JP2004115904A - 基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反応室10の外部に、この周辺温度を測定可能な環境温度測定用熱電対42を設け、環境温度測定用熱電対42の測定温度に基づいて目標温度を補正し、補正した目標温度とプレートヒータ16の測定温度又は基板保持用サセプタの測定温度との偏差がゼロになるようにフィードバック制御を行う。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応室外部の温度を用いてヒータへの制御出力値を補正し、この補正値に基づいて反応室内の温度制御を行う基板処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の基板処理装置は、例えば枚葉装置にあっては、図3に示されるように、反応室10内に、基板12を載置する基板保持用サセプタ14と、反応室10内を加熱するプレートヒータ16と、基板12上に反応ガス31を供給するシャワーヘッド18と、プレートヒータ16の温度を測定する熱電対20a、20b、20cと、基板保持用サセプタ14の温度を測定する放射温度計22a、22b、22cとが配設されている。熱電対20aは、プレートヒータ16の内、中心ヒータ16aの温度を測定するセンター熱電対であり、熱電対20bは、プレートヒータ16の中間ヒータの温度を測定するミドル熱電対であり、熱電対20cは、プレートヒータ16の外周ヒータ16cの温度を測定するアウター熱電対である。放射温度計22aは基板保持用サセプタ14の中心部分の温度を測定するセンター放射温度計であり、放射温度計22bは、基板保持用サセプタ14の中間部分の温度を測定するミドル放射温度計であり、放射温度計22cは、基板保持用サセプタ14の外周部分の温度を測定するアウター放射温度計である。また、反応室10には、基板12の搬入出を行うための基板トランスファポート10aと、反応ガスの排気を行うための排気口10bが設けられている。
【0003】
反応室10での処理は、プレートヒータ16によって反応室10内を所定の温度に加熱しつつシャワーヘッド18によって反応ガス31を供給して基板12上に薄膜を形成することにより行われる。この際、反応室10内の温度条件がきわめて重要であり、この温度制御の精度が品質に大きく影響する。特に枚葉装置においては、縦型拡散炉のようなバッチ処理炉に比べて、基板12内の温度均一性がより要求される。
【0004】
このため、図8及び図9に示されるような温度制御が行われる。
すなわち、図8に示されるサセプタ温度を制御する場合、基板保持用サセプタ14の温度を放射温度計22a,22b,22cにより測定し、この測定値を温度コントローラ制御部24に入力する。温度コントローラ制御部24では、入力された測定値と、上位コントローラ又は保守端末26より指定される目標温度とを比較し、その偏差を求める。次に、偏差と上位コントローラ26から指定されたPID乗数パラメータを用いてPID演算を行い、操作量を求め、操作量からパルス幅を算出するPID演算制御28を行う。次に、パルス幅からゲートパルス(出力パルス)を生成するGATEパルス生成30を行い、ゲートパルスをサイリスタ32に入力する。サイリスタ32は、ゲートパルスに基づいてヒータ電源の電力を制御し、プレートヒータ16の発熱を制御する。この制御中、プレートヒータ16の温度を熱電対20(20a,20b,20c)により起電力に変換して温度コントローラAD部34に入力するが、このデータは制御には使用されずモニターのみ行われる。
【0005】
次に、図9に示されるヒータ温度を制御する場合、プレートヒータ16の温度を熱電対20により起電力に変換して温度コントローラAD部34に入力する。温度コントローラAD部34では、入力された電気信号をADコンバータでデジタル信号に変換し、温度コントローラ制御部24に入力する。温度コントローラ制御部24では、入力されたデジタル信号と、上位コントローラ又は保守端末26より指定される目標温度とを比較し、その偏差を求め、以降、サセプタ温度を制御する場合と同様の制御を行う。この制御中、基板保持用サセプタ14の温度を放射温度計22により測定し、この測定値を温度コントローラ制御部24に入力するが、このデータは制御には使用されずモニターのみ行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の基板処理装置では、熱電対20(20a,20b,20c)や放射温度計22(22a,22b,22c)を用いて、プレートヒータ16や基板保持用サセプタ14の温度を測定し、これら測定値を利用して温度制御を行うが、基板処理装置が設置されるクリーンルーム内の環境温度の変動(±3℃)により、反応室10筐体からの放熱(環境からすると吸熱)現象が変動し、同一条件で基板処理を行っているにもかかわらず、バッチ間の基板12の膜厚にばらつきが生じる。特に、図10に示されるような複数の反応室10が隣接する装置では、クリーンルーム内で通常起こりうる環境温度の変動(±3℃)に加えて、他の反応室10からの熱の流れも外乱となり、±5℃の変動要因となり、基板の膜厚のばらつきが一層顕著になりうる。
【0007】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためのものであり、環境温度を測定し、環境温度の変動に対応した反応室内の温度制御を行う基板処理装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、反応室と、前記反応室を加熱するヒータと、前記ヒータを加熱制御して前記反応室の温度制御を行う温度制御手段とを備える基板処理装置において、前記反応室外部の周辺温度を測定可能な環境温度測定手段を備え、前記温度制御手段は、前記環境温度測定手段による測定結果に基づいて、前記ヒータへの制御出力値を補正するものである。
【0009】
この構成によれば、反応室の外部周辺温度を考慮した温度制御を行うことで、反応室の外部周辺の温度変動の影響を受けない安定した制御を行うことができ、例えばバッチ間の基板の膜厚を均一に維持することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図により説明する。
図1は、本発明の実施の形態の基板処理装置の反応室及び周辺の概略構成図、図2は、本発明の実施の形態の基板処理装置の構成図、図3は、反応室の側断面図、図4及び図5は本発明の温度制御システムのブロック図である。
【0011】
基板処理装置は、ロードポート36、ロードロック38、ロボット40、3つの反応室10により構成されており、ロードポート36は、基板12が収納されたカセット箱をロードロック38へ運ぶための場所である。ロードロック38は、真空状態で塵のないクリーンな部屋であり、ロボット40は、ロードロック38に運ばれたカセット箱から基板12を取出して反応室10に搬送する。反応室10は、収納された基板12に温度、ガス、圧力を加えて成膜処理を行う。
【0012】
反応室10の筐体外には、環境温度測定用熱電対(環境温度測定手段)42が、1つの反応室10に対して数箇所(例えば4箇所:図1参照)設けられており、基板処理装置が設置されているクリーンルーム内の環境温度を測定可能である。
【0013】
反応室10内には、基板12を載置する基板保持用サセプタ(基板保持具)14と、反応室10内を加熱するプレートヒータ(ヒータ)16と、基板12上に反応ガス31を供給するシャワーヘッド18と、プレートヒータ16の温度を測定する熱電対(温度測定手段)20(20a,20b,20c)と、基板保持用サセプタ14の温度を測定する放射温度計(温度測定手段)22(22a,22b,22c)とが配設されており、反応室10には、基板12の搬入出を行うための基板トランスファポート10aと、反応ガスの排気を行うための排気口10bが設けられている。
【0014】
基板保持用サセプタ14は、基板12と共に図示してない回転機構によって回転可能である。
【0015】
プレートヒータ16は、抵抗加熱、セラミック加熱、サークルランプ等により構成される加熱源であり、中心ヒータ16a、中間ヒータ16b及び外周ヒータ16cにより構成されている。これらの熱は、主として基板12、基板保持用サセプタ14及び反応ガス31に吸収される。
【0016】
熱電対は、上述したように中心ヒータ16aの温度を測定するセンター熱電対20aと、中間ヒータ16bの温度を測定するミドル熱電対20bと、外周ヒータ16cの温度を測定するアウター熱電対20cとを具備している。
【0017】
また、放射温度計22は、上述したように基板保持用サセプタ14の中心部分の温度を測定するセンター放射温度計22aと、中間部分の温度を測定するミドル放射温度計22bと、外周部分の温度を測定するアウター放射温度計22cとを具備している。
【0018】
次に、本実施の形態の温度制御について図4及び図5に示す温度制御システム図に基づいて説明する。本実施の形態の温度制御システムは、プレートヒータ16、熱電対20、放射温度計22、環境温度測定用熱電対42、温度コントローラAD部34、温度コントローラ制御部24、サイリスタ32、上位コントローラ又は保守端末26により構成されており、目標温度と温度測定値とが一致するようにフィードバック制御(PID制御)を行うものである。
【0019】
より詳述すると、温度コントローラAD部34は、プレートヒータ16の発熱による温度が熱電対20により、また環境温度が環境温度測定用熱電対42によりそれぞれ測定され起電力(電気信号)に変換されて入力される。これらの電気信号をADコンバータでデジタル信号に変換して温度コントローラ制御部24に入力する。
【0020】
温度コントローラ制御部24は、温度コントローラAD部34からのデジタル信号、放射温度計22からの温度測定値、上位コントローラ又は保守端末26から目標温度、制御モード、制御パラメータなどの温度制御項目がそれぞれ入力され、温度制御項目に従って動作する。
【0021】
詳しくは、温度コントローラAD部34から入力されたデジタル信号を各環境温度測定値に変換し、これらの値から補正値を算出する補正値演算36を行う。すなわち、補正値は、各環境温度測定値に対して、
【0022】
(「あらかじめ設定されている基準値」−「環境温度測定値」)×「予め設定されている影響度の度合いを表すゲイン係数」
【0023】
の式により算出された各値を全て加えることにより得られる。
この補正値を用いて目標温度を補正し、温度測定値と補正された目標温度とを比較して偏差を求める。次に、偏差と上位コントローラ26から指定されたPID乗数パラメータを用いてPID演算を行い、操作量を求め、これからパルス幅を算出するPID演算制御28を行う。次に、パルス幅からゲートパルス(出力パルス)を生成するGATEパルス生成30を行い、ゲートパルスをサイリスタ32に入力する。これらの制御は、保守端末26を用いて行うこともできる。
【0024】
サイリスタ32は、入力されたゲートパルスに基づいてヒータ電源の電力を制御し、この制御された電力に基づいてプレートヒータ16の発熱量を制御する。
これらの制御を繰り返すことにより、温度測定値と目標温度とを一致させるようにするものである。
【0025】
次に、図4に示されるようにサセプタ温度を制御する場合について説明する。基板保持用サセプタ14の温度を放射温度計22により測定し、この測定値を温度コントローラ制御部24に入力する。また、環境温度を環境温度測定用熱電対42により起電力に変換し、温度コントローラAD部34に入力してデジタル信号に変換し、温度コントローラ制御部24に入力する。温度コントローラ制御部24では入力されたデジタル信号を環境温度測定値に変換して補正値演算36を行い、この補正値に基づいて上位コントローラ又は保守端末26より指定される目標温度を補正する。次に、補正された目標温度と、温度測定値とを比較して偏差を求め、PID演算制御28を行う。次に、PID演算制御28により求められたパルス幅からGATEパルス生成30を行い、ゲートパルスをサイリスタ32に入力する。サイリスタ32はゲートパルスに基づいてヒータ電源の電力を制御し、プレートヒータ16の発熱量が制御される。
この制御中、プレートヒータ16の温度を熱電対20により起電力に変換して温度コントローラAD部34に入力するが、このデータは制御には使用されずモニターのみ行われる。
【0026】
次に、図5に示されるヒータ温度を制御する場合、プレートヒータ16の温度を熱電対20により起電力に変換し、温度コントローラAD部34に入力してデジタル信号に変換し、温度コントローラ制御部24に入力する。また、同時に環境温度を各環境温度測定用熱電対42により起電力に変換し、温度コントローラAD部34に入力してデジタル信号に変換し、温度コントローラ制御部24に入力する。温度コントローラ制御部24では入力されたデジタル信号を各環境温度測定値に変換して補正値演算36を行い、この補正値に基づいて上位コントローラ又は保守端末26より指定される目標温度を補正する。一方、熱電対20のデジタル信号も温度測定値に変換して、補正された目標温度と比較し、偏差を求める。以降、サセプタ温度を制御する場合と同様の制御を行う。
この制御中、基板保持用サセプタ14の温度を放射温度計22により測定し、この測定値を温度コントローラ制御部24に入力するが、このデータは制御には使用されずモニターのみ行われる。
【0027】
(実施例)
目標温度を700℃とし、図6に示す4つの環境温度測定用熱電対42を設けた場合の補正値演算は以下のようになる。
すなわち、
環境温度測定用熱電対1:(30−24)×1=6
環境温度測定用熱電対2:(35−25)×0.5=5
環境温度測定用熱電対3:(31−23)×0.1=0.8
環境温度測定用熱電対4:(20−22)×0.1=−0.2
補正値:6+5+0.8−0.2=11.6
補正後の目標温度:700+11.6=711.6
となる。
このように、環境温度により目標温度を補正した場合と、していない場合の比較を図7に示す。環境温度により目標温度を補正していない場合はバッチ間膜厚ばらつきが大きいが、補正した場合はバッチ間膜厚ばらつきが抑えられることがわかる。
【0028】
以上のようにして、制御手段によるヒータへの制御出力値が補正されることとなる。なお、前記実施の形態においては、反応室10の数を3つにしたが、これに限定されるものではなく、また、各反応室10に設ける環境温度測定用熱電対42も4つに限定されるものではなく、適宜増減することが可能である。
【0029】
また、前記実施の形態においては、コールドウォールチャンバについて説明したが、これに限定されるものではなく、ホットウォールチャンバや、コールドウォールチャンバとホットウォールチャンバとを組み合わせたものなどでも可能である。但し、ホットウォールチャンバの場合、放射温度計は使用しない。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、環境温度を測定し、環境温度の変動に対応した温度制御を行うことにより、反応室の外部温度変動に対する基板の温度変動の影響を小さくすることができるため、バッチ間の基板の膜厚均一性を確保し、品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の装置の構成を示す図本発明の実施の形態の基板処理装置の反応室及び周辺の概略構成図である。
【図2】本発明の実施の形態の基板処理装置の構成図である。
【図3】反応室の側断面図である。
【図4】本発明の実施の形態の基板保持用サセプタ温度を制御する場合のシステム図である。
【図5】本発明の実施の形態のプレートヒータ温度を制御する場合のシステム図である。
【図6】4つの環境温度測定用熱電対のデータを示す図である。
【図7】環境温度による補正がある場合とない場合のバッチ回数に対する基板膜厚の状態を比較する図である。
【図8】従来の基板保持用サセプタ温度を制御する場合のシステム図である。
【図9】従来のプレートヒータ温度を制御する場合のシステム図である。
【図10】3つの反応室を備えた装置における熱の流れを示す図である。
【符号の説明】
10 反応室、12 基板、14 基板保持用サセプタ(基板保持具)、16プレートヒータ(ヒータ)、16a 中心ヒータ、16b 中間ヒータ、16c 外周ヒータ、20 熱電対(温度測定手段)、20a センター熱電対、20b ミドル熱電対、20c アウター熱電対、22 放射温度計(温度測定手段)、22a センター放射温度計、22b ミドル放射温度計、22c アウター放射温度計、42 環境温度測定用熱電対(環境温度測定手段)。
Claims (1)
- 反応室と、前記反応室を加熱するヒータと、前記ヒータを加熱制御して前記反応室の温度制御を行う温度制御手段とを備える基板処理装置において、
前記反応室外部の周辺温度を測定する環境温度測定手段を備え、前記温度制御手段は、前記環境温度測定手段による測定結果に基づいて、前記ヒータへの制御出力値を補正することを特徴とする基板処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002285229A JP2004115904A (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | 基板処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2004115904A true JP2004115904A (ja) | 2004-04-15 |
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Family Applications (1)
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JP2002285229A Pending JP2004115904A (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | 基板処理装置 |
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2002
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