(57)【要約】【課題】  常圧プラズマ処理装置の排気制御を、簡易かつ安価な構成にする。【解決手段】  処理室１０に設けた処理部２０の吸引口２４から第１排気路４１を引き出し、流量調整弁６０を介してブロア５０等の排気装置に接続する。流量調整弁６０の弁体６２は、第１排気路４１に連なる第１ポート６１ａと排気装置５０に連なる第２ポート６１ｂの間の差圧により開度を狭める方向に付勢される一方、バネ６４等の付勢手段で逆方向に付勢され、これにより、第１排気路４１の流量を一定にするように動作する。処理室１０から第２排気路４２を引き出し、可変絞り弁４５を設けるとともに流量調整弁６０に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧近傍下でプロセスガスをプラズマ化し基板に接触させた後、吸引口から吸引する処理部と、この処理部を収容する処理室とを備えた装置において、
前記処理部の吸引口から第１排気路が延び、この第１排気路が流量調整弁を介して排気装置に接続されており、
前記流量調整弁が、前記第１排気路に連なる第１ポートと前記排気装置に連なる第２ポートの間の差圧により開度を狭める方向に付勢される弁体と、この弁体を前記差圧とは逆方向に付勢する付勢手段とを有し、前記第１排気路の流量を一定にするように動作することを特徴とする常圧プラズマ処理装置の排気構造。
【請求項２】
前記処理室から第２排気路が引き出され、この第２排気路が前記流量調整弁の第１ポートに接続されてい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の排気構造。
【請求項３】
前記第２排気路に可変絞り弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置の排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気圧近傍下で基板のプラズマ処理を行なう装置に関し、特にその排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
常圧プラズマ処理装置には、高圧電極を含むプラズマ処理部が設けられている。高圧電極への電圧印加によりプロセスガスを大気圧下でプラズマ化する。このプラズマガスを基板に接触させて反応を起こさせ、基板の表面をプラズマ処理する。処理済みのガスや反応副生成物は、吸引口から排気される。処理の均一性を確保するには、この吸引量が安定している必要がある。そこで、吸引口からの排気路には制御弁と圧力センサが設けられている。圧力センサによって排気路の圧を検出し、この圧が一定になるように制御弁をフィードバック制御する。或いは、排気用のブロアの出力をフィードバック制御する。
【特許文献１】特開２００４−２２８１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、常圧プラズマ処理装置においてもガス漏れの抑制等のために処理室の内圧を若干負圧にしている。一方、基板を出し入れしたりする際はシャッタを開ける必要があり、その度に処理室内の圧力変動が起きる。また、排気用ブロアは、工場内の他の装置の排気手段としても使用することが多く、出力が極めて変動しやすい。このような外乱によって、上記処理部の吸引口からの排気制御系がハンチングを起こしやすい。これを防止するために制御方法が複雑化し、高コストになっているという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題点を解決するために、本発明は、
大気圧近傍下でプロセスガスをプラズマ化し基板に接触させた後、吸引口から吸引する処理部と、この処理部を収容する処理室とを備えた装置において、
前記処理部の吸引口から第１排気路が延び、この第１排気路が流量調整弁を介してブロアや真空ポンプ等の排気装置に接続されており、
前記流量調整弁が、前記第１排気路に連なる第１ポートと前記排気装置に連なる第２ポートの間の差圧により開度を狭める方向に付勢される弁体と、この弁体を前記差圧とは逆方向に付勢するバネ等の付勢手段とを有し、前記第１排気路の流量を一定にするように動作することを特徴とする。
これにより、簡易かつ安価な構成でプラズマ処理部からの吸引量を略一定に維持することができる。
【０００５】
前記処理室から第２排気路が引き出され、この第２排気路が前記流量調整弁の第１ポートに接続されていることが望ましい。
これにより、流量調整弁の設定流量がプラズマ処理部からの吸引量の設定範囲を超えていても対応可能になる。
【０００６】
前記第２排気路に可変絞り弁が設けられていることが望ましい。
これにより、可変絞り弁の開度調節よって第２排気路の流量を調節でき、第１排気路と第２排気路の流量比を調節でき、ひいては第１排気路の流量を調節することができる。
【０００７】
ここで、大気圧近傍（略常圧）とは、１．０１３×１０4〜５０．６６３×１０4Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０4〜１０．６６４×１０4Ｐａが好ましく、９．３３１×１０4〜１０．３９７×１０4Ｐａがより好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易かつ安価な構成でプラズマ処理部からの吸引量を略一定に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
図１に示すように、半導体製造工場の建屋Ｂ内に常圧プラズマ処理装置Ｍが設置されている。常圧プラズマ処理装置Ｍは、処理室１０と、この処理室１０の内部に収容された処理ヘッド２０（処理部）とステージ３０を備えている。
【００１０】
処理室１０には、被処理基板Ｗの出し入れ口１１が設けられている。出し入れ口１１は、シャッタ１２で開閉されるようになっている。
【００１１】
処理室１０の上部にはファンフィルタユニット１３（以下「ＦＦＵ」という）が設けられている。ＦＦＵ１３は、新鮮な空気を処理室１０の内部に供給する。
【００１２】
処理室１０の下部から処理室排気管１４が引き出されている。この処理室排気管１４からの吸引排気によって、処理室１０内が外部の大気圧より若干負圧になっている。これにより、処理室１０から外部へのガス漏れを防止することができる。
なお、処理室排気管１４からの排気量は、後記排気構造４０からの局所的な排気量より遥かに大きい。
【００１３】
処理ヘッド２０は、ヘッド本体２１と、このヘッド本体２１に保持された高圧電極２２を有している。高圧電極２２には、図示しない電源が接続されている。
処理ヘッド２０には、プロセスガス導入口２３と吸引口２４が設けられている。図示しないプロセスガス源からのプロセスガスが処理ヘッド２０に導入され、導入口２３から下方に吹出されるようになっている。
プロセスガスは、処理目的に応じて適宜選択される。
【００１４】
処理ヘッド２０の下方にステージ３０が配置されている。ステージ３０の上面に基板Ｗが配置されるようになっている。ステージ３０は、金属にて構成され、電気的に接地されることにより、接地電極を構成している。
【００１５】
プラズマ処理装置Ｍには、処理ヘッド２０の側部を局所排気するための排気構造４０が設けられている。排気構造４０は、次のように構成されている。
吸引口２４から第１排気路４１が延びている。第１排気路４１は、処理室１０から外に引き出され、流量調整弁６０、共通排気路５３、及び図示しない除害装置等を順次介して、ブロア５０に接続されている。
共通排気路４３には可変絞り弁４４が設けられている。
ブロア５０は、建屋Ｂ内の他の装置の排気手段としても用いられている。
排気装置としてブロア５０に代えて真空ポンプを用いてもよい。
【００１６】
流量調整弁６０として、米国フェニックス・コントロールズ社製のＡｃｃｅｌ（登録商標）IIが用いられている。この流量調整弁６０はハウジング６１を備えている。ハウジング６１の一端部には第１ポート６１ａが設けられ、他端部には第２ポート６１ｂが設けられ、中間部には縮径部６１ｃが設けられている。第１ポート６１ａに第１排気路４１が接続され、第２ポート６１ｂに共通排気路４３が接続されている。ハウジング６１の内部には、コーン状の弁体６２が軸６３に沿ってスライド可能に収容されている。弁体６２は、第１ポート６１ａと第２ポート６１ｂの差圧によって縮径部６１ｃに接近する方向に付勢されるとともに、ばね６４によって縮径部６１ｃから離間する方向に付勢されている。上記差圧が大きくなると、弁体６２がばね６４に抗して縮径部６１ｃに接近する方向に移動する。これにより、縮径部６１ｃの内周と弁体６２の外周の間の通路が狭くなり、流量調整弁６０の開度が小さくなる。反対に上記差圧が小さくなると、弁体６２がばね６４の付勢力で縮径部６１ｃから離間する方向に移動する。縮径部６１ｃの内周と弁体６２の外周の間の通路が広くなり、流量調整弁６０の開度が大きくなる。これにより、流量調整弁６０は、第１ポート６１ａと第２ポート６１ｂの間の差圧変動に拘わらず、流量を略一定にするようになっている。
流量調整弁６０の設定流量に対する変動誤差は±１０％以内であるのが好ましい。
【００１７】
処理ヘッド２０の２つの吸引口２４，２４の全吸引流量は、最大で例えば１０００Ｌ／ｍｉｎである。これに対し、流量調整弁６０の最小設定流量は例えば１０００Ｌ／ｍｉｎである。そのため、流量調整弁６０を使用するには、処理ヘッド２０からの吸引量以上の量を別途吸引する必要がある。そこで、更に第２排気路４２が設けられている。第２排気路４２の上流端は処理室１０の内部に位置し、処理室１０内の空間に連なっている。第２排気路４２は、処理室１０の外に延び出て、流量調整弁６０の第１ポート６１ａに接続されている。第２排気路４２の中間部には可変絞り弁４５が設けられている。
【００１８】
上記構成のプラズマ処理装置Ｍは次のように使用される。
シャッタ１２を開き、処理すべき基板Ｗを出し入れ口１１から処理室１０の内部に入れてステージ３０の上面に載置し、シャッタ１２を閉める。
次に、処理ヘッド２０の高圧電極２２に電圧を印加する。これによって、処理ヘッド２０と基板Ｗの間が大気圧プラズマ空間２５となる。併行して、プロセスガスを導入口２３からプラズマ空間２５に導入する。これにより、プロセスガスがプラズマ化されるとともに基板Ｗの表面に接触し反応が起きる。これにより、基板Ｗの表面をプラズマ処理することができる。同時に処理ヘッド２０又はステージ３０がスキャンされ、基板Ｗの表面全体を処理することができる。
【００１９】
プラズマ空間２５の処理済みのプロセスガスや反応副生成物は、処理ヘッド２０の両側の吸引口２４，２４から吸い込まれ、第１排気路４１を通り、流量調整弁６０を経、更に図示しない除害装置を経て、ブロア５０から排出される。
【００２０】
ここで、ブロア５０の出力は変動しやすい。また、処理室１０の内圧もシャッタ１２の開閉の度に圧力変動を来たす。そのため、流量調整弁６０の第１ポート６１ａと第２ポート６１ｂの間の差圧は一定しない。この差圧変動に応じて、流量調整弁６０の弁体６２が位置調節され、流量調整弁６０の開度が調節される。これによって、ブロア５０の出力変動や処理室１０内の圧力変動等の外乱に拘わらず、第１排気路４１の流量をほぼ一定にすることができる。ひいては、吸引口２４からの吸引量をほぼ一定に維持することができる。この結果、処理の均一性を確保することができる。
流量調整弁６０を含む排気構造４０は、簡易かつ安価であり、複雑な制御が不要で、ハンチングのおそれもない。
【００２１】
図２は、流量調整弁６０の第１ポート６１ａと第２ポート６１ｂ間の差圧を変動させたときの第１排気路４１の流量を計測した結果の一例を示したものである。第１、第２ポート６１ａ，６１ｂ間の差圧が激しく変動しても、第１排気路４１の計測流量はほぼ一定に維持されることが確認された。
【００２２】
第２排気路４２の可変絞り弁４５を開いておくと、上記第１排気路４１からの吸引と併行して、第２排気路４２からも吸引が行なわれる。これにより、吸引口２４からの吸引量を流量調整弁６０の最小設定流量より小さくすることができる。
【００２３】
可変絞り弁４５の開度設定により、第１排気路４１と第２排気路４２の吸引量の比率を調節でき、吸引口２４からの吸引量を調節することができる。しかも、処理室１０の内圧変動やブロア５０の出力変動等の外乱が加わっても、第１排気路４１と第２排気路４２の吸引比率及び各排気路４１，４２の吸引量が変動することはない。
詳述すると、第1、第２排気路４１，４２の圧力と流量は次の関係にある。
Ｑ１＝Ｋ１×（Ｐ１−Ｐ０）１／２  （式１）
Ｑ２＝Ｋ２×（Ｐ２−Ｐ０）１／２  （式２）
ここで、Ｑ１は第１排気路４１の流量、Ｋ１は第１排気路４１の形状で決まる定数、Ｐ１は第１排気路４１の上流端での圧力、Ｐ０は流量調整弁６０の第１ポート６１ａでの圧力、Ｑ２は第２排気路４２の流量、Ｋ２は第２排気路４２の形状で決まる定数である。
また、流量調整弁６０は流量を一定にするものであるから次式が導かれる。
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２＝ｃｏｎｓｔ．  （式３）
第１排気路４１と第２排気路４２の上流端は共に処理室１０内に位置されているので、
Ｐ１＝Ｐ２  （式４）
となる。これら式１〜式４より、
Ｑ１＝ｃｏｎｓｔ．  （式５）
Ｑ２＝ｃｏｎｓｔ．  （式６）
Ｑ１：Ｑ２＝ｃｏｎｓｔ．  （式７）
となり、処理室１０の内圧変動やブロア５０の出力変動に拘わらず、Ｑ１，Ｑ２は一定に維持され、Ｑ１とＱ２の比率も一定に維持されることになる。
【００２４】
一方、もしも第２排気路４２の上流端が、処理室１０の内部ではなく外部に配置され、大気開放されていたとすると、式４が成立せず、Ｐ１が可変で、Ｐ２は常に大気圧となる。すなわち、
Ｐ２＝０ｍｍＡｑ＝ｃｏｎｓｔ．  （式８）
となる。このとき、各変数の初期値が例えば下記の通りであったと仮定する。
Ｑ１＝０．９ｍ３／ｍｉｎ
Ｑ２＝０．１ｍ３／ｍｉｎ
Ｐ０＝−７ｍｍＡｑ
Ｐ１＝−５ｍｍＡｑ
これら初期値を式１〜式３に代入すると、
Ｋ１＝０．６３８  （式９）
Ｋ２＝０．０３８  （式１０）
となる。その後、処理室１０の内圧すなわちＰ１が−５ｍｍＡｑに変化したとすると、式１〜式３、式８〜式１０より、
Ｑ１＝０．９４９ｍ３／ｍｉｎ
Ｑ２＝０．０６２ｍ３／ｍｉｎ
Ｐ０＝−２．７ｍｍＡｑ
となる。このことから第２排気路４２が大気開放されているとＱ１，Ｑ２を一定に維持できないことがわかる。よって、第２排気路４２は、処理室１０内から引き出す必要がある。
【００２５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、種々の改変をなすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、例えば半導体基板や液晶用基板の製造において、基板の表面をプラズマを用いて洗浄、改質（親水化、撥水化等）、成膜、エッチングないしアッシング等するのに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略的な回路構成図である。
【図２】流量調整弁の第１、第２ポート間の差圧変動時における第１排気路の流量の経時変化の一計測結果を示すグラフであり、縦軸の差圧と流量のディメンションは互いに異なる。
【符号の説明】
【００２８】
Ｍ      プラズマ処理装置
Ｗ      基板
１０    処理室
２０    処理ヘッド（処理部）
２２    高圧電極
２３    プロセスガス導入口
２４    吸引口
２５    プラズマ空間
４０    排気構造
４１    第１排気路
４２    第２排気路
４５    可変絞り弁
５０    ブロア（排気装置）
６０    流量調整弁
６１ａ  第１ポート
６１ｂ  第２ポート
６１ｃ  中間の縮径部
６２    弁体
６３    軸
６４    ばね（付勢手段）
【図１】
2007035916.tif 000003
【図２】
2007035916.tif 000004