JP2002217278A

JP2002217278A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2002217278A
Application number: JP2001005722A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sakamoto; 仁志坂本; Ryuichi Matsuda; 竜一松田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】低コスト、高効率で半導体ウェーハに対す
る高周波バイアスの印加と加熱の双方を行うこと。【解決手段】半導体ウェーハが載置されるバイアス電
極／ヒータ部１０と、バイアス電極／ヒータ部１０に埋
設された電線１２と、半導体ウェーハに対して高周波バ
イアスを印加するための高周波電圧を電線１２へ供給す
る交流電源と、半導体ウェーハを加熱するための直流電
圧を電線１２へ供給する直流電源と、直流電圧の供給と
高周波電圧の供給とを所定時間をおいて交互にスイッチ
ング制御する制御回路とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファスシリ
コン太陽電池、薄膜トランジスタ、光センサ等の各種半
導体デバイスの膜形成に用いられるプラズマＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition）装置に関するものであり、
特に、半導体ウェーハに対する高周波バイアスの印加と
加熱の双方を低コスト、高効率で行うことができるプラ
ズマＣＶＤ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスの製造工程で
は、プラズマ気相励起を利用して半導体ウェーハに絶縁
膜等の薄膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置が用い
られている。このプラズマＣＶＤ装置は、薄膜を構成す
る元素からなる原料ガスを半導体ウェーハ上に供給し、
気相または半導体ウェーハ表面での化学反応により所望
の薄膜を形成させる装置である。ガス分子を励起させる
には、プラズマ放電が用いられる。

【０００３】プラズマＣＶＤ装置は、反応容器と、反応
容器内に設けられ、原料ガスを放出するためのノズル
と、高周波電源に接続され、反応容器内に電界を発生さ
せるＲＦ電極と、半導体ウェーハに対して高周波バイア
スを印加する機能および加熱する機能を備えたバイアス
電極／ヒータ部と、回転水平磁場を発生させる磁場コイ
ルとから概略構成されている。

【０００４】ここで、上述したバイアス電極／ヒータ部
について、図１１および図１２を参照して説明する。図
１１は、従来のプラズマＣＶＤ装置におけるバイアス電
極部１の構成を示す図である。図１２は、従来のプラズ
マＣＶＤ装置におけるバイアス電極／ヒータ部４の構成
を示す図である。

【０００５】図１１に示したバイアス電極部１は、半導
体ウェーハ（図示略）が載置される円盤部材２と、円盤
部材２内部に埋設されたバイアス電極３とから構成され
ている。バイアス電極３は、半導体ウェーハの成膜時に
おける成膜速度や埋め込み特性を向上させるために、当
該半導体ウェーハに高周波バイアス（４００ｋＨｚ〜１
３．５６ＭＨｚ）を印加するためのものである。このバ
イアス電極３には、交流電源（図示略）が接続されてい
る。

【０００６】ここで、バイアス電極３に高周波バイアス
が印加されているため、バイアス電極３の付近に導電性
材料が存在すると、当該導電性材料に発生する渦電流に
よる渦電流損が生じ、効率が低下する。従って、プロセ
ス条件の一つとして半導体ウェーハを加熱する場合に
は、上記渦電流損を低減させるために、バイアス電極３
に引き込み電圧が印加され、半導体ウェーハの表面にイ
オンを衝突させ加熱するというイオン衝撃法が用いられ
る。

【０００７】また、従来のプラズマＣＶＤ装置では、上
記渦電流損を低減させる場合には、バイアス電極部１に
代えて、図１２に示した構成のバイアス電極／ヒータ部
４が用いられる。このバイアス電極／ヒータ部４は、半
導体ウェーハ（図示略）が載置される円盤部材５と、円
盤部材５の上層部に埋設されたバイアス電極６と、円盤
部材５の下層部に埋設された電熱線７と、円盤部材５に
埋設されバイアス電極６と電熱線７との間を静電遮蔽す
る静電遮蔽板８とから構成されている。

【０００８】バイアス電極６は、バイアス電極３と同様
にして、半導体ウェーハの成膜時における成膜速度や埋
め込み特性を向上させるために、当該半導体ウェーハに
高周波バイアス（４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）を
印加するためのものである。このバイアス電極６には、
交流電源（図示略）が接続されている。電熱線７は、半
導体ウェーハをジュール熱により加熱するヒータとして
用いられている。この電熱線７には、直流電源（図示
略）が接続されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに、従来のプラズマＣＶＤ装置における加熱方法とし
てのイオン衝撃法（図１１参照）は、渦電流損を低減さ
せることができるという利点を有しているが、半導体ウ
ェーハ表面の損傷が激しくなるという欠点を有している
ため、有効な方法とは言えない。

【００１０】一方、図１２に示した静電遮蔽板８を用い
る方法では、電熱線７で発生する渦電流損を低減させる
ことができるが、静電遮蔽板８自体が導電性材料である
ため、静電遮蔽板８に渦電流が発生するため、結局、渦
電流損を効果的に低減させることが難しいという問題が
あった。また、従来では、静電遮蔽板８を設けなければ
ならないため、コストが高くつくという問題もあった。

【００１１】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
低コスト、高効率で半導体ウェーハに対する高周波バイ
アスの印加と加熱の双方を行うことができるプラズマＣ
ＶＤ装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１にかかる発明は、半導体ウェーハが載置さ
れる載置部材と、前記載置部材に設けられた導電体と、
前記半導体ウェーハに対して高周波バイアスを印加する
ための高周波電圧を前記導電体へ供給する交流電源と、
前記半導体ウェーハを加熱するための直流電圧を前記導
電体へ供給する直流電源と、前記直流電圧の供給と前記
高周波電圧の供給とを所定時間をおいて交互にスイッチ
ングするスイッチング手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１３】この発明によれば、加熱機能と高周波バイ
アス印加機能とを一つの導電体で兼用させ、直流電圧供
給と高周波電圧供給とを交互に切り替えるようにしたの
で、従来のように静電遮蔽板を設ける必要が無いためコ
ストを安価にすることができるとともに、渦電流損の低
減に伴い効率を高めることができる。

【００１４】また、請求項２にかかる発明は、請求項１
に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記導電体は、
前記載置部材に分散的に複数設けられていることを特徴
とする。

【００１５】この発明によれば、複数の導電体を分散的
に設けて、複数系統の加熱および高周波バイアス印加を
行うようにしたので、半導体ウェーハに対して均一な加
熱および高周波バイアス印加を行うことができる。

【００１６】また、請求項３にかかる発明は、半導体ウ
ェーハが載置される載置部材と、前記載置部材に設けら
れたバイアス電極と、前記半導体ウェーハに対して高周
波バイアスを印加するための高周波電圧を前記バイアス
電極へ供給する交流電源と、前記載置部材に設けられた
電熱線と、半導体ウェーハを加熱するための直流電圧を
前記電熱線へ供給する直流電源と、前記直流電圧の供給
と前記高周波電圧の供給とを所定時間をおいて交互にス
イッチングするスイッチング手段とを備えたことを特徴
とする。

【００１７】この発明によれば、電熱線への直流電圧供
給とバイアス電極への高周波電圧供給とを交互に切り替
えるようにしたので、渦電流損の低減に伴い効率を高め
ることができる。

【００１８】また、この発明によれば、電熱線とバイア
ス電極とを別設としたので、それぞれの用途に適合した
材料、構造、パターンを選択することができるため、さ
らに高効率化、高性能化を図ることができる。

【００１９】また、請求項４にかかる発明は、半導体ウ
ェーハが載置され、第１の部材と第２の部材とが着脱可
能に構成されてなる載置部材と、前記第１の部材に設け
られたバイアス電極と、前記半導体ウェーハに対して高
周波バイアスを印加するための高周波電圧を前記バイア
ス電極へ供給する交流電源と、前記第２の部材に設けら
れた電熱線と、半導体ウェーハを加熱するための直流電
圧を前記電熱線へ供給する直流電源と、前記直流電圧の
供給と前記高周波電圧の供給とを所定時間およびデュー
ティー比で交互にスイッチングするスイッチング手段と
を備えたことを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、第１の部材と第２の部
材とを着脱可能に構成したので、特に熱により劣化し易
い第２の部材のみをメンテナンス交換することができる
ため、長期的なトータルコストを低減することができ
る。

【００２１】また、請求項５にかかる発明は、請求項１
〜４のいずれか一つに記載のプラズマＣＶＤ装置におい
て、スイッチングに関する前記所定時間およびデューテ
ィー比を調整する調整手段を備えたことを特徴とする。

【００２２】この発明によれば、スイッチングに関する
所定時間およびデューティ比を調整するようにしたの
で、加熱および高周波バイアスに関するパワー制御を精
密かつ柔軟に行うことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明にか
かるプラズマＣＶＤ装置の実施の形態１〜５について詳
細に説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１は、本発明にかかる
実施の形態１におけるバイアス電極／ヒータ部１０の構
成を示す図である。このバイアス電極／ヒータ部１０
は、図１１に示したバイアス電極部１に対応するもので
あり、前述したプラズマＣＶＤ装置を構成するものであ
る。

【００２５】同図に示したバイアス電極／ヒータ部１０
は、半導体ウェーハ（図示略）が載置される円盤部材１
１と、円盤部材１１内部に埋設された電線１２とから構
成されている。円盤部材１１は、アルミナ、窒化アルミ
ニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等を母材として構成さ
れている。

【００２６】電線１２は、タングステン、モリブデン、
タンタル等の高融点金属がパターン化されてなる。この
電線１２は、前述したバイアス電極および電熱線の双方
の機能を兼ね備えている。すなわち、電線１２は、半導
体ウェーハ（図示略）に対して、高周波バイアス（４０
０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）を印加する機能と、加熱
する機能とを担っている。なお、電線１２は、一般的な
加熱特性を有するものであれば、そのパターンおよび厚
みはどのようなものであっても構わない。

【００２７】図２は、実施の形態１の電気的構成を示す
図である。この図において、図１の各部に対応する部分
には同一の符号を付ける。同図に示した直流電源１３
は、直流側スイッチング素子１４を介して電線１２に接
続されており、電線１２を電熱線として機能させるため
の直流電圧を供給する。交流電源１５は、整合器１６お
よび交流側スイッチング素子１７を介して、電線１２に
接続されており、電線１２をバイアス電極として機能さ
せるための高周波電圧を供給する。

【００２８】制御回路１８は、直流側制御信号Ｓ１およ
び交流側制御信号Ｓ２により、直流側スイッチング素子
１４、交流側スイッチング素子１７をＯＮ／ＯＦＦ制御
するための回路である。図３は、直流側制御信号Ｓ１お
よび交流側制御信号Ｓ２を示す図である。この図からわ
かるように、直流側制御信号Ｓ１と交流側制御信号Ｓ２
とは、反転関係にある。

【００２９】すなわち、直流側制御信号Ｓ１がＯＮの場
合には、交流側制御信号Ｓ２がＯＦＦとされ、逆に、直
流側制御信号Ｓ１がＯＦＦの場合には、交流側制御信号
Ｓ２がＯＮとされる。ここで、直流側制御信号Ｓ１がＯ
Ｎである場合には、直流側スイッチング素子１４がＯＮ
（閉）とされ、直流側制御信号Ｓ１がＯＦＦである場合
には、直流側スイッチング素子１４がＯＦＦ（開）とさ
れる。一方、交流側制御信号Ｓ２がＯＮである場合に
は、交流側スイッチング素子１７がＯＮ（閉）とされ、
交流側制御信号Ｓ２がＯＦＦである場合には、交流側ス
イッチング素子１７がＯＦＦ（開）とされる。

【００３０】上記構成において、図３に示した時刻ｔ₁
〜ｔ₂ までの間では、直流側制御信号Ｓ１がＯＮ、交流
側制御信号Ｓ２がＯＦＦとされ、直流側スイッチング素
子１４がＯＮ（閉）、交流側スイッチング素子１７がＯ
ＦＦ（開）とされる。従って、電線１２には、直流電源
１３から直流電圧が直流側スイッチング素子１４を介し
て供給され、ジュール熱により円盤部材１１に載置され
た半導体ウェーハが加熱される。

【００３１】つぎの時刻ｔ₂〜ｔ₃ までの間では、信号
が反転し、直流側制御信号Ｓ１がＯＦＦ、交流側制御信
号Ｓ２がＯＮとされ、直流側スイッチング素子１４がＯ
ＦＦ（開）、交流側スイッチング素子１７がＯＮ（閉）
とされる。従って、電線１２には、交流電源１５から高
周波電圧が整合器１６および交流側スイッチング素子１
７を介して供給され、円盤部材１１に載置された半導体
ウェーハに高周波バイアスが印加される。以後、直流側
スイッチング素子１４と交流側スイッチング素子１７と
が交互にＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより、半導体ウ
ェーハに対する加熱と高周波バイアス印加とが交互に繰
り返される。

【００３２】なお、図３に示した直流側制御信号Ｓ１お
よび交流側制御信号Ｓ２のスイッチング周波数およびデ
ューティ比は、加熱および高周波バイアスに関するパワ
ーを制御するためのパラメータであり、半導体ウェーハ
の大きさやプラズマＣＶＤ装置の容量等に応じて、任意
に調整される。

【００３３】以上説明したように、実施の形態１によれ
ば、加熱機能と高周波バイアス印加機能とを一つの電線
１２で兼用させ、直流電圧供給と高周波電圧供給とを交
互に切り替えるようにしたので、従来のように静電遮蔽
板を設ける必要が無いためコストを安価にすることがで
きるとともに、渦電流損の低減に伴い効率を高めること
ができる。

【００３４】また、実施の形態１によれば、直流側制御
信号Ｓ１および交流側制御信号Ｓ２のスイッチング周波
数およびデューティ比を調整することにより、加熱およ
び高周波バイアスに関するパワー制御を精密かつ柔軟に
行うことができる。

【００３５】（実施の形態２）さて、前述した実施の形
態１では、図１に示した電線１２に加熱機能と高周波バ
イアス印加機能とを兼用させた例について説明したが、
別の構成例として電熱線とバイアス電極とを別設し、渦
電流損の低減に伴う効率を高めるようにしてもよい。以
下では、この場合を実施の形態２として説明する。

【００３６】図４は、本発明にかかる実施の形態２にお
けるバイアス電極／ヒータ部２０の構成を示す図であ
る。同図に示したバイアス電極／ヒータ部２０は、半導
体ウェーハ（図示略）が載置される円盤部材２１と、円
盤部材２１の下層部に埋設された電熱線２２と、円盤部
材２１の上層部に埋設されたバイアス電極２３とから構
成されている。円盤部材２１は、円盤部材１１（図１参
照）と同一の母材から構成されている。

【００３７】電熱線２２は、タングステン、モリブデ
ン、タンタル等の高融点金属がパターン化されてなり、
ジュール熱により半導体ウェーハを加熱する機能を備え
ている。なお、電熱線２２は、一般的な加熱特性を有す
るものであれば、そのパータンおよび厚みはどのような
ものであっても構わない。バイアス電極２３は、半導体
ウェーハ（図示略）に対して、高周波バイアス（４００
ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）を印加する機能を備えてい
る。

【００３８】図５は、実施の形態２の電気的構成を示す
図である。この図において、図２の各部に対応する部分
には同一の符号を付ける。なお、同図に示した電熱線３
４およびバイアス電極３２は、後述する実施の形態３で
説明する。交流電源１５は、整合器１６および交流側ス
イッチング素子１７を介して、バイアス電極２３に接続
されており、高周波電圧を供給する。

【００３９】上記構成において、図３に示した時刻ｔ₁
〜ｔ₂ までの間では、直流側制御信号Ｓ１がＯＮ、交流
側制御信号Ｓ２がＯＦＦとされ、直流側スイッチング素
子１４がＯＮ（閉）、交流側スイッチング素子１７がＯ
ＦＦ（開）とされる。従って、電熱線２２には、直流電
源１３から直流電圧が直流側スイッチング素子１４を介
して供給され、ジュール熱により円盤部材２１に載置さ
れた半導体ウェーハが加熱される。このとき、バイアス
電極２３に高周波電圧が供給されていないため、電熱線
２２には、従来のような渦電流損が発生しない。

【００４０】つぎの時刻ｔ₂〜ｔ₃ までの間では、信号
が反転し、直流側制御信号Ｓ１がＯＦＦ、交流側制御信
号Ｓ２がＯＮとされ、直流側スイッチング素子１４がＯ
ＦＦ（開）、交流側スイッチング素子１７がＯＮ（閉）
とされる。従って、バイアス電極２３には、交流電源１
５から高周波電圧が整合器１６および交流側スイッチン
グ素子１７を介して供給され、円盤部材２１に載置され
た半導体ウェーハに高周波バイアスが印加される。以
後、直流側スイッチング素子１４と交流側スイッチング
素子１７とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御されることによ
り、半導体ウェーハに対する加熱と高周波バイアス印加
とが交互に繰り返される。

【００４１】以上説明したように、実施の形態２によれ
ば、電熱線２２への直流電圧供給とバイアス電極２３へ
の高周波電圧供給とを交互に切り替えるようにしたの
で、渦電流損の低減に伴い効率を高めることができる。

【００４２】また、実施の形態２によれば、電熱線２２
とバイアス電極２３とを別設としたので、それぞれの用
途に適合した材料、構造、パターンを選択することがで
きるため、さらに高効率化、高性能化を図ることができ
る。

【００４３】（実施の形態３）さて、前述した実施の形
態２では、図４に示したように一つの円盤部材２１にバ
イアス電極２３および電熱線２２を設けた例について説
明したが、二つの部材のそれぞれにバイアス電極、電熱
線を設けるようにしてもよい。以下では、この場合を実
施の形態３として説明する。

【００４４】図６は、本発明にかかる実施の形態３にお
けるバイアス電極／ヒータ部３０の構成を示す図であ
る。同図に示したバイアス電極／ヒータ部３０は、円盤
状のバイアスユニット３１と、円盤状のヒータユニット
３３とから構成されている。このバイアス電極／ヒータ
部３０には、半導体ウェーハ（図示略）が載置される。

【００４５】バイアスユニット３１は、円盤部材１１
（図１参照）と同一の母材から構成されている。このバ
イアスユニット３１には、バイアス電極３２が埋設され
ている。バイアス電極３２は、半導体ウェーハ（図示
略）に対して、高周波バイアス（４００ｋＨｚ〜１３．
５６ＭＨｚ）を印加する機能を備えている。

【００４６】一方、ヒータユニット３３には、電熱線３
４が埋設されており、バイアス電極／ヒータ部３０から
の着脱が可能とされている。電熱線３４は、タングステ
ン、モリブデン、タンタル等の高融点金属がパターン化
されてなり、ジュール熱により半導体ウェーハを加熱す
る機能を備えている。なお、電熱線３４は、一般的な加
熱特性を有するものであれば、そのパータンおよび厚み
はどのようなものであっても構わない。

【００４７】図５は、実施の形態３の電気的構成を示す
図である。実施の形態３では、バイアス電極２３に代え
てバイアス電極３２、電熱線２２に代えて電熱線３４が
用いられる。なお、実施の形態３の動作については、前
述した実施の形態２の動作と同様であるため、その説明
を省略する。

【００４８】以上説明したように、実施の形態３によれ
ば、ヒータユニット３３を着脱可能としたので、特に熱
により劣化し易いヒータユニット３３のみをメンテナン
ス交換することができるため、長期的なトータルコスト
を低減することができる。

【００４９】（実施の形態４）さて、前述した実施の形
態１では、図１に示したバイアス電極／ヒータ部１０に
一つの電線１２を設けた例について説明したが、半導体
ウェーハに対する均一加熱および高周波バイアス印加を
実現するために、バイアス電極／ヒータ部に複数の電線
を分散して設けるようにしてもよい。以下では、この場
合を実施の形態４として説明する。

【００５０】図７は、本発明にかかる実施の形態４にお
けるバイアス電極／ヒータ部４０の構成を示す図であ
る。このバイアス電極／ヒータ部４０は、図１１に示し
たバイアス電極部１に対応するものであり、前述したプ
ラズマＣＶＤ装置を構成するものである。

【００５１】同図に示したバイアス電極／ヒータ部４０
は、半導体ウェーハ（図示略）が載置される円盤部材４
１と、円盤部材４１内部に並列的に埋設された第１の電
線４２および第２の電線４３とから構成されている。円
盤部材４１は、円盤部材１１（図１参照）と同一の母材
から構成されている。

【００５２】第１の電線４２および第２の電線４３は、
タングステン、モリブデン、タンタル等の高融点金属が
パターン化されてなる。これらの第１の電線４２および
第２の電線４３は、前述したバイアス電極および電熱線
の双方の機能を兼ね備えている。

【００５３】すなわち、第１の電線４２および第２の電
線４３は、半導体ウェーハ（図示略）に対して、高周波
バイアス（４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ）を印加す
る機能と、加熱する機能とを担っている。なお、第１の
電線４２および第２の電線４３は、一般的な加熱特性を
有するものであれば、そのパータンおよび厚みはどのよ
うなものであっても構わない。

【００５４】図８は、実施の形態４の電気的構成を示す
図である。この図において、図７の各部に対応する部分
には同一の符号を付ける。同図に示した第１の直流電源
４４は、第１の直流側スイッチング素子４５を介して第
１の電線４２に接続されており、第１の電線４２を電熱
線として機能させるための直流電圧を供給する。

【００５５】交流電源４６は、整合器４７、第１のブロ
ッキングコンデンサ４８および第１の交流側スイッチン
グ素子４９を介して、第１の電線４２に接続されてお
り、第１の電線４２をバイアス電極として機能させるた
めの高周波電圧を供給する。また、交流電源４６は、整
合器４７、第２のブロッキングコンデンサ５３、第２の
交流側スイッチング素子５４を介して、第２の電線４３
に接続されており、第２の電線４３をバイアス電極とし
て機能させるための高周波電圧を供給する。

【００５６】第１の制御回路５０は、第１の直流側制御
信号Ｓ３および第１の交流側制御信号Ｓ４により、第１
の直流側スイッチング素子４５および第１の交流側スイ
ッチング素子４９をＯＮ／ＯＦＦ制御するための回路で
ある。図９に示したように、第１の直流側制御信号Ｓ３
と第１の交流側制御信号Ｓ４とは、反転関係にある。

【００５７】すなわち、第１の直流側制御信号Ｓ３がＯ
Ｎの場合には、第１の交流側制御信号Ｓ４がＯＦＦとさ
れ、逆に、第１の直流側制御信号Ｓ３がＯＦＦの場合に
は、第１の交流側制御信号Ｓ４がＯＮとされる。ここで
第１の直流側制御信号Ｓ３がＯＮである場合には、第１
の直流側スイッチング素子４５がＯＮ（閉）とされ、第
１の直流側制御信号Ｓ３がＯＦＦである場合には、第１
の直流側スイッチング素子４５がＯＦＦ（開）とされ
る。

【００５８】一方、第１の交流側制御信号Ｓ４がＯＮで
ある場合には、第１の交流側スイッチング素子４９がＯ
Ｎ（閉）とされ、第１の交流側制御信号Ｓ４がＯＦＦで
ある場合には、第１の交流側スイッチング素子４９がＯ
ＦＦ（開）とされる。

【００５９】第２の直流電源５１は、第２の直流側スイ
ッチング素子５２を介して第２の電線４３に接続されて
おり、第２の電線４３を電熱線として機能させるための
直流電圧を供給する。

【００６０】第２の制御回路５５は、第２の直流側制御
信号Ｓ５および第２の交流側制御信号Ｓ６により、第２
の直流側スイッチング素子５２および第２の交流側スイ
ッチング素子５４をＯＮ／ＯＦＦ制御するための回路で
ある。図９に示したように、第２の直流側制御信号Ｓ５
と第２の交流側制御信号Ｓ６とは、反転関係にある。

【００６１】すなわち、第２の直流側制御信号Ｓ５がＯ
Ｎの場合には、第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＦＦとさ
れ、逆に、第２の直流側制御信号Ｓ５がＯＦＦの場合に
は、第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＮとされる。ここで
第２の直流側制御信号Ｓ５がＯＮである場合には、第２
の直流側スイッチング素子５２がＯＮ（閉）とされ、第
２の直流側制御信号Ｓ５がＯＦＦである場合には、第２
の直流側スイッチング素子５２がＯＦＦ（開）とされ
る。

【００６２】一方、第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＮで
ある場合には、第２の交流側スイッチング素子５４がＯ
Ｎ（閉）とされ、第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＦＦで
ある場合には、第２の交流側スイッチング素子５４がＯ
ＦＦ（開）とされる。

【００６３】上記構成において、図９に示した時刻ｔ₁
〜ｔ₂ までの間では、第１の直流側制御信号Ｓ３および
第２の直流側制御信号Ｓ５がＯＮ、第１の交流側制御信
号Ｓ４および第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＦＦとさ
れ、第１の直流側スイッチング素子４５および第２の直
流側スイッチング素子５２がＯＮ（閉）、第１の交流側
スイッチング素子４９および第２の交流側スイッチング
素子５４がＯＦＦ（開）とされる。

【００６４】従って、第１の電線４２および第２の電線
４３には、第１の直流電源４４および第２の直流電源５
１から直流電圧が第１の直流側スイッチング素子４５お
よび第２の直流側スイッチング素子５２を介して供給さ
れ、二系統のジュール熱により円盤部材４１に載置され
た半導体ウェーハが加熱される。

【００６５】つぎの時刻ｔ₂〜ｔ₃ までの間では、信号
が反転し、第１の直流側制御信号Ｓ３および第２の直流
側制御信号Ｓ５がＯＦＦ、第１の交流側制御信号Ｓ４お
よび第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＮとされ、第１の直
流側スイッチング素子４５および第２の直流側スイッチ
ング素子５２がＯＦＦ（開）、第１の交流側スイッチン
グ素子４９および第２の交流側スイッチング素子５４が
ＯＮ（閉）とされる。

【００６６】従って、第１の電線４２には、交流電源４
６から高周波電圧が整合器４７、第１のブロッキングコ
ンデンサ４８、第１の交流側スイッチング素子４９を介
して供給される。同時に、第２の電線４３にも、交流電
源４６から高周波電圧が整合器４７、第２のブロッキン
グコンデンサ５３、第２の交流側スイッチング素子５４
を介して供給される。これにより、円盤部材４１に載置
された半導体ウェーハには、二系統の高周波バイアスが
印加される。

【００６７】以後、第１の直流側スイッチング素子４５
および第２の直流側スイッチング素子５２と第１の交流
側スイッチング素子４９および第２の交流側スイッチン
グ素子５４とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御されることによ
り、半導体ウェーハに対する加熱と高周波バイアス印加
とが交互に繰り返される。

【００６８】なお、図９に示した第１の直流側制御信号
Ｓ３および第２の直流側制御信号Ｓ５、ならびに第１の
交流側制御信号Ｓ４および第２の交流側制御信号Ｓ６の
スイッチング周波数およびデューティ比は、加熱および
高周波バイアスに関するパワーを制御するためのパラメ
ータであり、半導体ウェーハの大きさやプラズマＣＶＤ
装置の容量等に応じて、任意に調整される。

【００６９】以上説明したように、実施の形態４によれ
ば、複数（＝２）の第１の電線４２および第２の電線４
３という複数系統（＝２）の加熱および高周波バイアス
印加を行うようにしたので、半導体ウェーハに対して均
一な加熱および高周波バイアス印加を行うことができ
る。

【００７０】（実施の形態５）さて、前述した実施の形
態４では、図８に示した二系統の第１の電線４２および
第２の電線４３にそれぞれ対応させて二つの第１の直流
電源４４および第２の直流電源５１を設けた例について
説明したが、共用の直流電源を設けるようにしてもよ
い。以下では、この場合を実施の形態５として説明す
る。

【００７１】図１０は、本発明にかかる実施の形態５の
電気的構成を示す図である。この図において、図８の各
部に対応する部分には同一の符号を付ける。同図に示し
た共用直流電源６０は、第２の直流側スイッチング素子
６２および第１の直流側スイッチング素子６１を介して
第１の電線４２および第２の電線４３に接続されてお
り、第１の電線４２および第２の電線４３を電熱線とし
て機能させるための直流電圧を供給する。

【００７２】交流電源４６は、整合器４７、第１のブロ
ッキングコンデンサ４８および第１の交流側スイッチン
グ素子６４を介して、第１の電線４２に接続されてお
り、第１の電線４２をバイアス電極として機能させるた
めの高周波電圧を供給する。また、交流電源４６は、整
合器４７、第２のブロッキングコンデンサ５３、第２の
交流側スイッチング素子６５を介して、第２の電線４３
に接続されており、第２の電線４３をバイアス電極とし
て機能させるための高周波電圧を供給する。

【００７３】第１の制御回路６３は、第１の直流側制御
信号Ｓ３および第２の直流側制御信号Ｓ５（図９参
照）、第１の直流側スイッチング素子６１および第２の
直流側スイッチング素子６２をＯＮ／ＯＦＦ制御するた
めの回路である。

【００７４】ここで、第１の直流側制御信号Ｓ３および
第２の直流側制御信号Ｓ５がＯＮである場合には、第１
の直流側スイッチング素子６１および第２の直流側スイ
ッチング素子６２がＯＮ（閉）とされる。また、第１の
直流側制御信号Ｓ３および第２の直流側制御信号Ｓ５が
ＯＦＦである場合には、第１の直流側スイッチング素子
６１および第２の直流側スイッチング素子６２がＯＦＦ
（開）とされる。

【００７５】第２の制御回路６６は、第１の交流側制御
信号Ｓ４および第２の交流側制御信号Ｓ６（図９参照）
により、第１の交流側スイッチング素子６４および第２
の交流側スイッチング素子６５をＯＮ／ＯＦＦ制御する
ための回路である。

【００７６】ここで、第１の交流側制御信号Ｓ４および
第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＮである場合には、第１
の交流側スイッチング素子６４および第２の交流側スイ
ッチング素子６５がＯＮ（閉）とされる。また、第１の
交流側制御信号Ｓ４および第２の交流側制御信号Ｓ６が
ＯＦＦである場合には、第１の交流側スイッチング素子
６４および第２の交流側スイッチング素子６５がＯＦＦ
（開）とされる。

【００７７】上記構成において、図９に示した時刻ｔ₁
〜ｔ₂ までの間では、第１の直流側制御信号Ｓ３および
第２の直流側制御信号Ｓ５がＯＮ、第１の交流側制御信
号Ｓ４および第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＦＦとさ
れ、第１の直流側スイッチング素子６１および第２の直
流側スイッチング素子６２がＯＮ（閉）、第１の交流側
スイッチング素子６４および第２の交流側スイッチング
素子６５がＯＦＦ（開）とされる。

【００７８】従って、第１の電線４２および第２の電線
４３には、共用直流電源６０から直流電圧が第１の直流
側スイッチング素子６１および第２の直流側スイッチン
グ素子６２を介して供給され、二系統のジュール熱によ
り円盤部材４１に載置された半導体ウェーハが加熱され
る。

【００７９】つぎの時刻ｔ₂〜ｔ₃ までの間では、信号
が反転し、第１の直流側制御信号Ｓ３および第２の直流
側制御信号Ｓ５がＯＦＦ、第１の交流側制御信号Ｓ４お
よび第２の交流側制御信号Ｓ６がＯＮとされ、第１の直
流側スイッチング素子６１および第２の直流側スイッチ
ング素子６２がＯＦＦ（開）、第１の交流側スイッチン
グ素子６４および第２の交流側スイッチング素子６５が
ＯＮ（閉）とされる。

【００８０】従って、第１の電線４２には、交流電源４
６から高周波電圧が整合器４７、第１のブロッキングコ
ンデンサ４８、第１の交流側スイッチング素子６４を介
して供給される。同時に、第２の電線４３にも、交流電
源４６から高周波電圧が整合器４７、第２のブロッキン
グコンデンサ５３、第２の交流側スイッチング素子６５
を介して供給される。これにより、円盤部材４１に載置
された半導体ウェーハには、二系統の高周波バイアスが
印加される。

【００８１】以後、第１の直流側スイッチング素子６１
および第２の直流側スイッチング素子６２と第１の交流
側スイッチング素子６４および第２の交流側スイッチン
グ素子６５とが交互にＯＮ／ＯＦＦ制御されることによ
り、半導体ウェーハに対する加熱と高周波バイアス印加
とが交互に繰り返される。

【００８２】以上説明したように、実施の形態５によれ
ば、複数（＝２）の第１の電線４２および第２の電線４
３に対して、加熱用の直流電圧を一つの共用直流電源で
供給するようにしたので、コストを削減することができ
る。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１にかかる
発明よれば、加熱機能と高周波バイアス印加機能とを一
つの導電体で兼用させ、直流電圧供給と高周波電圧供給
とを交互に切り替えるようにしたので、従来のように静
電遮蔽板を設ける必要が無いためコストを安価にするこ
とができるとともに、渦電流損の低減に伴い効率を高め
ることができるという効果を奏する。

【００８４】また、請求項２にかかる発明によれば、複
数の導電体を分散的に設けて、複数系統の加熱および高
周波バイアス印加を行うようにしたので、半導体ウェー
ハに対して均一な加熱および高周波バイアス印加を行う
ことができるという効果を奏する。

【００８５】また、請求項３にかかる発明によれば、電
熱線への直流電圧供給とバイアス電極への高周波電圧供
給とを交互に切り替えるようにしたので、渦電流損の低
減に伴い効率を高めることができるという効果を奏す
る。

【００８６】また、この請求項３にかかる発明によれ
ば、電熱線とバイアス電極とを別設としたので、それぞ
れの用途に適合した材料、構造、パターンを選択するこ
とができるため、さらに高効率化、高性能化を図ること
ができるという効果を奏する。

【００８７】また、請求項４にかかる発明によれば、第
１の部材と第２の部材とを着脱可能に構成したので、特
に熱により劣化し易い第２の部材のみをメンテナンス交
換することができるため、長期的なトータルコストを低
減することができるという効果を奏する。

【００８８】また、請求項５にかかる発明によれば、ス
イッチングに関する所定時間およびデューティ比を調整
するようにしたので、加熱および高周波バイアスに関す
るパワー制御を精密かつ柔軟に行うことができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施の形態１におけるバイアス
電極／ヒータ部１０の構成を示す図である。

【図２】同実施の形態１の電気的構成を示す図である。

【図３】同実施の形態１〜３で用いられる直流側制御信
号Ｓ１および交流側制御信号Ｓ２を示す図である。

【図４】本発明にかかる実施の形態２におけるバイアス
電極／ヒータ部２０の構成を示す図である。

【図５】同実施の形態２および３の電気的構成を示す図
である。

【図６】本発明にかかる実施の形態３におけるバイアス
電極／ヒータ部３０の構成を示す図である。

【図７】本発明にかかる実施の形態４におけるバイアス
電極／ヒータ部４０の構成を示す図である。

【図８】同実施の形態４における電気的構成を示す図で
ある。

【図９】同実施の形態４および５で用いられる第１の直
流側制御信号Ｓ３、第１の交流側制御信号Ｓ４、第２の
直流側制御信号Ｓ５および第２の交流側制御信号Ｓ６を
示す図である。

【図１０】本発明にかかる実施の形態５の電気的構成を
示す図である。

【図１１】従来のプラズマＣＶＤ装置におけるバイアス
電極部１の構成を示す図である。

【図１２】従来のプラズマＣＶＤ装置におけるバイアス
電極／ヒータ部４の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０バイアス電極／ヒータ部１１円盤部材１２電線１３直流電源１５交流電源１８制御回路２０バイアス電極／ヒータ部２１円盤部材２２電熱線２３バイアス電極３０バイアス電極／ヒータ部３１バイアスユニット３２バイアス電極３３ヒータユニット３４電熱線４０バイアス電極／ヒータ部４１円盤部材４２第１の電線４３第２の電線

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェーハが載置される載置部材
と、前記載置部材に設けられた導電体と、前記半導体ウェーハに対して高周波バイアスを印加する
ための高周波電圧を前記導電体へ供給する交流電源と、前記半導体ウェーハを加熱するための直流電圧を前記導
電体へ供給する直流電源と、前記直流電圧の供給と前記高周波電圧の供給とを所定時
間をおいて交互にスイッチングするスイッチング手段
と、を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記導電体は、前記載置部材に分散的に
複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
プラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】半導体ウェーハが載置される載置部材
と、前記載置部材に設けられたバイアス電極と、前記半導体ウェーハに対して高周波バイアスを印加する
ための高周波電圧を前記バイアス電極へ供給する交流電
源と、前記載置部材に設けられた電熱線と、半導体ウェーハを加熱するための直流電圧を前記電熱線
へ供給する直流電源と、前記直流電圧の供給と前記高周波電圧の供給とを所定時
間をおいて交互にスイッチングするスイッチング手段
と、を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】半導体ウェーハが載置され、第１の部材
と第２の部材とが着脱可能に構成されてなる載置部材
と、前記第１の部材に設けられたバイアス電極と、前記半導体ウェーハに対して高周波バイアスを印加する
ための高周波電圧を前記バイアス電極へ供給する交流電
源と、前記第２の部材に設けられた電熱線と、半導体ウェーハを加熱するための直流電圧を前記電熱線
へ供給する直流電源と、前記直流電圧の供給と前記高周波電圧の供給とを所定時
間およびデューティー比で交互にスイッチングするスイ
ッチング手段と、を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】前記スイッチングに関する前記所定時間
およびデューティー比を調整する調整手段を備えたこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラ
ズマＣＶＤ装置。