JP2923008B2 - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明は、成膜方法及び成膜装置に係り、特に半導体
装置の製造工程に用いるに好適な成膜方法及び成膜装置
に関する。
装置の製造工程に用いるに好適な成膜方法及び成膜装置
に関する。
半導体装置の製造に用いるプロセス装置では、良く制
御された反応等を実現するためプロセス温度の正確な制
御が重要である。温度が最も重要な設定条件になってい
るプロセス装置の代表は、酸化炉等の所謂炉体である。
この種の炉体の中は、大気と置換した酸化性雰囲気であ
る。この場合の置換雰囲気は大気圧またはそれ以上であ
り、炉体中の例えばシリコンウェハは石英のチューブの
回りに設置されたヒータからの輻射と石英チューブ中の
大気圧雰囲気による熱伝導によって加熱される。即ち、
熱を伝導される媒体が存在するので、温度の測定はその
熱伝導雰囲気に設置した熱電対などの測定子を使って比
較的正確に行なうことができる。 また、熱伝導の媒体を用いない例としては、例えば蝕
刻工程でのマスクに用いるホトレジストを塗布する工程
で用いるホトレジストのベーク装置を挙げることができ
る。この装置では、ベーキングを大気圧雰囲気で行う
が、所定のベーク温度に加熱したシリコンウェハよりも
大きな熱容量を持つヒートブロック上にシリコンウェハ
を置載し、更にシリコンウェハをヒートブロック側に設
けられた真空チャックによって、シリコンウェハ全面を
大気圧によってヒートブロックに押し付ける。このため
にウェハの温度がヒートブロックの温度に平衡するの
で、ヒートブロックに取付けた熱電対等の温度測定子に
よって正確にウェハの温度を制御、管理することができ
る。 半導体製造プロセスの多くは、純度の高い材料や、塵
埃の無い環境での良く制御された反応を利用するもので
あるため、しばしば真空中での処理が必要となる。 従来、半導体製造装置において真空中でのウェハの正
確な温度制御は、以下に述べるような理由から本質的に
困難であった。 即ち、ランプヒータでの加熱では熱を伝える媒体が存
在せず輻射のみによってウェハは加熱されるために、良
く知られるように金属鏡面では小さな吸収しかおこら
ず、また黒体では大きな吸収が起こり、結果として加熱
されるウェハの表面状態によって加熱される度合が大き
く異なることになる。 熱電対をウェハに取り付けることによってプロセス中
のウェハ温度を正確に測定することも試みられてきた
が、熱電対をウェハに点接触させた状態でウェハの温度
を測定するため熱電対の接触状態を一定に安定させるこ
とが困難で、測定温度に再現性が乏しい欠点がある。 また、赤外線の輻射によってウェハを加熱する場合、
赤外領域の広い範囲でウェハが殆ど透明であるため、熱
電対にウェハからの伝導によってのみ熱が伝わるのでは
なく、熱電対自身がランプヒータによって加熱されてし
まう場合もあり正確なウェハの測温は困難である。 また、真空中に強制的に伝導媒体を持ち込む方法もあ
る。例えば、特開昭56−48132号または特開昭58−21343
4号に述べられているように、シリコンウェハを真空雰
囲気中に設置されたヒートブロックにクランプし、シリ
コンウェハの裏面とヒートブロックとの間に１トール前
後の圧力でガスを充填することによって、ヒートブロッ
クの温度にウェハの温度を平衡させるというものであ
る。この場合もヒートブロックに取付けた熱電対等の温
度測定子によってウェハの温度を制御・管理することが
できる。 しかしながらこの例では、大気圧下での真空チャック
の使用に比較して小さな力によってウェハをヒートブロ
ックにクランプするものであるため温度の均一性、再現
性が十分でない。最大の欠点は、熱伝導媒体の密度が低
いためにヒートブロックからウェハへの熱伝導に時間が
掛ることである。最終的にはヒートブロックとウェハと
が熱的に平衡に達するとしても、上記の例にも述べられ
ているように数秒から数十秒の時間が掛り、更にこの熱
伝導時間の再現性については様々な要因が影響を与える
と考えられる。 以上述べるように、いずれの加熱手段をとるにして
も、真空中で非接触でウェハの温度を測定する必要があ
る。その方法の一つとして赤外線温度計を用いて赤外領
域のウェハからの輻射強度を測定する方法が提案されて
いる。 即ち、この方法はスパッタリング装置においてウェハ
をヒートステージに置載して加熱しながら、ウェハに対
向して設置されたターゲットにあけた貫通孔を通じて赤
外線温度計によってウェハの温度を測定するものであ
る。つまり、予め校正用試料によって特定の温度でのウ
ェハの赤外線輻射率を測定しておき、その値によってス
パッタ中のウェハ温度を制御するものである。 なお、この種の技術に関連するものとしては、例えば
特開平１−129966号公報を挙げることができる。
御された反応等を実現するためプロセス温度の正確な制
御が重要である。温度が最も重要な設定条件になってい
るプロセス装置の代表は、酸化炉等の所謂炉体である。
この種の炉体の中は、大気と置換した酸化性雰囲気であ
る。この場合の置換雰囲気は大気圧またはそれ以上であ
り、炉体中の例えばシリコンウェハは石英のチューブの
回りに設置されたヒータからの輻射と石英チューブ中の
大気圧雰囲気による熱伝導によって加熱される。即ち、
熱を伝導される媒体が存在するので、温度の測定はその
熱伝導雰囲気に設置した熱電対などの測定子を使って比
較的正確に行なうことができる。 また、熱伝導の媒体を用いない例としては、例えば蝕
刻工程でのマスクに用いるホトレジストを塗布する工程
で用いるホトレジストのベーク装置を挙げることができ
る。この装置では、ベーキングを大気圧雰囲気で行う
が、所定のベーク温度に加熱したシリコンウェハよりも
大きな熱容量を持つヒートブロック上にシリコンウェハ
を置載し、更にシリコンウェハをヒートブロック側に設
けられた真空チャックによって、シリコンウェハ全面を
大気圧によってヒートブロックに押し付ける。このため
にウェハの温度がヒートブロックの温度に平衡するの
で、ヒートブロックに取付けた熱電対等の温度測定子に
よって正確にウェハの温度を制御、管理することができ
る。 半導体製造プロセスの多くは、純度の高い材料や、塵
埃の無い環境での良く制御された反応を利用するもので
あるため、しばしば真空中での処理が必要となる。 従来、半導体製造装置において真空中でのウェハの正
確な温度制御は、以下に述べるような理由から本質的に
困難であった。 即ち、ランプヒータでの加熱では熱を伝える媒体が存
在せず輻射のみによってウェハは加熱されるために、良
く知られるように金属鏡面では小さな吸収しかおこら
ず、また黒体では大きな吸収が起こり、結果として加熱
されるウェハの表面状態によって加熱される度合が大き
く異なることになる。 熱電対をウェハに取り付けることによってプロセス中
のウェハ温度を正確に測定することも試みられてきた
が、熱電対をウェハに点接触させた状態でウェハの温度
を測定するため熱電対の接触状態を一定に安定させるこ
とが困難で、測定温度に再現性が乏しい欠点がある。 また、赤外線の輻射によってウェハを加熱する場合、
赤外領域の広い範囲でウェハが殆ど透明であるため、熱
電対にウェハからの伝導によってのみ熱が伝わるのでは
なく、熱電対自身がランプヒータによって加熱されてし
まう場合もあり正確なウェハの測温は困難である。 また、真空中に強制的に伝導媒体を持ち込む方法もあ
る。例えば、特開昭56−48132号または特開昭58−21343
4号に述べられているように、シリコンウェハを真空雰
囲気中に設置されたヒートブロックにクランプし、シリ
コンウェハの裏面とヒートブロックとの間に１トール前
後の圧力でガスを充填することによって、ヒートブロッ
クの温度にウェハの温度を平衡させるというものであ
る。この場合もヒートブロックに取付けた熱電対等の温
度測定子によってウェハの温度を制御・管理することが
できる。 しかしながらこの例では、大気圧下での真空チャック
の使用に比較して小さな力によってウェハをヒートブロ
ックにクランプするものであるため温度の均一性、再現
性が十分でない。最大の欠点は、熱伝導媒体の密度が低
いためにヒートブロックからウェハへの熱伝導に時間が
掛ることである。最終的にはヒートブロックとウェハと
が熱的に平衡に達するとしても、上記の例にも述べられ
ているように数秒から数十秒の時間が掛り、更にこの熱
伝導時間の再現性については様々な要因が影響を与える
と考えられる。 以上述べるように、いずれの加熱手段をとるにして
も、真空中で非接触でウェハの温度を測定する必要があ
る。その方法の一つとして赤外線温度計を用いて赤外領
域のウェハからの輻射強度を測定する方法が提案されて
いる。 即ち、この方法はスパッタリング装置においてウェハ
をヒートステージに置載して加熱しながら、ウェハに対
向して設置されたターゲットにあけた貫通孔を通じて赤
外線温度計によってウェハの温度を測定するものであ
る。つまり、予め校正用試料によって特定の温度でのウ
ェハの赤外線輻射率を測定しておき、その値によってス
パッタ中のウェハ温度を制御するものである。 なお、この種の技術に関連するものとしては、例えば
特開平１−129966号公報を挙げることができる。
しかし、この方法には以下に述べるようにウェハの輻
射率は必ずしも一定しないために、正確な測温は困難で
あり幾つかの問題点がある。 即ち、校正用試料にはターゲット材と同一の金属、例
えばアルミを数100Å成膜したシリコンウェハを用いる
が、ウェハの赤外線温度計によって観察する側の表面の
金属膜の有無によって、このウェハ表面からの赤外線輻
射率が異なるため、成膜前の温度制御を行うことができ
ない。また、金属膜を成膜する場合には鏡面が形成さ
れ、非常に小さな輻射率となり、測定が難しくなる場合
もある。 また、成膜開始後も、ある程度の膜厚（例えば、アル
ミを500〜1000Å）に成膜するまでは正確な温度測定を
行うことができない。 真空中でのウエハの正確な温度計測とそれに伴う温度
制御を行うためには、同じ金属膜を形成したウェハでも
製品ロットによって赤外線輻射率に相違があるため、こ
の例のように校正用のウェハを別に用意する方式では、
実際に成膜を行うウェハそのものでないため正確な温度
制御ができない。 上述のように従来用いられてきた真空処理装置では、
様々な温度制御手段は用いられているものの、そのプロ
セスの温度を正確に知って制御できているものは無かっ
た。 即ち、赤外線温度計を用いたウェハの温度制御の理想
的な方法は、実際に成膜を行うウェハそのものを用いて
赤外線温度計の校正を行い、膜の有無やその状態による
赤外線輻射率の違いに左右されずに測定できる方法であ
る。しかしながら、未だ実用に供し得るものが提案され
ていない。 したがって、本発明の目的は、上記従来の問題点を解
消することに有り、その第１の目的は、例えばスパッタ
やCVD（Chemical Vapor Deposition）による成膜方法に
おいて真空中での基体の温度を正確に計測し、制御でき
る改良された成膜方法を、そして第２の目的は、この成
膜方法を実現するための改良された成膜装置を、それぞ
れ提供することにある。
射率は必ずしも一定しないために、正確な測温は困難で
あり幾つかの問題点がある。 即ち、校正用試料にはターゲット材と同一の金属、例
えばアルミを数100Å成膜したシリコンウェハを用いる
が、ウェハの赤外線温度計によって観察する側の表面の
金属膜の有無によって、このウェハ表面からの赤外線輻
射率が異なるため、成膜前の温度制御を行うことができ
ない。また、金属膜を成膜する場合には鏡面が形成さ
れ、非常に小さな輻射率となり、測定が難しくなる場合
もある。 また、成膜開始後も、ある程度の膜厚（例えば、アル
ミを500〜1000Å）に成膜するまでは正確な温度測定を
行うことができない。 真空中でのウエハの正確な温度計測とそれに伴う温度
制御を行うためには、同じ金属膜を形成したウェハでも
製品ロットによって赤外線輻射率に相違があるため、こ
の例のように校正用のウェハを別に用意する方式では、
実際に成膜を行うウェハそのものでないため正確な温度
制御ができない。 上述のように従来用いられてきた真空処理装置では、
様々な温度制御手段は用いられているものの、そのプロ
セスの温度を正確に知って制御できているものは無かっ
た。 即ち、赤外線温度計を用いたウェハの温度制御の理想
的な方法は、実際に成膜を行うウェハそのものを用いて
赤外線温度計の校正を行い、膜の有無やその状態による
赤外線輻射率の違いに左右されずに測定できる方法であ
る。しかしながら、未だ実用に供し得るものが提案され
ていない。 したがって、本発明の目的は、上記従来の問題点を解
消することに有り、その第１の目的は、例えばスパッタ
やCVD（Chemical Vapor Deposition）による成膜方法に
おいて真空中での基体の温度を正確に計測し、制御でき
る改良された成膜方法を、そして第２の目的は、この成
膜方法を実現するための改良された成膜装置を、それぞ
れ提供することにある。
上記目的を達成するために本発明者等は以下に詳述す
るような検討を行い、種々の知見を得た。 即ち、本発明では、赤外線輻射温度計を主たる温度計
測の手段として用いるために、基体（例えばシリコンウ
ェハ）ごとに校正する。具体的には対象とする真空処理
装置によって基体の処理を行う前に、基体ごとに既知の
温度に加熱乃至は冷却を行い、１点乃至は複数点の温度
において、第１の赤外線輻射温度計によって基体の温度
を測定する。この時に得られる第１の赤外線輻射温度計
の指示値から、温度校正ステージ以降、真空処理チャン
バ内の赤外線輻射温度計に補正をかける。具体的には、
この補正値を予め知って、例えば粗い補正、または狭い
温度範囲を対象としていれば単なる係数を以て、温度校
正ステージ以降の赤外線輻射温度計の校正を行う。複数
の温度校正点を持つ場合には、コンピュータにそれぞれ
の温度校正データを取り込み、補正のための演算を行う
等の方法がある。 上記した温度校正ステージは、真空に限らず大気圧の
環境下にあっても構わない。大気圧の環境下であれば、
装置構造が一般に簡易になるばかりでなく、既知の温度
に加熱乃至は冷却したヒートブロック（ステージ）の温
度に対象とするウェハの温度をより容易に近ずけること
が可能である。 具体的には、温度校正ステージを大気圧下に設定する
場合には、ステージに真空チャックを使用して基体を基
体よりも大きな熱容量を持ったヒートブロックに密着さ
せることが可能であり、こうすることによってより正確
に、また短時間で基体の温度をヒートブロック温度に近
づけることができる。温度校正を行なう部分は、所謂ス
パッタ装置本体に近接して設ける必要もなく、またスパ
ッタ装置本体に組み込む必要もない。 上記した温度校正点の温度を高くとる必要のあるとき
には、雰囲気によっては対象とする基体の表面が酸化さ
れるなどの問題が生ずるので、温度校正ステージのある
チャンバの雰囲気を大気との置換雰囲気、例えば窒素や
アルゴン雰囲気とすることがより好ましい。 温度校正ステージを真空下に設定する場合には、上記
したようなヒートブロックと基体との熱伝導を良好にす
るため、これら両者間に５パスカル以上の圧力で加熱も
しくは冷却ガスを熱伝導媒体として介在させることによ
って比較的短時間のうちに基体温度がヒートブロックに
近づく。 例えば、スパッタ法によって薄膜を基体上に形成する
装置にあっては、大気中にあった基体を真空処理槽内に
取り込むに際し、基体の表面に吸着している水分を充分
に除去するために基体を150℃以上に加熱する必要があ
ったり、また、これとは逆にすでに昇温加熱された基体
の温度を成膜開始温度にまで真空槽内で降温する必要の
ある場合等がある。この昇温、降温の場合には、温度制
御の都度正確な温度の測定が必要であり、これらの温度
を測定する赤外線輻射温度計について予め基体ごとに温
度校正を行うことが必要である。即ち所定の真空処理を
行う前に予め既知の温度に基体を加熱乃至は冷却し、第
１の赤外線輻射温度計によってこの基体温度を測定する
などして、この測定結果にもとづいて以降の真空処理プ
ロセスで使用する単数または複数の第２の赤外線輻射温
度計を校正することのできる機能を備え、スパッタ装置
やCVD装置の如く基体の温度を正確に制御する必要のあ
る成膜装置を構成すれば、より電子部品に好適なプロセ
スを実現できる。 上記した第１及び第２の赤外線輻射温度計による測定
は、同一の赤外領域の波長にて行うことがより正確な校
正を可能とする。 また、上記した既知温度での第１の赤外線輻射温度計
の校正を加熱した基体で行う場合に、既知温度への加熱
行為を真空中で行えば基体に吸着した水分の除去のため
の所謂ベーキング処理と兼用させることができるので、
装置規模を縮小させることができ、好ましい場合もあ
る。 例えば、スパッタ装置の真空処理チャンバ内で基体の
昇温を行う場合、予め赤外線輻射温度計が校正されてい
れば、ヒートブロックを用いる代わりに、ランプによる
輻射加熱を行うことができ、より安価なスパッタ装置を
構成することができる。 真空処理チャンバ内でランプによる加熱を用いる際に
は、ランプの光が赤外線輻射温度計に迷光として入る場
合があるので、赤外線輻射温度計の測定波長はランプの
輻射する波長とは異なった波長域であることが本質的に
好ましい。 基体として例えばシリコンウェハを用いる場合には、
シリコンウェハが赤外領域で殆ど透明であることから、
一般に広く用いられている石英ガラス入りの赤外線ラン
プでは高効率な加熱ができない。ランプとしてはシリコ
ンウェハの吸収効率の高い短波長のものを用いることが
より好ましい。 基体からの吸着水分の除去のための真空中でのベーキ
ング加熱温度に比較して、真空処理チャンバ内で基体へ
の成膜を開始する温度が低い場合には、ベーキングを行
った後で、真空槽の中で基体を所定温度まで冷却し、基
体を所定の成膜開始温度に合わせなければならない。こ
のような成膜プロセスを高精度で実現するためには、温
度校正チャンバ内の第２の放射温度計の温度校正を行う
ための第１の赤外線輻射温度計を備えたステージと、真
空中で基体のベーキングを行うステージと、更に成膜を
開始する前に所定の成膜を開始する温度に冷却するステ
ージと、そして冷却ステージでの基体温度を第１の赤外
線輻射温度計で得られた補正値を演算し用いることで正
確に測定できる第２の赤外線輻射温度計とを備えたスパ
ッタ装置が必要である。 基体を赤外線輻射温度計にて観察する際、金属膜表面
を観察すると前述の通り輻射率が小さいために測定が難
しいので、金属膜を形成する面と反対の面を観察するこ
とが望ましい。そのためには、加熱または冷却用ステー
ジに観察用の貫通孔（開口窓）を設ける必要があるが、
このため基体の温度分布に不均一性が生じることがあ
る。この場合、同一チャンバ内でステージを２分割し、
共に同一の温度になるように調整しておく。即ち、一方
の加熱または冷却用ステージには赤外線輻射温度計によ
る基体温度観察用の開口窓を設けず、他方の温度測定用
ステージに開口窓を設け、一方のステージで基体を加熱
または冷却後速やかに他方のステージに搬送し温度測定
をすることによってこのような不均一性を低減すること
ができる。 温度校正点を複数点設けることによってより正確なプ
ロセス温度の制御が可能になるが、基体温度校正チャン
バ内の加熱手段または冷却手段を複数設けることによっ
て複数の温度での校正をより短時間に行うことができ
る。 また、スパッタリングにより金属膜を成膜する装置の
場合、基体に成膜される金属膜が観察される表面とは逆
の表面に輻射する赤外線を反射するため、膜の有無によ
って赤外線輻射温度計に入射する輻射の大きさが異な
り、見掛けの赤外線輻射率が異なるが、以下に述べるシ
ャッタにより基体の赤外線輻射温度計によって観察され
る表面とは反対側の表面へ輻射する赤外線が殆ど反射さ
れるため、成膜前後での見掛けの赤外線輻射率の差を著
しく低減することができる。 また、基体の加熱または冷却用ステージにおいて、ス
テージの開口窓を通して基体が赤外線輻射温度計によっ
て観察される表面の反対側の表面に近接して赤外線輻射
温度計の測定波長に対して充分に鏡面である部材でその
主面が構成されたシャッタ機構を配設することによっ
て、基体を貫通して赤外線輻射温度計に入射する迷光を
遮断することができる。 以上の知見に基づいて本発明は成されたものであり、
その目的達成手段を以下に具体的に述べれば、上記第１
の目的は、成膜処理が施されるべき基体を温度管理して
基体に成膜処理を行なう成膜方法であって、成膜処理前
に、前記基体が成膜処理を施される側の表面に、第１の
赤外線輻射温度計の測定波長に対して実質的に鏡面を構
成する部材を近接して配置することで、前記基体が成膜
処理中及び処理後に呈する赤外線輻射特性を疑似的に起
こさせ、前記基体の既知の温度での輻射強度を前記第１
の赤外線輻射温度計により測定する工程と、前記既知の
温度に基づく疑似的状態にある基体からの輻射強度を測
定した前記第１の赤外線輻射温度計の出力から、第２の
赤外線輻射温度計により前記基体の温度を正しく獲得す
るための赤外線感度補正値を演算して記憶手段に記憶す
る工程と、未知の温度条件にある被測定対象の前記基体
の成膜処理中及び処理後に、前記基体の輻射温度を前記
第２の赤外線輻射温度計により測定する工程と、前記基
体の輻射強度を測定する前記第２の赤外線輻射温度計か
らの出力を、前記事前獲得した赤外線感度補正値に基づ
き補正して前記基体の真の温度を算出する工程と、前記
算出した温度にしたがって、前記基体を温度管理して成
膜処理を行なう工程とを有して成る成膜方法により、達
成される。そして、上記第２の目的は、基体を載置する
第１のステージと、前記第１のステージに載置された基
体からの輻射強度を測定する第１の赤外線輻射温度計と
を備えた温度校正ユニットと、前記第１の赤外線輻射温
度計の出力及び前記基体の少なくとも一つの既知温度に
基づいて、前記第１の赤外線輻射温度計と同一の赤外領
域の波長にて測定を行なう第２の赤外線輻射温度計によ
り前記基体の温度を正しく獲得するための赤外線感度補
正値を演算して記憶する手段と、前記基体を載置する第
２のステージと、前記基体を任意の温度に加熱または冷
却する手段と、前記基体に成膜処理する手段とを備えた
真空成膜処理チャンバと、前記第２のステージに載置さ
れた基体からの輻射強度を測定する第２の赤外線輻射温
度計と、前記第２の赤外線輻射温度計の出力から、事前
に求めた前記赤外線感度補正値に基づき、前記真空成膜
処理チャンバの前記第２のステージに載置された基体の
真の温度を算出する手段と、少なくとも前記温度校正ユ
ニットで、前記基体に成膜処理を施す表面側に近接して
配設され、前記第１及び第２の赤外線輻射温度計の測定
波長に対して実質的に鏡面である部材でその主面が構成
されたシャッタ機構とを具備して成る成膜装置により、
達成される。上記真空成膜処理チャンバの実用的に好ま
しい構成としては、スパッタリング、真空蒸着、もしく
はCVDによって所定条件のもとで金属薄膜、もしくは絶
縁薄膜を成膜形成することのできる真空成膜処理チャン
バとすることである。 〔作用〕 真空処理チャンバにて基体に所定の処理を行う前に、
温度校正ステージにおいては、基体を既知の温度に加熱
または冷却し第１の赤外線輻射温度計によりウェハから
の輻射強度を測定し、熱電対によって基体の温度と平衡
したステージ温度を設定し、その測定結果に基づいて赤
外線輻射温度計の補正値、或は輻射率を演算する。この
演算結果に基づいてその後の真空処理チャンバ内の基体
の温度を第２、第３の温度計で正確に測定する。そして
その測定結果に基づいて温度制御系を作動させて真空処
理チャンバ内の基体の温度を所定値に設定して成膜処理
等の真空処理を正確に温度管理された状態で行う。 また、温度校正ステージにおいては、第１の赤外線輻
射温度計と熱電対による校正温度の測定を異なる複数の
温度にて行うことによって、以後の真空処理チャンバ内
での基体の温度制御を行うに際に、広い温度範囲でのプ
ロセス温度の制御が可能になる。 更に、上述した第１の赤外線輻射温度計と熱電対によ
る校正温度の測定のための加熱手段または冷却手段とし
て複数の手段を設けることによって、異なる複数の温度
による校正をより短時間で行うことができる。 基体を加熱または冷却中に基体を赤外線輻射温度計に
て観察するために加熱または冷却用ステージに貫通孔
（開口窓）を設ける必要があるが、この貫通孔のために
基体の温度分布に不均一性が生じることがある。そこで
この対策としては、基体表裏両面を加熱するようにして
も可能であるが、ステージを２つ用い、一方の基板加熱
または冷却用ステージには開口窓を設けず温度制御専用
のステージとし、他方の温度測定用ステージに開口窓を
設け、温度測定に当たってはこの一方のステージから他
方のステージへ基板を移動して温度測定を行うようにし
ても良い。 本発明において基体の温度測定時に基体に近接してシ
ャッタを配設することは、基板の正確な温度測定をする
上で極めて重要な役割を果たす。 その第１の役割は、金属膜をスパッタ或いはCVD等に
より成膜する装置の場合には、金属膜の有無にかかわら
ず、このシャッタにより金属膜が成膜しているのと同じ
赤外線輻射率を得ることができるため、成膜前後での見
掛けの赤外線輻射率の違いを補正することができ、正確
な温度測定に基づく基板の正しい温度制御を可能とする
ことにあり、第２の役割は、これにより赤外輻射光強度
の向上によって測定精度を向上させることであり、第３
には基体を貫通して赤外線輻射温度計に入射する迷光を
遮断し、迷光による測定誤差を防止することにある。 なお、ここで説明できなかったその他の作用について
は、実施例の項で具体的に説明する。 〔実施例〕 以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。 実施例1. 第１図は、本発明真空処理装置をスパッタ成膜装置に
適用した一実施例を示した概略構成図である。この実施
例では、成膜対象である基体をシリコンウェハとし、こ
の上にAl薄膜をスパッタリングにより成膜する一例を代
表例として説明する。 本発明の真空処理装置１は、基体温度校正ステージ５
をもつ基体温度校正チャンバ２と、基体の加熱及び冷却
を行う基体温度調整ステージ６をもつ基体温度調整チャ
ンバ３と、スパッタ成膜ステージ７とAlターゲット８と
スパッタ電極９とをもつスパッタ成膜チャンバ４との三
つのチャンバから構成されている。そしてこれらのチャ
ンバはそれぞれゲートバルブGV1及びGV2により接続され
独立している。また、基体温度校正チャンバ２とスパッ
タ成膜チャンバ４とには、排気系が接続され、一方では
所定の真空状態に保持できると共に、他方ではガス導入
口から所定のガスを導入し基体温度校正チャンバ２にお
いては空気や窒素ガスを導入して大気圧にまで設定で
き、スパッタ成膜チャンバ４においてはスパッタガスを
導入して所定の放電によりプラズマが生じる環境に設定
できるように構成されている。更にまた、各ステージに
は後述するように加熱及び冷却手段が設けられていると
共に、基体10からの輻射赤外線を観測するための貫通口
から成る開口窓19が配設されており、この開口窓19を通
して光学的に結合されて第１、第２及び第３の赤外線輻
射温度計11、14及び15が接続されている。基体温度校正
ステージ５には、基体温度校正ステージ５の温度を正確
に測定するための熱電対12が設けられている。そして第
１の赤外線輻射温度計11からの出力及び熱電対12の出力
を入力して、赤外線感度補正値（輻射率）を演算した
り、この演算結果に基づいて第２、第３の赤外線輻射温
度計14及び15の補正をし、それぞれのステージ上の基体
10の正しい温度を計測したり、最終的にはこれらの計測
データに基づき所定のステージ温度に設定する指令を各
ステージの加熱及び冷却手段にフィードバックしてステ
ージの温度を所定値に設定コントロールする、所謂真空
処理装置全体の温度を管理するための基体温度制御器13
を備えている。 そして各チャンバの機能について説明すると、基体温
度校正チャンバは、通常、成膜開始温度よりも高い既知
の温度に設定された基体10からの赤外線輻射強度を第１
の赤外線輻射温度計11で測定し、輻射率を算出してこの
赤外線輻射温度計の校正を行う。基体温度調整チャンバ
３は、次のスパッタ成膜チャンバ４に基体を搬送する前
の温度調整機能をもち、スパッタ成膜チャンバ４は、基
体にスパッタにより成膜を行う機能を持つ。 以下に各ステージの温度を制御して基体10を所定温度
に保持してAlターゲット８からシリコンウェハ基体10上
にAl薄膜をスパッタ成膜する具体例につき説明する。 まず、大気圧下におかれた基体温度校正チャンバ２内
において、ウェハ10は校正ステージ５上で200℃、300
℃、400℃の３温度点に段階的に加熱される。なお、こ
れらステージ５、６、７での加熱、冷却法については、
とりまとめて後述する。 この校正ステージ５上で加熱された基体10の裏面を、
第１の赤外線輻射温度計11と熱電対12で観察及び測定
し、基体温度制御器13の演算処理部で各温度段階の温度
の指示値を得る。つまり、熱電対12で基体温度と平衡に
なっている校正ステージの温度を実測し、その温度を基
体温度としてその時の輻射率を赤外線輻射温度計11で観
察して、基体温度制御器13の演算処理部でこの輻射率に
基づく温度の指示値を得る。 ウェハ10は、予め既知温度に加熱設定されているの
で、この第１の赤外線輻射温度計11から得られた輻射率
を逆算して求めることができるので、以後の真空中での
基体温度調整チャンバ３とスパッタ成膜チャンバ４の処
理温度は、この輻射率を使用して、第２、第３の赤外線
輻射温度計14、15から輻射率を補正して読み取る。 第１の赤外線輻射温度計11による輻射率の校正が終了
した時点で、基体温度校正チャンバ２内を排気して真空
状態とした後、ウェハ10は、ゲートバルブGV1を開いて
校正チャンバ２から真空下の基体温度調整チャンバ３に
搬送され、第２の赤外線輻射温度計14により温度測定さ
れる。その測定結果から基体温度制御器13によりステー
ジ６の温度調整を行い、ウェハ10の温度を任意の温度に
調整する。この例では、100℃にセットした。その後ウ
ェハ10は、ゲートバルブGV2を開いて真空状態のスパッ
タ成膜チャンバ４のステージ７に搬送され、第３の赤外
線輻射温度計15により温度測定され、その結果をもとに
ステージ７の温度を任意の温度に調整し、基体10の温度
を任意の温度に制御してスパッタ成膜を行う。この例で
は、250℃にセットしてAlのスパッタ成膜を行なった。
スパッタ成膜後、ウェハ10を再度校正チャンバ２に搬送
し、輻射率の再校正を行い、この輻射率を以後のスパッ
タ成膜時の温度測定時の補正に用いた。 なお、各チャンバ間を搬送するための簡易手段として
は、例えばシリコーンゴム等の耐熱性ベルトを用いた搬
送機構、ロボットが用いられる。 次に、第２図により基体を載置するステージの構造の
概略、加熱、冷却方法及びウェハの輻射率の測定方法に
ついて、スパッタステージ７の例を用いて説明する。 （１）基板ステージの構造と加熱、冷却方法： スパッタステージ７はステージを加熱するための電熱
ヒータ18を内蔵し、真空中でウェハに熱を伝達する例え
ば、空気や窒素ガス等の伝熱ガスが流れる構造となって
おり、ウェハに伝熱ガスを均一に接触させるためのクラ
ンプ17が設置されている。また、ウェハの温度を赤外線
輻射温度計15により測定するため輻射線観測用空洞を校
正する開口窓19が設けてある。ウェハを冷却する場合に
は、図示していないが、ヒータ18の替りにフレオン等の
冷却媒体を循環させステージを冷却し、上記と同様に伝
熱ガスによりウェハを冷却する。 また、校正ステージ５ではチャンバ内が大気圧である
ため伝熱ガスは用いず真空排気を行い、真空チャックに
よりステージとの密着性を保ち熱伝導により熱伝達を行
うようになっている。 （２）輻射率の測定： 次に赤外線輻射温度計によるウェハ基体の温度計測方
法について説明する。本実施例では、赤外線輻射温度計
11、14、15を各ステージの下部に設置し、ウェハの裏側
の温度を測定するようになっており、各チャンバ内から
の迷光が赤外線温度計に入射しないように迷光遮断用円
筒16を各ステージと赤外線輻射温度計の間に設けてあ
る。 本実施例では、真空中での処理はスパッタリングによ
る基体へのAlの成膜である。基体がAl金属の成膜を受け
ると、Al膜からの反射される分だけ輻射率が大幅に高く
なる。したがって基体温度校正ステージで成膜処理前に
測定して求めた輻射率は、その後の成膜処理により使用
できなくなる。 本発明では成膜処理が終了したウェハを再び校正チャ
ンバにて予め設定された既知の温度に加熱し、再び新し
い表面に対して輻射率を測定し、再校正をする。これに
よつて例えば成膜終了直後のウェハを赤外線輻射温度計
で測定しておき、成膜後の（２回目の）輻射率測定によ
って正しい輻射率を算出することが、成膜直後のウェハ
温度を正しく知ることが可能である。 例えば成膜直後のウェハの温度が高すぎる場合には、
成膜中乃至は成膜前に行う基板加熱量を減少させるよう
に、加熱条件の設定を変える。 成膜開始時の設定温度を変更することなしに、成膜終
了直後の温度だけ低下させたい場合には、基体ステージ
でのガス冷却を行い、基体裏面のガス圧力を調整するこ
とで、成膜中の基体冷却の設定を成膜中に変化させるこ
とができる。 上記実施例では、シリコンウェハを基体として、その
表面にAl薄膜をスパッタリングにより成膜する例を示し
たが、ステージを介して基体の温度制御が高精度に行え
るためウエハ内で再現性が良い結晶性が得られ高品質の
成膜を達成することができる。 実施例2. 赤外線輻射温度計によって観察される基体10の反対側
に金属膜を成膜する場合、膜の有無によって見掛けの赤
外線輻射率の値が大きく異なる場合がある。第３図では
このような目的のスパッタ装置において、成膜後の基体
の赤外線輻射率を校正するために第２の温度校正チャン
バ32を、第１図のスパッタ成膜チャンバ４に付加して増
設した例を示したものである。 スパッタによって成膜中に赤外線輻射温度計15によっ
て基体の温度を測定する。しかしながらこの場合には基
体10の表面には既に金属膜が形成されているために基体
温度校正ステージ２において得られた赤外線輻射率の補
正値は使用することができない。このためにスパッタ成
膜後、スパッタ成膜チャンバ４から基体10を第２の温度
校正チャンバ32に搬送し、温度校正チャンバ２と同様に
加熱または冷却ステージ33によって所定の温度に加熱ま
たは冷却し、赤外線輻射温度計34および熱電対35によっ
て温度を測定し両者の指示値から所定の温度における成
膜後の基体10の赤外線輻射率を算出する。そうして成膜
中に知り得た温度データをこの値で補正することで成膜
中の基体の温度を正確に知ることができる。もし、こう
して知り得た成膜中の基体10の温度が所定の値よりも高
過ぎた場合には、基体の温度を適正に調整するために基
体温度調整チャンバ３の加熱手段または冷却手段に適宜
フィードバックをかけることで、次の基体に対する成膜
処理を適正に行うことができる。 なお、成膜後の基体の赤外線輻射率を校正するための
温度校正チャンバは、必ずしもこの例のように成膜前の
基体の赤外線輻射率を校正するための温度校正チャンバ
２とは別個に用意する必要はない。即ち、スパッタ成膜
チャンバ４にて成膜を行った後、基体を再び、基体温度
調整チャンバ３を経て温度校正チャンバ２へ搬送し、こ
こで上記第２の温度校正チャンバ32と同様の赤外線輻射
率の校正を行ってもよい。 実施例3. 先の実施例１及び２では、基体が成膜を受けると基体
の輻射率が変化するため輻射率の校正を再度やり直すと
いう必要があったが、本実施例ではその点を改良し、一
度の輻射率の校正でその後の成膜処理においてもこの輻
射率を基準として赤外線輻射温度計の補正ができるとい
うものである。 この実施例も実施例１と同様にシリコンウェハ基体に
アルミAlをスパッタリングにより成膜する装置例につい
て説明するものである。 第４図はスパッタ装置の概略構成図を示したもので、
基本的には第１図と同様であるが、この例では後で詳述
するように各ステージに載置された基体10に近接してシ
ャッタ20、21、22がそれぞれ配設されていることであ
る。 基体10は先ず温度校正チャンバ２中で加熱または冷却
ステージ５によって所定の温度に加熱または冷却され、
第１の赤外線輻射温度計11および熱電対12によって温度
を測定し、両者の指示値から所定の温度における基体10
の赤外線輻射率を算出する。基体の赤外線温度計によっ
て観察される側とは反対側に金属膜をスパッタ成膜する
場合、膜の有無によって見掛けの赤外線輻射率の値が大
きく異なる場合があるが、このシャッタの設置によって
膜の有無による見掛けの赤外線輻射率の差を低減するこ
とができる。 なお、赤外線輻射温度計11による計測に当たっては、
シャッタ20を閉ざした状態で測定する。 次に基体10は温度校正チャンバ２から基体温度調整チ
ャンバ３に搬送され、加熱または冷却ステージ６にて加
熱または冷却しながら第２の赤外線輻射温度計14によっ
て基体10の温度を測定し、校正チャンバ２にて求めた所
定の温度での基体10の輻射率の値との補正により基体温
度制御器13を通じて加熱または冷却ステージ６の温度を
所定の温度に調節し基体10の温度を所定の温度に制御す
る。なお、この基体温度調整チャンバ３での温度計側も
温度校正チャンバ２の時と同様にシャッタ21を閉ざした
状態で測定する。 その後基体10はスパッタ成膜チャンバ４に搬送されス
パッタステージ７にて加熱または冷却する。この時シャ
ッタ22を基体上に閉ざし、第３の赤外線輻射温度計15に
よって基体10の温度を測定し、校正チャンバ２にて求め
た基体10の輻射率の値との補正により正しい温度を知る
ことができる。更にこのようにして正しい温度を知るこ
とによって、基体温度制御器13を通じて加熱または冷却
ステージ７の温度を所定の温度に調節し、基体10の温度
を所定の温度に制御してスパッタ成膜を開始する。 金属膜が形成されれば、シャッタ22を用いずに温度計
側をすることができる。成膜終了後、基体10は基体温度
調整チャンバ３に戻され、ステージ６にて加熱もしくは
冷却されながら第２の赤外線輻射温度計14によって温度
測定される。この時、校正チャンバ２にて求めた所定の
温度での基体の放射率の値との補正により、基体温度制
御器13を通じてステージ６の温度を所定温度に調節して
基体温度を所定値に設定する。その後基体は温度校正チ
ャンバ２を経て真空処理装置１から搬送され次ぎの工程
に進む。 なお、基体温度校正ステージ２における第１の赤外線
温度計11と熱電対12による基体10の温度測定を複数の温
度において行い、なおかつ第２および第３の赤外線輻射
温度計14、15を用いることによって、より正確なプロセ
ス温度の制御が可能になる。また図示していないが、基
体温度校正のため第１の赤外線輻射温度計11で測定する
ための、基体を加熱または冷却する手段を複数個設ける
ことによって、同様な複数の温度における基体の温度の
校正をより短時間で行うことが可能になる。 以上は温度校正を、スパッタ装置に組み込んだ形で説
明しているが、前述したように全く別途用意することも
可能である。 第５図にステージの代表例として第４図のスパッタス
テージ７の概略構成図を示す。ステージの構成は、基本
的には第２図の例と同一であるが、本実施例では基体10
の上部に近接してシャッタ22の設けられている点が異な
る。 つまり、基体の赤外線温度計によって観察される側と
は反対側に金属膜をスパッタ成膜する場合、膜の有無に
よって見掛けの赤外線輻射率の値が大きく異なる場合が
あるが、このシャッタの設置によって膜の有無による見
掛けの赤外線輻射率の差を低減できるため、第３図のよ
うに温度校正のための赤外線温度計による測定を、第２
の温度構成チャンバ32を配設するなどして成膜前後で２
回行う必要が無くなり１回で済むようになる。 このシャッタは、温度測定時に基体表面を閉ざし、成
膜中は開放される開閉自在な機構を有しており、例えば
ステンレス製の円板が回転可能の駆動軸に支持され、こ
の駆動軸を回転することにより開閉する構成となってい
る。 また、シリコンウェハ基体10は赤外線に対してほとん
ど透明であることから、基体を貫通して赤外線輻射温度
計に迷光が入射し、基板の温度測定精度が低下する場合
がある。その対策としてこの例では、赤外線温度計によ
って観察される側の反対側の基体に近接して、赤外線輻
射温度計の測定波長に対して充分鏡面である部材によっ
てその主面が構成されたシャッタ22を備え、赤外線輻射
温度計15による基体10の温度測定中に、この迷光が入射
しないよう遮断する構成となっている。 このようにシャッタ機構の役割は、第１には金属膜を
ウェハ基体に成膜する際に金属膜により反射されるウェ
ハからの輻射光により見掛けの放射率の増加分を補正す
ることであり、第２にはこれにより赤外輻射光強度の向
上によって測定精度を向上させることであり、第３には
迷光の遮断である。 なお、第６図は第４図のステージ６の概略構成図を示
したもので、基本的には第５図のステージ７と同様の構
成である。ステージ６にはヒータ18を内蔵し、真空中で
はステージ６と基体10との間の空間に伝熱ガスが流れる
構造になっており、基体に伝熱ガスを均一に接触させる
ためのクランプ17が設置されている。基体10の温度を赤
外線輻射温度計14で測定するための開口窓19と迷光遮断
用円筒16が接続されており、円筒16の両端には赤外線を
透過する材質の窓板23、24が装着されている。また、円
筒16自身が加熱され迷光の発生源にならないように水冷
する構造となっている。迷光の影響をさらに低減する場
合には、冷却を行なった上で円筒16の内壁を黒体処理こ
とで可能となる。また、この例も第５図の場合と同様に
基体10に近接して第５図と同様にシャッタ21が配設され
ている。 なお、上記シャッタは、（１）赤外線放射温度計の測
定波長に対して鏡面状態の赤外線反射率を有するもの、
（２）迷光の遮断機能を有するものであれば何れの構造
でも良く、例えば基体の温度測定タイミングに同期して
開閉自在に駆動する構成、或いは、チャンバの一領域に
固定シャッタを設け、測定時に基板をシャッタ下部に移
動する機構とするなど種々の構成を採用することができ
る。 第７図はシャッタの有無によるシリコンウェハ基体の
赤外線輻射率の違いを示した特性曲線である。第７図
（ａ）は、シャッタ無しの比較例、第７図（ｂ）は、シ
ャッタを設けた本実施例の測定結果を示している。これ
から明らかなように、第７図（ａ）のアルミAl成膜前
（Al膜無し）のウェハの見掛けの赤外線輻射率はAl成膜
後（Al膜有り）のウェハの見掛けの赤外線輻射率より小
さく両者にかなりの差が生じているが、Al成膜前のウェ
ハにシャッタを設置することによって、第７図（ｂ）に
示すように見掛けの赤外線輻射率がAl成膜後のウェハと
ほぼ同等になることが分かった。これによりシャッタを
用いて基体温度を計測することにより一定の放射率で計
測可能と成ることが分かる。 実施例4. 加熱または冷却ステーに基体の赤外線温度測定のため
の開口窓19により基体の温度分布が不均一になる場合に
は、第８図に示すように貫通孔（開口窓）19より離れた
場所に分離して設けた加熱または冷却専用のステージ25
にて基体10を加熱または冷却した後、基体10を開口窓19
のあるステージに搬送し赤外線輻射温度計27にて温度測
定を行う構成とすることによって基体10の温度分布がよ
り均一な状態で測定することができる。 実施例5. 基体の加熱または冷却を表面または裏面の何れか一方
側からのみ行った場合、基体の表面側と裏面側とには温
度差が生じる。そこで、第９図に示すように基体の表面
と裏面との両側から温度制御できるように、それぞれの
側に加熱または冷却手段28、29を設けることにより両面
の温度差を低減することができる。また、これにより開
口窓19による基体上の温度分布の不均一性をも低減する
ことができる。 実施例6. 第４図のスパッタ装置１を用いて、シリコンウェハ基
体10上にアルミAl膜をスパッタリングにより成膜する他
の実施例を説明する。 シリコンウェハ基体10は、温度校正チャンバ２で500
℃まで加熱されて吸着水分等が除去され、熱電対12で測
温されると共にこれをベースとして赤外線輻射温度計11
の放射率の校正を行い、次いでウェハは基体温度調整チ
ャンバ３に搬送される。基体温度調整チャンバ３に搬送
されたウェハ基体10は、赤外線輻射温度計14で測温さ
れ、ステージ６の温度制御により所定の200℃まで冷却
され、スパッタ成膜チャンバ４に搬送される。このスパ
ッタ成膜チャンバ４内で基体10は、第10図に示すような
温度プロファイルによってスパッタされる。ターゲット
８は１％Si−３％Cu−Alの組成のものを用いた。先ず始
めに、基体10の温度を230℃に制御し、膜厚数100Å程度
までの第１のスパッタ成膜を用い、そこで一旦スパッタ
を停止し、基体は基体温度調整チャンバ３に搬送され
る。基体温度調整チャンバ３では、基体10の温度を300
℃に加熱制御し、第１のスパッタ成膜で得たAl膜の結晶
粒を成長させ配向性等を向上させる。次ぎに、基体は再
びスパッタ成膜チャンバ４に搬送され、基体温度を400
℃程度に設定した後、第２のスパッタ成膜を再開させ、
膜厚１μｍ程度まで成膜を行う。これにより結晶粒が大
きく、配向性のよいAlスパッタ膜が得られる。スパッタ
終了後基体は直ちに基体温度調整チャンバ３に搬送さ
れ、50℃程度まで急冷される。これにより、Alスパッタ
膜中のSi及びCuの析出を抑制することができた。 上記実施例では、シリコンウェハを基体として、その
表面にAl薄膜をスパッタリングにより成膜する例を示し
たが、ステージを介して基体の温度制御が高精度に行え
るためウェハ内で再現性が良い結晶性及び薄膜の微細構
造が得られ、品質の優れた成膜を達成することができ
た。例えば、数100Åの薄い膜を加熱する際にその加熱
温度が350℃以上では結晶性の向上が得られなかった。
従って、正確な温度を知ることがきる本発明なくしては
工業的にこのような成膜方法を実現させることはできな
い。 なお、本発明の真空処理装置は、上記のスパッタ装置
のほかCVD（Chemicai Vapor Deposition）による成膜装
置等にも適応可能であることは言うまでもない。 例えば、シリコンウエハ基板を基体として、この基板
上にCVDにより既知の方法でタングステン膜を成膜する
場合などに有効である。 この種の成膜装置においては、いずれも基体の温度制
御の精度が、形成される膜質を左右することから、本発
明の成膜装置は、それ十分応え得るものである。 なお、上記実施例のように真空処理チャンバを成膜処
理チャンバとすれば成膜装置が実現されるが、この真空
処理チャンバを成膜チャンバ以外にも例えばプラズマエ
ッチング等のドライエッチング処理のチャンバとするこ
とも可能であり、エッチングする基板の温度制御につい
ては上記実施例と同様に容易に実現できる。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、真空中での基体
の正確な温度制御を可能とするものであり、基板の正確
な温度管理のできる真空処理装置を実現すると共に、そ
れを成膜装置に応用することにより正確な温度制御を必
要とする成膜前後、及び成膜中の温度の管理が容易にで
きるので、高品質な膜の形成を可能とする。
るような検討を行い、種々の知見を得た。 即ち、本発明では、赤外線輻射温度計を主たる温度計
測の手段として用いるために、基体（例えばシリコンウ
ェハ）ごとに校正する。具体的には対象とする真空処理
装置によって基体の処理を行う前に、基体ごとに既知の
温度に加熱乃至は冷却を行い、１点乃至は複数点の温度
において、第１の赤外線輻射温度計によって基体の温度
を測定する。この時に得られる第１の赤外線輻射温度計
の指示値から、温度校正ステージ以降、真空処理チャン
バ内の赤外線輻射温度計に補正をかける。具体的には、
この補正値を予め知って、例えば粗い補正、または狭い
温度範囲を対象としていれば単なる係数を以て、温度校
正ステージ以降の赤外線輻射温度計の校正を行う。複数
の温度校正点を持つ場合には、コンピュータにそれぞれ
の温度校正データを取り込み、補正のための演算を行う
等の方法がある。 上記した温度校正ステージは、真空に限らず大気圧の
環境下にあっても構わない。大気圧の環境下であれば、
装置構造が一般に簡易になるばかりでなく、既知の温度
に加熱乃至は冷却したヒートブロック（ステージ）の温
度に対象とするウェハの温度をより容易に近ずけること
が可能である。 具体的には、温度校正ステージを大気圧下に設定する
場合には、ステージに真空チャックを使用して基体を基
体よりも大きな熱容量を持ったヒートブロックに密着さ
せることが可能であり、こうすることによってより正確
に、また短時間で基体の温度をヒートブロック温度に近
づけることができる。温度校正を行なう部分は、所謂ス
パッタ装置本体に近接して設ける必要もなく、またスパ
ッタ装置本体に組み込む必要もない。 上記した温度校正点の温度を高くとる必要のあるとき
には、雰囲気によっては対象とする基体の表面が酸化さ
れるなどの問題が生ずるので、温度校正ステージのある
チャンバの雰囲気を大気との置換雰囲気、例えば窒素や
アルゴン雰囲気とすることがより好ましい。 温度校正ステージを真空下に設定する場合には、上記
したようなヒートブロックと基体との熱伝導を良好にす
るため、これら両者間に５パスカル以上の圧力で加熱も
しくは冷却ガスを熱伝導媒体として介在させることによ
って比較的短時間のうちに基体温度がヒートブロックに
近づく。 例えば、スパッタ法によって薄膜を基体上に形成する
装置にあっては、大気中にあった基体を真空処理槽内に
取り込むに際し、基体の表面に吸着している水分を充分
に除去するために基体を150℃以上に加熱する必要があ
ったり、また、これとは逆にすでに昇温加熱された基体
の温度を成膜開始温度にまで真空槽内で降温する必要の
ある場合等がある。この昇温、降温の場合には、温度制
御の都度正確な温度の測定が必要であり、これらの温度
を測定する赤外線輻射温度計について予め基体ごとに温
度校正を行うことが必要である。即ち所定の真空処理を
行う前に予め既知の温度に基体を加熱乃至は冷却し、第
１の赤外線輻射温度計によってこの基体温度を測定する
などして、この測定結果にもとづいて以降の真空処理プ
ロセスで使用する単数または複数の第２の赤外線輻射温
度計を校正することのできる機能を備え、スパッタ装置
やCVD装置の如く基体の温度を正確に制御する必要のあ
る成膜装置を構成すれば、より電子部品に好適なプロセ
スを実現できる。 上記した第１及び第２の赤外線輻射温度計による測定
は、同一の赤外領域の波長にて行うことがより正確な校
正を可能とする。 また、上記した既知温度での第１の赤外線輻射温度計
の校正を加熱した基体で行う場合に、既知温度への加熱
行為を真空中で行えば基体に吸着した水分の除去のため
の所謂ベーキング処理と兼用させることができるので、
装置規模を縮小させることができ、好ましい場合もあ
る。 例えば、スパッタ装置の真空処理チャンバ内で基体の
昇温を行う場合、予め赤外線輻射温度計が校正されてい
れば、ヒートブロックを用いる代わりに、ランプによる
輻射加熱を行うことができ、より安価なスパッタ装置を
構成することができる。 真空処理チャンバ内でランプによる加熱を用いる際に
は、ランプの光が赤外線輻射温度計に迷光として入る場
合があるので、赤外線輻射温度計の測定波長はランプの
輻射する波長とは異なった波長域であることが本質的に
好ましい。 基体として例えばシリコンウェハを用いる場合には、
シリコンウェハが赤外領域で殆ど透明であることから、
一般に広く用いられている石英ガラス入りの赤外線ラン
プでは高効率な加熱ができない。ランプとしてはシリコ
ンウェハの吸収効率の高い短波長のものを用いることが
より好ましい。 基体からの吸着水分の除去のための真空中でのベーキ
ング加熱温度に比較して、真空処理チャンバ内で基体へ
の成膜を開始する温度が低い場合には、ベーキングを行
った後で、真空槽の中で基体を所定温度まで冷却し、基
体を所定の成膜開始温度に合わせなければならない。こ
のような成膜プロセスを高精度で実現するためには、温
度校正チャンバ内の第２の放射温度計の温度校正を行う
ための第１の赤外線輻射温度計を備えたステージと、真
空中で基体のベーキングを行うステージと、更に成膜を
開始する前に所定の成膜を開始する温度に冷却するステ
ージと、そして冷却ステージでの基体温度を第１の赤外
線輻射温度計で得られた補正値を演算し用いることで正
確に測定できる第２の赤外線輻射温度計とを備えたスパ
ッタ装置が必要である。 基体を赤外線輻射温度計にて観察する際、金属膜表面
を観察すると前述の通り輻射率が小さいために測定が難
しいので、金属膜を形成する面と反対の面を観察するこ
とが望ましい。そのためには、加熱または冷却用ステー
ジに観察用の貫通孔（開口窓）を設ける必要があるが、
このため基体の温度分布に不均一性が生じることがあ
る。この場合、同一チャンバ内でステージを２分割し、
共に同一の温度になるように調整しておく。即ち、一方
の加熱または冷却用ステージには赤外線輻射温度計によ
る基体温度観察用の開口窓を設けず、他方の温度測定用
ステージに開口窓を設け、一方のステージで基体を加熱
または冷却後速やかに他方のステージに搬送し温度測定
をすることによってこのような不均一性を低減すること
ができる。 温度校正点を複数点設けることによってより正確なプ
ロセス温度の制御が可能になるが、基体温度校正チャン
バ内の加熱手段または冷却手段を複数設けることによっ
て複数の温度での校正をより短時間に行うことができ
る。 また、スパッタリングにより金属膜を成膜する装置の
場合、基体に成膜される金属膜が観察される表面とは逆
の表面に輻射する赤外線を反射するため、膜の有無によ
って赤外線輻射温度計に入射する輻射の大きさが異な
り、見掛けの赤外線輻射率が異なるが、以下に述べるシ
ャッタにより基体の赤外線輻射温度計によって観察され
る表面とは反対側の表面へ輻射する赤外線が殆ど反射さ
れるため、成膜前後での見掛けの赤外線輻射率の差を著
しく低減することができる。 また、基体の加熱または冷却用ステージにおいて、ス
テージの開口窓を通して基体が赤外線輻射温度計によっ
て観察される表面の反対側の表面に近接して赤外線輻射
温度計の測定波長に対して充分に鏡面である部材でその
主面が構成されたシャッタ機構を配設することによっ
て、基体を貫通して赤外線輻射温度計に入射する迷光を
遮断することができる。 以上の知見に基づいて本発明は成されたものであり、
その目的達成手段を以下に具体的に述べれば、上記第１
の目的は、成膜処理が施されるべき基体を温度管理して
基体に成膜処理を行なう成膜方法であって、成膜処理前
に、前記基体が成膜処理を施される側の表面に、第１の
赤外線輻射温度計の測定波長に対して実質的に鏡面を構
成する部材を近接して配置することで、前記基体が成膜
処理中及び処理後に呈する赤外線輻射特性を疑似的に起
こさせ、前記基体の既知の温度での輻射強度を前記第１
の赤外線輻射温度計により測定する工程と、前記既知の
温度に基づく疑似的状態にある基体からの輻射強度を測
定した前記第１の赤外線輻射温度計の出力から、第２の
赤外線輻射温度計により前記基体の温度を正しく獲得す
るための赤外線感度補正値を演算して記憶手段に記憶す
る工程と、未知の温度条件にある被測定対象の前記基体
の成膜処理中及び処理後に、前記基体の輻射温度を前記
第２の赤外線輻射温度計により測定する工程と、前記基
体の輻射強度を測定する前記第２の赤外線輻射温度計か
らの出力を、前記事前獲得した赤外線感度補正値に基づ
き補正して前記基体の真の温度を算出する工程と、前記
算出した温度にしたがって、前記基体を温度管理して成
膜処理を行なう工程とを有して成る成膜方法により、達
成される。そして、上記第２の目的は、基体を載置する
第１のステージと、前記第１のステージに載置された基
体からの輻射強度を測定する第１の赤外線輻射温度計と
を備えた温度校正ユニットと、前記第１の赤外線輻射温
度計の出力及び前記基体の少なくとも一つの既知温度に
基づいて、前記第１の赤外線輻射温度計と同一の赤外領
域の波長にて測定を行なう第２の赤外線輻射温度計によ
り前記基体の温度を正しく獲得するための赤外線感度補
正値を演算して記憶する手段と、前記基体を載置する第
２のステージと、前記基体を任意の温度に加熱または冷
却する手段と、前記基体に成膜処理する手段とを備えた
真空成膜処理チャンバと、前記第２のステージに載置さ
れた基体からの輻射強度を測定する第２の赤外線輻射温
度計と、前記第２の赤外線輻射温度計の出力から、事前
に求めた前記赤外線感度補正値に基づき、前記真空成膜
処理チャンバの前記第２のステージに載置された基体の
真の温度を算出する手段と、少なくとも前記温度校正ユ
ニットで、前記基体に成膜処理を施す表面側に近接して
配設され、前記第１及び第２の赤外線輻射温度計の測定
波長に対して実質的に鏡面である部材でその主面が構成
されたシャッタ機構とを具備して成る成膜装置により、
達成される。上記真空成膜処理チャンバの実用的に好ま
しい構成としては、スパッタリング、真空蒸着、もしく
はCVDによって所定条件のもとで金属薄膜、もしくは絶
縁薄膜を成膜形成することのできる真空成膜処理チャン
バとすることである。 〔作用〕 真空処理チャンバにて基体に所定の処理を行う前に、
温度校正ステージにおいては、基体を既知の温度に加熱
または冷却し第１の赤外線輻射温度計によりウェハから
の輻射強度を測定し、熱電対によって基体の温度と平衡
したステージ温度を設定し、その測定結果に基づいて赤
外線輻射温度計の補正値、或は輻射率を演算する。この
演算結果に基づいてその後の真空処理チャンバ内の基体
の温度を第２、第３の温度計で正確に測定する。そして
その測定結果に基づいて温度制御系を作動させて真空処
理チャンバ内の基体の温度を所定値に設定して成膜処理
等の真空処理を正確に温度管理された状態で行う。 また、温度校正ステージにおいては、第１の赤外線輻
射温度計と熱電対による校正温度の測定を異なる複数の
温度にて行うことによって、以後の真空処理チャンバ内
での基体の温度制御を行うに際に、広い温度範囲でのプ
ロセス温度の制御が可能になる。 更に、上述した第１の赤外線輻射温度計と熱電対によ
る校正温度の測定のための加熱手段または冷却手段とし
て複数の手段を設けることによって、異なる複数の温度
による校正をより短時間で行うことができる。 基体を加熱または冷却中に基体を赤外線輻射温度計に
て観察するために加熱または冷却用ステージに貫通孔
（開口窓）を設ける必要があるが、この貫通孔のために
基体の温度分布に不均一性が生じることがある。そこで
この対策としては、基体表裏両面を加熱するようにして
も可能であるが、ステージを２つ用い、一方の基板加熱
または冷却用ステージには開口窓を設けず温度制御専用
のステージとし、他方の温度測定用ステージに開口窓を
設け、温度測定に当たってはこの一方のステージから他
方のステージへ基板を移動して温度測定を行うようにし
ても良い。 本発明において基体の温度測定時に基体に近接してシ
ャッタを配設することは、基板の正確な温度測定をする
上で極めて重要な役割を果たす。 その第１の役割は、金属膜をスパッタ或いはCVD等に
より成膜する装置の場合には、金属膜の有無にかかわら
ず、このシャッタにより金属膜が成膜しているのと同じ
赤外線輻射率を得ることができるため、成膜前後での見
掛けの赤外線輻射率の違いを補正することができ、正確
な温度測定に基づく基板の正しい温度制御を可能とする
ことにあり、第２の役割は、これにより赤外輻射光強度
の向上によって測定精度を向上させることであり、第３
には基体を貫通して赤外線輻射温度計に入射する迷光を
遮断し、迷光による測定誤差を防止することにある。 なお、ここで説明できなかったその他の作用について
は、実施例の項で具体的に説明する。 〔実施例〕 以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。 実施例1. 第１図は、本発明真空処理装置をスパッタ成膜装置に
適用した一実施例を示した概略構成図である。この実施
例では、成膜対象である基体をシリコンウェハとし、こ
の上にAl薄膜をスパッタリングにより成膜する一例を代
表例として説明する。 本発明の真空処理装置１は、基体温度校正ステージ５
をもつ基体温度校正チャンバ２と、基体の加熱及び冷却
を行う基体温度調整ステージ６をもつ基体温度調整チャ
ンバ３と、スパッタ成膜ステージ７とAlターゲット８と
スパッタ電極９とをもつスパッタ成膜チャンバ４との三
つのチャンバから構成されている。そしてこれらのチャ
ンバはそれぞれゲートバルブGV1及びGV2により接続され
独立している。また、基体温度校正チャンバ２とスパッ
タ成膜チャンバ４とには、排気系が接続され、一方では
所定の真空状態に保持できると共に、他方ではガス導入
口から所定のガスを導入し基体温度校正チャンバ２にお
いては空気や窒素ガスを導入して大気圧にまで設定で
き、スパッタ成膜チャンバ４においてはスパッタガスを
導入して所定の放電によりプラズマが生じる環境に設定
できるように構成されている。更にまた、各ステージに
は後述するように加熱及び冷却手段が設けられていると
共に、基体10からの輻射赤外線を観測するための貫通口
から成る開口窓19が配設されており、この開口窓19を通
して光学的に結合されて第１、第２及び第３の赤外線輻
射温度計11、14及び15が接続されている。基体温度校正
ステージ５には、基体温度校正ステージ５の温度を正確
に測定するための熱電対12が設けられている。そして第
１の赤外線輻射温度計11からの出力及び熱電対12の出力
を入力して、赤外線感度補正値（輻射率）を演算した
り、この演算結果に基づいて第２、第３の赤外線輻射温
度計14及び15の補正をし、それぞれのステージ上の基体
10の正しい温度を計測したり、最終的にはこれらの計測
データに基づき所定のステージ温度に設定する指令を各
ステージの加熱及び冷却手段にフィードバックしてステ
ージの温度を所定値に設定コントロールする、所謂真空
処理装置全体の温度を管理するための基体温度制御器13
を備えている。 そして各チャンバの機能について説明すると、基体温
度校正チャンバは、通常、成膜開始温度よりも高い既知
の温度に設定された基体10からの赤外線輻射強度を第１
の赤外線輻射温度計11で測定し、輻射率を算出してこの
赤外線輻射温度計の校正を行う。基体温度調整チャンバ
３は、次のスパッタ成膜チャンバ４に基体を搬送する前
の温度調整機能をもち、スパッタ成膜チャンバ４は、基
体にスパッタにより成膜を行う機能を持つ。 以下に各ステージの温度を制御して基体10を所定温度
に保持してAlターゲット８からシリコンウェハ基体10上
にAl薄膜をスパッタ成膜する具体例につき説明する。 まず、大気圧下におかれた基体温度校正チャンバ２内
において、ウェハ10は校正ステージ５上で200℃、300
℃、400℃の３温度点に段階的に加熱される。なお、こ
れらステージ５、６、７での加熱、冷却法については、
とりまとめて後述する。 この校正ステージ５上で加熱された基体10の裏面を、
第１の赤外線輻射温度計11と熱電対12で観察及び測定
し、基体温度制御器13の演算処理部で各温度段階の温度
の指示値を得る。つまり、熱電対12で基体温度と平衡に
なっている校正ステージの温度を実測し、その温度を基
体温度としてその時の輻射率を赤外線輻射温度計11で観
察して、基体温度制御器13の演算処理部でこの輻射率に
基づく温度の指示値を得る。 ウェハ10は、予め既知温度に加熱設定されているの
で、この第１の赤外線輻射温度計11から得られた輻射率
を逆算して求めることができるので、以後の真空中での
基体温度調整チャンバ３とスパッタ成膜チャンバ４の処
理温度は、この輻射率を使用して、第２、第３の赤外線
輻射温度計14、15から輻射率を補正して読み取る。 第１の赤外線輻射温度計11による輻射率の校正が終了
した時点で、基体温度校正チャンバ２内を排気して真空
状態とした後、ウェハ10は、ゲートバルブGV1を開いて
校正チャンバ２から真空下の基体温度調整チャンバ３に
搬送され、第２の赤外線輻射温度計14により温度測定さ
れる。その測定結果から基体温度制御器13によりステー
ジ６の温度調整を行い、ウェハ10の温度を任意の温度に
調整する。この例では、100℃にセットした。その後ウ
ェハ10は、ゲートバルブGV2を開いて真空状態のスパッ
タ成膜チャンバ４のステージ７に搬送され、第３の赤外
線輻射温度計15により温度測定され、その結果をもとに
ステージ７の温度を任意の温度に調整し、基体10の温度
を任意の温度に制御してスパッタ成膜を行う。この例で
は、250℃にセットしてAlのスパッタ成膜を行なった。
スパッタ成膜後、ウェハ10を再度校正チャンバ２に搬送
し、輻射率の再校正を行い、この輻射率を以後のスパッ
タ成膜時の温度測定時の補正に用いた。 なお、各チャンバ間を搬送するための簡易手段として
は、例えばシリコーンゴム等の耐熱性ベルトを用いた搬
送機構、ロボットが用いられる。 次に、第２図により基体を載置するステージの構造の
概略、加熱、冷却方法及びウェハの輻射率の測定方法に
ついて、スパッタステージ７の例を用いて説明する。 （１）基板ステージの構造と加熱、冷却方法： スパッタステージ７はステージを加熱するための電熱
ヒータ18を内蔵し、真空中でウェハに熱を伝達する例え
ば、空気や窒素ガス等の伝熱ガスが流れる構造となって
おり、ウェハに伝熱ガスを均一に接触させるためのクラ
ンプ17が設置されている。また、ウェハの温度を赤外線
輻射温度計15により測定するため輻射線観測用空洞を校
正する開口窓19が設けてある。ウェハを冷却する場合に
は、図示していないが、ヒータ18の替りにフレオン等の
冷却媒体を循環させステージを冷却し、上記と同様に伝
熱ガスによりウェハを冷却する。 また、校正ステージ５ではチャンバ内が大気圧である
ため伝熱ガスは用いず真空排気を行い、真空チャックに
よりステージとの密着性を保ち熱伝導により熱伝達を行
うようになっている。 （２）輻射率の測定： 次に赤外線輻射温度計によるウェハ基体の温度計測方
法について説明する。本実施例では、赤外線輻射温度計
11、14、15を各ステージの下部に設置し、ウェハの裏側
の温度を測定するようになっており、各チャンバ内から
の迷光が赤外線温度計に入射しないように迷光遮断用円
筒16を各ステージと赤外線輻射温度計の間に設けてあ
る。 本実施例では、真空中での処理はスパッタリングによ
る基体へのAlの成膜である。基体がAl金属の成膜を受け
ると、Al膜からの反射される分だけ輻射率が大幅に高く
なる。したがって基体温度校正ステージで成膜処理前に
測定して求めた輻射率は、その後の成膜処理により使用
できなくなる。 本発明では成膜処理が終了したウェハを再び校正チャ
ンバにて予め設定された既知の温度に加熱し、再び新し
い表面に対して輻射率を測定し、再校正をする。これに
よつて例えば成膜終了直後のウェハを赤外線輻射温度計
で測定しておき、成膜後の（２回目の）輻射率測定によ
って正しい輻射率を算出することが、成膜直後のウェハ
温度を正しく知ることが可能である。 例えば成膜直後のウェハの温度が高すぎる場合には、
成膜中乃至は成膜前に行う基板加熱量を減少させるよう
に、加熱条件の設定を変える。 成膜開始時の設定温度を変更することなしに、成膜終
了直後の温度だけ低下させたい場合には、基体ステージ
でのガス冷却を行い、基体裏面のガス圧力を調整するこ
とで、成膜中の基体冷却の設定を成膜中に変化させるこ
とができる。 上記実施例では、シリコンウェハを基体として、その
表面にAl薄膜をスパッタリングにより成膜する例を示し
たが、ステージを介して基体の温度制御が高精度に行え
るためウエハ内で再現性が良い結晶性が得られ高品質の
成膜を達成することができる。 実施例2. 赤外線輻射温度計によって観察される基体10の反対側
に金属膜を成膜する場合、膜の有無によって見掛けの赤
外線輻射率の値が大きく異なる場合がある。第３図では
このような目的のスパッタ装置において、成膜後の基体
の赤外線輻射率を校正するために第２の温度校正チャン
バ32を、第１図のスパッタ成膜チャンバ４に付加して増
設した例を示したものである。 スパッタによって成膜中に赤外線輻射温度計15によっ
て基体の温度を測定する。しかしながらこの場合には基
体10の表面には既に金属膜が形成されているために基体
温度校正ステージ２において得られた赤外線輻射率の補
正値は使用することができない。このためにスパッタ成
膜後、スパッタ成膜チャンバ４から基体10を第２の温度
校正チャンバ32に搬送し、温度校正チャンバ２と同様に
加熱または冷却ステージ33によって所定の温度に加熱ま
たは冷却し、赤外線輻射温度計34および熱電対35によっ
て温度を測定し両者の指示値から所定の温度における成
膜後の基体10の赤外線輻射率を算出する。そうして成膜
中に知り得た温度データをこの値で補正することで成膜
中の基体の温度を正確に知ることができる。もし、こう
して知り得た成膜中の基体10の温度が所定の値よりも高
過ぎた場合には、基体の温度を適正に調整するために基
体温度調整チャンバ３の加熱手段または冷却手段に適宜
フィードバックをかけることで、次の基体に対する成膜
処理を適正に行うことができる。 なお、成膜後の基体の赤外線輻射率を校正するための
温度校正チャンバは、必ずしもこの例のように成膜前の
基体の赤外線輻射率を校正するための温度校正チャンバ
２とは別個に用意する必要はない。即ち、スパッタ成膜
チャンバ４にて成膜を行った後、基体を再び、基体温度
調整チャンバ３を経て温度校正チャンバ２へ搬送し、こ
こで上記第２の温度校正チャンバ32と同様の赤外線輻射
率の校正を行ってもよい。 実施例3. 先の実施例１及び２では、基体が成膜を受けると基体
の輻射率が変化するため輻射率の校正を再度やり直すと
いう必要があったが、本実施例ではその点を改良し、一
度の輻射率の校正でその後の成膜処理においてもこの輻
射率を基準として赤外線輻射温度計の補正ができるとい
うものである。 この実施例も実施例１と同様にシリコンウェハ基体に
アルミAlをスパッタリングにより成膜する装置例につい
て説明するものである。 第４図はスパッタ装置の概略構成図を示したもので、
基本的には第１図と同様であるが、この例では後で詳述
するように各ステージに載置された基体10に近接してシ
ャッタ20、21、22がそれぞれ配設されていることであ
る。 基体10は先ず温度校正チャンバ２中で加熱または冷却
ステージ５によって所定の温度に加熱または冷却され、
第１の赤外線輻射温度計11および熱電対12によって温度
を測定し、両者の指示値から所定の温度における基体10
の赤外線輻射率を算出する。基体の赤外線温度計によっ
て観察される側とは反対側に金属膜をスパッタ成膜する
場合、膜の有無によって見掛けの赤外線輻射率の値が大
きく異なる場合があるが、このシャッタの設置によって
膜の有無による見掛けの赤外線輻射率の差を低減するこ
とができる。 なお、赤外線輻射温度計11による計測に当たっては、
シャッタ20を閉ざした状態で測定する。 次に基体10は温度校正チャンバ２から基体温度調整チ
ャンバ３に搬送され、加熱または冷却ステージ６にて加
熱または冷却しながら第２の赤外線輻射温度計14によっ
て基体10の温度を測定し、校正チャンバ２にて求めた所
定の温度での基体10の輻射率の値との補正により基体温
度制御器13を通じて加熱または冷却ステージ６の温度を
所定の温度に調節し基体10の温度を所定の温度に制御す
る。なお、この基体温度調整チャンバ３での温度計側も
温度校正チャンバ２の時と同様にシャッタ21を閉ざした
状態で測定する。 その後基体10はスパッタ成膜チャンバ４に搬送されス
パッタステージ７にて加熱または冷却する。この時シャ
ッタ22を基体上に閉ざし、第３の赤外線輻射温度計15に
よって基体10の温度を測定し、校正チャンバ２にて求め
た基体10の輻射率の値との補正により正しい温度を知る
ことができる。更にこのようにして正しい温度を知るこ
とによって、基体温度制御器13を通じて加熱または冷却
ステージ７の温度を所定の温度に調節し、基体10の温度
を所定の温度に制御してスパッタ成膜を開始する。 金属膜が形成されれば、シャッタ22を用いずに温度計
側をすることができる。成膜終了後、基体10は基体温度
調整チャンバ３に戻され、ステージ６にて加熱もしくは
冷却されながら第２の赤外線輻射温度計14によって温度
測定される。この時、校正チャンバ２にて求めた所定の
温度での基体の放射率の値との補正により、基体温度制
御器13を通じてステージ６の温度を所定温度に調節して
基体温度を所定値に設定する。その後基体は温度校正チ
ャンバ２を経て真空処理装置１から搬送され次ぎの工程
に進む。 なお、基体温度校正ステージ２における第１の赤外線
温度計11と熱電対12による基体10の温度測定を複数の温
度において行い、なおかつ第２および第３の赤外線輻射
温度計14、15を用いることによって、より正確なプロセ
ス温度の制御が可能になる。また図示していないが、基
体温度校正のため第１の赤外線輻射温度計11で測定する
ための、基体を加熱または冷却する手段を複数個設ける
ことによって、同様な複数の温度における基体の温度の
校正をより短時間で行うことが可能になる。 以上は温度校正を、スパッタ装置に組み込んだ形で説
明しているが、前述したように全く別途用意することも
可能である。 第５図にステージの代表例として第４図のスパッタス
テージ７の概略構成図を示す。ステージの構成は、基本
的には第２図の例と同一であるが、本実施例では基体10
の上部に近接してシャッタ22の設けられている点が異な
る。 つまり、基体の赤外線温度計によって観察される側と
は反対側に金属膜をスパッタ成膜する場合、膜の有無に
よって見掛けの赤外線輻射率の値が大きく異なる場合が
あるが、このシャッタの設置によって膜の有無による見
掛けの赤外線輻射率の差を低減できるため、第３図のよ
うに温度校正のための赤外線温度計による測定を、第２
の温度構成チャンバ32を配設するなどして成膜前後で２
回行う必要が無くなり１回で済むようになる。 このシャッタは、温度測定時に基体表面を閉ざし、成
膜中は開放される開閉自在な機構を有しており、例えば
ステンレス製の円板が回転可能の駆動軸に支持され、こ
の駆動軸を回転することにより開閉する構成となってい
る。 また、シリコンウェハ基体10は赤外線に対してほとん
ど透明であることから、基体を貫通して赤外線輻射温度
計に迷光が入射し、基板の温度測定精度が低下する場合
がある。その対策としてこの例では、赤外線温度計によ
って観察される側の反対側の基体に近接して、赤外線輻
射温度計の測定波長に対して充分鏡面である部材によっ
てその主面が構成されたシャッタ22を備え、赤外線輻射
温度計15による基体10の温度測定中に、この迷光が入射
しないよう遮断する構成となっている。 このようにシャッタ機構の役割は、第１には金属膜を
ウェハ基体に成膜する際に金属膜により反射されるウェ
ハからの輻射光により見掛けの放射率の増加分を補正す
ることであり、第２にはこれにより赤外輻射光強度の向
上によって測定精度を向上させることであり、第３には
迷光の遮断である。 なお、第６図は第４図のステージ６の概略構成図を示
したもので、基本的には第５図のステージ７と同様の構
成である。ステージ６にはヒータ18を内蔵し、真空中で
はステージ６と基体10との間の空間に伝熱ガスが流れる
構造になっており、基体に伝熱ガスを均一に接触させる
ためのクランプ17が設置されている。基体10の温度を赤
外線輻射温度計14で測定するための開口窓19と迷光遮断
用円筒16が接続されており、円筒16の両端には赤外線を
透過する材質の窓板23、24が装着されている。また、円
筒16自身が加熱され迷光の発生源にならないように水冷
する構造となっている。迷光の影響をさらに低減する場
合には、冷却を行なった上で円筒16の内壁を黒体処理こ
とで可能となる。また、この例も第５図の場合と同様に
基体10に近接して第５図と同様にシャッタ21が配設され
ている。 なお、上記シャッタは、（１）赤外線放射温度計の測
定波長に対して鏡面状態の赤外線反射率を有するもの、
（２）迷光の遮断機能を有するものであれば何れの構造
でも良く、例えば基体の温度測定タイミングに同期して
開閉自在に駆動する構成、或いは、チャンバの一領域に
固定シャッタを設け、測定時に基板をシャッタ下部に移
動する機構とするなど種々の構成を採用することができ
る。 第７図はシャッタの有無によるシリコンウェハ基体の
赤外線輻射率の違いを示した特性曲線である。第７図
（ａ）は、シャッタ無しの比較例、第７図（ｂ）は、シ
ャッタを設けた本実施例の測定結果を示している。これ
から明らかなように、第７図（ａ）のアルミAl成膜前
（Al膜無し）のウェハの見掛けの赤外線輻射率はAl成膜
後（Al膜有り）のウェハの見掛けの赤外線輻射率より小
さく両者にかなりの差が生じているが、Al成膜前のウェ
ハにシャッタを設置することによって、第７図（ｂ）に
示すように見掛けの赤外線輻射率がAl成膜後のウェハと
ほぼ同等になることが分かった。これによりシャッタを
用いて基体温度を計測することにより一定の放射率で計
測可能と成ることが分かる。 実施例4. 加熱または冷却ステーに基体の赤外線温度測定のため
の開口窓19により基体の温度分布が不均一になる場合に
は、第８図に示すように貫通孔（開口窓）19より離れた
場所に分離して設けた加熱または冷却専用のステージ25
にて基体10を加熱または冷却した後、基体10を開口窓19
のあるステージに搬送し赤外線輻射温度計27にて温度測
定を行う構成とすることによって基体10の温度分布がよ
り均一な状態で測定することができる。 実施例5. 基体の加熱または冷却を表面または裏面の何れか一方
側からのみ行った場合、基体の表面側と裏面側とには温
度差が生じる。そこで、第９図に示すように基体の表面
と裏面との両側から温度制御できるように、それぞれの
側に加熱または冷却手段28、29を設けることにより両面
の温度差を低減することができる。また、これにより開
口窓19による基体上の温度分布の不均一性をも低減する
ことができる。 実施例6. 第４図のスパッタ装置１を用いて、シリコンウェハ基
体10上にアルミAl膜をスパッタリングにより成膜する他
の実施例を説明する。 シリコンウェハ基体10は、温度校正チャンバ２で500
℃まで加熱されて吸着水分等が除去され、熱電対12で測
温されると共にこれをベースとして赤外線輻射温度計11
の放射率の校正を行い、次いでウェハは基体温度調整チ
ャンバ３に搬送される。基体温度調整チャンバ３に搬送
されたウェハ基体10は、赤外線輻射温度計14で測温さ
れ、ステージ６の温度制御により所定の200℃まで冷却
され、スパッタ成膜チャンバ４に搬送される。このスパ
ッタ成膜チャンバ４内で基体10は、第10図に示すような
温度プロファイルによってスパッタされる。ターゲット
８は１％Si−３％Cu−Alの組成のものを用いた。先ず始
めに、基体10の温度を230℃に制御し、膜厚数100Å程度
までの第１のスパッタ成膜を用い、そこで一旦スパッタ
を停止し、基体は基体温度調整チャンバ３に搬送され
る。基体温度調整チャンバ３では、基体10の温度を300
℃に加熱制御し、第１のスパッタ成膜で得たAl膜の結晶
粒を成長させ配向性等を向上させる。次ぎに、基体は再
びスパッタ成膜チャンバ４に搬送され、基体温度を400
℃程度に設定した後、第２のスパッタ成膜を再開させ、
膜厚１μｍ程度まで成膜を行う。これにより結晶粒が大
きく、配向性のよいAlスパッタ膜が得られる。スパッタ
終了後基体は直ちに基体温度調整チャンバ３に搬送さ
れ、50℃程度まで急冷される。これにより、Alスパッタ
膜中のSi及びCuの析出を抑制することができた。 上記実施例では、シリコンウェハを基体として、その
表面にAl薄膜をスパッタリングにより成膜する例を示し
たが、ステージを介して基体の温度制御が高精度に行え
るためウェハ内で再現性が良い結晶性及び薄膜の微細構
造が得られ、品質の優れた成膜を達成することができ
た。例えば、数100Åの薄い膜を加熱する際にその加熱
温度が350℃以上では結晶性の向上が得られなかった。
従って、正確な温度を知ることがきる本発明なくしては
工業的にこのような成膜方法を実現させることはできな
い。 なお、本発明の真空処理装置は、上記のスパッタ装置
のほかCVD（Chemicai Vapor Deposition）による成膜装
置等にも適応可能であることは言うまでもない。 例えば、シリコンウエハ基板を基体として、この基板
上にCVDにより既知の方法でタングステン膜を成膜する
場合などに有効である。 この種の成膜装置においては、いずれも基体の温度制
御の精度が、形成される膜質を左右することから、本発
明の成膜装置は、それ十分応え得るものである。 なお、上記実施例のように真空処理チャンバを成膜処
理チャンバとすれば成膜装置が実現されるが、この真空
処理チャンバを成膜チャンバ以外にも例えばプラズマエ
ッチング等のドライエッチング処理のチャンバとするこ
とも可能であり、エッチングする基板の温度制御につい
ては上記実施例と同様に容易に実現できる。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、真空中での基体
の正確な温度制御を可能とするものであり、基板の正確
な温度管理のできる真空処理装置を実現すると共に、そ
れを成膜装置に応用することにより正確な温度制御を必
要とする成膜前後、及び成膜中の温度の管理が容易にで
きるので、高品質な膜の形成を可能とする。
第１図は、本発明の一実施例を示す真空処理装置の概略
説明用一部断面ブロック構成図、第２図は、スパッタス
テージの一例を示す概略断面構成図、第３図は、本発明
の他の一実施例を示す真空処理装置の概略説明用一部断
面ブロック構成図、第４図は、本発明の更に異なる他の
一実施例を示す真空処理装置の概略説明用一部断面ブロ
ック構成図、第５図及び第６図は、それぞれシャッタ機
構を配設したスパッタステージ及び基体温度調整ステー
ジの一例を示す概略断面構成図、第７図は、シャッタの
有無による温度計測結果を示した特性曲線図、第８図
は、同一チャンバ内でステージを２分割した本発明の他
の実施例となるステージの断面図、第９図は、温度制御
手段を基体の両面に配設したステージの断面図、そして
第10図は、成膜時の一温度プロファイルを示した説明図
である。 符号の説明 １……真空処理装置 ２……基体温度校正チャンバ ３……基体温度調整チャンバ ４……スパッタ成膜チャンバ ５……基体温度校正ステージ ６……基体温度調整ステージ ７……スパッタステージ ８……ターゲット ９……スパッタ電極 10……基体 11、14、15……赤外線輻射温度計 13……基体温度制御器 16……迷光遮断用円筒 19……開口窓 20〜22……シャッタ GV1、GV2……ゲートバルブ
説明用一部断面ブロック構成図、第２図は、スパッタス
テージの一例を示す概略断面構成図、第３図は、本発明
の他の一実施例を示す真空処理装置の概略説明用一部断
面ブロック構成図、第４図は、本発明の更に異なる他の
一実施例を示す真空処理装置の概略説明用一部断面ブロ
ック構成図、第５図及び第６図は、それぞれシャッタ機
構を配設したスパッタステージ及び基体温度調整ステー
ジの一例を示す概略断面構成図、第７図は、シャッタの
有無による温度計測結果を示した特性曲線図、第８図
は、同一チャンバ内でステージを２分割した本発明の他
の実施例となるステージの断面図、第９図は、温度制御
手段を基体の両面に配設したステージの断面図、そして
第10図は、成膜時の一温度プロファイルを示した説明図
である。 符号の説明 １……真空処理装置 ２……基体温度校正チャンバ ３……基体温度調整チャンバ ４……スパッタ成膜チャンバ ５……基体温度校正ステージ ６……基体温度調整ステージ ７……スパッタステージ ８……ターゲット ９……スパッタ電極 10……基体 11、14、15……赤外線輻射温度計 13……基体温度制御器 16……迷光遮断用円筒 19……開口窓 20〜22……シャッタ GV1、GV2……ゲートバルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島村 英昭 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 都竹 進 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 西谷 英輔 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 米岡 雄二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−64424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/54
Claims (3)
- 【請求項１】成膜処理が施されるべき基体を温度管理し
て基体に成膜処理を行なう成膜方法であって、 成膜処理前に、前記基体が成膜処理を施される側の表面
に、第１の赤外線輻射温度計の測定波長に対して実質的
に鏡面を構成する部材を近接して設置することで、前記
基体が成膜処理中及び処理後に呈する赤外線輻射特性を
疑似的に起こさせ、前記基体の既知の温度での輻射強度
を前記第１の赤外線輻射温度計により測定する工程と、 前記既知の温度に基づく疑似的状態にある基体からの輻
射強度を測定した前記第１の赤外線輻射温度計の出力か
ら、第２の赤外線輻射温度計により前記基体の温度を正
しく獲得するための赤外線感度補正値を演算して記憶手
段に記憶する工程と、 未知の温度条件にある被測定対象の前記基体の成膜処理
中及び処理後に、前記基体の輻射温度を前記第２の赤外
線輻射温度計により測定する工程と、 前記基体の輻射強度を測定する前記第２の赤外線輻射温
度計からの出力を、前記事前獲得した赤外線感度補正値
に基づき補正して前記基体の真の温度を算出する工程
と、 前記算出した温度にしたがって、前記基体を温度管理し
て成膜処理を行なう工程とを有して成る成膜方法。 - 【請求項２】基体を載置する第１のステージと、前記第
１のステージに載置された基体からの輻射強度を測定す
る第１の赤外線輻射温度計とを備えた温度校正ユニット
と、 前記第１の赤外線輻射温度計の出力及び前記基体の少な
くとも一つの既知温度に基づいて、前記第１の赤外線輻
射温度計と同一の赤外領域の波長にて測定を行なう第２
の赤外線輻射温度計により前記基体の温度を正しく獲得
するための赤外線感度補正値を演算して記憶する手段
と、 前記基体を載置する第２のステージと、前記基体を任意
の温度に加熱または冷却する手段と、前記基体に成膜処
理する手段とを備え前記温度校正ユニットとは別に設け
られた真空成膜処理チャンバと、 前記第２のステージに載置された基体からの輻射強度を
測定する第２の赤外線輻射温度計と、 前記第２の赤外線輻射温度計の出力から、事前に求めた
前記赤外線感度補正値に基づき、前記真空成膜処理チャ
ンバの前記第２のステージに載置された基体の真の温度
を算出する手段と、 少なくとも前記温度校正ユニットで、前記基体に成膜処
理を施す表面側に近接して配設され、前記第１及び第２
の赤外線輻射温度計の測定波長に対して実質的に鏡面で
ある部材でその主面が構成されたシャッタ機構とを具備
して成る成膜装置。 - 【請求項３】上記真空成膜処理チャンバを、スパッタリ
ング、真空蒸着、もしくはCVDによって成膜し得る真空
成膜処理チャンバで構成して成る請求項２記載の成膜装
置。
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| DE4092221A DE4092221C2 (de) | 1989-12-11 | 1990-12-10 | Vakuumverarbeitungsapparatur und Vakuumverarbeitungsverfahren |
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|---|---|---|---|
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| JP31478797A Division JP3244463B2 (ja) | 1989-12-11 | 1997-11-17 | 真空処理装置及びそれを用いた成膜装置と成膜方法 |
| JP31478697A Division JP3244462B2 (ja) | 1989-12-11 | 1997-11-17 | 成膜方法 |
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2923008B2 (ja) |
| KR (1) | KR940007608B1 (ja) |
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| US7335260B2 (en) | 1999-10-29 | 2008-02-26 | Lg.Philips Lcd Co., Ltd. | Laser annealing apparatus |
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| WO2005059991A1 (en) * | 2003-12-19 | 2005-06-30 | Mattson Technology Canada Inc. | Apparatuses and methods for suppressing thermally induced motion of a workpiece |
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| US7528391B2 (en) * | 2006-12-22 | 2009-05-05 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for reducing contamination during ion implantation |
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