(57)【要約】【課題】  空気圧アクチュエータを用いて高精度な位置制御を行う。【解決手段】  チャンバ内１０２に配置された上部電極１２０を有し，チャンバ１０２内のウエハＷに対向するように配置された上部電極１２０を有し，上部電極１２０をスライド機構２１０により一方向に摺動自在に支持する摺動支持部材２０４と，摺動支持部材２０４に連設されたロッド２０２を有する空気圧シリンダ２２０と，空気圧シリンダ２２０を駆動制御する駆動制御手段３００（空気圧回路３１０，制御手段４００）とを備える。【選択図】    図１
2005093843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に配置された電極を利用して発生させるプラズマにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，
前記電極をスライド機構により一方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と，
前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと，
前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と，
前記空気圧回路を制御して前記電極の位置制御を行う制御手段と，
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記スライド機構は，
前記摺動支持部材の外周に前記電極の摺動方向に沿って設けられたレールと，
前記レールを前記摺動方向に案内し摺動自在に支持し，前記処理容器に固定される案内部材とを有する，
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記案内部材は，前記電極の水平方向調整部材を介して前記処理容器に固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記空気圧シリンダのロッドは，前記電極の略中央に配置することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記空気圧回路は，空気圧源と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ，前記制御手段からの制御信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気の流れを切換えることによって，前記空気圧シリンダのロッドを駆動可能とする切換弁と，
前記切換弁と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ，前記制御手段からの停止信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気を遮断することによって，前記空気圧シリンダのロッドを停止保持可能とする駆動停止弁と，
を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記空気圧シリンダのロッドの動きを検出することにより，前記電極の位置を検出する位置検出手段を設け，
前記制御手段は，前記位置検出手段により検出された前記電極の現在位置を前記電極の目標位置から引いた偏差に基づいて前記電極の位置制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記制御手段は，前記電極を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定し，前記電極を徐々に駆動することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記電極は，前記処理容器内に互いに平行に配設された一対の電極のうちの一方の電極であって，
前記被処理体は，前記他方の電極に載置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
処理容器内に配置された上部電極を利用して発生させるプラズマにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の上部電極ユニットであって，
前記処理容器内に配置された上部電極と，
前記上部電極をスライド機構により上下方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と，
前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと，
前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と，
前記空気圧回路を制御して前記上部電極の位置制御を行う制御手段と，
を備えることを特徴とする上部電極ユニット。
【請求項１０】
前記スライド機構は，
前記摺動支持部材の外周に前記上部電極の摺動方向に沿って設けられたレールと，
前記レールを前記摺動方向に案内し摺動自在に支持し，前記処理容器に固定される案内部材とを有する，
ことを特徴とする請求項９に記載の上部電極ユニット。
【請求項１１】
前記案内部材は，前記上部電極の水平方向調整部材を介して前記処理容器に固定されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の上部電極ユニット。
【請求項１２】
前記空気圧シリンダのロッドは，前記上部電極の略中央に配置することを特徴とする請求項９に記載の上部電極ユニット。
【請求項１３】
前記空気圧回路は，空気圧源と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ，前記制御手段からの制御信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気の流れを切換えることによって，前記空気圧シリンダのロッドを駆動可能とする切換弁と，
前記切換弁と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ，前記制御手段からの停止信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気を遮断することによって，前記空気圧シリンダのロッドを停止保持可能とする駆動停止弁と，
を設けたことを特徴とする請求項９に記載の上部電極ユニット。
【請求項１４】
前記空気圧シリンダのロッドの動きを検出することにより，前記上部電極の位置を検出する位置検出手段を設け，
前記制御手段は，前記位置検出手段により検出された前記上部電極の現在位置を前記上部電極の目標位置から引いた偏差に基づいて前記上部電極の位置制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の上部電極ユニット。
【請求項１５】
前記制御手段は，前記上部電極を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定し，前記上部電極を徐々に駆動することを特徴とする請求項１４に記載の上部電極ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，被処理体例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などフラットディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板，すなわちＬＣＤ基板などのＦＰＤ基板の他，半導体ウエハ等をプラズマ処理するプラズマ処理装置にかかり，より詳細にはプラズマ処理装置内に設けられた電極などの部材を所望の位置に駆動制御可能なプラズマ処理装置及び上部電極ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，半導体デバイス，ＬＣＤ基板等を製造するための各工程において，被処理体例えば半導体ウエハ（以下，単にウエハという。），ＬＣＤ基板等をプラズマ処理するプラズマ処理装置では，処理装置内に配設されている部材例えば電極を直線運動させて所望の位置に駆動制御させる場合には，アクチュエータとしてサーボモータやステッピングモータなどのモータを用いて追従制御を行うようになっていた。
【０００３】
このようにアクチュエータとしてモータを用いる構造では，モータの回転を直線運動に変換するために，プーリやギア，ベルトやチェーンなどの動力伝達機構を形成する強固な構造体が必要となり，処理装置自体が大型化するという問題があった。また，モータや動力伝達機構の回転運動により振動や騒音が発生し，ウエハのプロセス処理結果などに影響を与える虞があるという問題もあった。さらに，動力伝達機構を構成するギアやチェーンは消耗品であるため，定期的なメンテナンスも必要となるという問題もあった。
【０００４】
この点，アクチュエータとしてモータの代りに油圧式アクチュエータを使用することも考えられるが，油圧式アクチュエータは配管が困難であり，油漏れがクリーンルームの汚染原因になる虞もあるなどの問題があり，プラズマ処理装置に使用するアクチュエータとしては適切ではない。
【０００５】
また，アクチュエータとして空気圧アクチュエータを使用することも考えられる。空気圧アクチュエータであれば油漏れの虞もなく，クリーンルームの汚染することもない。また，空気圧アクチュエータは，軽量かつ高出力でコンパクトな構造にまとめられる利点がある。このため，プラズマ処理装置の分野でも，ウエハカセットの昇降機構（例えば特許文献１参照）や処理室のウエハ搬出入口に設けられたゲート開閉機構（例えば特許文献２参照）に用いられている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５８９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら，プラズマ処理装置内に設けられた部材を駆動制御させるために，アクチュエータとして空気圧アクチュエータを使用する場合には，空気特有の物性例えば粘性，密度等による圧縮性や伝達遅延に起因する非線形性のために制御性が悪く，また温度などの外的要因によっても制御性が左右され，特に高精度な位置制御を行うのが困難であるという問題があった。
【０００８】
このため，従来，空気圧アクチュエータは一定反復作業のような単純作業に主に使用され，高精度な位置制御が要求される例えば電極などの駆動制御には用いられていなかった。
【０００９】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，空気圧アクチュエータを用いて高精度な位置制御を行うことができるプラズマ処理装置及び上部電極ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，処理容器内に配置された電極を利用して発生させるプラズマにより被処理体をプラズマ処理するを有するプラズマ処理装置であって，前記電極をスライド機構によって一方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と，前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと，前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と，前記空気圧回路を制御して前記電極の位置制御を行う制御手段とを備えることを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明の第２の観点によれば，処理容器内に配置された上部電極を利用して発生させるプラズマにより被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の上部電極ユニットであって，前記処理容器内に配置された上部電極と，前記上部電極をスライド機構によって上下方向に摺動自在に支持する摺動支持部材と，前記摺動支持部材に連設されたロッドを有する空気圧シリンダと，前記空気圧シリンダを駆動する空気圧回路と，前記空気圧回路を制御して前記上部電極の位置制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする上部電極ユニットが提供される。
【００１２】
このような構成の第１の観点及び第２の観点の発明によれば，空気圧シリンダとは別に電極を一方向（例えば上下方向）に摺動自在に支持する摺動支持部材を設けることによって，空気圧シリンダにかかる一方向以外の方向の負荷（外乱）を排除し，空気圧シリンダを一方向の動きに集中させることができる。これにより，空気圧シリンダによって電極の位置制御を精度よく行うことができる。
【００１３】
また，第２の観点のように上部電極，上部電極の駆動機構，その制御手段をユニット化することにより，既存のプラズマ処理装置に対しても上部電極ユニットを交換するだけで，空気圧シリンダで位置制御可能な上部電極を簡単に付加することができる。
【００１４】
上記第１の観点及び第２の観点におけるスライド機構は，前記摺動支持部材の外周に前記電極の摺動方向に沿って設けられたレールと，前記レールを前記摺動方向に案内し摺動自在に支持し，前記処理容器に固定される案内部材とを有するように構成してもよい。これにより，簡単な構成で電極を摺動支持させることができる。この場合，案内部材は前記電極の水平方向調整部材を介して前記処理容器に固定されるようにしてもよい。これにより，水平方向調整部材により案内部材の傾きを調整することによって電極を水平方向に簡単に微調整することができる。
【００１５】
また，第１の観点及び第２の観点における空気圧シリンダのロッドは，前記電極の略中央に配置するように構成してもよい。これにより，空気圧シリンダのロッドにかかる荷重の偏心やモーメントの発生を抑えることができるので，より精度よく電極の位置制御を行うことができる。
【００１６】
また，第１の観点及び第２の観点における空気圧回路は，空気圧源と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ，前記制御手段からの制御信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気の流れを切換えることによって，前記空気圧シリンダのロッドを駆動可能とする切換弁と，前記切換弁と前記空気圧シリンダとの途中に設けられ，前記制御手段からの停止信号に基づいて前記空気圧シリンダに供給される圧縮空気を遮断することによって，前記空気圧シリンダのロッドを停止保持可能とする駆動停止弁とを設けるように構成してもよい。これによれば，制御手段により電極の移動位置や方向を制御することができ，例えばプラズマ処理装置に異常があった場合には電極の移動を停止して保持させることができる。
【００１７】
また，第１の観点及び第２の観点における空気圧シリンダのロッドの動きを検出することにより，前記電極の位置を検出する位置検出手段を設け，前記制御手段は，前記位置検出手段により検出された前記電極の現在位置を前記電極の目標位置から引いた偏差に基づいて前記電極の位置制御を行うようにしてもよい。この場合，前記電極を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定し，前記電極を徐々に駆動するようにしてもよい。これにより，空気圧シリンダを駆動するための空気特有の物性例えば粘性，密度等による急激な駆動や振動を極力防止することができる。これにより，空気圧シリンダによって上部電極を駆動しても，例えば処理容器内のパーティクルなどを巻上げるなどの不都合をなくすことができる。
【００１８】
なお，第１の観点における電極は，前記処理容器内に互いに平行に配設された一対の電極のうちの一方の電極であって，前記被処理体は，前記他方の電極に載置されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば，空気圧アクチュエータである空気圧シリンダにかかる負荷を極力軽減するこにより，空気圧シリンダを用いて高精度な位置制御を行うことができるプラズマ処理装置及び上部電極ユニットを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の一例として，平行平板型のプラズマ処理装置１００の概略構成を図１，図２に示す。図１は上部電極が退避時位置にある状態を示し，図２は上部電極が処理時位置にある状態を示す。図３は，図１，図２に示す上部電極を駆動する機構を簡略化して示す作用説明図である。図３（ａ）は上部電極が退避時位置にある状態を示し，図３（ｂ）は上部電極が処理時位置にある状態を示す。
【００２２】
本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０２を有しており，このチャンバ１０２は接地されている。
【００２３】
チャンバ１０２内の底部には，セラミックなどの絶縁板１０３を介して，被処理体例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台１０４が設けられている。このサセプタ支持台１０４の上には，下部電極を構成するサセプタ１０５が設けられている。このサセプタ１０５にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０６が接続されている。
【００２４】
サセプタ支持台１０４の内部には，温度調節媒体室１０７が設けられている。そして，導入管１０８を介して温度調節媒体室１０７に温度調節媒体が導入，循環され，排出管１０９から排出される。このような温度調節媒体の循環により，サセプタ１０５を所望の温度に調整できる。
【００２５】
サセプタ１０５は，その上側中央部が凸状の円板状に成形され，その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１１が設けられている。静電チャック１１１は，絶縁材の間に電極１１２が介在された構成となっている。静電チャック１１１は，電極１１２に接続された直流電源１１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加される。これによって，ウエハＷが静電チャック１１１に静電吸着される。
【００２６】
そして，絶縁板１０３，サセプタ支持台１０４，サセプタ１０５，および静電チャック１１１には，被処理体であるウエハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路１１４が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ１０５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ，ウエハＷが所定の温度に維持される。
【００２７】
サセプタ１０５の上端周縁部には，静電チャック１１１上に載置されたウエハＷを囲むように，環状のフォーカスリング１１５が配置されている。このフォーカスリング１１５は，セラミックスもしくは石英などの絶縁性材料，または導電性材料によって構成されている。フォーカスリング１１５が配置されることによって，エッチングの均一性が向上する。
【００２８】
チャンバ１０２の底部には排気管１３１が接続されており，この排気管１３１には排気装置１３５が接続されている。排気装置１３５は，ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており，チャンバ１０２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また，チャンバ１０２の側壁にはゲートバルブ１３２が設けられている。このゲートバルブ１３２が開くことによって，チャンバ１０２内へのウエハＷの搬入，および，チャンバ１０２内からのウエハＷの搬出が可能となる。なお，ウエハＷの搬送には例えば搬送アームが用いられる。
【００２９】
また，サセプタ１０５の上方には，このサセプタ１０５と平行に対向して上部電極１２０が設けられている。本実施形態にかかる上部電極１２０は上部電極駆動機構２００によって一方向例えば上下方向に駆動可能に構成されている。これにより，サセプタ１０５と上部電極１２０との間隔は，調節可能となる。なお，上部電極駆動機構２００についての詳細は後述する。
【００３０】
上部電極１２０は，チャンバ１０２の上部内壁にベローズ１２２を介して支持されている。ベローズ１２２はチャンバ１０２の上部内壁に環状の上部フランジ１２２ａを介してボルトなどの固定手段により取付けられるとともに，上部電極１２０の上面に環状の上部フランジ１２２ｂを介してボルトなどの固定手段により取付けられる。
【００３１】
上部電極１２０は，サセプタ１０５との対向面を構成し多数の吐出孔１２３を有する電極板１２４と，この電極板１２４を支持する電極支持体１２５とによって構成されている。電極板１２４は例えば石英から成り，電極支持体１２５は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料から成る。
【００３２】
上部電極１２０における電極支持体１２５には，ガス導入口１２６が設けられている。このガス導入口１２６には，ガス供給管１２７が接続されている。さらにこのガス供給管１２７には，バルブ１２８およびマスフローコントローラ１２９を介して，処理ガス供給源１３０が接続されている。
【００３３】
この処理ガス供給源１３０から，例えばプラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお，図１には，ガス供給管１２７，バルブ１２８，マスフローコントローラ１２９，および処理ガス供給源１３０等から成る処理ガス供給系を１つのみ示しているが，プラズマ処理装置１００は，複数の処理ガス供給系を備えている。例えば，ＣＨＦ３，Ａｒ，Ｈｅ等の処理ガスが，それぞれ独立に流量制御され，チャンバ１０２内に供給される。
【００３４】
上部電極１２０には，第１の高周波電源１４０が接続されており，その給電線には第１の整合器１４１が介挿されている。また，上部電極１２０にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４２が接続されている。この第１の高周波電源１４０は，５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このように高い周波数の電力を上部電極１２０に印加することにより，チャンバ１０２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ，従来と比べて低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。第１の高周波電源１４０の出力電力の周波数は，５０〜８０ＭＨｚが好ましく，典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数に調整される。
【００３５】
下部電極としてのサセプタ１０５には，第２の高周波電源１５０が接続されており，その給電線には第２の整合器１５１が介挿されている。この第２の高周波電源１５０は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このような範囲の周波数の電力をサセプタ１０５に印加することにより，被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源１５０の出力電力の周波数は，典型的には図示した２ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚ等に調整される。
【００３６】
次に，上部電極駆動機構２００の詳細について説明する。この上部電極駆動機構２００は，上部電極１２０をチャンバ１０２に対して摺動自在に支持する略円筒状の摺動支持部材２０４を有する。摺動支持部材２０４は上部電極１２０の上部略中央にボルトなどで取付けられている。
【００３７】
摺動支持部材２０４は，チャンバ１０２の上壁の略中央に形成された孔１０２ａを出入自在に配設される。具体的には摺動支持部材２０４の外周面はスライド機構２１０を介してチャンバ１０２の孔１０２ａの縁部に摺動自在に支持されている。
【００３８】
スライド機構２１０は例えばチャンバ１０２の上部に断面Ｌ字状の固定部材２１４を介して固定部材２１４の鉛直部に固定された案内部材２１６と，この案内部材２１６に摺動自在に支持され，摺動支持部材２０４の外周面に一方向（本実施形態では上下方向）に形成されたレール部２１２とを有する。
【００３９】
スライド機構２１０の案内部材２１６を固定する固定部材２１４は，その水平部が環状の水平調整板２１８を介してチャンバ１０２の上部に固定される。この水平調整板２１８は上部電極１２０を水平位置を調整するためのものである。水平調整板２１８は例えば水平調整板２１８を周方向に等間隔で配置した複数のボルトなどによりチャンバ１０２に固定し，これらのボルトの突出量により水平調整板２１８の水平方向に対する傾き量を変えられるように構成するようにしてもよい。この水平調整板２１８が水平方向に対する傾きを調整することにより，上記スライド機構２１０の案内部材２１６が鉛直方向に対する傾きが調整されるので，案内部材２１６を介して支持される上部電極１２０の水平方向の傾きを調整することができる。これにより，上部電極１２０を簡単な操作で常に水平位置に保つことができる。
【００４０】
チャンバ１０２の上側には，上部電極１２０を駆動するための空気圧シリンダ２２０が筒体２０１を介して取付けられている。すなわち，筒体２０１の下端はチャンバ１０２の孔１０２ａを覆うようにボルトなどで気密に取付けられており，筒体２０１の上端は空気圧シリンダ２２０の下端に気密に取付けられてる。
【００４１】
上記空気圧シリンダ２２０は一方向に駆動可能なロッド２０２を有しており，このロッド２０２の下端は，摺動支持部材２０４の上部略中央にボルトなどで連設されている。これにより，空気圧シリンダ２２０のロッド２０２が駆動されることにより，上部電極１２０は摺動支持部材２０４によりスライド機構に沿って一方向に駆動する。ロッド２０２は円筒状に構成し，ロッド２０２の内部空間が摺動支持部材２０４の略中央に形成された中央孔と連通して大気開放されるようになっている。これにより，整合器１４１などからの給電線は，ロッド２０２の内部空間から摺動支持部材２０４の中央孔を介して上部電極１２０に接続するように配線することができる。
【００４２】
また，空気圧シリンダ２２０の側部には上部電極１２０の位置を検出する位置検出手段として例えばリニアエンコーダ２０５が設けられている。一方，空気圧シリンダ２２０のロッド２０２の上端にはロッド２０２から側方に延出する延出部２０７ａを有する上端部材２０７が設けられており，この上端部材２０７の延出部２０７ａにリニアエンコーダ２０５の検出部２０５ａが当接している。上端部材２０７は上部電極１２０の動きに連動するため，リニアエンコーダ２０５により上部電極１２０の位置を検出することができる。
【００４３】
空気圧シリンダ２２０は，筒状のシリンダ本体２２２を上部支持板２２４と下部支持板２２６とで挟んで構成されている。ロッド２０２の外周面には空気圧シリンダ２２０内を上部空間２３２と下部空間２３４に区画する環状の区画部材２０８が設けられている。
【００４４】
図３に示すように空気圧シリンダ２２０の上部空間２３２には上部支持板２２４の上部ポート２３６から圧縮空気が導入されるようになっている。また空気圧シリンダ２２０の下部空間２３４には下部支持板２２６の下部ポート２３８から圧縮空気が導入されるようになっている。これら上部ポート２３６，下部ポート２３８から上部空間２３２，下部空間２３４へそれぞれ導入する空気量を制御することにより，ロッド２０２を一方向（ここでは上下方向）へ駆動制御することができる。この空気圧シリンダ２２０へ導入する空気量は空気圧シリンダ２２０の近傍に設けられた空気圧回路３１０により制御される。
【００４５】
次に，本実施形態にかかるプラズマ処理装置に設けられる上部電極駆動機構２００の駆動制御手段３００について説明する。図４は上部電極駆動機構２００の駆動制御手段３００を示す回路図である。図５は，空気圧回路３１０のブロック線図である。
【００４６】
図４に示すように駆動制御手段３００は，空気圧回路３１０とこの空気圧回路３１０を制御する制御手段４００とを有する。制御手段４００は，この制御手段４００本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）４２０，外部との各種信号のやり取りを行うインタフェース４４０，空気圧回路３１０の自己診断を行うためのインターロック回路４６０などを備える。インタフェース４４０は，例えばプラズマ処理装置１００を制御する図示しない制御装置との制御信号のやり取りや，各種センサからのセンサ信号を入力する。インタフェース４４０の入力信号としては，例えば上部電極１２０を所定の目標位置に駆動するための目標位置情報などを含む上部電極駆動制御信号，ゲートバルブを制御するためのゲートバルブ制御信号，各種センサからのセンサ信号がある。また，インタフェース４４０の出力信号としては上部電極１２０の位置が安定したか否か，上部電極１２０の移動が完了したか否かを知らせる上部電極位置安定信号，上部電極１２０がウエハを搬送する搬送アームにぶつからない位置にあり，チャンバ１０２内へのウエハ搬送が可能か否かを示すウエハ搬送信号が挙げられる。
【００４７】
上記センサ信号としては例えば上部電極１２０が原点位置にあることを検出する原点センサからの信号がある。ここでいう原点は，上部電極位置検出手段例えばリニアエンコーダ２０５の原点となる位置である。具体的には原点センサは例えば接触センサ，光センサなどで構成してもよい。その場合，原点センサを例えばチャンバ１０２上の筒体２０１を構成する上壁の内側に設け，原点センサにより摺動支持部材２０４の上端が検出された位置，すなわち上部電極１２０が最も上側に位置するところを原点位置としてもよい。その他のセンサ信号としては，上部電極１２０の位置がウエハの搬送が可能となる位置にあるか否かを問い合せるための搬送確認位置センサ信号が挙げられる。ＣＰＵ４２０は搬送確認位置センサ信号が入力されると，リニアエンコーダ２０５からの検出信号に基づいて上部電極１２０がウエハを搬送する搬送アームにぶつからない位置，すなわち退避位置にあるか否かを検出し，インタフェース４４０を介してウエハ搬送信号を出力する。
【００４８】
インターロック回路４６０は，上部電極１２０を駆動する際，空気圧回路３１０における空気圧源３０５から圧縮空気が出力されていることを検出するスイッチ３２０からの信号を入力し，空気圧源３０５から圧縮空気が出力されているとき，即ちスイッチ３２０からの信号がオンのときには空気圧回路３１０に駆動可能信号を出力する。また空気圧源３０５から圧縮空気が出力されていないとき，すなわちスイッチ３２０からの信号がオフのときには空気圧回路３１０に駆動可能信号を停止する。
【００４９】
また，インターロック回路４６０は，スイッチ３２０からの信号がオンであっても，外部からのインターロック信号を入力すると空気圧回路３１０に供給する駆動可能信号を停止する。インターロック信号は例えばプラズマ処理装置１００に上部電極１２０の駆動を停止する必要があるような異常が発生した場合に上記制御装置（図示しない）から制御手段４００へ入力される。
【００５０】
ＣＰＵ４２０はインタフェース４４０からの信号に基づいて空気圧回路３１０を制御する。例えば図５に示すようなブロック線図に基づいてＰＩＤ制御（比例(Proportional)動作，微分(Differential)動作，積分(Integration)動作を組み合わせた制御）によるフィードバック制御を行うことにより，上部電極１２０を目標位置へ移動制御する。図５に示すブロックのうち，Ｒｅｆ（ｓ）は上部電極１２０の目標位置であり，Ｙ（ｓ）が現在位置である。Ｇ（ｓ）は伝達関数である。ＫＰは比例ゲイン，ＫＩは積分ゲイン，ＫＤは微分ゲイン，ＫＡは加速度フィードバックゲイン，ＫＶは速度フィードバックゲインである。
【００５１】
具体的には，上部電極１２０の目標位置から現在位置を引いた偏差を求め，定常偏差を補うために上記偏差の時間積分に比例した出力（積分ゲインＫＩにより調整可能）と，変化率を抑えるために上記偏差の時間的変化に比例した出力（微分ゲインＫＤにより調整可能）と，上記偏差に比例した出力（比例ゲインＫＰにより調整可能）とによるＰＩＤ制御を行う。すなわち，このＰＩＤ制御には現在の偏差に比例した動きを予測する機能（比例動作），過去の偏差を積分保持しオフセットを取除く機能（積分動作），将来の動きを予測する機能（微分動作）が含まれている。
【００５２】
さらに，本実施形態にかかる空気圧回路３１０の制御では，図５に示すように外乱に対応するために空気圧シリンダ２２０の各ポート２３６，２３８に配設した圧力センサ（図示しない）の出力を利用して加速度フィードバック制御と，図４に示すようにリニアエンコーダ２０５の出力を制御手段４００に取込み，この出力を利用して速度フィードバック制御を行うようになっている。
【００５３】
また，上部電極１２０を位置制御する場合には，上部電極１２０を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定し，上部電極１２０を徐々に駆動するようにしてもよい。これにより，空気圧シリンダを駆動するための空気特有の物性例えば粘性，密度等による急激な駆動や振動を極力防止することができる。これにより，空気圧シリンダによって上部電極を駆動しても，例えばチャンバ１０２内のパーティクルなどを巻上げるなどの不都合をなくすことができる。
【００５４】
ここで，空気圧回路３１０の構成例について説明する。図６は空気圧回路３１０の構成を示す回路図である。図７，図８は空気圧回路３１０の動作を示す作用説明図である。図６はニュートラル状態であり，図７は上部電極１２０を駆動制御時状態であり，図８は非常停止時状態である。
【００５５】
空気圧回路３１０は，図４，図６に示すようにＣＰＵ４２０からの弁制御信号によりニューラル状態と駆動制御時状態との流路切換操作が可能な切換弁を構成する５ポート電磁弁３３０を備える。５ポート電磁弁３３０から空気圧シリンダ２２０の上部ポート２３６へ連通する管路の途中には５ポート切換弁３４０が設けられており，５ポート電磁弁３３０から空気圧シリンダ２２０の下部ポート２３８へ連通する管路の途中には５ポート切換弁３５０が設けられている。これら各５ポート切換弁３４０，３５０は空気圧シリンダ２２０の非常停止を行うための駆動停止弁であって，３ポート電磁弁３６０により制御可能に構成されている。
【００５６】
ここで各弁の具体的な接続関係を説明する。５ポート電磁弁３３０はｐポートに空気圧源３０５が接続されており，ａポートは５ポート切換弁３４０のｐポートに接続されている。また５ポート電磁弁３３０のｂポートは５ポート切換弁３５０のｐポートに接続されている。なお，５ポート電磁弁３３０のｃポート，ｄポートは排気口である。
【００５７】
５ポート電磁弁３３０は流路をＮ状態，Ｌ状態，Ｒ状態に切換可能である。５ポート電磁弁３３０にはその両側に付勢部材例えばバネが設けられ，制御手段４００からの弁制御信号による通電がなければ，Ｎ状態となるように付勢されている。そして，弁制御信号により例えばプラス通電されれば付勢部材の付勢力に抗してＬ状態となり，マイナス通電されれば付勢部材の付勢力に抗してＲ状態となる。この５ポート電磁弁３３０はＮ状態では各ポートはそれぞれ遮断状態となる。５ポート電磁弁３３０はＬ状態ではｐポートとａポートが接続されるとともにｄポートとｂポートが接続され，Ｒ状態ではｐポートとｂポートが接続されるとともにｃポートとａポートが接続される。
【００５８】
５ポート切換弁３４０のａポートには空気圧シリンダ２２０の上部ポート２３６が接続されており，５ポート切換弁３５０のａポートには下部ポート２３８が接続されている。５ポート切換弁３４０，３５０は流路をそれぞれＮ状態，Ｌ状態に切換可能である。５ポート切換弁３４０，３５０にはそれぞれその一方側に付勢部材例えばバネが設けられ，３ポート電磁弁３６０からの圧縮空気が供給されなければ，Ｎ状態となるように付勢されている。３ポート電磁弁３６０からの圧縮空気が供給されると，付勢部材の付勢力に抗してＬ状態となる。５ポート切換弁３４０，３５０はそれぞれＮ状態ではｐポートとｂポートが接続されるとともにｃポートとａポートが接続され，Ｌ状態ではｐポートとａポートが接続されるとともにｄポートとｂポートが接続される。
【００５９】
３ポート電磁弁３６０のｐポートには空気圧源３０５が接続されており，ｂポートとａポートが接続されている。なお，３ポート電磁弁３６０のｂポートは排気口である。３ポート電磁弁３６０は図４に示すようにインターロック回路４６０からの駆動可能信号に基づいて流路をＮ状態とＬ状態に切換えられる。３ポート電磁弁３６０にはその一方側に付勢部材例えばバネが設けられ，制御手段４００からの駆動可能信号による通電がなければ，Ｎ状態となるように付勢されている。そして，駆動可能信号があると付勢部材の付勢力に抗してＬ状態となる。３ポート電磁弁３６０はＮ状態ではｐポートが遮断されるとともにｂポートとａポートが接続され，Ｌ状態ではｐポートとａポートが接続されるとともにｂポートが遮断される。
【００６０】
このような構成の空気圧回路３１０では，図６に示すように空気圧源３０５のスイッチ３２０がオフのときは，インターロック回路４６０からの駆動可能信号が停止しているので，３ポート電磁弁３６０の流路はＮ状態であり，５ポート電磁弁３３０の流路もＮ状態である。このようなニュートラル状態では５ポート電磁弁３３０により空気圧シリンダ２２０の各ポート２３６，２３８は空気圧源３０５から遮断状態となるので，上部電極１２０は停止した状態で保持される。
【００６１】
空気圧源３０５のスイッチ３２０がオンされると，インターロック回路４６０からの駆動可能信号が出力されるので，３ポート電磁弁３６０の流路はＬ状態となる。このため，５ポート切換弁３４０，３５０の流路はそれぞれＬ状態となる。これにより，５ポート電磁弁３３０の流路を切換ることにより空気圧シリンダ２２０へ圧縮空気を送ることができるので，上部電極１２０の駆動が可能となる。
【００６２】
この状態で，上部電極１２０を例えば下方に移動させる場合には，図７に示すように５ポート電磁弁３３０の流路をＬ状態にする。これにより，空気圧源３０５からの圧縮空気は空気圧シリンダ２２０の上部ポート２３６から導入され，下部ポート２３８から排出されるので，摺動支持部材２０４が下方に移動し，上部電極１２０が下方に移動する。
【００６３】
図６に示すニュートラル状態から上部電極１２０を例えば上方に移動させる場合には，図７に示す場合とは逆に５ポート電磁弁３３０の流路をＮ状態にする。この場合にもインターロック回路４６０からの停止信号がオフとなるので，３ポート電磁弁３６０の流路はＬ状態となる。このため，５ポート切換弁３４０，３５０の流路はそれぞれＬ状態となる。これにより，空気圧源３０５からの圧縮空気は空気圧シリンダ２２０の下部ポート２３８から導入され，上部ポート２３６から排出されるので，摺動支持部材２０４が上方に移動し，上部電極１２０が上方に移動する。
【００６４】
上部電極を駆動している際に非常停止される場合の空気圧回路３１０の回路状態を図８に示す。インターロック回路４６０からの停止信号がオンとなるので，３ポート電磁弁３６０の流路はＮ状態となる。このため，５ポート切換弁３４０，３５０の流路はそれぞれＮ状態となる。これにより，空気圧源３０５からの圧縮空気は空気圧シリンダ２２０の下部ポート２３８から導入され，空気圧源３０５からの圧縮空気は，空気圧シリンダ２２０の上部ポート２３６と下部ポート２３８とから遮断されるので，摺動支持部材２０４は停止し，上部電極１２０は停止する。
【００６５】
このような本実施形態にかかる空気圧回路３１０により，上部電極１２０を移動させる位置まで複数段階で目標位置を設定して図５に示す具体的な制御を行った場合の実験結果を図９，図１０に示す。図９は上部電極１２０を徐々に上方へ駆動させた場合の上部電極１２０の位置と時間とのグラフであり，図１０は上部電極１２０を徐々に下方へ駆動させた場合の上部電極１２０の位置と時間とのグラフである。図９，１０によれば上部電極１２０を上方及び下方へ駆動する場合に目標位置へ安定的に制御性よく追従制御されていることがわかる。
【００６６】
このような実験結果に基づいて種々の指標を測定したところ，上部電極の停止制度は±０．１５ｍｍ程度，動作速度は６０ｍｍ／ｓｅｃ程度であり，十分に実用性が認められることがわかる。このように本実施形態にかかるプラズマ処理装置１００によれば高精度な位置制御が可能となる。
【００６７】
以上詳述したような本実施形態にかかるプラズマ処理装置においては，空気圧シリンダ２２０とは別に上部電極１２０を一方向（例えば上下方向）に摺動自在に支持する摺動支持部材２０４を設けることによって，空気圧シリンダ２２０にかかる一方向以外の方向の負荷（外乱）を排除し，空気圧シリンダ２２０を一方向の動きに集中させることができる。これにより，空気圧シリンダ２２０によって上部電極１２０の位置制御を精度よく行うことができる。
【００６８】
また，空気圧シリンダ２２０のロッド２０２は，上部電極１２０の略中央に配置するように構成することにより，空気圧シリンダ２２０のロッド２０２にかかる荷重の偏心やモーメントの発生を抑えることができるので，より精度よく電極の位置制御を行うことができる。
【００６９】
なお，本実施形態では，上部電極１２０を空気圧シリンダ２２０により駆動させるようにしているが，下部電極を摺動自在に支持するとともに，空気圧シリンダ２２０により駆動させるようにしてもよい。この点，被処理体例えばウエハや液晶基板を載置するような下部電極は，被処理体を保持する機構や被処理体のバックサイドガス機構，電極温度調整機構など様々な付加機構が設けられるのに対して，上部電極はこのような付加機構が少ない。このため，下部電極を駆動させるよりも，本実施形態のように上部電極１２０を空気圧シリンダにより駆動させるようにすることにより，空気圧シリンダ２２０のロッド２０２の負荷を軽減させることができ，より精度よく電極の位置制御を行うことができる。
【００７０】
また，図３に示すような部分，すなわち上部電極１２０，上部電極１２０の駆動機構２００，空気圧回路３１０，制御手段４００をユニット化して上部電極ユニットとすることにより，既存のプラズマ処理装置に対しても上部電極ユニットを交換するだけで，空気圧シリンダで位置制御可能な上部電極１２０を簡単に付加することができる。
【００７１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７２】
例えば上記実施形態においてはプラズマ処理装置としてプラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明は成膜装置やアッシング装置等の他の処理装置に対しても適用可能である。また，上記実施形態においては被処理体として半導体ウエハを例に挙げて説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，被処理体は例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などフラットディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板，すなわちＬＣＤ基板などのＦＰＤ基板であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は，プラズマ処理装置及び上部電極ユニットに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態におけるプラズマ処理装置の上部電極が処理時位置にある場合を示す断面図である。
【図３】本実施形態にかかる上部電極ユニットを簡略化して示した図であって，同図（ａ）は上部電極が退避時位置にある場合であり，同図（ｂ）は上部電極が処理時位置にある場合である。
【図４】本実施形態にかかる上部電極駆動機構の駆動制御手段の構成を示す図である。
【図５】図４に示すＣＰＵが行う上部電極の位置制御におけるブロック線図である。
【図６】本実施形態にかかる空気圧回路の構成を示す図である。
【図７】本実施形態にかかる空気圧回路の作用説明図である。
【図８】本実施形態にかかる空気圧回路の作用説明図である。
【図９】本実施形態にかかる上部電極を上方駆動させて位置制御した場合の結果を示す図である。
【図１０】本実施形態にかかる上部電極を下方駆動させて位置制御した場合の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００      プラズマ処理装置
１０２      チャンバ
１０４      サセプタ支持台
１０５      サセプタ
１１５      フォーカスリング
１２０      上部電極
１２２      ベローズ
１２３      吐出孔
１２４      電極板
１２５      電極支持体
１２６      ガス導入口
１２７      ガス供給管
１３０      処理ガス供給源
１３１      排気管
１３２      ゲートバルブ
１３５      排気装置
１４０      高周波電源
１４１      整合器
１５０      高周波電源
１５１      整合器
２００      上部電極駆動機構
２０１      筒体
２０２      ロッド
２０２      チャンバ
２０４      摺動支持部材
２０５      リニアエンコーダ
２０８      区画部材
２１０      スライド機構
２１２      レール部
２１４      固定部材
２１６      案内部材
２１８      水平調整板
２２０      空気圧シリンダ
２２２      シリンダ本体
２２４      上部支持板
２２６      下部支持板
２３２      上部空間
２３４      下部空間
２３６      上部ポート
２３８      下部ポート
３００      駆動制御手段
３１０      空気圧回路
３０５      空気圧源
３２０      スイッチ
３３０      ５ポート電磁弁
３４０      ５ポート切換弁
３５０      ５ポート切換弁
３６０      ３ポート電磁弁
４００      制御手段
４２０      ＣＰＵ
４４０      インタフェース
４６０      インターロック回路
【図１】
2005093843.tif 000003
【図２】
2005093843.tif 000004
【図３】
2005093843.tif 000005
【図４】
2005093843.tif 000006
【図５】
2005093843.tif 000007
【図６】
2005093843.tif 000008
【図７】
2005093843.tif 000009
【図８】
2005093843.tif 000010
【図９】
2005093843.tif 000011
【図１０】
2005093843.tif 000012