KR20190142233A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

[과제]
플라즈마 처리를 실시할 때, 기판의 탑재대로부터의 부분적인 박리를, 기판의 크기에 상관없이 정밀도 좋게 검지하는 기술을 제공한다.
[해결 수단]
정전 흡착 전극에 직류 전압을 인가해서, 글라스 기판을 탑재대에 정전 흡착시키고, 직류 전압의 변화에 의해, 글라스 기판의 탑재대로부터의 박리를 검출하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 정전 흡착 전극에 인가되는 직류 전압을 측정해서 전압 측정치를 취득하고 있다. 또한, 전압 측정치와 가공된 전압 설정치의 차분치를 취득하고, 차분치를 증폭해 차분 증폭치를 취득하고 있다. 그리고 차분 증폭치와 임계치를 비교해, 차분 증폭치가 임계치를 넘고 있는 경우에, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력의 인가를 정지하고 있다. 그 때문에 글라스 기판이 대형화해서, 직류 전압의 변화가 작아졌을 때에도, 글라스 기판의 탑재대로부터의 박리를 검출할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 개시는, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display：FPD)의 제조 공정에 있어서는, 기판에 대해서 플라즈마를 이용해 에칭 처리나 성막 처리를 실시하는 프로세스가 있다. 이 프로세스는, 진공 용기 내의 탑재대에 기판을 탑재하고, 이 탑재대의 위쪽의 공간에 공급된 처리 가스에 고주파 에너지를 부여해서, 예를 들면 용량 결합 플라즈마나 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 것에 의해 행해진다. 이러한 플라즈마 처리 장치에 이용되는 탑재대에는, 예컨대, 정전 척으로 불리는 기판 고정 기구가 마련되는 경우가 있다. 정전 척은, 유전체층 내에 정전 흡착 전극이 배치된 구성으로 되어 있고, 정전 흡착 전극에 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 정전 흡착 전극과 기판의 사이에 정전 흡착력이 작용해, 기판이 탑재대 위에 유지된다.
특허문헌 1에는, 기판을 탑재대에 정전 흡착함에 임해서, 정전 흡착 전극에 공급되는 직류 전압을 감시하는 것으로, 기판의 탑재대로부터의 박리를 검지하는 기술이 기재되어 있다. 본 기술에서는, 감시하고 있는 직류 전압이, 미리 설정된 임계값을 넘었을 때에, 탑재대로부터 기판이 박리했다고 판단하고, 플라즈마 생성용 고주파 전원으로의 고주파 전력을 정지한다.
[선행 기술 문헌]
[특허문헌]
[특허문헌 1]일본 특허 공개 2016－174081호 공보
본 개시는 이러한 사정하에 이루어진 것으로, 플라즈마 처리를 실시할 때, 대형 기판의 탑재대로부터의 부분적인 박리를 정밀도 좋게 검지하는 기술을 제공하는 것이다.
본 개시의 플라즈마 처리 장치는, 기판에 대해서 플라즈마 처리를 행하기 위한 진공 용기 내에 마련되고, 처리 대상의 기판이 탑재되는 탑재대와,
상기 탑재대에 마련된 유전체층 내에 배치되고, 상기 탑재대에 탑재된 기판을 정전 흡착하는 정전 흡착 전극과,
상기 정전 흡착 전극에, 미리 설정된 전압 설정치에 대응하는 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
상기 진공 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 기판에 대해서 공급하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급부와,
상기 정전 흡착 전극에 인가되는 직류 전압을 측정하는 전압 측정부와,
상기 전압 측정부에서 측정된 직류 전압의 측정치와 상기 전압 설정치의 차분치를 취득하는 차분치 취득부와,
상기 차분치 취득부에서 취득된 차분치를 증폭해 증폭치를 취득하는 증폭부와,
상기 증폭치와, 당해 증폭치에 대해서 미리 설정된 임계치를 비교하고, 상기 증폭치가 상기 임계치를 넘었을 경우에, 상기 고주파 전력 공급부로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 개시에 의하면, 플라즈마 처리를 실시할 때, 대형 기판의 탑재대로부터의 부분적인 박리를 정밀도 좋게 검지할 수가 있다.
도 1은 일 실시의 형태에 관련되는 플라즈마 처리 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 글라스 기판의 탑재대로부터의 부분적인 박리를 설명하는 설명도이다.
도 3은 글라스 기판의 부분적인 박리가 발생했을 때에 직류 전압의 변화가 발생하는 원리를 나타내는 설명도이다.
도 4는 상기 플라즈마 처리 장치에 마련된 전압 모니터부를 나타내는 구성도이다.
도 5는 글라스 기판의 박리가 발생하지 않은 경우의 전압 및 차분 증폭치의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 글라스 기판의 박리가 발생했을 경우의 전압 및 차분 증폭치의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 개시의 플라즈마 처리 장치의 작용을 나타내는 플로차트(flow chart)이다.
도 8은 전압 측정치와 차분 증폭치의 관계를 나타내는 설명도이다.
일 실시의 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치에 대해 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는, 접지 전위에 접속된, 예를 들면 알루미늄 또는 스텐레스제의 처리 용기(진공 용기)(10)를 구비하고 있다. 처리 용기(10)의 측면에는, 플라즈마 처리되는 기판으로 예를 들면 직사각형의 글라스 기판 G을 주고받기 위한 반입 반출구(11)가 마련되어 있고, 반입 반출구(11)에는, 반입 반출구를 개폐하는 게이트 밸브(12)가 마련되어 있다. 또 처리 용기(10)의 아래쪽의 측면에는 배기구(13)가 개구하고 있고, 각 배기구(13)에는, 배기관(14)을 통해서 진공 배기부(15)가 마련되어 있다.
처리 용기(10)의 내부에는, 글라스 기판 G가 탑재되는, 평면 형상이 직사각형인 각주 형상의 탑재대(3)가 마련되어 있다. 탑재대(3)의 자세한 구성에 대해서는, 후술한다.
또 처리 용기(10)의 위쪽에는, 탑재대(3)와 대향하도록, 유전체, 혹은, 금속으로 이루어지는 도시하지 않는 창 부재를 개재해서 플라즈마 형성부인 소용돌이 형상의 유도 결합 안테나(70)가 마련되어 있다. 유도 결합 안테나(70)에는, 플라즈마 생성용의 소스 전원(소스 전력 공급부)(72)이 정합기(71)를 통해서 접속되어 있다. 그리고 소스 전원(72)으로부터 유도 결합 안테나(70)에 소스 전력(플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전력)을 공급하는 것으로, 처리 용기(10) 내에 플라즈마 발생용의 전계를 발생시킬 수가 있다.
또 유도 결합 안테나(70) 및 도시하지 않은 창 부재의 아래쪽에는, 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드(2)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(2)는, 절연부(16))를 개재해서 처리 용기(10)의 천판부에 고정되고, 샤워 헤드(2)의 아래쪽 면에는, 탑재대(3)의 탑재면과 대향하도록 다수의 가스 공급 구멍(21)이 형성되어 있다. 샤워 헤드(2)는, 내부에 가스 공급 구멍(21)이 접속된 가스 분산실(20)을 구비하고, 샤워 헤드(2)의 상면에는, 가스 분산실(20)을 향하여 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급관(22)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급관(22)에는, 예를 들면 CF4나 Cl2 등의 에칭 가스를 포함한 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급원(23), 유량 조정부 M22, 및 밸브 V22가, 상류측으로부터 이 순서로 마련되어 있다.
계속해서 탑재대(3)에 대해 설명한다. 탑재대(3)는, 스페이서(35) 및 서셉터(33)를 하층측으로부터 이 순서로 적층하고, 이들의 부재(35), (33)의 측면을 예를 들면, 세라믹제의 커버(38)에 의해 덮은 구성으로 되어 있다. 탑재대(3)는 절연층(39)을 개재해서 처리 용기(10)의 저면에 있어서의 중앙부에 마련되어 있다. 서셉터(33)에는, 배선(73)을 통해서 바이어스 전원(바이어스 전력 공급부)(75)이 접속되어 있다. 도 1중의 (74)는, 바이어스 전력의 정합을 취하기 위한 정합기이다. 이 바이어스 전원(75)에 의해 서셉터(33)에 고주파 전력인 바이어스 전력을 인가하면, 플라즈마에 의해 처리 용기(10) 내에 생긴 처리 가스의 활성종을 탑재대(3)에 탑재한 글라스 기판 G으로 인입할 수가 있다. 이 예에서는 소스 전원(72)과 바이어스 전원(75)이 고주파 전력 공급부에 상당한다.
탑재대(3)의 내부에는, 전열 가스 공급로(34)가 마련되고, 그 하류측의 단부는, 복수로 분기해, 탑재대(3)의 상면에 분산해서 개구하는 것에 의해, 복수의 전열 가스 공급구(34a)를 구성하고, 있다. 전열 가스 공급로(34)의 상류측은, 처리 용기(10)의 외부에 마련된 전열 가스 공급관(62)에 접속되고, 또한 전열 가스 공급관(62)의 상류측은, 유량 조정부(63)를 통해서 전열 가스 공급원(64)에 접속되어 있다.
스페이서(35)의 내부에는, 예를 들어 둘레 방향으로 연장하는 고리 형상의 냉매 유로(36)가 마련되어 있다. 이 냉매 유로(36)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)에 의해 소정 온도로 조정된 열전도 매체가 순환 공급되고, 열전도 매체의 온도에 의해 글라스 기판 G의 처리 온도를 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
또, 탑재대(3)에는, 외부의 반송 암과의 사이에 글라스 기판 G를 주고받기 위한 도시하지 않은 승강 핀이, 탑재대(3) 및 처리 용기(10)의 저판부를 수직 방향으로 관통해, 탑재대(3)의 표면으로부터 돌몰하도록 마련되어 있다.
도 1에 나타내는 바와같이 서셉터(33)의 상면에는, 유전체층(31)이 마련되고, 유전체층(31)에는, 수평 방향으로 펼쳐지는 금속으로 이루어지는 정전 흡착 전극(32)이 매설되어 있다. 정전 흡착 전극(32)은, 전압 조정용의 저항(42)이 마련된 배선(41)을 통해서 전원 유닛(400)에 접속되어 있다. 전원 유닛(400)은, 직류 전원(40)과, 정전 흡착 전극(32)에 인가되는 직류 전압을 모니터하기 위한 전압 모니터부(5)를 구비하고 있다. 직류 전원(40)은, 전압 조정용의 저항(40a)을 통해서 배선(41)에 접속되어 있다. 직류 전원(40)은, 예를 들면 후술하는 제어부(9)로부터 입력되는 전압 설정치에 근거해, 정전 흡착 전극(32)에, 예를 들면 0~6000V의 범위내의 미리 설정된 직류 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 있다.
전술의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 정전 흡착 전극(32)에 직류 전압을 인가하면, 유전체층(31)을 통해서 정전 흡착 전극(32)과 글라스 기판 G의 사이에 정전 인력이 발생하는 것에 의해, 글라스 기판 G를 흡착 유지할 수가 있다. 그런데 글라스 기판 G가 탑재대(3)의 표면으로부터 박리해 버리면, 글라스 기판 G와 탑재대(3)의 사이에 플라즈마가 진입해 버려, 이상 방전을 일으키거나 탑재대(3)의 표면에 데미지를 미칠 우려가 있다.
그래서, 본 예의 플라즈마 처리 장치에서는, 탑재대(3)로부터의 글라스 기판 G의 박리를 검출하기 위해 전술한 전압 모니터부(5)를 이용한다. 한편, FPD의 제조 시에 처리되는 기판은 더욱더 대형화가 진행되고 있어, 한 변이 3미터 전후가 되는 것도 있다. 발명자들은, 글라스 기판 G의 대형화의 진전에 수반해, 정전 흡착 전극(32)에 인가되는 직류 전압을 모니터하는 것에 의한 글라스 기판 G의 박리의 검지가 곤란하게 되는 것을 발견하였다.
이하, 전압 모니터부(5)를 이용한 글라스 기판 G의 박리의 검지 방법과, 글라스 기판 G의 대형화에 수반해 박리의 검출이 곤란하게 되는 이유에 대해 설명한다.
우선, 정전 흡착 전극(32)에 의한 정전 흡착의 원리를 생각해 보면, 정전 흡착 전극(32)과, 글라스 기판 G은, 유전체층(31)을 개재해서 평행하게 배열된 콘덴서를 구성하고 있다. 그리고 직류 전원(40)의 양극으로부터 정전 흡착 전극(32)에 직류 전압을 인가하면, 정전 흡착 전극(32)측에는 정 전하가 대전하고, 글라스 기판 G측에는 부 전하가 대전한다. 이들의 전하에 의해 정전 흡착 전극(32)과 글라스 기판 G이 서로 정전 인력에 의해 서로 끌어당기기 때문에, 글라스 기판 G가 탑재대(3)상에 흡착 유지된다.
예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이, 글라스 기판 G가 탑재대(3)에 수평인 자세로 유지되고 있는 경우에는, 글라스 기판 G의 면적을 S, 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32)의 거리를 d, 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32) 사이의 전하를 Q로 하면, 탑재대(3)와의 사이에 인가되는 전압 V는 하기의 식(1)로 나타내진다. 또한, ε은, 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32) 사이의 유전체층(31)의 유전율이다.
Figure pat00001
여기서, 탑재대(3)로부터의 글라스 기판 G의 박리가 발생하고, 글라스 기판 G의 전면의 탑재대(3)로부터의 이간 거리의 평균의 증가분을 Δd로 한다. 이 경우는, 탑재대(3)와의 사이의 전압 V＇는 하기의 식(1)＇로 나타낼 수가 있다.
Figure pat00002
그러므로 전압 모니터부(5)에서 전압 V로부터 V＇로의 전압 상승을 감시하는 것에 의해, 글라스 기판 G의 박리의 발생을 검지할 수가 있다.
한편, 글라스 기판 G의 전면에서 똑같이 박리가 발생할 가능성보다, 도 2에 모식적으로 나타낸 바와 같이 글라스 기판 G의 일부에서만 박리가 발생할 가능성이 큰 것이 판명되었다. 글라스 기판 G의 일부의 박리여도, 도 2에 나타내는 바와 같이 글라스 기판 G의 주연부측에서 박리가 발생하면, 플라즈마의 진입에 따른 이상 방전이나 탑재대(3) 표면의 데미지가 발생할 우려가 있다.
그래서, 글라스 기판 G의 일부가 탑재대(3)로부터 벗겨진 때의 전압 변화에 대해 고찰한다. 예를 들면 면적 S의 글라스 기판 G의 일부에 있어서, 탑재대(3)로부터의 박리가 발생했을 때, 당해 박리 영역의 면적을 p로 하고, 탑재대(3)로부터의 평균 이간 거리의 증가분을 Δd로 한다. 이 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 박리가 발생하고 있지 않은 영역의 글라스 기판 G는, 이간 거리 d에서, 탑재대(3) 위에 수평인 자세로 유지되고 있는 글라스 기판 G와 같다. 따라서 당해 영역의 글라스 기판 G는, 면적이(S－p), 이간 거리가 d의 콘덴서라고 볼 수가 있다.
이것에 대해서, 탑재대(3)로부터 박리한 영역의 글라스 기판 G는, 면적이 p, 이간 거리가 (d＋Δd)의 콘덴서라고 볼 수가 있다. 또한, Δd의 값은 미소하기 때문에, 박리 영역에 있어서의 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32) 사이의 공간의 유전율은 무시하고, 유전체층(31)의 유전율 ε을 이용하고 있다.
이상으로 설명한 상태를 정리하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 글라스 기판 G는, 탑재대(3)로부터 박리한 영역의 콘덴서의 부분과, 박리하고 있지 않은 영역의 콘덴서의 부분이 서로 병렬로 접속된 회로의 일부를 구성하고 있는 것으로 간주할 수가 있다.
상기 병렬 회로 전체의 정전 용량 C＇는 하기의 식(2)로 나타낼 수가 있다.
Figure pat00003
그리고 글라스 기판 G의 일부의 박리가 발생했을 때, 탑재대(3)와의 사이에 인가되는 전압 V＋ΔV는, 하기의 (3)식으로 표시된다. 단,ΔV는, 식(1)의 전압으로부터의 변화량이다. .
Figure pat00004
글라스 기판 G의 박리 발생의 전후에서, 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32) 사이의 전하 Q는 변화하지 않기 때문에, 식(1), (3)으로부터 Q를 소거해 정리하면, 글라스 기판 G의 박리가 발생한 전후의 전압 변화 ΔV는, 하기의 식(4)로 나타내진다. 이와 같이, 글라스 기판 G가 탑재대(3)로부터 박리한 면적에 따라, 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32) 사이의 전압이 변화함을 알 수 있다.
Figure pat00005
여기서 발명자들은, 글라스 기판 G의 면적이 커졌을 경우여도, 박리가 발생하는 면적은, 크게 변화하지 않는 경향이 있다는 것을 파악했다. 한편, 글라스 기판 G의 면적이 커졌을 경우에도 식(1)에 나타내는, 직류 전원(40)으로부터 인가하는 전압을 거의 변화시키지 않고 글라스 기판 G를 흡착 유지할 수가 있다. 이들 전제에 근거해 식(4)를 보면, 글라스 기판 G의 면적 S가 커져도 박리 부분 p의 면적이 변화하지 않는 경우에는, 글라스 기판 G의 일부 박리가 생겼을 때의 전압의 변화량이 작아지는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다. 그 때문에 전압 모니터부(5)에서 검출되는 전압 측정치의 변화량이 작아져, 전압의 변화에 의해 글라스 기판 G의 박리를 검출하는 것이 어려워져 버린다.
그래서 본 개시의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 전압 모니터부(5)에 있어서, 전압 측정치와 전압 설정치의 차분에 대응하는 차분치를 취득하고, 당해 차분치를 증폭하는 것으로, 글라스 기판 G의 박리의 검출 정밀도를 높이고 있다.
이하, 본 예의 전압 모니터부(5)의 구성에 대해 도 1을 참조해서 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 전압 모니터부(5)는, 예를 들면 직류 전원(40)과 정전 흡착 전극(32)을 접속하는 배선(41)에 있어서의 저항(42)과 저항(40a) 사이의 측정 부위 D에 접속된다. 도 4에 나타내는 바와 같이 전압 모니터부(5)는, 측정 부위 D에 있어서의 전압 측정치 Vm을 취득하는 전압 측정부(51)와, 전압 측정치 Vm와 직류 전원(40)에 입력되는 전압 설정치 Vs의 차분인 차분치 Vd를 취득하는 차분치 취득부(53)와, 당해 차분치를 증폭해서 차분 증폭치 Va를 취득하는 증폭부(54)를 구비하고 있다.
또 도 4 내의 52는, 전압 설정치 Vs에 대응해서 직류 전원(40)에 입력되는 아날로그 신호의 전압 범위(예를 들면 0~5V)에 근거하는 전압 레벨을, 전압 측정부(51)로부터 출력되는 아날로그 신호의 전압 범위(예를 들면 0~6V)에 근거하는 전압 측정치 Vm의 전압 레벨과 맞는 값으로 가공하기 위한 전압 레벨 가공부이다.
전압 레벨 가공부(52)로서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 연산 증폭기(52a)를 이용한 비반전 증폭 회로를 적용할 수가 있고, 전압 설정치 Vs에 대응하는 신호가 플러스 측에 입력되고, 연산 증폭기(52a)의 출력은 저항 R1를 통해서 마이너스 측으로 귀환하도록 구성되어 있다. 또 연산 증폭기(52a)의 마이너스측은, 저항 R2를 통해서 접지되어 있다. 그리고 저항 R1의 저항값과 저항 R2의 저항값의 비율을 조정하고, 전압 설정치 Vs를 증폭(전술한 각 전압 범위의 경우는, 1. 2배로 증폭)하여, 가공된 전압 설정치 Vs＇를 차분치 취득부(53)에 입력한다.
차분치 취득부(53)는, 예를 들면 연산 증폭기(53a)를 이용한 차동 증폭 회로를 적용할 수 있다. 마이너스 측으로부터, 가공된 전압 설정치 Vs＇가 저항 R3를 통해서 입력되고, 플러스 측으로부터 전압 측정부(51)에서 측정된 전압 측정치 Vm가 저항 R5를 통해서 입력된다. 또 연산 증폭기(53a)의 플러스 측은, 저항 R6를 통해서 접지된다. 또한, 연산 증폭기(53a)의 출력은 저항 R4를 통해서 마이너스 측으로 귀환하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 연산 증폭기(53a)에 의해, 전압 측정치 Vm와 가공된 전압 설정치 Vs＇의 차분치 Vd를 취득해서, 후단의 증폭부(54)에 출력한다.
또 증폭부(54)도 마찬가지로 연산 증폭기(54a)를 구비한 비반전 증폭 회로를 적용하는 것이 가능하고, 플러스 측으로부터 차분치 Vd가 입력되고, 그 출력은 저항 R7를 통해서 마이너스 측으로 귀환하도록 구성되어 있다. 또 연산 증폭기(54a)의 마이너스 측은, 저항 R8을 통해서 접지되어 있다. 그리고 저항 R7와 저항 R8의 값을 조정하는 것에 의해 증폭율이 10배로 되도록 설정하고 있다. 취득된 차분 증폭치 Va는, 후술의 제어부(9)에 출력된다.
발명자들은, 예를 들면 제 6 세대로 불리는 장변 1.85 m, 단변 1.5 m, 면적 2.78m2의 글라스 기판 G이라면, 직류 전원(40)으로부터 인가되는 직류 전압을 측정한 결과를 직접 이용하는 기술(예를 들면 특허문헌 1：일본 특허공개 2016－174081호 공보)로, 탑재대(3)로부터의 글라스 기판 G의 박리를 검출 가능하다는 것을 파악하고 있다. 이것에 대해서, 후속의 세대에서 글라스 기판이 보다 대형화해 가면, 전술한 바와 같이 부분적인 박리 발생시의 전압 변화 ΔV의 검출이 곤란해진다.
또한, 전술한 바와 같이, 글라스 기판 G의 면적이 커졌을 경우에도, 일부 박리의 면적은, 크게 변하지 않는 것을 근거하여, 증폭부(54)에 있어서 이용되는 증폭율(차분 증폭치/차분치=증폭율)은, 이하의 사고 방법에 근거해 설정할 수가 있다.
차분치는, 기판 벗겨짐이 생겼을 때의 전압 변화치이므로, 식(4)에서 나타내는 ΔV에 상당한다. 여기서 식(4)에 있어서 V, d는 전극 사이즈에 의해 크게 변하는 것이 아니고, 또, p나 Δd도 변하지 않는다고 가정하면, ΔV는, 글라스 기판 G의 면적에 의존하고, 대략 글라스 기판 G의 면적에 반비례하는 값이 된다. 그러므로 예를 들면 면적이 2.78m2의 글라스 기판 G를 기준 사이즈로 하면, 기준 사이즈의 기판 G의 처리 중에 기판 벗겨짐이 발생했을 때에 취득되는 차분치 Vdo에 대해서, 면적 S(m2)의 기판 G의 처리 중에 기판 벗겨짐이 발생했을 때에 취득되는 차분치 Vds는, 대략 Vds=Vdo×2.78/S로 된다. 이 관계로부터도, 기준 사이즈보다 큰 기판(S＞2.78 m2)을 처리하는 경우에는, 차분치 Vds가 작아져 버리는 것을 확인할 수 있다.
이것으로부터 차분치 Vds에 증폭율을 승산해서 Vds와 동등의 감도를 얻기 위해서는, 기준 사이즈의 글라스 기판 G의 면적(2.78m2)에 대한 플라즈마 처리를 실시하는 글라스 기판 G의 면적 S(m2)의 면적비(면적비=S/2.78)를 증폭율로 하면 좋다.
또한, 글라스 기판 G의 면적 S가 크고, 기판 벗겨짐이 일어났을 때에 취득되는 전압 측정치 Vm의 변화량이 작은 경우에는, 차분치 Vd에 대해서 전술의 증폭율(기준 사이즈에 대한 글라스 기판 G의 면적비)를 승산해도 충분한 크기의 차분치를 얻을 수 　없는 경우가 있다. 이러한 경우에 상기 면적비에 대해, 보정치(1~10배)를 승산해서 증폭율로서 이용해도 좋다. 예를 들면 전술한 면적비(=S/2.78)가 3.6인 경우, 증폭율을 10배로 설정한다고 하는 것은, 보정치로서는 약 2.8배가 설정되어 있는 것으로 된다.
이 경우, 임계치로서는, 기준 사이즈의 글라스 기판 G에 있어서 기판 벗겨짐을 검출할 때에 이용하는 임계치를 설정할 수가 있다.
또한, 전압 모니터부(5)는, 전압 측정부(51)에서 취득한 전압 측정치 Vm를 그대로 제어부(9)로 출력하는 것이 가능하고, 정전 흡착 전극(32)에 인가되는 직류 전압을 직접,감시할 수 있도록도 되어 있다.
플라즈마 처리 장치는, 제어부(9)를 구비하고 있다. 이 제어부(9)는, 프로그램, 메모리, CPU를 구비하고 있다. 프로그램에는, 플라즈마 처리 장치를 구동하고, 글라스 기판 G의 플라즈마 처리를 실행하도록 명령(스텝군)이 짜져 있다. 또한, 프로그램은, 후술의 플로차트(flow chart)에 따라, 전압의 모니터를 실시하고, 기판 G의 탑재대(3)로부터의 박리의 검출을 실행하도록 명령이 짜져 있다. 제어부(9)의 메모리에는, 전술한 임계값이 기억되어 있고, 증폭부(54)로부터 출력된 차분 증폭치 Va와의 비교에 이용된다.
또한, 후술하는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치의 운전 개시 시에는 소스 전원(72)이 안정되지 않고, 전압 모니터부(5)에 의한 직류 전압의 측정 결과도 그 영향을 받게 될 우려가 있다.　그래서 기판 G의 탑재대(3)로부터의 박리의 검출을 실행함에 임해서, 제어부(9)에는, 운전 개시 시에 발생하는 이들 소스 전력, 바이어스 전력의 전력치의 변동의 판정 기준치(변동 범위)가 기억되어 있고, 소스 전원(72)으로부터 공급되는 전력치가, 소정의 변동 범위 내의 값인지의 여부를 판단할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 마찬가지로 　바이어스 전원(75)으로부터 출력되는 바이어스 전력의 변동 범위도 기억되어 있고, 바이어스 전원(75)으로부터 공급되는 전력치가, 당해 바이어스 전력의 변동 범위 내의 값인지의 여부를 판단할 수 있도록 구성해도 좋다.
또한 제어부(9)는, 직류 전원(40)에 전압 설정치 Vs를 출력해서, 직류 전원(40)으로부터 전압 설정치 Vs에 대응하는 직류 전압을 출력시킴과 아울러, 전압 설정치 Vs를 전압 레벨 가공부(52)에 출력한다.
계속해서 플라즈마 처리 장치의 작용에 대해, 글라스 기판 G에 대한 에칭 처리를 예로 설명한다. 먼저, 외부로부터 진입한 반송 암과 도시하지 않은 승강 핀의 협동 작용에 의해, 피처리 기판인 글라스 기판 G가 탑재대(3)에 탑재된다. 그 다음에 게이트 밸브(12)를 닫은 후, 탑재대(3)와 글라스 기판 G 사이에 전열 가스를 공급한다. 또한, 처리 레시피 등에 기재되어 있는 정보에 근거해, 제어부(9)로부터, 3000V의 전압치를 출력하기 위한 전압 설정치 Vs, 예를 들면 2.5V의 전압의 신호가 직류 전원(40)에 입력된다. 이것에 의해 직류 전원(40)으로부터 정전 흡착 전극(32)에 3000V의 직류 전압이 인가된다. 이 결과 정전 흡착 전극(32)과 글라스 기판 G가 서로 끌어당겨, 글라스 기판 G가 탑재대(3)에 흡착 유지된다. 그 다음에 처리 용기(10) 내에 예를 들면 CF4나 Cl2 등의 에칭 가스를 포함한 처리 가스를 샤워 헤드(2)로부터 공급함과 아울러, 배기구(13)로부터 진공 배기를 실시해 처리 용기(10) 내의 압력을 소정의 압력으로 조정한다.
그 후 소스 전원(72)으로부터 정합기(71)를 통해서 유도 결합 안테나(70)에 플라즈마 생성용의 소스 전력을 인가해, 탑재대(3)와 샤워 헤드(2)의 사이에 고주파의 전계를 발생시킨다. 처리 용기(10) 내에 공급되고 있는 처리 가스는, 탑재대(3)와 샤워 헤드(2) 사이에 발생하는 고주파의 전계에 의해 여기되고, 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 또한, 계속해서 바이어스 전원(75)으로부터 서셉터(33)에 바이어스 전력을 인가하는 것으로, 처리 용기(10) 내에 발생한 플라즈마에 포함되는 이온이 탑재대(3)에 끌어 들여지고, 글라스 기판 G의 피처리막에 대해서 에칭 처리가 행해진다.
도 5는, 탑재대(3)로부터의 글라스 기판 G의 박리가 발생하고 있지 않은 경우, 도 6은, 박리가 발생했을 경우에 있어서의 소스 전력의 전력치, 바이어스 전력의 전력치, 측정 부위 D의 직류 전압 및 차분 증폭치의 경시 변화를 나타내는 그래프이다. 이 예에서는, 시각 t1에서 소스 전원(72)을 온으로 해 소스 전력을 인가하고 있다. 또한 시각 t2에서 바이어스 전력을 인가하고 있다. 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이 소스 전력의 전력치(소스 전력)와 바이어스 전력의 전력치(바이어스 전력)는, 각각 설정치로 안정될 때까지의 과도 기간 동안, 상승, 저하를 반복한 후, 일정한 값으로 안정되고 있다(도시의 편의상, 도면 내에는, 소스 전력의 상승, 저하를 1 사이클 분만 기재하고 있다). 또 소스 전원(72)을 온으로 한 직후의 직류 전원의 전압(직류 전압)은, 이들 소스 전력이나 바이어스 전력의 변동의 영향을 받아 약간 변동하고, 이것에 수반해 차분 증폭치도 변동하고 있다.
다음에, 안정된 후의 각 전력의 거동을 확인하면, 글라스 기판 G의 박리가 발생하지 않고, 에칭 처리가, 문제없게 실행되는 경우에는, 각 전력은 일정치로 안정된 상태가 계속된다. 그러나 예를 들면 도 6의 시각 t4에서 글라스 기판 G의 박리가 발생한 예에서는, 정전 흡착 전극(32)측의 직류 전압에서 변동이 발생하고 있다. 이 상태가 계속되어 버리면 이상 방전이 발생(시각 t5)해 버려, 탑재대(3)에 데미지가 미칠 우려가 있다. 그 때문에 플라즈마 처리를 실시하고 있는 동안, 전압 모니터부(5)로부터 취득한 차분 증폭치 Va에 근거하는 글라스 기판 G의 벗겨짐의 감시를 실시한다.
계속해서, 글라스 기판 G의 박리의 감시를 실시하는 동작에 대해 설명한다. 도 7은, 글라스 기판 G의 박리의 감시를 실행하기 위한 스텝군을 나타내는 플로차트(flow chart)이다.
전술한 바와 같이 플라즈마 처리를 실시함에 임해서, 우선 시각 t1에서 소스 전원(72)이 온으로 되어, 소스 전력의 인가가 개시된다. 또한, t2에서 바이어스 전원(75)이 온으로 되어 바이어스 전력의 인가가 개시된다. 그 후 도 7에 나타내는 바와 같이 제어부(9)에 의해, 소스 전력, 바이어스 전력의 각 측정치와 변동 범위의 비교가 행해지고, 소스 전력 및 바이어스 전력의 출력이 안정되었는지의 여부가 판단된다(스텝 S1). 이들 전력이 안정되었다고 판단이 되었을 때에는(스텝 S1：Yes), 소스 전력이나 바이어스 전력의 변동의 영향을 받아 직류 전압이 변동하지 않는 상태로 된 것이 확인된다. 그래서 그 후의 예컨대 도 6 내에 나타내는 시각 t3에 있어서, 전압 측정부(51)에 의한 직류 전압의 측정이 개시되어, 전압 측정치 Vm가 취득된다(스텝 S2).
그 후, 시각 t4에 있어서, 탑재대(3)상의 글라스 기판 G의 일부의 박리가 발생했다고 한다. 이 결과, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32)와의 사이의 전압이, 예를 들면 3020V가 되었다고 한다. 이때, 전압 측정부(51)로부터는, 아날로그 신호의 전압 범위(본 예에서는 0~6V)에 근거하는 전압 측정치 Vm를, 차분치 취득부(53)에 출력한다. 여기에서는 측정되는 전압치가 3020 V이므로, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 전압 측정치 Vm로서 예를 들면 3.02V의 전압의 신호가 출력된다.
한편, 전술한 바와 같이 전압 설정치 Vs로서 입력되는 아날로그 신호의 전압 범위는, 0~5V의 신호이다. 그래서 전압 레벨 가공부(52)에서 전압 측정치 Vm의 전압 레벨과 전압 설정치 Vs의 전압 레벨이 맞추어진다. 3000V에 대응하는 전압 설정치 Vs가 2.5V의 전압이므로, 전압 레벨 가공부(52)에서 이 값이 1.2배 되어, 3V의 신호로 환산되어, 차분치 취득부(53)에 입력된다.
차분치 취득부(53)에 있어서는, 전압 측정치 Vm와 가공된 전압 설정치 Vs＇의 차분치 Vd가 취득된다(스텝 S3). 여기에서는, 전압 측정치 Vm가 3.02V, 가공된 전압 설정치 Vs＇가 3 V이므로, 차분치 Vd는, 0.02V가 된다(도 8(c)).
그 다음에 차분치 취득부(53)에서 취득된 차분치 Vd는, 증폭부(54)에 입력되어 증폭된다(스텝 S4). 본 실시의 형태에서는, 증폭부(54)의 증폭율은, 10배이므로, 도 8(d)에 나타내는 바와 같이 차분 증폭치 Va는, 0.2V가 된다.
그 다음에 차분 증폭치 Va는, 제어부(9)에 출력되어, 차분 증폭치 Va와 임계치의 비교가 행해지고(스텝 S5), 차분 증폭치 Va가 임계치의 범위일 때에는, 차분 증폭치 Va를 갱신하기 위해서 전압 측정치 Vm의 취득으로 돌아온다(스텝 S5：No). 또 차분 증폭치 Va가, 임계치를 넘고 있는 경우에는(스텝 S5：Yes), 소스 전원(72) 및 바이어스 전원(75)을 향해 전력의 공급을 정지하는 신호가 출력된다(스텝 S6). 이 결과, 소스 전력 및 바이어스 전력의 인가가 정지되어(스텝 S7), 처리 용기(10) 내에 있어서의 플라즈마 처리를 정지한다. 또한, 스텝 S6에서 소스 전원(72), 바이어스 전원(75) 중 한쪽만을 정지해도 좋다. 특히, 바이어스 전원(75)의 한쪽만을 정지하는 것으로, 진공 용기(10) 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시킨 채로, 글라스 기판 G와 탑재대(3) 사이에 플라즈마가 진입하는 것을 억제할 수가 있다.
전술의 동작에 의해, 탑재대(3)로부터의 박리가 발생한 영역이 글라스 기판 G의 일부이어도, 글라스 기판 G와 정전 흡착 전극(32) 사이에 인가되는 직류 전압의 작은 상승을 차분 증폭치 Va로서 검출하고, 처리 용기(10) 내에서 실시하고 있는 플라즈마 처리를 정지한다. 이 결과, 글라스 기판 G의 박리에 수반하는 이상 방전의 발생을 억제할 수가 있다.
전술의 실시의 형태에 의하면, 탑재대(3)로부터의 글라스 기판 G의 박리를 검출하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 정전 흡착 전극(32)에 인가되는 직류 전압의 전압 측정치 Vm와 전압 설정치 Vs＇의 차분치 Vd를 증폭해 차분 증폭치 Va를 취득하고 있다. 그리고 이 차분 증폭치 Va와 임계치를 비교해, 차분 증폭치 Va가 임계치를 넘고 있는 경우에, 기판 G에 대해 플라즈마 처리를 실시하기 위해 진공 용기(10) 내에 고주파 전력을 공급하는 소스 전력 및 바이어스 전력의 인가를 정지한다. 그 때문에 글라스 기판 G가 대형화해, 직류 전압의 변화가 작게 되었을 경우도, 글라스 기판 G의 탑재대(3)로부터의 박리를 확실히 검출해서 처리 용기(10) 내에 있어서의 기판 G에의 플라즈마 처리를 정지할 수가 있다.
그렇지만, 검출 감도가 높아지면 소스 전력 및 바이어스 전력의 인가를 개시했을 때의 변동의 영향을 받아, 정전 흡착 전극(32)에 인가되는 직류 전압이 변화해, 소스 전원(72)을 오 정지시켜 버릴 우려가 있다. 그래서 소스 전력이나 바이어스 전력의 인가 개시 후, 이들 전력이 안정된 후, 차분 증폭치 Va에 근거하는 기판 G의 탑재대(3)로부터의 박리의 검출을 개시한다. 이것에 의해, 전술의 오 정지의 발생을 막을 수가 있다.
또한, 소스 전력 및 바이어스 전력의 인가를 개시한 후의 변동의 영향은, 제어부(9)에 출력되는 신호에도 노이즈로서 영향을 미치는 경우가 있다.
그래서 전술의 실시의 형태에서는, 직류 전원(40), 전압 측정부(51), 차분치 취득부(53) 및 증폭부(54)를 전원 유닛(400) 내에 마련하고, 차분 증폭치 Va를, 제어부(9)에 출력하고 있다. 이와 같이 전원 유닛(400)에서, 차분치 Vd를, 예를 들면 10배로 증폭한 후의 차분 증폭치 Va를 제어부(9)에 출력하는 것으로, 제어부(9)에 출력되는 신호(차분 증폭치)에의 노이즈 영향을 작게 억제할 수가 있다.
또한, 여기서, 차분치 Vd를 증폭하는 증폭율이 너무 크면, 글라스 기판 G의 박리와는 관계가 없는 노이즈 등이 검출되어 소스 전력 및 바이어스 전력의 정지의 판단에 이용되어 버릴 우려가 있다. 한편, 증폭율이 너무 작으면 글라스 기판 G의 박리의 검출 정밀도가 저하할 우려가 있다. 그래서, 전술한 바와 같이, 증폭율(차분 증폭치/차분치=증폭율)은, 면적이 2.78m2의 기준 사이즈의 글라스 기판 G의 면적과, 플라즈마 처리를 실시하는 글라스 기판 G의 면적 S의 면적비(S/2.78)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 보정치로서 1~10배를 승산하는 것이 바람직하다. 이들보다 증폭율은 5~25배 정도인 것이 바람직하다.
이상으로 검토한 것처럼, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 상기의 실시 형태는, 첨부의 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
3: 탑재대
9: 제어부
10: 처리 용기
31: 유전체층
32: 정전 흡착 전극
40: 직류 전원
51: 전압 측정부
53: 차분치 취득부
54: 증폭부
70: 유도 결합 안테나
72: 소스 전원
75: 바이어스 전원

Claims (9)

  1. 기판에 대해서 플라즈마 처리를 행하기 위한 진공 용기 내에 마련되어, 처리 대상의 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 탑재대에 마련된 유전체층 내에 배치되어, 상기 탑재대에 탑재된 기판을 정전 흡착하는 정전 흡착 전극과,
    상기 정전 흡착 전극에, 미리 설정된 전압 설정치에 대응하는 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
    상기 진공 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 기판에 대해서 공급하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급부와,
    상기 정전 흡착 전극에 인가되는 직류 전압을 측정하는 전압 측정부와,
    상기 전압 측정부에서 측정된 직류 전압의 측정치와 상기 전압 설정치의 차분에 대응하는 차분치를 취득하는 차분치 취득부와,
    상기 차분치 취득부에서 취득된 차분치를 증폭해서 증폭치를 취득하는 증폭부와,
    상기 증폭치와, 당해 증폭치에 대해서 미리 설정된 임계치를 비교하고, 상기 증폭치가 상기 임계치를 넘었을 경우에, 상기 고주파 전력 공급부로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 전력 공급부는, 상기 진공 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 형성부에 대해서 고주파 전력을 공급하는 소스 전력 공급부와, 상기 탑재대에 대해, 상기 플라즈마에 의해 생성된 처리 가스의 활성종을, 당해 탑재대에 탑재된 기판을 향해 인입하기 위한 위한 바이어스 전력을 인가하는 바이어스 전력 공급부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 소스 전력 공급부로부터 고주파 전력을 인가해 진공 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 스텝과, 그 다음에 상기 바이어스 전력 공급부로부터, 상기 탑재대에 바이어스 전력을 인가하는 스텝과, 그 후, 고주파 전력 및 바이어스 전력의 전력치가 미리 설정한 변동 범위 내의 값으로 안정된 후, 상기 증폭치를 이용한 고주파 전력의 공급 정지 판단을 개시하는 스텝을 실행하는 제어 신호를 출력하는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 직류 전원과, 상기 전압 측정부와, 상기 차분치 취득부와, 상기 증폭부는, 공통의 전원 유닛에 마련되고,
    상기 전원 유닛으로부터 상기 제어부에 상기 증폭치가 출력되는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전원 유닛으로부터는, 상기 증폭치에 더해, 상기 전압 측정부에서 측정된 직류 전압이 상기 제어부에 출력되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 설정치로서 입력되는 아날로그 신호의 전압 범위에 근거하는 전압 레벨과, 상기 전압 측정치로서 출력되는 아날로그 신호의 전압 범위에 근거하는 전압 레벨을 맞추기 위한 전압 레벨 가공부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증폭부는, 상기 차분치에 미리 설정된 증폭율을 승산하는 것에 의해 상기 증폭치를 취득하고,
    상기 증폭율은, 면적이 2.78m2의 기판을 기준 사이즈의 기판으로 했을 때에, 플라즈마 처리가 행해지는 기판의 면적 S(m2)의 기준 사이즈의 기판의 면적에 대한 면적비(면적비=S/2.78)를 1~10배 한 값으로 설정되는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 기판에 대해서 플라즈마 처리를 행하기 위한 진공 용기 내에 마련된 탑재대에 처리 대상의 기판을 탑재하는 공정과,
    상기 탑재대에 마련된 유전체층 내에 배치된 정전 흡착 전극에 대해, 미리 설정된 전압 설정치에 대응하는 직류 전압을 출력해서, 상기 탑재대에 탑재된 기판을 정전 흡착하는 공정과,
    상기 진공 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시켜, 기판에 대해서 공급하기 위한 고주파 전력을 공급하는 공정과,
    상기 정전 흡착 전극에 인가되는 직류 전압을 측정하는 공정과,
    상기 직류 전압의 측정치와 상기 전압 설정치의 차분에 대응하는 차분치를 취득하는 공정과,
    상기 차분치를 증폭해서 증폭치를 취득하는 공정과,
    상기 증폭치와, 당해 증폭치에 대해서 미리 설정된 임계치를 비교해, 상기 증폭치가 상기 임계치를 넘었을 경우에, 상기 고주파 전력의 공급을 정지하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 발생시키기 위해서 고주파 전력을 공급하는 공정은,
    상기 진공 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 형성부에 대해서 고주파 전력을 공급하는 공정과, 그 후, 상기 탑재대에 대해, 상기 플라즈마에 의해 생성한 처리 가스의 활성종을, 당해 탑재대에 탑재된 기판을 향해 인입하기 위한 바이어스 전력을 인가하는 공정을 포함하고,
    상기 증폭치를 이용한 고주파 전력의 공급 정지 판단은, 상기 바이어스 전력을 인가하는 공정의 후, 실시하는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 증폭치를 취득하는 공정에 있어서, 상기 차분치에 증폭율을 승산하는 것에 의해 증폭치를 산출하고, 상기 증폭치는, 면적이 2.78m2의 기판을 기준 기판으로 했을 때에, 플라즈마 처리가 행해지는 기판의 면적 S(m2)의 기준 기판의 면적에 대한 비율(비율=S/2.78)을 1~10배 한 값으로 설정된 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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