JP6080506B2 - 真空装置、その圧力制御方法及びエッチング方法 - Google Patents

真空装置、その圧力制御方法及びエッチング方法 Download PDF

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Description

本発明は、被処理体にプラズマ処理等を行うための真空装置、その圧力制御方法及びエッチング方法に関する。
ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）の製造工程においては、ＦＰＤ用基板に対してプラズマエッチング、プラズマアッシング、プラズマ成膜等の種々のプラズマ処理が行われている。このようなプラズマ処理を行う装置として、例えば平行平板型のプラズマ処理装置や、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）処理装置などが知られている。これらのプラズマ処理装置は、処理容器内を真空状態に減圧して処理を行う真空装置として構成されている。
真空装置の圧力制御に関する従来技術として、特許文献１では、排気経路のコンダクタンスを一定に保持しながら、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）によって処理容器内に供給するガスの流量を変化させる方法が提案されている。また、特許文献２では、排気経路のスロットルバルブより上流側に一定流量のバラストガスを流すことによって処理容器の内部の圧力を調節する方法が提案されている。
特開２００２−５７０８９号公報（図３など） 特開平１０−１１１５２号公報（図１など）
近年では、大型のＦＰＤ用基板を処理するために処理容器も大型化している。そのため、処理容器内を減圧排気するための真空ポンプが一つでは足りず、複数個が必要になっている。これらの真空ポンプの排気方向上流側には、自動圧力制御（Adaptive Pressure Control）バルブ（以下、「ＡＰＣバルブ」という。）が設けられ、排気経路のコンダクタンスを自動調節することによって、処理容器内の圧力を調節している。例えば、プラズマエッチング装置では、プロセス時に、マスフローコントローラによって一定流量の処理ガスを処理容器内に供給しながら、ＡＰＣバルブによって排気経路のコンダクタンスを調節し、所望のプロセス圧力に制御する方法が採用されている。
ところで、プラズマエッチング中に処理ガスが消費されてガス体積が小さくなるプロセスでは、エッチング終了直後に急激にガス体積が大きくなる。この現象は、エッチング対象膜が存在している間は該対象膜との反応に消費されていた処理ガスが、エッチングが進み、エッチング対象膜が消失すると消費されなくなるために起こる。このような急激な体積変動が生じると、ＡＰＣバルブの開度が全開になったままとなり、ＡＰＣバルブによる圧力制御が追い付かなくなる。その結果、エッチングの終了とともに処理容器内の圧力が急激に上昇してしまう、という問題が生じていた。エッチング終了後の急激な圧力上昇は、過剰なラジカルの発生原因となって基板表面に形成されたパターン形状が崩れるなどの弊害が生じることがある。上記のような圧力変動に対応するためには、真空ポンプ及びＡＰＣバルブの設置個数を増加させて十分な排気能力を確保する必要があり、部品点数の増加とコスト上昇の一因となっていた。
従って、本発明の目的は、主にＡＰＣバルブによって処理容器内の圧力調節を行う真空装置において、急激な圧力変動を抑制することである。
本発明の真空装置は、被処理体を収容するとともに、内部を真空保持可能な処理容器と、前記処理容器内にガス供給路を介して処理ガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給路に設けられ、前記処理ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、前記処理容器に排気路を介して接続された排気装置と、前記排気路に設けられ、前記圧力検出装置により検出された圧力値に基づき、自動的に開度を調節するＡＰＣバルブと、前記ＡＰＣバルブの開度をモニタする開度監視部と、前記開度監視部のモニタ結果に基づき、前記流量調節装置により供給されるガス流量を調節する流量制御部と、を備えている。
本発明の真空装置において、前記流量制御部は、前記ＡＰＣバルブの開度を所定のしきい値と比較することによって、前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御してもよい。
本発明の真空装置は、さらに、前記ＡＰＣバルブの開度が、第１のしきい値を超えた回数をカウントするカウンタ部を備え、前記流量制御部は、前記カウントの値が第２のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御してもよい。
本発明の真空装置は、さらに、所定の経過時間の範囲内で、前記ＡＰＣバルブの開度の増加率を演算する開度演算部を備え、前記流量制御部は、前記開度の増加率が、第３のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御してもよい。
本発明の真空装置は、被処理体に対して、エッチングを行うエッチング装置であってもよい。
本発明の真空装置は、被処理体が、ＦＰＤ用基板であってもよい。
本発明の圧力制御方法は、被処理体を収容するとともに、内部を真空状態に保持可能に構成された処理容器と、前記処理容器内にガス供給路を介して処理ガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給路に設けられ、前記処理ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、前記処理容器に排気路を介して接続された排気装置と、前記排気路に設けられ、前記圧力検出装置により検出された圧力値に基づき、自動的に開度を調節するＡＰＣバルブと、を備えた真空装置において前記処理容器内の圧力を制御する方法である。この圧力制御方法は、前記ＡＰＣバルブの開度をモニタし、その結果に基づき、前記流量調節装置により供給されるガス流量を調節する。
本発明の圧力制御方法は、前記ＡＰＣバルブの開度を所定のしきい値と比較することによって、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御してもよい。
本発明の圧力制御方法は、前記ＡＰＣバルブの開度が、第１のしきい値を超えた回数をカウントし、該カウント値が第２のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御してもよい。
本発明の圧力制御方法は、所定の経過時間の範囲内で、前記ＡＰＣバルブの開度の増加率が、第３のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御してもよい。
本発明の圧力制御方法は、前記真空装置が、被処理体に対してエッチングを行うエッチング装置であってもよい。
本発明の圧力制御方法は、被処理体が、ＦＰＤ用基板であってもよい。
本発明のエッチング方法は、被処理体を収容するとともに、内部を真空状態に保持可能に構成された処理容器と、前記処理容器内にガス供給路を介して処理ガスを供給するガス供給源と、前記ガス供給路に設けられ、前記処理ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、前記処理容器に排気路を介して接続された排気装置と、前記排気路に設けられ、前記圧力検出装置により検出された圧力値に基づき、自動的に開度を調節するＡＰＣバルブと、を備えたエッチング装置を用い、被処理体をエッチング処理する。このエッチング方法は、前記ＡＰＣバルブの開度をモニタし、その結果に基づき、前記流量調節装置により供給されるガス流量を調節するものであってもよい。
本発明のエッチング方法は、前記ＡＰＣバルブの開度を所定のしきい値と比較することによって、前記処理ガスの供給流量を減少させてもよい。
本発明のエッチング方法は、前記ＡＰＣバルブの開度が、第１のしきい値を超えた回数をカウントし、該カウント値が第２のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させてもよい。
本発明のエッチング方法は、所定の経過時間の範囲内で、前記ＡＰＣバルブの開度の増加率が第３のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御するものであってもよい。
本発明によれば、主にＡＰＣバルブによって処理容器内の圧力調節を行う真空装置において、ＡＰＣバルブの開度をモニタし、その結果に基づいて、処理容器内に導入する処理ガスの流量を調節する。例えば、開度が上昇した場合はガス流量を減少させ、処理容器内の圧力上昇を処理ガス流量の抑制によって相殺することによって、処理容器内の圧力上昇を緩和できる。また、ＡＰＣバルブの開度の上昇は、処理容器内の圧力上昇に先行するため、処理容器内の圧力計測結果に基づき処理ガス流量を変化させるよりも応答性に優れている。従って、本発明によれば、大型の真空装置についても、真空ポンプ及びＡＰＣバルブの設置個数を増やすことなく、処理容器内の圧力制御を確実に行うことができる。
本発明の第１の実施の形態に係るプラズマエッチング装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係るプラズマエッチング装置の制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。 図２における装置コントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。 図２における装置コントローラの機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る圧力制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。 従来方法によってエッチング対象膜をプラズマエッチング処理した際の処理容器内の圧力及びＡＰＣバルブの開度の時間変化を示す図面である。 、図６と同じプラズマエッチング処理の過程で、処理容器内で生成するプラズマの発光の時間変化を示す図面である。 本発明の第１の実施の形態の圧力制御方法によるＡＰＣバルブの開度の時間変化と処理ガス流量の時間変化を説明する図面である。 本発明の第１の実施の形態の圧力制御方法を実際のプラズマエッチング処理に適用した実験結果を示す図面である。 本発明の第２の実施の形態における装置コントローラの機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る圧力制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。
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。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の処理装置の第１の実施の形態としてのプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１の要部を拡大して示す断面図である。図１に示したように、プラズマエッチング装置１００は、被処理体として、例えばＦＰＤ用のガラス基板（以下、単に「基板」と記す）Ｓに対してエッチングを行なう容量結合型の平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。なお、ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンス（Electro Luminescence；ＥＬ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が例示される。
このプラズマエッチング装置１００は、内側が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムからなる角筒形状に成形された処理容器１を有している。処理容器１の本体（容器本体）は、底壁１ａ、４つの側壁１ｂ（２つのみ図示）により構成されている。また、処理容器１の本体の上部には、蓋体１ｃが接合されている。図示は省略するが、側壁１ｂには基板搬送用開口と、これを封止するゲートバルブが設けられている。
蓋体１ｃは、図示しない開閉機構により、側壁１ｂに対して開閉可能に構成されている。蓋体１ｃを閉じた状態で蓋体１ｃと各側壁１ｂとの接合部分は、Ｏリング３によってシールされ、処理容器１内の気密性が保たれている。
処理容器１内の底部には、枠形状の絶縁部材１０が配置されている。絶縁部材１０の上には、基板Ｓを載置可能な載置台であるサセプタ１１が設けられている。下部電極でもあるサセプタ１１は、基材１２を備えている。基材１２は、例えばアルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性材料で形成されている。基材１２は、絶縁部材１０の上に配置され、両部材の接合部分にはＯリングなどのシール部材１３が配備されて気密性が維持されている。絶縁部材１０と処理容器１の底壁１ａとの間も、Ｏリングなどのシール部材１４により気密性が維持されている。基材１２の側部外周は、絶縁部材１５により囲まれている。これによって、サセプタ１１の側面の絶縁性が確保され、プラズマ処理の際の異常放電が防止されている。
サセプタ１１の上方には、このサセプタ１１と平行に、かつ対向して上部電極として機能するシャワーヘッド３１が設けられている。シャワーヘッド３１は処理容器１の上部の蓋体１ｃに支持されている。シャワーヘッド３１は中空状をなし、その内部には、ガス拡散空間３３が設けられている。また、シャワーヘッド３１の下面（サセプタ１１との対向面）には、処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔３５が形成されている。このシャワーヘッド３１は接地されており、サセプタ１１とともに一対の平行平板電極を構成している。
シャワーヘッド３１の上部中央付近には、ガス導入口３７が設けられている。このガス導入口３７には、処理ガス供給管３９が接続されている。この処理ガス供給管３９には、２つのバルブ４１，４１およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３を介して、エッチングのための処理ガスを供給するガス供給源４５が接続されている。処理ガスとしては、例えばハロゲン系ガスやＯ２ガスのほか、Ａｒガス等の希ガスなどを用いることができる。
前記処理容器１内の底壁１ａには、複数の箇所（例えば８か所）に貫通した排気用開口５１が形成されている。各排気用開口５１には、排気管５３が接続されている。排気管５３は、その端部にフランジ部５３ａを有しており、このフランジ部５３ａと底壁１ａとの間にＯリング（図示省略）を介在させた状態で固定されている。排気管５３には、ＡＰＣバルブ５５が設けられており、さらに排気管５３は排気装置５７に接続されている。排気装置５７は、例えばターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これにより処理容器１内を所定の減圧雰囲気まで真空引きすることが可能に構成されている。各排気管５３に設けられた合計８つのＡＰＣバルブ５５は、１つのマスタバルブと７つのスレーブバルブにより構成され、各スレーブバルブは、マスタバルブに連動して作動する。つまり、８つのＡＰＣバルブ５５は互いに同期して開閉動作を行う。
また、プラズマエッチング装置１００には、処理容器１内の圧力を計測する圧力計６１が設けられている。圧力計６１は、８つのＡＰＣバルブ５５の中のマスタバルブと接続されており、処理容器１内の圧力の計測結果をリアルタイムでＡＰＣバルブ５５に提供する。ＡＰＣバルブ５５は、圧力計６１の計測結果に基づき、開度を変化させ、排気管５３のコンダクタンスを自動調節する。
サセプタ１１の基材１２には、給電線７１が接続されている。この給電線７１には、マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）７３を介して高周波電源７５が接続されている。これにより、高周波電源７５から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、下部電極としてのサセプタ１１に供給される。なお、給電線７１は、底壁１ａに形成された貫通開口部としての給電用開口７７を介して処理容器１内に導入されている。
プラズマエッチング装置１００の各構成部は、制御部８０に接続されて制御される構成となっている。図２を参照して、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００をその一部分に含む基板処理システムの制御部８０について説明する。図２は、制御部８０のハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示したように、制御部８０は、装置コントローラ（Equipment Controller；以下、「ＥＣ」と記すことがある）８１と、複数（図２では２つのみ図示しているが、これに限るものではない）のモジュールコントローラ（Module Controller；以下、「ＭＣ」と記すことがある）８３と、ＥＣ８１とＭＣ８３とを接続するスイッチングハブ（ＨＵＢ）８５とを備えている。
ＥＣ８１は、複数のＭＣ８３を統括して、基板処理システムの全体の動作を制御する主制御部（マスタ制御部）である。複数のＭＣ８３は、それぞれ、ＥＣ８１の制御の下で、プラズマエッチング装置１００をはじめとする各モジュールの動作を制御する副制御部（スレーブ制御部）である。スイッチングハブ８５は、ＥＣ８１からの制御信号に応じて、ＥＣ８１に接続されるＭＣ８３を切り替える。
ＥＣ８１は、基板処理システムで実行される基板Ｓに対する各種処理を実現するための制御プログラムと、処理条件データ等が記録されたレシピとに基づいて、各ＭＣ８３に制御信号を送ることによって、基板処置システムの全体の動作を制御する。
制御部８０は、更に、サブネットワーク８７と、ＤＩＳＴ（Distribution）ボード８８と、入出力（以下、Ｉ／Ｏと記す。）モジュール８９と、を備えている。各ＭＣ８３は、サブネットワーク８７およびＤＩＳＴボード８８を介してＩ／Ｏモジュール８９に接続されている。
Ｉ／Ｏモジュール８９は、複数のＩ／Ｏ部９０を有している。Ｉ／Ｏ部９０は、プラズマエッチング装置１００をはじめとする各モジュールの各エンドデバイスに接続されている。図示しないが、Ｉ／Ｏ部９０には、デジタル信号、アナログ信号およびシリアル信号の入出力を制御するためのＩ／Ｏボードが設けられている。各エンドデバイスに対する制御信号は、それぞれＩ／Ｏ部９０から出力される。また、各エンドデバイスからの出力信号は、それぞれＩ／Ｏ部９０に入力される。プラズマエッチング装置１００において、Ｉ／Ｏ部９０に接続されたエンドデバイスとしては、例えば、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３、ＡＰＣバルブ５５、圧力計６１、排気装置５７などが挙げられる。
ＥＣ８１は、ＬＡＮ（Local Area Network）９１を介して、基板処理システム１００が設置されている工場全体の製造工程を管理するＭＥＳ（Manufacturing Execution System）としてのコンピュータ９３に接続されている。コンピュータ９３は、基板処理システム１００の制御部８０と連携して工場における工程に関するリアルタイム情報を基幹業務システムにフィードバックすると共に、工場全体の負荷等を考慮して工程に関する判断を行う。コンピュータ９３は、例えば他のコンピュータ９５などの情報処理機器に接続されていてもよい。
次に、図３を参照して、ＥＣ８１のハードウェア構成の一例について説明する。ＥＣ８１は、主制御部１０１と、キーボード、マウス等の入力装置１０２と、プリンタ等の出力装置１０３と、表示装置１０４と、記憶装置１０５と、外部インターフェース１０６と、これらを互いに接続するバス１０７とを備えている。主制御部１０１は、ＣＰＵ（中央処理装置）１１１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２およびＲＯＭ（リードオンリメモリ）１１３を有している。記憶装置１０５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置１０５は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５に対して情報を記録し、また記録媒体１１５より情報を読み取るようになっている。記録媒体１１５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体１１５は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
ＥＣ８１では、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することにより、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００において基板Ｓに対するプラズマエッチング処理を実行できるようになっている。なお、図２におけるコンピュータ９３，９５のハードウェア構成も、例えば、図３に示した構成になっている。また、図２に示したＭＣ８３のハードウェア構成は、例えば、図３に示した構成、あるいは図３に示した構成から不要な構成要素を除いた構成になっている。
次に、図４を参照して、ＥＣ８１の機能構成について説明する。図４は、ＥＣ８１の機能構成を示す機能ブロック図である。なお、以下の説明では、ＥＣ８１のハードウェア構成が図３に示した構成になっているものとして、図３中の符号も参照する。図４に示したように、ＥＣ８１は、処理制御部１２１と、開度監視部１２２と、開度判定部１２３と、超過カウンタ１２４と、入出力制御部１２５とを備えている。これらは、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することによって実現される。
処理制御部１２１は、予め記憶装置１０５に保存されているレシピやパラメータ等に基づいて、各ＭＣ８３に制御信号を送信することにより、プラズマエッチング装置１００において所望のプラズマエッチング処理が行われるように制御する。また、処理制御部１２１は、流量制御部１２１ａを有している。
開度監視部１２２は、ＡＰＣバルブ５５の開度をモニタし、その情報をリアルタイムで取得する。具体的には、ＡＰＣバルブ５５の開度は、例えば０〜１０００までの１０００段階に区分されており、デジタルインプット（ＤＩ）情報としてＡＰＣバルブ５５からＭＣ８３を介してリアルタイムで開度監視部１２２に送出される。なお、開度監視部１２２は、ＥＣ８１ではなく、ＡＰＣバルブ５５に付属する機能として有していてもよい。その場合、プラズマエッチング装置１００のＭＣ８３がＡＰＣバルブ５５からのデジタルインプット（ＤＩ）情報として開度を取得し、ＥＣ８１に送信する構成を採用することができる。
開度判定部１２３は、開度監視部１２２（又はＡＰＣバルブ５５の開度監視機能）がリアルタイムで取得したＡＰＣバルブ５５の開度を参照し、開度が所定のしきい値（例えば、第１のしきい値）を超えたか否かの判定を行う。ここで、第１のしきい値は、パラメータとして予め記憶装置１０５に保存されているものを開度判定部１２３が参照する。
超過カウンタ１２４は、開度判定部１２３の判定結果を参照し、開度が第１のしきい値を超えた場合に、その回数を１カウントずつ積算していく。
入出力制御部１２５は、入力装置１０２からの入力の制御や、出力装置１０３に対する出力の制御や、表示装置１０４における表示の制御や、外部インターフェース１０６を介して行う外部とのデータ等の入出力の制御を行う。
流量制御部１２１ａは、バルブ４１，４１及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３を制御し、ガス供給源４５から処理容器１内へ供給される処理ガスの流量を制御する。また、流量制御部１２１ａは、超過カウンタ１２４でカウントされた超過カウント値が、所定のしきい値（第２のしきい値）を超えたか否かの判定を行うとともに、超過カウント値が第２のしきい値を超えた場合には、ＭＣ８３を介して、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３に対し、処理ガスの流量を所定量減らすように制御信号を送出する。これによって、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３は、処理ガスの流量を所定量減少させる。ここで、第２のしきい値は、パラメータもしくはレシピの一部として予め記憶装置１０５に保存されているものを流量制御部１２１ａが参照する。また、処理ガスの減少量（Ｖ０−Ｖ１）も、パラメータもしくはレシピの一部として予め記憶装置１０５に保存されているものを流量制御部１２１ａが参照する。
次に、以上のように構成されるプラズマエッチング装置１００における処理動作について説明する。まず、図示しないゲートバルブが開放された状態で基板搬送用開口を介して、被処理体である基板Ｓが、図示しない搬送装置のフォークによって処理容器１内へと搬入され、サセプタ１１へ受渡される。その後、ゲートバルブが閉じられ、排気装置５７によって、処理容器１内が所定の真空度まで真空引きされる。
次に、バルブ４１を開放して、処理ガスをガス供給源４５から処理ガス供給管３９、ガス導入口３７を介してシャワーヘッド３１のガス拡散空間３３へ導入する。この際、マスフローコントローラ４３によって処理ガスの流量制御が行われる。ガス拡散空間３３に導入された処理ガスは、さらに複数の吐出孔３５を介してサセプタ１１上に載置された基板Ｓに対して均一に吐出され、処理容器１内の圧力が所定の値に維持される。
この状態で高周波電源７５から高周波電力がマッチングボックス７３を介してサセプタ１１に印加される。これにより、下部電極としてのサセプタ１１と上部電極としてのシャワーヘッド３１との間に高周波電界が生じ、処理ガスが解離してプラズマ化する。このプラズマにより、基板Ｓにエッチング処理が施される。
エッチング処理を施した後、高周波電源７５からの高周波電力の印加を停止し、ガス導入を停止した後、処理容器１内を所定の圧力まで減圧する。次に、ゲートバルブを開放し、サセプタ１１から図示しない搬送装置のフォークに基板Ｓを受け渡し、処理容器１の基板搬送用開口から基板Ｓを搬出する。以上の操作により、基板Ｓに対するプラズマエッチング処理が終了する。
上記プラズマエッチング処理の過程で、本実施の形態のプラズマエッチング装置１００では、制御部８０が、ＡＰＣバルブ５５の開度をモニタし、開度の上昇を圧力上昇のシグナルとして検出する。この検出結果に基づき、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３へのフィードバック制御を行うことによって、処理ガスの供給量を抑制し、処理容器１内の圧力上昇を緩和させる。
以下、図５〜図９を参照しながら、本実施の形態の圧力制御方法について具体的に説明する。図５は、制御部８０により実行される本実施の形態の圧力制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。図５は、ＡＰＣバルブ５５の開度をモニタすることによって、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３の流量を抑制する処理を１回行うまでの手順を示している。
まず、ステップＳ１では、ＥＣ８１がＡＰＣバルブ５５の開度を取得する。上記のとおり、ＡＰＣバルブ５５の開度取得は、ＥＣ８１の開度監視部１２２がＭＣ８３を介して行ってもよいし、ＡＰＣバルブ５５に付属する開度監視部（図示せず）を利用し、ＭＣ８３を介してＥＣ８１へ送信してもよい。
次に、ステップＳ２では、ＥＣ８１の開度判定部１２３によって、ステップＳ１で取得されたＡＰＣバルブ５５の開度が、第１のしきい値を超えたか否かを判断する。開度判定部１２３は、取得された開度と予め設定されたパラメータである第１のしきい値とを比較する。
ステップＳ２で、開度が第１のしきい値を超えた（Ｙｅｓ）と判定された場合は、次に、ステップＳ３で開度判定部１２３からの判定結果に基づき、超過カウンタ１２４が超過カウント値を１カウント積算する。
次に、ステップＳ４では、流量制御部１２１ａが、超過カウンタ１２４でカウントされた超過カウント値の積算値が、第２のしきい値を超えたか否かの判定を行う。そして、超過カウント値が第２のしきい値を超えた（Ｙｅｓ）と判定された場合には、ステップＳ５では、流量制御部１２１ａがＭＣ８３を介してマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３に対し、処理ガスの流量を所定量減らすように制御信号を送出する。本実施の形態において、超過カウンタ１２４を用いて第１のしきい値を超えた回数をカウントする理由は、次のとおりである。プラズマエッチング処理の間、処理容器１内の圧力は一定の振幅で変動している。そのため、第１のしきい値を一回超えただけでは、大きな圧力変動になるとは限らず、適正な圧力制御を行うことができない場合がある。そこで、本実施の形態では、超過カウンタ１２４によって、第１のしきい値を超えた回数をカウントし、第２のしきい値と比較することによって、プラズマエッチング装置１００において、信頼性の高い圧力制御を実現させている。
一方、ステップＳ２で、開度は第１のしきい値を超えていない（Ｎｏ）と判定された場合は、再び、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１及びステップＳ２の手順を繰り返す。ステップＳ１とステップＳ２の手順は、ステップＳ２で開度が第１のしきい値を超えた（Ｙｅｓ）と判定されるか、あるいは、プラズマエッチング処理が終了するまで繰り返される。
また、ステップＳ４で、超過カウント値は第２のしきい値を超えていない（Ｎｏ）と判定された場合は、再び、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ４の手順を繰り返す。このステップＳ１からステップＳ４までの手順は、ステップＳ４で開度の増加率が第２のしきい値を超えた（Ｙｅｓ）と判定されるか、あるいは、プラズマエッチング処理が終了するまで繰り返される。
上記ステップＳ１〜ステップＳ５までの手順に従い、処理容器１内の圧力変動を抑制することができる。なお、上記のとおり、信頼性の高い圧力制御を行う上で、超過カウンタ１２４を用いて第１のしきい値を超えた回数をカウントすることは有利であるが、例えば、第１のしきい値をプラズマエッチング時の処理容器１内の通常の圧力変動幅よりも大きくすることによって、第１のしきい値を超えたか否かの判断で処理ガスの流量を調節することも可能である。
＜作用＞
プラズマエッチング装置１００では、特段の制御を行わない場合、エッチングが進行し、基板Ｓ上のエッチング対象膜が消失した直後に、処理容器１内の圧力が急激に上昇することがある。まず、この現象について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、プラズマエッチング装置１００を用いて、エッチング対象膜をエッチングした際の処理容器１内の圧力及びＡＰＣバルブ５５の開度の時間変化を示す特性図である。図７は、図６と同じプラズマエッチング処理の過程で、処理容器１内で生成するプラズマの発光の時間変化を示す特性図である。なお、エッチング対象膜としては、基板Ｓ上に、チタン層、アルミニウム層、チタン層がこの順番で積層されたものを用い、エッチングガスとしては、塩素ガスを用いた。図７では、波長３３５ｎｍにおけるＴｉの発光の強度及び波長３９６ｎｍにおけるＡｌの発光の強度を示している。
図６を参照すると、プラズマエッチングは、横軸の１０秒前後に開始され１２５秒前後で終了している。プラズマエッチングの間、処理容器１内の圧力はほぼ一定に推移しているが、終了間際の１００〜１１０秒の間に上昇に転じ、エッチング終了まで上昇し続けていることがわかる。一方、ＡＰＣバルブ５５の開度は、エッチング終了間際の１００〜１１０秒の間で急激に増加し、１１０秒以後は一定（開度が全開の状態）となっている。
一方、図７を参照すると、横軸の２５秒前後まで上層のＴｉ膜のエッチングが進むことによりＴｉの発光が観察されている。次に、中間のＡｌ膜のエッチング伴ってＡｌの発光が支配的となり、１００秒前後にＡｌの発光が消失する前後は、下層のＴｉ膜のエッチングによるＴｉの発光がピークとなっている。なお、図７のように各膜の成分の発光が重なるのは、大面積の基板Ｓの表面で均等にエッチングが進行するのではなく、例えば基板Ｓの外周から中心へ向けてエッチングが進行することによって、基板Ｓの面内で、上下に積層された２つの膜のエッチングが同時進行するためである。図７より、Ｔｉの発光がピークとなった後の１００秒から１１０秒の間は、３層構造のエッチング対象膜の最も下層のＴｉ膜がエッチングされて消失していくことにより、基板Ｓに形成された下地膜が徐々に露出し始めた段階であると考えられる。そして、この１００秒から１１０秒の間は、図６に示すように、ＡＰＣバルブ５５の開度が急激に上昇し、開度が全開になると、それ以後は圧力制御が不能になり、処理容器１内の圧力が上昇に転じていることがわかる。
図６及び図７から、処理容器１内の圧力上昇は、エッチング対象膜が存在している間は該対象膜との反応に消費されていた処理ガスが、エッチングが進み、エッチング対象膜が消失して消費されなくなることが原因であることが判る。このような急激な圧力変動が生じると、図６に示したように、ＡＰＣバルブ５５の開度が全開になったままとなり、ＡＰＣバルブ５５による処理容器１内の圧力制御が不能になる。また、図６及び図７より、ＡＰＣバルブ５５の開度の上昇は、処理容器１内の圧力上昇よりも先行して生じていることが判る。
そこで、本実施の形態の圧力制御方法及びそれを利用したプラズマエッチング方法では、図５に例示したステップＳ１〜ステップＳ５の手順に従い、処理容器１内の圧力上昇に先行して開度の上昇が始まるＡＰＣバルブ５５の開度をモニタし、その結果に基づいて、処理容器１内に導入する処理ガスの流量を変化させる。ここで、図８は、本実施の形態の圧力制御方法を実施した場合のＡＰＣバルブの開度及び処理ガス流量の時間変化を模式的に示す説明図である。図８中のＣ１、Ｃ２、Ｃ３…は、ＡＰＣバルブ５５の開度が第１のしきい値Ｔｈを超えた回数を超過カウンタ１２４がカウントして積算している区間を示している。また、図８の横軸のｔ１、ｔ２、ｔ３は、超過カウンタ１２４によるカウント値が第２のしきい値を超えた場合に、ＥＣ８１がＭＣ８３を介してマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３に対して制御信号を送出し、処理ガスの流量を所定量減らすタイミングを示している。
図５に例示したステップＳ１〜ステップＳ５の手順に従い、まず、処理容器１内の圧力上昇に先行するＡＰＣバルブ５５の開度上昇をモニタし、その結果に基づいて、区間Ｃ１では、ＡＰＣバルブ５５の開度が第１のしきい値Ｔｈを超えた回数を超過カウンタ１２４がカウントして積算していく。超過カウンタ１２４によるカウント値が第２のしきい値を超えた時点ｔ１で、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３は、処理ガスの流量をＶ０からＶ１へ減少させる。
次に、再度、図５のステップＳ１〜ステップＳ５の手順に従い、ＡＰＣバルブ５５の開度上昇をモニタし、その結果に基づいて、区間Ｃ２でＡＰＣバルブ５５の開度が第１のしきい値Ｔｈを超えた回数を積算していく。そして、超過カウンタ１２４によるカウント値が第２のしきい値を超えた時点ｔ２で、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３は、処理ガスの流量を、Ｖ１からＶ２へ減少させる。以後、圧力上昇が続く場合は、プラズマエッチング処理が終了するまで、同様の処理を繰りかえし実行する。
以上のように、本実施の形態の圧力制御方法及びそれを利用したプラズマエッチング方法では、処理容器１内の圧力上昇を処理ガス流量の抑制により相殺することによって、処理容器１内の圧力上昇を緩和できる。
図９は、プラズマエッチング装置１００において、本実施の形態の圧力制御方法を実際のプラズマエッチング処理に適用した実験結果を示している。この実験では、エッチング対象膜としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉの積層膜、処理ガス（エッチングガス）としてＣｌ２（塩素）を用いた。上記ステップＳ１〜ステップＳ５の手順に従い、ＡＰＣバルブ５５の開度上昇をモニタし、開度の上昇に応じて処理容器１内に導入する処理ガスの流量を減少させた。具体的には、ステップＳ１〜ステップＳ５の手順を繰り返すことによって、図９に示すように処理ガスの流量を、３５００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）から１７００ｍｌ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）まで段階的に低下させている。その結果、処理容器１内の圧力は、ほぼ１０ｍＴｏｒｒ（１．３Ｐａ）前後で安定して推移している。従って、図９から、本実施の形態の圧力制御方法の有効性が確認された。
以上のように、本実施の形態によれば、主にＡＰＣバルブ５５によって処理容器１内の圧力調節を行うプラズマエッチング装置１００において、ＡＰＣバルブ５５の開度をモニタし、その結果に基づいて、処理容器１内に導入する処理ガスの流量を調節する。例えば、開度が上昇した場合はガス流量を減少させ、処理容器１内の圧力上昇を処理ガス流量の抑制によって相殺し、処理容器１内の圧力上昇を緩和できる。また、ＡＰＣバルブ５５の開度の上昇は、処理容器１内の圧力上昇に先行するため、処理容器１内の圧力計測結果に基づき処理ガス流量を変化させるよりも応答性に優れている。従って、本発明によれば、大型の真空装置についても、真空ポンプを含む排気装置５７及びＡＰＣバルブ５５の設置個数を増やすことなく、処理容器１内の圧力制御を確実に行うことができる。また、処理容器１内の圧力上昇による過剰なラジカルの発生を抑制できるため、基板Ｓ表面に形成されたパターン形成の崩れの発生も防止できる。
［第２の実施の形態］
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態のプラズマエッチング装置、圧力制御方法及びプラズマエッチング方法について説明する。本実施の形態では、所定時間内でのＡＰＣバルブ５５の開度の増加率を求め、該増加率を基にガス流量を調節するか否かを判断する。以下の説明では、第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、第１の実施の形態と同一の構成について重複する説明は省略する。
図１０は、本実施の形態のプラズマエッチング装置における装置コントローラ（ＥＣ）８１Ａの機能構成を示す機能ブロック図である。以下の説明では、ＥＣ８１Ａのハードウェア構成が図３に示した構成になっているものとして、図３中の符号も参照する。図１０に示したように、ＥＣ８１Ａは、処理制御部１２１と、開度監視部１２２と、開度演算部１２６と、入出力制御部１２５とを備えている。これらは、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することによって実現される。
処理制御部１２１、開度監視部１２２及び入出力制御部１２５は、第１の実施の形態と同様の機能を有する。
開度演算部１２６は、開度監視部１２２（又はＡＰＣバルブ５５の開度監視部）がリアルタイムで取得したＡＰＣバルブ５５の開度を参照し、所定の経過時間の範囲内で、ＡＰＣバルブ５５の開度の増加率を演算する。すなわち、開度演算部１２６は、パラメータもしくはレシピの一部として予め記憶装置１０５に保存された任意の時間間隔に従い、開度監視部１２２（又はＡＰＣバルブ５５の開度監視部）の開度を参照し、その差分から当該時間間隔内の開度の増加率を求める。
流量制御部１２１ａは、開度演算部１２６で演算された開度の増加率が、所定のしきい値（第３のしきい値）を超えたか否かの判定を行うとともに、開度の増加率が第３のしきい値を超えた場合には、ＭＣ８３を介して、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３に対し、処理ガスの流量を所定量減らすように制御信号を送出する。これによって、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３は、処理ガスの流量を所定量減少させる。ここで、第３のしきい値は、パラメータもしくはレシピの一部として予め記憶装置１０５に保存されているものを流量制御部１２１ａが参照する。また、処理ガスの減少量も、パラメータもしくはレシピの一部として予め記憶装置１０５に保存されているものを流量制御部１２１ａが参照する。
本実施の形態の圧力制御方法は、図１１に示したステップＳ１１〜ステップＳ１４の手順を含むことができる。図１１は、ＡＰＣバルブ５５の開度をモニタすることによって、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３の流量を抑制する処理を１回行うまでの手順を示している。
まず、ステップＳ１１では、ＥＣ８１ＡがＡＰＣバルブ５５の開度を取得する。ＡＰＣバルブ５５の開度取得は、ＥＣ８１Ａの開度監視部１２２がＭＣ８３を介して行ってもよいし、ＡＰＣバルブ５５に付属する開度監視機能を利用し、ＭＣ８３を介してＥＣ８１Ａへ送信してもよい。
次に、ステップＳ１２では、ＥＣ８１Ａの開度演算部１２６によって、ステップＳ１１で取得されたＡＰＣバルブ５５の開度の所定経過時間の範囲内における増加率を算出する。
次に、ステップＳ１３では、流量制御部１２１ａが、開度演算部１２６で演算された開度の増加率が第３のしきい値を超えたか否かの判定を行う。そして、開度の増加率が、第３のしきい値を超えた（Ｙｅｓ）と判定された場合には、次のステップＳ１４で、流量制御部１２１ａは、ＭＣ８３を介してマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４３に対し、処理ガスの流量を所定量減らすように制御信号を送出する。
一方、ステップＳ１３で、超過カウント値は第３のしきい値を超えていない（Ｎｏ）と判定された場合は、再び、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１からステップＳ１３の手順を繰り返す。ステップＳ１１からステップＳ１３までの手順は、ステップＳ１３で開度の増加率が第３のしきい値を超えた（Ｙｅｓ）と判定されるか、あるいは、プラズマエッチング処理が終了するまで繰り返される。
上記ステップＳ１１〜ステップＳ１４までの手順に従い、処理容器１内の圧力変動を抑制することができる。本実施の形態では、所定の時間内の開度の増加率を指標としたが、所定の時間内の開度の差分に基づいて同様の制御を行ってもよい。
本実施の形態の他の構成及び効果は、第１の実施の形態と同様である。
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態では、平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げたが、本発明は、例えば、誘導結合プラズマ装置、表面波プラズマ装置、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ装置、ヘリコン波プラズマ装置など他の方式のプラズマエッチング装置にも適用可能である。また、ＡＰＣバルブを備え、チャンバー内の圧力調節が必要な真空装置であれば、ドライエッチング装置に限らず、成膜装置やアッシング装置などにも同等に適用可能である。
また、本発明は、ＦＰＤ用基板を被処理体とするものに限らず、例えば半導体ウエハや太陽電池用基板を被処理体とする場合にも適用できる。
また、上記実施の形態では、ＡＰＣバルブ５５の開度及び処理容器１内の圧力が上昇し、処理ガスの流量を減少させる場合を例に挙げたが、ＡＰＣバルブ５５の開度及び処理容器１内の圧力が下降し、処理ガスの流量を増加させる場合にも、本発明を適用できる。
１…処理容器、１ａ…底壁、１ｂ…側壁、１ｃ…蓋体、１１…サセプタ、１２…基材、１３，１４…シール部材、１５…絶縁部材、３１…シャワーヘッド、３３…ガス拡散空間、３５…ガス吐出孔、３７…ガス導入口、３９…処理ガス供給管、４１…バルブ、４３…マスフローコントローラ、４５…ガス供給源、５１…排気用開口、５３…排気管、５３ａ…フランジ部、５５…ＡＰＣバルブ、５７…排気装置、６１…圧力計、７１…給電線、７３…マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）、７５…高周波電源、１００…プラズマエッチング装置

Claims (16)

  1. 被処理体を収容するとともに、内部を真空保持可能な処理容器と、
    前記処理容器内にガス供給路を介して処理ガスを供給するガス供給源と、
    前記ガス供給路に設けられ、前記処理ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、
    前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、
    前記処理容器に排気路を介して接続された排気装置と、
    前記排気路に設けられ、前記圧力検出装置により検出された圧力値に基づき、自動的に開度を調節する自動圧力制御バルブと、
    前記自動圧力制御バルブの開度をモニタする開度監視部と、
    前記開度監視部のモニタ結果に基づき、前記流量調節装置により供給されるガス流量を調節する流量制御部と、
    を備え、
    前記流量制御部は、前記自動圧力制御バルブの開度を所定のしきい値と比較し、その結果に基づき、予め設定された減少量で前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御する処理を繰り返し実行する真空装置。
  2. 前記流量制御部は、前記自動圧力制御バルブの開度が所定のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御する請求項１に記載の真空装置。
  3. さらに、前記自動圧力制御バルブの開度が、第１のしきい値を超えた回数をカウントするカウンタ部を備え、
    前記流量制御部は、前記カウントの値が第２のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御する請求項１に記載の真空装置。
  4. さらに、所定の経過時間の範囲内で、前記自動圧力制御バルブの開度の増加率を演算する開度演算部を備え、
    前記流量制御部は、前記開度の増加率が、第３のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御する請求項１に記載の真空装置。
  5. 被処理体に対して、エッチングを行うエッチング装置である請求項１から４のいずれか１項に記載の真空装置。
  6. 被処理体が、ＦＰＤ用基板である請求項５に記載の真空装置。
  7. 被処理体を収容するとともに、内部を真空状態に保持可能に構成された処理容器と、
    前記処理容器内にガス供給路を介して処理ガスを供給するガス供給源と、
    前記ガス供給路に設けられ、前記処理ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、
    前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、
    前記処理容器に排気路を介して接続された排気装置と、
    前記排気路に設けられ、前記圧力検出装置により検出された圧力値に基づき、自動的に開度を調節する自動圧力制御バルブと、
    を備えた真空装置において前記処理容器内の圧力を制御する圧力制御方法であって、
    前記自動圧力制御バルブの開度をモニタし、該開度を所定のしきい値と比較し、その結果に基づき、予め設定された減少量で前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御する処理を繰り返し実行することを特徴とする真空装置の圧力制御方法。
  8. 前記自動圧力制御バルブの開度が所定のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御する請求項７に記載の真空装置の圧力制御方法。
  9. 前記自動圧力制御バルブの開度が、第１のしきい値を超えた回数をカウントし、該カウント値が第２のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御する請求項７に記載の真空装置の圧力制御方法。
  10. 所定の経過時間の範囲内で、前記自動圧力制御バルブの開度の増加率が、第３のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御する請求項７に記載の真空装置の圧力制御方法。
  11. 前記真空装置が、被処理体に対してエッチングを行うエッチング装置である請求項７から１０のいずれか１項に記載の真空装置の圧力制御方法。
  12. 被処理体が、ＦＰＤ用基板である請求項１１に記載の真空装置の圧力制御方法。
  13. 被処理体を収容するとともに、内部を真空状態に保持可能に構成された処理容器と、
    前記処理容器内にガス供給路を介して処理ガスを供給するガス供給源と、
    前記ガス供給路に設けられ、前記処理ガスの供給流量を調節する流量調節装置と、
    前記処理容器内の圧力を検出する圧力検出装置と、
    前記処理容器に排気路を介して接続された排気装置と、
    前記排気路に設けられ、前記圧力検出装置により検出された圧力値に基づき、自動的に開度を調節する自動圧力制御バルブと、
    を備えたエッチング装置を用い、被処理体をエッチング処理するエッチング方法であって、
    前記自動圧力制御バルブの開度をモニタし、該開度を所定のしきい値と比較し、その結果に基づき、予め設定された減少量で前記処理ガスの供給流量を減少させるように前記流量調節装置を制御する処理を繰り返し実行することを特徴とするエッチング方法。
  14. 前記自動圧力制御バルブの開度が所定のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させる請求項１３に記載のエッチング方法。
  15. 前記自動圧力制御バルブの開度が、第１のしきい値を超えた回数をカウントし、該カウント値が第２のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させる請求項１３に記載のエッチング方法。
  16. 所定の経過時間の範囲内で、前記自動圧力制御バルブの開度の増加率が、第３のしきい値を超えた場合に、前記処理ガスの供給流量を減少させるように制御する請求項１３に記載のエッチング方法。
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