JP3244463B2 - Vacuum processing apparatus, film forming apparatus and film forming method using the same - Google Patents

Vacuum processing apparatus, film forming apparatus and film forming method using the same

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、真空内で基体に様々な
処理を施す真空処理装置及びそれを用いた成膜装置と成
膜方法に関するものであって、特に半導体装置の製造工
程に用いるに好適な真空処理装置及びそれを用いた成膜
装置と成膜方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum processing apparatus for performing various processes on a substrate in a vacuum, a film forming apparatus and a film forming method using the same, and more particularly to a semiconductor device manufacturing process. More particularly, the present invention relates to a vacuum processing apparatus, a film forming apparatus and a film forming method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】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、熱を伝導させ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。
2. Description of the Related Art In a process apparatus used for manufacturing a semiconductor device, it is important to accurately control a process temperature in order to realize a well-controlled reaction or the like. A representative example of a process apparatus in which the temperature is the most important setting condition is a so-called furnace such as an oxidation furnace. The inside of this kind of furnace is an oxidizing atmosphere replaced with the atmosphere. In this case, the replacement atmosphere is at or above atmospheric pressure, and for example, a silicon wafer in the furnace body is heated by radiation from a heater installed around a quartz tube and heat conduction by the atmospheric pressure atmosphere in the quartz tube. . That is, since there is a medium for conducting heat, the temperature can be measured relatively accurately using a measuring element such as a thermocouple installed in the heat conducting atmosphere.

【0003】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。
Further, as an example in which a heat conductive medium is not used, a photoresist baking apparatus used in a step of applying a photoresist used as a mask in an etching step can be exemplified. In this apparatus, baking is performed in an atmospheric pressure atmosphere, but the silicon wafer is placed on a heat block having a larger heat capacity than a silicon wafer heated to a predetermined baking temperature, and the silicon wafer is further provided on the heat block side. The entire surface of the silicon wafer is pressed against the heat block by atmospheric pressure using a vacuum chuck. Therefore, the temperature of the wafer is balanced with the temperature of the heat block, so that the temperature of the wafer can be accurately controlled and managed by a temperature measuring element such as a thermocouple attached to the heat block. Many semiconductor manufacturing processes rely on highly pure materials and well-controlled reactions in a dust-free environment, often requiring processing in a vacuum.

【0004】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。
Conventionally, accurate temperature control of a wafer in a vacuum in a semiconductor manufacturing apparatus has been essentially difficult for the following reasons.

【0005】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。
That is, in the heating by the lamp heater, the wafer is heated only by radiation without a medium for transmitting heat, and therefore, as is well known, only a small absorption occurs on the metal mirror surface, and a large absorption occurs on the black body. Absorption occurs, and as a result, the degree of heating varies greatly depending on the surface condition of the heated wafer.

【0006】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。
Attempts have been made to accurately measure the temperature of the wafer during the process by attaching a thermocouple to the wafer. However, in order to measure the temperature of the wafer while the thermocouple is in point contact with the wafer, the temperature of the thermocouple is measured. It is difficult to stabilize the contact state to a constant level, and the measurement temperature has a drawback of poor reproducibility.

【0007】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。
When a wafer is heated by infrared radiation, since the wafer is almost transparent in a wide range of the infrared region, heat is not transmitted to the thermocouple only by conduction from the wafer, but the thermocouple itself is heated. In some cases, the wafer may be heated by a lamp heater, and it is difficult to accurately measure the temperature of the wafer.

【0008】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58−213434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
を制御、管理することができる。
There is also a method of forcibly bringing a conductive medium into a vacuum. For example, as described in JP-A-56-48132 or JP-A-58-213434, a silicon wafer is clamped to a heat block set in a vacuum atmosphere, and the back surface of the silicon wafer is connected to the heat block. By filling the gas with a pressure of about 1 Torr in between, the temperature of the wafer is equilibrated with the temperature of the heat block. Also in this case, the temperature of the wafer can be controlled and managed by a temperature measuring element such as a thermocouple attached to the heat block.

【0009】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。
However, in this example, since the wafer is clamped to the heat block with a small force as compared with the use of a vacuum chuck under atmospheric pressure, the uniformity and reproducibility of the temperature are not sufficient. The biggest disadvantage is that the heat transfer medium to the wafer takes time due to the low density of the heat transfer medium. Eventually, even if the heat block and the wafer reach thermal equilibrium, it takes several seconds to several tens of seconds as described in the above example,
Further, it is considered that various factors influence the reproducibility of the heat conduction time.

【0010】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。
As described above, whichever heating means is used, the temperature of the wafer must be measured in a non-contact manner in a vacuum. As one of the methods, there has been proposed a method of measuring a radiation intensity from a wafer in an infrared region using an infrared thermometer.

【0011】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。
That is, in this method, a wafer is placed on a heat stage and heated in a sputtering apparatus.
The temperature of the wafer is measured by an infrared thermometer through a through hole formed in a target placed opposite to the wafer. In other words, the infrared emissivity of the wafer at a specific temperature is measured in advance with the calibration sample, and the wafer temperature during sputtering is controlled based on the measured value.

【0012】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。
[0012] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-129966 can be cited as one related to this kind of technology.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】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。
However, in this method, since the emissivity of the wafer is not always constant as described below, it is difficult to accurately measure the temperature, and there are some problems. That is, the same metal as the target material is used for the calibration sample,
For example, a silicon wafer on which aluminum is deposited by several hundred degrees is used, but the infrared emissivity from the wafer surface varies depending on the presence or absence of a metal film on the surface to be observed by an infrared thermometer of the wafer. Can not do. When a metal film is formed, a mirror surface is formed.
The emissivity is very low, making measurement difficult.
In some cases.

【0014】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。
Further, even after the start of film formation, accurate temperature measurement cannot be performed until a film is formed to a certain thickness (for example, 500 to 1000 ° of aluminum).

【0015】真空中でのウェ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。
In order to accurately measure the temperature of a wafer in a vacuum and to control the temperature associated therewith, even if a wafer on which the same metal film is formed has a difference in infrared emissivity depending on the product lot, calibration is performed as in this example. In a method in which a separate wafer is prepared, accurate temperature control cannot be performed because the wafer is not a wafer on which a film is actually formed.

【0016】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。
As described above, in the vacuum processing apparatus conventionally used, various temperature control means are used, but none of them can accurately control the temperature of the process.

【0017】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。
In other words, the ideal method of controlling the temperature of a wafer using an infrared thermometer is to calibrate the infrared thermometer using the wafer itself on which the film is actually formed, and to detect infrared radiation based on the presence or absence of the film and its state. This is a method that can be measured without being affected by the difference in rate. However, there has not yet been proposed any practical one.

【0018】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、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
た真空処理装置を、第2の目的は、この真空処理装置を
応用した、例えばスパッタ装置やCVD(Chemical V
apor Deposition)装置のような成膜装置を、そして第
3の目的は、この改良された成膜装置による成膜方法
を、それぞれ提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and a first object of the present invention is to provide an improved vacuum processing system capable of accurately measuring and controlling the temperature of a substrate in a vacuum. The second object is to apply this vacuum processing apparatus, for example, a sputtering apparatus or a CVD (Chemical V).
It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus such as an apor deposition apparatus, and a third object of the present invention is to provide a film forming method using the improved film forming apparatus.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】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。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have conducted studies as described in detail below and obtained various findings. That is, in the present invention, calibration is performed for each substrate (for example, a silicon wafer) in order to use the infrared radiation thermometer as a main temperature measurement unit. Specifically, before processing the substrate by the target vacuum processing apparatus ,
Each time, heating or cooling is performed to a known temperature, and the temperature of the base is measured by a first infrared radiation thermometer at one or more points. From the indicated value of the first infrared radiation thermometer obtained at this time, the infrared radiation thermometer in the vacuum processing chamber is corrected after the temperature calibration stage .
Specifically, the infrared radiation thermometer after the temperature calibration stage is calibrated by knowing this correction value in advance and using, for example, a coarse correction or a simple coefficient if the correction is performed in a narrow temperature range. When there are a plurality of temperature calibration points, there is a method of taking in the respective temperature calibration data into a computer and performing a calculation for correction.

【0020】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。
The above-mentioned temperature calibration stage is not limited to a vacuum and may be in an environment of atmospheric pressure. Under atmospheric pressure environment, not only the device structure is generally simplified, but also
The temperature of the target wafer can be more easily brought close to the temperature of the heat block (stage) heated or cooled to a known temperature.

【0021】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。
Specifically, when the temperature calibration stage is set at atmospheric pressure, it is possible to use a vacuum chuck for the stage to bring the substrate into close contact with a heat block having a larger heat capacity than the substrate. By doing so, the temperature of the substrate can be brought closer to the heat block temperature more accurately and in a short time. Temperature calibration section
Need not be provided close to the so-called sputtering device body.
Also, there is no need to incorporate it into the sputtering apparatus body.

【0022】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。
[0022] When the need to take high temperature of the calibration point as described above, depending on the atmosphere than problems such as the surface of the substrate of interest is oxidized occurs, temperature calibration stearate
It is more preferable that the atmosphere of the chamber having the gaseous atmosphere be an atmosphere replacing the atmosphere, for example, a nitrogen or argon atmosphere.

【0023】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。
When the temperature calibration stage is set in a vacuum, in order to improve the heat conduction between the heat block and the base as described above, heating or cooling gas is applied between the two at a pressure of 5 Pascal or more. By interposing as a conductive medium, the substrate temperature approaches the heat block in a relatively short time.

【0024】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。
For example, in an apparatus for forming a thin film on a substrate by a sputtering method, when the substrate in the atmosphere is taken into a vacuum processing tank, moisture adsorbed on the surface of the substrate is sufficiently removed. For this reason, it is necessary to heat the substrate to 150 ° C. or higher, and conversely, it is necessary to lower the temperature of the already heated substrate in the vacuum chamber to the film formation start temperature. is there. In the case of temperature rise and temperature decrease, accurate temperature measurement is required every time temperature control is performed.
It is necessary to calibrate the infrared radiation thermometer for measuring these temperatures in advance for each substrate. That is heated to a substrate in advance to a known temperature before performing the predetermined vacuum processing was cooled, such as by measuring the substrate temperature by the first infrared radiation thermometer, vacuum the subsequent process based on the measurement result A function capable of calibrating one or more second infrared radiation thermometers used in the process,
If a film forming apparatus, such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus, that needs to accurately control the temperature of the substrate is configured, a process more suitable for electronic components can be realized.

【0025】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。
The measurement by the first and second infrared radiation thermometers described above can be performed at the same wavelength in the infrared region, thereby enabling more accurate calibration. When the above-mentioned calibration of the first infrared radiation thermometer at the known temperature is performed on the heated substrate, if the heating operation to the known temperature is performed in a vacuum, so-called baking for removing moisture adsorbed on the substrate is performed. Since the processing can be shared, the scale of the apparatus can be reduced, which is preferable in some cases.

【0026】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。
For example, when raising the temperature of a substrate in a vacuum processing chamber of a sputtering apparatus, radiation heating by a lamp can be performed instead of using a heat block if an infrared radiation thermometer is calibrated in advance. A cheaper sputtering apparatus can be configured.

【0027】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。
When heating with a lamp is used in a vacuum processing chamber, since the light of the lamp may enter the infrared radiation thermometer as stray light, the wavelength measured by the infrared radiation thermometer is different from the wavelength radiated by the lamp. It is essentially preferred that the wavelength is within the specified wavelength range.

【0028】基体としては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
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。
When a silicon wafer is used as the substrate, for example, the silicon wafer is almost transparent in the infrared region, so that a quartz glass-containing infrared lamp generally used cannot be heated with high efficiency . As a lamp
It is more preferable to use a silicon wafer having a short wavelength having a high absorption efficiency.

【0029】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。
If the temperature for starting film formation on the substrate in the vacuum processing chamber is lower than the baking heating temperature in vacuum for removing adsorbed moisture from the substrate, the baking is performed. Then, the substrate must be cooled to a predetermined temperature in a vacuum chamber and the substrate must be adjusted to a predetermined film formation start temperature. In order to realize such a film forming process with high accuracy, a stage provided with a first infrared radiation thermometer for performing temperature calibration of a second radiation thermometer in a temperature calibration chamber, and a stage provided in a vacuum. A stage for baking the substrate,
Further, a stage for cooling to a temperature at which a predetermined film formation is started before the film formation is started, and a substrate temperature at the cooling stage is accurately calculated and calculated by using a correction value obtained by a first infrared radiation thermometer. A sputtering apparatus having a second infrared radiation thermometer capable of measuring the temperature is required.

【0030】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。
When observing the substrate with an infrared radiation thermometer ,
Observation of the metal film surface shows that the emissivity is small as described above.
Measurement is difficult, so the surface opposite to the surface on which the metal film is
It is desirable to observe. For this purpose, it is necessary to provide a through-hole (opening window) for observation on the heating or cooling stage, but this may cause non-uniformity in the temperature distribution of the substrate. In this case, two stages in the same chamber
Divide and adjust so that both have the same temperature, that is, one heating or cooling stage does not have an opening window for substrate temperature observation with an infrared radiation thermometer, and the other temperature measurement stage Such non-uniformity can be reduced by providing an opening window and quickly transferring the substrate to the other stage after heating or cooling the substrate on one stage and measuring the temperature.

【0031】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。
By providing a plurality of temperature calibration points, more accurate control of the process temperature becomes possible, but by providing a plurality of heating means or cooling means in the substrate temperature calibration chamber, calibration at a plurality of temperatures can be shortened. Can be done on time.

【0032】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。
In the case of an apparatus for forming a metal film by sputtering, an infrared ray radiated on a surface opposite to the surface on which the metal film formed on the substrate is observed is reflected.
The presence or absence of different size of the radiation incident on the infrared radiation thermometer, but the apparent infrared emissivity is different, the following
Since the shutter described above almost reflects infrared rays radiated to the surface of the substrate opposite to the surface observed by the infrared radiation thermometer, the difference in apparent infrared emissivity before and after film formation can be significantly reduced. .

【0033】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。
In the stage for heating or cooling the substrate, the substrate is close to the surface on the opposite side of the surface observed by the infrared radiation thermometer through the opening window of the stage and has a sufficient wavelength for the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. By disposing a shutter mechanism whose main surface is formed by a member which is a mirror surface, stray light penetrating the base and entering the infrared radiation thermometer can be blocked.

【0034】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、 (1).ステージに載置された基体を既知の設定温度に
加熱または冷却する手段を備えた温度校正チャンバと;
この温度校正チャンバ内のステージに設けられた開口窓
を通して基体の輻射熱を測定する第1の赤外線輻射温度
計と;前記第1の赤外線輻射温度計の出力から前記基体
の既知の温度に基づいて輻射率を求め、前記第1の赤外
線輻射温度計により前記基体の温度を正しく表示せしめ
るための赤外線感度補正値を演算する手段と;温度校正
チャンバを出た基体が載置されるステージと、この基体
を所定の設定温度に加熱または冷却する手段と、前記基
体に真空処理する手段とを備えた真空処理チャンバと;
この真空処理チャンバ内のステージに設けられた開口窓
を通して前記基体の輻射熱を測定する第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前記
温度校正チャンバで求めた赤外線感度補正値に基づき真
空処理チャンバ内に置かれた基体の真の温度を算出する
手段と;この第2の赤外線輻射温度計の出力から求めた
基体の温度が、真空処理チャンバ内の前記所定の設定温
度からずれた分量の温度を調整する温度制御手段とを備
えて成る真空処理装置により、達成される。そして好ま
しくは、 (2).ステージに載置された基体を既知の設定温度に
加熱または冷却する手段を備えた温度校正チャンバと;
この温度校正チャンバ内のステージに設けられた開口窓
を通して基体の輻射熱を測定する第1の赤外線輻射温度
計と;前記第1の赤外線輻射温度計の出力から前記基体
の既知の温度に基づいて輻射率を求め、前記第1の赤外
線輻射温度計により前記基体の温度を正しく表示せしめ
るための赤外線感度補正値を演算する手段と;温度校正
チャンバを出た基体が載置されるステージと、この基体
を所定の設定温度に加熱または冷却する手段と、前記基
体に真空処理する手段とを備えた真空処理チャンバと;
この真空処理チャンバ内のステージに設けられた開口窓
を通して前記基体の輻射熱を測定する第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前記
温度校正チャンバで求めた赤外線感度補正値に基づき真
空処理チャンバ内に置かれた基体の真の温度を算出する
手段と;この第2の赤外線輻射温度計の出力から求めた
基体の温度が、真空処理チャンバ内の前記所定の設定温
度からずれた分量の温度を調整する温度制御手段と;上
記各々のチャンバ内の基体上に近接して配設され、赤外
線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とを具備して成る真空
処理装置により、達成される。
The present invention has been made on the basis of the above findings. The means for achieving the object will be specifically described below. A temperature calibration chamber including means for heating or cooling the substrate mounted on the stage to a known set temperature;
A first infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate through an opening window provided on a stage in the temperature calibration chamber; and a radiant radiation based on a known temperature of the substrate from an output of the first infrared radiation thermometer. Means for determining a rate and calculating an infrared sensitivity correction value for correctly displaying the temperature of the substrate by the first infrared radiation thermometer; a stage on which the substrate exiting the temperature calibration chamber is mounted; A vacuum processing chamber comprising: means for heating or cooling the substrate to a predetermined temperature; and means for performing vacuum processing on the substrate;
A second infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate through an opening window provided on a stage in the vacuum processing chamber; and an infrared sensitivity obtained in the temperature calibration chamber from an output of the second infrared radiation thermometer. Means for calculating the true temperature of the substrate placed in the vacuum processing chamber based on the correction value; and the temperature of the substrate obtained from the output of the second infrared radiation thermometer is used to calculate the predetermined temperature in the vacuum processing chamber. This is achieved by a vacuum processing apparatus comprising: temperature control means for adjusting a temperature of an amount deviated from the temperature. And preferably, (2). A temperature calibration chamber including means for heating or cooling the substrate mounted on the stage to a known set temperature;
A first infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate through an opening window provided on a stage in the temperature calibration chamber; and a radiant radiation based on a known temperature of the substrate from an output of the first infrared radiation thermometer. Means for determining a rate and calculating an infrared sensitivity correction value for correctly displaying the temperature of the substrate by the first infrared radiation thermometer; a stage on which the substrate exiting the temperature calibration chamber is mounted; A vacuum processing chamber comprising: means for heating or cooling the substrate to a predetermined temperature; and means for performing vacuum processing on the substrate;
A second infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate through an opening window provided on a stage in the vacuum processing chamber; and an infrared sensitivity obtained in the temperature calibration chamber from an output of the second infrared radiation thermometer. Means for calculating the true temperature of the substrate placed in the vacuum processing chamber based on the correction value; and the temperature of the substrate obtained from the output of the second infrared radiation thermometer is used to calculate the predetermined temperature in the vacuum processing chamber. Temperature control means for adjusting a temperature deviated from the temperature; a member which is disposed close to the substrate in each of the chambers and which is sufficiently mirrored with respect to the measurement wavelength of the infrared thermometer; This is achieved by a vacuum processing apparatus comprising a shutter mechanism configured as described above.

【0035】さら具体的に好ましくは、以下の(3)〜
(12)記載の真空処理装置によっても、達成される。
すなわち、 (3).上記第1及び第2の赤外線輻射温度計は、それ
ぞれ同一の赤外領域の波長にて測定を行うようにして成
る上記(1)もしくは(2)記載の真空処理装置によ
り、また、 (4).上記温度校正チャンバ内の基体を既知の所定温
度に加熱または冷却する手段を、上記真空処理チャンバ
外に配設して成る上記(1)もしくは(2)記載の真空
処理装置により、また、 (5).上記温度校正チャンバ内の基体を既知の所定温
度に加熱または冷却する手段は、大気との置換雰囲気内
に存在するようにして成る上記(1)乃至(4)何れか
記載の真空処理装置により、また、 (6).上記温度校正チャンバ内の基体の温度を既知の
所定温度に加熱または冷却する手段は、基体よりも熱容
量の大きな部材に前記基体を熱的に接触させる手段をも
って構成して成る上記(1)乃至(5)何れか記載の真
空処理装置により、また、 (7).上記基体を基体よりも熱容量の大きな部材に熱
的に接触させる手段は、基体と部材とが接触する空間を
真空に排気する手段を持って構成して成る上記(6)記
載の真空処理装置により、また、 (8).上記温度校正チャンバ内の基体の温度を既知の
所定温度に加熱または冷却する手段は真空処理チャンバ
内にあり、基体を基体よりも熱容量の大きな部材に熱的
に接触させる手段と、この基体と部材とが接触する空間
には5パスカル以上の圧力の気体を封入する手段とを配
設して成る上記(1)乃至(3)何れか記載の真空処理
装置により、 (9).基体温度校正チャンバと、真空処理チャンバと
の間に基体温度調整チャンバを配設し、前記チャンバ内
には、基体の温度制御用ステージとこのステージの開口
窓を通して光学的に接続された第1、第2及び第3の赤
外線輻射温度計とを備えて成る上記(1)もしくは
(2)記載の真空処理装置により、また、 (10).少なくとも上記真空処理チャンバ内の基体が
載置されるステージを、基体を所定温度に加熱もしくは
冷却する手段の配設された第1のステージと、温度測定
用の開口窓が配設された第2のステージとに分割し、第
1のステージで基体の温度設定を行い、次いで第2のス
テージに基体を移動して温度測定する手段を具備して成
る上記(1)乃至(9)何れか記載の真空処理装置によ
り、また、 (11).少なくとも上記真空処理チャンバ内の基体を
加熱する手段の一つが、ランプ加熱手段から成る上記
(1)乃至(9)何れか記載の真空処理装置により、そ
してまた、 (12).少なくとも上記温度校正チャンバ内の基体を
加熱もしくは冷却する手段の一方を上記ステージに備え
ると共に、前記基体上面に近接して第2の加熱もしくは
冷却する手段を配設し、前記基板を両面から温度制御す
るように成した上記(1)乃至(9)何れか記載の真空
処理装置により、達成される。
More preferably, the following (3) to
This is also achieved by the vacuum processing apparatus described in (12).
That is, (3). The first and second infrared radiation thermometers are each configured to perform measurement at the same wavelength in the infrared region by the vacuum processing apparatus according to the above (1) or (2), and (4) . A means for heating or cooling the substrate in the temperature calibration chamber to a known predetermined temperature is provided outside the vacuum processing chamber by the vacuum processing apparatus according to the above (1) or (2). ). The means for heating or cooling the substrate in the temperature calibration chamber to a known predetermined temperature is provided by the vacuum processing apparatus according to any one of the above (1) to (4), which is configured to be present in a replacement atmosphere with the atmosphere. (6). The means for heating or cooling the temperature of the substrate in the temperature calibration chamber to a known predetermined temperature includes means for thermally contacting the substrate with a member having a larger heat capacity than the substrate. 5) The vacuum processing apparatus according to any of the above, and (7). The means for thermally bringing the base into contact with a member having a larger heat capacity than the base has means for evacuating a space where the base and the member come into contact with each other by the vacuum processing apparatus according to the above (6). And (8). Means for heating or cooling the temperature of the substrate in the temperature calibration chamber to a known predetermined temperature is in the vacuum processing chamber, and means for thermally contacting the substrate with a member having a larger heat capacity than the substrate; (9). The vacuum processing apparatus according to any one of (1) to (3) above, wherein a means for sealing a gas having a pressure of 5 Pascal or more is provided in a space where A substrate temperature adjustment chamber is provided between the substrate temperature calibration chamber and the vacuum processing chamber. In the chamber, a first temperature control stage of the substrate and a first optically connected through an opening window of the stage are provided. The vacuum processing apparatus according to the above (1) or (2), comprising the second and third infrared radiation thermometers; and (10). At least a stage on which the substrate in the vacuum processing chamber is mounted is a first stage provided with means for heating or cooling the substrate to a predetermined temperature, and a second stage provided with an opening window for temperature measurement. Any one of the above (1) to (9), comprising means for setting the temperature of the substrate in the first stage, and then moving the substrate to the second stage to measure the temperature. (11). At least one of the means for heating the substrate in the vacuum processing chamber is a vacuum processing apparatus according to any one of the above (1) to (9), which comprises a lamp heating means; and (12). At least one of the means for heating or cooling the substrate in the temperature calibration chamber is provided on the stage, and a second heating or cooling means is provided near the upper surface of the substrate, and the substrate is temperature-controlled from both surfaces. This is achieved by the vacuum processing apparatus according to any one of the above (1) to (9).

【0036】上記第2の目的は、 (13).ステージに載置された基体を既知の設定温度
に加熱または冷却する手段を備えた温度校正チャンバ
と;この温度校正チャンバ内のステージに設けられた開
口窓を通して基体の輻射熱を測定する第1の赤外線輻射
温度計と;前記第1の赤外線輻射温度計の出力から前記
基体の既知の温度に基づいて輻射率を求め、前記第1の
赤外線輻射温度計により前記基体の温度を正しく表示せ
しめるための赤外線感度補正値を演算する手段と;温度
校正チャンバを出た基体が載置されるステージと、この
基体を所定の設定温度に加熱または冷却する手段と、前
記基体に真空成膜処理する手段とを備えた真空成膜処理
チャンバと;この真空成膜処理チャンバ内のステージに
設けられた開口窓を通して前記基体の輻射熱を測定する
第2の赤外線輻射温度計と;前記第2の赤外線輻射温度
計の出力から前記温度校正チャンバで求めた赤外線感度
補正値に基づき真空成膜処理チャンバ内に置かれた基体
の真の温度を算出する手段と;この第2の赤外線輻射温
度計の出力から求めた基体の温度が、真空成膜処理チャ
ンバ内の前記所定の設定温度からずれた分量の温度を調
整する温度制御手段と;上記各々のチャンバ内の基体上
に近接して配設され、赤外線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
機構とを具備して成る成膜装置により、達成される。
The second object is (13). A temperature calibration chamber provided with means for heating or cooling a substrate mounted on a stage to a known set temperature; and a first infrared ray for measuring radiant heat of the substrate through an opening window provided on a stage in the temperature calibration chamber. A radiation thermometer; an infrared ray for obtaining an emissivity based on a known temperature of the substrate from an output of the first infrared radiation thermometer, and displaying the temperature of the substrate correctly by the first infrared radiation thermometer. Means for calculating a sensitivity correction value; a stage on which a substrate that has exited the temperature calibration chamber is mounted; means for heating or cooling the substrate to a predetermined set temperature; and means for performing vacuum film formation on the substrate. A vacuum film formation processing chamber provided with; a second infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate through an opening window provided on a stage in the vacuum film formation processing chamber; Means for calculating the true temperature of the substrate placed in the vacuum film forming chamber based on the infrared sensitivity correction value obtained in the temperature calibration chamber from the output of the second infrared radiation thermometer; Temperature control means for adjusting the temperature by which the temperature of the substrate obtained from the output of the thermometer deviates from the predetermined set temperature in the vacuum film forming process chamber; This is achieved by a film forming apparatus provided with a shutter mechanism which is provided and whose main surface is formed of a member which is sufficiently mirror surface with respect to the measurement wavelength of the infrared thermometer.

【0037】そしてさらに具体的に好ましくは、 (14).上記真空成膜処理チャンバをスパッタリング
法によって所定条件で薄膜を形成することのできる真空
成膜処理チャンバで構成して成る上記(13)記載のス
パッタリング成膜装置により、そしてまた、 (15).上記真空成膜処理チャンバをCVD法によっ
て所定条件で薄膜を形成することのできる真空成膜処理
チャンバで構成して成る上記(13)記載のCVD成膜
装置により、達成される。また、 (16).上記基体温度校正チャンバと、真空成膜処理
チャンバとの間に基体温度調整チャンバを配設し、前記
チャンバ内には、基体の温度制御用ステージとこのステ
ージの開口窓を通して光学的に接続された赤外線輻射温
度計とを備えて成る上記(13)記載の成膜装置によ
り、また、 (17).上記基体温度調節チャンバの設定温度を、基
体温度校正チャンバ及び基体への真空成膜処理チャンバ
よりも低温もしくは高温の異なる温度に保持して成る上
記(16)記載の成膜装置により、そしてまた、 (18).上記真空成膜処理チャンバがスパッタリング
成膜チャンバから成る上記(16)もしくは(17)記
載の成膜装置により、達成される。
More specifically, preferably, (14). The sputtering film forming apparatus according to the above (13), wherein the vacuum film forming processing chamber is constituted by a vacuum film forming processing chamber capable of forming a thin film under predetermined conditions by a sputtering method; and (15). This is achieved by the CVD film forming apparatus described in (13), wherein the vacuum film forming processing chamber is constituted by a vacuum film forming processing chamber capable of forming a thin film under predetermined conditions by a CVD method. (16). A substrate temperature adjustment chamber was provided between the substrate temperature calibration chamber and the vacuum film formation processing chamber, and the chamber was optically connected to a temperature control stage of the substrate and an opening window of the stage. (17) The film forming apparatus according to the above (13), comprising: an infrared radiation thermometer; The film forming apparatus according to the above (16), wherein the set temperature of the substrate temperature adjusting chamber is maintained at a different temperature lower or higher than that of the substrate temperature calibration chamber and the vacuum film forming processing chamber for the substrate, and (18). This is achieved by the film forming apparatus according to the above (16) or (17), wherein the vacuum film forming processing chamber comprises a sputtering film forming chamber.

【0038】上記第3の目的は、(19).成膜処理を
するための所定の基体を基体温度校正チャンバ内のステ
ージに載置し、基体を所定温度に加熱する工程と、次い
で真空下で所定温度に冷却し、基体を真空成膜処理チャ
ンバ内のステージに搬送して所定の第1の成膜設定温度
に制御して成膜を開始する工程と、次いで基体温度を前
記第1の成膜設定温度よりも高い第2の設定温度に制御
して所定厚みになるまで成膜する工程と、成膜終了後、
前記第1の成膜設定温度以下に急冷する工程とを有して
成る上記(13)記載の成膜装置による成膜方法によ
り、また、 (20).成膜処理をするための所定の基体を基体温度
校正チャンバ内のステージに載置し、基体を所定温度に
加熱する工程と、次いで基体を基体温度調整チャンバ内
のステージに搬送して所定温度に冷却する工程と、次い
で基体を真空成膜処理チャンバ内のステージに搬送して
基体の温度を前記基体温度調整チャンバ内の設定温度よ
りも高い第1の成膜温度に制御し、第1の成膜を開始す
る工程と、一旦成膜を停止しこの基体を前記基体温度調
整チャンバ内もしくは他の温度調整チャンバ中のステー
ジに移し、前記第1の成膜温度よりも高い第2の設定温
度に一定時間保持して成膜の緒品粒を増大する工程と、
次いでこの基体を前記真空成膜処理チャンバ内のステー
ジに戻し、基体の温度を前記基体温度調整チャンバ内の
第2の設定温度よりも高い第3の成膜温度に制御して所
定膜厚まで成膜を行う第2の成膜工程と、この基体を再
度前記基体温度調整チャンバ内に戻し、急冷する工程と
を有して成る上記(16)記載の成膜装置による成膜方
法により、達成される。
The third object is as described in (19). A step of placing a predetermined substrate for performing a film forming process on a stage in a substrate temperature calibration chamber and heating the substrate to a predetermined temperature, and then cooling the substrate to a predetermined temperature under vacuum to form a substrate in a vacuum film forming chamber Transporting the substrate to an internal stage and controlling the temperature to a predetermined first film forming set temperature to start film forming, and then controlling the substrate temperature to a second set temperature higher than the first film forming set temperature And forming a film to a predetermined thickness, and after the film formation,
A step of rapidly cooling the film to a temperature equal to or lower than the first film forming set temperature; A step of placing a predetermined substrate for performing a film forming process on a stage in a substrate temperature calibration chamber and heating the substrate to a predetermined temperature, and then transporting the substrate to a stage in the substrate temperature adjustment chamber to reach a predetermined temperature. Cooling, and then transporting the substrate to a stage in a vacuum film forming chamber to control the temperature of the substrate to a first film forming temperature higher than a set temperature in the substrate temperature adjusting chamber; A step of starting the film, temporarily stopping the film formation, transferring the substrate to a stage in the substrate temperature adjustment chamber or another stage in the temperature adjustment chamber, and setting the substrate to a second set temperature higher than the first film formation temperature. A step of increasing the grain size of the film by holding for a certain time,
Next, the substrate is returned to the stage in the vacuum film forming process chamber, and the temperature of the substrate is controlled to a third film forming temperature higher than the second set temperature in the substrate temperature adjusting chamber to form a predetermined film thickness. This is achieved by a film forming method using the film forming apparatus according to the above (16), comprising a second film forming step of forming a film, and a step of returning the substrate to the substrate temperature adjusting chamber again and rapidly cooling the substrate. You.

【0039】また、上記第1の目的は、 (21).基体を既知の温度に加熱もしくは冷却する手
段と、前記基体の輻射熱を測定する第1の輻射温度計と
を備えた温度校正ステージと、前記基体に対して 、所望
の処理中に、前記基体の輻射熱を測定する第2の輻射温
度計を備えた処理ステージと、前記基体の温度算出手段
とを備えて成る処理装置であって、前記温度算出手段
が、前記第1の輻射温度計の出力から、既知の温度に基
づく前記基体の輻射率を演算して記憶する手段と、前記
第2の輻射温度計の出力を、前記事前獲得した基体の輻
射率に基づき補正して、前記基体の真の温度を算出する
手段とを有して成る基体処理装置により、 また、(22).温度校正ステージ上に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、前記温度計に
より観測される前記基体の表面とは反対側の表面に近接
して設置する手段を備えて成る上記(21)記載の基体
処理装置により、達成される。
The first object is (21). Hand to heat or cool the substrate to a known temperature
A step, a first radiation thermometer for measuring radiation heat of the substrate,
A temperature calibration stage having the relative said base, the desired
Measuring the radiant heat of the substrate during the process of
Processing stage provided with a thermometer, and temperature calculating means for the base
A processing device comprising:
Is based on a known temperature from the output of the first radiation thermometer.
Means for calculating and storing the emissivity of the substrate,
The output of the second radiation thermometer is compared with the radiation of the pre-acquired substrate.
Correct based on the emissivity to calculate the true temperature of the substrate
The substrate processing apparatus comprising a means, also, (22). Measurement wavelength of radiation thermometer on temperature calibration stage
A member that substantially forms a mirror surface with respect to the thermometer
Closer to the surface opposite to the surface of the substrate observed
(21) The substrate according to the above (21), further comprising:
This is achieved by a processing device.

【0040】[0040]

【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、温度校正ステージ内においては、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測定し、その測定結果に基
づいて赤外線輻射温度計の補正値、或いは輻射率を演算
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。
[Action] Before performing predetermined processing on a substrate in a vacuum processing chamber, in the temperature calibration stage, the first infrared radiation thermometer is heated or cooled substrate to a known temperature c
Measure the radiation intensity from the wafer and use a thermocouple to measure the temperature of the substrate.
The stage temperature equilibrated with the temperature is measured, and the correction value of the infrared radiation thermometer or the emissivity is calculated based on the measurement result. Based on the calculation result, the temperature of the substrate in the subsequent vacuum processing chamber is accurately measured by the second and third thermometers. Then, based on the measurement result, the temperature control system is operated to set the temperature of the substrate in the vacuum processing chamber to a predetermined value, and the vacuum processing such as the film forming processing is performed in an accurately controlled temperature state.

【0041】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し、広い温度
範囲でのプロセス温度の制御が可能になる。
In the temperature calibration stage , the first
By measuring the calibration temperature with the infrared radiation thermometer and the thermocouple at different temperatures, it is possible to control the process temperature in a wide temperature range when controlling the temperature of the substrate in the vacuum processing chamber thereafter. Will be possible.

【0042】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。
Further, by providing a plurality of means as a heating means or a cooling means for measuring the calibration temperature using the first infrared radiation thermometer and the thermocouple described above, calibration at a plurality of different temperatures can be performed in a shorter time. It can be carried out.

【0043】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。
In order to observe the substrate with an infrared radiation thermometer while heating or cooling the substrate, it is necessary to provide a through-hole (opening window) in the heating or cooling stage. Non-uniformity in distribution may occur. Therefore, as a countermeasure, it is possible to heat both the front and back surfaces of the base. However, two stages are used , and one stage for heating or cooling the substrate is not provided with an opening window, and is a stage dedicated to temperature control. The temperature measurement stage may be provided with an opening window, and the temperature may be measured by moving the substrate from one stage to the other stage when measuring the temperature.

【0044】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。
In the present invention, arranging the shutter close to the substrate when measuring the temperature of the substrate plays a very important role in accurately measuring the temperature of the substrate. The first role is that in the case of an apparatus for forming a metal film by sputtering or CVD, the same infrared emissivity as the metal film is formed by this shutter is used regardless of the presence or absence of the metal film. it is possible to obtain the difference in infrared radiation rate of apparent before and after formation of the can and corrected child lies to permit correct temperature control of the substrate based on the accurate temperature measurement, the second role , Thereby improving the intensity of infrared radiation
Therefore, it is to improve the measurement accuracy, and thirdly, stray light penetrating the base and entering the infrared radiation thermometer is blocked,
It is to prevent a measurement error due to stray light .

【0045】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。
[0045] Note that the other effects that could not be explained here, specifically described in the Examples section.

【0046】[0046]

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0047】〈実施例1〉 図1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。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which the vacuum processing apparatus of the present invention is applied to a sputtering film forming apparatus. In this embodiment, an example in which a silicon wafer is used as a substrate to be formed and an Al thin film is formed thereon by sputtering will be described as a typical example.

【0048】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G
V2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1
5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1
5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。
The vacuum processing apparatus 1 of the present invention comprises a substrate temperature calibration chamber 2 having a substrate temperature calibration stage 5, a substrate temperature adjustment chamber 3 having a substrate temperature adjustment stage 6 for heating and cooling the substrate, It comprises three chambers: a stage 7, an Al target 8, and a sputter deposition chamber 4 having a sputter electrode 9. These chambers are respectively gate valves GV1 and GV
Connected and independent by V2. Further, an exhaust system is connected to the substrate temperature calibration chamber 2 and the sputter film formation chamber 4, and on the other hand, a predetermined vacuum state can be maintained, and on the other hand, a predetermined gas is introduced from a gas inlet to perform the substrate temperature calibration chamber. 2 is set to an atmospheric pressure by introducing air or nitrogen gas, and the sputter deposition chamber 4 is configured to be set to an environment in which plasma is generated by introducing a sputter gas and generating a predetermined discharge. Further, each stage is provided with a heating and cooling means as described later, and an opening window 19 formed of a through-hole for observing radiant infrared rays from the base 10 is provided. First, second and third infrared radiation thermometers 11, 14 and 1 optically coupled through 19
5 is connected. The substrate temperature calibration stage 5 is provided with a thermocouple 12 for accurately measuring the temperature of the substrate temperature calibration stage 5. Then, the output from the first infrared radiation thermometer 11 and the output from the thermocouple 12 are input,
An infrared sensitivity correction value (emissivity) is calculated, and the second and third infrared radiation thermometers 14 and 1 are calculated based on the calculation result.
5, the correct temperature of the substrate 10 on each stage is measured, and finally, a command to set a predetermined stage temperature based on these measurement data is fed back to the heating and cooling means of each stage. A substrate temperature controller 13 is provided for setting and controlling the temperature of the stage to a predetermined value, that is, for managing the temperature of the so-called vacuum processing apparatus as a whole.

【0049】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
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。
[0049] When the described functions of each chamber, the substrate temperature calibration chamber is usually infrared radiation strength of from the substrate 10 which is set to a known temperature above the start of film formation temperature first infrared pyrometer Measurement is performed at step 11, the emissivity is calculated, and the infrared radiation thermometer is calibrated. The substrate temperature adjustment chamber 3 has a temperature adjustment function before transferring the substrate to the next sputter deposition chamber 4, and the sputter deposition chamber 4 has a function of forming a film on the substrate by sputtering.

【0050】以下に各ステージの温度を制御して基体1
0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。
In the following, the temperature of each stage is controlled to
A specific example in which an Al thin film is sputter-deposited on the silicon wafer substrate 10 from the Al target 8 while maintaining 0 at a predetermined temperature will be described.

【0051】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。
First, in the substrate temperature calibration chamber 2 placed under the atmospheric pressure, the wafer 10 is heated stepwise on the calibration stage 5 to three temperature points of 200 ° C., 300 ° C., and 400 ° C. In addition, heating at these stages 5, 6, and 7,
The cooling method will be described later.

【0052】この校正ステージ5上で加熱された基体1
0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で観測して、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。
The substrate 1 heated on the calibration stage 5
0 is connected to the first infrared radiation thermometer 11 and the thermocouple 12.
Observation and measurement are performed, and the arithmetic processing unit of the substrate temperature controller 13 obtains the indicated value of the temperature at each temperature stage. That is, the thermocouple 12
In actually measuring the temperature of the calibration stage which is the substrate temperature and the equilibrium, the emissivity at that time was observed by infrared radiation thermometer 11 and the temperature as the substrate temperature, the arithmetic processing unit of the substrate temperature controller 13 Obtain an indication of temperature based on emissivity.

【0053】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。
Since the temperature of the wafer 10 is set in advance to a known temperature, the emissivity obtained from the first infrared radiation thermometer 11 can be calculated by back calculation. The processing temperatures of the temperature adjustment chamber 3 and the sputter deposition chamber 4 are determined by using this emissivity.
The emissivity is corrected and read from the third infrared radiation thermometers 14 and 15.

【0054】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1
4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1
0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G
V2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、ロボット等が用いら
れる。
When the emissivity calibration by the first infrared radiation thermometer 11 is completed, the inside of the substrate temperature calibration chamber 2 is evacuated to a vacuum state, and then the wafer 10 is opened by opening the gate valve GV1 to open the calibration chamber. 2 is transferred to a substrate temperature adjusting chamber 3 under vacuum, and is transferred to a second infrared radiation thermometer 1.
4, the temperature is measured. From the measurement result, the temperature of the stage 6 is adjusted by the substrate temperature controller 13 and the wafer 1 is adjusted.
Adjust the temperature of 0 to any temperature. In this example, 100
Set to ° C. Thereafter, the wafer 10 is moved to the gate valve G.
V2 is opened, transported to the stage 7 of the sputtering film formation chamber 4 in a vacuum state, measured by the third infrared radiation thermometer 15, and based on the result, the temperature of the stage 7 is adjusted to an arbitrary temperature. The temperature of the base 10 is controlled to an arbitrary temperature to form a sputter film. In this example, the temperature was set to 250 ° C. to form an Al sputter film. After the sputter deposition, the wafer 10 was transferred to the calibration chamber 2 again, and the emissivity was re-calibrated, and the emissivity was used for correction in the temperature measurement during the subsequent sputter deposition. As a simple means for transferring between the chambers, for example, a transfer mechanism using a heat-resistant belt such as silicone rubber , a robot, or the like is used.

【0055】次に、図2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
定方法ついて、スパッタステージ7の例を用いて説明す
る。
Next, the outline of the structure of the stage on which the substrate is placed, the method of heating and cooling, and the method of measuring the emissivity of the wafer will be described with reference to FIG.

【0056】 (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の輻射線観測用空
洞を構成する開口窓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。
(1) Structure of Substrate Stage and Method of Heating and Cooling: The sputter stage 7 has a built-in electric heater 18 for heating the stage and transfers heat to the wafer in a vacuum, for example, air or nitrogen gas. The structure has a structure in which the heat transfer gas flows, and a clamp 17 for uniformly bringing the heat transfer gas into contact with the wafer is provided. Further, there is provided an opening window 19 constituting a radiation observation cavity for measuring the temperature of the wafer with the infrared radiation thermometer 15. To cool the wafer, although not shown, a cooling medium such as freon is circulated instead of the heater 18 to cool the stage, and the wafer is cooled by the heat transfer gas in the same manner as described above.

【0057】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。
In the calibration stage 5, since the inside of the chamber is at atmospheric pressure, vacuum evacuation is performed without using a heat transfer gas, and heat transfer is performed by heat conduction while maintaining close contact with the stage by a vacuum chuck. .

【0058】(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1
1、14、15を各ステージの下部に設置し、ウェハの
裏側の温度を設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。
(2) Measurement of Emissivity: Next, a method of measuring the temperature of the wafer base by using an infrared radiation thermometer will be described. In this embodiment, the infrared radiation thermometer 1
1, 14 and 15 are installed at the lower part of each stage, and the temperature on the back side of the wafer is set. The stray light blocking cylinders 16 are set so that stray light from inside each chamber does not enter the infrared thermometer. It is provided between the stage and the infrared radiation thermometer.

【0059】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
で成膜処理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。
In this embodiment, the treatment in a vacuum is the formation of Al on a substrate by sputtering. When the substrate receives the Al metal film, the emissivity is greatly increased by the amount reflected from the Al film. Therefore, the substrate temperature calibration stay
The emissivity obtained by measuring the film forming process in the above becomes unusable by the subsequent film forming process.

【0060】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。これによっ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で、成膜
直後のウェハ温度を正しく知ることが可能である。
In the present invention, the wafer on which the film forming process has been completed is heated again to a preset known temperature in the calibration chamber, the emissivity is measured again on a new surface, and the calibration is performed again. Thus, for example, the wafer temperature immediately after the film formation can be correctly measured by measuring the wafer immediately after the film formation by an infrared radiation thermometer and calculating the correct emissivity by the (second) emissivity measurement after the film formation. It is possible to know.

【0061】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。
For example, if the temperature of the wafer immediately after the film formation is too high, the setting of the heating conditions is changed so as to reduce the amount of substrate heating performed during or before the film formation.

【0062】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。
If it is desired to lower the temperature immediately after the end of the film formation without changing the set temperature at the start of the film formation, the gas is cooled on the substrate stage and the gas pressure on the back surface of the substrate is adjusted. The setting of substrate cooling during film formation can be changed during film formation.

【0063】上記実施例では、シリコンウェハを基体と
して、その裏面に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が得
られ高品質の成膜を達成することができた。
In the above embodiment, an example was shown in which a silicon wafer was used as a substrate and an Al thin film was formed on the back surface by sputtering. However, since the temperature of the substrate could be controlled with high precision via a stage, reproducibility within the wafer was obtained. However, good crystallinity was obtained, and high-quality film formation was achieved.

【0064】〈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。図3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、図1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。
Example 2 When a metal film is formed on the opposite side of the substrate 10 observed by an infrared radiation thermometer, the value of the apparent infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film. FIG. 3 shows an example in which a second temperature calibration chamber 32 is added to the sputter film formation chamber 4 of FIG. 1 to calibrate the infrared emissivity of the substrate after film formation in the sputtering apparatus for such a purpose. It is shown.

【0065】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3
4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ェンバ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。
During the film formation by sputtering, the temperature of the substrate is measured by the infrared radiation thermometer 15. However, in this case, since the metal film has already been formed on the surface of the base 10, the correction value of the infrared emissivity obtained in the base temperature calibration stage 2 cannot be used. For this purpose, after the sputter deposition, the substrate 10 is transferred from the sputter deposition chamber 4 to the second temperature calibration chamber 32, and heated or cooled to a predetermined temperature by the heating or cooling stage 33 similarly to the temperature calibration chamber 2, Infrared radiation thermometer 3
The temperature is measured by the thermocouple 4 and the thermocouple 35, and the infrared emissivity of the substrate 10 after film formation at a predetermined temperature is calculated from the indicated values of both. By correcting the temperature data obtained during the film formation with this value, the temperature of the substrate during the film formation can be accurately obtained. If the temperature of the substrate 10 during the film formation obtained in this way is higher than a predetermined value, the heating means or the cooling means of the substrate temperature adjusting chamber 3 is appropriately adjusted in order to appropriately adjust the temperature of the substrate. By applying the feedback, it is possible to appropriately perform a film forming process on the next substrate.

【0066】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。
The temperature calibration chamber for calibrating the infrared emissivity of the substrate after film formation is not necessarily the temperature calibration chamber 2 for calibrating the infrared emissivity of the substrate before film formation as in this example. There is no need to prepare them separately. That is, after forming a film in the sputtering film forming chamber 4, the substrate is again transferred to the temperature calibration chamber 2 through the substrate temperature adjusting chamber 3.
Then, the infrared ray emissivity may be calibrated in the same manner as in the second temperature calibration chamber 32.

【0067】〈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。
<Embodiment 3> In Embodiments 1 and 2 described above, the emissivity of the substrate changes when the substrate is formed into a film, so that it is necessary to perform the calibration of the emissivity again. This point is improved, and the correction of the infrared radiation thermometer can be performed by using the emissivity as a reference in the subsequent film forming process by one-time emissivity calibration.

【0068】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。
In this embodiment, as in the first embodiment, an example of an apparatus for forming a film of aluminum Al on a silicon wafer substrate by sputtering will be described.

【0069】図4はスパッタ装置の概略構成図を示した
もので、基本的には図1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。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a sputtering apparatus, which is basically the same as that shown in FIG. 1, but in this example, as will be described in detail later, a substrate 10 mounted on each stage will be described. That is, the shutters 20, 21, and 22 are arranged close to each other.

【0070】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。
The substrate 10 is first heated or cooled to a predetermined temperature by the heating or cooling stage 5 in the temperature calibration chamber 2, and the temperature is measured by the first infrared radiation thermometer 11 and the thermocouple 12, and the indicated values of both are measured. The infrared emissivity of the substrate 10 at a predetermined temperature is calculated from the following equation. When a metal film is formed by sputtering on the side of the substrate opposite to the side observed by the infrared thermometer, the apparent value of the infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film. The difference in apparent infrared emissivity due to the presence or absence can be reduced.

【0071】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。
The measurement by the infrared radiation thermometer 11 is performed with the shutter 20 closed.

【0072】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。
Next, the substrate 10 is transferred from the temperature calibration chamber 2 to the substrate temperature adjusting chamber 3, and the temperature of the substrate 10 is measured by the second infrared radiation thermometer 14 while heating or cooling on the heating or cooling stage 6. By adjusting the temperature of the heating or cooling stage 6 to a predetermined temperature through the substrate temperature controller 13 by correcting the emissivity of the substrate 10 at the predetermined temperature obtained in the calibration chamber 2, the temperature of the substrate 10 is controlled to a predetermined temperature. Control the temperature. The measurement is also performed on the thermometer side of the substrate temperature adjustment chamber 3 with the shutter 21 closed as in the case of the temperature calibration chamber 2.

【0073】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1
3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を用いずに温度計測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から搬出され次ぎの工程に進む。
After that, the substrate 10 is
And heated or cooled by the sputter stage 7. At this time, the shutter 22 is closed on the base, the temperature of the base 10 is measured by the third infrared radiation thermometer 15, and the correct temperature is known by correcting the emissivity of the base 10 obtained in the calibration chamber 2. Can be. Further, by knowing the correct temperature in this way, the substrate temperature controller 1
The temperature of the heating or cooling stage 7 is adjusted to a predetermined temperature through 3 and the temperature of the base 10 is controlled to a predetermined temperature to start sputtering film formation. Once the metal film is formed,
The temperature can be measured without using the heater 22. After the film formation is completed, the substrate 10 is returned to the substrate temperature adjustment chamber 3, and the temperature is measured by the second infrared radiation thermometer 14 while being heated or cooled by the stage 6. At this time, the temperature of the stage 6 is adjusted to a predetermined temperature through the substrate temperature controller 13 by correcting the emissivity of the substrate at the predetermined temperature obtained in the calibration chamber 2 to set the substrate temperature to the predetermined value. I do. Thereafter, the substrate is carried out of the vacuum processing apparatus 1 through the temperature calibration chamber 2 and proceeds to the next step.

【0074】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。
The temperature of the substrate 10 is measured at a plurality of temperatures by the first infrared thermometer 11 and the thermocouple 12 in the substrate temperature calibration stage 2, and the second and third infrared radiation thermometers 14 and 15 are measured. Use allows for more accurate control of the process temperature. Although not shown, by providing a plurality of means for heating or cooling the substrate for measurement with the first infrared radiation thermometer 11 for substrate temperature calibration, the temperature of the substrate at a plurality of similar temperatures can be reduced. Calibration can be performed in a shorter time. Above is the temperature calibration incorporated in the sputtering equipment
Although it is described in the form of a hand, it is prepared completely separately as described above
It is also possible.

【0075】図5にステージの代表例として図4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、基本的には図2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。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the sputtering stage 7 of FIG. 4 as a typical example of the stage. The configuration of the stage is basically the same as the example in FIG. 2, except that a shutter 22 is provided near the upper part of the base 10 in the present embodiment.

【0076】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、
図3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の温度校正チャンバ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。
That is, when a metal film is formed by sputtering on the side of the substrate opposite to the side observed by the infrared thermometer,
The value of the apparent infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film, but since the installation of this shutter can reduce the difference in the apparent infrared emissivity due to the presence or absence of the film,
As shown in FIG. 3, the measurement by the infrared thermometer for temperature calibration does not need to be performed twice before and after the film formation by arranging the second temperature calibration chamber 32 or the like, so that only one measurement is required.

【0077】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、この駆動軸を回動することにより開閉する構成
となっている。
This shutter has an openable and closable mechanism that closes the surface of the substrate during temperature measurement and opens during film formation. For example, a stainless steel disk is supported on a rotatable drive shaft. It is configured to open and close by rotating a shaft.

【0078】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に基体に近接し
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に遮断する構成となって
いる。
Further, since the silicon wafer substrate 10 is almost transparent to infrared rays, stray light penetrates the substrate and enters the infrared radiation thermometer, which may lower the accuracy of measuring the temperature of the substrate. As a countermeasure, in this example, a shutter 22 whose main surface is formed by a member which is close to the base on the side opposite to the side observed by the infrared thermometer and which is sufficiently specular with respect to the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. During the temperature measurement of the base 10 by the infrared radiation thermometer 15, the stray light is blocked so as not to enter.

【0079】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る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。
As described above, the role of the shutter mechanism is to firstly correct the increase in the apparent emissivity due to the radiation light from the wafer reflected by the metal film when the metal film is formed on the wafer substrate. , and the the second Thereby is to improve measurement accuracy by improving the infrared radiation intensity, the third is a blocking stray light.

【0080】なお、図6は図4のステージ6の概略構成
図を示したもので、基本的には図5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1
0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1
6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
の例も図5の場合と同様に基体10に近接して図5と同
様にシャッタ21が配設されている。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the stage 6 of FIG. 4, and has basically the same configuration as the stage 7 of FIG. The stage 6 has a built-in heater 18 and has a structure in which a heat transfer gas flows in a space between the stage 6 and the base 10 in a vacuum, and a clamp 17 for bringing the heat transfer gas into uniform contact with the base. is set up. Base 1
An opening window 19 for measuring a temperature of 0 with an infrared radiation thermometer 14 and a stray light blocking cylinder 16 are connected.
Window plates 23 and 24 made of a material that transmits infrared rays are attached to both ends of 6. Further, the cylinder 16 is heated and cooled by water so as not to become a source of stray light. In order to further reduce the influence of stray light, the inner wall of the cylinder 16 can be subjected to black body treatment after cooling . Also, in this example, a shutter 21 is provided close to the base 10 similarly to the case of FIG.

【0081】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。
Note that the shutter has (1) infrared radiation
Specular infrared reflectance for measurement wavelength of thermometer
Ones, (2) may be any structure as long as it has a shutdown function of the stray light, structure, or the fixed shutter to a region of the chamber for opening and closing freely driven for example in synchronization with the temperature measurement timing of the base Various configurations such as a mechanism for moving the substrate to the lower part of the shutter at the time of measurement can be adopted.

【0082】図7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。
図7(a)は、シャッタ無しの比較例、図7(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、図7(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、図7
(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。
FIG. 7 is a characteristic curve showing the difference in the infrared emissivity of the silicon wafer base with and without the shutter.
FIG. 7A is a comparative example without a shutter, and FIG.
4 shows the measurement results of the present example in which a shutter was provided. As apparent from this, the apparent infrared emissivity of the wafer before the aluminum Al film formation (without the Al film) in FIG.
Although the apparent infrared emissivity of the wafer after film formation (with an Al film) is smaller than the apparent infrared emissivity of the wafer, by installing a shutter on the wafer before the Al film formation, FIG.
As shown in (b), the apparent infrared emissivity was almost equal to that of the wafer after the Al film formation. Thus, it can be seen that by measuring the substrate temperature using the shutter, measurement can be performed at a constant emissivity.

【0083】〈実施例4〉 加熱または冷却ステージ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、図8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2
7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。
Example 4 In the case where the temperature distribution of the substrate becomes uneven due to the opening window 19 for measuring the infrared temperature of the substrate on the heating or cooling stage, as shown in FIG. After the base 10 is heated or cooled by a stage 25 dedicated to heating or cooling separately provided at a location remote from the base 19, the base 10 is conveyed to a stage having an opening window 19 and the infrared radiation thermometer 2.
The temperature of the substrate 10 can be measured by the configuration of FIG.
Can be measured in a more uniform temperature distribution.

【0084】〈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、図9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。
Embodiment 5 When heating or cooling of the substrate is performed only from one of the front surface and the rear surface, a temperature difference occurs between the front surface and the rear surface of the substrate. Therefore, as shown in FIG. 9, by providing heating or cooling means 28 and 29 on each side so that the temperature can be controlled from both the front and back sides of the base, the temperature difference between the two sides can be reduced. This can also reduce the non-uniformity of the temperature distribution on the substrate due to the opening window 19.

【0085】〈実施例6〉 図4のスパッタ装置1を用いて、シリコンウェハ基体1
0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。
Example 6 A silicon wafer substrate 1 was formed using the sputtering apparatus 1 shown in FIG.
Another embodiment in which an aluminum Al film is formed on the substrate 0 by sputtering will be described.

【0086】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、図10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
のスパッタ成膜を行い、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。
The silicon wafer substrate 10 is heated to 500 ° C. in the temperature calibration chamber 2 to remove adsorbed moisture and the like, and the temperature is measured by the thermocouple 12 and the emissivity of the infrared radiation thermometer 11 is calibrated based on the temperature. Then, the wafer is transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3. The wafer substrate 10 transported to the substrate temperature adjustment chamber 3 is measured by an infrared radiation thermometer 14, cooled to a predetermined 200 ° C. by controlling the temperature of the stage 6, and transported to the sputter deposition chamber 4. The substrate 10 is sputtered in the sputtering film forming chamber 4 according to a temperature profile as shown in FIG. Target 8 is 1% Si-3% Cu-
An Al composition was used. First, the temperature of the substrate 10 is controlled to 230 ° C., and the first
And then temporarily stop the sputtering,
The substrate is transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3. In the substrate temperature adjusting chamber 3, the temperature of the substrate 10 is controlled to be heated to 300 ° C. to grow the crystal grains of the Al film obtained by the first sputter deposition to improve the orientation and the like.

【0087】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A
l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C
uの折出を抑制することができた。
Next, the substrate is again transported to the sputtering film forming chamber 4 and the substrate temperature is set to about 400 ° C.
The second sputter deposition is restarted, and the deposition is performed to a thickness of about 1 μm. As a result, the crystal grains are large and A
1 sputtered film is obtained. After the sputtering, the substrate is immediately transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3 and rapidly cooled to about 50 ° C. Thereby, Si and C in the Al sputtered film are
It was possible to suppress the deposition of u.

【0088】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できる
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。
In the above embodiment, an example was described in which a silicon wafer was used as a base and an Al thin film was formed on the surface by sputtering. However, since the temperature of the base could be controlled with high precision via a stage, the reproducibility in the wafer was high. Good crystallinity and
A fine structure of a thin film was obtained, and a high-quality film was formed. For example, when heating a thin film having a thickness of several hundred degrees at a heating temperature of 350 ° C. or higher, no improvement in crystallinity was obtained. Therefore, such a film forming method cannot be industrially realized without the present invention, which can know an accurate temperature.

【0089】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(Chemical Vapor Deposi
tion)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。
[0089] The vacuum processing apparatus of the present invention, in addition to the CVD of the sputtering apparatus (Chemica l Vapor Deposi
It is needless to say that the present invention can be applied to a film forming apparatus or the like according to the above method.

【0090】例えば、シリコンウェハ基板を基体とし
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。
For example, this is effective when a silicon wafer substrate is used as a base and a tungsten film is formed on the substrate by a known method by CVD.

【0091】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、それに十分応え得るもので
ある。
In any of the film forming apparatuses of this type, the precision of controlling the temperature of the substrate affects the quality of the film to be formed. Therefore, the film forming apparatus of the present invention can sufficiently respond to such a problem.

【0092】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。
Note that a film forming apparatus can be realized by using a vacuum processing chamber as a film forming processing chamber as in the above embodiment. However, this vacuum processing chamber can be replaced by a dry etching process such as plasma etching. And the temperature control of the substrate to be etched can be easily realized as in the above embodiment.

【0093】[0093]

【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。
As described above, according to the present invention, it is possible to accurately control the temperature of a substrate in a vacuum, and realize a vacuum processing apparatus capable of accurately controlling the temperature of a substrate. By applying it to a film forming apparatus, it is possible to easily control the temperature before and after the film formation that requires accurate temperature control, and during the film formation, so that a high quality film can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】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。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a partial cross-section of a vacuum processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】スパッタステージの一例を示す概略断面構成
図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a sputtering stage.

【図3】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。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing a partial cross section of a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図4】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。
FIG. 4 is a partial cross-sectional block diagram schematically illustrating a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図5】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節ステージの一例を示す概略断面構
成図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a sputtering stage and a substrate temperature adjustment stage each provided with a shutter mechanism.

【図6】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節ステージの一例を示す概略断面構
成図。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a sputtering stage and a substrate temperature adjustment stage each provided with a shutter mechanism.

【図7】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。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing temperature measurement results depending on the presence or absence of a shutter.

【図8】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。
FIG. 8 is a sectional view of a stage according to another embodiment of the present invention in which the stage is divided into two in the same chamber.

【図9】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。
FIG. 9 is a sectional view of a stage in which temperature control means are provided on both surfaces of a base.

【図10】成膜時の一温度プロファイルを示した説明図
である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing one temperature profile during film formation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空処理装置、2…基体温度校正チャンバ、3…基
体温度調節チャンバ、4…スパッタ成膜チャンバ、5…
基体温度校正ステージ、6…基体温度調節ステージ、7
…スパッタステージ、8…ターゲツト、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、1
9…開口窓、20〜22…シャッタ、GV1、GV2…
ゲートバルブ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum processing apparatus, 2 ... Substrate temperature calibration chamber, 3 ... Substrate temperature adjustment chamber, 4 ... Sputter deposition chamber, 5 ...
Base temperature calibration stage, 6 ... Base temperature adjustment stage, 7
... Sputter stage, 8 ... Target, 9 ... Sputter electrode, 10 ... Base, 11, 14, 15 ... Infrared radiation thermometer, 13 ... Base temperature controller, 16 ... Stray light blocking cylinder, 1
9: Open window, 20 to 22: Shutter, GV1, GV2 ...
Gate valve.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/31 H01L 21/302 A (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1−129966(JP,A) 実開 平1−141758(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/3065 H01L 21/31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/31 H01L 21/302 A (72) Inventor Hideaki Shimamura 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Production technology, Hitachi, Ltd. In the laboratory (72) Inventor Susumu Tsutake Takeshi 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture In-house Research Institute of Hitachi, Ltd. Within the Technical Research Institute (72) Inventor Yuji Yoneoka 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Within the Manufacturing Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-1-129966 (JP, A) JP-A-1-141758 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/3065 H01L 21/31

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ステージに載置された基体を既知の設定温
度に加熱または冷却する手段を備えた温度校正ステージ
と;基体の輻射熱を測定する第1の赤外線輻射温度計
と;前記第1の赤外線輻射温度計の出力から前記基体の
既知の温度に基づいて輻射率を求め、前記第1の赤外線
輻射温度計により前記基体の温度を正しく表示せしめる
ための赤外線感度補正値を演算する手段と;該ステージ
と同一ないしは異なる基体が載置されるステージと、こ
の基体を所定の設定温度に加熱または冷却する手段と、
前記基体に真空処理する手段とを備えた真空処理チャン
バと;前記基体の輻射熱を測定する第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前記温
度校正チャンバで求めた赤外線感度補正値に基づき真空
処理チャンバ内に置かれた基体の真の温度を算出する手
段とを備えて成る真空処理装置。
A temperature calibration stage provided with means for heating or cooling a substrate mounted on the stage to a known set temperature; a first infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate; Means for calculating an emissivity from an output of an infrared radiation thermometer based on a known temperature of the substrate, and calculating an infrared sensitivity correction value for correctly displaying the temperature of the substrate by the first infrared radiation thermometer; A stage on which the same or different substrate as the stage is mounted, a means for heating or cooling the substrate to a predetermined set temperature,
A vacuum processing chamber having means for performing vacuum processing on the substrate; a second infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate; and a temperature obtained from the output of the second infrared radiation thermometer in the temperature calibration chamber. Means for calculating the true temperature of the substrate placed in the vacuum processing chamber based on the infrared sensitivity correction value.
【請求項2】ステージに載置された基体を既知の設定温
度に加熱または冷却する手段を備えた温度校正ステージ
と、基体の輻射熱を測定する第1の赤外線輻射温度計
と;前記第1の赤外線輻射温度計の出力から前記基体の
既知の温度に基づいて輻射率を求め、前記第1の赤外線
輻射温度計により前記基体の温度を正しく表示せしめる
ための赤外線感度補正値を演算する手段と;前記基体が
載置される前記ステージ又は、これとは異なるステー
ジ、と、この基体を所定の設定温度に加熱または冷却す
る手段と、前記基体に真空処理する手段とを備えた真空
処理チャンバと;前記基体の輻射熱を測定する第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
から前記温度校正チャンバで求めた赤外線感度補正値に
基づき真空処理チャンバ内に置かれた基体の真の温度を
算出する手段と;上記各々のステージ上の基体上に近接
して配設され、赤外線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と
を具備して成る真空処理装置。
2. A temperature calibration stage provided with means for heating or cooling a substrate mounted on a stage to a known set temperature, a first infrared radiation thermometer for measuring radiation heat of the substrate; Means for calculating an emissivity from an output of an infrared radiation thermometer based on a known temperature of the substrate, and calculating an infrared sensitivity correction value for correctly displaying the temperature of the substrate by the first infrared radiation thermometer; A vacuum processing chamber including the stage on which the substrate is mounted or a stage different from the stage, a unit for heating or cooling the substrate to a predetermined temperature, and a unit for performing vacuum processing on the substrate; A second infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate; and a vacuum processing chamber based on an infrared sensitivity correction value obtained in the temperature calibration chamber from an output of the second infrared radiation thermometer. Means for calculating the true temperature of the substrate placed therein; a member disposed proximate to the substrate on each of the stages and being sufficiently specular with respect to the wavelength measured by the infrared thermometer; A vacuum processing apparatus comprising: a shutter mechanism having a surface.
【請求項3】上記第1及び第2の赤外線輻射温度計は、
それぞれ同一の赤外領域の波長にて測定を行うようにし
て成る請求項1もしくは2記載の真空処理装置。
3. The first and second infrared radiation thermometers are:
3. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the measurement is performed at the same wavelength in the infrared region.
【請求項4】上記温度校正ステージ上の基体を既知の所
定温度に加熱または冷却する手段を、上記真空処理チャ
ンバ外に配設して成る請求項1もしくは2記載の真空処
理装置。
4. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein means for heating or cooling the substrate on the temperature calibration stage to a known predetermined temperature is provided outside the vacuum processing chamber.
【請求項5】上記温度校正ステージ上の基体を既知の所
定温度に加熱または冷却する手段は、大気との置換雰囲
気内に存在するようにして成る請求項1乃至4何れか
つに記載の真空処理装置。
5. A means for heating or cooling the substrate on the temperature calibration stage known predetermined temperature, claims 1 to 4 any one consisting as present in the replacement atmosphere of air
The vacuum processing apparatus according to any one of the above.
【請求項6】上記温度校正ステージ上の基体の温度を既
知の所定温度に加熱または冷却する手段は、基体よりも
熱容量の大きな部材に前記基体を熱的に接触させる手段
をもって構成して成る請求項1乃至5何れか一つに記載
の真空処理装置。
6. The means for heating or cooling the temperature of the substrate on the temperature calibration stage to a known predetermined temperature comprises means for thermally contacting the substrate with a member having a larger heat capacity than the substrate. Item 6. A vacuum processing apparatus according to any one of Items 1 to 5.
【請求項7】上記基体を基体よりも熱容量の大きな部材
に熱的に接触させる手段は、基体と部材とが接触する空
間を真空に排気する手段を持って構成して成る請求項6
記載の真空処理装置。
7. The means for thermally contacting the base with a member having a larger heat capacity than the base comprises means for evacuating a space where the base and the member come into contact with each other.
The vacuum processing apparatus as described in the above.
【請求項8】上記温度校正ステージ上の基体の温度を既
知の所定温度に加熱または冷却する手段は真空処理チャ
ンバ内にあり、基体を基体よりも熱容量の大きな部材に
熱的に接触させる手段と、この基体と部材とが接触する
空間には5パスカル以上の圧力の気体を封入する手段と
を配設して成る請求項1乃至3何れか一つに記載の真空
処理装置。
8. A means for heating or cooling the temperature of the substrate on the temperature calibration stage to a known predetermined temperature is provided in a vacuum processing chamber, and means for thermally contacting the substrate with a member having a larger heat capacity than the substrate. 4. The vacuum processing apparatus according to claim 1, further comprising means for sealing a gas having a pressure of 5 Pascal or more in a space where the base and the member come into contact with each other.
【請求項9】基体温度校正ステージと、真空処理チャン
バとの間に基体温度調整ステージを配設し、基体の温度
調整ステージには第3の赤外線輻射温度計を備えて成る
請求項1もしくは2記載の真空処理装置。
9. A substrate temperature adjusting stage is provided between a substrate temperature calibration stage and a vacuum processing chamber, and the substrate temperature adjusting stage is provided with a third infrared radiation thermometer. The vacuum processing apparatus as described in the above.
【請求項10】少なくとも上記真空処理チャンバ内の基
体が載置されるステージを、基体を所定温度に加熱もし
くは冷却する手段の配設された第1のステージと、温度
測定を行う第2のステージとに分割し、第1のステージ
で基体の温度設定を行い、次いで第2のステージに基体
を移動して温度測定する手段を具備して成る請求項1乃
至9何れか一つに記載の真空処理装置。
10. A stage on which at least a substrate in the vacuum processing chamber is mounted is provided with a first stage provided with means for heating or cooling the substrate to a predetermined temperature, and a second stage for performing temperature measurement. 10. The vacuum according to claim 1, further comprising: means for setting the temperature of the substrate in the first stage, and then moving the substrate to the second stage to measure the temperature. Processing equipment.
【請求項11】少なくとも上記真空処理チャンバ内の基
体を加熱する手段の一つが、ランプ加熱手段から成る請
求項1乃至9何れか一つに記載の真空処理装置。
11. At least one means for heating the substrate of the vacuum processing chamber is a vacuum processing apparatus according to any one of claims 1 to 9 consisting of lamp heating means.
【請求項12】少なくとも上記温度校正ステージ上の基
体を加熱もしくは冷却する手段の一方を上記ステージに
備えると共に、前記基体上面に近接して第2の加熱もし
くは冷却する手段を配設し、前記基板を両面から温度制
御するように成した請求項1乃至9何れか一つに記載の
真空処理装置。
12. The apparatus according to claim 12, wherein at least one of the means for heating or cooling the substrate on the temperature calibration stage is provided on the stage, and the second heating or cooling means is provided close to the upper surface of the substrate. vacuum processing device according to any one of claims 1 to 9 form was as temperature control from both the.
【請求項13】ステージに載置された基体を既知の設定
温度に加熱または冷却する手段を備えた温度校正ステー
ジと;このステージ上の基体の輻射熱を測定する第1の
赤外線輻射温度計と;前記第1の赤外線輻射温度計の出
力から前記基体の既知の温度に基づいて輻射率を求め、
前記第1の赤外線輻射温度計により前記基体の温度を正
しく表示せしめるための赤外線感度補正値を演算する手
段と;温度校正ステージとは同一ないしは異なる基体が
載置されるステージと、この基体を所定の設定温度に加
熱または冷却する手段と、前記基体に真空成膜処理する
手段とを備えた真空成膜処理チャンバと;この真空成膜
処理チャンバ内のステージに載置された前記基体の輻射
熱を測定する第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前記温度校正ステージで求め
た赤外線感度補正値に基づき真空成膜処理チャンバ内に
置かれた基体の真の温度を算出する手段と;この第2の
赤外線輻射温度計の出力から求めた基体の温度が、真空
成膜処理チャンバ内の前記所定の設定温度からずれた分
量の温度を調整する温度制御手段と;上記各々のチャン
バ内の基体上に近接して配設され、赤外線温度計の測定
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
れたシャッタ機構とを具備して成る成膜装置。
13. A temperature calibration stage having means for heating or cooling a substrate mounted on the stage to a known set temperature; a first infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate on the stage; Determine the emissivity based on the known temperature of the substrate from the output of the first infrared radiation thermometer,
Means for calculating an infrared sensitivity correction value for correctly displaying the temperature of the substrate by the first infrared radiation thermometer; and a substrate which is the same as or different from the temperature calibration stage.
A stage on which the substrate is mounted, means for heating or cooling the substrate to a predetermined set temperature, and means for performing a vacuum film forming process on the substrate; and a vacuum film forming processing chamber; A second infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate mounted on a stage; and a vacuum film forming process based on an infrared sensitivity correction value obtained in the temperature calibration stage from an output of the second infrared radiation thermometer. Means for calculating the true temperature of the substrate placed in the chamber; and the temperature of the substrate determined from the output of the second infrared radiation thermometer has deviated from the predetermined set temperature in the vacuum film forming chamber. Temperature control means for adjusting the temperature of the amount; a main surface of which is disposed close to the substrate in each of the chambers and which is sufficiently mirrored with respect to the measurement wavelength of the infrared thermometer; Shutter mechanism Film-forming apparatus comprising comprises a.
【請求項14】上記真空成膜処理チャンバをスパッタリ
ング法によって所定条件で薄膜を形成することのできる
真空成膜処理チャンバで構成して成る請求項13記載の
スパッタリング成膜装置。
14. The sputtering film forming apparatus according to claim 13, wherein said vacuum film forming processing chamber is constituted by a vacuum film forming processing chamber capable of forming a thin film under predetermined conditions by a sputtering method.
【請求項15】上記真空成膜処理チャンバをCVD法に
よって所定条件で薄膜を形成することのできる真空成膜
処理チャンバで構成して成る請求項13記載のCVD成
膜装置。
15. The CVD film forming apparatus according to claim 13, wherein said vacuum film forming processing chamber is constituted by a vacuum film forming processing chamber capable of forming a thin film under predetermined conditions by a CVD method.
【請求項16】上記基体温度校正ステージと、真空成膜
処理チャンバとの間に基体温度調整ステージを配設し、
前記チャンバ内には、基体の温度調整用ステージとこの
ステージに赤外線輻射温度計とを備えて成る請求項13
記載の成膜装置。
16. A substrate temperature adjustment stage is provided between the substrate temperature calibration stage and a vacuum film formation processing chamber,
14. The apparatus according to claim 13, further comprising a stage for adjusting the temperature of the substrate and an infrared radiation thermometer provided on the stage.
A film forming apparatus as described in the above.
【請求項17】上記基体温度調整チャンバの設定温度
を、基体温度校正ステージ及び基体への真空成膜処理チ
ャンバよりも低温もしくは高温の異なる温度に保持して
成る請求項16記載の成膜装置。
17. The film forming apparatus according to claim 16, wherein the set temperature of the substrate temperature adjusting chamber is maintained at a different temperature lower or higher than the temperature of the substrate temperature calibration stage and the vacuum film forming processing chamber for the substrate.
【請求項18】上記真空成膜処理チャンバがスパッタリ
ング成膜チャンバから成る請求項16もしくは17記載
の成膜装置。
18. The film forming apparatus according to claim 16, wherein said vacuum film forming processing chamber comprises a sputtering film forming chamber.
【請求項19】成膜処理をするための所定の基体を基体
温度校正ステージに載置し、基体を所定温度に加熱する
工程と、次いで真空下で所定温度に冷却し、基体を真空
成膜処理チャンバ内のステージに搬送して所定の第1の
成膜設定温度に制御して成膜を開始する工程と、次いで
基体温度を前記第1の成膜設定温度よりも高い第2の設
定温度に制御して所定厚みになるまで成膜する工程と、
成膜終了後、前記第2の成膜設定温度以下に急冷する工
程とを有して成る請求項13記載の成膜装置による成膜
方法。
19. A step of mounting a predetermined substrate on which a film is to be formed on a substrate temperature calibration stage and heating the substrate to a predetermined temperature, and then cooling the substrate to a predetermined temperature under vacuum to form a substrate by vacuum film formation. Transporting the substrate to a stage in the processing chamber to start film formation at a predetermined first film formation set temperature, and then setting a substrate temperature to a second set temperature higher than the first film formation set temperature Controlling the film thickness to a predetermined thickness,
14. The film forming method according to claim 13, further comprising a step of rapidly cooling the film to a temperature equal to or lower than the second film forming set temperature after the film forming is completed.
【請求項20】成膜処理をするための所定の基体を基体
温度校正ステージに載置し、基体を所定温度に加熱する
工程と、次いで基体を基体温度調整ステージに搬送して
所定温度に冷却する工程と、次いで基体を真空成膜処理
チャンバ内のステージに搬送して第1の成膜温度にて、
第1の成膜を開始する工程と、一旦成膜を停止しこの基
体を前記基体温度調整チャンバ内もしくは他の温度調整
チャンバ中のステージに移し、前記第1の成膜温度より
も高い第2の設定温度に一定時間保持して膜の結晶粒を
増大する工程と、基体の温度を前記基体温度調整チャン
バ内の第2の設定温度よりも高い第3の成膜温度に制御
して所定膜厚まで成膜を行う第2の成膜工程と、この基
体を他の基体温度調整ステージにより、急冷する工程と
を有して成る請求項16記載の成膜装置による成膜方
法。
20. A step of mounting a predetermined substrate for performing a film forming process on a substrate temperature calibration stage and heating the substrate to a predetermined temperature, and then transporting the substrate to a substrate temperature adjustment stage and cooling the substrate to a predetermined temperature. And then transporting the substrate to a stage in a vacuum deposition process chamber and at a first deposition temperature,
A step of initiating the first film formation and a step of temporarily stopping the film formation and moving the substrate to a stage in the substrate temperature adjustment chamber or another stage in the temperature adjustment chamber, and setting a second temperature higher than the first film formation temperature. And increasing the crystal grains of the film by maintaining the substrate at a predetermined temperature for a predetermined time, and controlling the temperature of the substrate to a third film forming temperature higher than a second temperature set in the substrate temperature adjusting chamber to thereby form a predetermined film. 17. The film forming method according to claim 16, comprising a second film forming step of forming a film to a thickness, and a step of rapidly cooling the substrate by another substrate temperature adjusting stage.
【請求項21】基体を既知の温度に加熱もしくは冷却す
る手段と、前記基体の輻射熱を測定する第1の輻射温度
計とを備えた温度校正ステージと、前記基体に対して、
所望の処理中に、前記基体の輻射熱を測定する第2の輻
射温度計を備えた処理ステージと、前記基体の温度算出
手段とを備えて成る処理装置であって、前記温度算出手
段が、前記第1の輻射温度計の出力から、既知の温度に
基づく前記基体の輻射率を演算して記憶する手段と、前
記第2の輻射温度計の出力を、前記事前獲得した基体の
輻射率に基づき補正して、前記基体の真の温度を算出す
る手段とを有して成り、かつ前記温度校正ステージ上に
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、前記温度計により観測される前記基体の表面と
は反対側の表面に近接して設置する手段を備えて成る基
体処理装置。
21. A temperature calibration stage comprising: means for heating or cooling a substrate to a known temperature; a first radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate;
During the desired processing, a processing stage comprising a second radiation thermometer for measuring the radiant heat of the substrate, and a processing device comprising a temperature calculating means of the substrate, wherein the temperature calculating means, Means for calculating and storing the emissivity of the substrate based on a known temperature from the output of the first radiation thermometer, and converting the output of the second radiation thermometer to the pre-acquired emissivity of the substrate. Means for calculating a true temperature of the substrate, and a member substantially constituting a mirror surface for the measurement wavelength of the radiation thermometer on the temperature calibration stage, A substrate processing apparatus comprising: means for installing the substrate in close proximity to a surface opposite to the surface of the substrate observed by a meter.
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