JP2022139625A - 真空処理装置および傾き調整方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022139625000001
【課題】処理容器の上部壁に対するステージの傾きを抑制する。
【解決手段】真空処理装置は、処理容器と、ステージと、支持部材と、傾き変更部と、距離測定部と、制御部とを備える。処理容器は、上部壁、底壁、および側壁を有し、内部を真空雰囲気に維持可能である。ステージは、処理容器内に設けられ、基板が載せられる。また、ステージは、基板を上部壁に対向するように保持する。支持部材は、処理容器の底壁を貫通してステージを下方から支持する。傾き変更部は、処理容器の外部に位置する支持部材の端部に設けられ、処理容器の上部壁に対してステージの傾きを変更する。距離測定部は、ステージに対向する上部壁の面における測定位置において上部壁とステージとの間の距離を測定する。制御部は、距離測定部によって測定された上部壁とステージとの間の距離に基づいて、上部壁とステージとが平行になるように傾き変更部を制御する。
【選択図】図1

Description

本開示は、真空処理装置および傾き調整方法に関する。
下記の特許文献1には、処理容器の底部の下方に、基板を載置する載置台の傾きを調整するための調整板を配置し、処理容器の底部と調整板とをボルトで締結する構造が開示されている。
特開2001-230307号公報
本開示は、処理容器の上部壁に対するステージの傾きを抑制することができる真空処理装置および傾き調整方法を提供する。
本開示の一態様は、真空処理装置であって、処理容器と、ステージと、支持部材と、傾き変更部と、距離測定部と、制御部とを備える。処理容器は、上部壁、底壁、および側壁を有し、内部を真空雰囲気に維持可能である。ステージは、処理容器内に設けられ、基板が載せられる。また、ステージは、基板を上部壁に対向するように保持する。支持部材は、処理容器の底壁を貫通してステージを下方から支持する。傾き変更部は、処理容器の外部に位置する支持部材の端部に設けられ、処理容器の上部壁に対してステージの傾きを変更する。距離測定部は、ステージに対向する上部壁の面における測定位置において上部壁とステージとの間の距離を測定する。制御部は、距離測定部によって測定された上部壁とステージとの間の距離に基づいて、上部壁とステージとが平行になるように傾き変更部を制御する。
本開示によれば、処理容器の上部壁に対するステージの傾きを抑制することができるという効果を奏する。
図1は、一実施形態における真空処理装置の構成の一例を示す概略断面図である。 図2は、ステージの一例を示す平面図である。 図3は、吸収機構の構造の一例を示す拡大断面図である。 図4は、一実施形態における傾き調整方法の一例を示すフローチャートである。 図5は、レーザ光の光軸がステージの貫通孔を通過する角度となった状態のステージの一例を示す平面図である。 図6は、ステージがレーザ光を遮る角度となった状態のステージの一例を示す平面図である。 図7は、ステージがレーザ光を遮る角度となった状態の真空処理装置の一例を示す概略断面図である。 図8は、ステージの他の例を示す平面図である。 図9は、ステージの他の例を示す平面図である。 図10は、ステージの他の例を示す平面図である。
以下、図面を参照して本願の開示する真空処理装置および傾き調整方法の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示する真空処理装置および傾き調整方法が限定されるものではない。
真空処理装置において、上部壁の下面に対して、基板が載せられるステージの面を平行にするためには、上部壁の下面に対して基板が載せられるステージの面がどれくらい傾いているのかを検出する必要がある。上部壁の下面に対する基板が載せられるステージの面の傾きを精度良く検出することにより、ステージの傾きの調整量を精度よく算出でき、上部壁に対するステージの傾きを抑制することができる。
そこで、本開示は、上部壁に対するステージの傾きを抑制することができる技術を提供する。
[真空処理装置100の構成]
図1は、一実施形態における真空処理装置100の構成の一例を示す概略断面図である。図1に例示された真空処理装置100は、真空雰囲気において成膜を行う装置である。例えば図1に示された真空処理装置100は、基板Wに対して、プラズマを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)処理を行なう装置である。
真空処理装置100は、例えば表面に陽極酸化被膜が形成されたアルミニウム、ニッケル等の金属により略円筒状に形成された処理容器1を備える。処理容器1は、底壁1bおよび側壁1fを有する。処理容器1は、接地されている。処理容器1は、内部を真空雰囲気に維持することができるように気密に構成されている。処理容器1の側壁1fには、基板Wを搬入および搬出するための開口部1aが形成されている。開口部1aは、ゲートバルブGによって開閉される。処理容器1の底壁1bには、石英等の光を透過する材料により形成された窓1eが設けられている。
処理容器1の内部には、ステージ2が設けられている。ステージ2は、例えばアルミニウム、ニッケル等の金属、または、金属メッシュ電極が埋め込まれた窒化アルミ(AlN)等により、扁平な略円柱状に形成されている。ステージ2の上面には、半導体ウエハ等の処理対象となる基板Wが載せられる。本実施形態において、基板Wが載せられるステージ2の領域の外側の領域におけるステージ2の下面は、基板Wが載せられるステージ2の上面に対して平行となるように形成されている。ステージ2は、下部電極としても機能する。ステージ2は、支持部材2aにより下方から支持されている。ステージ2の下方であって、処理容器1の底壁1bには、開口部1cが形成されている。支持部材2aは、略円筒状に形成されており、ステージ2から鉛直下方に延伸し、処理容器1の底壁1bの開口部1cを貫通している。開口部1cは、支持部材2aの直径よりも大きい直径で形成されている。
ステージ2には、ヒータ2bが内蔵されている。ヒータ2bは、処理容器1の外部から供給された電力に応じて発熱し、ステージ2に載せられた基板Wを加熱する。また、図示は省略するが、ステージ2の内部には、処理容器1の外部に設けられたチラーユニットによって温度制御された冷媒が供給される流路が形成されている。ヒータ2bによる加熱と、チラーユニットから供給された冷媒による冷却とにより、ステージ2は、基板Wを予め定められた温度に制御することができる。なお、ステージ2には、ヒータ2bが設けられず、チラーユニットから供給される冷媒により基板Wの温度制御が行われてもよい。
また、図示は省略するが、ステージ2の内部には、外部から供給される電圧によって静電気力を発生させる電極が埋め込まれている。この電極から発生した静電気力により、基板Wがステージ2の上面に吸着保持される。また、図示は省略するが、ステージ2には、処理容器1の外部に設けられた図示しない搬送機構との間で基板Wを受け渡すための昇降ピンが設けられている。
また、ステージ2には、例えば図1および図2に示されるように、複数の貫通孔20が形成されている。図2は、ステージ2の一例を示す平面図である。それぞれの貫通孔20は、基板Wが載せられるステージ2上の領域2eよりもステージ2の外周側に設けられている。また、本実施形態において、複数の貫通孔20は、等間隔となるようにステージ2の外周に沿って配置されている。それぞれの貫通孔20は、例えば、ステージ2の中心Oとそれぞれの貫通孔20とを結ぶ線分のなす角度が120°となるように配置されている。
図1に戻って説明を続ける。ステージ2の上方には、例えばアルミニウム、ニッケル等の導電性の金属により略円板状に形成されたシャワーヘッド3が設けられている。シャワーヘッド3の下面とステージ2の上面との間の空間は、成膜処理が行われる処理空間である。シャワーヘッド3は、セラミックス等の絶縁部材1dを介して、ステージ2の上部に支持されている。これにより、処理容器1とシャワーヘッド3とは、電気的に絶縁されている。シャワーヘッド3は、処理容器1の天井部分を構成している。シャワーヘッド3は、上部壁の一例である。
シャワーヘッド3は、天板3aと、シャワープレート3bとを有する。天板3aは、処理容器1内を上側から塞ぐように設けられている。シャワープレート3bは、天板3aの下方に、ステージ2に対向するように設けられている。天板3aには、ガス拡散室3cが形成されている。天板3aとシャワープレート3bには、ガス拡散室3cに連通する複数のガス吐出孔3dが形成されている。
天板3aには、ガス拡散室3cへガスを導入するためのガス導入口3eが形成されている。ガス導入口3eには、配管36を介してガス供給部35が接続されている。ガス供給部35は、成膜処理に用いられる各種ガスのガス供給源と、それぞれのガス供給源に接続されたガス供給ラインとを有している。各ガス供給ラインは、バルブおよび流量制御器等、ガスの流れを制御する制御機器が設けられている。ガス供給部35は、各ガス供給ラインに設けられた制御機器により流量が制御された各種ガスを配管36を介してシャワーヘッド3へ供給する。シャワーヘッド3に供給されたガスは、ガス拡散室3c内を拡散し、それぞれのガス吐出孔3dからシャワーヘッド3の下方の処理空間へ吐出される。
また、シャワープレート3bは、ステージ2と対になり、処理空間に容量結合プラズマ(CCP)を形成するための電極板としても機能する。シャワーヘッド3には、整合器31を介してRF(Radio Frequency)電源30が接続されている。RF電源30は、整合器31を介してシャワーヘッド3にRF電力を供給する。RF電源30からシャワーヘッド3に供給されたRF電力は、シャワーヘッド3の下面から処理空間内に供給される。処理空間内に供給されたガスは、処理空間内に供給されたRF電力によってプラズマ化される。なお、RF電源30は、シャワーヘッド3に代えてステージ2にRF電力を供給してもよい。この場合、シャワーヘッド3は、接地される。また、RF電源30は、ステージ2およびシャワーヘッド3の両方に、異なる周波数および大きさのRF電力を供給してもよい。
ステージ2を支持する支持部材2aの下端部2dは、処理容器1の外部に位置し、回転部8に接続されている。回転部8は、回転軸80と、真空シール81と、モータ82とを有する。支持部材2aの下端部2dは、回転軸80の上端に連結している。回転軸80は、支持部材2aと一体となって、ステージ2の中心Oを通る軸を中心として回転する。回転軸80の下端部には、スリップリング83が設けられている。スリップリング83は、電極を有し、ステージ2内部の部品へ給電するための種々の配線に電気的に接続されている。例えば、スリップリング83は、ステージ2に埋設されたヒータ2bへ給電する配線に電気的に接続される。また、例えば、スリップリング83は、ステージ2上に基板Wを静電気力により吸着させるための電極に電圧を印加する配線に電気的に接続される。
モータ82は、回転軸80を回転させる。回転軸80が回転することにより、支持部材2aを介してステージ2が回転する。回転軸80が回転すると、回転軸80と共にスリップリング83も回転するが、スリップリング83と配線との間の電気的な接続は維持される。
真空シール81は、例えば磁性流体シールであり、回転軸80の周囲に設けられる。真空シール81は、回転軸80を気密に封止しつつ、回転軸80の滑らかな回転を維持することができる。また、図示は省略するが、昇降機構は、支持部材2aを昇降させることにより、ステージ2を処理位置と受け渡し位置との間で昇降させる。
支持部材2aの下端部2dには、真空シール81を介して傾き変更部7が連結されている。傾き変更部7は、吸収機構70と、べローズ71と、複数(例えば6本)のアクチュエータ72と、ベース部材73とを有する。
べローズ71は、支持部材2aの周囲を囲むように設けられている。べローズ71の上端は吸収機構70に形成された開口部70aを貫通して処理容器1の底壁1bに接続され、べローズ71の下端はベース部材73に接続されている。これにより、べローズ71は、処理容器1の底壁1bとベース部材73との間の空間を気密に封止する。べローズ71は、ベース部材73の移動に応じて伸縮可能である。
ベース部材73は、処理容器1の外部に位置する支持部材2aの下端部2dに真空シール81を介して連結されており、支持部材2aおよびステージ2と一体的に移動することができる。ベース部材73には、支持部材2aの下端部2dの直径よりも大きい直径を有する開口部73aが形成されている。支持部材2aは、開口部73aを貫通し、支持部材2aの下端部2dが回転軸80に連結されている。真空シール81は、支持部材2aの下端部2dに連結された回転軸80の周囲に設けられており、ベース部材73は、真空シール81の上面に固定されている。これにより、ベース部材73は、真空シール81、回転軸80、および支持部材2aを介してステージ2と接続され、ステージ2と一体的に移動することができる。
複数のアクチュエータ72は、処理容器1の底壁1bとベース部材73との間に互いに並列に設けられており、処理容器1の底壁1bに対してベース部材73の傾きを相対的に変更することにより、ステージ2の傾きを変更することができる。なお、複数のアクチュエータ72は、処理容器1の底壁1bに対してベース部材73の位置を相対的に変更してもよい。複数のアクチュエータ72は、伸縮可能であり、ベース部材73に自在継手を介して回転摺動可能に連結されていると共に、処理容器1の底壁1b側に自在継手を介して回転摺動可能に連結されている。
複数のアクチュエータ72およびベース部材73は、ベース部材73を例えば図1に示すX軸、Y軸、およびZ軸の方向、並びに、X軸回り、Y軸回り、およびZ軸回りの回転の方向へそれぞれ移動可能なパラレルリンク機構を形成する。複数のアクチュエータ72およびベース部材73により形成されるパラレルリンク機構の移動座標系は、処理容器1の座標系と一致するように予め調整されている。パラレルリンク機構によって処理容器1の底壁1bとベース部材73とが連結されることで、複数のアクチュエータ72は、処理容器1の底壁1bに対してベース部材73を相対的に移動させることが可能となる。これにより、ステージ2の傾きを調整することができる。例えば、複数のアクチュエータ72は、処理容器1の底壁1bに対して予め定められた方向(例えば、図1のX軸回りおよびY軸回りの回転方向の少なくともいずれかの方向)にベース部材73を傾けることで、ステージ2の傾きを変更することができる。
吸収機構70には、処理容器1の底壁1bの開口部1cを介して処理容器1の内部に連通する開口部70aが形成されている。複数のアクチュエータ72は、処理容器1の底壁1bに連結されることなく、吸収機構70に連結される。これにより、処理容器1の底壁1bに変形が生じた場合でも、処理容器1の底壁1bの変形による応力が吸収機構70により吸収される。そのため、処理容器1の底壁1bの変形による応力が複数のアクチュエータ72に伝わらず、ステージ2の傾きの調整精度の低下を抑制することができる。
吸収機構70は、処理容器1の底壁1bに設けられ、処理容器1の底壁1bの変形を吸収する。図3は、吸収機構70の構造の一例を示す拡大断面図である。吸収機構70は、板部材700と、リンク部材701とを有する。
板部材700は、板状かつ環状に形成されており、処理容器1の底壁1bの下方に配置されている。板部材700は、処理容器1からの熱や振動の伝達を遮断する観点から、処理容器1の底壁1bとは間隔を空けて配置されている。
リンク部材701は、一端が処理容器1の底壁1bに回転摺動可能に連結されるとともに、他端が板部材700に回転摺動可能に連結されている。例えば図3に示されるように、処理容器1の底壁1bには、凹部1b1が形成されており、凹部1b1には、球面軸受1b2が設けられている。リンク部材701の一方の端部には球面の凸部702が形成されている。凸部702が球面軸受1b2に連結されることで、リンク部材701は、凸部702および球面軸受1b2を介して処理容器1の底壁1bに回転摺動可能に連結される。一方、板部材700の上面には、処理容器1の凹部1b1に対応する位置に凹部703が形成されている。凹部703には、球面軸受704が設けられている。リンク部材701の他方の端部には球面の凸部705が形成されている。凸部705が球面軸受704に連結されることで、リンク部材701は、凸部705および球面軸受704を介して板部材700に回転摺動可能に連結される。
リンク部材701は、処理容器1の底壁1bの変形に応じた方向に回転することで、板部材700への変形の伝達を抑制する。例えば、処理容器1の底壁1bが図3の矢印の方向に変形した場合、リンク部材701は、底壁1bの変形の応力を受けるが、底壁1bと共に図1の矢印の方向に回転することで、底壁1bの変形による板部材700への応力の伝達を抑制する。複数のアクチュエータ72は、板部材700に連結されている。これにより、処理容器1の底壁1bの変形による応力が板部材700を介して複数のアクチュエータ72に伝わらず、ステージ2の位置や傾きの調整精度の低下を抑制することができる。
リンク部材701は、板部材700の延在方向に沿って複数配置されている。本実施形態において、リンク部材701は、板部材700の延在方向に沿って略均等な間隔で例えば3つ設けられている。なお、リンク部材701は、板部材700の延在方向に沿って略均等な間隔で4つ以上設けられていてもよい。
また、板部材700には、距離測定部9が固定されている。本実施形態において、距離測定部9は、発光部と受光部とを有し、発光部が物体に光(例えばレーザ光)を照射し、受光部が物体から反射された光を受光する。そして、距離測定部9は、発光部が照射した光と受光部が受光した光とに基づいて、距離測定部9と物体との間の距離を測定する。例えば、距離測定部9は、発光部が照射した光の位相と受光部が受光した光の位相との差に基づいて、距離測定部9と物体との間の距離を測定する。なお、距離測定部9は、照射した光および受光した光に関するタイミング等の情報を制御部102へ出力し、距離測定部9から受け取った情報に基づいて制御部102が距離測定部9と物体との間の距離を測定してもよい。
本実施形態において、複数の距離測定部9は、板部材700に固定されている。処理容器1の底壁1bの変形による応力は吸収機構70によって低減されるため、処理容器1の底壁1bの変形による応力は板部材700に伝わりにくい。そのため、処理容器1の底壁1bが変形した場合であっても、距離測定部9による距離の測定精度を高く維持することができる。
本実施形態において、板部材700には、板部材700の延在方向に沿って3個の距離測定部9が設けられている。3個の距離測定部9は、それぞれのレーザ光の光軸Laが、ステージ2の中心Oを通るZ軸に平行な線から予め定められた距離離れた位置となるように配置されている。予め定められた距離とは、ステージ2の中心Oからそれぞれの貫通孔20(図2参照)の中心までの距離である。また、本実施形態において、処理容器1の底壁1bには3個の窓1eが設けられている。それぞれの窓1eは、それぞれの距離測定部9とシャワーヘッド3との間に配置されている。また、本実施形態において、複数の距離測定部9は、シャワーヘッド3の下面に交差する方向から見た場合に、等間隔となるようにステージ2の外周に沿って配置されている。例えば、それぞれの距離測定部9は、ステージ2の中心Oを通りZ軸と平行な直線とX軸およびY軸に平行な平面との交点からそれぞれの距離測定部9とを結ぶ線分のなす角度が120°となるように板部材700に配置されている。なお、他の形態において、板部材700には、板部材700の延在方向に沿って4個以上の距離測定部9が設けられていてもよい。
このような構成により、シャワーヘッド3へ向けて距離測定部9から照射された光の光軸La上に貫通孔20が配置される角度となるまでステージ2が回転した場合、それぞれの距離測定部9から発せられたレーザ光が窓1eおよび貫通孔20を通過する。窓1eおよび貫通孔20を通過したレーザ光は、シャワーヘッド3の下面の位置3f(図1参照)に照射される。そして、シャワーヘッド3の下面の位置3fで反射したレーザ光が、貫通孔20および窓1eを通過して距離測定部9において受光される。これにより、それぞれの距離測定部9において、シャワーヘッド3と距離測定部9との間の第1の距離を測定することができる。また、本実施形態において、3個の距離測定部9は、シャワーヘッド3の下面に交差する方向から見た場合に、等間隔となるようにステージ2の外周に沿って配置されている。これにより、シャワーヘッド3へ向けて距離測定部9から照射された光の光軸La上に貫通孔20が配置される角度となるまでステージ2が回転した場合、それぞれの距離測定部9から発せられたレーザ光が窓1eおよび貫通孔20を同時に通過することができる。そのため、複数の距離測定部9は、同時に第1の距離を測定することができ、複数の距離測定部9による第1の距離の測定時間を短縮することができる。なお、レーザ光が照射されるシャワーヘッド3の下面の位置3fは、平坦な面であることが好ましい。シャワーヘッド3の下面の位置3fは、測定位置の一例である。
一方、シャワーヘッド3へ向けて距離測定部9から照射されたレーザ光の光路を遮る角度となるまでステージ2が回転した場合、それぞれの距離測定部9から発せられたレーザ光が窓1eを通過してステージ2の下面に照射される。そして、ステージ2の下面で反射したレーザ光が、窓1eを通過して距離測定部9において受光される。これにより、それぞれの距離測定部9において、ステージ2の下面と距離測定部9との間の第2の距離を測定することができる。
ところで、真空処理装置100では、処理容器1の内部の圧力が大気圧よりも低い圧力に制御される場合、処理容器1の外部との圧力差により処理容器1が変形する。また、処理容器1は、処理容器1への温度制御や、処理容器1内で実施された基板処理の熱により、処理容器1の温度が変化する。処理容器1の温度が変化することでも処理容器1は変形する。処理容器1が変形すると、処理容器1の変形による応力がステージ2に伝わり、シャワーヘッド3に対してステージ2が傾く場合がある。基板Wに対する処理では、処理の均一性を高めるために、処理容器1内でのガスの分布や流れ、RF電力の分布等の均一性を高める必要がある。そのための一つの要素として、シャワーヘッド3とステージ2とを平行に保つことが重要である。しかし、処理容器1が変形すると、シャワーヘッド3に対してステージ2が傾き、処理容器1内でのガスの分布等に偏りが発生する場合がある。
そこで、本実施形態における真空処理装置100では、処理容器1の底壁1bと、ステージ2と一体的に移動可能なベース部材73との間に複数のアクチュエータ72が設けられている。複数のアクチュエータ72は、底壁1bに対してベース部材73を相対的に移動させることで、シャワーヘッド3に対してステージ2の傾きを調整する。これにより、処理容器1の変形に起因してシャワーヘッド3に対してステージ2が傾いた場合でも、シャワーヘッド3とステージ2とが平行になるようにステージ2の傾きを調整することができる。この結果、本実施形態における真空処理装置100は、処理容器1の変形に起因した、シャワーヘッド3に対するステージ2の傾きを抑制することができ、その結果、成膜処理等の基板処理における面内均一性を向上させることができる。
処理容器1の底壁1bには、排気口40が形成されている。排気口40には、配管41を介して排気装置42が接続されている。排気装置42は、真空ポンプや圧力調整バルブ等を有する。排気装置42により処理容器1内を予め定められた真空度まで減圧することができる。
制御部102は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プロセッサによって実行されるプログラム、および、各処理の条件を含むレシピ等が格納されている。プロセッサは、メモリから読み出したプログラムを実行し、メモリ内に記憶されたレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介して、本体101の各部を制御する。
[傾き調整方法]
図4は、一実施形態における傾き調整方法の一例を示すフローチャートである。図4に例示された各ステップは、制御部102が本体101の各部を制御することにより実現される。
まず、基板Wが処理容器1内に搬入される(S10)。ステップS10では、ゲートバルブGが開かれ、図示しない搬送装置により基板Wが開口部1aを介して処理容器1内に搬入され、ステージ2に載せられる。そして、ゲートバルブGが閉じられ、静電気力により基板Wがステージ2の上面に吸着保持される。
次に、処理容器1内の圧力の調整が開始される(S11)。ステップS11では、ガス供給部35からシャワーヘッド3を介して処理容器1内にガスが供給され、排気装置42により処理容器1内のガスが排気され、排気装置42内の圧力調整バルブにより処理容器1内の圧力が予め定められた圧力に調整される。予め定められた圧力とは、例えば基板Wの処理を行う際の圧力である。
次に、基板Wの温度の調整が開始される(S12)。ステップS12では、ステージ2に内蔵されたヒータ2bに電力が供給され、基板Wが加熱される。また、ステージ2の内部に形成された流路にチラーユニットによって温度制御された冷媒が供給されることにより、ステージ2が冷却され、ステージ2を介して基板Wが冷却される。ヒータ2bによる加熱と、冷媒による冷却とによって、基板Wの温度が予め定められた温度に調整される。予め定められた温度とは、例えば基板Wの処理を行う際の温度である。なお、ステップS11とステップS12の順番は逆であってもよく、また、ステップS11とステップS12とは同時進行してもよい。
次に、制御部102は、処理容器1内の圧力が予め定められた範囲内の圧力に調整され、且つ、基板Wの温度が予め定められた範囲内の温度に調整されたか否かを判定する(S13)。処理容器1内の圧力が予め定められた範囲内の圧力に調整されていないか、または、基板Wの温度が予め定められた範囲内の温度に調整されていない場合(S13:No)、制御部102は、再びステップS13に示された処理を実行する。
一方、処理容器1内の圧力が予め定められた範囲内の圧力に調整され、且つ、基板Wの温度が予め定められた範囲内の温度に調整された場合(S13:Yes)、制御部102は、次のように回転部8を制御する。即ち、制御部102は、ステージ2の貫通孔20の位置が、シャワーヘッド3へ向けて距離測定部9から照射されたレーザ光の光軸Laを通過させる位置となる角度となるまでステージ2を回転させるように回転部8を制御する(S14)。ステップS14は、第1の回転工程の一例である。これにより、例えば図1および図5に示されるように、それぞれの距離測定部9から照射されたレーザ光の光軸Laが貫通孔20を通過し、シャワーヘッド3の下面の位置3fに照射される。そして、シャワーヘッド3の下面の位置3fで反射したレーザ光が、貫通孔20を通過して距離測定部9において受光される。
本実施形態において、それぞれの貫通孔20は、例えば図2に示されたように、基板Wが載せられるステージ2上の領域2eよりもステージ2の外周側に設けられている。そのため、ステージ2の上に基板Wが載せられた状態でも、それぞれの距離測定部9から照射されたレーザ光が貫通孔20を通過することができる。
次に、距離測定部9は、シャワーヘッド3に照射したレーザ光とシャワーヘッド3から受光した反射光とに基づいて、距離測定部9とシャワーヘッド3との間の第1の距離を測定する(S15)。ステップS15は、第1の測定工程の一例である。それぞれの距離測定部9において測定された第1の距離は、制御部102へ出力される。
次に、制御部102は、ステージ2が距離測定部9からシャワーヘッド3へ照射されたレーザ光を遮る角度となるまでステージ2を回転させるように回転部8を制御する(S16)。ステップS16は、第2の回転工程の一例である。これにより、例えば図6および図7に示されるように、それぞれの距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されたレーザ光が貫通孔20によって遮られる。そのため、それぞれの距離測定部9から照射されたレーザ光は、ステージ2の下面の位置2cで反射し、距離測定部9において受光される。
次に、距離測定部9は、ステージ2へ照射したレーザ光とステージ2から受光した反射光とに基づいて、距離測定部9とステージ2の下面との間の第2の距離を測定する(S17)。ステップS17は、第2の測定工程の一例である。それぞれの距離測定部9において測定された第2の距離は、制御部102へ出力される。なお、ステップS14~ステップS15の一連の流れと、ステップS16~S17の一連の流れの順番は逆であってもよい。
次に、制御部102は、それぞれの距離測定部9において測定された第1の距離および第2の距離に基づいて、距離測定部9が設けられた各位置におけるシャワーヘッド3の下面とステージ2の下面との間の距離を算出する(S18)。ステージ2の下方には、3個の距離測定部9が設けられている。そのため、ステップS18では、距離測定部9が設けられた3箇所において、シャワーヘッド3の下面とステージ2の下面との間の距離が算出される。
次に、制御部102は、シャワーヘッド3の下面に対するステージ2の下面の傾きを算出する(S19)。本実施形態では、距離測定部9が設けられた3箇所において、シャワーヘッド3の下面とステージ2の下面との間の距離が算出されるため、シャワーヘッド3の下面に対するステージ2の下面の相対的な傾きを算出することができる。
ここで、基板Wの処理が行われる場合、処理容器1の内部の圧力は大気圧よりも低い圧力に制御される。処理容器1の内部の圧力が大気圧よりも低い圧力に制御される場合、処理容器1の外部との圧力差により処理容器1が変形する場合がある。また、基板Wの処理が行われる場合、処理条件によっては、処理容器1の部材の温度が外気の温度とは異なる温度に制御される。処理容器1の部材の温度が外気の温度とは異なる温度に制御される場合、その部材の温度が処理容器1に伝わり、処理容器1の温度が変化する。処理容器1の温度が変化すると、処理容器1が変形する場合がある。
本実施形態では、ステップS13において処理容器1内の圧力が予め定められた範囲内の圧力に調整され、且つ、基板Wの温度が予め定められた範囲内の温度に調整されたと判定された後に、各距離測定部9によって第1の距離及び第2の距離が測定される。本実施形態において、予め定められた範囲内の圧力とは、例えば基板Wの処理を行う際の圧力である。また、本実施形態において、予め定められた範囲内の温度とは、例えば基板Wの処理を行う際の温度である。本実施形態では、基板Wの処理を行う際の圧力および温度に調整された後に、第1の距離および第2の距離が測定される。そして、測定された第1の距離および第2の距離に基づいて、シャワーヘッド3の下面に対するステージ2の下面の相対的な傾きが算出される。これにより、実際に基板Wの処理が行われる環境におけるシャワーヘッド3の下面に対するステージ2の下面の相対的な傾きを算出することができる。
図4に戻って説明を続ける。制御部102は、ステップS19において算出された傾きに基づいて、シャワーヘッド3の下面とステージ2の下面とが平行となるように、ステージ2の傾きを変更する(S20)。ステップS20は、変更工程の一例である。ステップS20では、制御部102は、ステップS19において算出された傾きを相殺するステージ2の傾きを算出する。そして、制御部102は、ステージ2が算出された傾きとなるように、傾き変更部7を制御する。これにより、シャワーヘッド3の下面とステージ2に載置された基板Wとを平行に位置決めすることができる。
ステップS20におけるステージ2の傾きの変更が終了した後、基板Wに対する処理が実行される(S21)。そして、本フローチャートに示された傾き調整方法が終了する。
以上、一実施形態について説明した。本実施形態の真空処理装置100は、処理容器1と、ステージ2と、支持部材2aと、傾き変更部7と、距離測定部9と、制御部102とを備える。処理容器1は、上部壁、底壁1b、および側壁1fを有し、内部を真空雰囲気に維持可能である。ステージ2は、処理容器1内に設けられ、ステージ2には基板Wが載せられる。また、ステージ2は、基板Wを上部壁に対向するように保持する。支持部材2aは、処理容器1の底壁1bを貫通してステージ2を下方から支持する。傾き変更部7は、処理容器1の外部に位置する支持部材2aの下端部2dに設けられ、処理容器1の上部壁に対してステージ2の傾きを変更する。距離測定部9は、ステージ2に対向する上部壁の面における位置3fにおいて上部壁とステージ2との距離を測定する。制御部102は、距離測定部9によって測定された上部壁とステージ2との距離に基づいて、上部壁とステージ2とが平行になるように傾き変更部7を制御する。これにより、処理容器1の上部壁に対するステージ2の傾きを抑制することができる。
また、上記した実施形態において、距離測定部9は、上部壁の面における3箇所以上の位置3fのそれぞれに対応して1つずつ設けられている。また、制御部102は、それぞれの距離測定部9によって測定された上部壁とステージ2との間の距離に基づいて、上部壁とステージ2とが平行になるように傾き変更部7を制御する。これにより、処理容器1の上部壁に対するステージ2の傾きをより精度よく抑制することができる。
また、上記した実施形態における真空処理装置100は、ステージ2を回転させる回転部8を備える。距離測定部9は、ステージ2の下方に設けられ、それぞれの位置3fへ向けて光を照射し、照射された光と、照射された光の光軸上にある物体から反射して受光された光とに基づいて、距離測定部9と物体との間の距離を測定する。ステージ2には、貫通孔20が形成されている。制御部102は、ステージ2の貫通孔20の位置が、光軸に沿って照射される光が貫通孔20を通過する位置となる角度となるまでステージ2が回転するように回転部8を制御した後に、距離測定部9に、距離測定部9から上部壁までの第1の距離を測定させる。また、制御部102は、ステージ2が光軸に沿って照射される光を遮る角度となるまでステージ2が回転するように回転部8を制御した後に、距離測定部9に、距離測定部9からステージ2の下面までの第2の距離を測定させる。また、制御部102は、第1の距離と第2の距離の差に基づいて、上部壁とステージ2との距離を算出する。これにより、処理容器1の上部壁に対するステージ2の傾きを算出することができる。
また、上記した実施形態において、複数の距離測定部9は、上部壁の面に交差する方向から見た場合に、ステージ2の外周に沿って等間隔に配置されている。これにより、処理容器1の上部壁に対するステージ2の傾きをより精度よく算出することができる。
また、上記した実施形態において、貫通孔20は、ステージ2において基板Wが載せられる領域の外側の領域に形成されている。これにより、ステージ2の上に基板Wが載せられた状態でも、それぞれの距離測定部9から照射された光が貫通孔20を通過することができる。
また、上記した実施形態において、貫通孔20の数は、距離測定部9の数と同じであり、複数の貫通孔20は、ステージ2の外周に沿って等間隔で配置されている。これにより、複数の距離測定部9は、同時に第1の距離を測定することができ、複数の距離測定部9による第1の距離の測定時間を短縮することができる。
また、上記した実施形態において、処理容器1の底壁1bには、底壁1bの変形を吸収するリンク部材701を介して板部材700が接続されている。傾き変更部7は、板部材700を基準としてステージ2の傾きを変更する。距離測定部9は、板部材700に固定されている。これにより、処理容器1の底壁1bが変形した場合であっても、距離測定部9による距離の測定精度を高く維持することができる。
また、上記した実施形態において、制御部102は、ステージ2に基板Wが載せられ、処理容器1内の圧力が基板Wに対する処理で使用される圧力に調整され、基板Wの温度が基板Wに対する処理で使用される温度に調整された後に、距離測定部9に上部壁とステージ2との間の距離を測定させる。これにより、実際に基板Wの処理が行われる環境において上部壁とステージ2との間の距離を測定することができる。これにより、実際に基板Wの処理が行われる環境において上部壁に対するステージ2の相対的な傾きを算出することができる。
また、上記した実施形態における傾き調整方法は、第1の回転工程と、第1の測定工程と、第2の回転工程と、第2の測定工程と、変更工程とを含む。第1の回転工程では、基板Wを載せるステージ2に形成された貫通孔20の位置が、ステージ2の下方に設けられた距離測定部9から光軸に沿って照射される光が貫通孔20を通過する位置となる角度となるまでステージ2が回転させられる。第1の測定工程では、距離測定部9から光軸に沿って処理容器1の上部壁へ照射された光と、距離測定部9によって受光された光とに基づいて距離測定部9と上部壁との間の第1の距離が測定される。第2の回転工程では、ステージ2が光軸に沿って距離測定部9から照射される光を遮る角度となるまでステージ2が回転させられる。第2の測定工程では、距離測定部9から光軸に沿って照射された光と、距離測定部9によって受光された光とに基づいて、距離測定部9とステージ2の下面との間の第2の距離が測定される。変更工程では、第1の距離と第2の距離の差に基づいて、上部壁とステージ2との間の距離が算出され、算出された距離に基づいて、上部壁とステージ2とが平行になるように上部壁に対してステージ2の傾きが変更される。これにより、処理容器1の上部壁に対するステージ2の傾きを抑制することができる。
[その他]
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態では、ステージ2の外周に沿って、ステージ2に複数の貫通孔20が形成されるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、ステージ2には、例えば図8に示されるように、貫通孔20が1つ形成されていてもよい。このような構成においても、ステージ2が回転することにより、それぞれの距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されるレーザ光が貫通孔20を通過するようにすることができる。また、ステージ2が回転することにより、それぞれの距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されるレーザ光がステージ2によって遮られるようにすることができる。なお、ステージ2に貫通孔20が1つ形成される場合、貫通孔20は、例えば図8に示されるように、基板Wの向きを明示する基準形状OFが配置される位置の近傍に形成されることが好ましい。これにより、ステージ2の貫通孔20が基板Wの処理の均一性へ与える影響を低減することができる。
また、上記した実施形態では、ステージ2の外周に沿って、ステージ2に複数の貫通孔20が形成されるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、ステージ2の外周には、例えば図9に示されるように、ステージ2の外周に沿って、複数の凸部2fおよび複数の凹部2gが形成されてもよい。図9の例では、ステージ2の外周に沿って、ステージ2に3個の凸部2fと3個の凹部2gが形成されている。また、図9の例では、3個の凹部2gは、等間隔となるようにステージ2の外周に沿って配置されている。それぞれの凹部2gは、例えば、ステージ2の中心Oとそれぞれの凹部2gとを結ぶ線分のなす角度が120°となるように配置されている。なお、図9の例において、凸部2fの下面は、基板Wが載せられるステージ2の上面に対して平行となるように形成されている。このような構成においても、ステージ2が回転することにより、それぞれの距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されるレーザ光が凹部2gを通過するようにすることができる。また、ステージ2が回転することにより、それぞれの距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されるレーザ光が凸部2fによって遮られるようにすることができる。なお、図9の例においても、図8と同様に、基板Wの基準形状OF配置される位置の近傍に凹部2gが1つ形成されていてもよい。
また、上記した実施形態では、ステージ2の外周に沿って、ステージ2に複数の貫通孔20が形成されるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、ステージ2の外周には、例えば図10に示されるように、ステージ2から離れる方向にステージ2の外周から突出する凸部2fが1つ形成されていてもよい。なお、図10の例において、凸部2fの下面は、基板Wが載せられるステージ2の上面に対して平行となるように形成されている。このような構成においても、凸部2fが距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されるレーザ光を遮らない角度までステージ2を回転させることにより、それぞれの距離測定部9からシャワーヘッド3にレーザ光を照射することができる。また、凸部2fが距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されるレーザ光を遮る角度までステージ2を回転させることにより、距離測定部9からシャワーヘッド3へ向けて照射されるレーザ光を凸部2fの下面で反射させることができる。なお、図10の例においても、図9の凸部2fと同様に、ステージ2の外周に沿って凸部2fが複数形成されていてもよい。
また、上記した実施形態において、距離測定部9は、レーザ光を用いて第1の距離および第2の距離を測定するが、開示の技術はこれに限られない。距離測定部9は、レーザ光以外の光を用いて第1の距離および第2の距離を測定してもよく、ミリ波等の他の電磁波を用いて第1の距離および第2の距離を測定してもよい。
また、基板Wに対する成膜等の処理が繰り返されると、シャワーヘッド3の下面等の処理容器1の内部には反応副生成物(いわゆるデポ)が付着する。このようなデポがシャワーヘッド3の下面に付着すると、距離測定部9とシャワーヘッド3の下面との距離の測定精度が低下する。そのため、距離測定部9による第1の距離および第2の距離の測定は、処理容器1内のデポを除去するためのクリーニングが実行された後であって、基板Wに対する処理が開始される前に行われることが好ましい。これにより、第1の距離および第2の距離をより精度よく測定することができる。
また、基板Wに対する処理が実行される前に測定された第1の距離が基準値として保存され、予め定められた数の基板Wに対する処理が終了する都度、第1の距離が再測定されてもよい。そして、測定された第1の距離と基準値とからシャワーヘッド3の下面に付着しているデポの厚さが推定されてもよい。これにより、実際のデポの厚さに即して処理容器1内のクリーニングのタイミングを決定することができる。
また、上記した実施形態では、それぞれの距離測定部9が第1の距離および第2の距離を測定するが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、第1の距離を測定する距離測定部9と、第2の距離を測定する距離測定部9とが別々に板部材700に設けられていてもよい。この場合、第1の距離を測定する距離測定部9は、レーザ光がステージ2に常に遮られない位置からシャワーヘッド3の下面へ向けてレーザ光を照射し、第2の距離を測定する距離測定部9は、ステージ2の下面へ向けて常にレーザ光を照射する。これにより、ステージ2を回転させなくても第1の距離および第2の距離を測定することができるため、シャワーヘッド3とステージ2との距離の測定に要する時間を短縮することができる。
また、上記した実施形態において、処理容器1は、上部壁の一例としてシャワーヘッド3を有するが、開示の技術はこれに限られない。処理容器1の上部壁は、ガス吐出孔3dを有さない電極や壁面等であってもよい。
また、上記した実施形態では、プラズマ源の一例として、容量結合型プラズマ(CCP)を用いて基板Wの処理を行う真空処理装置100を説明したが、プラズマ源はこれに限られない。容量結合型プラズマ以外のプラズマ源としては、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)、マイクロ波励起表面波プラズマ(SWP)、電子サイクロトン共鳴プラズマ(ECP)、およびヘリコン波励起プラズマ(HWP)等が挙げられる。
また、上記した実施形態では、成膜を行う真空処理装置100を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。即ち、減圧環境下で基板Wの処理を行う真空処理装置であれば、エッチング装置や加熱装置等の他の真空処理装置に対しても開示の技術を適用することができる。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
G ゲートバルブ
La 光軸
O 中心
OF 基準形状
W 基板
100 真空処理装置
101 本体
102 制御部
1 処理容器
1a 開口部
1b 底壁
1b1 凹部
1b2 球面軸受
1c 開口部
1d 絶縁部材
1e 窓
1f 側壁
2 ステージ
2a 支持部材
2b ヒータ
2c 位置
2d 下端部
2e 領域
2f 凸部
2g 凹部
20 貫通孔
3 シャワーヘッド
3a 天板
3b シャワープレート
3c ガス拡散室
3d ガス吐出孔
3e ガス導入口
3f 位置
30 RF電源
31 整合器
35 ガス供給部
36 配管
40 排気口
41 配管
42 排気装置
7 傾き変更部
70 吸収機構
70a 開口部
71 べローズ
72 アクチュエータ
73 ベース部材
73a 開口部
700 板部材
701 リンク部材
702 凸部
703 凹部
704 球面軸受
705 凸部
8 回転部
80 回転軸
81 真空シール
82 モータ
83 スリップリング
9 距離測定部

Claims (10)

  1. 上部壁、底壁、および側壁を有し、内部を真空雰囲気に維持可能な処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、基板が載せられるステージであって、前記基板を前記上部壁に対向するように保持するステージと、
    前記処理容器の前記底壁を貫通して前記ステージを下方から支持する支持部材と、
    前記処理容器の外部に位置する前記支持部材の端部に設けられ、前記処理容器の前記上部壁に対して前記ステージの傾きを変更する傾き変更部と、
    前記ステージに対向する前記上部壁の面における測定位置において前記上部壁と前記ステージとの間の距離を測定する距離測定部と、
    前記距離測定部によって測定された前記上部壁と前記ステージとの間の距離に基づいて、前記上部壁と前記ステージとが平行になるように前記傾き変更部を制御する制御部と
    を備える真空処理装置。
  2. 前記距離測定部は、3箇所以上の前記測定位置のそれぞれに対応して1つずつ設けられており、
    前記制御部は、
    それぞれの前記距離測定部によって測定された前記上部壁と前記ステージとの間の距離に基づいて、前記上部壁と前記ステージとが平行になるように前記傾き変更部を制御する請求項1に記載の真空処理装置。
  3. 前記ステージを回転させる回転部を備え、
    前記距離測定部は、前記ステージの下方に設けられ、前記測定位置へ向けて光を照射し、照射された光と、前記光の光軸上にある物体から反射して受光された光とに基づいて、前記距離測定部と前記物体との間の距離を測定し、
    前記ステージには、貫通孔が形成されており、
    前記制御部は、
    前記ステージの前記貫通孔の位置が、前記光軸に沿って照射される光が前記貫通孔を通過する位置となる角度となるまで前記ステージが回転するように前記回転部を制御した後に、前記距離測定部に、前記距離測定部と前記上部壁との間の第1の距離を測定させ、
    前記ステージが前記光軸に沿って照射される光を遮る角度となるまで前記ステージが回転するように前記回転部を制御した後に、前記距離測定部に、前記距離測定部と前記ステージの下面との間の第2の距離を測定させ、
    前記第1の距離と前記第2の距離の差に基づいて、前記上部壁と前記ステージとの間の距離を算出する請求項1または2に記載の真空処理装置。
  4. 前記貫通孔は、前記ステージにおいて前記基板が載せられる領域の外側の領域に形成されている請求項3に記載の真空処理装置。
  5. 前記距離測定部は、3箇所以上の前記測定位置のそれぞれに1つずつ設けられており、
    複数の前記距離測定部は、前記上部壁の面に交差する方向から見た場合に、前記ステージの外周に沿って等間隔に配置されている請求項3または4に記載の真空処理装置。
  6. 前記貫通孔の数は、前記距離測定部の数と同じであり、
    複数の前記貫通孔は、前記ステージの外周に沿って等間隔で配置されている請求項5に記載の真空処理装置。
  7. 前記処理容器の前記底壁には、前記底壁の変形を吸収するリンク部材を介して板部材が連結されており、
    前記傾き変更部は、前記板部材を基準として前記ステージの傾きを変更し、
    前記距離測定部は、前記板部材に固定されている請求項1から6のいずれか一項に記載の真空処理装置。
  8. 前記制御部は、
    前記ステージに前記基板が載せられ、前記処理容器内の圧力が前記基板に対する処理で使用される圧力に調整され、前記基板の温度が前記基板に対する処理で使用される温度に調整された後に、前記距離測定部に前記上部壁と前記ステージとの間の距離を測定させる請求項1から7のいずれか一項に記載の真空処理装置。
  9. 前記制御部は、
    前記処理容器内のクリーニングが実行された後に、前記距離測定部にそれぞれの測定位置について前記上部壁と前記ステージとの間の距離を測定させる請求項1から8のいずれか一項に記載の真空処理装置。
  10. 基板を載せるステージに形成された貫通孔の位置が、前記ステージの下方に設けられた距離測定部から光軸に沿って照射される光が前記貫通孔を通過する位置となる角度となるまで前記ステージを回転させる第1の回転工程と、
    前記距離測定部から前記光軸に沿って処理容器の上部壁へ照射された光と、前記距離測定部によって受光された光とに基づいて前記距離測定部と前記上部壁との間の第1の距離を測定する第1の測定工程と、
    前記ステージが前記光軸に沿って前記距離測定部から照射される光を遮る角度となるまで前記ステージを回転させる第2の回転工程と、
    前記距離測定部から前記光軸に沿って照射された光と、前記距離測定部によって受光された光とに基づいて、前記距離測定部と前記ステージの下面との間の第2の距離を測定する第2の測定工程と、
    前記第1の距離と前記第2の距離の差に基づいて、前記上部壁と前記ステージとの間の距離を算出し、算出された距離に基づいて、前記上部壁と前記ステージとが平行になるように前記上部壁に対して前記ステージの傾きを変更する変更工程と
    を含む傾き調整方法。
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