JP5607323B2

JP5607323B2 - Plasma CVD equipment

Info

Publication number: JP5607323B2
Application number: JP2009176122A
Authority: JP
Inventors: 倫章平田; 好貴中村
Original assignee: Choshu Industry Co Ltd
Current assignee: Choshu Industry Co Ltd
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: JP2011026685A

Description

本発明は、基板などに薄膜を形成するのに適したプラズマＣＶＤ装置に関する。 The present invention relates to a plasma CVD apparatus suitable for forming a thin film on a substrate or the like.

従来のプラズマＣＶＤ装置においては、図３（ａ）（ｂ）のように、チャンバー内に基板を支持する基板ホルダーとヒーターを内蔵したヒーターパネルとを溶接などで互いを取り外し不能に接合するホルダー・ヒーター一体型に構成した装置と、チャンバー内に基板ホルダーとヒーターパネルとを互いに離れた位置に配置するホルダー・ヒーター分離型に構成した装置と、が存在していた。 In the conventional plasma CVD apparatus, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), a holder for joining the substrate holder supporting the substrate in the chamber and the heater panel incorporating the heater so that they cannot be removed by welding, etc. There existed an apparatus configured as a heater integrated type, and an apparatus configured as a holder / heater separated type in which a substrate holder and a heater panel were disposed in a chamber at positions separated from each other.

特開２００９−１０２７４４号公報JP 2009-102744 A

しかしながら、図３（ａ）に示すようなホルダー・ヒーター一体型の装置においては、基板ホルダーに対する洗浄等のメンテナンスが難しいという問題があった。また、図３（ｂ）に示すようなホルダー・ヒーター分離型の装置においては、基板ホルダーがヒーターパネルと離れているため、ヒーターと基板ホルダーとの間に大きな熱抵抗が存在し、この大きな熱抵抗によって基板ホルダー温度の応答性が悪くなってしまうという問題があった。また、この大きな熱抵抗の作用によってヒーターパネル温度と基板ホルダー温度とに大きな温度差が生じ易くなっているため、基板ホルダーの熱的な環境が変化して入熱量や抜熱量に変化があった場合には、ヒーターパネル温度と基板ホルダー温度との関係が一定に保たれ難くなってしまうという問題があった。特に、放電プラズマを利用したプロセッシング装置においては、プラズマを構成する粒子によって基板ホルダーが加熱されるが、放電電力が大きくなると基板ホルダーへの入熱量も増すため、この入熱量の増加によって容易に基板ホルダーが過熱し、プロセッシング対象の電子装置が破壊されてしまう場合すらあった。 However, the holder / heater integrated apparatus as shown in FIG. 3A has a problem that it is difficult to perform maintenance such as cleaning on the substrate holder. Further, in the holder / heater separation type apparatus as shown in FIG. 3B, since the substrate holder is separated from the heater panel, there is a large thermal resistance between the heater and the substrate holder. There was a problem that the responsiveness of the substrate holder temperature deteriorated due to the resistance. In addition, because of the large thermal resistance, a large temperature difference is likely to occur between the heater panel temperature and the substrate holder temperature, so the thermal environment of the substrate holder has changed and there has been a change in the amount of heat input and output. In such a case, there is a problem that the relationship between the heater panel temperature and the substrate holder temperature is difficult to be kept constant. In particular, in a processing apparatus using discharge plasma, the substrate holder is heated by the particles constituting the plasma. However, as the discharge power increases, the amount of heat input to the substrate holder also increases. There were even cases where the holder was overheated and the electronic device to be processed was destroyed.

本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、基板ホルダーに対するメンテナンス性と基板ホルダーに対する温度制御性とを共に向上させることができるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems of the prior art, and provides a plasma CVD apparatus capable of improving both the maintainability of the substrate holder and the temperature controllability of the substrate holder. Objective.

以上のような課題を解決するためのプラズマＣＶＤ装置は、被処理基板を保持する基板ホルダーと、前記被処理基板と放電空間を介して対向する電極板と、前記基板ホルダーに対向するように配置されたヒーターパネルであって前記被処理基板を加熱するためのヒーターを含むヒーターパネルと、を備えたプラズマＣＶＤ装置において、前記基板ホルダーと前記ヒーターパネルとを取り外し可能に固定する固定手段と、前記基板ホルダーの前記ヒーターパネル側の面に形成された凹部であって、前記基板ホルダーと前記ヒーターパネルとの間に、前記ヒーターパネルからの熱を前記基板ホルダーに伝導させるガスを含むギャップを形成するための凹部と、前記凹部の略中央部を通る第１の案内溝と、前記凹部の周辺部を通り、その一部が前記第１の溝とガス流通可能に接続されている第２の案内溝と、前記ヒーターパネルに備えられ、前記ガスを前記ギャップ内の略中央部に流入させるガス導入口と、薄膜形成時に、前記ギャップ内のガス圧力が前記放電空間のガス圧力よりも大きくなるように、前記ガス導入口を介して前記ギャップ内に所定量のガスを供給するガス供給手段と、を備えたことを特徴とするものである。
A plasma CVD apparatus for solving the problems as described above is disposed so as to face a substrate holder that holds a substrate to be processed , an electrode plate that faces the substrate to be processed through a discharge space, and the substrate holder. A heater panel including a heater panel for heating the substrate to be processed, and a fixing means for removably fixing the substrate holder and the heater panel; and A recess formed on a surface of the substrate holder on the heater panel side, wherein a gap including a gas that conducts heat from the heater panel to the substrate holder is formed between the substrate holder and the heater panel. And a first guide groove that passes through a substantially central portion of the concave portion, and a peripheral portion of the concave portion, part of which is the A second guide groove that is connected to the first groove so as to allow gas flow, a gas introduction port that is provided in the heater panel and allows the gas to flow into a substantially central portion of the gap, and the gap is formed when a thin film is formed. Gas supply means for supplying a predetermined amount of gas into the gap through the gas introduction port so that the gas pressure inside becomes larger than the gas pressure in the discharge space. It is.

また、本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、前記第１及び第２の案内溝により、前記ガス導入口から前記ギャップ内の略中央部に流入されたガスが前記ギャップ内の周辺部方向に移動されるようにして、前記ギャップ内全体のガス圧力が均一化されるようにしたものである。
In the plasma CVD apparatus according to the present invention, the gas that has flowed from the gas inlet to the substantially central portion in the gap is moved toward the peripheral portion in the gap by the first and second guide grooves. In this way, the gas pressure throughout the gap is made uniform.

また、本発明によるプラズマＣＶＤ装置においては、前記基板ホルダーと前記ヒーターパネルとの間のギャップ長を、２０μｍ〜２ｍｍの範囲内のサイズとするものである。
In the plasma CVD apparatus according to the present invention, the gap length between the substrate holder and the heater panel is set to a size within a range of 20 μm to 2 mm.

また、本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、前記基板ホルダーと前記ヒーターパネルとの間のギャップ長を、前記ガス供給手段により前記ギャップ内のガス圧力が前記放電空間内のガス圧力よりも大きくなるように前記ギャップ内に所定量のガスが供給されたときの前記ギャップ内のガス圧力における前記ガスの平均自由行程よりも大きなサイズに設定するように構成したものである。
In the plasma CVD apparatus according to the present invention, the gap length between the substrate holder and the heater panel is set so that the gas supply means makes the gas pressure in the gap larger than the gas pressure in the discharge space. The size is set to be larger than the mean free path of the gas at the gas pressure in the gap when a predetermined amount of gas is supplied into the gap.

また、本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、前記ヒーターパネルから前記基板ホルダーへの熱移動量が前記ギャップ内のガス圧力と関係なく一定となるようにして、前記ヒーターパネルから前記基板ホルダーへの熱移動量を安定的に制御できるようにしたものである。
In addition, the plasma CVD apparatus according to the present invention is configured such that the amount of heat transfer from the heater panel to the substrate holder is constant regardless of the gas pressure in the gap, and the heat transfer from the heater panel to the substrate holder. The amount can be controlled stably.

さらに、本発明によるプラズマＣＶＤ装置は、薄膜形成時に、前記ヒーターパネルから前記基板ホルダーへの単位面積当たり熱移動量が前記基板ホルダーから前記電極板への単位面積当たり熱移動量と同じになり、前記基板ホルダー、前記電極板、及び前記ヒーターパネルを含むプラズマＣＶＤ装置内が熱的に平衡するようなヒーターパネル温度を求めるようにしたものである。 Furthermore, in the plasma CVD apparatus according to the present invention, the heat transfer amount per unit area from the heater panel to the substrate holder is the same as the heat transfer amount per unit area from the substrate holder to the electrode plate during thin film formation, The heater panel temperature is determined so that the inside of the plasma CVD apparatus including the substrate holder, the electrode plate, and the heater panel is in thermal equilibrium.

本発明によれば、前記基板ホルダーと前記ヒーターパネルとを取り外し可能に固定すると共に両者の間にギャップ（隙間・空間）を介在させてその中に前記ヒーターパネルからの熱を前記基板ホルダーに伝導させるためのガスを存在させるようにしたので、基板ホルダーに対する洗浄等のメンテナンス性を向上させることができる（従来の基板ホルダーをヒーターパネルから取り外しできないタイプでは基板ホルダーのメンテナンス性が悪いという問題があった）と共に、基板ホルダーへの温度制御性を向上させることができる（従来の基板ホルダーをヒーターパネルから分離して配置したタイプでは基板ホルダーへの温度制御性が悪いという問題があった）。 According to the present invention, the substrate holder and the heater panel are detachably fixed, and a gap (gap / space) is interposed therebetween to conduct heat from the heater panel to the substrate holder. This makes it possible to improve the maintainability of the substrate holder such as cleaning (if the conventional substrate holder cannot be removed from the heater panel, there is a problem that the maintainability of the substrate holder is poor). In addition, the temperature controllability to the substrate holder can be improved (the conventional substrate holder separated from the heater panel has a problem of poor temperature controllability to the substrate holder).

このように、本発明においては、基板ホルダーとヒーターパネルとを取り外し可能にして両者間にギャップを介在させるようにしながら、そのギャップの中に熱伝達に適したガスを存在させることにより、基板ホルダーに対する温度制御性を向上させるようにしている。このことを図３を参照してより詳しく説明すると、次のとおりである。
図３（ａ）は従来のホルダー・ヒーター一体型のプラズマＣＶＤ装置における熱の移動を示す模式図、図３（ｂ）は従来のホルダー・ヒーター分離型のプラズマＣＶＤ装置における熱の移動を示す模式図である。図３において、図中の矢印は熱の移動を示している。図３（ａ）に示すホルダー・ヒーター一体型の場合は、熱的に一体化された金属の熱伝導により基板ホルダーを昇温させている。よって基板ホルダーからＣＨ（チャンバー）内壁への熱移動やプラズマから基板ホルダーへの熱移動の影響を受けて基板ホルダーの温度が所望の温度より上昇または低下した場合でも、ホルダー・ヒーター間の熱抵抗が小さく基板ホルダーへの入熱（実線矢印）と基板ホルダーからの抜熱（点線矢印）の速度が速いので、ヒーターパネルの温度を調整することにより基板ホルダーの温度を適正に制御することができる。
しかし、図３（ｂ）に示すホルダー・ヒーター分離型の場合は、基板ホルダーとヒーターパネルとの間の気体による熱伝導により基板ホルダーを昇温させている。よって、ヒーターパネルから基板ホルダーへの熱移動の他にプラズマから基板ホルダーへの熱移動の強い影響が有り、基板ホルダーの温度が所望の温度を超えてしまった場合に、ヒーターパネルの温度を調整しても、ホルダー・ヒーター間の熱抵抗が大きく基板ホルダーからの抜熱速度が遅いため所望のホルダー温度を維持できない（過昇温になる）という問題があった。
これに対して、本発明においては、前述のように、基板ホルダーとヒーターパネルとを分離型にしても、それらの間のギャップ内に熱伝達に適したガスを存在させているので、ホルダー・ヒーター間の熱抵抗を小さくして基板ホルダーへの入熱（実線矢印）と基板ホルダーからの抜熱（点線矢印）の速度を速くすることができる。したがって、本発明によれば、基板ホルダーの温度が所望の温度を超えてしまった場合でも、ヒーターパネルの温度を調整することにより、基板ホルダーの温度を所望の温度に維持する（過昇温を防ぐ）ことが可能になる。 As described above, in the present invention, the substrate holder and the heater panel are detachable so that a gap is interposed therebetween, and a gas suitable for heat transfer is present in the gap, whereby the substrate holder The temperature controllability with respect to is improved. This will be described in more detail with reference to FIG. 3 as follows.
FIG. 3A is a schematic diagram showing heat transfer in a conventional holder / heater integrated plasma CVD apparatus, and FIG. 3B is a schematic diagram showing heat transfer in a conventional holder / heater-separated plasma CVD apparatus. FIG. In FIG. 3, the arrows in the figure indicate the movement of heat. In the case of the integrated holder / heater type shown in FIG. 3A, the temperature of the substrate holder is raised by the heat conduction of the thermally integrated metal. Therefore, even when the temperature of the substrate holder rises or falls below the desired temperature due to the heat transfer from the substrate holder to the inner wall of the CH (chamber) or the heat transfer from the plasma to the substrate holder, the thermal resistance between the holder and the heater Since the heat input to the substrate holder (solid arrow) and the heat removal from the substrate holder (dotted arrow) are fast, the temperature of the substrate holder can be controlled appropriately by adjusting the temperature of the heater panel. .
However, in the case of the holder / heater separation type shown in FIG. 3B, the temperature of the substrate holder is raised by heat conduction between the substrate holder and the heater panel. Therefore, in addition to the heat transfer from the heater panel to the substrate holder, there is a strong influence from the heat transfer from the plasma to the substrate holder, and the temperature of the heater panel is adjusted when the temperature of the substrate holder exceeds the desired temperature However, since the heat resistance between the holder and the heater is large and the heat removal rate from the substrate holder is slow, there is a problem that the desired holder temperature cannot be maintained (overheating).
On the other hand, in the present invention, as described above, even if the substrate holder and the heater panel are separated, a gas suitable for heat transfer is present in the gap between them. By reducing the thermal resistance between the heaters, the speed of heat input to the substrate holder (solid arrow) and heat removal from the substrate holder (dotted arrow) can be increased. Therefore, according to the present invention, even when the temperature of the substrate holder exceeds the desired temperature, the temperature of the substrate holder is maintained at the desired temperature by adjusting the temperature of the heater panel (overheating is not performed). Prevent).

また、本発明において、前記ガス導入口から導入されるガスの圧力を調整して、前記ギャップ内のガス圧力が放電空間のガス圧力よりも大きくなるように、前記ギャップ内のガス圧力を制御するようにしたときは、前記ギャップ内に放電空間からのプリカーサが入り込むことを防止できるようになる。なお、この場合、前記ギャップ内のガス圧力を検出又は推測しこれに基づいて前記ギャップ内のガス圧力を制御するようにしたときは、前記ギャップ内のガス圧力をより正確に制御することができ、前記ヒーターパネルから前記基板ホルダーへの熱伝達を安定的に行うことができるようになる。 In the present invention, the gas pressure in the gap is controlled by adjusting the pressure of the gas introduced from the gas inlet so that the gas pressure in the gap is larger than the gas pressure in the discharge space. In such a case, it is possible to prevent the precursor from the discharge space from entering the gap. In this case, when the gas pressure in the gap is detected or estimated and the gas pressure in the gap is controlled based on this, the gas pressure in the gap can be controlled more accurately. The heat transfer from the heater panel to the substrate holder can be performed stably.

また、本発明において、前記基板ホルダーの前記ヒーターパネル側の面又は前記ヒーターパネルの前記基板ホルダー側の面に、前記ギャップを形成するための凹部又は凹凸部と前記案内溝とを形成するようにしたときは、前記ガス導入口から前記ギャップ内に導入されたガス圧力と前記ギャップ周辺部との圧力が一定になるようになる。 Further, in the present invention, a recess or an uneven portion for forming the gap and the guide groove are formed on the surface of the substrate holder on the heater panel side or the surface of the heater panel on the substrate holder side. When this occurs, the gas pressure introduced into the gap from the gas inlet and the pressure around the gap become constant.

また、本発明において、前記基板ホルダーと前記ヒーターパネルとの間のギャップ長を、前記ギャップ内での所望の圧力における前記ガスの平均自由行程よりも大きなサイズに設定したときは、前記ヒーターパネルから前記基板ホルダーへの伝熱量が前記ギャップ内のガス圧力と関係なく一定となるので、前記ヒーターパネルから前記基板ホルダーへの伝熱量を安定的に制御できるようになる。 Further, in the present invention, when the gap length between the substrate holder and the heater panel is set to a size larger than the mean free path of the gas at a desired pressure within the gap, Since the heat transfer amount to the substrate holder is constant regardless of the gas pressure in the gap, the heat transfer amount from the heater panel to the substrate holder can be stably controlled.

本発明の実施例１によるプラズマＣＶＤ装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plasma CVD apparatus by Example 1 of this invention. （ａ）は図１の基板ホルダー１２を示す底面図、（ｂ）は前記基板ホルダー１２のギャップ形成用の凹部１２ａを説明するための模式図（（ａ）のＢ−Ｂ線断面を模式的に示す図）である。(A) is a bottom view showing the substrate holder 12 of FIG. 1, (b) is a schematic diagram for explaining the gap forming recess 12a of the substrate holder 12 (schematic cross-sectional view taken along line BB of (a)). The figure shown in FIG. （ａ）は従来のホルダー・ヒーター一体型のプラズマＣＶＤ装置における熱の移動を示す模式図、（ｂ）は従来のホルダー・ヒーター分離型のプラズマＣＶＤ装置における熱の移動を示す模式図である。(A) is a schematic diagram showing heat transfer in a conventional holder / heater integrated type plasma CVD apparatus, and (b) is a schematic view showing heat transfer in a conventional holder / heater separated type plasma CVD apparatus.

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１について述べるような形態である。 The best mode for carrying out the present invention is a mode as described in Example 1 below.

図１は本発明の実施例１によるプラズマＣＶＤ装置を示す模式図である。図１において、１２は基板（図示せず）を支持する基板ホルダー（基板ホルダー１２の図示上面に基板（図示せず）が支持されている）、１３はヒーターを内蔵したヒーターパネル、１４は前記基板ホルダー１２上の基板と所定の空間を介して対向するように配置された電極板、１５は前記基板と前記電極板１４との間に形成される放電空間、１６は前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３との間に介在されたギャップ（隙間）、１７は前記ギャップ１６内に熱伝達に適した気体、例えば熱伝導率の高い水素ガスを導入するためのガス導入口（後述のガス供給支管１８を流れる水素ガスを前記ギャップ１６内に導入するためのガス導入口）、１８は前記ガス導入口１７に水素ガスを供給するためのガス供給支管（前記ヒーターパネル１３の図示中央部を上下方向に挿通するガス供給支管）、１９は前記ガス供給支管１８に水素ガスを流入させるためのガス供給管、２０は前記ガス供給管１９の所定箇所に備えられ前記ガス供給管１９内を流れる水素ガスの流量を制御するためのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）、２１は前記ガス供給管１９の所定箇所に備えられ前記ガス供給管１９内の水素ガスの圧力を測定するための圧力計、２２は前記ガス供給管１９の図示右側の所定箇所に備えられ前記ガス供給管１９内を流れる水素ガスの流量を絞るための絞り、である。 FIG. 1 is a schematic view showing a plasma CVD apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 12 is a substrate holder for supporting a substrate (not shown) (a substrate (not shown) is supported on the upper surface of the substrate holder 12), 13 is a heater panel incorporating a heater, and 14 is the above-described heater panel. An electrode plate disposed so as to face the substrate on the substrate holder 12 through a predetermined space, 15 is a discharge space formed between the substrate and the electrode plate 14, and 16 is the substrate holder 12 and the electrode A gap (gap) 17 interposed between the heater panel 13 and a gas inlet for introducing a gas suitable for heat transfer, for example, hydrogen gas having high thermal conductivity, into the gap 16 (gas supply described later) A gas inlet for introducing hydrogen gas flowing through the branch pipe 18 into the gap 16, 18 is a gas supply branch for supplying hydrogen gas to the gas inlet 17 (the heater panel). 3 is a gas supply branch penetrating through the center of the figure 3 in the vertical direction), 19 is a gas supply pipe for allowing hydrogen gas to flow into the gas supply branch pipe 18, and 20 is provided at a predetermined location of the gas supply pipe 19. A mass flow controller (MFC) 21 for controlling the flow rate of the hydrogen gas flowing in the supply pipe 19 is provided at a predetermined position of the gas supply pipe 19 for measuring the pressure of the hydrogen gas in the gas supply pipe 19. A pressure gauge 22 is a throttle provided at a predetermined position on the right side of the gas supply pipe 19 for reducing the flow rate of hydrogen gas flowing through the gas supply pipe 19.

なお、前記の基板ホルダー１２、ヒーターパネル１３、電極板１４は図示しないチャンバー内に収容されている。また、前記ヒーターパネル１３内の前記ギャップ１６に近い場所には、前記ヒーターパネル１３又は前記ギャップ１６内の温度を検出するための熱電対２３が備えられている。前記熱電対２３は、前記ヒーターパネル１３内の前記基板ホルダー１２及びギャップ１６に近接した場所に内蔵されている。 The substrate holder 12, the heater panel 13, and the electrode plate 14 are accommodated in a chamber (not shown). Further, a thermocouple 23 for detecting the temperature in the heater panel 13 or the gap 16 is provided at a location near the gap 16 in the heater panel 13. The thermocouple 23 is built in the heater panel 13 at a location close to the substrate holder 12 and the gap 16.

次に、図２（ａ）は図１の基板ホルダー１２を示す底面図、図２（ｂ）は前記基板ホルダー１２のギャップ形成用の凹部１２ａを説明するための模式図（図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面を模式的に示す図）である。図２において、３１は前記基板ホルダー１２を前記ヒーターパネル１３に取り外し可能になるよう取り付け固定するためのネジ穴である。 Next, FIG. 2A is a bottom view showing the substrate holder 12 of FIG. 1, and FIG. 2B is a schematic diagram for explaining the gap forming recess 12a of the substrate holder 12 (FIG. 2A). It is a figure which shows a BB line cross section of (). In FIG. 2, 31 is a screw hole for attaching and fixing the substrate holder 12 to the heater panel 13 so as to be removable.

前記基板ホルダー１２の底面（前記ヒーターパネル１３側の面）には、切削などにより例えば０．３ｍｍ（望ましくは約２０μｍ〜２ｍｍの範囲内）の高さ（図２（ｂ）の符号Ｃ参照）を有する凹部１２ａが形成されている（図２（ａ）の斜線を付した部分も参照）。この凹部１２ａは、図１のギャップ１６を形成するためのものである。本実施例１では、前記ヒーターパネル１３の上面（基板ホルダー１２に隣接する面）は平坦に形成されている。よって、本実施例１では、前記ギャップ１６の前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３との間の距離（ギャップ長）は０．３ｍｍ（望ましくは約２０μｍ〜２ｍｍの範囲内）となっている。なお、本実施例１では、前記ギャップ長は、前記ギャップ内での所望の圧力における水素ガスの平均自由行程よりも大きなサイズに設定するようにしている。こうすることにより、前記ヒーターパネル１３から前記基板ホルダー１２への熱移動量が前記ギャップ１６内のガス圧力と関係なく一定となるので、前記ヒーターパネル１３から前記基板ホルダー１２への熱移動量を安定的に制御できるようになるからである。 The bottom surface of the substrate holder 12 (the surface on the heater panel 13 side) has a height of, for example, 0.3 mm (desirably within a range of about 20 μm to 2 mm) by cutting or the like (see reference C in FIG. 2B). Is formed (see also the hatched portion in FIG. 2A). This recess 12a is for forming the gap 16 of FIG. In the first embodiment, the upper surface of the heater panel 13 (the surface adjacent to the substrate holder 12) is formed flat. Therefore, in the first embodiment, the distance (gap length) between the substrate holder 12 and the heater panel 13 in the gap 16 is 0.3 mm (desirably within a range of about 20 μm to 2 mm). In the first embodiment, the gap length is set to a size larger than the mean free path of hydrogen gas at a desired pressure in the gap. By doing this, the amount of heat transfer from the heater panel 13 to the substrate holder 12 becomes constant regardless of the gas pressure in the gap 16, so the amount of heat transfer from the heater panel 13 to the substrate holder 12 is reduced. This is because it can be controlled stably.

また、本実施例１では、前記ギャップ１６は気密に封止はされていない。そのため、前記ガス導入口１７から前記ギャップ１６内への水素ガスの導入が継続されている間、前記の基板ホルダー１２とヒーターパネル１３との間の隙間からは前記導入されたガスが少しずつ前記ギャップ１６外へ漏れ出るようになっている。本実施例１では、前記ギャップ１６内へ継続的に導入されるガスの圧力を、前記マスフローコントローラ２０と前記絞り２２で制御することにより、前記ギャップ１６内のガス圧力を一定に制御するようにしている。 In the first embodiment, the gap 16 is not hermetically sealed. Therefore, while the introduction of hydrogen gas from the gas introduction port 17 into the gap 16 is continued, the introduced gas is little by little from the gap between the substrate holder 12 and the heater panel 13. It leaks out of the gap 16. In the first embodiment, the gas pressure in the gap 16 is controlled to be constant by controlling the pressure of the gas continuously introduced into the gap 16 by the mass flow controller 20 and the throttle 22. ing.

前記の図１で説明したように、前記ヒーターパネル１３側には前記ガス導入口１７が形成されている。このガス導入口１７からの水素ガスは、前記ガス導入口１７と対向する前記凹部１２ａ（図２（ａ）の斜線を付した部分）の略中央部に流入される。本実施例１では、この前記凹部１２ａの略中央部を通る溝１２ｂと、この溝１２ｂと接続されており前記凹部１２ａの四方の周辺部を通る溝１２ｃが形成されている。これらの溝１２ｂ，１２ｃの幅は例えば１．０ｍｍ程度、深さは例えば０．５〜１．０ｍｍ程度である。本実施例１では、前記溝１２ｂ，１２ｃが形成されることにより、前記ギャップ１６の略中央部に流入された水素ガスは、前記溝１２ｂ，１２ｃに沿って周辺部方向に移動し、前記ギャップ１６内全体の圧力が一定になるようになっている。 As described with reference to FIG. 1, the gas inlet 17 is formed on the heater panel 13 side. The hydrogen gas from the gas inlet 17 flows into the substantially central portion of the recess 12a (the hatched portion in FIG. 2A) facing the gas inlet 17. In the first embodiment, a groove 12b that passes through the substantially central portion of the concave portion 12a and a groove 12c that is connected to the groove 12b and passes through the four peripheral portions of the concave portion 12a are formed. These grooves 12b and 12c have a width of, for example, about 1.0 mm and a depth of, for example, about 0.5 to 1.0 mm. In the first embodiment, the grooves 12b and 12c are formed so that the hydrogen gas flowing into the substantially central portion of the gap 16 moves in the peripheral direction along the grooves 12b and 12c. The pressure inside 16 is constant.

次に、本実施例１における基板ホルダー１２に関わる熱の収支について説明する。
（１）基板ホルダーから電極板への伝熱量
基板ホルダーの温度を２００℃と仮定する。電極板１４の温度は電極ヒーターによって１２０℃から１９０℃程度に一定に保つ予定なので、ここでは電極板１４の温度を１５０℃と仮定する。適応係数を１、完全な平行平板として簡単化する。放電空間１５の圧力は水素１００Ｐａと仮定する。電極間隔は最も狭い場合（最も熱が逃げ易い場合）として１５ｍｍと仮定する。この場合は、基板ホルダー１２から電極板１４へは水素の通常の熱伝導で熱が移動すると考える。理科年表の数表から線形近似で水素の熱伝導率を外挿して、過酷に見積もって２００℃時の水素の熱伝導率を求め、熱伝導率ｋ＝２．７０Ｅ−１（Ｗ／ｍＫ）を得る。ここから単位面積あたりの伝熱量を求めると、伝熱量Ｑ１＝２．４Ｅ３（Ｗ／ｍ^２）を得る。 Next, the heat balance related to the substrate holder 12 in the first embodiment will be described.
(1) Heat transfer amount from substrate holder to electrode plate Assume that the temperature of the substrate holder is 200 ° C. Since the temperature of the electrode plate 14 is scheduled to be kept constant from about 120 ° C. to about 190 ° C. by the electrode heater, the temperature of the electrode plate 14 is assumed to be 150 ° C. here. The adaptation coefficient is 1 and is simplified as a perfect parallel plate. The pressure in the discharge space 15 is assumed to be 100 Pa of hydrogen. The electrode spacing is assumed to be 15 mm when it is the narrowest (when heat is most likely to escape). In this case, it is considered that heat is transferred from the substrate holder 12 to the electrode plate 14 by normal heat conduction of hydrogen. The thermal conductivity of hydrogen is extrapolated from the numerical table of the science chronology by linear approximation, and the thermal conductivity of hydrogen at 200 ° C. is obtained by severe estimation, and the thermal conductivity k = 2.70E-1 (W / mK ) When the amount of heat transfer per unit area is determined from here, the amount of heat transfer Q1 = 2.4E3 (W / m ² ) is obtained.

（２）熱的に平衡する為のヒーターパネル温度
基板ホルダー１２とヒーターパネル１３間は例えば０．３ｍｍのギャップ１６が存在しており、ギャップ１６内には水素が導入されており圧力は１５０Ｐａと仮定する（ギャップ１６内にプリカーサが入り込まないように、ギャップ１６内の圧力は放電空間１５より１０％程度以上は圧力を高くする）。この場合、ヒーターパネル１３の温度を何度にすればヒーターパネル１３から基板ホルダー１２への伝熱量がＱ１と同じになり熱的に平衡するのかを考える。つまり、ヒーターパネル１３から基板ホルダー１２への熱移動量がＱ１と同じ２．４Ｅ３（Ｗ／ｍ^２）になるためのヒーターパネル１３の温度を求める。ギャップ長が短いので、熱伝導が自由分子流熱伝導になっている可能性がある。ここでは厳しい側に仮定をおき、自由分子流熱伝導による熱の移動量を元に、平衡するヒーターパネル１３の温度を求める。その結果、ヒーターパネル１３の温度が２０５℃の時に平衡するという結論になる。この程度の温度差なら十分に制御範囲と言える。但し、基板ホルダー１２とヒーターパネル１３の温度はほぼ同じといえる状況にはなりそうに無いので、熱電対２３（図１参照）の取り付けに留意し、基板ホルダー１２の温度を反映するような熱電対２３の取付構造にする必要がある。 (2) Heater panel temperature for thermal equilibrium There is a gap 16 of, for example, 0.3 mm between the substrate holder 12 and the heater panel 13, and hydrogen is introduced into the gap 16 and the pressure is 150 Pa. It is assumed (the pressure in the gap 16 is increased by about 10% or more from the discharge space 15 so that the precursor does not enter the gap 16). In this case, it is considered how many times the temperature of the heater panel 13 is changed so that the amount of heat transferred from the heater panel 13 to the substrate holder 12 becomes the same as Q1 and is thermally balanced. That is, the temperature of the heater panel 13 is calculated so that the amount of heat transfer from the heater panel 13 to the substrate holder 12 is 2.4E3 (W / m ² ), which is the same as Q1. Since the gap length is short, the heat conduction may be a free molecular flow heat conduction. Here, an assumption is made on the strict side, and the temperature of the heater panel 13 to be balanced is obtained based on the amount of heat transferred by free molecular flow heat conduction. As a result, it is concluded that the equilibrium is achieved when the temperature of the heater panel 13 is 205 ° C. Such a temperature difference is a sufficient control range. However, since it is unlikely that the temperature of the substrate holder 12 and the heater panel 13 will be almost the same, attention should be paid to the mounting of the thermocouple 23 (see FIG. 1), and the thermoelectric power that reflects the temperature of the substrate holder 12 is reflected. It is necessary to have a pair 23 mounting structure.

以上に説明したように、本実施例１においては、前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３とを取り外し可能なようにネジ３１（図２（ａ）参照）で固定するようにしたので、従来のホルダー・ヒーター一体型の装置（図３参照）における基板ホルダーに対する洗浄等のメンテナンスが困難だという問題を解決することができる。また、本実施例１では、前記基板ホルダー１２の底面側の凹部１２ａにより前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３との間にギャップ１６を形成し、このギャップ１６内に例えば水素ガスなどの熱伝達に適したガスを導入するようにしたので、前記ヒーターパネル１３から前記基板ホルダー１２への熱移動量と、前記基板ホルダー１２から前記電極板１４等への熱移動量を平衡させることができ、温度制御性を向上させることができる。 As described above, in the first embodiment, the substrate holder 12 and the heater panel 13 are fixed with screws 31 (see FIG. 2A) so as to be removable. It is possible to solve the problem that it is difficult to perform maintenance such as cleaning on the substrate holder in the holder / heater integrated apparatus (see FIG. 3). In the first embodiment, a gap 16 is formed between the substrate holder 12 and the heater panel 13 by the recess 12a on the bottom surface side of the substrate holder 12, and heat transfer such as hydrogen gas is conducted in the gap 16. Since the gas suitable for is introduced, the amount of heat transfer from the heater panel 13 to the substrate holder 12 and the amount of heat transfer from the substrate holder 12 to the electrode plate 14 can be balanced, Temperature controllability can be improved.

また、本実施例１においては、前記ギャップ１６内のガス圧力が放電空間１５内のガス圧力よりも大きくなるように、例えば放電空間１５内のガス圧力の約１０％かそれ以上のガス圧力となるように、前記ギャップ１６内へ継続的に導入されるガスの圧力を制御するようにしている。よって、本実施例１においては、前記ギャップ１６内に放電空間１５からのプリカーサが入り込むことを防止できるようになる。 In the first embodiment, the gas pressure in the gap 16 is set to be larger than the gas pressure in the discharge space 15, for example, about 10% or more of the gas pressure in the discharge space 15. Thus, the pressure of the gas continuously introduced into the gap 16 is controlled. Therefore, in the first embodiment, the precursor from the discharge space 15 can be prevented from entering the gap 16.

また、本実施例１においては、前記基板ホルダー１２の前記ヒーターパネル１３側の面に、前記ギャップ１６を形成するための凹部１２ａと前記溝１２ｂ，１２ｃとを形成するようにしているので、前記ガス導入口１７から前記ギャップ１６内に導入されたガスの圧力を、前記ギャップ１６の四方の周辺部を含む全体で同一圧力にすることができる。 In the first embodiment, the recess 12a for forming the gap 16 and the grooves 12b and 12c are formed on the surface of the substrate holder 12 on the heater panel 13 side. The pressure of the gas introduced into the gap 16 from the gas inlet 17 can be made the same pressure as a whole including the peripheral portions on the four sides of the gap 16.

また、本実施例１においては、前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３との間のギャップ長を、前記ギャップ内での所望の圧力における水素ガスの平均自由行程よりも大きなサイズに設定しているので、前記ヒーターパネル１３から前記基板ホルダー１２への伝熱量を前記ギャップ１６内のガス圧力と関係なく一定とすることができ、前記ヒーターパネル１３から前記基板ホルダー１２への伝熱量を安定的に制御できるようになる。 In the first embodiment, the gap length between the substrate holder 12 and the heater panel 13 is set to be larger than the mean free path of hydrogen gas at a desired pressure in the gap. Therefore, the amount of heat transferred from the heater panel 13 to the substrate holder 12 can be made constant regardless of the gas pressure in the gap 16, and the amount of heat transferred from the heater panel 13 to the substrate holder 12 can be stably maintained. You will be able to control.

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は前記の実施例として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施例１においては、前記基板ホルダー１２の前記ヒーターパネル１３側の面に微小な高さの凹部１２ａを形成することにより前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３との間にギャップを形成するようにしているが、本発明においてはこれに限られることなく、前記基板ホルダー１２の前記面に、例えばフライス加工時に故意にカッターマークを残すことによりこれを、前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３との間のギャップとみなしてもよい。また、本発明においては、前記基板ホルダー１２の面ではなく、前記ヒーターパネル１３の前記基板ホルダー１２側の面に、前記ギャップを形成するための前記凹部又は凹凸部を形成するようにしてもよい。また、本発明においては、前記基板ホルダー１２と前記ヒーターパネル１３の互いに対向する面の双方に、前記ギャップを形成するための前記凹部又は凹凸部を形成するようにしてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to those described as the above embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, in the first embodiment, a gap is formed between the substrate holder 12 and the heater panel 13 by forming a concave portion 12a having a minute height on the surface of the substrate holder 12 on the heater panel 13 side. However, in the present invention, the present invention is not limited to this. For example, by intentionally leaving a cutter mark on the surface of the substrate holder 12 during milling, the substrate holder 12 and the heater panel 13 may be regarded as a gap. In the present invention, the concave portion or the concavo-convex portion for forming the gap may be formed not on the surface of the substrate holder 12 but on the surface of the heater panel 13 on the substrate holder 12 side. . In the present invention, the concave portion or the concave and convex portion for forming the gap may be formed on both surfaces of the substrate holder 12 and the heater panel 13 facing each other.

また、前記実施例１においては、前記ギャップ１６は気密に封止することなく、前記ギャップ１６内に水素ガスが継続的に導入されている間は前記の基板ホルダー１２とヒーターパネル１３との間の隙間からの前記ガスの前記ギャップ１６外への多少の流出も差し支えないようになっている（この状態で前記ギャップ１６内が所望の圧力に保たれている）が、本発明では、前記ギャップ１６を気密に封止する（この場合は、前記ギャップ１６内へのガスの導入は前記ギャップ１６内が所望のガス圧力に達した時点で停止する）ようにしてもよい。 In the first embodiment, the gap 16 is not hermetically sealed, and the hydrogen gas is continuously introduced into the gap 16 between the substrate holder 12 and the heater panel 13. The gas can be slightly out of the gap 16 from the gap (the gap 16 is maintained at a desired pressure in this state). 16 may be hermetically sealed (in this case, the introduction of gas into the gap 16 stops when the gap 16 reaches a desired gas pressure).

また、前記実施例１においては、前記ギャップ１６内が所望のガス圧力となるようにするため、前記ギャップ１６内へ継続的に導入されるガス圧力を、前記ガス供給管１９内を流れるガス流量を測定することに基づいて制御するようにしている（前記のガス供給管１９に設置されるマスフローコントローラ２０はガス流量センサを内蔵している）が、本発明においては、前記ガス供給管１９内のガス流量や前記ギャップ１６内のガス圧力を計測するセンサを備えることなく、例えばレギュレータを使用して予め設定したガス流量を継続的に前記ガス供給菅１９内に導入することにより、前記ギャップ１６内のガス圧力を所望の圧力に保持するようにしてもよい。 In the first embodiment, the gas pressure continuously introduced into the gap 16 is set to a flow rate of gas flowing through the gas supply pipe 19 so that the gap 16 has a desired gas pressure. (The mass flow controller 20 installed in the gas supply pipe 19 incorporates a gas flow sensor), but in the present invention, the inside of the gas supply pipe 19 is controlled. Without providing a sensor for measuring the gas flow rate and the gas pressure in the gap 16, for example, by introducing a preset gas flow rate into the gas supply rod 19 using a regulator, for example, the gap 16. The gas pressure inside may be maintained at a desired pressure.

１２基板ホルダー
１２ａ凹部
１２ｂ，１２ｃ溝
１３ヒーターパネル
１４電極板
１５放電空間
１６ギャップ
１７ガス導入口
１８ガス供給支管
１９ガス供給管
２１マスフローコントローラ
２１圧力計
２２しぼり
２３熱電対
３１ネジ穴（固定手段） 12 Substrate holder 12a Recess 12b, 12c Groove 13 Heater panel 14 Electrode plate 15 Discharge space 16 Gap 17 Gas inlet 18 Gas supply branch 19 Gas supply pipe 21 Mass flow controller 21 Pressure gauge 22 Squeeze 23 Thermocouple 31 Screw hole (fixing means)

Claims

A substrate holder for holding a substrate to be processed, an electrode plate facing the substrate to be processed through a discharge space, and a heater panel arranged to face the substrate holder for heating the substrate to be processed In a plasma CVD apparatus provided with a heater panel including a heater of
Fixing means for removably fixing the substrate holder and the heater panel;
A recess formed on a surface of the substrate holder on the heater panel side, wherein a gap including a gas that conducts heat from the heater panel to the substrate holder is formed between the substrate holder and the heater panel. A recess for
A first guide groove passing through a substantially central portion of the recess;
A second guide groove that passes through the periphery of the recess and a part of which is connected to the first groove so as to allow gas flow;
A gas inlet provided in the heater panel for allowing the gas to flow into a substantially central portion in the gap ;
During thin film formation, so that the gas pressure in the gap is greater than the gas pressure in the discharge space, it comprises a gas supply means for supplying a predetermined amount of gas into the gap through the gas inlet port And
The first and second guide grooves allow the gas flowing from the gas inlet to the substantially central portion in the gap to move toward the peripheral portion in the gap, so that the gas in the entire gap Make the pressure uniform,
The gap length between the substrate holder and the heater panel is a size within a range of 20 μm to 2 mm, and the gas pressure in the gap is larger than the gas pressure in the discharge space by the gas supply means. As described above, the size is set to be larger than the mean free path of the gas at the gas pressure in the gap when a predetermined amount of gas is supplied into the gap. The amount of heat transfer to the holder is constant regardless of the gas pressure in the gap, so that the amount of heat transfer from the heater panel to the substrate holder can be stably controlled,
During thin film formation, the amount of heat transfer per unit area from the heater panel to the substrate holder is the same as the amount of heat transfer per unit area from the substrate holder to the electrode plate, the substrate holder, the electrode plate, and the A plasma CVD apparatus characterized in that a heater panel temperature is obtained so that the inside of the plasma CVD apparatus including the heater panel is thermally balanced .