JP2016133384A - 熱処理装置、熱処理方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、回転テーブルに熱電対などの温度計を設けることが難しい場合には、例えば特許文献1に示すように、回転テーブルの下方側に位置するヒーターの配置領域に設けた熱電対の測定結果に基づいて基板の温度が把握される。
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルを加熱する加熱部と、
前記回転テーブルの熱放射の放射強度を検出し、当該回転テーブルの見かけの温度を測定する第1の放射温度計と、
前記回転テーブルに対応する放射率を有する材料からなり、前記真空容器内に配置された温度補正用部材と、
前記温度補正用部材に接触して当該温度補正用部材の接触測定温度を測定する接触式温度計と、
前記温度補正用部材の熱放射の放射強度を検出し、当該温度補正用部材の見かけの温度を測定する第2の放射温度計と、
前記温度補正用部材の見かけの温度と接触測定温度との対応関係に基づいて、前記回転テーブルの見かけの温度に、回転テーブルの放射率を反映した実温度を算出する温度補正部と、を備えたことを特徴とする。
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルを加熱する加熱部と、
前記回転テーブルの熱放射の放射強度の検出結果と、回転テーブルの放射率とに基づき、当該回転テーブルの実温度を測定する第1の放射温度計と、
前記回転テーブルに対応する放射率を有する材料からなり、前記真空容器内に配置された温度補正用部材と、
前記温度補正用部材に接触して当該温度補正用部材の接触測定温度を測定する接触式温度計と、
前記温度補正用部材の熱放射の放射強度の検出結果と、温度補正用部材の放射率とに基づき、当該温度補正用部材の実温度を測定する第2の放射温度計と、
前記温度補正用部材の接触測定温度と実温度との対応関係に基づいて、前記第2の放射温度計に用いられる温度補正用部材の放射率を補正する放射率補正部と、を備え、
前記第1の放射温度計は、前記放射率補正部にて補正された温度補正用部材の放射率を、前記回転テーブルの放射率として用いることを特徴とする。
(a)前記第1の放射温度計及び第2の放射温度計は真空容器の外部に配置され、前記真空容器には各放射温度計に向けて、これらの放射温度計にて検出される波長を透過する透過窓が設けられていること。また、前記第1の放射温度計に対応して設けられた透過窓は、前記回転テーブルの回転中心から径方向に向けて、異なる位置の熱放射の放射強度を検出できるように設けられていること。
(b)前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に配置され、熱放射によって当該回転テーブルの加熱を行い、前記温度補正用部材は、前記加熱部と共に回転テーブルの下方側に配置されていること。
(c)前記加熱部の出力を増減する加熱制御部を備え、前記加熱制御部は、前記回転テーブルの実温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部の出力を増減すること。さらに、前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に配置され、熱放射によって当該回転テーブルの加熱を行い、前記加熱部が配置されている領域の温度を測定する加熱部温度計をさらに備え、前記加熱制御部は、前記回転テーブルの実温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部温度計の出力の目標温度を求め、当該加熱部温度計にて測定された測定温度と、前記目標温度との差分値に基づき前記加熱部の出力を増減するカスケード制御を行うこと。
(d)前記温度補正用部材は、前記回転テーブルと共通の材料により構成されていること。
(e)前記第1の放射温度計と第2の放射温度計とが共通化されていること。
また、スリーブ141の上端部には、回転テーブル2の上面側から下面側への原料ガスや酸化ガスなどの回りこみを防ぐために、スリーブ141や容器本体13の開口部14と、回転軸21との隙間にN2(窒素)ガスを供給するガスノズル15が設けられている。
これらヒーター33が配置された凹部31の上面は、例えば石英からなる円環形状の板部材であるシールド34によって塞がれている(図1、図7、図9参照)。
なお以下の説明において、所定の基準位置から回転テーブル2の回転方向に沿った方向を回転方向の下流側、これと反対の方向を上流側という。
以下、回転テーブル2の温度測定、及び温度制御に係る構成について図4〜図11を参照しながら説明する。
ここで、石英板41の温度測定においては、放射温度計43にて石英板41の温度を測定する際に、放射率の影響を考慮する前の温度を「見かけの温度」と呼び、熱電対42を石英板41に直接、接触させて測定した温度を「接触測定温度」と呼ぶ。
接触式の温度計は、熱電対42に限定されるものではなく、測温抵抗体(RTD:Resistance Temperature Detector)やサーミスタ、半導体温度計を用いてもよい。
なお、図示の便宜上、図4、6、7以外の図においては、透過窓14や石英板41などの記載は省略してある。
方法の1つ目は、放射温度計43に設定する放射率εを補正することで、石英板41を放射温度計43で測定した温度TRと、接触測定温度TCとを一致させ、「TR=TC」とする方法である。放射温度計43にて測定される温度TRが「TR=TC」の関係を保つように、リアルタイムで石英倍41の放射率の補正を行う。そして、補正された石英板41の放射率を回転テーブル2の放射率とみなし、補正された放射率を使って、放射温度計43により回転テーブル2の温度TRmを測定する。この温度TRmには、回転テーブル2の放射率の影響が反映されているので、回転テーブル2の実温度TCmに等しいとみなせる。
なお、熱電対42の温度TCと放射温度計43の温度TRとの差が小さくなるようにする手法は、これらの温度の差分値を計算する場合に限定されない。例えば熱電対42の温度TCと放射温度計43の温度TRとの比を取って「(TR/TC)=1」となるようにPID制御部731にて補正後の放射率εを算出してもよい。
方法の2つ目は、石英板41を放射温度計43で測定した見かけの温度TRと、接触測定温度TCとの対応関係を予め求めておく手法である。
石英板41の見かけの温度TRと接触測定温度TCとの対応関係は、例えば成膜装置1の運転開始前やロット切り替えなどの所定のタイミングにて、ウエハWの処理を開始する前に予め取得しておく。例えば図10は、ウエハWを処理する場合と同じ真空雰囲気下にて、放射温度計43にて測定した石英板41の見かけの温度が「450℃、500℃、550℃」となるようにヒーター33の出力を調整したとき、熱電対42にて測定された石英板41の接触測定温度(TC)と、前記見かけの温度(TR)との対応関係を示している。
なお、図10に示した破線は、見かけの温度と実温度とが一致している場合の傾き1の直線である。
本例のヒーター制御部72は、放射温度計43を用いて測定した回転テーブル2の温度と、熱電対44を用いて測定したヒーター33の配置領域の温度とに基づいて、ヒーター33の出力を調整するカスケード制御を採用している。
初めに、成膜装置1の運転開始前やロットの切り替えなどのタイミングにて、石英板41を用いた補正線図の取得を行う。補正線図の取得にあたっては、ウエハWの処理を行っていない状態で、ウエハWの処理時と同じ圧力まで真空容器11内を真空排気する。
石英板41の見かけの温度と接触測定温度とを取得したら、各測定温度間を結ぶ補正線図を作成し、不図示のメモリに記憶する。
ウエハWの処理時においては、先ず、ゲートバルブ38を開放すると、例えば隣接する真空搬送室に設けられた搬送アームが搬入出口37を介して真空容器11内に進入し、回転テーブル2の凹部25内にウエハWを載置する。そして、各凹部25内にウエハWが載置されるように、回転テーブル2を間欠的に回転させながら、この動作を繰り返す。
また、図11に示すように、石英板41の温度測定結果は、回転テーブル2の温度制御ループには直接用いられていないが、石英板41の見かけの温度及び実温度は、いずれも実測可能なので、これらの温度変化の関係を示す参考として併記してある。
またこのとき、吸着領域R1と酸化領域R2との間、プラズマ形成領域R3と吸着領域R1との間は、各々分離領域D、Dや流路18によって分離されているので、不必要な場所では原料ガスと酸化ガスとの接触に起因する堆積物は発生しにくい。
しかる後、真空容器1内の圧力をウエハWの搬出時の状態に調節し、ゲートバルブGを開き、搬入時とは反対の手順でウエハWを取り出し、成膜処理を終える。
既述のように、従来、回転テーブル2の温度を直接、測定できない場合は、図5、図9に示した熱電対44のみを用いてヒーター33の配置領域の温度を把握し、当該領域の温度が設定温度に到達してから十分な時間の経過を待っていた。これに対し、本実施の形態の成膜装置1は、放射温度計43を用いて測定した回転テーブル2の実温度を知ることができるので、回転テーブル2が設定温度に到達した後も、予め設定された時間を待ち続けるといった不要な待ち時間の発生を抑え、ウエハWを成膜装置1に搬入してから、搬出するまでの全体の処理時間を短縮することができる。
なお、回転テーブル2とシールド34とが共通の材料(例えば透明な石英)からなり、吸収する波長が同じであっても、ヒーター33によりシールド34の温度が上昇し、このシールド34からの熱放射により回転テーブル2を加熱することができる。また、回転軸21側のガスノズル15から供給されるN2ガスなどにより、ヒーター33の汚れを十分に防止できる場合には、シールド34は必ずしも設けなくてもよい。
1 成膜装置
11 真空容器
14、14a〜14d
透過窓
15 ガスノズル
2 回転テーブル
31 凹部
33 ヒーター
341 透過窓
41 石英板
42 熱電対
43 放射温度計
44、44a〜44c
熱電対
51 原料ガスノズル
52、55 分離ガスノズル
53 酸化ガスノズル
54 プラズマ用ガスノズル
7 制御部
71 温度補正部
72 ヒーター制御部
73 放射率補正部
721 第1のPID制御部
722 第2のPID制御部
Claims (14)
- 基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルを加熱する加熱部と、
前記回転テーブルの熱放射の放射強度を検出し、当該回転テーブルの見かけの温度を測定する第1の放射温度計と、
前記回転テーブルに対応する放射率を有する材料からなり、前記真空容器内に配置された温度補正用部材と、
前記温度補正用部材に接触して当該温度補正用部材の接触測定温度を測定する接触式温度計と、
前記温度補正用部材の熱放射の放射強度を検出し、当該温度補正用部材の見かけの温度を測定する第2の放射温度計と、
前記温度補正用部材の見かけの温度と接触測定温度との対応関係に基づいて、前記回転テーブルの見かけの温度に、回転テーブルの放射率を反映した実温度を算出する温度補正部と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
真空容器内に配置され、その一面側に設けられる載置領域に基板を載置して公転させるための回転テーブルと、
前記回転テーブルを加熱する加熱部と、
前記回転テーブルの熱放射の放射強度の検出結果と、回転テーブルの放射率とに基づき、当該回転テーブルの実温度を測定する第1の放射温度計と、
前記回転テーブルに対応する放射率を有する材料からなり、前記真空容器内に配置された温度補正用部材と、
前記温度補正用部材に接触して当該温度補正用部材の接触測定温度を測定する接触式温度計と、
前記温度補正用部材の熱放射の放射強度の検出結果と、温度補正用部材の放射率とに基づき、当該温度補正用部材の実温度を測定する第2の放射温度計と、
前記温度補正用部材の接触測定温度と実温度との対応関係に基づいて、前記第2の放射温度計に用いられる温度補正用部材の放射率を補正する放射率補正部と、を備え、
前記第1の放射温度計は、前記放射率補正部にて補正された温度補正用部材の放射率を、前記回転テーブルの放射率として用いることを特徴とする熱処理装置。 - 前記第1の放射温度計及び第2の放射温度計は真空容器の外部に配置され、前記真空容器には各放射温度計に向けて、これらの放射温度計にて検出される波長を透過する透過窓が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱処理装置。
- 前記第1の放射温度計に対応して設けられた透過窓は、前記回転テーブルの回転中心から径方向に向けて、異なる位置の熱放射の放射強度を検出できるように設けられていることを特徴とする請求項3に記載の熱処理装置。
- 前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に配置され、熱放射によって当該回転テーブルの加熱を行い、前記温度補正用部材は、前記加熱部と共に回転テーブルの下方側に配置されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記加熱部の出力を増減する加熱制御部を備え、前記加熱制御部は、前記回転テーブルの実温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部の出力を増減することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記加熱部は、前記回転テーブルの下方側に配置され、熱放射によって当該回転テーブルの加熱を行い、前記加熱部が配置されている領域の温度を測定する加熱部温度計をさらに備え、
前記加熱制御部は、前記回転テーブルの実温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部温度計の出力の目標温度を求め、当該加熱部温度計にて測定された測定温度と、前記目標温度との差分値に基づき前記加熱部の出力を増減するカスケード制御を行うことを特徴とする請求項6に記載の熱処理装置。 - 前記温度補正用部材は、前記回転テーブルと共通の材料により構成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 前記第1の放射温度計と第2の放射温度計とが共通化されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一つに記載の熱処理装置。
- 真空容器内に配置された回転テーブルの一面側に設けられる載置領域に基板を載置して基板を公転させ、前記回転テーブルを加熱することにより基板に対して熱処理を行う熱処理方法であって、
加熱された前記回転テーブルの熱放射の放射強度を検出し、当該回転テーブルの見かけの温度を測定する工程と、
前記回転テーブルに対応する放射率を有する材料からなり、前記真空容器内に配置された温度補正用部材に対し、接触式温度計により、当該当該温度補正用部材の接触測定温度を測定すると共に、この温度補正用部材の熱放射の放射強度を検出して見かけの温度を測定し、これら見かけの温度と実温度との対応関係を取得する工程と、
温度補正用部材の見かけの温度と接触測定温度との対応関係に基づいて、前記回転テーブルの見かけの温度に、回転テーブルの放射率を反映した実温度を算出する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 真空容器内に配置された回転テーブルの一面側に設けられる載置領域に基板を載置して基板を公転させ、前記回転テーブルを加熱することにより基板に対して熱処理を行う熱処理方法であって、
加熱された前記回転テーブルの熱放射の放射強度の検出結果と、回転テーブルの放射率とに基づき、当該回転テーブルの実温度を測定する工程と、
前記回転テーブルに対応する放射率を有する材料からなり、前記真空容器内に配置された温度補正用部材に対し、接触式温度計により、当該当該温度補正用部材の接触測定温度を測定する工程と、
前記温度補正用部材の熱放射の放射強度の検出結果と、温度補正用部材の放射率とに基づき、当該当該温度補正用部材の実温度を測定する工程と、
前記温度補正用部材の接触測定温度と実温度との対応関係に基づいて、当該温度補正用部材の実温度の測定に用いられる温度補正用部材の放射率を補正する工程と、を含み、
前記回転テーブルの実温度を測定する工程では、前記温度補正用部材の放射率を補正する工程にて補正された温度補正用部材の放射率を、前記回転テーブルの放射率として用いることを特徴とする熱処理方法。 - 前記回転テーブルの実温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて、当該回転テーブルを加熱する熱量を増減する工程を含むことを特徴とする請求項10または11に記載の熱処理方法。
- 前記回転テーブルは、加熱部からの熱放射によって加熱され、
当該加熱部が配置されている領域の温度を測定する工程と、
前記回転テーブルの実温度と、予め定めた設定温度との差分値に基づいて前記加熱部が配置されている領域の目標温度を求める工程と、
回転テーブルの実温度と設定温度との差分値に替えて、加熱部が配置されている領域の温度と、前記目標温度との差分値に基づき前記加熱部により、回転テーブルを加熱する熱量を増減する工程と、を含むことを特徴とする請求項12に記載の熱処理方法。 - 基板に対して熱処理を行う熱処理装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、請求項10ないし13のいずれか一つに記載の熱処理方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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