(57)【要約】  【課題】ガラス基板等の熱伝導率がシリコン基板に比べて低い基板について、プラズマ処理中の基板の温度分布を正確に測定するとともに、さらにこの測定結果を基にして基板を目標温度に均一に保持することによって、プラズマ処理を均一に行うプラズマ処理装置を提供する。  【解決手段】プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理する基板を載置する載置台１６と、載置台１６の載置面に対して載置面から自在に突出して載置台１６の側から基板１７を支持して昇降する複数の支持ピン４０を備える基板昇降装置２２と、を有する。支持ピン４０は筒状部材であって、この筒状部材の空隙に基板温度を検知する温度検知手段を備え、載置台１６に設けられた配置孔４４に支持ピン４０が格納されたプロセス処理中に、基板１７のプラズマ処理面と反対側から載置台に載置された基板１７の温度分布を計測する。この計測結果を用いて温度分布が均一になるように制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が５０（Ｗ／ｍ／Ｋ）以下の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
供給されたガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
プラズマ処理を施すための電極を備え、プラズマ処理する基板を載置する載置台と、
前記載置台の載置面から自在に突出して前記載置台の側から基板を支持して昇降する複数の基板支持ピンを備える基板昇降手段と、を有し、
前記基板支持ピンのそれぞれは、内部に空隙を有する筒状部材であって、この筒状部材の空隙に基板温度を検知する温度検知手段を備え、前記載置台に設けられた配置孔に前記基板支持ピンが格納されたプロセス処理中に、基板のプラズマ処理面と反対側から前記温度検知手段を用いて前記載置台に載置された基板の温度分布を計測することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記載置台には基板を冷却・加熱する冷却・加熱手段が前記基板支持ピンのそれぞれに対応して設けられ、前記基板支持ピンの配置位置に応じた領域を前記冷却・加熱手段により別々に温度制御させる制御装置を有する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ処理を施す基板の基板厚さ（ｍｍ）に対するプラズマ処理面の面積（ｍｍ2）の比は、８００００（ｍｍ）以上である請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板等を処理（エッチング、薄膜形成）するプラズマ処理装置であって、プラズマ処理中の基板の温度分布を正確に計測し、プラズマ処理中の基板の基板温度を制御するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）や平面型表示装置(フラットパネルディスプレイ，ＦＤＰ)の半導体プロセス処理において、基板をエッチングしたり、基板に薄膜を形成するためにプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理が多く用いられている。プラズマ処理において基板を均一にエッチングしたり基板に均一に薄膜を形成する加工処理が望まれており、この加工処理に大きな影響を与えるプラズマを均一に形成することが望まれている。
【０００３】
下記特許文献１では、ウエハが処理されるチャンバ内に温度センサを設置してチャンバ内の温度を測定し、これをチャンバ内の温度のフィードバック制御に用いることでチャンバ内の温度を均一に保持する製造方法が提案されている。
しかし、特許文献１における温度測定によりチャンバ内の温度を均一にする場合、必ずしもプラズマ処理中の基板温度を正確に制御しているわけではなく、エッチングや薄膜形成が必ずしも均一に行われないといった問題があった。特に、熱伝導率がシリコン基板に比べて低いガラス基板等では大きな問題である。さらに、シリコン基板のサイズに比べて極めて大きなガラス基板をプラズマ処理対象とする場合、この問題は大きい。
【０００４】
一方、下記特許文献２では、プラズマ処理中に半導体ウエハの基板温度を連続的に監視するために、ウエハリフトピンのうちの１つに設けた空隙に光ファイバを含む光温度センサまたは蛍光・光温度センサを埋め込んで基板の温度の時間的変化を連続して計測することで、基板温度を制御することが提案されている。
しかし、特許文献２では、半導体ウエハの温度測定を１箇所で行い、これを半導体ウエハの基板温度としているため、基板サイズが大きく、しかも半導体ウエハ（シリコン基板）に比べて熱伝導率の低いガラス基板等の基板温度を正確に制御して、均一な処理を基板に施すことはできない。
【０００５】
下記特許文献３では、炉内温度測定用の温度測定装置の指向方向を移動させて、加工処理する基板等の所望の位置の温度を測定する半導体製造装置による製造方法が提案されている。また、下記特許文献４では、プラズマ中の測定対象基板からの放射光強度から測定対象物の温度を測定する方法が提案されている。
特許文献３の温度測定のように、温度測定装置の指向方向を移動させて加工対象の基板の温度を測定しようとしても、基板の表面に堆積した堆積物層の影響により正確に温度を計測できない。また、大型の基板では測定範囲にも限界がある。特許文献３のように、プラズマ中の測定対象基板からの放射光強度から測定対象物の温度を測定する場合、チャンバから温度計測用窓を介して放射光を計測するため、温度計測用窓に堆積物が付着して正確な温度を計測することができない。
【０００６】
このように、従来の技術では、熱伝導率の低い、サイズの大きな基板に対して均一なプラズマ処理を行うことができないといった問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９―４８９３１号公報
【特許文献２】特開２００１−３５８１２１号公報
【特許文献３】特開平９―２４３６０号公報
【特許文献４】特開平４−１１６４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、従来技術の問題を解決するために、ガラス基板等の熱伝導率がシリコン基板に比べて低い基板について、プラズマ処理中の基板の温度分布を正確に測定するとともに、さらにこの測定結果を基にして基板を目標温度に均一に保持することによって、プラズマ処理を均一に行う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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、熱伝導率が５０（Ｗ／ｍ／Ｋ）以下の基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、供給されたガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成手段と、プラズマ処理を施すための電極を備え、プラズマ処理する基板を載置する載置台と、前記載置台の載置面から自在に突出して前記載置台の側から基板を支持して昇降する複数の基板支持ピンを備える基板昇降手段と、を有し、前記基板支持ピンのそれぞれは、内部に空隙を有する筒状部材であって、この筒状部材の空隙に基板温度を検知する温度検知手段を備え、前記載置台に設けられた配置孔に前記基板支持ピンが格納されたプロセス処理中に、基板のプラズマ処理面と反対側から前記温度検知手段を用いて前記載置台に載置された基板の温度分布を計測することを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【００１０】
その際、前記載置台には基板を冷却・加熱する冷却・加熱手段が前記基板支持ピンのそれぞれに対応して設けられ、前記基板支持ピンの配置位置に応じた領域を前記冷却・加熱手段により別々に温度制御させる制御装置を有するのが好ましい。
【００１１】
また、前記プラズマ処理を施す基板の基板厚さ（ｍｍ）に対するプラズマ処理面の面積（ｍｍ2）の比は、８００００（ｍｍ）以上であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、シリコン基板に比べて熱伝導率が低い基板の載置面に対して自在に突出して載置台の側から基板を支持する複数の基板支持ピンのそれぞれに温度検知手段を内蔵し、基板の温度分布を計測する。このため、プラズマ処理中の基板の温度分布を正確に取得することができる。したがって、この温度分布を用いて基板の温度を均一に制御することができ、プラズマ処理を均一に行うことができる。
例えば、エッチング処理を行う場合、基板温度が高くなるとエッチングレートが増大する。このため均一な温度分布に維持されない場合、エッチング量が異なり均一なエッチング処理を行うことができない。特に、ＦＰＤ用ガラス基板等の大型で、かつ熱伝導率の低い基板において、基板処理面上の不均一な温度分布は均一なプラズマ処理にとって大きな障害である。この大型の基板に対して均一な薄膜を形成する際、あるいは均一なエッチング処理を行う際、基板の温度分布を均一に制御して維持することは特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のプラズマ処理装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一形態であるプラズマ処理装置（以降、装置という）１０の断面を模式的に示した図である。
装置１０は、熱伝導率が５０（Ｗ／ｍ／Ｋ）以下、好ましくは５（Ｗ／ｍ／Ｋ）以下の基板にプラズマ処理を施す平行平板型の処理装置である。このような基板として、ＦＰＤ用ガラス基板や樹脂基板が例示される。
【００１５】
装置１０は、主にチャンバ（処理室）１２、高周波電極１４、載置台１６、下部電極１８、ガス供給口２０、基板板昇降機構２２、加熱冷却駆動装置２４、制御装置２６および真空排気装置２７を主に有する。
【００１６】
チャンバ１２は反応ガスを導入してプラズマを生成保持する減圧容器である。
高周波電極１４は、チャンバ１２内の上部に設けられた電極で、下部電極１８と対向するように配置されている。高周波電極１４はマッチングボックス２８を介して高周波電源３０と接続されている。
【００１７】
載置台１６は、プラズマ処理しようとする基板１７を載置して保持する部分で、載置台１６の上面に矩形形状の下部電極１８が備えられている。載置台１６の下部には高周波電源３４が設けられ、マッチングボックス３２を介して下部電極１８と接続されている。下部電極４８の形状を矩形形状とするのは、例えばフラットパネルディスプレイ等の矩形形状の大型のガラス基板をプラズマ処理対象の基板１７とするためである。
ガス供給口２０は反応ガスをチャンバ１２に供給する部分で、反応性ガス供給装置３３と接続されている。また、チャンバ１２には、図示されない排気口があり、真空排気装置２７と接続され、処理中チャンバ１２内の反応ガスを排気して所定の気圧に減圧する。
【００１８】
チャンバ１２には、例えばアルゴンガスとともにシラン（ＳｉＨ4）やフルオロカーボン等の反応ガスが導入されて、減圧雰囲気中で高周波電極１４および下部電極１８に所定の印加条件で高周波電力が与えられて反応性ガス成分のラジカルやイオンからなるプラズマ流体が生成され、載置台１６に載せられた基板１７にプラズマ処理を施す。
【００１９】
基板昇降機構２１は、プラズマ処理のためにチャンバ１２外部から搬送された基板１７を下方から支持する複数の支持ピン４０と、この支持ピン４０を昇降させる支持アーム４２と、支持アーム４２と接続され、支持ピン４０を自在に昇降するための駆動装置４２とを有して構成される。
支持ピン４０は、下部電極１８および載置台１６に穿孔された支持ピン用の配置孔４４に配されており、この配置孔４４を駆動装置４２の駆動により上方および下方に自在に移動することによって、基板１７を自在に昇降するように構成されている。
すなわち、支持ピン４０は、図示されない搬送ロボットによってチャンバ１２内の載置台１６の上方に基板１７が搬送される際、支持ピン４０が下部電極１８から突出して、基板１７を支持して図示されない搬送ロボットから受け、受けた基板１７を支持ピン４０は支持しながら下降し、下部電極１８の上面に載せるように構成されている。
【００２０】
図２は、基板１７を支持する支持ピン４０の配置の一例を図１中のチャンバ１２内の上方から見た図である。
支持ピン４０は、下部電極１７の面に均等に分散して６箇所設けられている。このように設けることで、大型の基板１７を安定して支持することができる。特に、ＦＰＤに用いるガラス基板は、基板の厚さの割に基板面積が大きく重量もあるため、支持ピン４０は安定して基板１７を支持できるように、均等に分散して配置されている。
このように分散配置された支持ピン４０のそれぞれは、内部に空隙を有する筒状部材となっており、この筒状部材の内部の空隙に図３に示すように温度検知センサ５０が設けられている。
【００２１】
温度検知センサ５０は、基板温度を検知するデバイスであり、例えば、蛍光式光ファイバ温度計や熱電対の感温部が例示される。蛍光式光ファイバ温度計は、光ファイバの先端に蛍光物質を備える温度測定用の感温部が設けられ、他端から入射した光を先端の蛍光物質に照射してその時発する蛍光の緩和時間を測定することにより、ファイバ先端の温度を測定するものである。このような温度検知センサの蛍光物質を備えた感温部が支持ピン４０の先端に面一になって設けられる。これによって、基板１７と感温部が接触し、基板温度と同一の温度となった蛍光物質の発する蛍光の緩和時間を測定して基板温度を知ることができる。すなわち、支持ピン４０には、蛍光物質を備えた感温部が設けられて、温度検知センサが構成される。感温部において発する蛍光は、支持ピン４０を通る光ファイバを介して制御装置２６に組み込まれた図示されない半導体レーザ素子から射出されるレーザ光の照射によって行われ、この蛍光が、光ファイバを介して制御装置２６に組み込まれた図示されない温度算出部に導かれるように構成されている。温度算出部は、蛍光を受光する光検出器と演算装置とを有して構成される。このような蛍光式光ファイバ温度計は公知であり、説明は省略する。
【００２２】
温度検知センサ５０の感温部は、支持ピン４０の先端と面一になって設けられ、基板１７と感温部とが接触する構成であるが、本発明では必ずしも面一に設けられて基板１７と感温部とが接触する必要はない。基板１７と感温部とが非接触であっても、感温部で得られた温度の情報を制御装置２６の温度算出部にて補正を行って基板温度を算出するように構成することもできる。
【００２３】
また、温度検知センサ５０は熱電対であってもよい。この場合、熱電対の感温部は、蛍光式光ファイバ温度計と同様に、支持ピン４０の先端に面一になって設けられる。これによって、基板１７と感温部が接触し、基板温度と同一の温度となった検知信号が、支持ピン４０を通る信号線を介して制御装置２６に組み込まれた図示されない温度算出部に導かれるように構成される。温度算出部は、この検知信号から演算装置を用いて基板温度を算出するように構成される。このような熱電対温度計は公知であり、説明は省略する。
【００２４】
なお、温度検知センサ５０の感温部が支持ピン４０に内蔵され、温度算出部は制御装置２６に組み込まれた構成であるが、本発明では、温度算出部が支持ピン４０に組み込まれた構成であってもよい。
【００２５】
一方、載置台１６には、プロセス処理中の基板１７の温度を調整するための図示されない加熱冷却手段が、支持ピン４０のそれぞれの配置位置に対応して設けられている。すなわち、支持ピン４０の配置位置に対応して載置台１６の領域がブロック化されて、各ブロック毎に異なる冷却・加熱手段が設けられている。
この冷却・加熱手段は、例えば載置台１６の内部に流路が設けられ冷却媒体や加熱媒体が循環する構成が例示される。あるいは、冷却媒体を循環させる流路を冷却手段とし、抵抗体に電流を流して発熱させる加熱素子（ヒータ）を加熱手段とすることもできる。
この冷却・加熱手段の温度調整は、加熱冷却駆動装置２４によって行われる。加熱冷却駆動装置２４は制御装置２６と接続され、制御装置２６から供給される制御信号によって冷却・加熱手段の冷却、加熱温度が制御される。
【００２６】
制御装置２６は、６箇所の支持ピン４０から光ファイバを介して送られてくる蛍光の情報から６箇所の支持ピン４０のそれぞれの基板温度を求めて温度分布を求め、これらの温度分布が均一に保持されているか否かを判断し、均一に保持されていないと判断された場合には、均一になるように制御信号を生成する部分である。すなわち、制御装置２６は、基板１７のプラズマ処理面と反対側から載置台１６に載置された基板１７の温度分布を温度検知センサを用いて計測した結果から、支持ピン４０の配置位置に応じた領域を冷却加熱手段により別々に温度制御させる。
装置１０は以上のように構成される。
【００２７】
装置１０では、このように基板１７を支持する支持ピン４０のすべてに内蔵された温度検知センサを用いてプロセス処理中の基板処理面と反対側から基板温度を測定し、基板１７の温度分布を求めるので、この温度分布を用いてプラズマ処理中の基板１７の温度を均一に制御することができる。特に、プラズマ処理を施す基板の基板厚さ（ｍｍ）に対するプラズマ処理面の面積（ｍｍ2）の比が８００００（ｍｍ）以上である基板、例えばサイズが２００ｍｍ×２００ｍｍ×０．５ｍｍ（縦、横、高さ）の基板の場合、基板１７の処理面の温度分布に比べて基板厚さ方向の温度分布は無視できる程度に変動が小さい。このため、基板処理面と反対側から基板温度を測定しても、正確な温度を測定することができる。
また、温度検知センサは、載置台１６に設けられた配置孔４４に配されるので、プラズマ処理中、基板１７に遮蔽されてプラズマ処理中に堆積する堆積物の影響を受けることはない。このため、プラズマ処理中の基板温度を正確に測定することができる。
【００２８】
このように装置１０では、図示されない搬送ロボットにより基板１７が、下部電極１８の表面から突出した支持ピン４０に受け渡された後、支持ピン４０の下降により、基板１７は下部電極１８の表面に載置される。
この後、減圧状態となったチャンバ１２内に反応ガスが導入され、高周波電極１４および下部電極１８に所定の条件で電力が印加され、反応ガスからプラズマが生成され、このプラズマが基板１７に作用してプラズマ処理が行われる。
その際、載置台１６に設けられた配置孔４４に支持ピン４０が格納された状態で、基板１７のプラズマ処理面と反対側から基板１７の温度分布が温度検知センサ５０を用いて測定される。
【００２９】
測定された温度分布は、制御装置２６にて均一な温度分布となっているか判定され、均一でないと判定された場合、調整しようとする支持ピン４０の配置位置に対応した領域の温度調整が加熱冷却駆動装置２４によって行われる。
こうして、基板処理面の温度分布を均一に制御することで、プラズマ処理を均一に行うことができる。
【００３０】
以上、本発明のプラズマ処理装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態であるプラズマ処理装置の断面を模式的に示した図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置に用いられる支持ピンの配置を示した図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置の支持ピン周りを詳細に説明した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  プラズマ処理装置
１２  チャンバ
１４  高周波電極
１６  載置台
１８  下部電極
２０  ガス供給口
２２  基板板昇降機構
２４  加熱冷却駆動装置
２６  制御装置
２７  真空排気装置
２８，３２  マッチングボックス
３０，３４  高周波電源
４０  支持ピン
４４  配置孔
５０  温度検知センサ
【図１】
2005264226.tif 000003
【図２】
2005264226.tif 000004
【図３】
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