流バイアス電位によって基板Ｇへ引きこまれ、基板Ｇにプラズマエッチングを施す。また、プラズマ中のラジカルは、基板Ｇへ到達して基板Ｇにプラズマエッチングを施す。

プラズマ処理装置１１では、誘導結合アンテナ５０が基板Ｇの全面を覆うように配置されており、これにより、基板Ｇの全面を覆うようにプラズマを生成することができるため、基板Ｇの全面へ均一にプラズマエッチングを施すことができる。このとき、プラズマから窓部材２２への入熱によって窓部材２２の温度が上昇し、プラズマの密度が大きい誘導結合アンテナ５０直下の中央部からプラズマの密度が小さい周縁部へ向かって温度が低くなるような温度分布が生じる。この温度分布に起因して、窓部材２２を構成する誘電体（誘電体からなる窓部材２２そのもの又は窓部材２２を覆う誘電体カバー）には、不均一な熱膨張による三次元的な変形が生じると共に内部応力が発生し、発生した内部応力によって窓部材２２を構成する誘電体が破損するおそれが生じる。

ここで、プラズマ処理装置１１でオペレータが所望するプラズマ処理を実行させるためには、オペレータが操作部１０３を操作して、一連の処理条件が纏められたレシピが制御装置１００に入力される。そして、入力されたレシピは、制御装置１００が備える半導体メモリ等の記憶部１０２に記憶されることによって、制御装置１００に登録される。制御装置１００が備えるマイクロコンピュータ１０１は、登録されたレシピにしたがってプラズマ処理が実行されるように装置コントローラ４４を制御する。

本実施の形態では、制御装置１００にレシピが入力された際に、入力されたレシピにしたがってプラズマ処理を実行する前に、仮に入力されたレシピにしたがってプラズマ処理が実行された場合に、窓部材２２を構成する誘電体に破損を生じさせるおそれがあるか否かが、マイクロコンピュータ１０１により判定される。そして、窓部材２２を構成する誘電体に破損を生じさせるおそれがあると判定される場合には、そのレシピの制御装置１００への登録が拒否され、よって、実行することができないようにすることで、窓部材２２を構成する誘電体の破損を回避する。以下、その構成について説明する。

制御装置１００は、プラズマ処理装置１１で実行するプラズマ処理のレシピを入力するためのプログラム（以下「レシピ入力プログラム」という）と、窓部材２２を構成する誘電体の破損（以下「窓部材２２の破損」という）を回避するためのプログラム（以下「破損回避プログラム」という）とを、半導体メモリ或いはハードディスク等の記憶部１０２に格納しており、これらのプログラムは制御装置１００のマイクロコンピュータ１０１により実行される。なお、制御装置１００は、ユーザインタフェースとしての操作部１０３を備えており、操作部１０３は、例えば、操作画面（タッチパネル）や操作ボタン、操作キー等を有する。

図３は、制御装置１００におけるレシピ登録の可否判定処理のフローチャートである。最初に、ステップＳ１において、基板処理システム１０のオペレータは、制御装置１００に設けられている操作画面や操作ボタン、操作キーを操作してレシピ入力プログラムを起動し、プラズマ処理装置１１で実行するプラズマ処理のレシピを入力する。レシピ入力では、レシピが新規作成され、又は、制御装置１００に登録済みのレシピが編集される。ここで、レシピ入力には通信回線を介して外部から制御装置１００にレシピを転送することも含まれる。レシピは、特に限定されるものではないが、処理室内の圧力調整（処理ガスの導入と排気（真空引き））パターンや高周波電力（周波数、電圧）の印加パターン等から構成される。レシピ入力は周知の方法により行うことができるため、説明を省略する。

ステップＳ１では、レシピ入力プログラムの起動にリンクして、破損回避プログラムも起動するものとする。続くステップＳ２において、基板処理システム１０のオペレータは、ステップＳ１で入力したレシピの制御装置１００への登録を試行する。この登録試行は、例えば、レシピ入力のための操作画面に「登録」ボタンが表示される構成としておけば、この「登録」ボタンを押下することで開始することができる。

次に、ステップＳ３において、制御装置１００は、ステップＳ１で入力されたレシピに対して破損回避プログラムを実行し、窓部材２２に対して予め定められた複数の温度予測点の予測到達温度を算出する。続くステップＳ４において、制御装置１００は、実行中の破損回避プログラムによりステップＳ３で算出した複数の温度予測点の予測到達温度の差（予測到達温度差）を求め、予測到達温度差と予め定められた閾値とを比較して、予測到達温度差が閾値よりも小さいか否かを判定する。なお、複数の温度予測点、予測到達温度及び閾値の詳細については後述する。

制御装置１００は、予測到達温度差が閾値よりも小さい場合（Ｓ４でＹＥＳ）、処理をステップＳ５へ進め、予測到達温度差が閾値以上の場合（Ｓ４でＮＯ）、処理をステップＳ６へ進める。ステップＳ５において、制御装置１００は、ステップＳ１で入力されたレシピの登録を許可し、レシピを登録する。その際、操作画面には、レシピ登録が正常に完了したことを示すメッセージが表示される。そして、ステップＳ５によって、本処理は終了となる。なお、別のレシピを登録する場合には、オペレータは、ステップＳ１から処理を再開すればよい。一方、ステップＳ６において、制御装置１００は、ステップＳ１で入力されたレシピの登録を拒否し、レシピ登録ができないことを示すメッセージを操作画面に表示すると共に、レシピの編集をリクエストするメッセージを操作画面に表示する。制御装置１００は、ステップＳ６の後、処理をステップＳ１へ戻す。

上述したステップＳ３，Ｓ４の処理について、具体的に説明する。図４（ａ）は、窓部材２２に対して設定された温度予測点を模式的に示す図である。ここでは、窓部材２２の中心位置に温度予測点Ｐ１を、長辺側周縁の中心に温度予測点Ｐ２をそれぞれ設定している。誘導結合アンテナ５０の直下の温度予測点Ｐ１は、プラズマ処理時に窓部材２２の温度が他の位置よりも相対的に高くなる位置の一例として設定されており、周縁部の温度予測点Ｐ２は、プラズマ処理時に窓部材２２の温度が他の位置よりも相対的に低くなる位置の一例として設定されている。

なお、プラズマ処理時に窓部材２２において相対的に他の部位よりも高温になる位置と低温になる位置はそれぞれ、誘導結合アンテナ５０のパターンに依存する。例えば、図４（ａ）に示したような１本の渦巻き状のアンテナではなく、複数の誘導結合アンテナが窓部材２２上に１列または複数列に並べられた構成となっている場合、必ずしも窓部材２２の中央が相対的に最も温度が高くなる位置にはならないことがある。したがって、温度測定点は、誘導結合アンテナのパターンに合わせて、相対的に温度が高くなる位置と低くなる位置に設けられ、好ましくは、最も温度が高くなる位置と最も温度が低い位置に設けられる。

図４（ｂ）は、温度予測点Ｐ１，Ｐ２の温度計算モデルを模式的に示す図である。窓部材２２へプラズマからの入熱が生じると同時に、窓部材２２から環境への放熱も生じるため、入熱量と放熱量との差が窓部材２２の温度上昇に寄与する。プラズマ処理装置１１では、通常、複数の基板Ｇを１枚ずつ、逐次交換して処理するため、窓部材２２の温度は、レシピが繰り返し実行されて基板Ｇが処理されていくにしたがって（時間の経過にしたがって）高くなる。しかし、一定枚数の基板Ｇが処理されると、窓部材２２への入熱量と放熱量とがバランスすることにより、窓部材２２はほぼ一定温度となる平衡状態に達する。

窓部材２２が平衡状態に達したときの温度予測点Ｐ１，Ｐ２の初期温度からの温度変化は計算により求められ、計算式としては、例えば、
“温度変化［℃］＝（入熱量−放熱量）×熱抵抗×（（１−ｅｘｐ（−時間／時定数））”、
“放熱量＝（温度予測点の温度−周辺温度）×熱抵抗”、
“入熱量＝（ａ×処理室圧力＾ｂ）×（ｃ×ＲＦ）”、を用いることができる。

上記の各式において、「熱抵抗」は温度予測点での値であり、「ＲＦ」はプラズマを生成させるための高周波電力値である。窓部材２２が平衡状態に達したときの温度予測点Ｐ１，Ｐ２のそれぞれの予測到達温度ＴＰ１，ＴＰ２は、算出した「温度変化」と初期温度（室温）との和として求められる。

入熱量を示す式の係数ａ，ｂ，ｃの値や放熱量を算出するための熱抵抗の値は、実機であるプラズマ処理装置１１を用いて、高周波電力値やチャンバ２０内の圧力値を種々に変更して実際に温度予測点Ｐ１，Ｐ２の温度を測定し、得られた結果に基づいて実測結果が可能な限り正確に再現されるように決定される。これにより、算出される予測到達温度ＴＰ１，ＴＰ２に対する信頼性を高めることができる。

図５（ａ）は、上記計算式による予測到達温度ＴＰ１，ＴＰ２の計算結果を模式的に示す図である。１枚の基板Ｇのプラズマ処理が開始されると、プラズマからの入熱量が放熱量を上回るために窓部材２２の温度は上昇するが、プラズマ処理が終了してプラズマの生成が停止されると、窓部材２２の温度は放熱により降下する。次の基板Ｇに対しても、窓部材２２の温度は同様に変化する。最初は入熱量が放熱量よりも多いために基板Ｇが逐次処理されていくにしたがって、窓部材２２の温度は徐々に高くなるが、一定枚数の基板Ｇが処理されて窓部材２２の温度が高くなると放熱量も大きくなるため、温度予測点Ｐ１，Ｐ２の温度はそれぞれ温度ＴＰ１，ＴＰ２に落ち着き、平衡状態となる。

上記計算式の場合、例えば、６０枚の基板Ｇのプラズマ処理が終了した時点で、既に温度予測点Ｐ１，Ｐ２の温度はそれぞれ予測到達温度ＴＰ１，ＴＰ２に到達することが確認されている。そこで、ステップＳ３では、例えば、レシピを６０回実行したときの予測到達温度ＴＰ１，ＴＰ２を算出する。そして、ステップＳ４では、予測到達温度ＴＰ１，ＴＰ２間の予測到達温度差ΔＴ１を求め、予測到達温度差が予め定めた閾値よりも小さいか否かを判定する。したがって、温度予測点Ｐ１，Ｐ２の初期温度は、予測到達温度差ΔＴ１を求める際に相殺されるため、この判定の問題とはならない。

図５（ｂ）は、予測到達温度差ΔＴ１が閾値よりも大きくなる例を模式的に示す図であり、この場合にはステップＳ４での判定は「ＮＯ」となり、処理はステップＳ６へ進められることになる。図５（ｃ）は、予測到達温度差ΔＴ１が閾値よりも小さくなる例を模式的に示す図であり、この場合にはステップＳ４での判定は「ＹＥＳ」となり、処理はステップＳ５へ進められることになる。

予測到達温度差ΔＴ１が大きいということは、窓部材２２での温度分布に大きな偏りが生じており、窓部材２２に大きな応力が生じて破損が生じやすくなっていることを示唆している。閾値は、窓部材２２に温度分布が生じても窓部材２２が破損することのない温度差の上限値であり、上述した計算式の係数を求めるための実機（プラズマ処理装置１１）による窓部材２２の温度測定時の結果に基づいて決定してもよいし、或いは、有限要素法等によるシミュレーションの結果に基づいて決定してもよい。閾値は、窓部材２２の面積や厚さ、誘導結合アンテナ５０のパターン、使用されている誘電体材料等によって異なるため、プラズマ処理装置１１の仕様に応じて設定される。

なお、閾値は、プラズマ処理装置１１で実行可能なレシピを制限するものでもある。そのため、窓部材２２の破損を回避するために極端に小さな値を閾値として設定してしまうと、実行可能な処理が制限されて、製造可能な製品の範囲（種類）が狭められてしまうことになる。

この問題を回避する方法の１つとして、閾値を複数段に設ける方法が挙げられる。複数の閾値は、例えば、レシピの登録を常に拒否するための閾値（以下「上限閾値」という）と、プラズマ処理の実行を可能とするためにレシピの登録を許可するが、基板処理システム１０のオペレータに窓部材２２の破損が生じるおそれのあることを注意喚起する閾値（以下「通常閾値」という）が挙げられる。予測到達温度差ΔＴ１が上限閾値以上のときは、図５（ｂ）の場合と同じ扱いとなり、予測到達温度差ΔＴ１が通常閾値よりも小さいときは、図５（ｃ）の場合と同じ扱いとなる。

予測到達温度差ΔＴ１が通常閾値以上、且つ、上限閾値未満となったときには、基板Ｇの処理枚数に制限を設けてレシピの実行を可能とし、その制限枚数が操作画面に表示され、また、制御装置１００が、そのレシピが実行された場合に自動的に枚数を制限する構成としてもよい。これは、図５（ｂ），（ｃ）に示されるように、基板Ｇの処理枚数が増える度に温度差（ＴＰ１−ＴＰ２）は大きくなっていくため、予測到達温度差ΔＴ１が通常閾値を超える結果となった場合でも、温度差が通常閾値を超えない一定枚数の範囲内では、窓部材２２の破損を回避することができる。同様に、予測到達温度差ΔＴ１が上限閾値以上となった場合でも、温度差が通常閾値を超えない一定枚数の範囲内に基板Ｇの処理枚数を制限して、レシピの実行を可能としてもよい。

このように処理枚数を制限することで、窓部材２２の破損を回避しつつ、登録可能なレシピ範囲を広げることができる。この場合のプラズマ処理可能な枚数は、予測到達温度差ΔＴ１を求める過程で求められる温度予測点Ｐ１，Ｐ２の温度差に安全係数を見込んで設定すればよい。

ここまでは、温度予測点Ｐ１，Ｐ２の２点間での予測到達温度差ΔＴ１に基づいて窓部材２２の破損を回避する形態について説明したが、次に、温度予測点Ｐ１，Ｐ２に加えて、例えば、窓部材２２のエッジ部に温度予測点Ｐ３を設定して、窓部材２２の破損を回避する形態について説明する。

温度予測点Ｐ１〜Ｐ３が設定された場合、入力されたレシピに基づき、温度予測点Ｐ１，Ｐ２の２点間での予測到達温度差ΔＴ１（第１の差）に加えて、温度予測点Ｐ１，Ｐ３の２点間での予測到達温度差ΔＴ２（第２の差）を算出する。予測到達温度差ΔＴ１に対して閾値ＴＨ１（第１の閾値）を設定し、予測到達温度差ΔＴ１が閾値ＴＨ１より小さいか否かを判定する。同様に、予測到達温度差ΔＴ２に対して閾値ＴＨ２（第２の閾値）を設定し、予測到達温度差ΔＴ２が閾値ＴＨ２より小さいか否かを判定する。その結果、予測到達温度差ΔＴ１が閾値ＴＨ１より小さく、且つ、予測到達温度差ΔＴ２が閾値ＴＨ２より小さい場合にレシピ登録を許可し、それ以外の場合にはレシピ登録を許可しないようにする。これにより、窓部材２２の破損をより確実に回避することが可能になる。

温度予測点Ｐ１〜Ｐ３が設定された場合に、予測到達温度差ΔＴ１，ΔＴ２の和に対して閾値ＴＨ３（第３の閾値）を設定し、予測到達温度差ΔＴ１，ΔＴ２の和が閾値ＴＨ３より小さいか否かを判定し、予測到達温度差ΔＴ１，ΔＴ２の和が閾値ＴＨ３より小さい場合にレシピ登録を許可するようにしてもよい。また、温度予測点は、３点よりも更に多く設けてもよく、その際の判定手法は３点の場合に準ずる。プラズマからの入熱による窓部材２２の熱膨張に伴う窓部材２２の変形は三次元的に生じるため、温度予測点を増やすことにより窓部材２２の破損をより確実に回避することが可能となる。

以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、窓部材２２の破損回避プログラムが制御装置１００に格納されて、制御装置１００で実行される形態について説明した。これに対して、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を制御装置１００に供給し、制御装置１００のマイクロコンピュータ１０１が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより制御装置１００に供給されてもよい。

また、窓部材２２の破損回避プログラムを、制御装置１００とは別体の一般的なパーソナルコンピュータ上で実行させてもよい。例えば、窓部材２２の破損回避プログラムとプラズマ処理のレシピを入力可能なプログラム（ソフトウェア）とをリンクさせた構成又は一体化させた構成とする。そして、基板処理システム１０のオペレータは、パーソナルコンピュータ上でレシピ入力プログラムを起動し、レシピを入力する。レシピの入力が終了すると、窓部材２２の破損を回避するためのプログラムが速やかに実行され、入力されたレシピが制御装置１００に登録可能なレシピであるか否かが判定される。オペレータは、登録可能と判定された場合にのみ制御装置１００に同じレシピを入力することができるというルールを設けておけばよい。

更に、本発明に係るプラズマ処理装置１１として、基板に対してプラズマエッチング装置を取り上げたが、これに限定されず、成膜装置やアッシング装置、イオン注入装置等の他のプラズマ処理装置であってもよい。また、基板Ｇとして、ＦＰＤ用のガラス基板を取り上げたが、その他の基板（例えば、半導体ウエハ）であっても、本発明の適用は可能である。

１０ 基板処理システム
１１ プラズマ処理装置
２１ 載置台
２２ 窓部材
４１ プラズマ生成用高周波電源
４４ 装置コントローラ
５０ 誘導結合アンテナ
１００ 制御装置
１０１ マイクロコンピュータ
１０２ 記憶部
１０３ 操作部

Claims (10)

1. チャンバ内のプラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させることにより前記チャンバ内に収容された基板に対してプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置であって、
   前記プラズマ生成領域に前記誘導結合プラズマを発生させる誘導結合アンテナと、
   前記プラズマ生成領域と前記誘導結合アンテナとの間に配置される窓部材と、
   前記基板に対するプラズマ処理を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記基板に対するプラズマ処理のレシピを記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されたレシピにしたがって前記基板に対するプラズマ処理を実行する実行部と、
   前記基板に対するプラズマ処理のレシピの入力を受け付ける入力部と、
   前記入力部が受け付けたレシピでプラズマ処理を実行したときに前記窓部材に破損が生じるか否かを判定する判定部と、
   前記窓部材に破損が生じると前記判定部が判定した場合に前記記憶部への前記レシピの登録を拒否し、前記窓部材に破損が生じない前記判定部が判定した場合に前記記憶部への前記レシピの登録を行う登録部と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記窓部材は誘電体からなり、
   前記判定部は、前記誘電体に破損が生じるか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記窓部材は、誘電体と、前記誘電体に対して前記プラズマ生成領域側に設けられる誘電体カバーとを有し、
   前記判定部は、前記誘電体カバーに破損が生じるか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
4. 前記窓部材は、金属と、前記金属に対して前記プラズマ生成領域側に設けられる誘電体カバーとを有し、
   前記判定部は、前記誘電体カバーに破損が生じるか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
5. 前記判定部は、前記入力部が受け付けたレシピでプラズマ処理を繰り返し実行して前記窓部材の温度が平衡状態となったときの、前記窓部材に設定された複数の温度予測点での予測到達温度の差を予め定められた計算式を用いて算出し、前記差が所定の閾値より小さい場合に前記窓部材に破損が生じないと判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記複数の温度予測点は少なくとも、前記誘導結合アンテナの直下の１点と、前記窓部材の周縁部の１点とを含むことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
7. 前記複数の温度予測点は少なくとも、前記誘導結合アンテナの直下の１点と、前記窓部材の周縁部の２点とを含み、
   前記判定部は、前記誘導結合アンテナの直下の１点の予測到達温度と前記窓部材の周縁部の２点のそれぞれの予測到達温度との第１の差と第２の差を算出し、前記第１の差が第１の閾値より小さく、且つ、前記第２の差が第２の閾値よりも小さい場合に、前記窓部材に破損が生じないと判定することを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
8. 前記複数の温度予測点は少なくとも、前記誘導結合アンテナの直下の１点と、前記窓部材の周縁部の２点とを含み、
   前記判定部は、前記誘導結合アンテナの直下の１点の予測到達温度と前記窓部材の周縁部の２点のそれぞれの予測到達温度との第１の差と第２の差を算出し、前記第１の差と前記第２の差の和が第３の閾値より小さい場合に、前記窓部材に破損が生じないと判定することを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
9. 誘導結合アンテナに高周波電力を供給してチャンバ内のプラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させることにより前記チャンバ内に収容された基板に対してプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置の制御方法であって、
   前記基板に対するプラズマ処理のレシピの入力を受け付ける入力ステップと、
   前記レシピでプラズマ処理を実行したときに、前記プラズマ生成領域と前記誘導結合アンテナとの間に配置された窓部材に含まれる誘電体に破損が生じるか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップにより前記窓部材に破損が生じると判定された場合に前記レシピを記憶部に登録せず、前記窓部材に破損が生じないと判定された場合に前記記憶部に前記レシピを登録する登録ステップと、
   前記登録ステップにより前記記憶部に記憶されたレシピにしたがって前記基板に対するプラズマ処理を実行する実行ステップと、を有し、
   前記判定ステップでは、前記レシピでプラズマ処理を繰り返し実行して前記窓部材の温度が平衡状態となったときの、前記窓部材に設定された複数の温度予測点での予測到達温度の差を予め定められた計算式を用いて算出し、前記差が所定の閾値より小さい場合に前記窓部材に破損が生じないと判定し、前記差が所定の閾値以上の場合に前記窓部材に破損が生じると判定することを特徴とするプラズマ処理装置の制御方法。
10. 誘導結合アンテナに高周波電力を供給してチャンバ内のプラズマ生成領域に誘導結合プラズマを発生させることにより前記チャンバ内に収容された基板に対してプラズマによる処理を施すプラズマ処理装置において実行される制御ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体であって、
    前記制御ステップは、
    前記基板に対するプラズマ処理のレシピの入力を受け付ける入力ステップと、
    前記レシピでプラズマ処理を実行したときに、前記プラズマ生成領域と前記誘導結合アンテナとの間に配置された窓部材に含まれる誘電体に破損が生じるか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップにより前記窓部材に破損が生じると判定された場合に前記レシピを記憶部に登録せず、前記窓部材に破損が生じないと判定された場合に前記記憶部に前記レシピを登録する登録ステップと、
    前記登録ステップにより前記記憶部に記憶されたレシピにしたがって前記基板に対するプラズマ処理を実行する実行ステップと、を有し、
    前記判定ステップでは、前記レシピでプラズマ処理を繰り返し実行して前記窓部材の温度が平衡状態となったときの、前記窓部材に設定された複数の温度予測点での予測到達温度の差を予め定められた計算式を用いて算出し、前記差が所定の閾値より小さい場合に前記窓部材に破損が生じないと判定し、前記差が所定の閾値以上の場合に前記窓部材に破損が生じると判定することを特徴とする、プログラムを格納した記憶媒体。