JP2017139430A - 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板を公転させて成膜処理を行うにあたり、所望の温度分布を形成すること。【解決手段】真空容器１１内にて、回転テーブル２により公転するウエハＷに処理ガスを供給して成膜処理するにあたって、ヒータユニット１８によりウエハＷを加熱すると共に、照射ユニット４からの光によりウエハＷを補助的に加熱する。温度測定部５によって検出された温度分布から、ウエハＷの複数の区画領域８の各々と温度の評価値とを対応付けた温度測定データを取得する。この温度測定データと、目標とする温度分布に対応するデータと、回転テーブル２の回転方向の位置とに基づいて、照射ユニット４の光の強度を制御する。これにより回転テーブル２の回転方向の位置毎に、照射ユニット４からの光強度が制御されるので、ウエハＷの温度分布が調整され、所望の温度分布を形成することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、基板を公転させながら処理ガスを基板に供給することにより成膜処理を行う技術分野に関する。
半導体装置の製造工程においては、半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）に対してＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）により成膜が行われる場合がある。このようなＡＬＤを行う装置としては、例えば複数のウエハを載置した回転テーブルを回転させることでウエハを公転させ、回転テーブルの径方向に沿うように配置される処理ガスの供給領域を繰り返し通過させる装置が知られている。
ところで、ウエハに対してドライエッチングを行う装置においては、ウエハの中心部を中心とする同心円状の分布でエッチング速度を調整する場合があることから、ドライエッチングの前工程であるウエハの成膜工程では、同心円状の膜厚分布が要求されることがある。しかしながら、既述のウエハを公転させる装置においては、ウエハに形成される膜は、回転テーブルの中心部を中心とした膜厚分布となる傾向があり、同心円状の膜厚分布とすることが困難であるという問題があった。
そこで、本件出願人は、ウエハＷに形成される膜厚分布はウエハ温度に依存することから、ウエハの温度分布を調整することにより、同心円状の膜厚分布を確保することを検討している。ところで、本件と同一の出願人である特許文献１〜４には、ウエハを公転させる成膜装置において、加熱ランプを用いる構成が記載されている。特許文献１及び特許文献２は、ウエハを成膜温度よりも高い温度に加熱して薄膜の改質を行う技術であり、特許文献３は加熱により反応生成物を緻密化する技術、特許文献４はオゾンガスが熱分解する温度以上に補助加熱する技術である。また、特許文献５には面内温度差を発生させないように多数の加熱ランプを制御することが示されているが、いずれも本発明の構成とは異なっている。
特開２０１４−２２６５３号公報 特開２０１４−１３８０７６号公報 特開２０１０−２４５４４８号公報 特開２０１４−１７３３１号公報 特開２０１５−７００９５号公報
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、回転テーブルにより基板を公転させて成膜処理を行う装置において、基板に所望の温度分布を形成することができる技術を提供することにある。
本発明の基板処理装置は、
真空容器内にて、回転テーブルの一面側に配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、基板の通過領域に処理ガスを供給して基板に対して成膜処理する基板処理装置において、
前記基板を加熱する主加熱機構と、
前記回転テーブル上の基板の通過領域と対向するように設けられ、基板の吸収波長領域の光の照射により基板を加熱して前記基板の温度分布を調整するために、回転テーブルの内外方向に沿って光強度を調整できるように構成された補助加熱機構と、
前記補助加熱機構に対して回転テーブルの周方向に離れた位置に設けられ、基板における前記回転テーブルの内外方向に沿った温度分布を検出する温度測定部と、
前記回転テーブルの回転方向の位置を検出する位置検出部と、
前記温度測定部により測定して得られた温度測定データと基板の目標とする温度分布に対応するデータと前記位置検出部にて検出した位置検出値とに基づいて、当該温度測定データに対応する基板が前記補助加熱機構による加熱領域を通過するときに、補助加熱機構の光強度を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の基板処理方法は、
真空容器内にて、回転テーブルの一面側に配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、基板の通過領域に処理ガスを供給して基板に対して成膜処理する基板処理装置において、
前記回転テーブル上の基板の通過領域と対向するように設けられ、基板の吸収波長領域の光の照射により基板を加熱して前記基板の温度分布を調整するために、回転テーブルの内外方向に沿って光強度を調整できるように構成された補助加熱機構を用い、
前記基板を主加熱機構により加熱する工程と、
前記補助加熱機構に対して回転テーブルの周方向に離れた位置に設けられた温度測定部により、基板における前記回転テーブルの内外方向に沿った温度分布を検出する工程と、
前記回転テーブルの回転方向の位置を検出する工程と、
前記温度測定部により測定して得られた温度測定データと基板の目標とする温度分布に対応するデータと前記位置検出部にて検出した位置検出値とに基づいて、当該温度測定データに対応する基板が前記補助加熱機構による加熱領域を通過するときに、補助加熱機構の光強度を制御する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、
真空容器内にて、回転テーブルの一面側に配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、基板の通過領域に処理ガスを供給して基板に対して成膜処理する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上記の基板処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
本発明は、回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら当該基板に対して処理ガスを供給して成膜処理するにあたって、主加熱機構により基板を加熱すると共に、補助加熱機構からの光により基板を加熱する。補助加熱機構は回転テーブルの内外方向に沿って光強度が調整できるように構成され、その光強度は、基板における回転テーブルの内外方向に沿った温度分布を検出する温度測定部により測定して得られた温度測定データと、目標とする温度分布に対応するデータと、回転テーブルの回転方向の位置の検出値と、に基づいて制御される。これにより、基板の温度分布が調整され、所望の温度分布を形成することができる。
本発明の基板処理装置を適用した成膜装置の一実施形態を示す縦断側面図である。 成膜装置の概略横断斜視図である。 成膜装置の横断平面図である。 成膜装置を周方向に切断した様子を模式的に示す縦断側面図である。 成膜装置に設けられる照射ユニットを示す概略斜視図である。 成膜装置に設けられる照射ユニットと温度測定部と制御部とを示す概略斜視図である。 ウエハの区画領域の一例を示す平面図である。 成膜装置の動作を説明するための模式図である。 成膜装置の動作を説明するための模式図である。 成膜装置の動作を説明するための概略斜視図である。 成膜装置の他の実施形態の照射ユニットを示す平面図である。 成膜装置のさらに他の実施形態の照射ユニットを示す概略斜視図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。
本発明の基板処理装置を適用した成膜装置１の一実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。この成膜装置１は、ウエハＷの温度分布を所望の形状に調整するものであり、例えば基板であるウエハＷの面内に同心円状の膜厚分布を形成するために、ウエハ面内に同心円状の温度分布を形成し、そのように温度分布が形成された状態で処理ガスを供給して成膜処理を行うものである。同心円状の温度分布とは、より具体的にはウエハＷの中心から等距離であるウエハＷの周方向に沿った各位置では同じないしは概ね同じ温度であり、ウエハＷの内外方向（半径方向）に沿った各位置では互いに異なる温度となる温度分布である。
図１は成膜装置１の縦断側面図、図２は成膜装置１の内部を示す概略斜視図、図３は成膜装置１の横断平面図、図４は成膜装置１を周方向に切断した様子を模式的に示す縦断面図であって、図１は図３のＡ−Ａ´線に沿って切断した縦断側面図である。成膜装置１は、概ね円形状の扁平な真空容器（処理容器）１１と、真空容器１１内に設けられた円板状の水平な回転テーブル２と、を備えている。真空容器１１は、天板１２と真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１３とにより構成される。図１中１４は、容器本体１３の下側中央部を塞ぐカバー、１５は、成膜処理中にカバー１４内へパージガス例えばＮ２（窒素）ガスを供給するためのガス供給管である。また、真空容器１１の側壁には、ウエハＷの搬送口１６が開口しており、ゲートバルブ１７により開閉自在に構成されている。
回転テーブル２の下面側中心部は、回転軸２１を介してカバー１４内に設けられる回転機構２２に接続され、鉛直軸まわりに回転できるように構成されている。回転機構２２は位置検出部をなすエンコーダ２２１に接続され、回転テーブル２の回転方向の位置が検出されるようになっている。以下回転テーブル２の回転方向を「回転方向」、回転テーブル２の回転方向の位置を「回転位置」として、説明を続ける。回転テーブル２の表面側（一面側）には、回転方向に沿って例えば６つの円形の凹部２３が互いに間隔をおいて形成されており、この凹部２３の底面上にウエハＷが水平に載置される。載置されたウエハＷは、凹部２３の側壁により位置を規制された状態で回転テーブル２の回転によって公転する。
回転テーブル２の下方側には、ウエハＷを加熱する主加熱機構をなすヒータユニット１８が設けられており、回転テーブル２を介してウエハＷを成膜温度である２００℃〜８００℃に加熱するように構成されている。このヒータユニット１８の配置空間には、パージガス例えばＮ２ガスを供給するためのパージガス供給管１９が周方向に亘って複数個所に設けられている。回転テーブル２上に載置されるウエハＷは、ヒータユニット１８及び後述する照射ユニット４により加熱されて所望の温度分布が形成される。
回転テーブル２の上方には、図３に示すように、夫々回転テーブル２の外周から中心へ向かって伸びる棒状の原料ガスノズル３１、分離ガスノズル３２、酸化ガスノズル３３、プラズマ発生用ガスノズル３４及び分離ガスノズル３５が、この順で回転テーブル２の周方向に沿って間隔をおいて配設されている。これらのガスノズル３１〜３５は、図４に示すように、その下方に、長さ方向に沿って多数の開口部３６を備え、回転テーブル２の径に沿って夫々ガスを供給するように構成されている。
原料ガスノズル３１は、成膜を行うための処理ガスとして、原料ガスである例えばＢＴＢＡＳ（ビスタ−シャルブチルアミノシラン）などのＳｉ（シリコン）含有ガスを吐出する。酸化ガスノズル３３はＳｉ含有ガスを酸化するための酸化ガスとして、例えばＯ3（オゾン）ガスとＯ２（酸素）ガスの混合ガスを吐出する。分離ガスノズル３２、３５は分離ガスとして例えばＮ2ガス、プラズマ発生用ガスノズル３４は例えばＡｒ（アルゴン）ガスとＯ２ガスの混合ガスを夫々吐出する。
原料ガスノズル３１の下方のガス供給領域を第１の処理領域Ｐ１、酸化ガスノズル３３の下方のガス供給領域を第２の処理領域Ｐ２とする。分離ガスノズル３２、３５は、第１の処理領域Ｐ１と第２の処理領域Ｐ２とを分離する分離領域を各々形成するためのものである。これら分離ガスノズル３２、３５のうち、分離ガスノズル３５の上方側における天板１２には、図４に示すように、下方に突出する概略扇形の突状部３７が設けられている。分離ガスノズル３２、３５から分離ガスが供給されることによって、回転テーブル２と突状部３７との間は、処理領域Ｐ１、Ｐ２の雰囲気を互いに分離する分離領域として構成される。
この例においては、分離ガスノズル３２の上方側近傍には、補助加熱機構をなす照射ユニット４が設けられている。例えば分離ガスノズル３２の上方側における天板１２は平面視概略扇状に開口し、例えば石英などの光を透過する材料よりなる透過部材４０により気密に塞がれており、その上方側に照射ユニット４が設けられている。この照射ユニット４は、ウエハＷの吸収波長領域の光の照射によりウエハＷを加熱してウエハＷの温度分布を調整するために設けられるものであり、照射された光が分離ガスノズル３２に妨げられないように分離ガスノズル３２の上方側から横方向に外れた位置に設けられている。
この例の照射ユニット４は、各々独立して光強度を調整できる複数例えば５個の光照射部４１〜４５からなり、これら光照射部４１〜４５は、例えば回転テーブル２の内外方向（半径方向）に沿って互いに等間隔で離間するように配置されている。光照射部４１〜４５としては、ウエハＷが吸収する波長のレーザー光を発光するレーザー発光器が用いられ、ウエハＷの温度をヒータユニット１８にて加熱された温度に対して例えば±５℃の範囲で微調整する。これら５個の光照射部４１〜４５による照射領域は、図５に示すように、ウエハＷの直径をカバーするように設定され、回転テーブル２の回転により、回転テーブル２上の６枚のウエハＷ１〜Ｗ６の表面全体にレーザー光が照射されるようになっている。このようにレーザー光が照射される領域が照射ユニット４による加熱領域となる。図１中４６は、光照射部４１〜４５の支持部材である。
光照射部４１〜４５は、図６に示すように、夫々電力制御部４７に接続され、後述する制御部７からの制御信号に基づいて個別に電力（給電量）が供給されて、各々独立して光強度が制御できるように構成されている。後述するように、各々の光照射部４１〜４５の給電量を制御して、出力を夫々調整することにより、ウエハＷに所望の温度分布、この例ではウエハＷの中心寄りの領域の温度が外周寄りの領域の温度よりも高い山型の同心円状の温度分布が形成される。
透過部材４０は、例えば下面側における外縁部４０１が周方向に亘って垂直に伸び出して、ガス規制用の突起部４０１をなしている。そのため分離ガスノズル３２から分離ガスを吐出すると、回転テーブル２の回転方向上流側から原料ガスが侵入すること、及び回転テーブル２の回転方向下流側から酸化ガスが侵入することが防止され、処理領域Ｐ１、Ｐ２の雰囲気を互いに分離する分離領域として機能する。
照射ユニット４に対して回転テーブル２の周方向に離れた位置、例えば搬送口１６近傍の上方側には、例えば石英よりなる透過部材５０を介して温度測定部５が設けられている。温度測定部５としては例えばサーモビューワー（赤外線熱画像装置）が用いられ、例えばウエハＷにおける回転テーブル２の内外方向に沿った温度分布を検出し、この検出結果を後述する制御部７に出力できるように構成されている。この例の透過部材５０は、突起部が設けられていない以外は、照射ユニット４にて説明した透過部材４０と同様に構成されている。
プラズマ発生用ガスノズル３４の上方側には、例えば石英よりなる透過部材６０を介して、金属線をコイル状に巻回して構成したアンテナ６１が設けられている。このアンテナ６１は、接続電極６２、整合器６３を介して高周波電源６４に接続される。この例の透過部材６０は照射ユニット４にて説明した透過部材４０と同様に構成され、その下面にはガス規制用の突起部６０１を備えている。また、６５は導電性のファラデーシールド、６６はアンテナ６１において発生する電磁界のうち、磁界をウエハＷに到達させるためのスリットである。なお、図３ではファラデーシールド６５を省略している。
真空容器１１の底面において、回転テーブル２の内外方向外側には排気口２４が２つ開口しており、図１に示すように、各排気口２４には排気管２５の一端が接続されている。各排気管２５の他端は合流し、バルブを含む排気量調整部２６を介して真空ポンプにより構成される排気機構２７に接続される。排気量調整部２６により各排気口２４からの排気量が調整され、それによって真空容器１１内の圧力が調整される。
回転テーブル２の中心部領域Ｃ上の空間には、ガス供給路２８を介してパージガスであるＮ2ガスが供給されるように構成されている。このＮ2ガスは、回転テーブル２の内外方向外側にパージガスとして流れる。このような成膜装置１には、外部の搬送機構２９により、搬送口１６に臨む位置における凹部２３との間でウエハＷの受け渡しが行われる。凹部２３には、ウエハＷを移載するための複数の昇降ピン（図示せず）の昇降用の孔部が形成され、この昇降ピンと搬送機構２９との協働作業によりウエハＷの受け渡しが行われる。
この成膜装置１には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部７が設けられている。この制御部７には、図６に示すように、ＣＰＵ７１と、後述のように成膜処理を実行するためのプログラム７２と、メモリ７３が格納され、プログラム７２には、後述の各処理が実行されるようにステップ群が組まれている。また、当該プログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶媒体から制御部７内にインストールされる。
さらに、制御部７は、温度測定部５により検出された温度分布のデータに基づいて、温度測定データを求め、メモリ７３に格納する機能を備えている。温度測定データとは、例えば回転テーブル２の内外方向（以下「内外方向」という）に沿って区画された複数の区画領域の各々と温度に対応する評価値とを対応付けたデータである。区画領域８の一例について、図７に示す。この例では、例えば内外方向に沿って５つに区画されると共に、回転方向に沿って５つに区画されている。図７中Ｏは、回転テーブル２の回転中心であり、前記内外方向に沿う５つの区画領域は、照射ユニット４の光照射部４１〜４５による照射領域に夫々対応するものである。また、評価値とは、温度測定部５により検出された温度分布に基づいて、例えば各区画領域の温度の平均値を求めたものである。
そして、制御部７は、この温度測定データと、ウエハＷの目標とする温度分布に対応するデータと、位置検出値（回転テーブル２の回転方向の位置）とに基づいて、温度測定データに対応するウエハＷが照射ユニット４による加熱領域を通過するときに、照射ユニット４の光強度を制御するように構成されている。ウエハＷの目標とする温度分布に対応するデータとは、複数の区画領域８の各々と目標温度に対応する目標値とを対応付けたデータである。具体的な制御手法については、以降に成膜装置１の作用と合わせて説明する。
続いて、成膜装置１により行われる動作について説明する。先ず、ヒータユニット１８によって真空容器１１内全体を加熱する。そして、ゲートバルブ１７を開放して、昇降ピンの昇降と回転テーブル２の断続的な回転との協働により、ウエハＷを保持した搬送機構２９が真空容器１１内への進入する度に、ウエハＷを凹部２３内へ移載する。こうして、６つの凹部２３にウエハＷ１〜Ｗ６を夫々収納し、搬送機構２９が真空容器１１から退避すると、ゲートバルブ１７を閉じる。
その後、真空容器１１内を所定の圧力の真空雰囲気になるように調整すると共に、この圧力調整に並行して、ヒータユニット１８により回転テーブル２を介してウエハＷを所定温度例えば４００℃に加熱し、回転テーブル２を例えば２００ｒｐｍで回転させる。その後、温度測定部５によりウエハＷ１〜Ｗ６の温度分布を順次検出して、夫々の温度測定データを取得する。次いで、ウエハＷ１〜Ｗ６が照射ユニット４の加熱領域を順次通過するときに、夫々の温度測定データに基づいて照射ユニット４の出力を制御する。こうして、各ウエハＷ１〜Ｗ６毎に、照射ユニット４の各光照射部４１〜４５の出力を調整して加熱（微小調整加熱）することにより、ウエハＷに所望の温度分布を形成する。
以下、照射ユニット４によるウエハＷの加熱について、図８〜図１０を参照して具体的に説明する。図８（ａ）は説明の便宜上の模式モデルであり、回転テーブル２がホーム位置にある状態を示している。このホーム位置は、回転テーブル２の外縁の基準位置Ｐ１が０度になる位置である。また、このモデルでは、図８（ｂ）に示すように、温度測定部５を０度の位置、照射ユニット４を１８０度の位置に夫々配置している。
回転テーブル２は例えば時計回りに回転し、回転テーブル２上には、０度の位置にウエハＷ１、３００度の位置にウエハＷ２、２４０度の位置にウエハＷ３、１８０度の位置にウエハＷ４、１２０度の位置にウエハＷ５、６０度の位置にウエハＷ６を夫々配置する。ウエハＷ１が０度の位置にあるとは、ウエハＷ１の回転方向の前方端が、回転テーブル２の中心Ｏと０度の位置とを結ぶ線Ｄ１に接する位置である。また、例えばウエハＷ１の回転方向の後方端と前記中心Ｏとを結ぶ線Ｄ２を引いたとき、当該線Ｄ２と、回転テーブル２の中心Ｏと３００度の位置とを結ぶ線Ｄ３とのなす角θは例えば５度とする。
温度測定データＴの取得は、例えば次のように行う。ホーム位置にある回転テーブル２を回転し、基準位置Ｐ１が例えば１７５度のときに予め設定した照射パターンで照射ユニット４をオンにして、ウエハＷ１から加熱（微小調整加熱）を開始する。そして、例えば回転テーブル２を１回転し、図９（ａ）に示すように、基準位置Ｐ１が次に０度になったときに、温度測定部５にてウエハＷ１の温度分布の検出を始める。温度測定部５では、ウエハＷ１における内外方向に沿った温度分布が検出され、基準位置Ｐ１が５５度になるまで（図９（ｂ）の状態）、ウエハＷ１に対して、０度から５５度までの温度分布を取得する。そして、制御部７のメモリ７３に、０度〜５５度までの温度測定データＴをウエハＷ１のデータエリアに書き込む。
同様に、基準位置Ｐ１が６０度になったときに、温度測定部５にてウエハＷ２の温度分布の取得が開始され、基準位置Ｐ１が６０度〜１１５度の温度測定データＴ２をウエハＷ２のデータエリアに書き込む。こうして、基準位置Ｐ１が１２０度〜１７５度の温度測定データＴ３をウエハＷ３、基準位置Ｐ１が１８０度〜２３５度の温度測定データＴ４をウエハＷ４のデータエリアに夫々対応付けて書き込む。また、基準位置Ｐ１が２４０度〜２９５度の温度測定データＴ５をウエハＷ５、基準位置Ｐ１が３００度〜３５５度の温度測定データＴ６をウエハＷ６のデータエリアに夫々対応付けて書き込む。
そして、例えば図１０（ａ）に示すように、温度測定部５により検出された温度分布に基づいて温度測定データＴ１が取得されたウエハＷ１が、図１０（ｂ）に示すように、照射ユニット４の加熱領域を通過するときに、ウエハＷ１の温度測定データＴ１に基づいて作成された光強度データＬ１によりウエハＷ１を加熱する。光強度データＬ１とは、照射ユニット４の各光照射部４１〜４５の光強度と、回転テーブル２の回転位置とを対応付けたデータであり、例えば温度測定データＴ１とウエハＷの目標とする温度分布に対応する目標温度分布データとの比較結果に基づいて作成される。目標温度分布データとは、ウエハＷの区画領域８の夫々の温度の目標値、例えば区画領域８の温度平均値である。この例における目標とする温度分布は、ウエハＷの中心寄りの領域の温度が外周寄りの領域の温度よりも高い同心円状の山型の温度分布である。
例えば制御部７内のメモリ７３に、目標温度分布データを記憶しておく。そして、例えばウエハＷの区画領域８の夫々において、温度の評価値と目標値との差分を取得し、この差分に相当する分、光照射部４１〜４５による加熱で温度を上昇させるように、光照射部４１〜４５の光強度を決定し、光強度データＬを作成する。光強度データＬは、例えば区画領域８毎に、光照射部４１〜４５の出力を書き込んだものである。光照射部４１〜４５の光強度と温度の変化量との関係は予め把握されており、光の強度はゼロである場合も含む。この例では、ウエハＷの外周側の区画領域は中心側の区画領域よりも面積が広いため、光照射部４１〜４５から同一の出力で光を照射すると、外周側の区画領域では昇温の程度が小さくなる。従って、例えば光照射部４１〜４５毎に、温度の変化量と光強度（出力）との変化量との関係を把握し、光強度データＬが作成される。
こうして、ウエハＷ１の温度測定データＴ１から光強度データＬ１を作成し、基準位置Ｐ１が１８０度〜２３５度の間、各光照射部４１〜４５から、光強度データＬ１に基づいて制御された出力により、ウエハＷ１にレーザ光を照射する。また、基準位置Ｐ１が２４０度〜２９５度の間、ウエハＷ２の温度測定データＴ２から作成された光強度データＬ２より、照射ユニット４の出力を制御してウエハＷ２を加熱する。同様に、基準位置Ｐ１が３００度〜３５５度の間はウエハＷ３、基準位置Ｐ１が３６０度（０度）〜５５５度の間はウエハＷ４、基準位置Ｐ１が６０度〜１１５度の間はウエハＷ５、基準位置Ｐ１が１２０度〜１７５度の間はウエハＷ６に対して、夫々照射ユニット４の出力を制御して加熱する。
このように、回転テーブル２を回転によりウエハＷが温度測定部５を通過する毎に、当該ウエハＷの温度分布を検出して温度測定データＴを取得し、この温度測定データＴに対応するウエハＷが照射ユニット４の加熱領域を通過するときに、照射ユニット４の光強度を制御する。こうして、回転テーブル２の回転を続けることにより、次第にウエハＷの温度分布が、目標となる温度分布つまり山型の同心円状の温度分布に近付いていく。ここで言う同心円状とは、ウエハＷの中心部から周縁に至るまでの温度分布が周方向で互いに近似している場合も含み、一般の同心円よりも広い意味を指している。以上では、模式モデルを用いて説明したが、実際には、照射ユニット４及び温度測定部５は設計上適宜配置される。
そして、ウエハＷに同心円状の温度分布が形成された状態で、回転テーブル２を例えば平面視時計回りに回転する一方、分離ガスノズル３２、３５及び中心部領域Ｃから所定の流量でＮ2ガスを供給し、原料ガスノズル３１、酸化ガスノズル３３から例えばＳｉ含有ガス、Ｏ３ガス及びＯ２ガス、プラズマ発生用ガスノズル３４からＡｒガス及びＯ２ガスを夫々供給する。
温度分布が形成されているウエハＷは、原料ガスノズル３１の下方の第１の処理領域Ｐ１と酸化ガスノズル３３の下方の第２の処理領域Ｐ２とを交互に繰り返し通過する。それによって、ウエハＷへのＳｉ含有ガスの吸着と、吸着されたＳｉ含有ガスの酸化によるＳｉＯ２の分子層の形成とからなるサイクルが繰り返し行われ、この分子層が積層される。また、高周波電源６４から高周波電力を供給することにより、プラズマ発生用ガスノズル３４から吐出されるガスが、磁界によって活性化されて、プラズマが生成する。そして、このプラズマがウエハＷの表面に衝突することにより、分子層から不純物が放出され、元素の再配列が起こって、膜の緻密化（高密度化）が図られる。
このＡＬＤのサイクルが行われている間、例えばウエハＷの温度測定データＴの取得と、この温度測定データＴに基づいて光強度が制御された状態での照射ユニット４による加熱を行う。こうして、ウエハＷの面内には、例えばウエハＷのエハＷの中心側では周縁側に比べて温度が高い同心円状の温度分布が形成されていることにより、ウエハＷの中心側では周縁側に比べてＳｉ含有ガスの吸着量が多くなり、１サイクルで形成されるＳｉＯ２の分子層の厚さが大きくなる。そのような分子層が上記のように積層されることで、中心側の膜厚が周縁側の膜厚よりも大きい同心円状の膜厚分布でＳｉＯ２膜が形成される。
真空容器１１内においては、分離領域に供給された分離ガスであるＮ２ガスが、当該分離領域を周方向に広がり、回転テーブル２上で原料ガスと酸化ガスとが混合されることを防ぐ。また、中心部領域Ｃに供給されたＮ2ガスが回転テーブル２の内外方向外側に供給され、中心部領域Ｃでの原料ガスと酸化ガスとの混合を防ぐことが出来る。また、このサイクルが行われるときには、既述したようにヒータユニット１８の収納空間及び回転テーブル２の裏面側にもＮ2ガスが供給され、原料ガス及び酸化ガスがパージされる。
こうして、ウエハＷの面内各部が所望の膜厚になると、分離ガスノズル３２、３５及び中心部領域ＣへのＮ2ガスの供給量が低下して、ガスノズル３１、３３から処理ガスの供給が停止する。そして、ヒータユニット１８及び照射ユニット４によるウエハＷの加熱、温度測定部５によるウエハＷの温度分布の検出、アンテナ６１への高周波電力の供給、回転テーブル２の回転を停止する。次いで、所定の時間経過後、ゲートバルブ１７を開放して昇降ピンの昇降と回転テーブル２の間欠的な回転との協働により、真空容器１１内に進入した搬送機構２９に順次各ウエハＷを受け渡して、真空容器１１から搬出する。
この成膜装置１によれば、回転テーブル２によりウエハＷを公転させながら当該ウエハＷに対して処理ガスを供給して成膜処理を行うにあたり、ヒータユニット１８によりウエハＷを加熱すると共に、回転テーブル２の内外方向に沿って光強度が調整できる照射ユニット４により、ウエハＷを補助的に加熱している。照射ユニット４は、温度測定部５にてウエハＷにおける回転テーブル２の内外方向に沿った温度分布を検出して得た温度測定データと、目標とする温度分布に対応するデータと、回転テーブル２の回転方向の位置の検出値とに基づいて、その内外方向の光強度が調整される。このため、照射ユニット４から、回転テーブル２の回転方向の位置に対応して、回転テーブル２の内外方向に沿って光強度が制御された光が照射されるので、ウエハＷにおける内外方向の温度を目標とする温度分布に調整でき、例えば同心円状の温度分布を形成することができる。従って、例えば同心円状の温度分布を形成した場合には、既述のように同心円状の膜厚分布を確保することができる。
また、複数枚のウエハＷに対して個別に温度分布を検出し、照射ユニット４による加熱もウエハＷに対して個別に行うので、ウエハＷ毎に温度分布の微調整が可能であり、回転テーブル２上の全てのウエハＷの温度分布を目標とする温度分布に調整することができる。さらに、回転テーブル２を回転させ、同じウエハＷに対して複数回、温度分布の検出と、照射ユニット４による加熱が行う場合には、複数回の加熱によってウエハＷの温度を目標値まで上昇させればよいので、小出力の照射ユニット４を用いて目標温度に調整することができる。
続いて、本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態が上述の実施形態と異なる点は、補助加熱機構が、回転テーブル２の内外方向に沿って移動可能な光照射部からなることである。例えば図１１に示すように、この例の補助加熱機構９は、例えば１つの光照射部９１を備え、この光照射部が移動機構９２により、内外方向に移動自在に構成されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
例えば光照射部９１は、移動機構９２により、図１１に示すように、内外方向の５つの区画領域に対応する位置に順次配置される。この例では、回転テーブル２を回転させ、温度測定部５を通過する毎にウエハＷ１〜Ｗ６の温度分布を順次検出して、夫々の温度測定データＴを取得する。そして、例えば温度調整開始後の１回転目は、光照射部９１を内外方向の最も内側の位置に配置してウエハＷ１〜Ｗ６を加熱し、２回転目は光照射部９１を内外方向の内側から２番目の位置に配置してウエハＷ１〜Ｗ６を加熱する。こうして、回転テーブル２の１回転毎に光照射部９１を回転テーブル２の内外方向に移動させながら、ウエハＷ１〜Ｗ６を加熱することにより、ウエハＷ１〜Ｗ６に所望の温度分布が形成される。
また、図１２に示すように、例えば光照射部９３からの光を反射部９４により反射させて、ウエハＷに照射するようにしてもよい。この例では光照射部９３を固定して設けると共に、反射部９４の角度を調整することにより、反射された光が例えば内外方向の５つの区画領域に対応する位置に順次照射されるように構成されている。この例においても、図１１に示す例と同様に、回転テーブル２の１回転毎に反射部９４の角度を調整して、反射された光を回転テーブル２の内外方向に移動させながら、ウエハＷ１〜Ｗ６を加熱することにより、ウエハＷ１〜Ｗ６に所望の温度分布が形成される。但し、ここに記載した手法は一例であり、光照射部の形状や温度調整時の光照射部の移動の仕方は適宜選択可能である。
以上において、照射ユニット４による加熱は、温度測定部５により測定して得られた温度測定データと、目標とする温度分布に対応するデータと、回転テーブル２の回転方向の位置検出値とに基づいて制御されればよく、既述の制御手法には限定されない。また、照射ユニット４及び温度測定部５の形状や設置位置は、上述の例に限定されるものでなく適宜選択可能であり、原料ガスや酸化ガスが供給される領域に設置するようにしてもよい。さらに、温度測定部５は、照射ユニット４からの光の照射を妨げない位置であれば、照射ユニット４の回転方向の上流側又は下流側に接近して設けるようにしてもよい。また、照射ユニット４の形状については、回転テーブル２の内外方向の光強度が制御できる構成であればよい。また、解像度の低下を抑制するためには、照射形状が回転テーブル２の内外方向に伸びる細長い光源を用いることが好ましい。さらにまた、補助加熱機構を複数の光照射部により形成する場合には、その個数は上述の例に限られず、照射ユニット４の光照射部はレーザー発光器の代わりに、フラッシュランプであってもよい。
また、ウエハＷに形成される温度分布については、必ずしも同心円状であることには限られず、同心円状の温度分布には、ウエハＷの中心寄りの領域の温度が外周寄りの領域の温度よりも低い、すり鉢型の温度分布も含まれる。さらに、ウエハの区画領域は、回転テーブルの内外方向に沿って区画された複数の区画領域であれば、上述の例に限定されない。
また、照射ユニット４でウエハＷの温度の微調整を行う間は、ＡＬＤのサイクルを行う間よりも、回転テーブルの回転速度は小さくしてもよい。さらに、ＡＬＤのサイクルの実行中は、照射ユニット４への電力供給を停止し、ヒータユニット１８のみによって真空容器１１内を加熱するようにしてもよい。さらにまた、温度測定部５は、サーモビューワー以外に回転テーブルに埋め込んだ熱電対等であってもよい。また、例えばサーモビューワーよりなる温度測定部の周囲に光照射部を設ける構成のように、温度測定部と補助加熱機構とを一体に構成するようにしてもよい。またミラー等を用いてサーモビューワーの撮像範囲に光照射部の光路が重なる構造を採用してもよい。これらの場合には、例えば温度測定部によるウエハの温度分布の検出を所定のタイミングにて実施し、次いで、この検出値に基づいた光強度で補助加熱機構から光を照射するように制御される。光を照射するタイミングは、ウエハの温度分布の検出の直後であってもよいし、温度分布を検出してから回転テーブルの回転により、温度分布を検出したウエハが再び補助加熱機構の下方側に位置するタイミングであってもよい。例えば１回転目でウエハＷに光を照射し、次の２回転目でウエハＷの温度を測定し、次の３回転目で温度測定の結果に基づいて光照射部を制御するといった手法を採用することができる。
一例として、ＳｉＯ２膜の形成について説明したが、ウエハＷに形成する膜としてはＳｉＯ２に限られない。例えば、原料ガスとして上記のＳｉ含有ガスの代わりに例えばチタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト（Ｔｉ（ＭＰＤ）（ＴＨＤ）））ガスなどのＴｉ（チタン）含有ガスを用い、酸化ガスとしてＯ３ガスを用いてＴｉＯ２（酸化チタン）膜を形成してもよい。また、プラズマによる膜の緻密化のための機構は必ずしも必要はない。さらに、本発明は基板の面内の温度によって当該基板への処理ガスの吸着量を調整できるものに適用することができる。従って、本発明はＡＬＤにより成膜を行う成膜装置に適用することには限られず、ＣＶＤにより成膜を行う装置にも適用することができる。さらに、本発明は角型の基板を処理する場合にも適用することができる。
（評価試験）
既述した成膜装置１において、照射ユニットを第１の光照射部と第２の光照射部との２つの光照射部（レーザー発光器）により構成した。第１の光照射部をウエハＷの回転テーブル２の中心部側の外縁から３０ｍｍ程度内側に光を照射する位置、第２の光照射部をウエハＷの中心部に光を照射する位置に夫々配置し、サーモビューワーよりなる温度測定部５にてウエハ温度度を検出した。回転テーブル２の回転数は２０ｒｐｍ、真空容器１１内の圧力は２６０Ｐａとし、ヒータユニット１８によりウエハＷを４００度に昇温した後、温度測定部５により温度の検出を開始した。
このウエハＷの温度の測定結果を図１３に示す。図１３中縦軸は、ウエハＷの温度、横軸は、ウエハＷ上の直径方向の位置である。また、点線は、光照射部による加熱を開始する前のデータ、一点鎖線は、第２の光照射部の出力が３７．５Ｗのデータ、実線は、第２の光照射部の出力が７５Ｗのデータを夫々示している。第１の光照射部の出力は３０Ｗである。
この結果、第１及び第２の光照射部によりウエハＷの温度分布が変化することが認められ、さらに、第２の光照射部の出力を変えることにより温度分布が調整できることが確認された。これにより、光照射部の個数や設置個所、出力の制御により、所望の温度分布が形成できることが理解される。また、７５Ｗの出力により、４００℃のウエハＷに＋６℃の温度調整ができることが確認され、実際に光を照射することによりウエハＷが加熱され、微小加熱による温度制御が有効であることが認められた。
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
１１ 真空容器
１８ ヒータユニット
２ 回転テーブル
２２ 回転機構
３１ 原料ガスノズル
４ 照射ユニット
４１〜４５ 光照射部
５ 温度測定部
７ 制御部
８ 区画領域

Claims (10)

  1. 真空容器内にて、回転テーブルの一面側に配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、基板の通過領域に処理ガスを供給して基板に対して成膜処理する基板処理装置において、
    前記基板を加熱する主加熱機構と、
    前記回転テーブル上の基板の通過領域と対向するように設けられ、基板の吸収波長領域の光の照射により基板を加熱して前記基板の温度分布を調整するために、回転テーブルの内外方向に沿って光強度を調整できるように構成された補助加熱機構と、
    前記基板における前記回転テーブルの内外方向に沿った温度分布を検出する温度測定部と、
    前記回転テーブルの回転方向の位置を検出する位置検出部と、
    前記温度測定部により測定して得られた温度測定データと基板の目標とする温度分布に対応するデータと前記位置検出部にて検出した位置検出値とに基づいて、当該温度測定データに対応する基板が前記補助加熱機構による加熱領域を通過するときに、補助加熱機構の光強度を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
  2. 前記温度測定部は、前記補助加熱機構に対して回転テーブルの周方向に離れた位置に設けられることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記補助加熱機構は、前記回転テーブルの内外方向に沿って配置され、各々独立して光強度を調整できる複数の光照射部からなることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
  4. 前記補助加熱機構は、照射される光が前記回転テーブルの内外方向に沿って移動可能な光照射部からなることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
  5. 前記光照射部は、前記回転テーブルの内外方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項４記載の基板処理装置。
  6. 前記温度測定データは、回転テーブルの内外方向に沿って区画された複数の区画領域の各々と温度に対応する評価値とを対応付けたデータであり、
    前記基板の目標とする温度分布に対応するデータは、前記複数の区画領域の各々と目標温度に対応する目標値とを対応付けたデータであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記基板の目標とする温度分布は、基板の中心寄りの領域と外周寄りの領域との間で温度が異なる分布であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 真空容器内にて、回転テーブルの一面側に配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、基板の通過領域に処理ガスを供給して基板に対して成膜処理する基板処理装置において、
    前記回転テーブル上の基板の通過領域と対向するように設けられ、基板の吸収波長領域の光の照射により基板を加熱して前記基板の温度分布を調整するために、回転テーブルの内外方向に沿って光強度を調整できるように構成された補助加熱機構を用い、
    前記基板を主加熱機構により加熱する工程と、
    温度測定部により、基板における前記回転テーブルの内外方向に沿った温度分布を検出する工程と、
    前記回転テーブルの回転方向の位置を検出する工程と、
    前記温度測定部により測定して得られた温度測定データと基板の目標とする温度分布に対応するデータと前記位置検出部にて検出した位置検出値とに基づいて、当該温度測定データに対応する基板が前記補助加熱機構による加熱領域を通過するときに、補助加熱機構の光強度を制御する工程と、を含むことを特徴とする基板処理方法。
  9. 前記温度測定データは、回転テーブルの内外方向に沿って区画された複数の区画領域の各々と温度に対応する評価値とを対応付けたデータであり、
    前記基板の目標とする温度分布に対応するデータは、前記複数の区画領域の各々と目標温度に対応する目標値とを対応付けたデータであることを特徴とする請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 真空容器内にて、回転テーブルの一面側に配置された基板を当該回転テーブルにより公転させ、基板の通過領域に処理ガスを供給して基板に対して成膜処理する基板処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項８または９に記載の基板処理方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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