(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生成プラズマにより反応性ガスを分解反応させて基板に製膜する際に基板を加熱するプラズマ処理装置用ヒータ装置において、
プラズマ処理装置の製膜ユニット内に、
面状またはブロック状の抵抗発熱体からなるヒータエレメントと、前記ヒータエレメントの対向する１組の面は、発熱面であり、
少なくとも前記ヒータエレメントの前記発熱面を覆うように前記ヒータエレメントに対して弾性力により押圧して取り付けられ、さらに被処理基板と密着することにより前記ヒータエレメントで発生した熱を被処理基板に伝導するヒータカバーと、
前記被処理基板と前記ヒータカバーとの密着性を維持するように前記被処理基板を前記ヒータカバーに対して押圧する基板押え板と、
を具備することを特徴とするプラズマ処理装置用ヒータ装置。
【請求項２】
上記ヒータエレメントは両面発熱型であり、該ヒータエレメントの発熱面ごとに対向する１組の前記ヒータカバーがそれぞれ配置され、前記対向する１組のヒータカバーをそれぞれ弾性力で互いに引き寄せ合い上記ヒータエレメントに押付け状態で取り付ける弾性部材を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用ヒータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマCVD装置（PCVD）及びプラズマエッチング装置において、生成プラズマにより反応性ガスを分解反応させて基板に製膜またはエッチングする際に基板を加熱するプラズマ処理装置用ヒータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマＣＶＤ装置では、ヒータユニット（ヒータ装置）と電極／ガスユニットとを対面させ、ヒータ装置で基板を保持し、基板と電極との間に反応性ガスを供給し、電極に高周波を印可してプラズマを生成し、基板上に製膜する。この製膜時にヒータ装置により基板を加熱し、製膜反応を促進させる。
【０００３】
図１０に示すように、従来のＰＣＶＤ用ヒータ装置７においては、ヒータエレメント８の両面をヒータカバー９で覆い、製膜成分の付着やプラズマ損傷などからヒータエレメント８を保護している。ヒータエレメント８へのカバー９の取り付けは、図１１に示すようにヒータ側面部において複数のセットボルト１０をカバー９の孔及びヒータエレメントの凹所８ａにルーズに挿通させることによりなされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のヒータ装置においては、起動停止時における温度分布の増大によりヒータカバー９に面外の熱変形を生じやすく、基板Ｇとヒータカバー９との密着性が損なわれやすい。このため、カバー９を介してのヒータエレメント８から基板Ｇへの熱伝導が不均一になり、基板表面温度分布特性（温度のばらつき）やバイアス電位分布特性（電位のばらつき）が悪化し、製膜の基板面内膜厚均一性に悪影響を及ぼすことがある。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、ヒータユニットから基板への熱伝導が良好であり、ヒータカバーの面外の熱変形が最小限に抑えられ、製膜の面内膜厚均一性に優れたプラズマ処理装置用ヒータ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＰＣＶＤ用ヒータ装置は、生成プラズマにより反応性ガスを分解反応させて基板に製膜する際に基板を加熱するプラズマ処理装置用ヒータ装置において、プラズマ処理装置の製膜ユニット内に、面状またはブロック状の抵抗発熱体からなるヒータエレメントと、前記ヒータエレメントの対向する１組の面は、発熱面であり、少なくとも前記ヒータエレメントの前記発熱面を覆うように前記ヒータエレメントに対して弾性力により押圧して取り付けられ、さらに被処理基板と密着することにより前記ヒータエレメントで発生した熱を被処理基板に伝導するヒータカバーと、前記被処理基板と前記ヒータカバーとの密着性を維持するように前記被処理基板を前記ヒータカバーに対して押圧する基板押え板と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
上記ヒータエレメントは両面発熱型であり、該ヒータエレメントの発熱面ごとに対向する１組の上記ヒータカバーがそれぞれ設けられ、これら１組の対向するヒータカバーを弾性力で互いに引き寄せ合い上記ヒータエレメントに押付け状態で取り付ける弾性部材を有することが好ましい。弾性部材には導伝性および絶縁性のコイルスプリング、耐熱性ゴム、耐熱性弾性樹脂などを用いることができる本発明によれば、ヒータ装置の起動停止時におけるヒータカバーの熱変形が有効に防止される。これにより温度分布特性、基板表面温度分布特性、バイアス電位分布特性が改善されるので、膜厚均一性が向上する。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００１８】
図１の（Ａ）にプラズマＣＶＤ装置の製膜ユニットの外観斜視図を、（Ｂ）にその内部構造の分解斜視図を示す。プラズマＣＶＤ装置の製膜ユニット２に接するようにヒータ装置としてのヒータユニット７（７Ａ〜７Ｅ）が設けられ、これによりガラス基板Ｇが加熱されるようになっている。ガラス基板Ｇは別途搬送機構(図示せず)にて製膜ユニット２内に搬入される。搬入された基板Ｇは、例えば図９に示す押え板４６を備えたポジショナによりヒータユニット７に押付けられ、保持されるようになっている。
【００１９】
電極３とガスユニット４が製膜ユニット２の内部に取り付けられている。製膜ユニット２内において電極３ガスユニット４はヒータユニット７に保持された基板Ｇと対面し、高周波電源に接続されたラダー電極３およびプロセスガス供給源に連通されたガス供給機構４を内蔵している。ラダー電極３と基板Ｇとは所定間隔をもって対面配置されている。ヒータユニット７で基板Ｇを加熱しながら電極３／基板Ｇ間にガス供給機構４からプロセスガスを供給し、ラダー電極３に高周波を印可すると、電極／基板間にプラズマが生成され、これにより基板Ｇに製膜されるようになっている。
【００２０】
（第１の実施形態）
図２を参照しながら本発明の第１の実施形態について説明する。第１実施形態のヒータ装置７Ａは、矩形状の両面加熱型ヒータエレメント８と、このヒータエレメント８の発熱面をそれぞれ覆う１対の箱型ヒータカバー９Ａと、を備えている。ヒータエレメント８は面状またはブロック状の抵抗発熱体からなり、図示しない電源に接続され、かつ接地されている。
【００２１】
各ヒータカバー９Ａの両側面部（折り曲げ周縁部分）には複数の引張スプリング１１がそれぞれ取り付けられ、対向するヒータカバー９Ａが互いに引き付け合うようになっており、これにより各ヒータカバー９Ａはヒータエレメント８にそれぞれ押付けられている。スプリング１１には導電性および絶縁性のいずれの材料を用いてもよい。なお、適当なばね係数をもつスプリング１１を適宜選択して用いることにより、ヒータエレメント８に対するヒータカバー９Ａの押付け力（緩やかな半拘束力）は最適なものに調整されている。
【００２２】
上記のヒータ装置７Ｂを用いて下記の条件下で基板Ｇ上に実際に製膜し、これにつき評価した。
【００２３】
被処理基板Ｇとして５００ｍｍ×５００ｍｍサイズのガラス基板を供試した。原料プロセスガスとしてシラン／アンモニア／窒素の混合ガスを用いた。ガスの混合比率はＳＨ4／ＮＨ3／Ｎ2＝１：１．７：１４とした。製膜雰囲気の圧力は１．０Ｔｏｒｒとした。基板Ｇと電極との相互間距離を約３５ｍｍに設定し、基板Ｇとガス供給機構との相互間距離を４０〜９０ｍｍに設定した。電極に周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波を印可し、基板Ｇと電極とで挟まれた狭い領域にプラズマを生成させて、基板Ｇ上に実際にＳｉＮｘ膜を製膜した。このＳｉＮｘ膜を従来装置により製膜したものと比べた結果、面内膜厚均一性が改善されていることが確認された。このことからヒータ装置の起動停止を繰り返しても、ヒータカバーの熱変形が低減されていること、基板表面温度のばらつきが従来と比べて低減されていること、およびバイアス電位のばらつきが従来と比べて低減されていることが間接的に保障される。
【００２４】
（第１参考例）
図３および図４を参照しながら第１参考例の装置について説明する。なお、第１参考例が上述の実施形態と共通する部分の説明は省略する。第１参考例のヒータ装置７Ｂは、折り曲げた周縁部分をもたない１対の平面型ヒータカバー９Ｂを備えている。これら１対のヒータカバー９Ｂは複数のセットボルト１０で上下のカバー支持具１２，１７に半拘束状態に取付けられている。図示の如く各ヒータカバー９Ｂの左右両側部分は拘束されないで自由な状態にあり、上下の周縁部分のみがボルト固定されるようになっている。なお、上部カバー支持具１２は図示しないフレームに吊下げ固定またはヒータエレメント８の上面の載せて固定されている。一方、下部カバー支持具１７は他部材に上下の動きを規定されない自由な状態にある。
【００２５】
図４に示すように、ヒータカバー９Ｂの上部および下部の中央には丸穴１５が開口形成され、これに対応する位置に上下カバー支持具１２，１７の丸穴１３が開口形成され、これらの丸穴１３，１５にセットボルト１０が挿通されている。また、左右２つの長穴１６が丸穴１５と一定間隔をおいた位置にそれぞれ開口形成され、これに対応する位置に上下カバー支持具１２，１７の丸穴１４が開口形成され、これらの長穴１６と丸穴１４にセットボルト１０がそれぞれ挿通されている。長穴１６はヒータカバー９Ｂの横方向（幅方向）に長く、長径は短径のおよそ２〜５倍程度である。
【００２６】
ヒータカバー９Ｂが熱膨張すると、左右のセットボルト１０はヒータカバー９Ｂとともに長穴１６のなかでそれぞれ横方向に変位し、カバー幅方向の熱変形が吸収されるとともに、下部カバー支持具１７とともにヒータカバー９Ｂは縦方向に変位し、カバー長手方向の熱変形が吸収される。これによりヒータカバー９Ｂの板厚方向への熱変形が局部的にも全体的にも防止され、ヒータカバー９Ｂの平面度が保たれる。
【００２７】
本実施形態のヒータ装置７Ｂによれば、熱膨張または熱収縮した場合であってもヒータカバー９Ｂの平面度が良好に保たれるので、ヒータエレメント８の発熱面とヒータカバー９Ｂとの相互接触が悪化せず、ヒータ装置の起動停止を繰り返すことでもヒータカバーの変形が抑制され、基板表面温度のばらつきが従来と比べて低減され、さらにバイアス電位のばらつきが従来と比べて低減される。特に本実施形態のヒータカバー９Ｂは平面形状であるので箱型に比べて曲面状（クラウン状）の三次元の熱変形（ヒータ面外の変形）を生じない。
【００２８】
また、第１参考例ではヒータカバーの中央部分のみを拘束し、他部分は半拘束状態か又は自由な状態としたので、加熱時の熱膨張に起因する変形のみならず冷却時の熱収縮に起因する変形についても有効に防止することができる。冷却時におけるヒータカバーの変形は加熱時とはまったく異なる変形を生じるので、特に第１参考例のヒータカバーはこのような熱収縮変形の防止に有効である。
【００２９】
（第２参考例）
図５を参照しながら第２参考例の装置について説明する。なお、第２参考例が上述の実施形態、第２参考例と共通する部分の説明は省略する。第２参考例のヒータ装置７Ｃは、吸着孔２２が基板密着領域のほぼ全面に開口形成されたヒータカバー９Ｃを備えている。各吸着孔２２は真空排気ポンプ（図示せず）の吸込口に連通し、吸着孔２２を介して真空排気すると基板Ｇがヒータカバー９Ｃに吸着保持されるようになっている。なお、吸着孔２２の径は０．２〜１．０ｍｍとすることが好ましく、ホローカソード発生抑制から０.５ｍｍ以下とすることが最も好ましい。
【００３０】
第２参考例によれば、図示しないガス供給機構からのプロセスガスの供給圧力と真空吸着圧力との差圧によりヒータカバーと基板との密着性が更に向上し、ヒータカバー９Ｃと基板Ｇとの密着性が良好になるので、基板表面温度分布特性およびバイアス電位分布特性がともに改善される。
【００３１】
（第３参考例）
図６および図７を参照しながら第３参考例について説明する。なお、第３参考例が上述の実施形態、参考例と共通する部分の説明は省略する。第３参考例のヒータ装置７Ｄは、領域ごとに異なる板厚をもつヒータカバー９Ｄを備えている。ヒータカバー９Ｄは、加熱面の中央領域に高段部３１が、中間領域に中段部３２が、周縁領域に低段部３３がそれぞれ形成されている。
【００３２】
図７に示すように、カバー中央領域の高段部３１が最も厚く、高段部３１から中段部３２、低段部３３に移行するに従って段々に板厚が薄くなっている。高段部３１の板厚ｔ１は約８ｍｍ、中段部３２の板厚ｔ２は約６ｍｍ、低段部３３の板厚ｔ３は約４ｍｍである。これによりヒータカバー９Ｄとヒータエレメント８との間隙は、中央領域で最も小さく周縁領域で最も大きくなっている。なお、中央領域の間隙ｃ１は約１ｍｍ、中間領域の間隙ｃ２は約３ｍｍ、周縁領域の間隙ｃ３は約５ｍｍである。
【００３３】
面状またはブロック状ヒータエレメント８の温度分布特性は中央部に比べて周縁部で温度が数℃低くなる傾向にある。第３参考例では、ヒータカバーを設けることによりさらに１０℃程度の温度差がつくことを利用して、ヒータカバー９Ｄの中央部分の板厚を厚くし、周縁部分の板厚を中央部分のそれより約５０〜８０％薄くすることにより熱伝導抵抗が小さくなる。ここでヒータエレメントトヒータカバーとの隙間は中央が狭く周囲が広くなるが輻射伝熱によるため、この隙間の差は熱伝導抵抗にほとんど影響することなくなり、ヒータ装置７Ｄ全体としては温度分布が均一化される。このため、基板表面温度分布特性が改善される。
【００３４】
（第４参考例）
図８および図９を参照しながら第４参考例の装置について説明する。なお、第４参考例が上述の実施形態、参考例と共通する部分の説明は省略する。第４参考例のヒータ装置７Ｅは、基板押え板４６との間隙をシールドメッシュ４３でシールしたヒータカバー９Ｅを備えている。図９に示すように、ヒータカバー９Ｅの基板保持面には基板Ｇを取り囲むように溝４１が形成され、溝４１のなかに直立するピン状突起４２にシール部材としてのシールドメッシュ４３が差し込み絡ませられている。シールドメッシュ４３はステンレス鋼の極細線を網紐状に編み上げたものからなり、十分な耐熱製と可撓性とを兼ね備えたものである。
【００３５】
ポジショナーのシリンダロッド４８で押え板４６を基板Ｇに押し付けると、押え板４６が溝４１内のシールドメッシュ４３にも押付けられ、ヒータカバー９Ｅと基板押え板４６との間隙がシールドメッシュ４３により遮られる。これによりヒータカバー９Ｅと基板押え板４６との間隙からのガス抜けが防止されるとともに、ホロープラズマによる膜や粉の発生が抑制されるので、基板Ｇへのパーティクル付着が有効に防止される。
【００３６】
なお、上記実施形態では５００ｍｍ×５００ｍｍサイズの基板に製膜する場合について説明したが、本発明はこれのみに限られることなく例えば１０００ｍｍ×１０００ｍｍサイズ以上の大型基板に製膜することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ヒータカバーの熱変形が有効に防止される。これによりヒータ装置の起動停止時における温度分布特性が従来よりも低減され、基板表面温度分布特性が従来よりも低減され、さらにバイアス電位分布特性が従来よりも低減されるので、膜厚均一性が改善される。
【００３８】
また、本発明によれば、熱膨張または熱収縮した場合であってもヒータカバーの平面度が良好に保たれるので、ヒータエレメントの発熱面とヒータカバーとの相互接触が悪化せず、ヒータ装置の起動停止を繰り返しても変形が抑制されて温度分布特性、基板表面温度分布特性、バイアス電位分布特性が従来のものと比べて改善される。
【００３９】
また、本発明によれば、ヒータカバーの中央部分のみを拘束し、他部分は半拘束状態か又は自由な状態とすることにより、加熱時の熱膨張に起因する変形のみならず冷却時の熱収縮に起因する変形についても有効に防止することができる。冷却時におけるヒータカバーの変形は加熱時とはまったく異なる変形を生じるので、特に本発明のヒータカバーはこのような熱収縮変形の防止に有効である。
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はプラズマＣＶＤ装置の製膜ユニットの概要を示す外観斜視図、（Ｂ）はプラズマＣＶＤ装置の製膜ユニットを示す分解斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＰＣＶＤ用ヒータ装置を示す斜視図。
【図３】本発明の第１参考例に係るＰＣＶＤ用ヒータ装置を示す斜視図。
【図４】第１参考例の装置のヒータカバー取付部を示す拡大断面図。
【図５】本発明の第２参考例に係るＰＣＶＤ用ヒータ装置を示す斜視図。
【図６】本発明の第３参考例に係るＰＣＶＤ用ヒータ装置を示す斜視図。
【図７】第３参考例のヒータユニットおよび基板の一部を拡大して示す横断面図。
【図８】本発明の第４参考例に係るＰＣＶＤ用ヒータ装置を示す斜視図。
【図９】第４参考例のヒータ装置の要部を示す断面模式図。
【図１０】従来のヒータ装置の概要を示す斜視図。
【図１１】従来の装置のヒータカバー取付部を示す拡大断面図。
【符号の説明】
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ…ヒータ装置（ヒータユニット）、
８…ヒータエレメント（ヒータ本体）、
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ…ヒータカバー、
１０…セットボルト、
１１…スプリング、
１２，１７…カバー支持具、
１３，１４、１５…丸穴、
１６…長穴、
２１…排気管、
２２…吸引孔、
３１…高段部、
３２…中段部、
３３…低段部、
４１…溝、
４２…突起、
４３…シールドメッシュ（シール部材）、
４６…押え板、
４８…シリンダロッド、
Ｇ…基板。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003924096.tif 000009
【図９】
0003924096.tif 000010
【図１０】
0003924096.tif 000011
【図１１】
0003924096.tif 000012