JPWO2015151151A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
小さな発熱体で、しかも効率良く加熱することができる加熱装置を備えたプラズマ処理装置を提供する。プラズマ処理装置１は、上部のプラズマ生成空間３ａ及び下部の処理空間４ａを有する処理チャンバ２と、処理空間４ａ内に配設され、基板Ｋが載置される基台９と、プラズマ生成空間３ａに処理ガスを供給する処理ガス供給部７と、プラズマ生成空間３ａに供給された処理ガスを、高周波電力によってプラズマ化するプラズマ生成部５と、プラズマ生成部５に高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源６と、加熱装置１３とを備える。加熱装置１３は、電気抵抗率ρ［Ω・ｍ］と透磁率μ［Ｈ／ｍ］との積であるρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を有する導体を含む発熱体１４と、発熱体１４に高周波電力を供給する加熱用高周波電源１６とから構成され、発熱体１４は、絶縁体１５中に埋設された状態で、基台９に付設される。
Description
本発明は、加熱対象物を、小さな発熱体で、しかも効率良く加熱することができる加熱装置、及びこの加熱装置を備えたプラズマ処理装置に関する。
前記プラズマ処理装置は、一般的に、上部に設けられるプラズマ生成空間、及びこのプラズマ生成空間の下方に設けられる処理空間を有する処理チャンバと、前記処理空間内に配設され、処理対象物が載置される基台と、前記プラズマ生成空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記プラズマ生成空間に供給された処理ガスを、高周波電力によってプラズマ化するプラズマ生成部と、該プラズマ生成部に高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源とを備えている。
このプラズマ処理装置によれば、プラズマ生成空間に供給された処理ガスがプラズマ生成部によってプラズマ化され、処理空間内の基台上に載置された基板がプラズマ化された処理ガスによって処理される。
その際、プラズマ処理の開始直後から安定した処理を実現するために、処理開始前に基板を予備加熱して、その温度を、処理中の平衡温度まで昇温させるといったことが行われており、従来、基板を加熱する加熱装置として、下記特許文献１に開示される加熱装置が知られている。
この加熱装置は、前記基台に埋設されたヒータと、ヒータに電力を供給するヒータ電源から構成されるもので、ヒータは、カーボン等で形成されたフィラメントと、このフィラメントを取り囲むセラミックス等の絶縁体とからなり、ヒータ電源からフィラメントに通電させることで、ジュール熱を発生させて加熱する。そして、このジュール熱を発生させるためのヒータ電源には、従来、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用の交流電源（ＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖ）、又は直流電源が用いられてきた。
ところで、近年では、直径が６インチ〜１２インチの基板を処理する、多量生産を目的としたプラズマ処理装置に代わって、直径が１インチ以下の基板を処理する、多品種少量生産を目的としたプラズマ処理装置が開発されている。この場合、必然的に前記処理チャンバの大きさは小さく、また、基板が載置される基台も小型のもので足りる。
ところが、上記従来のように、ヒータ電源として商用の交流電源又は直流電源を用い、また、ヒータとしてフィラメントを用いた加熱装置において、基板を所望の温度に加熱するための必要な発熱量を得るには、フィラメントは、その比抵抗（電気抵抗率）［Ω・ｍ］に応じた長さが必要であり、小型化される基台に適応させるには、自ずと限界があった。即ち、ヒータの大きさが基台の大きさを上回り、装置の小型化に対応できないという問題があった。
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、小さな発熱体で、しかも効率良く加熱することができる加熱装置、及びこれを備えたプラズマ処理装置の提供を、その目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、電気抵抗率ρ［Ω・ｍ］と透磁率μ［Ｈ／ｍ］との積であるρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を有する導体を含む発熱体と、該発熱体に高周波電力を供給する加熱用高周波電源とから構成した加熱装置に係る。
導体に高周波電力を印加すると、表皮効果と呼ばれる、表面から或る深さまでの表皮層の部分にしか電流が流れないという現象を生じる。この場合の導体の抵抗値Ｒ１［Ω］は、導体の直径をＤ［ｍ］、導体の長さをＬ［ｍ］、表皮の深さをｄ［ｍ］、電気抵抗率をρ［Ω・ｍ］とすると、次式によって表される。
（数式１）
Ｒ１＝（ρ／ｄ）・（Ｌ／（π・（Ｄ−ｄ）））
そして、直径Ｄ［ｍ］が表皮深さｄ［ｍ］よりも十分に大きい、即ち、Ｄ≧ｄであるとすると、抵抗値Ｒ１［Ω］は次式によって近似される。
（数式２）
Ｒ１≒（ρ／ｄ）・（Ｌ／（π・Ｄ））
（数式１）
Ｒ１＝（ρ／ｄ）・（Ｌ／（π・（Ｄ−ｄ）））
そして、直径Ｄ［ｍ］が表皮深さｄ［ｍ］よりも十分に大きい、即ち、Ｄ≧ｄであるとすると、抵抗値Ｒ１［Ω］は次式によって近似される。
（数式２）
Ｒ１≒（ρ／ｄ）・（Ｌ／（π・Ｄ））
また、表皮深さｄ［ｍ］は、導体の透磁率をμ［Ｈ／ｍ］として、次式によって表される。
（数式３）
ｄ＝（２ρ／（ω・μ））１／２
ただし、ωは角周波数［ｒａｄ／ｓ］である。
また、角周波数ω［ｒａｄ／ｓ］は、２πｆであるから（ｆは周波数［Ｈｚ］）、
（数式４）
ｄ＝（ρ／（π・ｆ・μ））１／２
となり、よって、抵抗値Ｒ１［Ω］は、
（数式５）
Ｒ１＝（（ｆ・ρ・μ）／π）１／２・（Ｌ／Ｄ））
となる。
（数式３）
ｄ＝（２ρ／（ω・μ））１／２
ただし、ωは角周波数［ｒａｄ／ｓ］である。
また、角周波数ω［ｒａｄ／ｓ］は、２πｆであるから（ｆは周波数［Ｈｚ］）、
（数式４）
ｄ＝（ρ／（π・ｆ・μ））１／２
となり、よって、抵抗値Ｒ１［Ω］は、
（数式５）
Ｒ１＝（（ｆ・ρ・μ）／π）１／２・（Ｌ／Ｄ））
となる。
各種導体である純鉄、パーマロイ（４５Ｎｉ−Ｆｅ）、鋼、ニッケル、ニクロム、ＳＵＳ３０４、鉛、アルミニウム、銅、銀を発熱体とし、その長さＬを０．１５［ｍ］、直径Ｄを０．０３［ｍ］、印加電力を３０［Ｗ］として、それぞれについて、ａ）１３．５６［ＭＨｚ］の高周波電力を印加した場合、ｂ）直流電力を印加した場合、ｃ）商用の交流電力（６０Ｈｚ）（以下、単に「交流電力」という）を印加した場合の、各抵抗値［Ω］、及び流れる電流［Ａ］を算出した結果を、図２に示す。
尚、高周波電力を印加する場合の抵抗値Ｒ１［Ω］は、上記数式５にしたがい算出した。
また、直流電力を印加する場合の抵抗値Ｒ２［Ω］は、次式により算出した。
（数式６）
Ｒ２＝（４ρ・Ｌ）／（π・Ｄ２）
更に、交流電力を印加する場合の抵抗値Ｒ３［Ω］は、導体に応じて、表皮効果による表皮深さが、当該導体の半径未満となる場合には、次式数式７（上記数式５に同じ）により算出し、表皮深さが、当該導体の半径以上となる場合には、次式数式８（上記数式６に同じ）により算出した。
（数式７）
Ｒ３＝（（ｆ・ρ・μ）／π）１／２・（Ｌ／Ｄ））
（数式８）
Ｒ３＝（４ρ・Ｌ）／（π・Ｄ２）
また、直流電力を印加する場合の抵抗値Ｒ２［Ω］は、次式により算出した。
（数式６）
Ｒ２＝（４ρ・Ｌ）／（π・Ｄ２）
更に、交流電力を印加する場合の抵抗値Ｒ３［Ω］は、導体に応じて、表皮効果による表皮深さが、当該導体の半径未満となる場合には、次式数式７（上記数式５に同じ）により算出し、表皮深さが、当該導体の半径以上となる場合には、次式数式８（上記数式６に同じ）により算出した。
（数式７）
Ｒ３＝（（ｆ・ρ・μ）／π）１／２・（Ｌ／Ｄ））
（数式８）
Ｒ３＝（４ρ・Ｌ）／（π・Ｄ２）
図２に示すように、各導体とも、高周波電力を印加した場合の方が、直流電力又は交流電流を印加した場合に比べて、格段に抵抗値［Ω］が大きくなり、また、高周波電力を印加する場合の方が、直流電力又は交流電力を印加する場合に比べて、小さな電流で３０［Ｗ］という仕事量が得られるが、電気抵抗率ρ［Ω・ｍ］と透磁率μ［Ｈ／ｍ］との積であるρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を示す導体（純鉄、パーマロイ、鋼、ニッケル、ニクロム及びＳＵＳ３０４）の場合、他の導体（鉛、アルミニウム、銅及び銀）に比べて、高周波電力を印加した場合の抵抗値［Ω］がかなり大きく、また、より小さな電流で３０［Ｗ］という仕事量が得られる。
例えば、ＳＵＳ３０４とアルミニウムとを比較すると、高周波電力を印加した場合のＳＵＳ３０４の抵抗値は９．９（約１０）［Ω］であるのに対し、アルミニウムの抵抗値は１．８［Ω］と１／５程度であり、また、３０［Ｗ］という仕事量を得るのに必要な電流は、ＳＵＳ３０４の場合には５５．１［Ａ］であるのに対し、アルミニウムの場合には１２７．６［Ａ］と約２．３倍となっている。尚、従来、一般的には発熱体としてニクロムが多用されているが、従来の直流電力又は交流電力を用いた場合にニクロムが示す抵抗値（０．２２８［Ω］）に比較して、発熱体にＳＵＳ３０４を用い、且つ加熱電源として高周波電力を用いた場合に、当該ＳＵＳ３０４が示す抵抗値（９．９［Ω］）は約４３倍であり、本発明によれば、従来の加熱機構に比べて極めて大きな抵抗値を得ることができ、また、必要なジュール熱を小さな電流で得ることができる（３０［Ｗ］という仕事量を得るのに必要な高周波電流は、ＳＵＳ３０４の場合には５５．１［Ａ］であるのに対し、ニクロムの直流電流又は交流電流は４４３．１［Ａ］であり、約８倍である）。
このように、加熱電源として高周波電力を用いる場合には、発熱体が大きな抵抗値［Ω］示すことから、当該発熱体の小型化を図ることができる。一方、加熱電源として直流電力又は交流電力を用いる場合、流れる電流を抑えるためには、抵抗値［Ω］を大きくする必要があり、抵抗値［Ω］を大きくするには、発熱体の長さを長くしなければならない、即ち、発熱体を大型化しなければならない。また、高周波電力を用いる場合でも、発熱体として、前記ρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を有する導体を含むものは、他の導体を含むものに比べて、大きな抵抗値を示すため、当該発熱体を小型化することができる。
また、加熱電源として高周波電力を用いる場合、直流電力及び交流電力に比べて、同じ仕事量、即ち、ジュール熱を得るための電流は小さくて済み、更に、前記ρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を示す導体を含む発熱体とすれば、より小さな電流で同じジュール熱が得られる。
以上の通り、直径が１インチ以下の基板を処理するプラズマ処理装置のような、当該基板に合わせて小型化される基台を加熱する電源としては、直流電力及び交流電力は不向きであり、高周波電力の方が相応しい。そして、発熱体としては、抵抗値を大きく設定することができ、より小さい電流で、同じジュール熱を得ることができる点で、前記ρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を有する導体を含むものが好ましい。
斯くして、本発明に係る加熱装置によれば、小さな発熱体で、しかも効率良く、加熱対象物を加熱することができる。
尚、前記ρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を示す導体としては、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム、ステンレス、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Co-Ni、Co-Ni、Fe-Si、Fe-Mn-Zn、Fe-Ni-Zn、Fe-Co-Ni-Cr、Fe-Co-Ni-P、Fe-Co-B、Fe-Co-Cr-B、Fe-Co-Vなどの強磁性体、ニクロム又は、これらの一以上とランタノイドとの合金などを例示することができる。そして、前記発熱体は、この導体からなるものの他、かかる導体を適宜母材にコーティングした態様を採ることもでき、コーティングする場合には、そのコーティング厚さを、適宜周波数の高周波を印加した場合に発現される表皮効果の、当該表皮厚さ以上とするのが好ましい。
また、本発明において、前記発熱体は、より大きな抵抗値［Ω］を示すという点において、ρ・μ［Ω・Ｈ］が、４．０×１０−１１以上の値を有する導体を含むのが更に好ましい。
また、高周波電力の周波数は、１００ｋＨｚ以上であるのが好ましい。上記数式５から分かるように、発熱体の抵抗値［Ω］は、その長さ及び高周波電力の周波数に比例する。そこで、高周波電力の周波数を１００ｋＨｚ以上に設定することで、当該発熱体の長さを、小型化に対応し得る長さに設定することができる。尚、この小型化に対応する意味で、前記周波数は、３００ｋＨｚ以上であるのが好ましく、１０ＭＨｚ以上であるのがより好ましい。
また、前記加熱装置は、前記加熱用高周波電源から前記発熱体に供給される電流を調整する電流調整部を更に備えていることが好ましい。電流調整部により、発熱体に供給される電流を調整することで、発熱体の発熱量、即ち、加熱温度を適温に調整することができる。
また、本発明は、内部に処理室を有する処理チャンバと、前記処理室内に配設され、処理対象物が載置される基台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理室内に供給された処理ガスを、高周波電力によってプラズマ化するプラズマ生成部と、該プラズマ生成部に高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源とを備えたプラズマ処理装置であって、
更に、前記加熱装置を備え、
前記発熱体は、絶縁体で被覆、若しくは絶縁体中に埋設された状態で、前記基台に付設、又は前記基台内に埋設されたプラズマ処理装置に係る。
更に、前記加熱装置を備え、
前記発熱体は、絶縁体で被覆、若しくは絶縁体中に埋設された状態で、前記基台に付設、又は前記基台内に埋設されたプラズマ処理装置に係る。
上述したように、前記加熱装置は、小さな発熱体で、しかも効率良く加熱することができる。したがって、これを用いるプラズマ処理装置が、１インチ以下の直径の基板を処理する小型のもので、基板が載置される基台も小さいサイズのものであっても、発熱体を絶縁体で被覆、若しくは絶縁体中に埋設された状態で、前記基台に付設、又は前記基台内に埋設することができる。また、かかる加熱装置を用いることで、基台上の基板を短時間で目標とする温度に加熱することができる。
また、本発明において、前記加熱用高周波電源は、前記基台及び前記発熱体に接続されて、前記基台及び前記発熱体に高周波電力を供給するように構成されているのが好ましい。プラズマ処理装置では、基台に高周波電力を印加して、当該基台にバイアス電位を与え、このように基台にバイアス電位を与えた状態で基板を処理するといったことが行われる。そこで、基台と発熱体に同じ高周波電源から高周波電力を供給するようにして、これを共用すれば、高周波電源の削減につながり、プラズマ処理装置のコストを削減することができる。
また、本発明において、前記加熱用高周波電源は、接続切換部を介して前記基台及び発熱体に接続され、前記接続切換部による切り換えにより、前記基台又は前記発熱体に択一的に接続されて、前記基台又は前記発熱体に択一的に高周波電力を供給するように構成されているのが好ましい。上述したように、プラズマ処理装置において、前記加熱装置は、主に、プラズマ処理の開始直後から安定した処理を実現するために、処理開始前に行われる基板の予備加熱に用いられる。したがって、前記加熱装置には、処理開始前の予備加熱時に高周波電力が供給されれば良い。一方、基台には、バイアス電位を与えるべく、処理中に高周波電力が供給されれば良い。そこで、上記構成とすることで、処理開始前の予備加熱時には、発熱体に高周波電力を供給し、処理中には、基台に高周波電力を供給することができる。また、このようにすることで、余分な電力の消費を抑えることができ、エネルギー効率上好ましい。
本発明に係る加熱装置によれば、小さな発熱体で、しかも効率良く、加熱対象物を加熱することができる。また、この加熱装置は、１インチ以下の直径の基板を処理する小型のプラズマ処理装置に好適に適用することができ、基板の載置される基台が小さいサイズのものであっても、発熱体を絶縁体で被覆、若しくは絶縁体中に埋設された状態で、前記基台に付設、又は前記基台内に埋設することができ、また、かかる加熱装置を用いることで、基台上の基板を短時間で目標とする温度に加熱することができる。また、この加熱装置をプラズマ処理装置に用いる場合に、基台にバイアス電位を与えるべく高周波電力を供給する必要があるときには、発熱体に高周波電力を供給する高周波電源を、基台への高周波電力の供給にも共用することができ、このようにすることで、電源の削減につながり、プラズマ処理装置のコスト削減を図ることができる。
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示した説明図である。
同図１に示すように、本例のプラズマ処理装置１は、処理チャンバ２、コイル５、第１高周波供給部６、処理ガス供給部７、基台９、昇降機構１０、排気装置１２及び加熱装置１３からなる。
前記処理チャンバ２は、プラズマ生成空間３ａを有する上部チャンバ３、及びその下方に設けられ、プラズマ生成空間３ａと連通した処理空間４ａを有する下部チャンバ４からなり、下部チャンバ４の処理空間４ａ内に前記基台９が配設される。尚、下部チャンバ４は接地されている。また、プラズマ生成空間３ａ及び処理空間４ａが処理室を構成する。
前記処理ガス供給部７は、前記上部チャンバ３のプラズマ生成空間３ａに接続する供給管８を介して、処理ガスを供給する。処理ガスの種類は、基板の処理に応じて設定されるもので、何ら制限はないが、１種類、又は２種類以上の処理ガスが設定され、２種類以上の処理ガスを供給する場合には、それぞれの処理ガスについて配設された各供給管８を介して、前記プラズマ生成空間３ａ内に各処理ガスが供給される。
前記コイル５は、前記上部チャンバ３の外方に捲回されるもので、本例では、三捲きされ、一端が前記第１高周波供給部６に接続され、他端が接地されている。尚、第１高周波供給部６も接地されている。斯くして、第１高周波供給部６から当該コイル５に高周波電力が供給されると、前記プラズマ生成空間３ａ内に誘導電界が生成され、当該プラズマ生成空間３ａに供給された処理ガスが、前記誘導電界によってプラズマ化される。この第１高周波供給部６からコイル５に供給される高周波電力の周波数は、一般的には１３．５６ＭＨｚであるが、これに限定されるものではない。コイル５の捲き数についても、三捲きに限定されるものではない。
また、前記昇降機構１０は前記基台９に接続してこれを昇降させるもので、シリンダなどから構成され、前記処理空間４ａ内に配設されたベース部材１８によって保持されている。また、前記排気装置１２は真空ポンプなどからなり、下部チャンバ４に形成された排気口４ｂから、これに接続される排気管１１を介して処理チャンバ２内の気体を排気して、前記プラズマ生成空間３ａ及び処理空間４ａ内を真空にする。
前記加熱装置１３は、前記基台９の下面に固設される、絶縁性を備えた保持体１５と、渦巻き状に成形されて前記保持体１５内に埋設される発熱体１４と、前記基台９及び前記発熱体１４の一端に接続される第２高周波供給部１６と、前記発熱体１４の他端に接続された電流調整部１７とからなる。
前記第２高周波供給部１６は接地されており、１００ｋＨｚ以上の周波数の高周波電力を前記基台９及び前記発熱体１４に供給する。前記基台９は、前記ベース部材１８及び下部チャンバ４を介して接地されており、第２高周波供給部１６及び基台９を含む回路と、２高周波供給部１６、発熱体１４及び電流調整部１７を含む回路とが、並列に形成される。また、前記電流調整部１７は、アンプ部などから構成され、このアンプ部の制御信号を調整することで、発熱体１４に流れる電流を調整することができる。
前記発熱体１４は、電気抵抗率ρ［Ω・ｍ］と透磁率μ［Ｈ／ｍ］との積であるρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を示す導体から構成され、かかる導体としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム、ステンレス、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Co-Ni、Co-Ni、Fe-Si、Fe-Mn-Zn、Fe-Ni-Zn、Fe-Co-Ni-Cr、Fe-Co-Ni-P、Fe-Co-B、Fe-Co-Cr-B、Fe-Co-Vなどの強磁性体、ニクロム又は、これらの一以上とランタノイドとの合金などを例示することができる。また、発熱体１４は、この導体を適宜母材にコーティングした態様を採ることもでき、コーティングする場合には、そのコーティング厚さを、適宜周波数の高周波を印加した場合に発現される表皮効果の、当該表皮厚さ以上とするのが好ましい。
また、前記保持体１５を構成する絶縁体としては、マグネシア、アルミナ、ジルコニア、マイカ等のセラミックスやポリイミド、シリコーン等の樹脂などを挙げることができる。尚、図１中の符号１９は、べローズシールである。
以上の構成を備えたプラズマ処理装置１によれば、まず、基台９上に基板Ｋが載置され、排気装置１２によって、処理チャンバ２内が真空にされるとともに、前記昇降機構１０により、前記基台９が適宜上昇された状態で、第２高周波供給部１６から前記基台９及び前記発熱体１４に高周波電力が供給される。高周波電力が供給されると、発熱体１４が発熱し、この熱エネルギーにより、保持体１５、基台９を介して基板Ｋが加熱される。尚、基板Ｋを目標とする時間で目標とする温度に加熱できるように、前記電流調整部１７によって、前記発熱体１４に流れる電流が調整される。このようにして、基板Ｋを予備加熱する。
次に、処理ガス供給部７により、前記プラズマ生成空間３ａ内に適宜処理ガスを供給するとともに、前記第１高周波供給部６から前記コイル５に高周波電力を供給して、プラズマ生成空間３ａ内に供給された処理ガスをプラズマ化する。斯くして、プラズマ化された処理ガスにより基板Ｋが適宜処理される。尚、その際、プラズマの生成によって、基板９にはバイアス電位が付与され、基板Ｋは、このバイアス電位によって引き寄せられるプラズマ中のイオンによっても処理される。
そして、基板Ｋの処理後、プラズマ処理装置１は、初期の状態に戻される。
上述したように、加熱用の電源として高周波電力を用いる場合、直流電力及び交流電力に比べて、同じ仕事量、即ちジュール熱を得るための電流は小さくて済む。また、発熱体１４に上記ρ・μ［Ω・Ｈ］が８．０×１０−１３以上の値を示す導体を用いることで、従来に比べてより小さな電流で同じジュール熱が得られる。更に、この導体の場合には、高周波電力に対する抵抗値が大きく、したがって、同じ抵抗値とする場合に、小さなサイズとすることができる。
本例の加熱装置１３では、発熱体１４として上記導体を用い、これに第２高周波供給部１６から高周波電力を印加するようにしているので、発熱体１４の小型化を図ることができる。また、基板Ｋを小さな電流で目標とする温度に加熱することができるので、エネルギー効率的に効率良く、当該基板Ｋを加熱することができる。
また、かかるプラズマ処理装置１を、直径が１インチ以下の基板Ｋを処理するような小型のものに適用させる際にも、前記発熱体１４を小さなサイズとすることができるので、当該基板Ｋに合わせて小型化される前記基台９に好適に適用することができる。
また、電流調整部１７により、発熱体１４に供給される電流を調整するようにしているので、発熱体１４の発熱量、即ち、加熱温度を適温に調整することができる。
また、本例では、基台９にバイアス電位を与えるための高周波電源と、基台９を加熱するための電源とを、共通の第２高周波供給部１６としているので、バイアス電位用の高周波電源と、加熱用の交流電源又は直流電源との別々の電源を要していた従来に比べて、電源の削減につながり、プラズマ処理装置１のコストを削減することができる。
尚、上述したように、高周波電力が供給される場合の前記発熱体１４の抵抗値［Ω］は、その長さ及び高周波電力の周波数に比例する。したがって、供給される高周波電力の周波数が高いほど、当該発熱体１４の長さを短く、即ち、小型化することができる。このような観点から、前記第２高周波供給部１６によって供給される高周波電力の周波数は、上記のように１００ｋＨｚ以上であるのが好ましく、３００ｋＨｚ以上であるのがより好ましく、１０ＭＨｚ以上であるのが更に好ましい。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る態様は、何らこれに限定されるものではない。
例えば、本発明は、図３に示したプラズマ処理装置１’の態様をとることができる。尚、このプラズマ処理装置１’において、上例のプラズマ処理装置１と同じ構成要素については、同じ符号を付している。
このプラズマ処理装置１’は、加熱装置１３’に、切換スイッチ２０を設けて、前記第２高周波供給部１６が、この切換スイッチ２０を介して前記基台９及び発熱体１４に接続されるように構成されており、第２高周波供給部１６は、切換スイッチ２０の切り換えにより、基台９又は発熱体１４に択一的に接続されて、当該基台９又は発熱体１４に択一的に高周波電力を供給する。基台９への加熱は、主に、プラズマ処理の開始直後から安定した処理を実現するために、処理開始前に行われる基板Ｋの予備加熱の際に行われる。したがって、前記発熱体１４には、処理開始前の予備加熱時に高周波電力が供給されれば良く、一方、基台９には、バイアス電位を与えるべく、処理中に高周波電力が供給されれば良い。そこで、前記切換スイッチ２０を設けることで、その切り換えにより、処理開始前の予備加熱時には、発熱体１４に高周波電力を供給でき、処理中には、基台９に高周波電力を供給することができ、このようにすることで、余分な電力の消費を抑えることができて、エネルギー効率上好ましい。
また、本発明は、図４に示したプラズマ処理装置１”の態様をとることができる。尚、このプラズマ処理装置１”においても、上例のプラズマ処理装置１と同じ構成要素については、同じ符号を付している。
このプラズマ処理装置１”は、基台９に供給する高周波電源と、発熱体１４に供給する高周波電源とを別々のものにした加熱装置１３”を備えるものであり、基台９には、第２高周波供給部１６から高周波電力が供給され、発熱体１４には、第３高周波電力供給部２１から高周波電力が供給される。
また、上記各例では、発熱体１４を保持体１５に埋設して、この保持体１５を基台９の下面に付設するようにしたが、これに限られるものではなく、発熱体１４を含む保持体１５を基台中に埋設するようにしても良い。また、発熱体１４を保持体１５に埋設する構成ではなく、発熱体１４を絶縁体で被覆したものを、前記基台９の下面に付設する、或いは基台９中に埋設するようにしても良い。
また、上例のプラズマ処理装置１，１’，１”では、コイル５を備えた所謂誘導結合形（ＩＣＰ）のプラズマ処理装置としたが、これに限られるものではなく、本発明は、平行平板の電極を備えた所謂容量結合形（ＣＣＰ）のプラズマ処理装置など、高周波電力を用いたあらゆるプラズマ処理装置として具現化できる。
また、処理対象としての基板Ｋについても、何ら制限はなく、その一例としては、シリコン、炭化ケイ素、サファイア、化合物半導体、ガラス、樹脂などからなる基板を例示することができる。
また、加熱装置１３をプラズマ処理装置１，１’，１”に適用したが、これに限られるものではなく、これを単独で用いても、他の装置に適用しても良い。
１ プラズマ処理装置
２ 処理チャンバ
３ 上部チャンバ
４ 下部チャンバ
５ コイル
６ 第１高周波供給部
７ 処理ガス供給部
９ 基台
１３ 加熱装置
１４ 発熱体
１５ 保持体
１６ 第２高周波供給部
１７ 電流調整部
２ 処理チャンバ
３ 上部チャンバ
４ 下部チャンバ
５ コイル
６ 第１高周波供給部
７ 処理ガス供給部
９ 基台
１３ 加熱装置
１４ 発熱体
１５ 保持体
１６ 第２高周波供給部
１７ 電流調整部
上記課題を解決するための本発明は、電気抵抗率ρ［Ω・ｍ］と透磁率μ［Ｈ／ｍ］との積であるρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を有する導体を含む発熱体と、該発熱体に高周波電力を供給する加熱用高周波電源とから構成した加熱装置を備えている。
そして、本発明では、内部に処理室を有する処理チャンバと、前記処理室内に配設され、処理対象物が載置される基台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理室内に供給された処理ガスを、高周波電力によってプラズマ化するプラズマ生成部と、該プラズマ生成部に高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源とを備えたプラズマ処理装置に、
前記加熱装置を設け、
前記発熱体を、絶縁体で被覆、若しくは絶縁体中に埋設された状態で、前記基台に付設、又は前記基台内に埋設している。
前記加熱装置を設け、
前記発熱体を、絶縁体で被覆、若しくは絶縁体中に埋設された状態で、前記基台に付設、又は前記基台内に埋設している。
また、本発明において、前記加熱用高周波電源は、前記基台及び前記発熱体に接続されて、前記基台及び前記発熱体に高周波電力を供給するように構成されている。プラズマ処理装置では、基台に高周波電力を印加して、当該基台にバイアス電位を与え、このように基台にバイアス電位を与えた状態で基板を処理するといったことが行われる。そこで、基台と発熱体に同じ高周波電源から高周波電力を供給するようにして、これを共用すれば、高周波電源の削減につながり、プラズマ処理装置のコストを削減することができる。
また、本発明において、前記加熱用高周波電源は、接続切換部を介して前記基台及び発熱体に接続され、前記接続切換部による切り換えにより、前記基台又は前記発熱体に択一的に接続されて、前記基台又は前記発熱体に択一的に高周波電力を供給するように構成されていても良い。上述したように、プラズマ処理装置において、前記加熱装置は、主に、プラズマ処理の開始直後から安定した処理を実現するために、処理開始前に行われる基板の予備加熱に用いられる。したがって、前記加熱装置には、処理開始前の予備加熱時に高周波電力が供給されれば良い。一方、基台には、バイアス電位を与えるべく、処理中に高周波電力が供給されれば良い。そこで、上記構成とすることで、処理開始前の予備加熱時には、発熱体に高周波電力を供給し、処理中には、基台に高周波電力を供給することができる。また、このようにすることで、余分な電力の消費を抑えることができ、エネルギー効率上好ましい。
本発明は、加熱対象物を、小さな発熱体で、しかも効率良く加熱することができる加熱装置を備えたプラズマ処理装置に関する。
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、小さな発熱体で、しかも効率良く加熱することができる加熱装置を備えたプラズマ処理装置の提供を、その目的とする。
Claims (9)
- 電気抵抗率ρ［Ω・ｍ］と透磁率μ［Ｈ／ｍ］との積であるρ・μ［Ω・Ｈ］が、８．０×１０−１３以上の値を有する導体を含む発熱体と、該発熱体に高周波電力を供給する加熱用高周波電源とから構成したことを特徴とする加熱装置。
- 前記高周波電力の周波数を１００ｋＨｚ以上としたことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
- 前記高周波電力の周波数を３００ｋＨｚ以上としたことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
- 前記高周波電力の周波数を１０ＭＨｚ以上としたことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
- 前記加熱用高周波電源から前記発熱体に供給される電流を調整する電流調整部を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかの加熱装置。
- 前記発熱体に含まれる導体は、鉄、コバルト、ニッケル、ニクロム、ガドリニウム、ステンレス、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Co-Ni、Co-Ni、Fe-Si、Fe-Mn-Zn、Fe-Ni-Zn、Fe-Co-Ni-Cr、Fe-Co-Ni-P、Fe-Co-B、Fe-Co-Cr-B、Fe-Co-V、又は、これらの一以上とランタノイドとの合金から選択されることを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかの加熱装置。
- 内部に処理室を有する処理チャンバと、前記処理室内に配設され、処理対象物が載置される基台と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理室内に供給された処理ガスを、高周波電力によってプラズマ化するプラズマ生成部と、該プラズマ生成部に高周波電力を供給するプラズマ生成用高周波電源とを備えたプラズマ処理装置であって、
更に、前記請求項１乃至６に記載したいずれかの加熱装置を備え、
前記発熱体は、絶縁体で被覆、若しくは絶縁体中に埋設された状態で、前記基台に付設、又は前記基台内に埋設されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記加熱用高周波電源は、前記基台及び前記発熱体に接続されて、前記基台及び前記発熱体に高周波電力を供給するように構成されていることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
- 前記加熱用高周波電源は、接続切換部を介して前記基台及び発熱体に接続され、前記接続切換部による切り換えにより、前記基台又は前記発熱体に択一的に接続されて、前記基台又は前記発熱体に択一的に高周波電力を供給するように構成されていることを特徴とする請求項７記載のプラズマ処理装置。
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