(57)【要約】      （修正有）【課題】被加熱物の温度を局所的にコントロールすることができる安価な基板処理装置と加熱システムを提供する。【解決手段】シャワーヘッドと、該シャワーヘッドの温度を測定する温度測定部１２と、該温度測定部で測定された温度の情報を取得する温度調節器１４と、該シャワーヘッドに固定された複数のヒータＨ１〜Ｈ６と、該温度調節器の出力信号に応じて、該複数のヒータに電流供給する継電器１６と、該継電器から該複数のヒータへの電流経路の少なくとも1つに設けられた可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
0003212023.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
シャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドの温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部で測定された温度の情報を取得する温度調節器と、
前記シャワーヘッドに固定された複数のヒータと、
前記温度調節器の出力信号に応じて、前記複数のヒータに電流供給する継電器と、
前記継電器から前記複数のヒータへの電流経路の少なくとも1つに設けられた可変抵抗と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記可変抵抗は、つまみを回転させることで抵抗値を変えることができる抵抗器であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記複数のヒータは、ワット密度が異なる複数のヒータを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記複数のヒータは、表面積が異なる複数のヒータを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記可変抵抗をバイパスする電流経路を与えるバイパス配線と、
前記継電器から供給される電流を前記可変抵抗に流すか、前記バイパス配線に流すかを切り替えるスイッチと、を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記温度調節器は、レシピに基づき、前記スイッチに対し前記スイッチの切替を制御する信号を伝送することを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記温度調節器は、前記スイッチによって前記継電器と前記バイパス配線が接続されているときに、前記継電器から供給される電流を小さくすることを特徴とする請求項５または６に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記継電器はソリッドステートリレーであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
複数のヒータと、
温度調節器と、
前記温度調節器の出力信号に応じて、前記複数のヒータに電流供給する継電器と、
前記継電器から前記複数のヒータへの電流経路の少なくとも1つに設けられた可変抵抗と、を備えたことを特徴とする加熱システム。
【請求項１０】
前記可変抵抗は、つまみを回転させることで抵抗値を変えることができる抵抗器であることを特徴とする請求項９に記載の加熱システム。
【請求項１１】
前記複数のヒータは、ワット密度が異なる複数のヒータを含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の加熱システム。
【請求項１２】
前記複数のヒータは、表面積が異なる複数のヒータを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の加熱システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、基板処理装置と加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、プラズマによる腐食に対する耐久性に優れたシャワーヘッドに関する技術が開示されている。特許文献１のプラズマ処理装置に装備されるシャワーヘッドは、チャンバ内に処理ガスを吐出するガス吐出孔と、ガス吐出孔のガス吐出口側に形成された凹部とを有する基材と、セラミックス又はステンレスからなり、基材の凹部に固定された円筒状のスリーブとを有し、スリーブの表面と基材においてスリーブが配置された面が耐プラズマ皮膜で覆われた構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−４１６２８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
シャワーヘッドは、リアクタチャンバの中の上部電極としての機能と、基板へ供給するガスを拡散させる機能とを有している。基板へ供給されるガスの温度を調整するために、シャワーヘッドに複数のヒータを取り付け、当該複数のヒータでシャワーヘッドを加熱することがある。１つの温度調節器から１つの継電器へ指令を出し、指令を受けた継電器で電源電流を分配し複数のヒータを同時に制御することが多い。
【０００５】
基板へ供給されるガスの温度ばらつきを避けるために、シャワーヘッド全体の温度は概ね一定にすることが好ましい。しかしながら、１つの継電器から複数のヒータに電流供給しシャワーヘッドを加熱する場合、シャワーヘッド全体の温度を概ね一定にするのは困難である。例えば、シャワーヘッドの位置に応じて熱容量が異なる場合には、同一規格の複数のヒータに均一な電流を流してもシャワーヘッド全体の温度が概ね一定にはならない。この場合、シャワーヘッド全体の温度を概ね一定にするために各ヒータに要求される温度が不均一になる。シャワーヘッド全体の温度を概ね一定にするためには複数のヒータの電流を個別に調整することが好ましいが、そのようなシステムを安価に提供する技術はなかった。
【０００６】
ここではシャワーヘッドの例を説明したが、シャワーヘッドに限らず、１つの温度調節器と１つの継電器で複数のヒータを制御する加熱システムでは上述の問題があった。
【０００７】
本考案は、上述のような課題を解決するためになされたもので、被加熱物の温度を局所的にコントロールすることができる安価な基板処理装置と加熱システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の考案に係る基板処理装置は、シャワーヘッドと、該シャワーヘッドの温度を測定する温度測定部と、該温度測定部で測定された温度の情報を取得する温度調節器と、該シャワーヘッドに固定された複数のヒータと、該温度調節器の出力信号に応じて、該複数のヒータに電流供給する継電器と、該継電器から該複数のヒータへの電流経路の少なくとも1つに設けられた可変抵抗と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本願の考案に係る加熱システムは、複数のヒータと、温度調節器と、該温度調節器の出力信号に応じて、該複数のヒータに電流供給する継電器と、該継電器から該複数のヒータへの電流経路の少なくとも1つに設けられた可変抵抗と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本考案のその他の特徴は以下に明らかにする。
【考案の効果】
【００１１】
本考案によれば、可変抵抗によってヒータに流す電流を調整するので、被加熱物の温度を局所的にコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る加熱システムの構成図である。
【図２】実施の形態１に係る基板処理装置の斜視図である。
【図３】シャワーヘッド等の断面図である。
【図４】実施の形態２に係る基板処理装置の断面図である。
【図５】実施の形態３に係る基板処理装置の断面図である。
【図６】実施の形態４に係る基板処理装置の断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
本考案の実施の形態に係る基板処理装置と加熱システムについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る加熱システム１０の構成図である。この加熱システム１０は複数のヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６で１つの被加熱物を加熱するものである。加熱システム１０は被加熱物の温度を測定する温度測定部１２を備えている。被加熱物は例えばシャワーヘッドである。温度測定部１２は被加熱物の温度を測定するセンサを備える。温度測定部１２には温度調節器１４が接続されている。温度調節器１４は温度測定部１２で測定された温度の情報を取得する。
【００１５】
温度調節器１４は、温度測定部１２で測定された温度の情報と、被加熱物の温度の目標値を比較し、測定温度が目標値より高ければ複数のヒータＨ１〜Ｈ６の温度を低下させる指令を出し、測定温度が目標値より低ければ複数のヒータＨ１〜Ｈ６の温度を上昇させる指令を出す。つまり、測定温度と目標値の差を小さくするためのフィードバック制御が行われる。温度調節器１４は任意の処理回路で実現することができる。温度調節器１４の各機能をハードウェアで実現してもよいしソフトウェアで実現してもよい。ソフトウェアを利用する場合は、温度調節器１４の各機能を実現するプログラムをメモリに記憶しておき、ＣＰＵでメモリに記憶されたプログラムを読み出し実行する。温度調節器１４は上述の処理を実行するマイコンで構成することが好ましい。
【００１６】
温度調節器１４には継電器１６が接続されている。継電器１６は、温度調節器１４の出力信号に応じて、複数のヒータＨ１〜Ｈ６に電流供給するリレーである。継電器１６は、温度調節器１４の出力信号に応じて、交流電源から複数のヒータＨ１〜Ｈ６への電力供給量を調節する。継電器１６は例えばＳＳＲ（ソリッドステートリレー）で構成することができる。継電器１６として別のタイプのリレーを採用してもよい。
【００１７】
継電器１６には電流調整部２０が接続されている。電流調整部２０は複数のヒータＨ１〜Ｈ６へ供給する電流を調整する部分である。電流調整部２０は、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３、ＶＲ４、ＶＲ５、ＶＲ６を備えている。可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６として周知のあらゆる可変抵抗を用いることができる。可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６は、つまみを回転させることで抵抗値を変えることができる抵抗器とすることが好ましい。これにより、使用者は可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６の抵抗値を簡単に変更することができる。
【００１８】
可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６はそれぞれヒータＨ１〜Ｈ６に接続されている。1つの可変抵抗が1つのヒータに接続されている。可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６をバイパスする電流経路を与えるバイパス配線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６が設けられている。
【００１９】
電流調整部２０にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６が設けられている。１つの可変抵抗と１つのバイパス配線に対して、１つのスイッチが設けられている。スイッチＳ１〜Ｓ６は、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を介してヒータＨ１〜Ｈ６に電流供給するか、バイパス配線Ｂ１〜Ｂ６を介してヒータＨ１〜Ｈ６に電流供給するか、を切り替える。つまり、スイッチＳ１〜Ｓ６によって、継電器１６から供給される電流を可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６に流すか、バイパス配線Ｂ１〜Ｂ６に流すかを切り替えることができる。例えば、温度調節器１４からスイッチＳ１〜Ｓ６に信号を出すことで、スイッチＳ１〜Ｓ６の状態を制御することができる。
【００２０】
スイッチＳ１〜Ｓ６の切替状態は個別に制御される。例えば、ヒータＨ１の電流を減少させ、ヒータＨ２の電流を維持したい場合は、スイッチＳ１により継電器１６と可変抵抗ＶＲ１を接続し、スイッチＳ２により継電器１６とバイパス配線Ｂ２を接続する。
【００２１】
図２は、実施の形態１に係る基板処理装置の斜視図である。図２には、２つのシャワーヘッドＳＨＤ１、ＳＨＤ２が示されている。２つのシャワーヘッドＳＨＤ１、ＳＨＤ２はデュアルチャンバモジュール（ＤＣＭ）を構成する部品として設けられている。
【００２２】
シャワーヘッドＳＨＤ１とその熱制御のために提供される部品について説明する。シャワーヘッドＳＨＤ１に複数のヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６が固定されている。複数のヒータＨ１〜Ｈ６は、ＳＨＤ１の外縁部分にＳＨＤ１の中央部を囲むように設けられている。複数のヒータＨ１〜Ｈ６は等間隔に設けられることが好ましい。１つの温度測定部１２がＳＨＤ１に取り付けられている。
【００２３】
電流調整部２０は、シャワーヘッドＳＨＤ１、ＳＨＤ２の上に設けられている。電流調整部２０は、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６、バイパス配線Ｂ１〜Ｂ６およびスイッチＳ１〜Ｓ６を格納したモジュールである。この電流調整部２０に継電器１６が接続されている。継電器１６に温度調節器１４が接続されている。電流調整部２０の可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６の抵抗値と、スイッチＳ１〜Ｓ６のスイッチング状態は、目標とするシャワーヘッドＳＨＤ１の温度分布を実現するために、使用者が設定することができる。
【００２４】
実施の形態１に係る加熱システム１０は、運用モードとエコモードでの稼動が可能なものである。運用モードとは、ヒータＨ１〜Ｈ６の電源ラインに接続されたすべての可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を利用するものである。つまり、運用モードでは、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を介してヒータＨ１〜Ｈ６に電流供給する。運用モードでは、個々の可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６の抵抗値を調整することで、ヒータＨ１〜Ｈ６の電流を最適化する。シャワーヘッドＳＨＤ１全体の温度を概ね一定とするために、ヒータＨ１〜Ｈ６の電流を最適化することが好ましい。
【００２５】
エコモードとは、ヒータＨ１〜Ｈ６を流れる電流を抑制することでヒータＨ１〜Ｈ６の長寿命化を図るモードである。エコモードでは、すべてのバイパス配線Ｂ１〜Ｂ６に電流を流す。すなわち、エコモードでは、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６には電流を流さず、バイパス配線Ｂ１〜Ｂ６からヒータＨ１〜Ｈ６に比較的小さい電流を流す。したがって、エコモードでは、スイッチＳ１〜Ｓ６によって継電器１６とバイパス配線Ｂ１〜Ｂ６を接続する。そして、温度調節器１４は継電器１６から供給される電流を小さくするための指令を出す。
【００２６】
エコモードでは可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を使用しないので、シャワーヘッドＳＨＤ１全体の温度を概ね一定にすることは困難である。しかしながら、プロセスによってはシャワーヘッドＳＨＤ１の温度ばらつきが問題にならない場合がある。そのような場合に、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を使用せず、運用モードと比較して継電器１６から提供される電力を小さくする。継電器１６から提供される電力を小さくするためには、温度調節器１４による操作量を下げる。こうして、ヒータＨ１〜Ｈ６に、運用モードと比較して小さい電流を流すことで、ヒータＨ１〜Ｈ６の長寿命化を図る。
【００２７】
例えば、１つのシャワーヘッドに固定された複数のヒータは、シャワーヘッド全体の温度を概ね一定とするために、ワット密度が異なる複数のヒータを含んだり、表面積が異なる複数のヒータを含んだりする場合がある。ワット密度とは１ｃｍ２あたりのワッテージである。つまりワット密度の単位は［Ｗ／ｃｍ２］である。ワット密度が大きいヒータは表面温度が高くなるので寿命が短くなりがちである。特定のヒータのワット密度を大きくしたり、特定のヒータの表面積を大きくしたりした場合には、そのヒータを短周期で交換しなければならない。しかしながら、上述のエコモードを実施することで、そのヒータに供給する電流を小さくすることができるので、この問題を解消することができる。
【００２８】
温度調節器１４は、レシピに基づき、スイッチＳ１〜Ｓ６に対しスイッチＳ１〜Ｓ６の切替を制御する信号を伝送することが好ましい。スイッチＳ１〜Ｓ６のオンオフをレシピに連動させることで制御を自動化できる。
【００２９】
シャワーヘッドＳＨＤ２に対しても、シャワーヘッドＳＨＤ１と同じ熱制御が施される。シャワーヘッドＳＨＤ２には、複数のヒータＨ１１〜Ｈ１６が固定されている。これらのヒータＨ１１〜Ｈ１６を制御する温度調節器１４と継電器１６と電流調整器２０が、シャワーヘッドＳＨＤ１側の構成とは別に提供される。シャワーヘッドＳＨＤ２側の詳しい説明は省略する。
【００３０】
図３は、シャワーヘッドＳＨＤ１等の断面図である。シャワーヘッドＳＨＤ１はサセプタ３０の上に設けられている。シャワーヘッドＳＨＤ１はサセプタ３０に載置される基板の全面に対向するように配置することが好ましい。シャワーヘッドＳＨＤ１は、サセプタ３０の上の基板にガスを供給するために、処理ガス供給機構に接続される。その処理ガス供給機構は例えば処理ガス供給源、ガス流量制御器及び圧力制御バルブを有する。シャワーヘッドの下面には複数のガス吐出孔が形成され、このガス吐出孔からガスを供給する。
【００３１】
ヒータＨ１は、発熱部分Ｈａと、発熱部分Ｈａにつながる電流供給部Ｈｂを備えている。ヒータＨ１は全体としてみればスティック状である。発熱部分ＨａはシャワーヘッドＳＨＤ１に埋め込まれている。電流供給部Ｈｂには電流調整部２０に接続された配線が接続される。ヒータＨ１はシャワーヘッドＳＨＤ１に対して斜めに埋め込まれている。ヒータＨ２は、発熱部分Ｈｃと、発熱部分Ｈｃにつながる電流供給部Ｈｄを備えている。ヒータＨ２の発熱部分Ｈｃは、ヒータＨ１の発熱部分Ｈａと同じワット密度および表面積を有している。シャワーヘッドＳＨＤ１に固定されるすべてのヒータの発熱部分について、ワット密度および表面積を統一することができる。
【００３２】
可変抵抗を備えない加熱システムを採用した場合、温度調節器１４の機能により継電器１６の操作量を制限する。具体的には継電器１６への指令信号であるＤｕｔｙ比を制限することで、複数のヒータに対して同一の負荷制限を行う。この場合、個々のヒータに対して独立で負荷制限をかけることはできない。そのため、シャワーヘッド全体の温度を概ね一定にするためには、１つのシャワーヘッドに固定される複数のヒータのうち、特定のヒータのワット密度を高くしたり、特定のヒータの表面積を大きくしたりすることが必要になる場合があった。例えば、レイアウトの都合上表面積の異なるヒータを設ける必要がある場合において、シャワーヘッドの全体の温度を概ね一定にするためには、表面積の小さいヒータのワット密度を高くしなければならない。
【００３３】
これに対し、実施の形態１に係る加熱システム１０では可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６の抵抗値を変更することで、ヒータＨ１〜Ｈ６の電流を自在に変更できる。よって、１つのシャワーヘッドＳＨＤ１に固定される複数のヒータＨ１〜Ｈ６のワット密度と表面積を統一して、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を調整することでシャワーヘッドＳＨＤ１の全体の温度を概ね一定にすることができる。なお、温度測定部１２からの距離が小さいヒータと温度測定部１２からの距離が大きいヒータとで要求温度が異なる場合にも、可変抵抗を調整することで当該要求温度を実現できる。
【００３４】
したがって、基本的には、実施の形態１に係る加熱システム１０では複数のヒータＨ１〜Ｈ６のワット密度と表面積を統一できる。しかしながら、仕様上の要求があったり、複数のヒータのワット密度または表面積を不均一にすることでシャワーヘッド全体の温度均一性を高めやすいなどの事情があったりする場合、複数のヒータＨ１〜Ｈ６のワット密度と表面積を不均一にしてもよい。
【００３５】
実施の形態１に係る基板処理装置と加熱システムは、１つの温度調節器１４と１つの継電器１６で複数のヒータＨ１〜Ｈ６を同時制御する場合において、可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を用いることで複数のヒータＨ１〜Ｈ６の電流を個別に調整できるものである。また１つの加熱システム１０に１つの温度調節器１４と１つの継電器１６を用いるのでコスト低減に好適である。実施の形態１に係る基板処理装置と加熱システムは、これらの特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。
【００３６】
例えば、エコモードが不要である場合にはスイッチＳ１〜Ｓ６は省略してもよい。また、すべてのヒータＨ１〜Ｈ６に可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６を接続するのではなく、任意のヒータにだけ可変抵抗を接続してもよい。可変抵抗は、継電器１６から複数のヒータＨ１〜Ｈ６への電流経路の少なくとも1つに設けることができる。
【００３７】
可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６の抵抗値をどのように変更するかは任意である。例えば、温度測定部１２とヒータの距離に応じて可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６の抵抗値を決めたり、ヒータごとの環境の違いによって可変抵抗ＶＲ１〜ＶＲ６の抵抗値を決めたりすることができる。例えば、図２のヒータＨ１１、Ｈ１６のワット密度をヒータＨ１２、Ｈ１５のワット密度より大きくして、ヒータＨ１３、Ｈ１４のワット密度をヒータＨ１２、Ｈ１５のワット密度より小さくしてもよい。可変抵抗によってヒータごとに電流を調節することで希望する温度分布を実現できる。
【００３８】
これらの変形は以下の実施の形態にかかる基板処理装置と加熱システムに応用することができる。なお、以下に実施の形態にかかる基板処理装置と加熱システムは実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００３９】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る基板処理装置の断面図である。実施の形態１では図３に示されるようにヒータをシャワーヘッドＳＨＤ１に対して斜めに埋め込んだ。これに対し、実施の形態２では図４に示されるように、ヒータＨ１、Ｈ２をシャワーヘッドＳＨＤ１に対して垂直に埋め込んだ。このように、ヒータをシャワーヘッドに対してどのように固定するかは設計上の要求などに応じて変更することができる。
【００４０】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る基板処理装置の断面図である。ヒータＨ１はシャワーヘッドＳＨＤ１に対して斜めに埋め込まれているのに対し、ヒータＨ２はシャワーヘッドＳＨＤ１に対して垂直に埋め込まれている。そのため、ヒータＨ１の発熱部分Ｈａの表面積と、ヒータＨ２の発熱部分Ｈｃの表面積が異なっている。設計上の要求に応じて表面積を不均一にした場合、可変抵抗の調整によってシャワーヘッド全体の温度を概ね一定にできる。これに対し、シャワーヘッド全体の温度を概ね一定にするために表面積を不均一にした場合、可変抵抗の調整は基本的に不要である。しかしながら、シャワーヘッド全体の温度を概ね一定にするために、表面積を不均一にしたりワット密度を不均一にしたりすることと、可変抵抗の調整とを併用することで、シャワーヘッド全体の温度を一定にしやすくなる。
【００４１】
実施の形態４．
図６は、実施の形態４に係る基板処理装置の断面図である。シャワーヘッドＳＨＤ１は薄い部分と厚い部分を有している。シャワーヘッドＳＨＤ１の薄い部分にヒータＨ１が埋め込まれ、シャワーヘッドＳＨＤ１の厚い部分にヒータＨ２が埋め込まれている。そのため、ヒータＨ１の発熱部分Ｈａの表面積と、ヒータＨ２の発熱部分Ｈｃの表面積が異なっている。このように、設計上の都合によって表面積が不均一になる場合がある。このような場合には、可変抵抗によるヒータに流す電流を調整することが特に効果的である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  加熱システム、  １２  温度測定部、  １４  温度調節器、  １６  継電器、  ＶＲ１  可変抵抗、  Ｓ１  スイッチ、  ２０  電流調整部、  Ｈ１  ヒータ
【図１】
0003212023.tif 000003
【図２】
0003212023.tif 000004
【図３】
0003212023.tif 000005
【図４】
0003212023.tif 000006
【図５】
0003212023.tif 000007
【図６】
0003212023.tif 000008