(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄気体の存在下、電力が印加可能な電極に高周波電力を印加あるいはマイクロ波を導入して容器内にプラズマを発生させて処理する真空容器において、少なくとも１つの電気的に接地された導電体と、該導電体に対峙する少なくとも１つの電気的に浮遊する導電体とを設けて、前記少なくとも一対の導電体間に二次的に発生するプラズマにより加熱する真空容器内の加熱方法。
【請求項２】
前記導電体間の距離を調整して温度を調節する請求項１に記載の加熱方法。
【請求項３】
前記一対の少なくとも一方の導電体の温度を検知し、その温度の変動に伴って漸次導電体間の距離を調整して温度を一定に保持する請求項２に記載の加熱方法。
【請求項４】
高周波電力に直流電流を重畳することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の加熱方法。
【請求項５】
前記電気的に接地された導電体が、真空容器内壁であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の加熱方法。
【請求項６】
希薄気体の存在下、電力が印加可能な電極に高周波電力を印加あるいはマイクロ波を導入して容器内にプラズマを発生させて処理する真空容器において、少なくとも１つの電気的に接地された導電体と、該導電体板に対峙する少なくとも１つの電気的に浮遊する導電板とを有し、前記少なくとも一対の導電体間に二次的にプラズマを発生させて加熱する真空容器内の加熱機構。
【請求項７】
前記導電体間距離の調整手段を有する請求項６に記載の加熱機構。
【請求項８】
前記一対の少なくとも一方の導電体の温度を検知する手段と、前記導電体間距離の調整手段に対して、前記検知温度が一定となるように導電体間距離を指令する手段とを有する請求項７に記載の加熱機構。
【請求項９】
高周波電力に直流電流を重畳することを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の加熱機構。
【請求項１０】
前記電気的に接地された導電体が、真空容器内壁であることを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載の加熱機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の作成やエッチング、分析等に利用される真空容器内の加熱方法及び加熱機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、真空容器内の加熱方法としては、線状や板状の抵抗体に電流を流して発熱させるヒーター加熱、発光体から発せられる放射熱を利用したランプ加熱等が主であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記加熱方法にはそれぞれいくつかの問題点が存在する。まず、ヒーター加熱を利用したもののうち、被加熱体とヒーターを接触させる直接加熱では、被加熱体を回転させる等の動作に制約が与えられ、真空中を介しての間接的な加熱では、エネルギーロスが大きい。さらに、抵抗体の発熱による加熱であるために基本的に消費電力が大きいことが挙げられる。
【０００４】
一方、ランプ加熱は、長期間使用するとフィラメントの劣化により発光量が低下し、また、真空容器内で成膜を行った場合にはランプ表面にも膜が付着して熱の放射を妨げ、熱効率が低下することが挙げられる。
【０００５】
また一方、真空容器内を超高真空状態にするには、真空容器を単に加熱するだけでは水等の不純物ガスの脱離が不十分であるため、プラズマを発生させて電子やイオン等で真空容器内壁等をクリーニングしてやることにより超高真空状態が得易くなる。しかしながら、プラズマの強度を維持したまま、真空容器内の各部にまでプラズマを広げるのは困難である。
【０００６】
従って、本発明は、被加熱体の動作を制約することなく、また不純物ガスの脱離効果に優れた、消費エネルギーの少ない真空容器内の加熱方法およびそのための加熱機構を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内において、電力やマイクロ波を用いてプラズマを発生させた際に、１枚は接地させ１枚は電気的に浮いた対峙する２枚の導電体間で局部的に強いプラズマが別途発生することを見出し完成したものである。
【０００８】
即ち本発明は、希薄気体の存在下、電力が印加可能な電極に高周波電力を印加あるいはマイクロ波を導入して容器内にプラズマを発生させて処理する真空容器において、少なくとも１つの電気的に接地された導電体と、該導電体に対峙する少なくとも１つの電気的に浮遊する導電体とを設けて、前記少なくとも一対の導電体間に二次的に発生するプラズマにより加熱する真空容器内の加熱方法およびその機構に関するものである。
【０００９】
本発明では、前記一対の導電体間の距離を調整することにより、導電体間で発生するプラズマの強度が変化し、所望の温度を得ることができ、さらにどちらか一方の導電体の温度を検知し、その温度の変動に伴って漸次導電体間の距離を調整することにより、温度を一定に保持することができる。
【００１０】
また本発明では、高周波電力に直流電力を重畳する事によって、電気的に浮遊する導電体が負極へ大きく印加され、一対の導電体間にさらに強いプラズマが発生し、さらに大きな発熱量を保持することができるため好ましい。
【００１１】
さらに本発明では、電気的に接地された導電体を真空容器の内壁で兼ねることにより、真空容器内壁の加熱も行うことが可能となり、真空容器内壁に付着する不純物の除去がさらに達成されるため、不純物のより少ない膜等の形成が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
プラズマとは、物質の３態（固体、液体、気体）の次に位置する第四の状態といわれており、気体の原子がイオンと電子に分離された状態をいう。また、高周波電力で発生させたプラズマは、電気的な接地のされ具合により、物体間に電位差が生じたところに直接それらに電力を投入しなくても二次的に発生するものである。そのため、本発明における接地された導電体と、電気的に浮いた導電体との間に、この二次的なプラズマが発生するのである。そして、電子はプラズマ中では、電界の向きの変化に応じて運動し、物体に衝突した時に熱が発生する。
【００１３】
本発明による加熱方法及び加熱機構は、超高真空に減圧された環境下でプラズマを発生させて処理を行ういかなる真空容器に対しても適用することができる。プラズマ発生手段としては、高周波電力を印加する高周波プラズマ、あるいはマイクロ波を導入するマイクロ波プラズマなどが挙げられ、このようなプラズマを用いた物理的あるいは化学的蒸着による薄膜の作成や、エッチング、プラズマを用いた各種分析装置に適用することができる。
【００１４】
本発明において、「電気的に浮遊する」とは、プラズマ発生手段に対して電気的に接続されていない状態を示すものであり、例えば絶縁性の支持部材等により真空容器内の所定の位置に保持されている。また、「電気的に接地された」とは、プラズマ発生手段に対して電気的に接地されている状態を示す。
【００１５】
本発明においては、電気的に接地された導電体と電気的に浮遊する導電体とは、いずれも導電性のある材料で構成され、同一であっても異なる材質のものを使用しても良い。しかしながら、発生するプラズマによりエッチングされやすい材質のものでは、形成される膜等に悪影響を及ぼすため望ましくない。従って、十分に耐食性があり、また熱的に安定で、スパッタリングイールドが小さく、ガス放出量の少ない材料が選択される。このような性質の材料としては、真空容器の材料として通常使用されているステンレスやアルミニウムなどの金属材料が挙げられる。
【００１６】
導電体の形状としては、特に限定されるものではなく所望の加熱が得られるのであればいずれの形状でも良いが、通常は板状の導電体が使用される。また、その大きさに関しては、真空容器の大きさ、導入するマイクロ波の電力、導電体間の距離等に応じて所望の加熱が得られるよう適宜決定すれば良く、対峙する一対の導電体が同じ大きさであっても、異なっていても良い。
【００１７】
このような導電体を真空容器内に配置する場合、目的とするプラズマ反応の妨げとならない位置で加熱すべき対象の近傍あるいは接する位置に配置すればよい。例えば、被処理基板を加熱するためには、該基板を支える基板ホルダーの近傍あるいは該基板ホルダー自身を電気的に浮遊する導電体として使用する。また、真空容器内壁を加熱する場合、真空容器内壁自体を電気的に接地された導電体とし、これに対峙して、例えば、真空容器が箱形である場合には、容器内壁の各面に対峙して６枚の電気的に浮遊する導電体を設ければよい。さらに容器内壁が曲率を有する、例えば円筒状などの場合、電気的に浮遊する導電体としては同じ曲率を有する板状のものを複数使用すればよい。このような装置構成上の変更については、当業者が本発明を実施するにあたり、適宜なし得るものである。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例を参照して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００１９】
実施例１
図１は、基板加熱に本発明の加熱機構を用いたスパッタ法の成膜装置の概略図である。高周波電源１とローパスフィルター２を介した直流電源３からの電力は、裏面にマグネット４を備えたターゲット５に印加できるようになっている。被加熱体である基板６は、回転可能で碍子７で電気的に浮いた導電性の基板ホルダー８上に設置されており、シャッター９の開閉により成膜の進行を制御できるようになっている。基板ホルダー８に対峙し電気的に接地されている導電板１０は真空容器外側のシャフト１２によりベローズ１１を介して上下に駆動可能となっている。またシャフト１２はサーボモーター１３の回転運動をボールネジ１４で直線運動に変換することにより駆動される。なお、この装置における成膜用ガスはマスフロー１５を介して真空容器１６内に導入される。
【００２０】
また、この成膜装置には、基板６の温度を一定に保つために、基板ホルダー８に熱伝対１７が設置されており、熱伝対１７からの電気信号が温度検知器１８に伝達され、その情報がパソコン等の情報処理装置１９に入力される。情報処理装置１９では設定温度に対して現状の温度との差をなくすようにサーボモーター１３へ回転数を指令し、基板ホルダー８と導電板１０との距離を調節する。この温度測定と距離調整とが繰り返し行われることにより一定温度が保持できる。
【００２１】
次に、この加熱機構における加熱能力を検証するため、ＲＦ電力、基板ホルダー８と導電板１０との距離、ＤＣ電力等のパラメータに対する温度特性を測定した。なお、基板温度は定常になったときの値を読みとった。
【００２２】
図２は基板ホルダー８と導電板１０との距離を５０ｍｍ、ＤＣ電力を０Ｗに固定した状態でＲＦ電力を１００Ｗから５００Ｗまでの範囲でターゲット５に印加した時の基板ホルダーの温度変化を示したグラフである。同図から判るように、ＲＦ電力の増加に伴って温度が上昇する傾向にある。
【００２３】
次に、ＲＦ電力を３００Ｗ、ＤＣ電力を０Ｗに固定した状態で、基板ホルダー８と導電板１０との距離を２５ｍｍから１５０ｍｍまで変化させた。そしてそのときの基板ホルダー８における温度変化のグラフを図３に示した。同図より、距離が７５ｍｍから１００ｍｍの範囲で最も温度が高くなる傾向が見られるが、この理由は、基板ホルダー８と導電板１０との距離が狭すぎても、逆に広すぎてもこの間で発生するプラズマの強度が弱まるためである。
【００２４】
さらにＲＦ電力を２００Ｗ、基板ホルダー８と導電板１０との距離を５０ｍｍに固定した状態でＤＣ電力を０Ｗから５００Ｗの範囲で変化させた時の温度特性を図４に示す。ＲＦ電力のみの図２と比較して、ＤＣ電力を重畳した方が基板ホルダーにおける温度が飛躍的に上昇していることがこのグラフより理解できる。
【００２５】
最後に、この基板加熱機構を有する装置を用いて実際に成膜を行った。ターゲット５としてアルミニウムを使用し、アルゴンと酸素からなる成膜用ガスをマスフロー１５を介して導入し、シャッター９を閉じたままターゲット５に高周波電源１からＲＦ電力を２００Ｗ、直流電源３からＤＣ電力を４００Ｗ印加し、基板ホルダー８と導電板１０との距離を５０ｍｍに設定した。基板ホルダー８の温度が２５０℃に達したところで、この温度を一定に保持するように情報処理装置１９からサーボモーター１３の回転数を制御し、さらに不図示の回転手段により基板ホルダー８を回転させ、シャッター９を開けて基板６上にアルミナ膜の成膜を開始した。成膜後、この基板６上のアルミナ膜の面内の膜厚分布を測定したところ、回転に対する周方向の膜厚のバラツキはほとんど見られなかった。また、形成されたアルミナの屈折率は波長２４８ｎｍにおいて１．８３という非常に高い値が得られた。さらにこの基板加熱機構では別途電力等のエネルギーを必要としないため、成膜に掛かるコストはヒーター加熱の場合と比べ約３／５に低減された。
【００２６】
実施例２
図５は、本発明の加熱機構を利用した化学気相成長法（ＣＶＤ法）による成膜装置の概略図である。高周波電源２０とローパスフィルター２１を介した直流電源２２からの電力は、棒状電極２３に印加できるようになっている。また、基板２４は基板ホルダー２５を介して電気的に浮いており、シャッター２６の開閉により成膜の進行を制御できるようになっている。そして碍子２７によって電気的に浮いている導電板２８はベローズ２９を介して容器外からシャフト３０で真空容器内壁との距離が調節可能となっている。またシャフト３０はサーボモーター３１の回転運動をボールネジ３２で直線運動に変換して駆動される。一方、導入ガスはマスフロー３３を介して真空容器３４内に導入される。
【００２７】
本実施例において導電板の温度を一定に保つためのループを説明する。まず、真空容器３４の内壁温度は各々熱伝対３５と温度調節器３６で検知され、その情報はパソコン等の情報処理装置３７に入力される。次に情報処理装置３７では、設定温度に対する現状の温度との差をなくすように各サーボモーター３１へ回転数の出力を指令し、各導電板２８と真空容器内壁との間の距離を調節する。この温度測定と距離調整とが繰り返し行われることにより一定温度が保持できる。
【００２８】
次に、本実施例における成膜装置を用いて実際に成膜を行った例について説明する。
【００２９】
原料ガスとして、アルゴン、窒素、シランガスをマスフロー３３を介して容器内に導入し、シャッター２６を閉じたまま電極２３にＲＦ電力を５００Ｗ印加し、プラズマを発生させた。真空容器内壁の温度が１００℃に達すると、この温度を維持するよう導電板２８と真空容器内壁の距離を制御しながら１０分間ベーキング及び排気を行った。その後、シャッター２６を開けて成膜を開始し、基板上へＳｉＮ膜の生成を試みた。成膜後、この基板を取り出し、分光測定器で反射特性を測定した。その後、７０℃、８５％ＲＨの環境下に１カ月放置した後、再び反射特性を測定した。その結果、通常のヒーター加熱のみによって成膜されたＳｉＮ膜の反射特性のシフト量は１５ｎｍであったのに対し、本発明により作製されたＳｉＮ膜は７ｎｍであり、優れた光学特性を有した薄膜が得られたことが判った。これは、真空容器内の不純物の脱離が、本発明の加熱機構により十分行われたことにより、膜中の不純物の量が極めて少なくなったことによるものと考えられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、被加熱体の運動を制限することなく、また、不純物ガスの脱離効果に優れた、消費エネルギーの少ない加熱方法を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による加熱機構を採用したスパッタ法による成膜装置の一例を示す概略図である。
【図２】導電体の距離を一定として、導入するＲＦ電力を変化させた場合の導電体温度の変化を示すグラフである。
【図３】導入するＲＦ電力を一定として、導電体間距離を変化させた場合の導電体温度の変化を示すグラフである。
【図４】導電体の距離及び導入するＲＦ電力を一定として、重畳するＤＣ電力を変化させた場合の導電体温度の変化を示すグラフである。
【図５】本発明による加熱機構を採用したＣＶＤ法による成膜装置の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
１、２０  高周波電源
２、２１  ローパスフィルター
３、２２  直流電源
４  マグネット
５  ターゲット
６、２４  基板
７、２７  碍子
８、２５  基板ホルダー
９、２６  シャッター
１０  電気的に接地された導電板
１１、２９  ベローズ
１２、３０  シャフト
１３、３１  サーボモーター
１４、３２  ボールネジ
１５、３３  マスフロー
１６、３４  真空容器
１７、３５  熱伝対
１８、３６  温度調節器
１９、３７  情報処理装置
２３  棒状電極
２８  電気的に浮いた導電板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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