(57)【要約】【課題】装置稼働状態を適正に監視するための真空ポンプの排気能力や真空配管系の異常をオンライン状態で簡便に監視することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】処理室３ａ内の基板８を対象としてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置１において、処理室３ａ内部の到達真空度を計測する第１の真空センサ１５に加えて、排気配管系１２において処理室３ａと真空ポンプ１４とを断接する真空バルブ１３と真空ポンプ１４との間に第２の真空センサ１７を設け、真空バルブ１３を閉にした状態での第２の真空センサ１７の計測結果に基づいて、真空ポンプ１４の排気能力の異常や、真空排気配管１２ｂの真空リークなどの異常の有無を、制御部２２によって検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉構造の処理室内に載置された被処理物を対象として減圧雰囲気でプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記処理室を形成する真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられ前記被処理物が載置される電極部と、前記処理室に真空排気配管を介して接続され前記処理室内を排気する真空ポンプと、前記真空排気配管に設けられ前記処理室と前記真空ポンプとを断接する真空バルブと、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記電極部に高周波電圧を印加する高周波電源部と、前記処理室に連通して設けられた第１の真空度計測部と、前記真空排気配管において前記真空バルブと前記真空ポンプとの間に設けられた第２の真空度計測部とを備え、
前記第１の真空度計測部の計測結果に基づいて前記処理室内部の到達真空度を計測し、
前記真空バルブを閉にした状態での前記第２の真空度計測部の計測結果に基づいて前記真空ポンプおよびまたは前記真空排気配管の異常の有無を検出することを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉構造の処理室内に載置された基板などの被処理物を対象として減圧雰囲気でプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の製造分野では、電子部品が実装される基板の表面清浄化のためのクリーニングや表面改質を目的としてプラズマ処理が広く用いられている。この方法は密閉空間内を減圧雰囲気にしてプラズマを発生させ、このプラズマの物理作用や化学作用によって処理対象面の表面処理を行うものである。この方法では減圧雰囲気を形成するため、密閉構造の処理室を形成する真空チャンバと、処理室内を真空排気する真空排気手段を必要とする。そして、プラズマクリーニングの各サイクルごとに真空チャンバを開閉して電子部品の出し入れを行い、真空チャンバを閉じた後はその都度処理室内が所定真空度に到達するまで真空排気を行う。この真空排気に要する時間は、プラズマクリーニングの１サイクルのタクトタイムの相当部分を占めるものである。
【０００３】
このプラズマ処理は、処理対象物の表面に電子やイオンを衝突させ、そのエッチング効果で表面の汚染物を除去するものであるため、除去された微粒子状の汚染物は周囲に飛散して密閉空間を形成する真空チャンバの内壁面に付着する。この汚染物が真空チャンバの内面に付着・堆積すると、この堆積層が真空チャンバの開閉の度に外部から導入される大気中の水蒸気その他のガスを吸着する。これらのガスは、真空チャンバの真空排気時に堆積層から放出され真空排気に要する時間を増加させることから、このような汚染物の付着・堆積は極力防止する必要がある。
【０００４】
このため従来よりプラズマ処理装置として、このような付着を防止するための防着用のシールド部材を真空チャンバの内面に装着するとともに、真空センサによって処理室内の真空度を計測することにより汚染物に起因する真空排気時間の遅延を監視して、適正なメンテナンス時期を自動的に指示する機能を備えたものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−５４４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述の先行技術例においては、次のような不都合があった。すなわち、真空排気時間の遅延は、処理室を構成する真空チャンバの内面の汚損のみならず、真空排気源である真空ポンプ自体の汚損や真空配管系におけるリークなどの異常によっても大きな影響を受ける。ところが、従来のプラズマ処理装置においては、真空センサはプラズマ処理プロセスにおける到達真空度の監視が主目的であることから処理室と連通して配設されており、真空ポンプ自体の汚損に伴う排気能力の低下や真空配管系のリークなどを特定して検出することができない。このため真空ポンプ自体の排気能力や真空配管系などの異常を検出するためには、装置稼働を停止して別途専用のテストを行う必要があり、このことが装置稼働率を低下させる要因の１つとなっていた。このように従来のプラズマ処理装置においては、装置稼働状態を適正に監視するための真空ポンプの排気能力や真空配管系の異常をオンライン状態で簡便に監視することが困難であるという課題があった。
【０００６】
そこで本発明は、装置稼働状態を適正に監視するための真空ポンプの排気能力や真空配管系の異常をオンライン状態で簡便に監視することができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置は、密閉構造の処理室内に載置された被処理物を対象として減圧雰囲気でプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記処理室を形成する真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられ前記被処理物が載置される電極部と、前記処理室に真空排気配管を介して接続され前記処理室内を排気する真空ポンプと、前記真空排気配管に設けられ前記処理室と前記真空ポンプとを断接する真空バルブと、前記処理室内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部と、前記電極部に高周波電圧を印加する高周波電源部と、前記処理室に連通して設けられた第１の真空度計測部と、前記真空排気配管において前記真空バルブと前記真空ポンプとの間に設けられた第２の真空度計測部とを備え、前記第１の真空度計測部の計測結果に基づいて前記処理室内部の到達真空度を計測し、前記真空バルブを閉にした状態での前記第２の真空度計測部の計測結果に基づいて前記真空ポンプおよびまたは前記真空排気配管の異常の有無を検出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、処理室内部の到達真空度を計測する第１の真空度計測部に加えて、真空排気配管において処理室と真空ポンプとを断接する真空バルブと真空ポンプとの間に第２の真空度計測部を設けることにより、真空バルブを閉にした状態での第２の真空度計測部の計測結果に基づいて真空ポンプや真空排気配管の異常の有無を検出することができ、装置稼働状態を適正に監視するための真空ポンプの排気能力や真空配管系の異常をオンライン状態で簡便に監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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におけるプラズマ処理動作のフロー図、図３は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図、図４は本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における到達真空度の経時変化を示すグラフである。
【００１０】
まず図１を参照してプラズマ処理装置１の構成を説明する。プラズマ処理装置１は、密閉構造の処理室内に載置された被処理物である基板を対象として、減圧雰囲気でプラズマクリーニングや表面改質などを目的としたプラズマ処理を行う機能を有するものである。図１において、平板状のベース部２の上面側には、プラズマ処理のための処理室３ａを形成する真空チャンバ３が設けられている。真空チャンバ３は、下方が開口した箱形状の蓋部材４を、開閉機構（図示省略）によってベース部２に対して昇降自在に配設した構成となっている。
【００１１】
ベース部２には電極装着用の開口部２ａが設けられており、開口部２ａにはアルミニウムなどの導電体よりなる電極本体部５が絶縁部材６を介して装着されている。ベース部２の開口部２ａの外側には、シール部材１０が蓋部材４の下端部の形状に対応した配置で装着されている。蓋部材４を下降させて下端部をベース部２に設けられたシール部材１０に当接させることにより、蓋部材４の下方には密閉構造の処理室３ａが形成される。
【００１２】
電極本体部５の上面は、セラミックスなどの絶縁体で形成された絶縁プレート７で覆われており、絶縁プレート７上にはプラズマ処理対象の基板８が載置される。すなわち電極本体部５および絶縁プレート７は、真空チャンバ３内に設けられ被処理物である基板８が載置される電極部となっている。絶縁プレート７の上面には、基板８の搬送をガイドするためのガイド部材９が基板搬送方向（矢印ａ方向）に配設されている。またベース部２の上面には、蓋部材４の下端部と干渉する位置を除いて、ガイド部材９と整列する方向にガイド部材９ａが配設されている。
【００１３】
上流側（図１において左側）から供給された基板８は、基板搬送機構１１によって後端部を押送されて下流側へ移動し、ガイド部材９ａ、９に沿って処理室３ａ内に搬入される。絶縁プレート７上に基板８が載置された状態で、処理室３ａにおいてプラズマ放電を発生させることにより、絶縁プレート７上に搬入された基板８を対象として、表面清浄化のためのクリーニングや表面改質などを目的としたプラズマ処理が行われる。プラズマ処理終了後の基板８は、同様にガイド部材９、９ａによってガイドされて、基板搬送機構１１によって搬出される。
【００１４】
ベース部２には、処理室３ａに開孔する排気用開孔部２ｂ、ガス供給孔２ｃが設けられている。排気用開孔部２ｂには排気配管系１２を構成する第１の真空排気配管１２ａが接続されており、さらに第１の真空排気配管１２ａには、真空バルブ１３、第２の真空排気配管１２ｂを介して、真空ポンプ１４が接続されている。真空バルブ１３、真空ポンプ１４の動作は、制御部２２によって制御される。蓋部材４が下降して処理室３ａが密閉された状態で真空ポンプ１４を作動させることにより、処理室３ａ内は真空排気され、減圧雰囲気が形成される。すなわち、真空ポンプ１４は処理室３ａに、第１の真空排気配管１２ａおよび第２の真空排気配管１２ｂよりなる排気配管系１２を介して接続されて、処理室３ａ内を排気する構成となっており、真空バルブ１３は第２の真空排気配管１２ｂに設けられて、処理室３ａと真空ポンプ１４とを断接する機能を有している。
【００１５】
第１の真空排気配管１２ａには、第１の真空センサ１５およびベントバルブ１６が接続されており、第２の真空排気配管１２ｂには第２の真空センサ１７が接続されている。第１の真空センサ１５は第１の真空排気配管１２ａを介して処理室３ａと連通しており、第１の真空センサ１５は処理室３ａに連通して設けられた第１の真空度計測部となっている。そして第１の真空センサ１５の検出結果に基づいて処理室３ａ内部の到達真空度が計測され、この計測結果は制御部２２に伝達される。プラズマ処理プロセスにおいては、この計測結果は処理室３ａ内の真空度を予め設定されたプロセス圧力に保持するためのフィードバック値として用いられるとともに、真空チャンバ３の内部清掃などのメンテナンスの要否を判定するための判定用データとしても用いられる。
【００１６】
処理室３ａ内が真空排気された減圧状態においてベントバルブ１６を開放することにより、処理室３ａ内には第１の真空排気配管１２ａを介して大気が導入される。これにより処理室３ａの真空が破壊され、蓋部材４を上昇させて真空チャンバ３を開にすることが可能となる。第２の真空センサ１７は、真空バルブ１３を閉じた状態における第２の真空排気配管１２ｂ内の真空度を検出し、検出結果は制御部２２に伝達される。これにより、真空ポンプ１４の真空排気能力の異常や第２の真空排気配管１２ｂの真空リークの有無など、真空排気系の異常の有無を検知することができる。すなわち第２の真空センサ１７は、排気配管系１２の第２の真空排気配管１２ｂにおいて、真空バルブ１３と真空ポンプ１４との間に設けられた第２の真空度計測部となっている。そして真空バルブ１３を閉にした状態での第２の真空センサ１７の計測結果に基づいて、制御部２２は真空ポンプ１４の排気能力の異常の有無、第２の真空排気配管１２ｂにおける真空リークの有無など、真空排気系の異常の有無を検出する。
【００１７】
ガス供給孔２ｃには、ガス供給配管１８、ガスバルブ１９を介して、処理室３ａ内にプラズマ発生用ガスを供給するガス供給部２０が接続されている。ガスバルブ１９およびガス供給部２０は制御部２２によって制御され、ガスバルブ１９を開にすることにより、処理室３ａ内にはガス供給部２０によってアルゴンガス、酸素ガス、フッ素ガスなど、プラズマ処理対象に応じた種類のプラズマ発生用ガスが供給される。電極本体部５には、制御部２２によって制御される高周波電源部２１が電気的に接続されている。高周波電源部２１を駆動することにより、電極本体部５には高周波電圧が印加され、これにより処理室３
ａ内においてプラズマ放電が発生する。
【００１８】
次にプラズマ処理装置１によるプラズマ処理動作を、図２のフローに則して図３を参照して説明する。プラズマ処理作業が開始されると、まず基板搬送動作が実行される（ＳＴ１）。すなわち、蓋部材４を上昇させて（矢印ｂ）真空チャンバ３を開にした状態で、図３（ａ）に示すように、上流側から供給された基板８の後端部を基板搬送機構１１によって押送することにより、基板８をガイド部材９ａに沿って搬送する（矢印ｃ）。そして基板８はさらにガイド部材９によってガイドされながら移動して、電極本体部５上の絶縁プレート７の上面に搬入されて所定位置に保持される。この後、基板搬送機構１１が蓋部材４の下方から退出（矢印ｅ）したならば、図３（ｂ）に示すように、蓋部材４を下降させて（矢印ｄ）真空チャンバ３を閉じる（ＳＴ２）。
【００１９】
この後、ベントバルブ１６を閉じ（ＳＴ３）、次いで真空バルブ１３を開にして（ＳＴ４）、真空ポンプ１４によって排気配管系１２を介して真空排気する（矢印ｆ）。これにより、処理室３ａ内はプラズマ処理に適合した所定のプロセス圧力まで減圧される。次いでガスバルブ１９を開にして（ＳＴ５）、ガス供給部２０によってガス供給配管１８を介して、処理室３ａ内にプラズマ発生用ガスを供給する（矢印ｇ）。
【００２０】
次いでこの状態で高周波電源部２１を駆動することにより、処理室３ａ内でプラズマ放電が開始され（ＳＴ６）、絶縁プレート７上に載置された基板８を対象とするプラズマ処理が実行される。そして所定の処理時間が経過したならば、処理室３ａ内におけるプラズマ放電を終了する（ＳＴ７）。この後、ガスバルブ１９を閉じて（ＳＴ８）、処理室３ａ内へのプラズマ発生用ガスの供給を停止し、次いで真空バルブ１３を閉にして（ＳＴ９）、真空ポンプ１４による真空排気を停止する。
【００２１】
そしてベントバルブ１６を開にし（ＳＴ１０）、処理室３ａ内に大気を導入して真空破壊を行った後に、図３（ｃ）に示すように、蓋部材４を上昇させて（矢印ｈ）真空チャンバ３を開にする（ＳＴ１１）。次いでこの状態で処理済みの基板８を、基板搬送機構１１によってガイド部材９ａに沿って押送し（矢印ｊ）、下流側へ搬出する。これにより、１つの基板８を対象としたプラズマ処理の１サイクルが終了し、この後（ＳＴ１）に戻って、後続の基板８を対象とする同様の作業ステップが反復して実行される。
【００２２】
上述の作業フローが実行される過程においては、処理室３ａ内の到達真空度が所定のプロセス圧力に適合しているか、処理室３ａ内や真空ポンプ１４や排気配管系１２などの状態が正常であるか否かを、第１の真空センサ１５、第２の真空センサ１７による真空度の計測結果に基づいて判定する処理が制御部２２によって実行される。図３は、これらの判定処理における第１の真空センサ１５、第２の真空センサ１７の計測値の経時変化をグラフで示したものであり、曲線Ｃ１，Ｃ２は第１の真空センサ１５による計測値を，Ｃ３は第２の真空センサ１７による計測値をそれぞれ示している。
【００２３】
曲線Ｃ１は、図２に示すプラズマ処理プロセスを実行するたびに取得される処理室３ａ内の真空度の経時変化を示すものである。すなわち、図２の（ＳＴ４）にて真空バルブ１３が開となって、処理室３ａ内が真空ポンプ１４によって真空排気されることにより、第１の真空センサ１５の計測値は大気圧に相当する圧力値Ｐａから徐々に低下する。そして所定のプロセス圧力Ｐｐ（ここでは１０［Ｐａ］程度の圧力レベル）に到達した後、プラズマ発生用ガスが処理室３ａ内に供給されることによる一時的な圧力上昇（矢印ｋ）の後、再びプロセス圧力Ｐｐに収束する。そしてプラズマ処理が継続される過程においては、第１の真空センサ１５によって検出された計測値が制御部２２にフィードバックされることにより、処理室３ａ内の圧力が所定のプロセス圧力Ｐｐに保持される。
【００２４】
曲線Ｃ２は、真空チャンバ３のメンテナンスの要否を判定するためのメンテナンス判定用排気動作時において取得される処理室３ａ内の真空度の経時変化を示すものである。すなわちプラズマ処理を反復実行する過程においては、被処理物から除去された異物等が蓋部材４の内壁面など真空チャンバ３の内部に付着堆積する。そしてこれらの付着堆積物に吸着捕捉された水分や有機性のガスが真空排気時に放出されることより、真空チャンバ３内の真空排気効率が低下する。
【００２５】
このような真空排気効率の低下を防止するため、真空チャンバ３の内部を対象として清掃などのメンテナンス処理を適正なインターバルで実行する必要がある。ここに示す例では、処理室３ａ内の到達真空度の目標設定値をプロセス圧力Ｐｐよりも高い真空度に相当する目標到達圧力Ｐｖ（ここでは１［Ｐａ］程度の圧力レベル）に設定した上で、処理室３ａ内を真空ポンプ１４によって真空排気する。
【００２６】
そして排気能力の確認のために必要十分な排気試行時間として予め設定された第１判定時間Ｔ１が経過した時点で、第１の真空センサ１５による計測値が、予め設定されたメンテナンス判定用圧力Ｐｍを超えているか否かを判断する。すなわち第１判定時間Ｔ１の経過時点において、計測値がメンテナンス判定用圧力Ｐｍを超えている場合には、真空チャンバ３内の汚損によって真空排気効率が低下していると判断して、真空チャンバ３のメンテナンスが必要である旨の指示を、警報や表示などの報知手段（図示省略）によって報知する。
【００２７】
曲線Ｃ３は、排気能力確認動作時において取得される第２の真空排気配管１２ｂ内の真空度の経時変化を示すものである。この排気能力確認動作は、真空ポンプ１４の排気能力や第２の真空排気配管１２ｂの真空リークの有無を確認するために実行されるものであり、真空バルブ１３を閉にして真空ポンプ１４を作動させた状態における第２の真空排気配管１２ｂ内の真空度を経時的に取得することにより行われる。すなわち、プラズマ処理を反復実行する過程においては、処理室３ａ内を真空排気する真空ポンプ１４はプラズマ発生用ガスなどの通常の気体のみならず、被処理物から除去された微粒子などの異物や水分なども同時に吸引する。そしてこれらの異物が真空ポンプ１４の内部に付着堆積することにより、真空ポンプ１４自体の排気能力が低下して真空排気時間の遅延などの不具合を招く。また真空ポンプ１４が接続された第２の真空排気配管１２ｂに真空リークなどの不具合が存在する場合には、真空ポンプ１４が正常の排気能力を有していても、同様に真空排気時間の遅延が生じる。
【００２８】
このような不具合を防止するためには、真空ポンプ１４の排気能力や第２の真空排気配管１２ｂにおける配管系の不具合を正しく確認して、真空ポンプ１４のオーバーホールや配管部品の交換などのメンテナンスをタイミングよく実行する必要がある。本実施の形態に示すプラズマ処理装置においては、このような不具合の有無を、第２の真空排気配管１２ｂに設けられた第２の真空センサ１７の計測結果によって検出するようにしている。すなわち処理室３ａ内の真空排気を行う必要がないタイミング（例えば図２に示す（ＳＴ１）にて基板搬送動作を行っている間）において真空バルブ１３を閉じ、第２の真空排気配管１２ｂを完全な閉鎖系とした上で、到達真空度の目標設定値を前述の目標到達圧力Ｐｖに設定して、第２の真空排気配管１２ｂ内を真空ポンプ１４によって真空排気する。
【００２９】
そして所定の第２判定時間Ｔ２が経過した時点で、第２の真空センサ１７による計測値が、予め設定されたメンテナンス判定用圧力Ｐｍを超えているか否かを判断する。なお第２の真空排気配管１２ｂの内容積は小さく速やかに真空排気が完了することから、第２判定時間Ｔ２は、前述の第１判定時間Ｔ１よりも大幅に短い時間に設定することができる。このように設定された第２判定時間Ｔ２の経過時点において計測値がメンテナンス判定用圧力Ｐｍを超えている場合には、真空ポンプ１４の排気能力自体の低下もしくは第２の真
空排気配管１２ｂの真空リーク、またはその両方が存在する事態など、真空排気系に何らかの不具合が生じていると判定し、その旨を警報や表示などの報知手段によって報知する。
【００３０】
すなわち本実施の形態においては、真空バルブ１３を閉にした状態での第２の真空センサ１７の計測結果に基づいて真空ポンプ１４およびまたは第２の真空排気配管１２ｂの異常の有無を検出する。なおここで用いるメンテナンス判定用圧力Ｐｍは、前述の真空チャンバ３のメンテナンス要否判定を対象とする場合のメンテナンス判定用圧力Ｐｍと同じものを用いてもよく、また専用のメンテナンス判定用圧力Ｐｍをそれぞれ個別に設定するようにしてもよい。
【００３１】
上記説明したように本実施の形態に示すプラズマ処理装置１においては、処理室３ａ内部の到達真空度を計測する第１の真空センサ１５に加えて、排気配管系１２において処理室３ａと真空ポンプ１４とを断接する真空バルブ１３と真空ポンプ１４との間に、第２の真空センサ１７を設けるようにしている。これにより、真空バルブ１３を閉にした状態での第２の真空センサ１７の計測結果に基づいて、真空ポンプ１４の排気能力の低下や、排気配管系１２の真空リークなどの異常の有無を、簡便な構成で確実に検出することができる。
【００３２】
そしてこのような異常の有無の検出は、基板搬送動作時など、装置稼働時において処理室３ａ内の真空排気を行っていない間に、装置停止を必要とせずに実行可能である。したがって装置稼働を停止して別途専用のテストを行う必要があった従来技術と比較して、装置稼働率を向上させることが可能となっている。これにより、装置稼働状態を適正に監視するための真空ポンプの排気能力や真空配管系の異常を、オンライン状態で簡便に監視することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のプラズマ処理装置は、装置稼働状態を適正に監視するための真空ポンプの排気能力や真空配管系の異常をオンライン状態で簡便に監視することができるという効果を有し、基板のエッチングや表面改質をプラズマ処理によって行う用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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におけるプラズマ処理動作のフロー図
【図３】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置の動作説明図
【図４】本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置における到達真空度の経時変化を示すグラフ
【符号の説明】
【００３５】
１  プラズマ処理装置
３  真空チャンバ
３ａ  処理室
５  電極本体部
８  基板
１１  基板搬送機構
１２  排気配管系
１２ａ  第１の真空排気配管
１２ｂ  第２の真空排気配管
１３  真空バルブ
１４  真空ポンプ
１５  第１の真空センサ（第１の真空度計測部）
１６  ベントバルブ
１７  第２の真空センサ（第２の真空度計測部）
１９  ガスバルブ
２０  ガス供給部
２１  高周波電源部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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