特表 2023-541622 ＰＥＣＶＤのためのワークホルダ、システム及び動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-03

(54)【発明の名称】ＰＥＣＶＤのためのワークホルダ、システム及び動作方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/458 20060101AFI20230926BHJP

   H05B 3/20 20060101ALI20230926BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20230926BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230926BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20230926BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20230926BHJP

【ＦＩ】

C23C16/458

H05B3/20 309

C23C16/505

H01L21/205

H01L21/31 C

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023516663

(86)(22)【出願日】2021-09-14

(85)【翻訳文提出日】2023-05-08

(86)【国際出願番号】 DE2021100758

(87)【国際公開番号】W WO2022057977

(87)【国際公開日】2022-03-24

(31)【優先権主張番号】102020124022.8

(32)【優先日】2020-09-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519090826

【氏名又は名称】セントロサーム インターナショナル アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ｃｅｎｔｒｏｔｈｅｒｍ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｗｕｅｒｔｔｅｍｂｅｒｇｅｒ Ｓｔｒ．３１， ８９１４３ Ｂｌａｕｂｅｕｒｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100167689

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 征二

(72)【発明者】

【氏名】フックス・イェンス＝ウーヴェ

(72)【発明者】

【氏名】トレーラー・ミルコ

(72)【発明者】

【氏名】ライツェ・ラルフ

(72)【発明者】

【氏名】ライヒトル・ローランド

【テーマコード（参考）】

3K034

4K030

5F045

5F131

【Ｆターム（参考）】

3K034AA02

3K034AA03

3K034AA23

3K034HA08

3K034JA10

4K030CA04

4K030CA12

4K030EA03

4K030FA01

4K030GA02

4K030KA15

4K030KA23

4K030KA46

5F045AA08

5F045BB08

5F045DP20

5F045EH04

5F045EH12

5F045EH20

5F045EK07

5F045EK08

5F045EM02

5F045GB05

5F131AA02

5F131AA12

5F131BA03

5F131CA31

5F131EA03

5F131EA04

5F131EA17

5F131EC01

5F131EC05

5F131EC13

5F131EC17

(57)【要約】

本発明は、プラズマ強化化学気相堆積システム（５０）のためのワークホルダ（１）、この種のシステム（５０）、及びこの種のシステム（５０）の動作方法（１００）に関する。ワークホルダ（１）は、ワークホルダ（１）を囲むプロセスガスからプラズマを生成するように設計される。本発明によると、ワークホルダ（１）は、ワークホルダ（１）の周囲を、気相堆積を想定したプロセス温度まで加熱するようにも設計される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマ強化化学気相堆積のシステム（５０）のためのワークホルダ（１）であって、該ワークホルダ（１）は該ワークホルダ（１）を囲むプロセスガスからプラズマを発生させるように構成され、
前記ワークホルダ（１）の周囲を気相堆積用のプロセス温度まで加熱するように構成されたワークホルダ（１）。

【請求項2】

加熱電流を通電するように構成された請求項１に記載のワークホルダ（１）。

【請求項3】

交流電流を複数の回路（１２）に通電するように構成された請求項１又は２に記載のワークホルダ（１）。

【請求項4】

平行に配置され、電気加熱抵抗として使用される複数の電極（２ａ、２ｂ）を備える請求項１から３のいずれか一項に記載のワークホルダ（１）。

【請求項5】

前記複数の電極（２ａ、２ｂ）の少なくとも一部が、電気的に直列接続された、請求項４に記載のワークホルダ（１）。

【請求項6】

前記複数の電極（２ａ、２ｂ）のうちの隣接するもの同士が、相互に電気的に絶縁された、請求項４又は５に記載のワークホルダ（１）。

【請求項7】

前記ワークホルダ（１）の第１の端部（１ａ）に配置された第１の配電器アセンブリ（３ａ）及び前記ワークホルダ（１）の前記第１の端部（１ａ）の反対側の第２の端部（１ｂ）に配置された第２の配電器アセンブリ（３ｂ）であって、低周波ＡＣ電圧及び高周波ＡＣ電圧を配電して前記ワークホルダ（１）の周囲を加熱し又はプラズマを発生させるように構成された第１の配電器アセンブリ（３ａ）及び第２の配電器アセンブリ（３ｂ）を備える請求項１から６のいずれか一項に記載のワークホルダ（１）。

【請求項8】

前記２つの配電器アセンブリ（３ａ、３ｂ）の少なくとも一方が、平行に配置された複数の電極（２ａ、２ｂ）の少なくとも一部を相互に導電的に接続する、請求項７に記載のワークホルダ（１）。

【請求項9】

前記ワークホルダ（１）に電気的に接触するための少なくとも４個の空間的に分離した接点（４）を有する電源接続部を備える請求項１から８のいずれか一項に記載のワークホルダ（１）。

【請求項10】

前記接点（４）は、コンタクトピンを受容するための円錐状のボアホール（１１）を有する、請求項９に記載のワークホルダ（１）。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のワークホルダ（１）と、該ワークホルダを受容するための、少なくとも１つのプロセスガスが充填可能なプロセスチャンバと、を有するプラズマ強化化学気相堆積のシステム（５０）。

【請求項12】

最初に前記ワークホルダ（１）を加熱ユニットとして動作させて前記ワークホルダ（１）の周囲を気相堆積用のプロセス温度まで加熱し、その後にプラズマユニットとして前記ワークホルダ（１）を囲むプロセスガスからプラズマを発生させるように構成された切換装置（５１）を備える請求項１１に記載のシステム（５０）。

【請求項13】

前記ワークホルダ（１）をプラズマユニットとして動作させるために高周波ＡＣ電圧を供給するためのプラズマ電圧源（５３）と、
前記ワークホルダ（１）を加熱ユニットとして動作させるために低周波ＡＣ電圧を供給するための少なくとも１つの加熱電圧源（５４）と、
を備え、
前記切換装置（５１）は、前記ワークホルダ（１）の周囲を前記プロセス温度まで加熱した後、前記少なくとも１つの加熱電圧源（５４）を前記ワークホルダ（１）から切り離すとともに前記プラズマ電圧源（５３）を前記ワークホルダ（１）に接続するように構成された、請求項１２に記載のシステム（５０）。

【請求項14】

前記切換装置（５１）は、前記ワークホルダ（１）を、
プラズマユニットとしての動作時には単一の回路に、及び
加熱ユニットとしての動作時には少なくとも２つの並列回路（１２）に、
統合するように構成された、請求項１１又は１２に記載のシステム（５０）。

【請求項15】

プラズマ強化化学気相堆積のシステム（５０）の動作方法（１００）であって、
ワークホルダ（１）が、最初に加熱ユニットとして前記ワークホルダ（１）の周囲を気相堆積用のプロセス温度まで加熱し（Ｓ１）、その後にプラズマユニットとして前記ワークホルダ（１）を囲むプロセスガスからプラズマを発生させる（Ｓ３）ように動作する、動作方法（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ強化化学気相堆積のシステムのためのワークホルダ、プラズマ強化化学気相堆積のシステム、及びプラズマ強化化学気相堆積のシステムの動作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板をコーティングする化学気相堆積（ＣＶＤ）の方法が知られている。堆積される物質を含有する少なくとも１つのガスが供給される。その物質は、例えば、温度によって推進可能な化学反応を実行することによって基板上に堆積される。化学気相堆積を用いて、例えば、微細電子部品又は光ファイバが製造可能となる。

【0003】

堆積速度は、ガスからプラズマを励起させることによってさらに上昇し得る。さらに、堆積反応は、このように、より低温においても既に効果的に推進可能とされている。この化学気相堆積の変形を、通常はプラズマ強化化学気相堆積（ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＥＣＶＤ）という。

【0004】

必要なプロセス温度に到達するために、基板、例えば、半導体ウエハを保持するためのワークホルダが、通常は、加熱可能な壁を有する反応チャンバに挿入される。この反応チャンバを、ホットウォール反応器ともいうことがある。加熱は、通常は、プロセスチャンバ壁上又は壁内に設置された抵抗加熱要素によって行われる。記載されるタイプのワークホルダは、多くの場合、ボートといわれる。

【発明の概要】

【0005】

本発明の課題は、プラズマ強化化学気相堆積をさらに向上させ、特にその効率を高めることである。

【0006】

この課題は、独立請求項に係るプラズマ強化化学気相堆積のシステムのためのワークホルダ、そのワークホルダを有するプラズマ強化化学気相堆積のシステム、及びプラズマ強化化学気相堆積のシステムの動作方法によって達成される。

【0007】

有利な改良は、それぞれの従属請求項の主題である。

【0008】

プラズマ強化化学気相堆積のシステムのための本発明の第１の態様に係るワークホルダは、ワークホルダを囲むプロセスガスからプラズマを発生させるように構成される。本発明によると、ワークホルダはまた、ワークホルダの周囲を気相堆積用のプロセス温度まで加熱するように構成される。

【0009】

本発明の一態様は、好ましくは排他的に、ワークホルダによって気相から少なくとも１つの物質を堆積させるために所与のプロセス温度を設定するアプローチに基づく。ワークホルダは、ここではワークホルダの周囲、例えば、ワークホルダを囲むプロセスガス及び／又はワークホルダに保持されたワークをプロセス温度まで加熱するように適宜構成される。ワークホルダは、特に、複数の加熱抵抗の形態の加熱要素を有し、したがって加熱ユニットとして動作するように構成され得る。したがって、例えば、例えば加熱要素又は加熱カートリッジの形態の、ＰＥＣＶＤ設備のプロセスチャンバに対してプロセスチャンバの領域に配置された別個の加熱システムは、省略され得る。したがって、ＰＥＣＶＤ設備は、より簡素に設計され、例えば、よりコスト効率良く製造され得る。

【0010】

さらに、設置空間が節約可能となり、結果として、ＰＥＣＶＤ設備は、プロセスチャンバ内の加熱ユニットとしてのワークホルダの動作のために、より小さく設計可能となる。結果として、加熱される体積及び加熱される質量が減少し得る。これにより、同じ加熱電力でプロセス温度に達するまでに要する時間を短縮することができる。したがって、対応するＰＥＣＶＤ設備のスループットも、同様に増加し得る。

【0011】

ワークホルダは、好ましくは、ここではその周囲を加熱することに加えて、ワークホルダを囲むプロセスガスからプラズマを発生させるようにも構成される。本発明の意味の範囲内でプロセスガスの概念は、種々のプロセスガスの混合物としても理解されるべきである。記載される目的のため、ワークホルダは、例えば、高周波ＡＣ電圧が印加され得る平行に配置された複数の電極の形態の電極アセンブリを有し得る。プラズマ発生のために、電極の極性は、１ｋＨｚ以上の周波数で、例えば約４０ｋＨｚで反転され得る。ワークホルダは、特に好ましくは、電極アセンブリを用いて、すなわち、複数の電極を用いてその周囲を加熱するように構成される。

【0012】

したがって、ワークホルダは、有利には、１つの構成要素のみを用いて、すなわち、例えば、電極アセンブリを用いてプラズマを発生させるとともにその周囲を加熱するように構成可能である。これにより、ワークホルダの構成要素又はアセンブリの特に効率的な使用が可能となる。

【0013】

例えば、ワークホルダは、好ましくはワークホルダへの高周波ＡＣ電圧の印加に応じて、第１の動作モードでは、プロセスガスからプラズマを発生させるように構成され得る。高周波ＡＣ電圧は、特に、この目的のために複数の電極に印加され得る。さらに、ワークホルダは、好ましくはワークホルダへの低周波ＡＣ電圧の印加に応じて、第２の動作モードでは、その周囲をプロセス温度まで加熱するように構成され得る。この場合、複数の電極の極性は、１ｋＨｚ未満、例えば、５０Ｈｚで反転され得る。

【0014】

本発明の好適な実施形態及びその改良が以下に記載され、これが明示的に除外されない限り、相互にかつ以下に記載される本発明の態様で各々所望の通りに組み合わされ得る。

【0015】

好適な一実施形態では、ワークホルダ、特に電極アセンブリは、加熱電流を通電するように構成される。加熱電流は、この場合、好ましくは、１ｋＨｚ未満の周波数、例えば５０Ｈｚの交流電流である。好適な態様では、加熱電流は、９０Ａ以上、例えば１２０Ａの有効アンペア数を有する。ワークホルダは、この目的のために少なくとも１つの加熱回路を適宜備える。加熱回路は、例えば、電極アセンブリの少なくとも一部を備えていてもよく、すなわち、電極アセンブリの少なくとも一部により少なくとも部分的に構成され得る。特に、少なくとも１つの加熱回路は、電極アセンブリの電極からの電極群を含み得る。したがって、ワークホルダの周囲の加熱が、正確に制御可能となる。

【0016】

例えば、ワークホルダの電極アセンブリは、ワークホルダへの１４５Ｖ（有効電圧）の低周波ＡＣ電圧の印加に応じて、交流電流が電極アセンブリを加熱電流として流れるように、設計され得る。特に、電極アセンブリの複数の電極は、低周波ＡＣ電圧を印加することによって、同時にプラズマが点火されずに電極の加熱が行われるように、相互接続され得る。したがって、電極アセンブリは、プラズマ発生のための従来の態様で使用されるだけでなく、プロセス温度に達するために使用され得る。したがって、電極アセンブリは、特に効率的に使用され、ワークホルダは特に少ない構成要素で、結果としてコスト効率良く実装され得る。

【0017】

これに対して、従来のワークホルダは、加熱電流を通電するのには適さない。電極アセンブリを流れる低周波交流電流は、例えば、電極が単にリアクタンスとして作用し得るので、電極の加熱をもたらすことはない。

【0018】

さらに好適な実施形態では、ワークホルダは、交流電流を複数の回路に、特に並列に通電するように構成される。言い換えると、ワークホルダは、複数の、すなわち、少なくとも２つの回路を有する。回路は、適宜相互に分離されている。回路の各々は、ここでは独立して作動可能な加熱回路を構成し得る。したがって、これらの回路を加熱回路ということもできる。回路は、好ましくは、電極アセンブリの少なくとも一部によって、好ましくは異なる電極群によって少なくとも部分的に構成される。回路は、ワークホルダを電源に、例えば、ＰＥＣＶＤ設備のコンタクトピンの形態の対応のプラグ構成に接続するために接続可能なものとして適宜設計される。複数の回路への交流電流の導通に起因して、プロセス温度に達するのに必要な電圧又は電流は小さく維持され得る。動作安全性のレベルを高めることに加えて、ワークホルダの運用寿命も結果として延長され得る。同時に、ワークホルダの周囲の均質な加熱が結果として達成可能となる。

【0019】

さらに好適な実施形態では、ワークホルダは、電気加熱抵抗として使用される平行に配置された複数の電極を有する。言い換えると、電極アセンブリの電極は、加熱要素として指定された加熱抵抗も構成し得る。電極は、ここでは加熱電圧源に接続されるように適宜設計され、電極に所与の低周波交流電流を配電するように構成され得る。したがって、電極は、例えばワークホルダの種々の動作モードにおいて、プラズマを発生させること及びワークを加熱することの双方に使用可能である。

【0020】

電極は、好ましくは、プレート形状に形成される。したがって、特に、均一な及び／又は大面積の熱生成が達成され得る。

【0021】

さらに好適な実施形態では、複数の電極の少なくとも一部は、電気的に直列接続される。したがって、効果的な熱生成に必要な電気的（全体的）抵抗が、より容易に達成可能となる。

【0022】

電極は、群として直列接続され得る。言い換えると、複数の電極群が設けられてもよく、１つの群の全ての電極は直列接続される。好ましくは、群の各々は、相互に分離したワークホルダの複数の加熱回路の少なくとも１つを構成する。したがって、電極は、例えば、異なる群の電極間に高周波ＡＣ電圧を印加することによって、少なくとも部分的な直列接続にもかかわらず、プラズマを発生させるのに使用可能となる。

【0023】

１つの群の電極は、好ましくは、相互に空間的に分離して配置される。１つの群の電極は、特に好ましくは、他の群の電極によって相互に分離される。言い換えると、一方の群の１つの電極は、好ましくは他方の群の電極に隣接して配置され、それは、特に好ましくは、他方の群の電極に排他的に隣接して配置される。

【0024】

さらに好適な実施形態では、複数の電極のうちの隣接するもの同士は、相互に電気的に絶縁されている。言い換えると、複数の電極のうちの隣接するもの同士の間に電気的接続は存在しない。したがって、隣接する電極は、異なる電位に設定され得る。特に、高周波ＡＣ電圧が、プラズマが生成されるように、隣接する電極に印加され得る。

【0025】

さらに好適な実施形態では、ワークホルダは、ワークホルダの第１の端部に配置された第１の配電器アセンブリと、ワークホルダの第１の端部とは逆の第２の端部に配置された第２の配電器アセンブリとを有する。配電器アセンブリは、好ましくは、ワークホルダを加熱するため又はプラズマを発生させるための低周波ＡＣ電圧及び高周波ＡＣ電圧を配電するように構成される。ＡＣ電圧の配電は、好ましくは、この場合、複数の並列加熱回路に対する、ワークホルダに供給されるＡＣ電圧の導電である。この目的のため、配電器アセンブリは、例えば、電極の対応する相互接続部を備え得る。ワークホルダは、例えば、配電器アセンブリによって標準化された電源に容易に接続され得る。特に、そのような配電器アセンブリを有するワークホルダは、必要であれば従来的に、すなわち、ワークホルダによるワークの加熱なしに用いられてもよい。

【0026】

さらに好適な実施形態では、２つの配電器アセンブリの少なくとも一方は、平行に配置された複数の電極の少なくとも一部を導電的に接続する。特に、２つの配電器アセンブリの少なくとも一方は、少なくとも１つの直列回路の形態で電極の少なくとも一部を接続し得る。これは、電流源及び／又は電圧源へのワークホルダの接続を容易化する。

【0027】

さらに好適な実施形態では、ワークホルダは、電源接続部を有する。電源接続部は、好ましくは、ワークホルダに電気的に接触するための少なくとも４個の接点を備える。接点は、好ましくは、相互に空間的に分離され、例えば、ワークホルダの幅及び／又は高さにわたって分散される。接点は、ここではＡＣ電圧源のポールに対で接続可能なものとして各々設計される。したがって、ワークホルダの少なくとも２つの加熱回路は、相互に独立して確実かつ安全に給電可能である。

【0028】

電源接続部は、好ましくは、ワークホルダの第１の端部に配置される。電源接続部は、適宜、第１の配電器アセンブリの一部とされる。特に、電源接続部は、第１の配電器アセンブリによって構成され得る。ワークホルダの第１の端部における電源接続部の配置によって、ワークホルダは、例えば、ＰＥＣＶＤ設備のプロセスチャンバへのワークホルダの挿入に応じて、特に容易に１以上の回路に組込み可能となる。

【0029】

さらに好適な実施形態では、接点は、コンタクトピンを受容するための円錐状のボアホールを有する。電流ランスともいうコンタクトピンは、例えば、ＰＥＣＶＤ設備の一部であってもよく、ワークホルダをＰＥＣＶＤ設備に電気的に接続するために設けられ得る。ピンは、ここでは円錐形状によってボアホール内に容易にスライドすることができ、結果としてそれぞれ所与の位置に案内可能となる。これは、特に、ＰＥＣＶＤ設備のプロセスチャンバ内への挿入に対してワークホルダが幾らかの遊びを有し、ピンとの関係でワークホルダの正確なアライメントが常に確保可能でない場合に有利である。

【0030】

プラズマ強化化学気相堆積のための本発明の第２の態様に係るシステムは、本発明の第１の態様に係るワークホルダを有する。システムは、好ましくは、プロセスガスが充填可能であり、それによってワークホルダが受容可能なプロセスチャンバをさらに備える。またさらに、システムは、好ましくは、ワークホルダの電流又は電圧供給のための少なくとも１つの電流源及び／又は電圧源を備える。システムは、特に好ましくは、ここではワークホルダを用いてプロセスチャンバを加熱するように構成される。この目的のため、システムは、加熱ユニットとしてプロセスチャンバに受容されるワークホルダを動作させるように構成され得る。このシステムは、特に、別個の加熱システムが設けられなくてもよいので、特にコンパクトにかつエネルギー効率良く設計され得る。

【0031】

好適な一実施形態では、システムは切換装置を有し、切換装置はワークホルダを、まず、ワークホルダによって保持される少なくとも１つのワークを気相堆積用のプロセス温度まで加熱するように加熱ユニットとして動作させ、その後にワークホルダを囲むプロセスガスからプラズマを発生させるようにプラズマユニットとして動作させるように構成される。切換装置は、各々が少なくとも１つのスイッチで構成される２つのスイッチアセンブリを適宜備える。プラズマユニットとしてのワークホルダの動作では、２つのスイッチアセンブリのうちの第１のスイッチアセンブリの少なくとも１つのスイッチが好ましくは閉成され、２つのスイッチアセンブリのうちの第２のスイッチアセンブリの少なくとも１つのスイッチが開放される。これにより、加熱ユニットとしてのワークホルダの動作では、第１のスイッチアセンブリの少なくとも１つのスイッチが好ましくは開放され、第２のスイッチアセンブリの少なくとも１つのスイッチが閉成される。

【0032】

さらに好適な実施形態では、システムは（ｉ）ワークホルダをプラズマユニットとして動作させるために高周波ＡＣ電圧を供給するためのプラズマ電圧源、及び（ｉｉ）ワークホルダを加熱ユニットとして動作させるために低周波ＡＣ電圧を供給するための少なくとも１つの加熱電圧源を有する。切換装置は、好ましくはここでは、ワークをプロセス温度まで加熱した後に、ワークホルダから加熱電圧源を切り離すとともにプラズマ電圧源をワークホルダに接続するように構成される。

【0033】

切換装置は、好ましくは、この目的のために制御ユニットを有する。制御ユニットは、例えば、２つのスイッチアセンブリ、特にスイッチアセンブリのスイッチを開閉するように構成され得る。制御ユニットは、特に、切換信号の存在に応じて、スイッチアセンブリの適切な作動によって、加熱電圧源をワークホルダから切り離すとともにプラズマ電圧源をワークホルダに接続するように構成され得る。切換信号は、例えば、ユーザによって生成されてユーザインターフェースを介して供給された切換信号であり得る。代替的又は追加的に、切換信号は、例えば、ワークホルダ又はその周辺の温度がプロセス温度に達し又はそれを超えた場合に、制御ユニットによって生成されてもよい。この目的のため、制御ユニットは、ワークホルダ温度又は周囲温度を特定し又は少なくとも推定するように構成された温度センサに接続され得る。

【0034】

さらに好適な実施形態では、切換装置は、ワークホルダを（ｉ）プラズマユニットとしての動作時にプラズマ回路に、及び（ｉｉ）加熱ユニットとしての動作時に少なくとも１つの加熱回路に統合するように構成される。この目的のため、スイッチアセンブリは、好ましくは、プラズマ電圧源の第１のポールを、加熱ユニットとしてのワークホルダの動作時に少なくとも１つの加熱回路の一部である電極に接続するように構成される。スイッチアセンブリは、好ましくはさらに、プラズマ電圧源の第２のポールを、第１の加熱回路の一部ではなく第２の別個の加熱回路の好ましくは一部である電極に接続するように構成される。したがって、電極は、２つの異なる電位とされ得る。

【0035】

プラズマ強化化学気相堆積のシステムのための本発明の第３の態様に係る動作方法では、ワークホルダは、最初に、ワークホルダによって保持される少なくとも１つのワークを気相堆積用のプロセス温度まで加熱する加熱ユニットとして動作し、その後、ワークホルダを囲むプロセスガスからプラズマを発生させるプラズマユニットとして動作する。特に、本発明の第２の態様に係るシステムは、この動作方法を用いて有利に動作し得る。

【0036】

加熱ユニットとしての動作時に、１ｋＨｚ未満の、例えば１４５Ｖ（有効電圧）の低周波ＡＣ電圧が、好ましくはワークホルダに印加され、それにより、９０Ａ以上の、特に約１２０Ａの有効アンペア数の交流電流が流れる。プラズマユニットとしての動作時に、１ｋＨｚ以上、特に約４０ｋＨｚの、例えば８００Ｖ～１０００Ｖ（有効電圧）の高周波ＡＣ電圧が、好ましくはワークホルダに印加され、それにより、９０Ａ未満の、特に約７５Ａの有効アンペア数の交流電流が流れる。

【0037】

以下に、図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。適切な場合、ここでは、同一に作用する要素には同一の符号が与えられる。本発明は、図面に示す例示実施形態に、機能的特徴に関しても、限定されない。上記の説明及び図面の以下の説明は、複合的に組み合わせられる従属請求項に再現されることがある多数の特徴を含む。これらの特徴並びに上記及び図面の以下の説明に開示した他の全ての特徴は、当業者によって個々にも検討され、かつ合理的な更なる組合せを構成するように組み合せられるものである。特に、上記全ての特徴の各々は、個々に、並びに本発明の第１の態様に係るワークホルダ、本発明の第２の態様に係るシステム、及び本発明の第３の態様に係る動作方法との任意の適切な組合せにおいて組合せ可能である。

【0038】

図面では、それらは少なくとも部分的に模式的である。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】図１は、プラズマ強化化学気相堆積のシステムのためのワークホルダの例を示す。

【図2】図２は、図１によるワークホルダの第１の端部を示す。

【図3】図３は、ワークホルダの２つの回路の例を示す。

【図4】図４は、プラズマ強化化学気相堆積のシステムの例を示す。

【図5】図５は、プラズマ強化化学気相堆積のシステムの動作方法の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0040】

図１は、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）のシステムのためのワークホルダ１の例を示し、それはワークホルダを囲むプロセスガスからプラズマを発生させ、ワークホルダ１の周囲を気相堆積用のプロセス温度まで加熱するように構成される。

【0041】

ワークホルダ１は、好ましくは電極アセンブリ２を有し、それを用いてプラズマが発生可能となり、ワークホルダ１の周囲が加熱可能となる。したがって、ワークホルダ１の１つの構成要素が２つの機能を担うので、対応する構成要素又はアセンブリがＰＥＣＶＤ設備において省略可能となり、したがって設備がコンパクトにかつコスト効率良く実施可能となる。

【0042】

電極アセンブリ２は、好ましくは複数の電極２ａ、２ｂを備え、明瞭化の理由のために、この２つのみに符号が付されている。電極２ａ、２ｂは、図示する例では、相互に平行にかつ長手方向Ｌに沿って配置される。ワークホルダ１が加熱ユニットとして動作してワークホルダ１の周囲をプロセス温度まで加熱する第１の動作モードでは、電極２ａ、２ｂは、電気加熱抵抗として使用され得る。ワークホルダ１がプラズマユニットとして動作してプロセスガスからプラズマを発生させる第２の動作モードでは、電極２ａ、２ｂは、電界、特に高周波ＡＣ電界を生成するのに使用され得る。

【0043】

ワークホルダ１の電極アセンブリ２は、好ましくは、第１の配電器アセンブリ３ａを介して電流源及び／又は電圧源に接続されるように構成される。第１の配電器アセンブリ３ａは、例えば、ワークホルダ１に電気的に接触するための少なくとも４個、本例では６個の接点４を適宜有する電源接続部を備え得る。接点４は、例えば、ＰＥＣＶＤ設備のプロセスチャンバへのワークホルダ１の挿入に応じて、プロセスチャンバの後部壁に配置された電流ランスとも呼ばれるコンタクトピンに当接され得る。明瞭化の理由のため、接点４の１つのみに符号が付されている。

【0044】

電極アセンブリ２において接点４を介して供給される電流又は電圧の、電極２ａ、２ｂへの配電は、第２の配電器アセンブリ３ｂを用いて適宜実施される。この目的のため、第１の配電器アセンブリ３ａはワークホルダ１の第１の端部１ａに配置され、第２の配電器アセンブリ３ｂはワークホルダ１の第２の端部１ｂに配置され得る。第２の端部１ｂは、長手方向Ｌにおいて第１の端部１ａの反対側にある。そして、これは、配電器アセンブリ３ａ、３ｂにも同様に当てはまる。このような配電器アセンブリ３ａ、３ｂの配置は、より詳細に図３に関連して説明するように、隣接する電極が相互に電気的に絶縁されるとともに同時に電極２ａ、２ｂの少なくとも一部、特に電極２ａ、２ｂの少なくとも２つの群が直列接続されるように、電極アセンブリ２の相互接続を可能とする。

【0045】

特に、電極２ａ、２ｂは、ワークホルダ１の全ての電極２ａ、２ｂが低周波交流電流を通電するための１以上の加熱回路に統合可能となるように、配電器アセンブリ３ａ、３ｂによって電気的に相互接続され得る。同時に、電極２ａ、２ｂはまた、ワークホルダ１の全ての電極２ａ、２ｂが高周波交流電流を通電するためのプラズマ回路に統合可能となるように、配電器アセンブリ３ａ、３ｂによって電気的に相互接続され得る。

【0046】

ＰＥＣＶＤ設備のプロセスチャンバ内へのワークホルダ１の挿入のために、ワークホルダ１は、好ましくは、例えば、プロセスチャンバ内の対応するローラ上を走行可能な、長手方向Ｌに整列された２本の走行レール５を有する。本例では、走行レール５は、重量を節減するように管として形成される。電極アセンブリ２は、ここでは走行レール５の足部６によって支持され、電極２ａ、２ｂから電気的に絶縁され、走行レール５上に固定される。本例では、足部６は走行レール５に対して締め付けによって固定され、それは走行レール５の交換を容易化し得る。

【0047】

図２は、図１によるワークホルダ１の第１の端部１ａを示す。第１の配電器アセンブリ３ａによる電極アセンブリ２の電極２ａ、２ｂの相互接続は、ここで認識可能となる。

【0048】

第１の配電器アセンブリ３ａは、図示する例では、図１に示す長手方向に横断して、すなわち好ましくはワークホルダ１の、特に電極アセンブリ２の幅全体にわたって、２つの段８ａ、８ｂに延在する複数の導電性の導電要素７を有する。明瞭化の理由のため、導電要素７の幾つかのみに符号が付されている。

【0049】

図示する例では、上段８ａからの第１群の導電要素７の電極２ａが接触され、一方で下段８ｂからの第２群の導電要素７の電極２ｂが接触される。第１群の電極２ａ及び第２群の電極２ｂは、ここでは長手方向に横断して交互に配置される（図１参照）。すなわち、第１群の１つの電極２ａは常に第２群の電極２ｂに隣接して配置され、その逆も同様である。言い換えると、第１群の電極２ａは、端の電極を除いて、常に第２群の２つの電極２ｂの間に配置され、その逆も同様である。したがって、各種回路がワークホルダ内に構成されることになり、電極２ａ、２ｂは、回路の給電又は印加電圧に応じて、プラズマを発生させるため及びワークホルダを加熱するための双方のために使用可能となる。

【0050】

電気的絶縁要素９が、回路の短絡を回避するように一部の導電要素７の間に配置される。明瞭化の理由のため、絶縁要素９の幾つかのみに符号が付されている。

【0051】

導電要素７は、例えば、グラファイトブロックとして形成され得る。絶縁要素９は、例えば、セラミックプレートとして形成され得る。導電要素７及び絶縁要素９の各々は、第１の配電器アセンブリ３ａを固定するために、好ましくは絶縁材料から製造された少なくとも１つの固定手段１０によって貫通される通路の形態の少なくとも１つの固定用ボアホール（不図示）を適宜有する。固定手段１０は、例えば、ネジ又はネジ状ロッドとして設計され、図２に例示するように、１以上のナットを用いて固定可能となる。

【0052】

好ましくはワークホルダ１の第１の端部１ａに配置された、電源接続部の接点４も、図２に視認可能とされている。接点４は、特に、第１の配電器アセンブリ３ａの導電要素７に設けられてもよい。接点４は、好ましくは、例えば、プロセスチャンバ内のコンタクトピンが係合可能な円錐状のボアホール１１を有する。特に、接点４は、第１の配電器アセンブリ３ａの導電要素７における円錐状のボアホール１１として形成され得る。明瞭化の理由のため、ここでは全ての接点４及びボアホール１１に符号が付されているわけではない。

【0053】

図２においては視認可能ではない、ワークホルダの第２の端部における第２の配電器アセンブリは、好ましくは、第１の配電器アセンブリ３ａに対応して構成される。第２の配電器アセンブリも、導電要素７及び絶縁要素９を適宜有し、それらは平行に延在する列に配置される。導電要素７及び絶縁要素９は、ここでは特に、以下に図３に記載される回路を構成するように配置され得る。

【0054】

図３は、ワークホルダの２つの回路１２の例を示す。ワークホルダは、複数の電極２ａ、２ｂを有する電極アセンブリ２、並びにワークホルダの第１の端部１ａ及び第１の端部と反対側の第２の端部１ｂ（図１参照）に配置された２つの配電器アセンブリ３ａ、３ｂを有する。両回路１２は、この場合、少なくともワークホルダの第１群の電極２ａ及び配電器アセンブリ３ａ、３ｂから構成される。第１群の電極２ａは、ここでは第１及び第２の配電器アセンブリ３ａ、３ｂの導電要素７を介して電気的に直列接続される。

【0055】

回路１２の各々は、第１の配電器アセンブリ３ａの電源接続部のある接点４から電源接続部の他の接点４に延在する。ここに示す例では、回路１２の各々は外側接点４から中央接点４まで延在し、両回路１２はここでは中央接点４を共有する。ワークホルダは、接点４を介して少なくとも１つの電流源及び／又は電圧源に接続可能である。

【0056】

第１群の電極２ａは、好ましくは、第１の配電器アセンブリ３ａの導電要素７及び第２の配電器アセンブリ３ｂの導電要素７によって各々接触される。第１群の電極２ａに接する第１及び第２の配電器アセンブリ３ａ、３ｂの導電要素７は、ここでは２列の上段８ａに配置される（図２参照）。したがって、接点４に供給される電流は、ワークホルダを、特に電極アセンブリ２を蛇行して流れる。言い換えると、供給される電流は、ワークホルダの第１の端部１ａと第２の端部１ｂの間で回路１２の各々において往復して流れる。

【0057】

第２群の電極２ｂは、好ましくは、第１及び第２の配電器アセンブリ３ａ、３ｂの導電要素（不図示）を介して第１群の電極２ａに同様に、すなわち電気的に直列に相互接続される。第２群の電極２ｂに接する導電要素はここでは下段に配置され得るので（図２参照）、第１群及び第２群は、相互に独立して電気的に接触され得る。第２群の電極２ｂは、好ましくは、２つの配電器アセンブリ３ａ、３ｂとともに２つの更なる回路（不図示）を構成する。加熱電圧源、例えば低周波ＡＣ電圧を供給するためのＡＣ電圧源の接続に応じて、合計４個の回路における電極２ａ、２ｂが、加熱抵抗として使用され得る。したがって、回路１２も加熱回路ということができる。

【0058】

図３に示すように、第１群の電極２ａ及び第２群の２ｂは、図示される上面図において、相互に隣接して交互に配置される。第１群の電極２ａ及び第２群の電極２ｂが高周波で異なる電位とされると、高周波電界及び結果としてワークホルダを囲むプロセスガスが、電極２ａ、２ｂ間に発生可能となる。この目的のため、例えば、高周波ＡＣ電圧が、上段９ａからの第１の配電器アセンブリ３ａの導電要素７に設けられた接点４と、下段からの第１の配電器アセンブリの導電要素に設けられた接点との間に印加され得る。複数の（加熱）回路１２は、この接触によってプラズマ回路の一部となり得る。

【0059】

図４は、プラズマ強化化学気相堆積のシステム５０の例を示す。システム５０は、複数のスイッチアセンブリ５２ａ、５２ｂ、高周波ＡＣ電圧を供給するためのプラズマ電圧源５３及び低周波ＡＣ電圧を供給するための少なくとも１つの加熱電圧源５４を有する切換装置５１と、ワークホルダ１とを有する。ワークホルダ１は、好ましくは、ワークホルダ１を囲むプロセスガスからプラズマを発生させるように及びワークホルダ１の周囲を気相堆積用のプロセス温度まで加熱するように構成される。システム５０はまた、この目的のため、ワークホルダ１を受容するためのプロセスチャンバ、プロセスガスをプロセスチャンバ内に導入するためのガス供給システム、及びプロセスチャンバ内に真空を生成するためのガス排気システムを適宜有する。これらの上記構成要素は、明瞭化の理由のため、図４には図示されていない。

【0060】

システム５０は、好ましくは、ワークホルダ１がプロセスチャンバ内に受容されると、電気的接続がプラズマ電圧源５３又は少なくとも１つの加熱電圧源５４とワークホルダ１との間に、好ましくは切換装置５１を介して確立されるように設計される。ワークホルダ１は、この目的のため、例えば、プロセスチャンバ内に配置されたコンタクトピンによって接触可能な複数の接点４を有する電源接続部を有し得る。明瞭化の理由のため、接点４の１つのみに符号が付されている。

【0061】

切換装置５１は、好ましくは、例えば第１のスイッチアセンブリ５２ａを閉成することによって、少なくとも１つの電流源５４をプロセスチャンバに受容されるワークホルダ１に最初に電気的に接続するように構成される。切換装置５１は、特に、この電気的接続を確立することによって、ワークホルダ１を、低周波交流電流を通電するための少なくとも１つの加熱回路に統合するように構成され得る。

【0062】

切換装置５１は、例えば、第１のスイッチアセンブリ５２ａの閉成に応じて（ｉ）低周波交流電流が、プロセスチャンバに受容されたワークホルダ１の電極アセンブリの第１群の電極２ａを通じて少なくとも１つの加熱電圧源５４の２つのポール５４ａ、５４ｂ間に流れ、（ｉｉ）低周波交流電流が、電極アセンブリの第２群の電極２ｂを通じて少なくとも１つの加熱電圧源５４の２つの更なるポール５４ｃ、５４ｄ間に流れるように、設計され得る。図４からよく分かるように、１つの群の電極２ａ、２ｂの各々は、電気的に直列接続される。この場合、４個の加熱回路が、例に示す相互接続を用いて、２つのポール５４ａ及び５４ｃが設けられることによって実装される。

【0063】

第１のスイッチアセンブリ５２ａが閉成された場合に電極２ａ、２ｂが加熱抵抗として作用し得るので、したがってワークホルダ１は加熱ユニットとして第１の動作モードで動作可能となる。

【0064】

切換装置５１は、好ましくはさらに、例えば第１のスイッチアセンブリ５２ａを開放するとともに第２のスイッチアセンブリ５２ｂを閉成することによって、プロセスチャンバに受容されたワークホルダ１から加熱電流電圧源５４を切り離し、代わりにワークホルダ１にプラズマ電圧源５３を電気的に接続するように構成される。切換装置５１は、特に、この電気的接続を確立することによってワークホルダ１を、高周波交流電流を通電するためのプラズマ回路に統合するように構成され得る。

【0065】

切換装置５１は、例えば、第２のスイッチアセンブリ５２ｂの閉成に応じて、高周波ＡＣ電圧が第１群の電極２ａと第２群の電極２ｂとの間に印加されるように設計され得る。この目的のため、切換装置５１は、特に、第２のスイッチアセンブリ５２ｂの閉成に応じて、プラズマ電圧源５３の第１のポール５３ａが第１群の電極２ａに接続可能となり、第２のポール５３ｂが第２群の電極２ｂに接続可能となるように設計され得る。

【0066】

第１群の電極２ａ及び第２群の電極２ｂは、図４に示すように交互に配置され、したがって、第２のスイッチアセンブリ５２ｂが閉成されるとプラズマを発生させるように高周波電界を生成可能となるため、したがってワークホルダ１が第２の動作モードでプラズマユニットとして動作可能となる。

【0067】

図５は、プラズマ強化化学気相堆積のシステムの動作方法１００の例を示す。

【0068】

方法ステップＳ１において、システムのワークホルダは、最初に、ワークホルダの周囲を気相堆積用のプロセス温度まで加熱する加熱ユニットとして加熱される。この目的のため、例えば、切換装置の第１のスイッチアセンブリは、低周波ＡＣ電圧を供給するための少なくとも１つの加熱電圧源をワークホルダに電気的に接続するために閉成され得る。したがって、特に、ワークホルダが少なくとも１つの加熱回路に統合可能となるので、低周波交流電流が、ワークホルダの電極アセンブリの、各回路に直列接続された複数の電極に加熱電流として流れる。

【0069】

更なる方法ステップＳ２において、ワークホルダ又はその周囲の温度が所定のプロセス温度に達し又はそれを超えたか否かを確認され得る。この目的のため、温度センサによって生成される温度信号が、切換装置の制御ユニットによって適宜処理される。確認の結果に応じて、例えば、プロセス温度に達し又はそれを超えた場合、更なる方法ステップＳ３において、ワークホルダは、好ましくは、ワークホルダを囲むプロセスガスからプラズマを発生させるためにプラズマユニットとして動作する。プロセス温度に（未だ）到達せず又はそれを超えない場合、ワークホルダは、方法ステップＳ１において加熱ユニットとしてさらに使用され得る。

【0070】

方法ステップＳ３において、例えば、少なくとも１つの加熱電圧源をワークホルダから切り離し、代わりにプラズマ電圧源をワークホルダに電気的に接続して高周波ＡＣ電圧を供給するために、切換装置の第１のスイッチアセンブリが開放されるとともに第２のスイッチアセンブリが閉成され得る。したがって、特に、ワークホルダがプラズマ回路に統合可能となるので、プラズマを発生させるための高周波ＡＣ電圧が２つの電極群の間に印加される。

【符号の説明】

【0071】

１ ワークホルダ
１ａ、２ｂ 端部
２ 電極アセンブリ
２ａ、２ｂ 電極
３ａ、３ｂ 配電器アセンブリ
４ 接点
５ 走行レール
６ 足部
７ 導電要素
８ａ、８ｂ 段
９ 絶縁要素
１０ 固定手段
１１ ボアホール
１２ 回路
５０ システム
５１ 切換装置
５２ａ、５２ｂ スイッチアセンブリ
５３ プラズマ電圧源
５３ａ、ｂ ポール
５４ 加熱電圧源
５４ａ～ｄ ポール
１００ 動作方法
Ｓ１～Ｓ３ 方法ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】