JP4701933B2 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

本発明は、成膜対象ワークを加熱するヒータを備えたプラズマＣＶＤ装置に関する。

プラズマＣＶＤでは、ヒータを用いて基板を所定の温度まで加熱し、その加熱された基板表面における成膜反応により膜が形成される。そのため、タクトタイムを短縮する目的で、基板を予め予備加熱してからプロセスチャンバに導入する方法も採られている（例えば、特許文献１参照）。

ヒータによる基板加熱時には、基板が成膜に適した所定温度に保持されるようにヒータ温度をフィードバックしてヒータ制御を行っている。従来のプラズマＣＶＤ装置ではヒータ側に温度センサが設けられ、ヒータ温度を入力設定する構成となっている。オペレータは、基板の温度とヒータ温度との相関関係から、要求される基板温度に対応するヒータ温度を求め、それをヒータ設定温度として装置に入力するようにしている。

特開２００１−２３９１４４号公報

しかしながら、従来の装置では、成膜処理に用いられる基板に関して上述した相関関係を予め測定しておかなければならなかった。また、そのような相関関係からヒータ温度を同一値に設定しても、個々のＣＶＤ装置間で基板温度の特性ばらつきにより、基板温度がばらついたり、基板温度が最適温度からずれて膜特性が低下したりという問題があった。

請求項１の発明は、プロセスチャンバ内に成膜対象ワークを加熱するヒータを備えたプラズマＣＶＤ装置に適用され、ヒータの温度を検出するヒータ用温度センサと、プロセスチャンバ内に搬送されたワークの温度を検出するワーク用温度センサと、プロセスチャンバ内にワークが搬送されていない場合には、プロセスチャンバが予備加熱されるようにヒータ用温度センサの検出温度に基づいてヒータを制御し、ワークへの成膜処理の際には、ワーク用温度センサの検出温度に基づいてワークの温度が所定ワーク温度となるようにヒータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、ワークへの成膜処理の際に、ヒータ用温度センサの検出温度に基づいて、ヒータの温度がヒータ上限温度以下となるようにヒータの出力を制限するようにしたものである。
請求項３の発明は、プロセスチャンバ内に成膜対象ワークを加熱するヒータを備えたプラズマＣＶＤ装置に適用され、温度センサと、プロセスチャンバにワークが搬送されていない場合には、温度センサをヒータに接触する第１の位置へ移動し、プロセスチャンバにワークが搬送されると、温度センサを第１の位置からワークに接触する第２の位置へと移動するセンサ接触機構と、プロセスチャンバ内にワークが搬送されていない場合には、プロセスチャンバが予備加熱されるように温度センサの検出温度に基づいてヒータを制御し、ワークへの成膜処理の際には、温度センサの検出温度に基づいてワークの温度が所定ワーク温度となるようにヒータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、検出されたワークの温度に基づいて所定ワーク温度となるようにヒータの出力を制御するようにしたので、成膜中のワーク温度を適切に保持することができる。また、プロセスチャンバにワークが搬送されていない場合には、ヒータによりプロセスチャンバを予備加熱するようにしたので、ワーク搬入から成膜開始までの時間を短縮することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明によるプラズマＣＶＤ装置の一実施の形態を示すブロック図である。図１に示す装置はロードロック式のプラズマＣＶＤ装置であり、ロードロックチャンバ１、プロセスチャンバ２、アンローダチャンバ３を備えている。各チャンバ間には基板１０の受け渡しの際に開閉されるゲートバルブＧＶ２，ＧＶ３が設けられており、また、ロードロックチャンバ１の基板搬入口およびアンローダチャンバ３の基板搬出口にも、ゲートバルブＧＶ１，ＧＶ４が設けられている。

各チャンバ１〜３間における基板１０の搬送は、搬送装置１３によって行われる。ここでは、ローラ式の搬送装置１３が用いられており、基板１０はそのローラ上を図示左方向に移動する。各チャンバ１〜３にはバルブＶ１〜Ｖ３を介して真空ポンプ５〜７が接続されており、この真空ポンプ５〜７によりチャンバ１〜３内が真空排気される。ロードロックチャンバ１およびプロセスチャンバ２内には、基板１０を加熱するためのヒータプレート１１が設けられている。

ヒータプレート１１は、ヒータブロック内にシーズヒータ等を仕込んだものである。１２はヒータプレート１１のヒータ温度を検出する温度センサであり、図示していないがロードロックチャンバ１に設けられたヒータプレート１１にも設けられている。９は基板１０の温度を検出する温度センサであり、シリンダ８によって上下に移動することができる。図１に示す状態では、温度センサ９は基板１０の裏面側に接触しており、基板温度検出が行われている。４は装置全体の制御を行うコントローラであり、後述するように、温度センサ９，１２の検出結果に基づくヒータプレート１１の制御を行う。図示していないが、コントローラ４には、温度設定用の入力装置が設けられてる。

《動作説明》
プラズマＣＶＤ装置の一連の動作を概略的に説明すると以下のようになる。まず、大気圧状態とされたロードロックチャンバ１のゲートバルブＧＶ１を開いて基板１０をロードロックチャンバ１内に搬入し、その後、ゲートバルブＧＶ１を閉じてチャンバ内を真空排気する。なお、ゲートバルブＧＶ２〜ＧＶ４は閉じており、各チャンバ２，３は真空引きされている。

本実施の形態では、ロードロックチャンバ１は基板１０の真空予備加熱室としても機能するように構成されており、ロードロックチャンバ１に搬入された基板１０は、上下に設けられたヒータプレート１１により予備加熱される。例えば、成膜プロセス中における基板温度が５００℃であれば、５００℃程度まで予備加熱される。なお、ここでは、プロセスチャンバ２に設けられているものと同じヒータプレート１１を予備加熱用に用いているが、ハロゲンランプ等をヒータとして用いても良い。ハロゲンランプは、シーズヒータを用いたヒータプレート１１に比べて急速加熱ができるという利点がある。

次いで、プロセスチャンバ２における先行する基板１０の成膜が終了したならば、ゲートバルブＧＶ２，ＧＶ３を開く。そして、プロセスチャンバ２内の基板１０をアンローダチャンバ３に搬送するとともに、ロードロックチャンバ１内の基板１０をプロセスチャンバ２へと搬送し、その後、ゲートバルブＧＶ２，ＧＶ３を閉じる。なお、基板１０をプロセスチャンバ２からアンローダチャンバ３へと搬送する際には、シリンダ８を駆動して温度センサ９を下方に待避させる。その後、ロードロックチャンバ１においては、チャンバ内を大気圧状態に戻して、上述した基板搬入および真空予備加熱作業が行われる。

一方、プロセスチャンバ２に基板１０が搬送されると、シリンダ８を上方に駆動して温度センサ９を搬送された基板１０の裏面に接触させる。そして、ヒータプレート１１により基板１０の温度を所定温度に保持しつつ、プラズマＣＶＤによる成膜処理を行う。基板１０の成膜処理が終了したならば、ゲートバルブＧＶ２，ＧＶ３を開いて、プロセスチャンバ２内の基板１０をアンローダチャンバ３に搬送し、ロードロックチャンバ１内の基板１０をプロセスチャンバ２へと搬送する。その後、ゲートバルブＧＶ２，ＧＶ３は閉じられ、プロセスチャンバ２において成膜処理が行われる。この成膜処理の最中に、アンローダチャンバ３内を大気圧状態に戻し、ゲートバルブＧＶ４を開いて基板１０をアンローダチャンバ３から搬出する。

（プロセスチャンバ２における温度制御動作の説明）
図２は、プロセスチャンバ２における基板１０の温度制御動作を説明する図であり、（ａ）は基板１０がプロセスチャンバ２に搬送される前の状態を示し、（ｂ）は基板１０に成膜処理を行っている最中を示す。なお、ゲートバルブＧＶ２，ＧＶ３および搬送装置１３の図示は省略した。

ヒータプレート１１には貫通孔１１ａが形成されており、温度センサ９が固定されたシリンダ８のロッドは、その貫通孔１１ａ内を上下動する。図２（ａ）において、シリンダ８は下方向に駆動され、温度センサ９は待避状態となっている。また、ヒータプレート１１は、基板１０がプロセスチャンバ２内に搬送されるのを待機している間もオン状態とされる。すなわち、プロセスチャンバ２内を予備加熱しておくことにより、基板１０が搬送されたならば直ちに成膜処理が実行できるように待機している。図２（ａ）の場合には、温度センサ１２により検出されるヒータ温度Ｔ１をコントローラ４に入力し、ヒータ温度Ｔ１が所定温度となるようにヒータプレート１１の出力を制御する。この所定ヒータ温度は、例えば、成膜中の温度と同一温度とされ、コントローラ４に設けられた入力装置により入力設定される。

図２（ｂ）に示すように基板１０がプロセスチャンバ２に搬送されると、温度センサ９が基板１０の裏面側に接触するようにシリンダ８が上方に駆動される。成膜中は温度センサ９により検出される基板温度Ｔ２をコントローラ４に入力し、基板温度Ｔ２が所定温度となるようにヒータプレート１１の出力を制御する。この所定基板温度は、コントローラ４に設けられた入力装置により入力設定される。

図３は、従来のプラズマＣＶＤ装置の場合のプロセスチャンバ２の概略構成を示したものであり、ヒータプレート１１に設けられた温度センサ１２で検出されるヒータ温度Ｔ１をコントローラ４に入力し、ヒータ温度Ｔ１が所定の温度となるようにヒータプレート１１の出力が制御される。

ところで、プラズマＣＶＤにおいては、プラズマ電位に対する基板電位の関係や、ヒータからの漏れ電流などの影響等を考慮して、基板１０をヒータプレート１１上に直接載置しないで、本実施の形態のようにヒータプレート１１との間に隙間を開けるのが一般的となっている。そのため、温度センサ１２で検出されるヒータ温度Ｔ１と温度センサ９で検出される基板温度Ｔ２の間に、温度差ΔＴが発生する。

ヒータ温度を検出する温度センサ１２しか備えていない従来の装置では、予めヒータ温度Ｔ１と基板温度Ｔ２との温度相関（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）を実測により求めておき、オペレータはＴ２＋ΔＴをヒータ設定温度として装置に入力する。しかしながら、装置間の個体差により相関が微妙に異なったり、同一装置であっても、メンテナンスによりヒータプレート１１を交換した場合やヒータに経年変化が生じた場合には相関が変化することがある。そのため、基板１０の温度が目標とする温度まで上昇せず、所望の成膜結果が得られないという不都合が生じることがあった。また、処理する基板１０の種類が変更になる度に、それに対応した温度相関に基づいてヒータ設定温度を入力し直す必要があった。

しかしながら、本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置では、図２（ｂ）に示したように温度センサ９で直接検出された基板温度Ｔ２をフィードバックしてヒータ制御を行っているため、状況の変化によって温度相関が変化しても基板温度Ｔ２を設定された所定基板温度に精度良く制御することができる。また、温度相関を予め測定により求めておく必要がない。

さらに、図２（ａ）に示すように、基板１０がプロセスチャンバ２に搬送されていない場合には、温度センサ１２で検出されるヒータ温度Ｔ１をフィードバックして、プロセスチャンバ２内を所望の温度に予備加熱するような構成とした。その結果、プロセスチャンバ２内の温度低下を防止することができ、基板搬送後に素早く成膜処理を開始することができるようになり、基板１０がプロセスチャンバ２に搬送されてから成膜終了までの時間を短縮することが可能となる。また、ロードロックチャンバ１で基板１０の真空予備加熱を行わない構成のプラズマＣＶＤ装置であっても、時間短縮を図ることができる。特に、加熱の立ち上がりの遅いヒータプレート１１を用いた場合には、時間短縮の効果が顕著に現れる。

［変形例１］
図２に示した実施の形態では、搬送前は温度センサ１２で検出されたヒータ温度Ｔ１をフィードバックし、成膜中は温度センサ９で検出された基板温度Ｔ２をフィードバックするようにしたが、ヒータ温度Ｔ１と基板温度Ｔ２の両方を同時にフィードバックするようにしても良い。成膜中は基板温度Ｔ２に基づいてヒータ制御が行われるが、例えば、基板１０の予備加熱が不十分であった場合、基板温度Ｔ２を所定設定温度に上昇させようとヒータプレート１１のパワーを上げ過ぎてヒータ温度Ｔ１がヒータ上限温度を越える危険性がある。

しかし、変形例１の場合には、ヒータ温度Ｔ１もフィードバックされるため、ヒータ温度Ｔ１がヒータ上限温度を越えないように制限しながらヒータ制御を行うことが可能となり、過熱によるヒータ破損などの不具合の発生を防止することができる。また、ヒータ温度Ｔ１が分かるので、ヒータプレート１１をヒータ上限温度を越えないぎりぎりのところで使用することが可能となる。

［変形例２］
図４は、変形例２を説明する図である。図１に示したプラズマＣＶＤ装置では、プロセスチャンバ２の左右にロードロックチャンバ１およびアンローダチャンバ３を備え、基板１０を右側から左側へと一方向に搬送する構成となっている。一方、図４に示すプラズマＣＶＤ装置では、成膜が終了した基板１０をロードロックチャンバ１に再び搬送するような構成とした。

基板温度Ｔ２を検出する温度センサ９は、プロセスチャンバ２内に搬送された基板１０の位置決めを行うストッパ２０の一部を構成している。すなわち、基板１０が所定位置に位置決めされると、温度センサ９は基板１０と接触状態となる。そして、搬送前および成膜中における温度センサ９の状態は図２（ａ），（ｂ）に示したものと同様の状態となり、同様のヒータ制御を行うことができる。

［変形例３］
図５は、変形例３を説明する図であり、プロセスチャンバ２内には温度センサ９のみが設けられている。ヒータプレート１１には段差面１１ｂが形成されており、図２（ａ）に示すようにシリンダ８を下げて温度センサ９を待避状態とすると、温度センサ９の底面が段差面１１ｂに接触する。そのため、温度センサ９によりヒータ温度Ｔ１を検出することが可能となり、コントローラ４に入力されるヒータ温度Ｔ１をヒータ制御にフィードバックすることができる。

一方、図２（ｂ）に示すように基板１０がプロセスチャンバ２内に搬送されると、シリンダ８が上方に駆動され、温度センサ９が基板１０に接触する。その結果、温度センサ９により基板温度Ｔ２を検出することができ、基板温度Ｔ２はコントローラ４に入力されてヒータ制御にフィードバックされる。このように、変形例３では、温度センサ９が図２に示す温度センサ１２も兼ねている。

上述した実施の形態では、基板１０とヒータプレート１１との間に隙間がある場合を例に説明したが、本発明は、ヒータプレート１１上に基板１０を載置する方式の装置にも適用することができる。また、温度センサ９の設置方法や図５に示すセンサ接触機構は一例を示したものであり、上述した構成に限定されない。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、コントローラ４は制御手段を、温度センサ９はワーク用温度センサを、温度センサ１２はヒータ用温度センサを、基板１０はワークを、図５のシリンダ８はセンサ接触機構をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置の一実施の形態を示すブロック図である。 プロセスチャンバ２における温度制御動作を説明する図であり、（ａ）は基板搬送前の状態を示し、（ｂ）は成膜中の状態を示す。 比較例を示す図である。 変形例２を説明する図である。 変形例３を説明する図であり、（ａ）は基板搬送前の状態を示し、（ｂ）は成膜中の状態を示す。

符号の説明

１：ロードロックチャンバ ２：プロセスチャンバ
３：アンローダチャンバ ４：コントローラ
９，１２：温度センサ １０：基板
１１：ヒータプレート

Claims (3)

1. プロセスチャンバ内に成膜対象ワークを加熱するヒータを備えたプラズマＣＶＤ装置において、
   前記ヒータの温度を検出するヒータ用温度センサと、
   前記プロセスチャンバ内に搬送された前記ワークの温度を検出するワーク用温度センサと、
   前記プロセスチャンバ内に前記ワークが搬送されていない場合には、前記プロセスチャンバが予備加熱されるように前記ヒータ用温度センサの検出温度に基づいて前記ヒータを制御し、前記ワークへの成膜処理の際には、前記ワーク用温度センサの検出温度に基づいて前記ワークの温度が所定ワーク温度となるように前記ヒータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
   前記制御手段は、前記ワークへの成膜処理の際に、前記ヒータ用温度センサの検出温度に基づいて、前記ヒータの温度がヒータ上限温度以下となるように前記ヒータの出力を制限することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
3. プロセスチャンバ内に成膜対象ワークを加熱するヒータを備えたプラズマＣＶＤ装置において、
   温度センサと、
   前記プロセスチャンバに前記ワークが搬送されていない場合には、前記温度センサを前記ヒータに接触する第１の位置へ移動し、前記プロセスチャンバに前記ワークが搬送されると、前記温度センサを前記第１の位置から前記ワークに接触する第２の位置へと移動するセンサ接触機構と、
   前記プロセスチャンバ内に前記ワークが搬送されていない場合には、前記プロセスチャンバが予備加熱されるように前記温度センサの検出温度に基づいて前記ヒータを制御し、前記ワークへの成膜処理の際には、前記温度センサの検出温度に基づいて前記ワークの温度が所定ワーク温度となるように前記ヒータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。

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