JP4625394B2 - 製膜装置、製膜方法 - Google Patents
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内部に電極用熱媒体が流れる流路を有し、プラズマを放電して基板(2)に製膜する放電電極(3)と、
電極用熱媒体の温度を調節する電極温度調節装置(4)と、
基板(2)を表面で保持する基板テーブル(5)と、
基板テーブル(5)の裏面に密接して、内部に均熱板用熱媒体が流れる流路を有する均熱板(6)と、
その均熱板用熱媒体の温度を調節する均熱板温度調節装置(7)と、
製膜時に基板(2)の表裏の温度差が無くなるように電極温度調節装置(4)及び均熱板温度調節装置(7)の動作を制御する制御装置(9)と、
を備える。
更に、
基板(2)に対して製膜を行う際に設定される設定パラメータと、製膜時に基板(2)の表裏の温度差が零となるその電極用熱媒体の温度及びその均熱板用熱媒体の温度の組み合わせ、との対応関係が予め記述されたテーブル(8)
を備え、
制御装置(9)は、テーブル(8)を参照して、その設定パラメータの設定値に対応する電極用熱媒体の温度Tを取得して、その電極用熱媒体の温度を取得した温度Tとなるように電極温度調節装置(4)の動作を制御し、且つ、その設定パラメータの設定値に対応するその均熱板用熱媒体の温度Lを取得して、その均熱板用熱媒体の温度が取得した温度Lとなるように均熱板温度調節装置(7)の動作を制御する。
その設定パラメータは、基板(2)の製膜時における表面の温度である基板表面温度、放電電極(3)に印加される放電電極印加電力(Rfパワー)、及び製膜時の雰囲気圧力である製膜圧力である。
更に、
その電極用熱媒体を送出する電極用ポンプ(21)と、
その均熱板用熱媒体を送出する均熱板用ポンプ(22)と、
放電電極(3)の温度を測定する電極温度センサ(23)と、
均熱板(6)の温度を測定する均熱板温度センサ(24)と、
を備え、
制御装置(9)は、その基板表面温度又はそのRfパワーの設定値が変更された場合に、電極温度センサ(23)によって測定された放電電極(3)の温度の単位時間当たりの変化率に基いて、電極用ポンプ(21)が送出するその電極用熱媒体の流量を制御し、且つ、均熱板温度センサ(24)によって測定された均熱板(6)の温度の単位時間当たりの変化率に基いて、均熱板用ポンプ(22)が送出するその均熱板用熱媒体の流量を制御する。
制御装置(9)は、その基板表面温度又はそのRfパワーの設定値が変更された場合に、テーブル(8)を参照して変更後のその基板表面温度及びそのRfパワーに対応する電極用熱媒体の温度T1を取得し、変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも高い場合には、その電極用熱媒体の温度がT1よりも所定の温度αだけ高い温度T1+αになるように電極温度調節装置(4)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度T1になるように動作を制御し、変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも低い場合には、その電極用熱媒体の温度がT1よりも所定の温度αだけ低い温度T1‐αになるように電極温度調節装置(4)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度T1になるように動作を制御し、且つ、変更後のその基板表面温度及び前記Rfパワーに対応する均熱板用熱媒体の温度L1を取得し、変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも高い場合には、その均熱板用熱媒体の温度がL1よりも所定の温度βだけ高い温度L1+βになるように均熱板温度調節装置(7)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように制御し、変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも低い場合には、その均熱板用熱媒体の温度がL1よりも所定の温度βだけ低い温度L1‐βになるように均熱板温度調節装置(7)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように動作を制御する。
ここで、前記の所定の時間とは、後述の第1の実施形態で記載するように、放電電極(3)や均熱板(6)の温度を計測しながら設定温度に実際の温度が近づいた時点で所定時間として制御装置(9)に通知してもよい。また、所定の時間をシミュレーション計算により予め算出しておき、テーブル(8)からの受け取り情報に織り込んでおいてもよい。
電極用ポンプ(21)と均熱板用ポンプ(22)とは共通であり、
その電極用熱媒体とその均熱板用熱媒体は共通であり、
その電極用熱媒体が循環する経路(31)とその均熱板用熱媒体が循環する経路(32)とは共通である。
上述のように、電極用熱媒体が循環する経路と均熱板用熱媒体が循環する経路を共通とすることにより、システムが簡素化する。また、電極用熱媒体と均熱板用熱媒体を共通とすることで、熱媒体量が低減するのでコストが低減される。さらに、電極用ポンプ(21)と均熱板用ポンプ(22)も共通化できるために、ポンプは一つでよく、設置コストが更に低減される。
その電極用熱媒体は、放電電極(3)中を流れた後、均熱板温度調節装置(7)によって温度を調整されて均熱板(6)中を流れる。
放電電極(3)と均熱板(6)とでは、放電電極(3)のほうが温度が低い傾向にある。よって、熱媒体は、温度の低い放電電極(3)へ先に流れることで、放電電極(3)から熱量を受け取る。温度が若干上昇した熱媒体は均熱板温度調整装置(7)で設定温度にまで追加加熱され、均熱板(6)へ送出される。均熱板用熱媒体のみを循環する循環系を持つ場合に比べて、均熱板(6)へ流れる前に均熱板温度調節装置(7)が熱媒体に加える熱量は少なくて済む。均熱板(6)中を流れた熱媒体は、電極温度調節装置(4)において冷却されて、再び放電電極(3)へ送出される。よって電極温度調節装置(4)は冷却機能のみを、均熱板温度調節装置(7)は加熱機能のみを有していればよく、各温度調節装置で加熱と冷却の機能を分担できるのでコストが低減される。
また、放電電極(3)の温度が高く、高Rfパワーで長時間実施されるセルフクリーニング実施時を考えると、均熱板温度調節装置(7)にも若干の冷却機能を設けて、放電電極(3)を出てきた熱媒体を冷却することが必要になる場合がある。しかしながら、この場合も均熱板温度調節装置(7)が冷却すべき熱量は若干であり、必ずしも十分な冷却機能を有する必要はない。同様に、電極温度調節装置(4)は若干の加熱機能が必要となる場合があるが、加熱すべき熱量は若干であるので、必ずしも十分な加熱機能を有する必要はない。よって、各温度調節装置(4、7)は単独で十分な加熱、冷却機能の双方を保有する必要はなく、コストが低減される。
更に、
基板(2)の温度を測定する基板温度センサ(25)
を備え、
テーブル(8)は、更に、均熱板(6)の温度とその均熱板用熱媒体の温度との対応関係を記述し、
制御装置(9)は、基板(2)が投入される前に基板温度センサ(25)により計測された基板温度を取得してその基板表面温度の設定値と比較し、投入される前の基板温度と基板表面温度の設定値との差が所定の差より大きい場合において、
テーブル(8)を参照して、基板表面温度、放電電極印加電力、及びその製膜圧力の設定値から均熱板(6)の温度P1を取得し、更に、取得したその均熱板の温度P1よりも所定の温度γだけ高い温度P1+γに対応した均熱板用熱媒体の温度L1+γを取得し、その均熱板用熱媒体の温度が取得した温度L1+γとなるように均熱板温度調節装置(7)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように動作を制御する。
均熱板(6)の温度が低くなることがある。上述の構成に依れば、投入前の基板(2)の温度と製膜時の設定温度との間に大きな差がある場合には、均熱板用熱媒体の温度をより高くして調節することにより、基板投入時の均熱板(6)の温度低下を抑制することができる。
テーブル(8)は、更に、放電電極(3)の温度とその電極用熱媒体の温度との対応関係を記述し、
セルフクリーニング時において、制御装置(9)は、テーブル(8)を参照して、設定された放電電極(3)の温度Dsに対応したその電極用熱媒体の温度Tsを取得し、その電極用熱媒体の温度が、取得した温度Tsとなるように、電極温度調節装置(4)の動作を制御する。
これによりセルフクリーニング時において、Si系膜や粉にフッ素ラジカルを反応させてSiF4を生成して除去する際に発生する発熱量を、熱媒体に有効に吸収させて除去できるので、製膜室(30)の温度変化を抑制することができる。
このためセルフクリーニング終了後は製膜室(30)の温度が製膜可能な状況になるまで待機する無駄時間を省き、すみやかに製膜処理準備を開始することが出来て、生産量向上に寄与する効果がある。
プラズマを放電して基板(2)に製膜する際の基板表面温度を設定するステップ(ステップS10)と、
基板表面温度と、製膜時に基板(2)の表裏の温度差が零となるような、その電極用熱媒体の温度及び基板(2)を保持する基板テーブル(5)の裏面に密接する均熱板(6)の内部を流れる均熱板用熱媒体の温度の組み合わせ、との対応関係が記述されたテーブル(8)を参照するステップ(ステップS20)と、
基板表面温度の設定値に対応するその電極用熱媒体の温度Tを取得する電極用熱媒体温度取得ステップ(ステップS30)と、
その電極用熱媒体の温度を調節する電極温度調節装置(4)の動作を、温度Tになるように制御するステップ(ステップS40)と、
その基板表面温度の設定値に対応するその均熱板用熱媒体の温度Lを取得する均熱板用熱媒体温度取得ステップ(ステップS50)と、
その均熱板用熱媒体の温度を調節する均熱板温度調節装置(7)の動作を、取得した温度Lになるように制御するステップ(ステップS60)と、
を備える。
更に、
放電電極(3)に印加されるRfパワーの値を設定するステップ(ステップS11)と
を備え、
テーブル(8)には、その基板表面温度、そのRfパワー、及びその製膜圧力に対して、製膜時に前記基板の表裏の温度差が零となるようなその電極用熱媒体の温度及びその均熱板用熱媒体の温度の組み合わせ、が対応付けられて記述され、
電極用熱媒体温度取得ステップ(ステップS30)において、基板表面温度、そのRfパワー、及びその製膜圧力の設定値に対応したその電極用熱媒体の温度Tを取得し、
均熱板用熱媒体温度取得ステップ(ステップS50)において、基板表面温度、そのRfパワー、及びその製膜圧力の設定値に対応したその均熱板用熱媒体の温度Lを取得する。
更に、
その基板表面温度、そのRfパワー、又はその製膜圧力の設定値が変更されるステップ(ステップS70)と、
放電電極(3)の温度を測定するステップ(ステップS140)と、
放電電極(3)の温度の単位時間当たりの変化率である電極温度変化率を求めるステップ(ステップS150)と、
その電極温度変化率に基いて、その電極用熱媒体を送出する電極用ポンプ(21)の動作を制御するステップ(ステップS160)と、
均熱板(6)の温度を測定するステップ(ステップS170)と、
均熱板温度センサ(24)により測定された均熱板(6)の温度の単位時間当たりの変化率である均熱板温度変化率を求めるステップ(ステップS171)と、
その均熱板温度変化率に基いて、その均熱板用熱媒体を送出する均熱板用ポンプ(22)の動作を制御するステップ(ステップS172)と、
を備える。
更に、
その基板表面温度又はRfパワーの設定値が変更されるステップ(ステップS70)と、
テーブル(8)を参照して、変更後の基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の設定値に対応する電極用熱媒体の温度T1を取得するステップ(ステップS80)と、
変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも高い場合には、取得した温度T1よりも所定の温度αだけ高い温度T1+αになるように電極温度調節装置(4)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度T1になるように制御し、変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも低い場合には、電極用熱媒体の温度がT1よりも所定の温度αだけ低い温度T1‐αになるように電極温度調節装置(4)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は所得した温度T1になるように制御するステップ(ステップS90)と、
テーブル(8)を参照して、変更後の基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の設定値に対応する均熱板用熱媒体の温度L1を取得するステップ(ステップS110)と、
変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも高い場合には、取得した温度L1よりも所定の温度βだけ高い温度L1+βになるように均熱板温度調節装置(4)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように制御し、変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも低い場合には、均熱板用熱媒体の温度がL1よりも所定の温度βだけ低い温度L1‐βになるように電極温度調節装置(4)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように制御するステップ(ステップS120)と、
を備える。
テーブル(8)は、更に、均熱板(6)の温度とその均熱板用熱媒体の温度との対応関係を記述し、
更に、
製膜室に投入する前の基板(2)の温度を測定するステップ(ステップS175)と、
投入する前の基板(2)の温度と、設定された基板表面温度との差が所定の値より大きいかどうかを比較するステップ(ステップS176)と、
投入する前の基板(2)の温度と、設定された基板表面温度との比較の結果、差が所定の値より大きい場合において、テーブル(8)を参照して、設定された基板表面温度、放電電極印加電力及び製膜圧力に対応する均熱板(6)の温度P1を取得するステップ(ステップS180)と、
取得した均熱板(6)の温度P1よりも所定の温度γだけ高い温度P1+γを求めるステップ(ステップS190)と、
求めた温度P1+γに対応した均熱板用熱媒体の温度L1+γを取得するステップ(ステップS200)と、
その均熱板用熱媒体の温度が、取得した温度L1+γになるように、均熱板温度調節装置(7)の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように動作を制御するステップ(ステップS210)と、
を備える。
テーブル(8)は、更に、放電電極(3)の温度とその電極用熱媒体の温度との対応関係、及び均熱板(6)と均熱板用熱媒体の温度との対応関係、を記述し、
更に、
セルフクリーニングモードに設定するステップ(ステップS220)と、
放電電極(3)の温度Dsを設定するステップ(ステップS230)と、
均熱板(6)の温度Lsを設定するステップ(ステップS235)と、
前記放電電極に印可する放電電極印加電力(Rfパワー)を設定するステップ(ステップS240)と、
圧力を設定するステップ(ステップS245)と、
テーブル(8)を参照するステップ(ステップS250)と、
設定された放電電極(3)の温度Ds、均熱板(6)の温度Ls、圧力、及びRfパワー、に対応した電極用熱媒体の温度Ts及び均熱板用熱媒体の温度Psを取得するステップ(ステップS260)と、
その電極用熱媒体の温度が、取得した電極用熱媒体の温度Tsとなるように、電極温度調整装置(4)の動作を制御し、且つ、均熱板用熱媒体の温度が、取得した均熱板用熱媒体の温度Psとなるように、均熱板温度調節装置(7)の動作を制御するステップ(ステップS270)と、
を備える。
図4Aは本発明の第1の実施形態に係る製膜装置1の構成の概略を示すブロック図である。本発明に係る製膜装置1としては、プラズマCVD装置、ドライエッチング装置などが挙げられる。ここでは、ガラス基板のような透光性基板上に太陽電池として、微結晶シリコンi層を製膜する例について説明する。微結晶シリコンi層は、微結晶化させる製膜条件の一つとして高Rfパワーを放電電極に印加することに加えて、膜厚がアモルファスシリコンi層の5から10倍と厚い為に、生産性向上のために高圧力、高Rfパワーでの高速製膜が適している。製膜装置1は、製膜室30、電極温度調節装置4、均熱板温度調節装置7、制御装置9、及び記憶装置(図示せず)に格納されたテーブル8を備えている。制御装置9は、テーブル8、均熱板温度調節装置7、及び電極温度調節装置4にアクセス可能である。
尚、図5は基板を鉛直方向に設置するように記載されているが、鉛直軸に対して約10°傾斜させて、基板2を重力で安定に支持する事としてもよい。
まず、基板2の製膜にあたり基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の値が制御装置9に設定される。基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力は、ユーザによって図示しない入力装置を介して制御装置9に通知されることで設定されてもよいし、予め記憶装置に記憶されていた値を読み込むことで設定されてもよい。
続いて、制御装置9がテーブル8にアクセスして、基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の設定値から、対応する放電電極3の温度D1を取得する。更に、制御装置9は、取得した放電電極3の温度D1に対応する電極用熱媒体の温度T1を取得する。放電電極3の温度D1と電極用熱媒体の温度T1が違うのは、放電電極3と電極用熱媒体との間で熱抵抗のために温度差が生じるためである。
電極用熱媒体の温度T1を取得した制御装置9は、電極温度調節装置4に対して取得した電極用熱媒体の温度T1を通知する。通知を受けた電極温度調節装置4は、電極用熱媒体の温度が、通知された温度T1となるように調節する。
制御装置9は、放電電極3の温度D1を取得すると同時に、基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の設定値から、対応する均熱板6の温度P1を取得する。均熱板6の温度P1を取得した制御装置9は、更に、対応する均熱板用熱媒体の温度L1を取得する。
均熱板用熱媒体の温度L1を取得した制御装置9は、均熱板温度調節装置7に対して取得した均熱板用熱媒体の温度L1を通知する。通知を受けた均熱板温度調節装置7は、均熱板用熱媒体の温度を、通知された温度L1となるように調節する。
(構成)
図8は本発明の第2の実施形態に係る製膜装置1の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る製膜装置1は、第1の実施形態に対して、放電電極3の温度を測定する電極温度センサ23、均熱板の温度を測定する均熱板温度センサ24、電極用ポンプ21、及び均熱板用ポンプ22の構成が変更されている。電極温度センサ23及び均熱板温度センサ24は、制御装置9に接続されており、測定した温度データは制御装置9に通知される。また電極用ポンプ21及び均熱板用ポンプ22はそれぞれ、送出する熱媒体の流量を調節する機能を有している。電極用ポンプ21及び均熱板用ポンプ22は制御装置9と接続しており、これらのポンプが送出する熱媒体の流量は制御装置9からの指示によって決定される。
電極用ポンプ21及び均熱板用ポンプ22から送出される熱媒体の流量の値は、初期値を基板表面温度とRfパワーと製膜圧力とから、テーブル8から取得してもよい。熱媒体の流量はPI制御などを用いて、短時間に目標温度になるように適切に制御される。
本実施の形態に係る製膜装置1においては、基板表面温度、Rfパワー、又は製膜圧力の設定値が変更された場合について、以下のように動作する。図9は、第2の実施の形態に係る製膜装置1において、基板表面温度、Rfパワー、又は製膜圧力の設定値が変更された場合の動作の流れを示すフローチャートである。
基板表面温度、Rfパワー、又は製膜圧力の設定値が変更される(ステップS70)と、制御装置9はテーブル8を参照して、変更後の基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の設定値に対応した放電電極3の温度D1を取得する。制御装置9は、更に、取得した放電電極3の温度D1に対応した電極用熱媒体の温度T1を取得する(ステップS80)。
続いて、制御装置9は、取得した電極用熱媒体の温度T1を所定の温度だけ変化させる。この時、基板表面温度、Rfパワー又は製膜圧力の設定値の変更により、変更前に設定されていた電極用熱媒体の温度T0よりも、変更後に取得した電極用熱媒体の温度T1の方が高い場合(T1 >T0)には、制御装置9は、電極用熱媒体の温度Tを、取得した電極用熱媒体の温度T1よりも所定の温度αだけ高い温度(T1+α)に設定する。一方、T1<T0である場合には、制御装置9は、Tを所定の温度だけ低い温度(T1‐α)に設定する。
制御装置9は、新しく設定した温度(T1+α)又は(T1‐α)を電極温度調節装置4に通知する。電極温度調節装置4は、制御装置9より通知された温度(T1+α)又は(T1‐α)になるように、電極用熱媒体の温度を調節する。電極用熱媒体の温度の変更により、放電電極3の温度は、時間の経過とともに(T1+α)又は(T1‐α)に対応する温度(D1+α)又は(D1‐α)に近づいていく。
放電電極3の温度は、(D1+α)又は(D1‐α)に到達する前に、D1へ近づく。所定の時間t1が経過して、放電電極3の温度がD1に近づくと、制御装置9は電極温度調節装置4に対して、電極用熱媒体の温度をT1にするように指示する。電極温度調節装置4は、所定の時間t1が経過した後は、電極用熱媒体の温度TがT1になるように動作する。
ここで所定の時間t1とは、放電電極3の温度を計測しながら、設定値に近づいた時点で所定時間として制御装置9に通知してもよい。また、所定時間をシミュレーション計算により予め算出しておき、テーブル8からの受け取り情報に織り込んでおいてもよい。したがって、電極用熱媒体の温度は、所定の時間t1までは(T1+α)又は(T1−α)になるように制御され、所定の時間t1が経過した後は取得した温度T1になるように制御される。
再び図9に戻り、ステップS80〜ステップS101の処理と平行して、制御装置9はテーブル8を参照して、変更後の基板表面温度及びRfパワーの設定値に対応した均熱板6の温度P1を取得する。制御装置9は、更に、取得した均熱板6の温度P1に対応した均熱板用熱媒体の温度L1を取得する。
続いて、制御装置9は、取得した均熱板用熱媒体の温度L1を所定の温度βだけ変化させる。この時、基板表面温度及びRfパワーの設定値の変更により、変更前に設定されていた均熱板用熱媒体の温度L0よりも、変更後に取得した均熱板用熱媒体の温度L1の方が高い場合(L1 >L0)には、制御装置9は、均熱板用熱媒体の温度Lを、取得した均熱板用熱媒体の温度L1よりも所定の温度βだけ高い温度(L1+β)に設定する。一方、L1<L0である場合には、制御装置9は、Lを所定の温度βだけ低い温度(L1‐β)に設定する。
制御装置9は、新しく設定した温度(L1+β)又は(L1‐β)を均熱板温度調節装置7に通知する。均熱板温度調節装置7は、制御装置9より通知された温度(L1+β)又は(L1‐β)になるように、均熱板用熱媒体の温度Lを調節する。均熱板用熱媒体の温度の変更により、均熱板6の温度は、時間の経過とともに(L1+β)又は(L1‐β)に対応する温度(P1+β)又は(P1‐β)に近づいていく。
均熱板6の温度は、(P1+β)又は(P1‐β)に到達する前に、P1へ近づく。均熱板6の温度がP1に近づいた時刻t2において、制御装置9は均熱板温度調節装置7に対して、均熱板用熱媒体の温度をL1に調整するように指示する。均熱板温度調節装置4は、時刻t2以降、均熱板用熱媒体の温度がL1になるように動作する。
ここで所定の時間t2とは、均熱板6の温度を計測しながら目標温度に近づいた時点で所定時間として制御装置9に通知してもいい。また、所定時間をシミュレーション計算により予め算出しておき、テーブル8からの受け取り情報に織り込んでおいてもいい。
したがって、均熱板用熱媒体の温度は、所定の時間t2までは(L1+β)又は(L1−β)で制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように制御される。
再び、図9に戻って動作を説明する。ステップS80〜S101及びステップS110〜S131の処理と平行して、電極温度センサ23が放電電極3の温度を測定する。測定は放電電極3の温度の経時変化が求められるように、一定の間隔を置いて複数回行われる。電極温度センサ23は、測定した温度の結果を制御装置9に通知する。
電極温度センサ23から測定結果を取得した制御装置9は、放電電極3の温度の単位時間当たりの変化率を計算する。
制御装置9は、計算した単位時間当たりの放電電極3の温度の変化率が、所定の値を超えている場合には、電極用ポンプ21が送出する電極用熱媒体の流量の増量を決定し、電極用ポンプ21へ通知する。放電電極3の温度の変化率が、所定の値以下となると、制御装置9は、電極用ポンプ21に対して、流量を元に戻すように指示する。
電極用ポンプ21及び均熱板用ポンプ22から送出する熱媒体の流量の値は、初期値R0を基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の設定値に基いて、テーブル8を参照して取得してもいい。熱媒体の流量R1はPI制御などを用いて、短時間に目標温度になるように適切に制御される。また事前検証によりR1をテーブル8から取得してもいい。また事前検証により所定の時刻t0から時刻t3、時刻t4までの時間を設定しておき、所定の時間t3から所定の時間t4になるまでの熱媒体流量をR1へ制御し、所定の時間経過後は初期流量値R0としてもいい。
再び図9に戻り説明を行う。ステップS80〜101、ステップS110〜S131、及びステップS140〜S160の処理と平行して、均熱板温度センサ24が均熱板6の温度を測定する。測定は均熱板6の温度の経時変化が求められるように、一定の間隔を置いて複数回行われる。均熱板温度センサ24は、測定した温度の結果を制御装置9に通知する。
均熱板温度センサ24から測定結果を取得した制御装置9は、均熱板6の温度の単位時間当たりの変化率を計算する。
制御装置9は、計算した単位時間当たりの均熱板6の温度の変化率が、所定の値を超えている場合には、均熱板用ポンプ22が送出する均熱板用熱媒体の流量の増量を決定し、均熱板用ポンプ22へ通知する。均熱板6の温度の変化率が、所定の値以下となると、制御装置9は、均熱板用ポンプ22に対して、流量を元に戻すように指示する。
図14は本発明の第3の実施の形態に係る製膜装置1の構成を概略的に示す図である。本実施の形態に係る製膜装置1においては、第1の実施の形態に係る構成において、電極用ポンプ21と均熱板用ポンプ22とが共通であり、ポンプ20として追加されている。電極温度調節装置4により電極用熱媒体の温度が調節されたのち、ポンプ20から電極用熱媒体が送出される。送出された電極用熱媒体は放電電極3内を流れ、放電電極3を出た電極用熱媒体は均熱板温度調節装置7によって温度を調節される。均熱板温度調節装置7により温度が調節された電極用熱媒体は、均熱板用熱媒体として均熱板6内部を流れる。即ち、電極用熱媒体と均熱板用熱媒体は共通である。均熱板6の内部を流れた均熱板用熱媒体は、電極温度調節装置4により温度を調節される。電極温度調節装置4により温度を調節された均熱板用熱媒体は、再び電極用熱媒体として、ポンプ20へ循環する。即ち、電極用熱媒体と均熱板用熱媒体の循環経路は共通である。その他の部分の構成は、第1の実施の形態に係る製膜装置1の構成と同じである。
基板表面温度を200℃として製膜する際は、放電電極3と均熱板6とでは、放電電極3の温度が均熱板温度より30℃から60℃低い傾向にある。よって、温度の低い放電電極3へ先に熱媒体が流れることで、放電電極3から熱量を受け取り、温度が若干上昇した熱媒体を均熱板温度調整装置7で目標温度の200℃に追加加熱して、均熱板6へ送出する。均熱板用熱媒体がある第1の実施形態と比較して、均熱板6へ流れる前に均熱板温度調節装置7によって熱媒体の熱量を奪い去る必要がない。均熱板温度調節装置7が奪う熱量がなく熱媒体の加熱を行い、製膜室30で放熱が必要な熱量は電極温度調節装置4でまとめて奪い取ることができる。各温度調節装置の加熱と冷却の機能を分担できることで、コストが低減される。
また、セルフクリーニング実施時を考えると、放電電極3における発熱量の熱吸収量が多くなる場合がある。このときは均熱板温度調整装置7では熱媒体の過熱ではなく若干の熱量を奪い去る機能を設けて、放電電極3を出てきた熱媒体を若干冷却することが必要になる場合がある。しかしながら各温度調節装置の加熱と冷却の機能を単独で十分に保有する必要はなく、コストが低減される。
本実施の形態に係る製膜装置1の構成は、第2の実施形態に係る製膜装置1に対して、製膜室30に投入される前の基板2の温度を測定する基板温度センサ25(図示せず)が追加される。基板温度センサ25は、投入される前の基板2の温度を測定すると、測定結果を制御装置9に通知する機能を有している。基板温度センサ25以外の構成に付いては、第1の実施の形態と同様であるので、説明は省略される。
製膜室30内に基板2が搬入される前に、基板温度センサ25が基板2の温度を測定する。基板温度センサ25は、測定の結果を制御装置9に通知する。
続いて、制御装置9は、基板2の製膜をする際の基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力を設定値として読み込む。制御装置9は、基板表面温度の設定値と、基板温度センサ25から取得した基板2の温度と、を比較して、その差が予め設定された所定の値より大きいか否かを判断する。その差が所定の値よりも大きい場合にはステップS180へと進む。一方、所定の値よりも小さい場合には図7のステップS20へ進み、以下は第1の実施の形態と同様の動作を行う。
続いて、制御装置9は、テーブル8を参照して、基板表面温度、Rfパワー、及び製膜圧力の設定値に対応した均熱板の温度P1を取得する。ここで制御装置9は、更に、均熱板の温度P1に対応する均熱板用熱媒体の温度L1も取得する。
続いて、制御装置9は取得した温度P1に対して所定の温度γを加算し、均熱板温度をP1+γに設定する。
次に、制御装置9は再びテーブル8を参照して、設定した温度P1+γに対応する均熱板用熱媒体の温度L1+γを取得する。制御装置9は、取得した均熱板用熱媒体の温度L1+γを、均熱板温度制御装置7に通知する。
均熱板温度調節装置7は、通知された温度L1+γとなるように、均熱板用熱媒体の温度を調節する。
続いて、基板2が製膜室30内に搬入される。制御装置9は、製膜開始前の所定の時間になると、均熱板調整装置7に対して、調整する均熱板用熱媒体の温度をL1+γからL1に変更するように指示する。均熱板調整装置7は、均熱板用熱媒体の温度をL1に調整する。その後、放電電極3に電圧が印加され、基板2に対する製膜が行われる。
ここで所定の時間とは、均熱板6の温度を計測しながら目標温度に近づいた時点で所定時間として制御装置9に通知してもいい。また、所定時間をシミュレーション計算により予め計算しておき、テーブル8からの受け取り情報に織り込んでおいてもよい。したがって、均熱板用熱媒体の温度は、所定の時間まではL1+γで制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1で動作を制御する。
本実施の形態に係る製膜装置1の構成は、第2の実施形態に係る製膜装置1と同様であるので、説明は省略する。本実施の形態に係る製膜装置1は、第2の実施の形態に係る製膜装置1の動作方法に対して、セルフクリーニングを行う際に、以下のように動作する点が追加される。図16は、本実施の形態に係る製膜装置1の、セルフクリーニング時の動作の流れを示すフローチャートである。
まず、制御装置9がセルフクリーニングモードに設定される。セルフクリーニングモードでは、セルフクリーニング時における放電電極3の温度と、均熱板6の温度、圧力、及びRfパワーの値が設定される。これらの設定は、ユーザによって図示しない入力装置を介して制御装置9に通知されることで設定されてもよいし、予め記憶装置に記憶されていた値を読み込むことで設定されてもよい。
続いて、制御装置9はテーブル8を参照して、設定された放電電極3の温度、Rfパワー、及び圧力に基いて、電極用熱媒体の温度T Sを取得する。更に、設定された均熱板6の温度、Rfパワー、及び圧力に基いて均熱板用熱媒体の温度PSを取得する。制御装置9は、取得した電極用熱媒体の温度TS及び均熱板用熱媒体の温度P Sを、電極温度調節装置4及び均熱板温度調節装置7に通知する。
電極用熱媒体の温度T1の通知を受けた電極温度調節装置4は、電極用熱媒体の温度がT S となるように動作する。また、均熱板用熱媒体の温度P 1 の通知を受けた均熱板温度調節装置7は、均熱板用熱媒体の温度がP S となるように動作する。これと同時に、設定されたPfパワー、及び圧力下において、セルフクリーニングが実行される。
Si+4×Fラジカル→SiF4+1439kJ/mol
セルフクリーニングは、製膜時より放電電極3の温度が高温(例示:160℃)に設定されるとともに、高Rfパワーで長時間のクリーニングプラズマを発生することが実施される。製膜時より高温、且つ、高Rfパワーで長時間のプラズマを発生させることによる熱量に加えて、セルフクリーニング時のエッチング反応として発生する熱量があり、製膜室30内における熱が蓄積が大きくなる。製膜室30内における熱の蓄積は、放電電極3の温度を上昇させやすい。放電電極3の温度が過度に上昇すると、放電電極3を構成する部材が焼損したりフッ素系ガスによる腐食が増加するする恐れがある。一方で、放電電極3の温度が低いと、エッチング速度が遅くなり、クリーニングが効率よく行われない。よって、放電電極3の温度は設定された温度に精度よく維持されることが望まれる。本実施の形態に依れば、電極用熱媒体の温度を調節することにより、間接的に放電電極3の温度を調節するので、放電電極3の温度を精度よくコントロールすることができる。また均熱板6の温度制御も同様にコントロールすることができる。
2 基板
3 放電電極
4 電極温度調節装置
5 基板テーブル
6 均熱板
7 均熱板温度調節装置
8 テーブル
9 制御装置
10 製膜装置
11 基板
12 基板テーブル
13 放電電極
14 棒状ヒータ
15 ヒートシンク
16 防着板
20 ポンプ
21 電極用ポンプ
22 均熱板用ポンプ
23 電極温度センサ
24 均熱板温度センサ
25 基板温度センサ
30 製膜室
31 循環経路
32 循環経路
33 循環経路
35 縦方向電極棒
36 横方向電極棒
37 ヘッダー
38 ガス噴出し孔
39 ガス通路
40 ガス管
41 熱媒体通路
42 媒体管
43 流路
44 配管
45 配管
Claims (15)
- 内部に電極用熱媒体が流れる流路を有し、プラズマを放電して基板に製膜する放電電極と、
前記電極用熱媒体の温度を調節する電極温度調節装置と、
前記基板を表面で保持する基板テーブルと、
前記基板テーブルの裏面に密接して、内部に均熱板用熱媒体が流れる流路を有する均熱板と、
前記均熱板用熱媒体の温度を調節する均熱板温度調節装置と、
製膜時に前記基板の表裏の温度差が無くなるように前記電極温度調節装置及び前記均熱板温度調節装置の動作を制御する制御装置と、
を具備した
製膜装置。 - 請求項1に記載された製膜装置であって、
更に、
前記基板に対して製膜を行う際に設定される設定パラメータと、製膜時に前記基板の表裏の温度差が零となる前記電極用熱媒体の温度及び前記均熱板用熱媒体の温度の組み合わせ、との対応関係が予め記述されたテーブル
を具備し、
前記制御装置は、前記テーブルを参照して、前記設定パラメータの設定値に対応する前記電極用熱媒体の温度Tを取得して、前記電極用熱媒体の温度を取得した温度Tとなるように前記電極温度調節装置の動作を制御し、且つ、前記設定パラメータの設定値に対応する前記均熱板用熱媒体の温度Lを取得して、前記均熱板用熱媒体の温度が取得した温度Lとなるように前記均熱板温度調節装置の動作を制御する
製膜装置。 - 請求項2に記載された製膜装置であって、
前記設定パラメータは、前記基板の表面の温度である基板表面温度及び前記放電電極に印加される放電電極印加電力及び製膜時の雰囲気圧力である製膜圧力である
製膜装置。 - 請求項3に記載された製膜装置であって、
更に、
前記電極用熱媒体を送出する電極用ポンプと、
前記均熱板用熱媒体を送出する均熱板用ポンプと、
前記放電電極の温度を測定する電極温度センサと、
前記均熱板の温度を測定する均熱板温度センサと、
を具備し、
前記制御装置は、前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、又は前記製膜圧力の設定値が変更された場合に、前記電極温度センサによって測定された前記放電電極の温度の単位時間当たりの変化率に基いて、前記電極用ポンプが送出する前記電極用熱媒体の流量を制御し、且つ、前記均熱板温度センサによって測定された前記均熱板の温度の単位時間当たりの変化率に基いて、前記均熱板用ポンプが送出する前記均熱板用熱媒体の流量を制御する
製膜装置。 - 請求項3又は4に記載された製膜装置であって、
前記制御装置は、前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、又は前記製膜圧力の設定値が変更された場合に、前記テーブルを参照して変更後の前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、又は前記製膜圧力に対応する電極用熱媒体の温度T1を取得し、変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも高い場合には、前記電極用熱媒体の温度がT1よりも所定の温度αだけ高い温度T1+αになるように前記電極温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度T1になるように動作を制御し、変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも低い場合には、前記電極用熱媒体の温度がT1よりも所定の温度αだけ低い温度T1‐αになるように前記電極温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度T1になるように動作を制御し、且つ、前記テーブルを参照して変更後の前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、又は前記製膜圧力に対応する均熱板用熱媒体の温度L1を取得し、変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも高い場合には、前記均熱板用熱媒体の温度がL1よりも所定の温度βだけ高い温度L1+βになるように前記均熱板温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1で動作を制御し、変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも低い場合には、前記均熱板用熱媒体の温度がL1よりも所定の温度βだけ低い温度L1‐βになるように前記均熱板温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように動作を制御する
製膜装置。 - 請求項4に記載された製膜装置であって、
前記電極用ポンプと前記均熱板用ポンプとは共通であり、
前記電極用熱媒体と前記均熱板用熱媒体は共通であり、
前記電極用熱媒体が循環する経路と前記均熱板用熱媒体が循環する経路とは共通である
製膜装置。 - 請求項6に記載された製膜装置であって、
前記電極用熱媒体は、前記放電電極中を流れた後、前記均熱板温度調節装置によって温度を調整されて前記均熱板中を流れる
製膜装置。 - 請求項3乃至7のいずれかに記載された製膜装置であって、
更に、
前記基板の温度を測定する基板温度センサ
を具備し、
前記テーブルは、更に、前記均熱板の温度と前記均熱板用熱媒体の温度との対応関係を記述し、
前記制御装置は、前記基板が投入される前に前記基板温度センサにより計測された基板温度を取得して前記基板表面温度の設定値と比較し、投入される前の基板温度と前記基板表面温度の設定値との差が所定の差より大きい場合において、
前記テーブルを参照して、前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、及び前記製膜圧力の設定値から前記均熱板の温度P1を取得し、更に、取得した前記均熱板の温度P1よりも所定の温度γだけ高い温度P1+γに対応した前記均熱板用熱媒体の温度L1+γを取得し、前記均熱板用熱媒体の温度が取得した温度L1+γとなるように前記均熱板温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように動作を制御する
製膜装置。 - 請求項3乃至8のいずれかに記載された製膜装置であって、
前記テーブルは、更に、前記放電電極の温度と前記電極用熱媒体の温度との対応関係を記述し、
セルフクリーニング時において、前記制御装置は、前記テーブルを参照して、設定された放電電極の温度DS、均熱板温度L S、放電電極印加電力、及びクリーニング圧力、に対応した前記電極用熱媒体の温度TSと均熱板用熱媒体の温度P Sとを取得し、前記電極用熱媒体の温度が取得した温度TSとなるように前記電極温度調節装置の動作を制御し、前記均熱板用熱媒体の温度が取得した温度LSとなるように前記均熱板温度調節装置の動作を制御する製膜装置。 - 基板表面温度を設定するステップと、
基板表面温度と、製膜時に前記基板の表裏の温度差が零となるような、前記電極用熱媒体の温度及び前記基板を保持する基板テーブルの裏面に密接する均熱板の内部を流れる均熱板用熱媒体の温度の組み合わせ、の対応関係が記述されたテーブルを参照するステップと、
基板表面温度の設定値に対応する前記電極用熱媒体の温度Tを取得する電極用熱媒体温度取得ステップと、
前記電極用熱媒体の温度を調節する電極温度調節装置の動作を、温度Tになるように制御するステップと、
前記基板表面温度の設定値に対応する前記均熱板用熱媒体の温度Lを取得する均熱板用熱媒体温度取得ステップと、
前記均熱板用熱媒体の温度を調節する均熱板温度調節装置の動作を、取得した温度Lになるように制御するステップと、
を具備した
製膜方法。 - 請求項10に記載された製膜方法であって、
更に、
前記放電電極に印加される放電電極印加電力の値を設定するステップと、
製膜時の雰囲気圧力である製膜圧力の値を設定するステップと、
を具備し、
前記テーブルには、前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、及び前記製膜圧力に対して、製膜時に前記基板の表裏の温度差が零となるような前記電極用熱媒体の温度及び前記均熱板用熱媒体の温度の組み合わせ、が対応付けられて記述され、
前記電極用熱媒体温度取得ステップは、前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、及び前記製膜圧力の設定値に対応した電極用熱媒体の温度Tを取得するステップを含み、
前記均熱板用熱媒体温度取得ステップは、前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、及び前記製膜圧力の設定値に対応した前記均熱板用熱媒体の温度Lを取得するステップを含む、製膜方法。 - 請求項11に記載された製膜方法であって、
更に、
前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、又は前記製膜圧力の設定値が変更されるステップと、
前記放電電極の温度を測定するステップと、
前記放電電極の温度の単位時間当たりの変化率である電極温度変化率を求めるステップと、
前記電極温度変化率に基いて、前記電極用熱媒体を送出する電極用ポンプの動作を制御するステップと、
前記均熱板の温度を測定するステップと、
前記均熱板温度センサにより測定された前記均熱板の温度の単位時間当たりの変化率である均熱板温度変化率を求めるステップと、
前記均熱板温度変化率に基いて、前記均熱板用熱媒体を送出する均熱板用ポンプの動作を制御するステップと、
を具備した
製膜方法。 - 請求項11又は12に記載された製膜方法であって、
更に、
前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、又は前記製膜圧力の設定値が変更されるステップと、
変更後の前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、及び前記製膜圧力の設定値に対応する電極用熱媒体の温度T1を取得するステップと、
変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも高い場合には、前記電極用熱媒体の温度がT1よりも所定の温度αだけ高い温度T1+αになるように前記電極温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度T1で動作を制御し、変更後に取得したT1が変更前の電極用熱媒体の温度T0よりも低い場合には、前記電極用熱媒体の温度がT1よりも所定の温度αだけ低い温度T1‐αになるように前記電極温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度T1で動作を制御するステップと、
変更後の前記基板表面温度、前記放電電極印加電力、及び前記製膜圧力の設定値に対応する均熱板用熱媒体の温度L1を取得するステップと、
変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも高い場合には、前記均熱板用熱媒体の温度がL1よりも所定の温度βだけ高い温度L1+βになるように前記均熱板温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1で動作を制御し、変更後に取得したL1が変更前の均熱板用熱媒体の温度L0よりも低い場合には、前記均熱板用熱媒体の温度がL1よりも所定の温度βだけ低い温度L1‐βになるように前記均熱板温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように動作を制御するステップと、
を具備した
製膜方法。 - 請求項11乃至13のいずれかに記載された製膜方法であって、
前記テーブルは、更に、前記均熱板の温度と前記均熱板用熱媒体の温度との対応関係を記述し、
更に、
製膜室に投入する前の前記基板の温度を測定するステップと、
投入する前の前記基板の温度と、設定された基板表面温度との差が所定の値より大きいかどうかを比較するステップと、
投入する前の前記基板の温度と、設定された基板表面温度との比較の結果、差が所定の値より大きい場合において、前記テーブルを参照して、設定された基板表面温度、放電電極印加電力及び製膜圧力に対応する前記均熱板の温度P1を取得するステップと、
取得した前記均熱板の温度P1よりも所定の温度γだけ高い温度P1+γを求めるステップと、
求めた温度P1+γに対応した均熱板用熱媒体の温度L1+γを取得するステップと、
前記均熱板用熱媒体の温度が、取得した温度L1+γになるように、前記均熱板温度調節装置の動作を所定の時間において制御し、所定の時間経過後は取得した温度L1になるように動作を制御するステップと、
を具備した
製膜方法。 - 請求項11乃至14のいずれかに記載された製膜方法であって、
前記テーブルは、更に、前記放電電極の温度と前記電極用熱媒体の温度との対応関係、及び前記均熱板の温度と前記均熱板用熱媒体の温度との対応関係を記述し、
更に、
セルフクリーニングモードに設定するステップと、
前記放電電極温度を設定するステップと、
前記均熱板温度を設定するステップと、
放電電極印加電力を設定するステップと、
セルフクリーニング時における雰囲気圧力であるクリーニング圧力を設定するステップと、
前記テーブルを参照するステップと、
前記放電電極及び前記放電電極印加電力、及び前記クリーニング圧力の設定値に対応した前記電極用熱媒体の温度Tsと前記均熱板温度Lsを取得するステップと、
前記電極用熱媒体の温度が取得した前記電極用熱媒体の温度Tsとなるように前記電極温度調整装置の動作を制御し、且つ、前記均熱板用熱媒体の温度が、取得した前記均熱板用熱媒体の温度Lsとなるように、前記均熱板温度調整装置の動作を制御するステップと、
を具備した
セルフクリーニング方法。
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