JP3814492B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【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収容し、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、処理室内を所定圧力に保った状態でプラズマ放電が行われる。このため、プラズマ発生用ガスを供給するガス供給手段には、所定量のプラズマ発生用ガスを継続して流すためのガス流量調節機能が必要とされ、一般には市販のマスフローコントローラが用いられる場合が多い。
【０００４】
マスフローコントローラは、ガス流路の開度を調節可能な流量制御弁と、ガス流路内の流量を検出する流量検出手段と、フィードバックされた流量検出結果を予め指示される流量設定指令信号と比較し所定の流量が保たれるように流量制御弁の開度を調節するフィードバック制御手段とを備えており、流量設定指令信号はプラズマ処理に必要なガス供給量に応じて設定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のマスフローコントローラを用いた従来のプラズマ処理装置では、プラズマ処理過程におけるガス供給に際して、以下のような不都合が生じていた。従来真空排気された処理室内にガスを供給する際には、マスフローコントローラには上述のように流量設定指令信号が与えられており、この状態で上流側のガス開閉弁が開にされ、ボンベなどのガス供給源からプラズマ発生用ガスがマスフローコントローラに対して送給されていた。
【０００６】
ところが、ガス開閉弁が開となる前においてはマスフローコントローラの流量検出手段内のガス流量は零であるため、フィードバック制御手段はガス流量を設定流量に近づけるべく流量制御弁の開度を増加させるように制御する。そしてガス開閉弁を開放したときには、流量制御弁の開度が過大になった状態でプラズマ発生用ガスが供給される結果、処理室内にはガスが本来必要とされる適正量を超えて供給される。このため処理室内の圧力が上昇し、処理室内の圧力をプラズマ放電開始のための適正圧力に調整するのに、さらに真空排気を必要としていた。この結果、真空排気開始からプラズマ放電開始までの時間が不必要に増加し、タクトタイムの遅延を招いていた。
【０００７】
そこで本発明は、真空排気に要する時間を短縮し、生産性を向上させ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。
【０００８】
【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ガス供給路を通じて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を備え、前記ガス供給手段は、プラズマ発生用ガスの供給源からのガス供給路を開閉するガス開閉バルブと、前記ガス開閉バルブの下流の前記ガス供給路においてプラズマ発生用ガスの流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の下流の前記ガス供給路に設けられ開度調整が可能な流量制御バルブと、処理室内に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を指令する流量設定指令信号と前記流量検出部による流量検出結果とに基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するフィードバック制御部と、前記流量設定指令信号を出力するとともに前記ガス開閉バルブの開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、少なくとも前記ガス開閉バルブを閉状態から開に作動させるときには、前記流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより前記流量制御バルブを閉じておき、その後前記流量設定指令信号を所定流量に設定して出力するように制御する。
【００１１】
請求項２記載のプラズマ処理方法は、プラズマ発生用ガスの供給源からのガス供給路を開閉するガス開閉バルブと、前記ガス開閉バルブの下流の前記ガス供給路においてプラズマ発生用ガスの流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の下流の前記ガス供給路に設けられ開度調整が可能な流量制御バルブと、処理室内に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を指令する流量設定指令信号と前記流量検出部による流量検出結果とに基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するフィードバック制御部と、前記流量設定指令信号を出力するとともに前記ガス開閉バルブの開閉を制御する制御部とを備えたガス供給手段によってプラズマ発生用ガスを供給して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、真空排気された前記処理室内に前記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、前記ガス供給工程において、前記ガス開閉バルブを開にするに先立って前記流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより前記流量制御バルブを閉じておき、前記ガス開閉バルブを開状態にした後に前記流量設定指令信号を所定流量に設定して出力する。
【００１２】
請求項３記載のプラズマ処理方法は、請求項４記載のプラズマ処理方法であって、前記制御部は、少なくとも前記ガス開閉バルブを閉状態から開に作動させるときには、前記流量制御バルブを閉じておくように制御する。
【００１４】
本発明によれば、処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給工程において、ガス供給バルブを開状態にするに先立って流量設定指令信号を零流量に設定して出力し、ガス供給バルブを開状態にした後に流量設定指令信号を所定流量に設定して出力することにより、ガス流量のフィードバック制御の初期状態において一時的にプラズマ発生用ガスが余分に供給される現象を排除して、真空排気に要する時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
【００１５】
【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方法のフロー図、図４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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１３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。
【００１８】
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１７、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。
【００１９】
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１９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−ＯＦＦされる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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２１、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。
【００２３】
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。
【００２４】
さらに制御部２３は、真空計１２によって検出された処理室３ａ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とともに、圧力検出値が予め設定された上限圧力を超えている場合には、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。
【００２５】
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３のフロー図に沿って説明する。図３において、まず蓋部２が上昇して真空チャンバ３が開放された状態で、電極部５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。
【００２６】
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１８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。
【００２７】
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）。
【００２８】
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（ＳＴ８）、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、高周波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）。
【００２９】
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（ＳＴ１２）。これにより処理室３ａ内でのプラズマ放電が停止する。
【００３０】
この後ガス開閉バルブ１８が閉じられ（ＳＴ１３）、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、この後真空チャンバ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。
【００３１】
次に図４を参照して、上記処理フロー図における真空排気過程およびガス供給過程における処理室３ａ内の圧力変化について説明する。図４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る。
【００３２】
これにより、処理室３ａ内へのガス供給が開始されるが、このとき前述のフロー図で示すように、ガス開閉バルブ１８を開にするに先立ってマスフローコントローラ１７への流量設定指令値を「零流量」に設定して出力することから、ガス開閉バルブ１８を開にした時点では、マスフローコントローラ１７の流量制御バルブ２６の開度は零であり、直ちにガスが処理室３ａ内に流入することがない。
【００３３】
すなわち、ガス開閉バルブ１８が開にされてガスがマスフローコントローラ１７内を流れるようになった状態で、「設定流量」に相当する流量設定指令信号が出力され、この後に処理室３ａ内へのガス流入が行われる。このとき処理室３ａ内に流入するガスの流量はマスフローコントローラ１７のフィードバック制御機能によって設定流量に制御される。
【００３４】
このガス供給開始により処理室３ａ内の圧力は上昇するが、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する。そして圧力が放電開始条件に相当する圧力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。
【００３５】
図４に示す曲線Ｌ’は、従来同様機能のマスフローコントローラを用いてガス流量制御を行っていた場合の圧力変化の状態を、本実施の形態と対比して示すものである。従来のガス供給過程においては、マスフローコントローラ１７への流量設定指令値を「零流量」に設定して出力する操作を行っておらず、マスフローコントローラ１７に対して出力される流量設定指令信号は、常に「設定流量」に相当する信号が出力されていた。
【００３６】
そしてプラズマ処理開始に際しては、この状態でガス開閉バルブ１８が開にされていたが、このガス供給開始時点において以下に説明するようなガス供給過剰が生じていた。すなわち、ガス開閉バルブ１８が開にされる前の状態では、マスフローコントローラ１７にはガスが供給されていないことから、流量検出部２５の流量検出結果は常に零を示していた。このためフィードバック制御部２７による流量制御バルブ２６の開度制御においては、流量を増加させる方向（開度を増加させる方向）にバルブ駆動部２８が制御され、この結果流量制御バルブ２６の開度は最大開度まで開放されることとなっていた。
【００３７】
そしてこの状態でガス開閉バルブ１８が開放されることにより、ガス供給開始時点において過大な流量でガスが処理室３ａ内に供給される結果となっていた。これにより処理室３ａ内の圧力は、図４の曲線Ｌ’に示すように大きく上昇し、真空排気によって処理室３ａ内の圧力が放電開始圧力Ｐ２に低下するタイミングｔ２’に至るまでに余分な時間を要し、プラズマ処理の１サイクルに要する時間を短縮する上での妨げとなっていた。
【００３８】
これに対し本実施の形態に示すプラズマ処理方法では、制御部２３は、少なくともガス開閉バルブ１８を閉状態から開に作動させるときには、流量制御バルブ２６を閉じておくように制御するようにしている。すなわち、制御部２３から出力される流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより流量制御バルブ２６を閉じるようにしている。これにより、上記ガス供給過程における従来の不具合を解消して真空排気に要する時間を短縮し、全体のサイクルタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給工程において、ガス供給バルブを開状態にするに先立って流量設定指令信号を零流量に設定して出力し、ガス供給バルブを開状態にした後に流量設定指令信号を所定流量に設定して出力するようにしたので、ガス流量のフィードバック制御の初期状態において一時的にプラズマ発生用ガスが余分に供給される現象を排除して、真空排気に要する時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
【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方法のフロー図
【図４】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
【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収容し、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、処理室内を所定圧力に保った状態でプラズマ放電が行われる。このため、プラズマ発生用ガスを供給するガス供給手段には、所定量のプラズマ発生用ガスを継続して流すためのガス流量調節機能が必要とされ、一般には市販のマスフローコントローラが用いられる場合が多い。
【０００４】
マスフローコントローラは、ガス流路の開度を調節可能な流量制御弁と、ガス流路内の流量を検出する流量検出手段と、フィードバックされた流量検出結果を予め指示される流量設定指令信号と比較し所定の流量が保たれるように流量制御弁の開度を調節するフィードバック制御手段とを備えており、流量設定指令信号はプラズマ処理に必要なガス供給量に応じて設定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のマスフローコントローラを用いた従来のプラズマ処理装置では、プラズマ処理過程におけるガス供給に際して、以下のような不都合が生じていた。従来真空排気された処理室内にガスを供給する際には、マスフローコントローラには上述のように流量設定指令信号が与えられており、この状態で上流側のガス開閉弁が開にされ、ボンベなどのガス供給源からプラズマ発生用ガスがマスフローコントローラに対して送給されていた。
【０００６】
ところが、ガス開閉弁が開となる前においてはマスフローコントローラの流量検出手段内のガス流量は零であるため、フィードバック制御手段はガス流量を設定流量に近づけるべく流量制御弁の開度を増加させるように制御する。そしてガス開閉弁を開放したときには、流量制御弁の開度が過大になった状態でプラズマ発生用ガスが供給される結果、処理室内にはガスが本来必要とされる適正量を超えて供給される。このため処理室内の圧力が上昇し、処理室内の圧力をプラズマ放電開始のための適正圧力に調整するのに、さらに真空排気を必要としていた。この結果、真空排気開始からプラズマ放電開始までの時間が不必要に増加し、タクトタイムの遅延を招いていた。
【０００７】
そこで本発明は、真空排気に要する時間を短縮し、生産性を向上させ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。
【０００８】
【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ガス供給路を通じて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を備え、前記ガス供給手段は、プラズマ発生用ガスの供給源からのガス供給路を開閉するガス開閉バルブと、前記ガス開閉バルブの下流の前記ガス供給路においてプラズマ発生用ガスの流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の下流の前記ガス供給路に設けられ開度調整が可能な流量制御バルブと、処理室内に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を指令する流量設定指令信号と前記流量検出部による流量検出結果とに基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するフィードバック制御部と、前記流量設定指令信号を出力するとともに前記ガス開閉バルブの開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、少なくとも前記ガス開閉バルブを閉状態から開に作動させるときには、前記流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより前記流量制御バルブを閉じておき、その後前記流量設定指令信号を所定流量に設定して出力するように制御する。
【００１１】
請求項２記載のプラズマ処理方法は、プラズマ発生用ガスの供給源からのガス供給路を開閉するガス開閉バルブと、前記ガス開閉バルブの下流の前記ガス供給路においてプラズマ発生用ガスの流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の下流の前記ガス供給路に設けられ開度調整が可能な流量制御バルブと、処理室内に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を指令する流量設定指令信号と前記流量検出部による流量検出結果とに基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するフィードバック制御部と、前記流量設定指令信号を出力するとともに前記ガス開閉バルブの開閉を制御する制御部とを備えたガス供給手段によってプラズマ発生用ガスを供給して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、真空排気された前記処理室内に前記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、前記ガス供給工程において、前記ガス開閉バルブを開にするに先立って前記流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより前記流量制御バルブを閉じておき、前記ガス開閉バルブを開状態にした後に前記流量設定指令信号を所定流量に設定して出力する。
【００１２】
請求項３記載のプラズマ処理方法は、請求項４記載のプラズマ処理方法であって、前記制御部は、少なくとも前記ガス開閉バルブを閉状態から開に作動させるときには、前記流量制御バルブを閉じておくように制御する。
【００１４】
本発明によれば、処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給工程において、ガス供給バルブを開状態にするに先立って流量設定指令信号を零流量に設定して出力し、ガス供給バルブを開状態にした後に流量設定指令信号を所定流量に設定して出力することにより、ガス流量のフィードバック制御の初期状態において一時的にプラズマ発生用ガスが余分に供給される現象を排除して、真空排気に要する時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
【００１５】
【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方法のフロー図、図４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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１３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。
【００１８】
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１７、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。
【００１９】
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１９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−ＯＦＦされる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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２１、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。
【００２３】
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。
【００２４】
さらに制御部２３は、真空計１２によって検出された処理室３ａ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とともに、圧力検出値が予め設定された上限圧力を超えている場合には、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。
【００２５】
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３のフロー図に沿って説明する。図３において、まず蓋部２が上昇して真空チャンバ３が開放された状態で、電極部５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。
【００２６】
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１８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。
【００２７】
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）。
【００２８】
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（ＳＴ８）、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、高周波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）。
【００２９】
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（ＳＴ１２）。これにより処理室３ａ内でのプラズマ放電が停止する。
【００３０】
この後ガス開閉バルブ１８が閉じられ（ＳＴ１３）、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、この後真空チャンバ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。
【００３１】
次に図４を参照して、上記処理フロー図における真空排気過程およびガス供給過程における処理室３ａ内の圧力変化について説明する。図４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る。
【００３２】
これにより、処理室３ａ内へのガス供給が開始されるが、このとき前述のフロー図で示すように、ガス開閉バルブ１８を開にするに先立ってマスフローコントローラ１７への流量設定指令値を「零流量」に設定して出力することから、ガス開閉バルブ１８を開にした時点では、マスフローコントローラ１７の流量制御バルブ２６の開度は零であり、直ちにガスが処理室３ａ内に流入することがない。
【００３３】
すなわち、ガス開閉バルブ１８が開にされてガスがマスフローコントローラ１７内を流れるようになった状態で、「設定流量」に相当する流量設定指令信号が出力され、この後に処理室３ａ内へのガス流入が行われる。このとき処理室３ａ内に流入するガスの流量はマスフローコントローラ１７のフィードバック制御機能によって設定流量に制御される。
【００３４】
このガス供給開始により処理室３ａ内の圧力は上昇するが、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する。そして圧力が放電開始条件に相当する圧力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。
【００３５】
図４に示す曲線Ｌ’は、従来同様機能のマスフローコントローラを用いてガス流量制御を行っていた場合の圧力変化の状態を、本実施の形態と対比して示すものである。従来のガス供給過程においては、マスフローコントローラ１７への流量設定指令値を「零流量」に設定して出力する操作を行っておらず、マスフローコントローラ１７に対して出力される流量設定指令信号は、常に「設定流量」に相当する信号が出力されていた。
【００３６】
そしてプラズマ処理開始に際しては、この状態でガス開閉バルブ１８が開にされていたが、このガス供給開始時点において以下に説明するようなガス供給過剰が生じていた。すなわち、ガス開閉バルブ１８が開にされる前の状態では、マスフローコントローラ１７にはガスが供給されていないことから、流量検出部２５の流量検出結果は常に零を示していた。このためフィードバック制御部２７による流量制御バルブ２６の開度制御においては、流量を増加させる方向（開度を増加させる方向）にバルブ駆動部２８が制御され、この結果流量制御バルブ２６の開度は最大開度まで開放されることとなっていた。
【００３７】
そしてこの状態でガス開閉バルブ１８が開放されることにより、ガス供給開始時点において過大な流量でガスが処理室３ａ内に供給される結果となっていた。これにより処理室３ａ内の圧力は、図４の曲線Ｌ’に示すように大きく上昇し、真空排気によって処理室３ａ内の圧力が放電開始圧力Ｐ２に低下するタイミングｔ２’に至るまでに余分な時間を要し、プラズマ処理の１サイクルに要する時間を短縮する上での妨げとなっていた。
【００３８】
これに対し本実施の形態に示すプラズマ処理方法では、制御部２３は、少なくともガス開閉バルブ１８を閉状態から開に作動させるときには、流量制御バルブ２６を閉じておくように制御するようにしている。すなわち、制御部２３から出力される流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより流量制御バルブ２６を閉じるようにしている。これにより、上記ガス供給過程における従来の不具合を解消して真空排気に要する時間を短縮し、全体のサイクルタイムを短縮して生産性を向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給工程において、ガス供給バルブを開状態にするに先立って流量設定指令信号を零流量に設定して出力し、ガス供給バルブを開状態にした後に流量設定指令信号を所定流量に設定して出力するようにしたので、ガス流量のフィードバック制御の初期状態において一時的にプラズマ発生用ガスが余分に供給される現象を排除して、真空排気に要する時間を短縮して、生産性を向上させることができる。
【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方法のフロー図
【図４】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
Claims (3)
- 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ガス供給路を通じて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を備え、前記ガス供給手段は、プラズマ発生用ガスの供給源からのガス供給路を開閉するガス開閉バルブと、前記ガス開閉バルブの下流の前記ガス供給路においてプラズマ発生用ガスの流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の下流の前記ガス供給路に設けられ開度調整が可能な流量制御バルブと、処理室内に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を指令する流量設定指令信号と前記流量検出部による流量検出結果とに基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するフィードバック制御部と、前記流量設定指令信号を出力するとともに前記ガス開閉バルブの開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、少なくとも前記ガス開閉バルブを閉状態から開に作動させるときには、前記流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより前記流量制御バルブを閉じておき、その後前記流量設定指令信号を所定流量に設定して出力するように制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
- プラズマ発生用ガスの供給源からのガス供給路を開閉するガス開閉バルブと、前記ガス開閉バルブの下流の前記ガス供給路においてプラズマ発生用ガスの流量を検出する流量検出部と、前記流量検出部の下流の前記ガス供給路に設けられ開度調整が可能な流量制御バルブと、処理室内に供給されるプラズマ発生用ガスの流量を指令する流量設定指令信号と前記流量検出部による流量検出結果とに基づいて前記流量制御バルブの開度を制御するフィードバック制御部と、前記流量設定指令信号を出力するとともに前記ガス開閉バルブの開閉を制御する制御部とを備えたガス供給手段によってプラズマ発生用ガスを供給して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、真空排気された前記処理室内に前記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、前記ガス供給工程において、前記ガス開閉バルブを開にするに先立って前記流量設定指令信号を零流量に設定して出力することにより前記流量制御バルブを閉じておき、前記ガス開閉バルブを開状態にした後に前記流量設定指令信号を所定流量に設定して出力することを特徴とするプラズマ処理方法。
- 前記制御部は、少なくとも前記ガス開閉バルブを閉状態から開に作動させるときには、前記流量制御バルブを閉じておくように制御することを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理方法。
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