JP7080152B2 - 回転角度検出装置及び回転角度検出方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Description
本開示は、回転角度検出装置及び回転角度検出方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法に関する。
従来から、櫛歯状のパターンが並べられたスケール及びスライダを相対的に変位させることにより生じる電磁気的結合度の変化を位相方式により検出する位置検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
本開示は、基板処理中に回転軸の回転角度を非接触でリアルタイムで検出することができる回転角度検出装置及び回転角度検出方法、並びにこれらを用いた基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る回転角度検出装置は、回転軸の外周側面に設けられ、該外周側面の周方向に沿って形状が変化する可動側パターンと、
前記回転軸の周囲に、前記可動側パターンに対向して固定配置され、前記回転軸の回転に伴い、前記可動側パターンとの重なり状態が変化する固定側パターンと、
前記可動側パターンと前記固定側パターンとの重なり状態の変化に応じて変化する物理量を検出し、該物理量に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する検出部と、を有し、前記可動側パターン及び前記固定側パターンは、ピッチが異なるパターンを含む周期的な繰り返しパターンである。
前記回転軸の周囲に、前記可動側パターンに対向して固定配置され、前記回転軸の回転に伴い、前記可動側パターンとの重なり状態が変化する固定側パターンと、
前記可動側パターンと前記固定側パターンとの重なり状態の変化に応じて変化する物理量を検出し、該物理量に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する検出部と、を有し、前記可動側パターン及び前記固定側パターンは、ピッチが異なるパターンを含む周期的な繰り返しパターンである。
本開示によれば、真空中、かつ高温下の環境下においても、回転軸の回転角度を非接触で検出することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
本開示に係る回転角度検出装置及び基板処理装置は、処理容器内にて、回転テーブルの一面側に設けられた基板の載置台を公転させながら自転させると共に、載置台が通過する領域に処理ガスを供給して基板を処理する装置において、載置台の自転量（自転角度）を検出する。載置台の自転量は、載置台の自転軸の外周側面に設けられた導電性の可動側パターンと、自転軸の周囲に、可動側パターンと対向するように設けられた導電性の固定側パターンを用い、固定側パターンに交流電流を流して磁界を発生させ、可動側パターンに発生する電磁誘導電圧を検出することにより、載置台の回転角を検出している。以下に、載置台の回転角度を検出する構成について、具体的に説明する。
先ず、載置台の自転量を検出するために用いられる回転角度検出装置の一実施の形態について説明する。図１は、基板処理装置において回転テーブルに回転角度検出装置９０を取り付けた状態を示す縦断側面図である。回転テーブル２の構造について、図１～図４を参照しながら説明する。図２は、回転角度検出装置を省略した回転テーブル２の要部について概略的に示したものである。回転テーブル２の中心部には鉛直下方へ伸びる回転軸２１が接続され、この回転軸２１は公転用回転機構２２に接続されている。公転用回転機構２２を用いて回転軸２１を回転させることにより、上面側から見たときに回転テーブル２は例えば時計回りに回転する。
回転テーブル２の上面側（一面側）には、回転テーブル２の回転により公転する載置台３が設けられている。載置台３は平面形状が円形に形成され、回転テーブル２の回転方向に沿って例えば５個設けられている。載置台３上面には凹部３１が形成されており、凹部３１内に基板であるウエハＷが水平に収納される。即ち、凹部３１は、基板が載置される基板載置部をなす。なお、この回転テーブル２では載置台３を６個設けるようにしてもよい。
各載置台３の下面側中央部には、載置台３を支持する自転軸３２が鉛直下方へ延出するように設けられている。自転軸３２は例えば回転テーブル２の下面に筒状体３３を介して固定された軸受けユニット３４により支持されている。このため、自転軸３２は回転テーブル２と共に自転自在に設けられ、載置台３は回転テーブル２の回転により公転するように構成されている。軸受けユニット３４は、自転軸３２を回転自在に保持するためのベアリングと、ベアリングからのパーティクルの飛散を防ぐための磁気シールと、を備えている（いずれも不図示）。自転軸３２の下部側は、軸受けユニット３４を貫通しており、その下端部には従動ギア４が設けられている。
図３は従動ギア４を下面側から見たものであり、この図では従動ギア４を模式的に示している。従動ギア４は円板状に構成され、自転軸３２と互いに中心軸を一致させた状態で接続されている。従って、従動ギア４は自転軸３２を介して載置台３に連結されていることとなり、従動ギア４は回転テーブル２の回転により公転する。軸受けユニット３４は、自転軸３２を回転自在に保持しているので、従動ギア４を周方向に回転させると、各載置台３が自転軸まわりに自転する。
従動ギア４の下面には、自転方向に沿って永久磁石よりなる磁極部であるＮ極部４１及びＳ極部４２が交互に配列されている。Ｎ極部４１は、Ｓ極部４２と区別するために斜線で表示している。この例では、従動ギア４の下面に露出するＮ極部４１、Ｓ極部４２は、夫々同じ形状の短冊状に形成され、従動ギア４の下面の中心部から横方向に放射状に延びるように、周方向に互いに間隔を開けて例えば１８個配列されている。Ｎ極部４１及びＳ極部４２の長さは、例えば従動ギア４の底面の中心を越えないように、従動ギア４の半径より短く設定されている。
図１及び図２に示すように、従動ギア４の下方側には、駆動ギア５が配置されている。この駆動ギア５は、従動ギア４と磁気ギア機構を構成するものであり、従動ギア４の公転軌道に対向するように、かつ公転軌道の全周に沿って設けられている。この例の駆動ギア５は、その中央部に円形の開口部５０を備えた円環状の板状体よりなり、駆動ギア５の開口部５０の中心は、回転テーブル２の回転中心と揃うように配置されている。駆動ギア５の上面には、従動ギア４の公転軌道に沿って全周に亘って、永久磁石よりなる磁極部であるＮ極部５１及びＳ極部５２が交互に配列されている。
駆動ギア５の各磁極部であるＮ極部５１及びＳ極部５２は、従動ギア４の下面と対向する面に配列されている。図４は、１つの従動ギア４の磁極部（Ｎ極部４１及びＳ極部４２）と、その下方側の駆動ギア５の磁極部（Ｎ極部５１及びＳ極部５２）とを対応させて描いたものである。このように、例えば円環状の駆動ギア５の表面に露出するＮ極部５１、Ｓ極部５２は、当該表面に対向する従動ギア４の下面に形成されたＮ極部４１、Ｓ極部４２の形状と重なり合うように、例えば短冊状に形成されている。図４は、従動ギア４のＮ極部４１と駆動ギア５のＳ極部５２とが重なった状態を示している。例えば駆動ギア５の実際の例を挙げれば、Ｎ極部５１とＳ極部５２とが合計で３００個前後配列される。
駆動ギア５の下面には、駆動ギア５を回転させるための例えば環状のダイレクトドライブモータ（ＤＤモータ）よりなる自転用回転機構５３が設けられており、この自転用回転機構５３を回転させることにより、駆動ギア５が開口部５０の中心を回転中心として回転するように構成されている。このため、駆動ギア５と回転テーブル２とは同じ回転軸まわりに回転することになる。この例では、回転テーブル２の回転軸２１は、駆動ギア５の開口部５０に設けられた公転用回転機構２２に接続されている。但し、回転テーブル２と駆動ギア５とを回転中心を揃えて回転させる構成であれば、上述の構成には限らない。
次に、載置台３の公転と自転について説明する。従動ギア４は、従動ギア４の各磁極部（Ｎ極部４１、Ｓ極部４２）と駆動ギア５の各磁極部（Ｎ極部５１、Ｓ極部５２）との間の吸引力及び反発力の総合作用により決定される位置において停止する。従って、回転テーブル２と駆動ギア５とを同じ回転数（回転速度：ｒｐｍ）で回転させた時には、従動ギア４は駆動ギア５に対して相対的に停止していることから、従動ギア４即ち載置台３は、自転することなく停止している。
載置台３は、駆動ギア５と回転テーブル２との回転数に差が生じたとき、即ち駆動ギア５の角速度と、回転テーブル２の回転による従動ギア４の角速度（いわば公転角速度）との間に速度差が発生したときに自転する。駆動ギア５の角速度が従動ギア４の角速度よりも大きいとき（駆動ギア５の角度度から従動ギア４の角速度を差し引いた速度差がプラスのとき）は、駆動ギア５に対向している従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びの下方を、駆動ギア５のＮ極部５１、Ｓ極部５２の配列が、図４で言えば左側から右側に移動していく。このため、従動ギア４に作用する駆動ギア５からの反発力と吸引力とが右側に移動し、これに伴い従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びも右に引き連れられることから、結果として従動ギア４が時計回りに自転することになる。
また、駆動ギア５の角速度が従動ギア４の角速度よりも小さいとき（駆動ギア５の角度から従動ギア４の角速度を差し引いた速度差がマイナスのとき）は、駆動ギア５に対向している従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びの下方を、駆動ギア５のＮ極部５１、Ｓ極部５２の配列が、図４で言えば右側から左側に移動していく。このため、従動ギア４に作用する駆動ギア５からの反発力と吸引力とが左側に移動し、これに伴い従動ギア４のＮ極部４１、Ｓ極部４２の並びも左に引き連れられることから、結果として従動ギア４が反時計回りに自転することになる。
次に、載置台３の自転軸３２の回転角度を検出する回転角度検出装置について説明する。図５は、本開示の第１の実施形態に係る回転角度検出装置９０を示した図である。第１の実施形態に係る回転角度検出装置９０は、パターン部６０と、交流電源７０と、検出部８０とを有する。更に、パターン部６０は、可動側パターン６１と、固定側パターン６２とを備える。また、検出部８０は、誘導電圧検出部８１と、角度検出部８５とを備える。
パターン部６０は、電磁誘導電圧を発生させるような可動側パターン６１及び固定側パターン６２を有する。可動側パターン６１は、自転軸３２の外周側面に設けられるパターンであり、自転軸３２の回転とともに回転する。一方、固定側パターン６２は、自転軸３２の外周側面の周囲に離間して、可動側パターン６１と対向するように設けられる。
可動側パターン６１は、例えば、絶縁フィルム６１ａ上に導電パターン６１ｂが形成されて構成される。一方、固定側パターン６２は、絶縁フィルムやもっと厚みのある絶縁部材６２ａの表面上に導電パターン６２ｂが形成されることにより設けられる。なお、可動側パターン６１は、絶縁フィルム６１ａを自転軸３２の外周側面上に貼り付けて構成してもよい。これにより、自転軸３２に直接パターンを形成するよりも容易に導電パターン６１ｂを自転軸３２の表面上に設けることができる。
導電パターン６１ｂ、６２ｂは、例えば、櫛歯状、波状、ジグザグ状等の周期的な形状を有するパターンに構成される。このような周期的な導電パターン６２ｂを形成した固定側パターン６２を１箇所に固定し、導電パターン６１ｂを形成した自転軸３２を回転させると、導電パターン６１ｂ、６２ｂ同士が相対的に移動し、導電パターン６１ｂ、６２ｂ同士の重なり状態、つまり重なり部分及び重なり面積が変化する。
固定側パターン６２の導電パターン６２ｂに交流電力を供給すると、導電パターン６２ｂの周囲に周期的に変化する磁界が発生する。そして、この磁界中で可動側パターン６１の導電パターン６１ｂが移動すると、相互結合度合いの変化により、導電パターン６１ｂ及び導電パターン６２ｂに、時間とともに変化する電磁誘導電圧が発生する。
このようにして発生した電磁誘導電圧を、検出部８０内の電圧検出部８１が測定して検出し、電磁誘導電圧の波形から回転角度検出部８５が自転軸３２の回転角度を算出するようにすれば、自転軸３２の回転角度を検出することができる。即ち、導電パターン６１ｂ、６２ｂ同士の位置関係と、電磁誘導電圧の波形との関係を予め把握しておけば、電圧検出部８１で検出した電磁誘導電圧波形から、自転軸３２がどの位置にあるのかを回転角度検出部８５が検出することができる。
図６は、第１の実施形態に係る回転角検出装置の電磁誘導電圧の検出を模式的に示した図である。固定側パターン６２の導電パターン６２ｂに交流電源７０から交流電流が供給され、磁界中を可動側パターン６１の導電パターン６１ｂが移動し、電磁誘導電圧が発生している。その電磁誘導電圧を電圧検出部８１が測定し、電圧検出部８１で測定した電圧波形から角度検出部８５が自転軸３２の回転角度を検出する構成となっていること示されている。
図７は、図６とは異なる導電パターン６１ｃの一例を示した図である。図７に示されるように、櫛歯状のパターンのピッチを異ならせたパターンを組み合わせてもよい。図７においては、最もピッチの大きいＡ、次にピッチの大きいＢ、最もピッチの小さいＣが組み合わされて構成されている。このように、場所によりピッチを異ならせた導電パターン６１ｃを用いることにより、電磁誘導電圧の変化を異ならせることができ、正確に自転軸３２の回転角度を検出することができる。
図８は、図６及び図７とは異なる導電パターン６１ｄの一例を示した図である。図８に示されるように、波型又はジグザグ型のような周期的な導電パターン６１ｄを用いてもよい。
図９は、ピッチを部分的に異ならせた波型又はジグザグ型の導電パターン６１ｅの一例を示した図である。このように、波型のパターンにおいても、最もピッチの大きいＡ、次にピッチの大きいＢ、最もピッチの小さいＣが組み合わされて構成することができる。場所によりピッチを異ならせた導電パターン６１ｃを用いることにより、電磁誘導電圧の変化を異ならせることができ、正確に自転軸３２の回転角度を検出することができる。
また、複雑にはなるが、必ずしも周期的なパターンを選択する必要は無く、検出される電磁誘導電圧の波形と自転軸３２の角度との関係が予め分かっていれば、不規則な導電パターンを用いるようにしてもよい。
このように、可動側パターン６１の導電パターン６１ｂ～６１ｅは、用途に応じて種々の形状の導電パターンとすることができる。
また、可動側パターン６１のみならず、必要に応じて、固定側パターン６２の方も、種々の形状の導電パターン６１ｂに構成してよい。このように、可動側パターン６１及び固定側パターン６２の導電パターン６１ｂ～６１ｅ、６２ｂは、用途に応じて種々の形状パターンとすることができる。
図１０は、本開示の第２の実施形態に係る回転角度検出装置９１の構成を示した図である。第２の実施形態に係る回転角度検出装置９１においては、４個の固定側パターン６２～６５を自転軸３２の周囲に配置している。４個の固定側パターン６２～６５は、等間隔で自転軸３２の外周側面を取り囲むように配置されている。
また、固定側パターン６２～６５の導電パターンと各々に対応して設けられた交流電源７０～７３との間に、４個の検出部８１～８４が各々対応して接続されている。これにより、４個の固定側パターン６２～６５に対応して４個の電圧検出点を設けることができ、回転角度検出の精度を高めることができる。即ち、自転軸３２の１回の回転に対して、４箇所で電圧データを取得することができ、精度を高めることができる。４箇所の導電パターン６１ｂの振り分けは、同じ導電パターンとしてもよいし、異なる導電パターン同士となるようにしてもよい。予め電磁誘導電圧の変化の仕方（電圧波形）を把握しておくことにより、高精度で自転軸３２の回転角度を検出することができる。
なお、固定側パターン６２～６５の個数は、４個に限らず、設置可能な限り。２個以上の任意の個数としてよい。また、図１０においては、自転軸３２の中心に関して点対称となるように配置したが、対称の配置に限定される訳ではなく、用途に応じて種々の配置とすることができる。但し、装置構成及び検出の精度を高める観点からは、複数個の固定側パターン６２～６５を点対称に配置することが好ましい。
また、可動側パターン６１の導電パターン６１ｂは、第１の実施形態において図７乃至図９を参照して説明したように、部分的にピッチの異なるパターンを設けたり、用途に応じて種々のパターンを用いたりする構成としてもよい。これにより、回転角度検出の精度を一層高めることができる。
このように、第２の実施形態に係る回転角度検出装置９１によれば、固定側パターン６２～６５の個数及びそれに対応して検出部８１～８４を複数とし、複数の電圧データを得ることにより、精度の高い自転軸３２の回転角度検出を行うことができる。
図１１は、第３の実施形態に係る回転角度検出装置９２の一例を示した図である。図１１に示されるように、第３の実施形態に係る回転角度検出装置９２は、２段の可動側パターン６１、６６と、その２段の高さをカバーする２段の固定側パターン部６２、６７とを備える。つまり、図５で説明した固定側パターン６２の上段に、固定側パターン部６７が追加された構成を有する。そして、上段の固定側パターン部６７には、交流電源７５及び検出部８６が接続されている。検出部８６は、電圧検出部８７と、角度検出部８８とを含む。つまり、固定側の検出機構が２段に設けられた構成である。
可動側パターン６１、６６の導電パターン６１ｂ、６６ａを樹脂フィルム６１ａ、６６ａの表面に形成した場合、樹脂フィルム６１ａ、６６ａを自転軸３２の外周側面に隙間なく、両端の導電パターン６１ｂ、６６ｂが連続するように貼り付けるのは困難であり、両端部の間に隙間６１ｆが空く場合がある。そのような隙間６１ｆが生じると、導電パターン６１ｂ、６６ｂが無い部分が生じてしまい、検出精度が低下するおそれがある。
そこで、第３の実施形態に係る回転角度検出装置９２においては、隙間６１ｆが生じている部分より高い位置に別の可動側パターン６６を設け、導電パターン６１ｂが途切れた箇所を導電パターン６６ｂで補う構成としている。導電パターン６６ｂが途切れている隙間６６ｆは、導電パターン６１ｂが補っているので、相互に隙間を補う構成となり、導電パターンが存在しない箇所を無くすことができる。
このように、自転軸３２の軸方向に長く可動側パターン６１、６６を設けたことに対応させ、固定側パターン６７の長さを長くし、可動側パターン６１、６６の双方のパターンをカバーできる構成とした。予め、導電パターン６１ｂ、６６ｂの途切れた部分の電圧波形と回転角度との関係を把握し、電圧変化を把握することにより、信号を途切れさせること無く回転角度の検出を行うことができる。また、可動側パターン６１、６６を自転軸３２に設けることが容易となり、組み立て労力を低減し、作業性を向上させることができる。
なお、可動側パターン６１、６６及び固定側パターン６２において、第１及び第２の実施形態に係る回転角度検出装置９０、９１と組み合わせることが可能であり、種々の導電パターンや、複数の固定側パターン６２～６５を備えることも可能である。
第１乃至第３の実施形態で説明したように、本開示の回転角度検出装置９０～９２は、用途に応じて種々の構成とすることができ、プロセス中において正確に自転軸３２の回転角度を検出することが可能である。
なお、検出部８０は、電圧検出部８１～８４及び角度検出部８５～８８が検出した回転角度を検証し、複数の自転軸３２の各々が適切に回転しているかをリアルタイムで監視する。そして、異常が発見された場合には、必要な調査、メンテナンス等を行い、自転軸３２が適切に自転するように状態を調整、整備することができる。
なお、本実施形態においては、自転軸３２に回転角度検出装置９０～９２を設ける例を挙げて説明したが、回転軸２１に設け、回転軸２１の回転角度を検出することも可能である。また、成膜装置のみならず、エッチング装置等の回転テーブル２を用いて基板処理を行う装置に幅広く適用することが可能である。
続いて、載置台３の自転軸３２の回転角度の検出手法について説明するが、例えば回転角度の検出は、実際に基板処理のプロセスを実施する際に行われる。以下、第１の実施形態に係る回転角度検出装置９０を用いた例を挙げて説明する。
まず、既述のように、公転用回転機構２２及び自転用回転機構５３（駆動ギア）を夫々回転させることにより、回転テーブル２の回転によって載置台３を公転させると共に、載置台３を自転させる。
そして、交流電源７０から固定側パターン６２に交流電力を供給する。これにより、固定側パターン６２から磁界が発生し、それにより、電磁誘導作用により、可動側パターン６１の導電パターン６１ｂに電流が流れ、電磁誘導電圧が発生する。
この電磁誘導電圧を、電圧検出部８１が検出し、電磁誘導電圧の大きさ及び変化から、角度検出部８２が自転軸３２の回転角度を検出する。この検出はリアルタイムに行われ、複数の自転軸３２の各々の回転角度が監視される。総ての自転軸３２が適切に回転していれば、基板処理のプロセスは継続され、異常がある場合には、監視を続け、装置を停止して原因を調べる等の処置が施される。このような制御を行うことにより、常に適切な状態での基板処理が可能となり、基板処理の品質を高めることができる。
続いて、本発明の基板処理装置の一実施形態として、ウエハＷに成膜処理であるＡＬＤを実行する成膜装置１に載置台３の自転量を検出する機構を備えた構成について、図１２～図１４を用いて説明する。図１２に示すように、成膜装置１は、成膜処理が行われる処理容器をなす真空容器１１を備え、この真空容器１１は、真空容器１１の側壁１３１及び底部１３２をなす容器本体１３と、この容器本体１３の上面側の開口を気密に塞ぐ天板１２とにより構成されている。真空容器１１内には、円板からなる回転テーブル２が設けられている。この例の回転テーブル２は、円板状の支持板２４により下方側から支持されており、この支持板２４は、載置台３を回転テーブル２から独立した状態で支持するように構成されている。
真空容器１１には、底部１３２と対向するように、区画壁部１３３が形成され、この区画壁部１３３の上方側に回転テーブル２、区画壁部１３３の下方側に支持板２４が夫々設けられている。区画壁部１３３にはヒータ１４や冷媒流路１５が設けられると共に、円環状のスリット１６が形成されている。回転テーブル２の下面には、前記スリット１６に対応する位置から鉛直下方に向けて延出するように、複数本の支柱２５が周方向に設けられている。各支柱２５は、スリット１６を貫通し、支持板２４に接続されている。支持板２４の下面側中央部は、回転軸２１を介して公転用回転機構２２に接続されている。従って、回転軸２１を回転させると、支持板２４及び支柱２５を介して回転テーブル２が鉛直軸回りに回転する。このように支持板２４は、回転テーブルを含む回転部位に相当する。
載置台３の自転軸３２は区画壁部１３３のスリット１６及び支持板２４の開口部２４１を貫通して下方側に延出し、支持板２４の下方側に筒状体３３１を介して固定された軸受けユニット３４に接続されている。載置台３、従動ギア４や駆動ギア５の磁極部の構成、駆動ギア５の開口部５０の内側に公転用回転機構２２が設けられることなどは、図１に示す自転検出用冶具と同様に構成されているが、駆動ギア５において、磁極部を支持する部位については、後述するロータリーエンコーダ６の設置領域を確保するように構成されている。
天板１２の下面中央部には、平面視円形の中心領域形成部Ｃと、中心領域形成部Ｃから回転テーブル２の外側に向かって広がるように形成された平面視扇状の突出部１７と、が形成されている。これら中心領域形成部Ｃ及び突出部１７は、真空容器１１の内部空間に、その外側領域に比べて低い天井面を形成している。中心領域形成部Ｃと回転テーブル２の中心部との隙間はＮ２ガスの流路１８を構成している。
図１３に示すように、真空容器１１（容器本体１３）の側壁面には、ゲートバルブ２８１により開閉自在に構成された搬入出部２８が設けられている。外部の図示しない搬送機構に保持されたウエハＷは、この搬入出部２８を介して真空容器１１内に搬入され、載置台３に受け渡される。載置台３と搬送機構との間のウエハＷの受け渡しは、各載置台３に設けられた不図示の貫通孔を介して昇降自在に構成された昇降ピンを用いて行われるが、昇降ピンの記載は省略してある。
また、図１２、図１３に示すように、成膜装置１における回転テーブル２の上方側には、原料ガスノズル１０１、分離ガスノズル１０２、酸化ガスノズル１０３、改質ガスノズル１０４、分離ガスノズル１０５が、この順に、回転テーブル２の回転方向に間隔をおいて配設されている。各ガスノズル１０１～１０５は、真空容器１１の側壁から中心部に向かって、回転テーブル２の径方向に沿って水平に伸びる棒状に形成され、その長さ方向に沿って互いに間隔を開けて設けられた多数の吐出口１０６から、各種のガスを下方側に向けて吐出する。
原料ガスノズル１０１は例えばＢＴＢＡＳガスを吐出する。図１３中１０７は、原料ガスノズル１０１を覆うノズルカバーであり、その下方におけるＢＴＢＡＳガスの濃度を高める役割を有する。また、酸化ガスノズル１０３は例えばＯ３ガスを吐出する。分離ガスノズル１０２、１０５は例えばＮ２ガスを吐出し、上面側から見て天板１２の突出部１７を各々周方向に分割する位置に配置されている。改質ガスノズル１０４は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとの混合ガスからなる改質ガスを吐出する。この例では、原料ガス、酸化ガス及び改質ガスが夫々処理ガスに相当する。
さらに、天板１２には、改質ガスノズル８４の上方側にプラズマ形成部１１０が設けられている。図１３には、プラズマ形成部１１０が設けられる位置を一点鎖線で示している。石英などの誘電体からなる本体部１１１の上面側には、ファラデーシールド１１３、絶縁部材１１４を介して、金属線をコイル状に巻回したアンテナ１１５が設けられ、このアンテナ１１５には高周波電源１１６が接続されている。図１３中１１７は電磁界の磁界成分を下方に向かわせるためのスリットである。
回転テーブル２上において、原料ガスノズル１０１の下方領域は、ＢＴＢＡＳガスの吸着が行われる吸着領域Ｒ１、酸化ガスノズル１０３の下方領域は、ＢＴＢＡＳガスが酸化される酸化領域Ｒ２に相当する。また、プラズマ形成部１１０の下方領域は、プラズマによりＳｉＯ２膜の改質が行われる改質領域Ｒ３、突出部１７の下方領域は、分離ガスノズル１０２、１０５から吐出されるＮ２ガスにより、吸着領域Ｒ１と酸化領域Ｒ２とを互いに分離するための分離領域Ｄ１、Ｄ２を構成する。図中２９１、２９２は排気口である。
続いて、載置台３の自転量を検出する機構について説明する。この例では、載置台３の自転軸３２の下端に可動側パターン６１を設けると共に、この可動側パターン６１に対向させて固定側パターン６２を設けている。
成膜装置１には、図１４に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００が設けられている。この制御部１００は、検出部８０を包含して構成されていてもよいし、別体として構成されていてもよい。
制御部１００は、ＣＰＵ１０１、後述の成膜処理や自転量検出に係る成膜装置１の運転動作を実行するためのプログラム等を格納するプログラム格納部１０２、記憶部１０３、入力部１０４、データ処理部１０５、表示部１０６を備えている。図中１１０はバスであり、このバス１２０には、回転テーブル２の公転用回転機構２２、載置台３の自転用回転機構５３が接続されている。
記憶部１０３は、例えば従動ギア４の自転速度と、従動ギア４の公転による角速度と駆動ギア５の角速度との速度差（Ｖａ－Ｖｂ）との関係を記憶するものである。本発明者らは、従動ギア４の公転による角速度と駆動ギア５の角速度との速度差と、従動ギア４の自転速度とは、速度差のある範囲において、ほぼ比例関係を維持することを把握している。例えば受動ギア５の角速度Ｖａと従動ギア４の公転による角速度Ｖｂとの速度差（Ｖａ－Ｖｂ）がプラス（（Ｖａ－Ｖｂ）＞０）のときには、速度差が大きくなるほど右回りの自転速度が大きくなる。また速度差がマイナス（（Ｖａ－Ｖｂ）＜０）のときには、速度差が大きくなるほど左回りの自転速度が大きくなる。
入力部１０４は例えば操作画面よりなり、従動ギア４の自転速度や公転による角速度（回転テーブル２の回転数）を入力するためのものである。データ処理部１０５は、入力された従動ギア４の自転速度と、回転テーブル２の回転数と、前記記憶部１０３に記憶された前記関係とに基づいて、駆動ギア５の回転数を設定するためのものである。従動ギア４の自転速度や公転による角速度は、例えばメンテナンス時に入力できるように構成され、従動ギア４の自転速度及び角速度を入力すると、当該自転速度に基づいて、前記関係から従動ギア４の公転による角速度と駆動ギア５の角速度との速度差を把握し、駆動ギア５の回転数が設定される。表示部１０６は、例えば第１のコントローラ７５の通信部７５１から送信された載置台３の自転量（回転角）の検出値を表示するものである。
以下、上述の構成を備えた成膜装置１を用いた基板処理方法について説明する。先ず、成膜処理を行うときには、回転テーブル２を間欠的に回転させながら、各載置台３を搬入出口２８に対向する位置に移動させ、図示しない搬送機構を用いて外部から真空容器１１内にウエハＷを搬入して載置台３に受け渡す。その後、真空容器１１内が所定の圧力となるように排気口２９１、２９２を介して真空排気を実行する。また、分離ガスノズル１０２、１０５、中心領域形成部Ｃから回転テーブル２に対してＮ２ガスを供給すると共に、ヒータ１４によるウエハＷの加熱を開始し、例えばウエハＷを例えば４００℃に加熱する。
そして、公転用回転機構２２により回転テーブル２を８０ｒｐｍ以上例えば１２０ｒｐｍの回転速度で回転させると共に、自転用回転機構５３により駆動ギア５を回転させる。これにより、載置台３は公転すると共に自転する。一方、真空容器１１内では、原料ガスノズル１０１、酸化ガスノズル１０３、改質ガスノズル１０４からの各処理ガスの供給と、高周波電源１１６からのアンテナ１１５への高周波の印加によるプラズマの形成とを開始する。
この時、交流電源７０から交流電力が固定側パターン６２に供給される。そして、固定側パターン６２の導電パターン６２ｂが発生する磁界中を可動側パターン６１が通過し、可動側パターン６１の導電パターン６１ｂには、電磁誘導電圧が発生する。発生した電磁誘導電圧を、検出部８０の電圧検出部８１が検出し、検出した電磁誘導電圧から、角度検出部８５が複数の自転軸３２の各々の回転角度を検出する。よって、回転角度検出装置９０は、５個の載置台３に対応して５個設けられる。但し、検出部８０は、１個で纏められていてもよい。このような自転軸３２の回転角度の検出をリアルタイムで行い、各自転軸３２が適切に自転しているかどうかを監視する。異常が検出された場合には、成膜装置１の条件を調整したり、成膜装置１を停止して原因を調べたりする等の措置を行う。これにより、成膜処理の信頼性を高めることができる。
各ウエハＷは、吸着領域Ｒ１、酸化領域Ｒ２、改質領域Ｒ３を順番に通過する。吸着領域Ｒ１ではＢＴＢＡＳガスがウエハＷに吸着され、酸化領域Ｒ２では吸着されたＢＴＢＡＳガスがＯ３ガスにより酸化されて、ＳｉＯ２の分子層が１層あるいは複数層形成される。改質領域Ｒ３では、前記ＳｉＯ２の分子層が改質ガスのプラズマに曝されて改質される。そして、回転テーブル２の回転により、上述のサイクルが複数回、繰り返し実行されることにより、ＳｉＯ２の分子層が積層されてウエハＷ表面にＳｉＯ２膜が形成される。
この成膜装置１においては、回転テーブル２の回転と載置台３の回転とが同期しないように、回転テーブル２の回転数と載置台３の自転速度が設定される。即ち、ウエハＷが第１の向きに向いた状態で、回転テーブル２が開始ポイントから１回転し、再度開始ポイントに位置したときに、ウエハＷが第１の向きとは異なる第２の向きに向けられるような自
転速度でウエハＷが自転するように設定される。このように、載置台３は回転テーブル２の回転と同期せずに自転するので、各載置台３上のウエハＷは自転及び公転によって、原料ガスの吸着領域Ｒ１を様々な向きで通過することになり、ウエハＷの周方向に見て、ウエハＷに形成されるＳｉＯ２膜の膜厚の偏りが抑えられる。
転速度でウエハＷが自転するように設定される。このように、載置台３は回転テーブル２の回転と同期せずに自転するので、各載置台３上のウエハＷは自転及び公転によって、原料ガスの吸着領域Ｒ１を様々な向きで通過することになり、ウエハＷの周方向に見て、ウエハＷに形成されるＳｉＯ２膜の膜厚の偏りが抑えられる。
上述の動作により、ＳｉＯ２の分子層が順次積層され、予め設定されたサイクル数を実行したら、回転テーブル２の回転や各種のガスの供給、プラズマの形成、公転用回転機構２２、自転用回転機構５３の駆動を停止し、成膜処理を終了する。しかる後、真空容器１１内の圧力調整を行い、ゲートバルブ２８１を開いて外部の搬送機構を侵入させ、搬入時とは反対の手順でウエハＷを搬出する。
このように、本実施形態に係る回転角度検出装置、回転角度検出方法、基板処理装置及び基板処理方法によれば、自転軸３２を適切に回転させた状態で成膜処理等の基板処理を行うことができ、プロセスの品質を高めることができる。
なお、以上説明した実施形態では、可動側パターン６１及び固定側パターン６２の導体パターン６１ｂ、６２ｂを電磁誘導電圧の測定に用いる例について説明したが、静電容量の測定に用いることも可能である。その場合、重なり面積の変化が重要となるので、線のパターンではなく、ベタ膜的なパターンで重なり面積が変化してゆく形状とすることが好ましい。
また、本実施形態では、可動側パターン６１及び固定側パターン６２を導体パターン６１ｂ、６２ｂで構成する例について説明したが、光等が反射するような反射パターンや、他の種類の物理量を測定可能なパターンを対向させて回転角度検出装置を構成することも可能である。このように、本実施形態に係る回転角度検出装置、回転角度検出方法、基板処理装置及び基板処理方法においては、変化する物理量を検出できれば、種々の材料からなるパターンを用いることができる。
以上、本開示の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本開示の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
Ｗ ウエハ
１ 成膜装置
２ 回転テーブル
２１ 回転軸
３２ 自転軸
６０ パターン部
６１、６６ 可動側パターン
６２～６５、６７ 固定側パターン
６１ａ、６２ａ 絶縁フィルム
６１ｂ～６１ｅ、６２ｂ 導電パターン
７０ 交流電源
８０ 検出部
８１～８４ 電圧検出部
８５～８８ 角度検出部
９０～９２ 回転角度検出装置
１ 成膜装置
２ 回転テーブル
２１ 回転軸
３２ 自転軸
６０ パターン部
６１、６６ 可動側パターン
６２～６５、６７ 固定側パターン
６１ａ、６２ａ 絶縁フィルム
６１ｂ～６１ｅ、６２ｂ 導電パターン
７０ 交流電源
８０ 検出部
８１～８４ 電圧検出部
８５～８８ 角度検出部
９０～９２ 回転角度検出装置
Claims (15)
- 回転軸の外周側面に設けられ、該外周側面の周方向に沿って形状が変化する可動側パターンと、
前記回転軸の周囲に、前記可動側パターンに対向して固定配置され、前記回転軸の回転に伴い、前記可動側パターンとの重なり状態が変化する固定側パターンと、
前記可動側パターンと前記固定側パターンとの重なり状態の変化に応じて変化する物理量を検出し、該物理量に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する検出部と、
を有し、
前記可動側パターン及び前記固定側パターンは、ピッチが異なるパターンを含む周期的な繰り返しパターンである、
回転角度検出装置。 - 前記可動側パターン及び前記固定側パターンは、導電パターンである請求項１に記載の回転角度検出装置。
- 前記固定側パターンには交流電流が供給され、
前記物理量は、前記固定側パターンで発生する磁界中で前記可動側パターンが移動することにより発生する電磁誘導電圧である請求項２に記載の回転角度検出装置。 - 前記固定側パターンは、周方向に離間して前記回転軸の周囲に複数設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。
- 前記可動側パターンは、絶縁フィルムの表面上に設けられており、
該絶縁フィルムが前記回転軸の前記外周側面上に貼り付けられて設けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回転角度検出装置。 - 前記絶縁フィルムは、両端部が重ならないように前記回転軸の前記外周側面上に貼り付けられており、
前記絶縁フィルムが欠けている領域を覆う第２の絶縁フィルムが前記絶縁フィルムと軸方向において重ならない位置に貼り付けられており、
前記固定側パターンは、前記第２の絶縁フィルムの表面上に設けられている第２の可動側パターンとも対向し、重なるように設けられている請求項５に記載の回転角度検出装置。 - 前記物理量は、静電容量である請求項１又は２に記載の回転角度検出装置。
- 回転軸の外周側面に設けられ、該外周側面の周方向に沿って形状が変化する可動側パターンと、
前記回転軸の周囲に、前記可動側パターンに対向して固定配置され、前記回転軸の回転に伴い、前記可動側パターンとの重なり状態が変化する固定側パターンと、
前記可動側パターンと前記固定側パターンとの重なり状態の変化に応じて変化する物理量を検出し、該物理量に基づいて前記回転軸の回転角度を検出する検出部と、
を有し、
前記可動側パターンは、絶縁フィルムの表面上に設けられており、
該絶縁フィルムは、両端部が重ならないように前記回転軸の前記外周側面上に貼り付けられており、
前記絶縁フィルムが欠けている領域を覆う第２の絶縁フィルムが前記絶縁フィルムと軸方向において重ならない位置に貼り付けられており、
前記固定側パターンは、前記第２の絶縁フィルムの表面上に設けられている第２の可動側パターンとも対向し、重なるように設けられている、
回転角度検出装置。 - 処理室と、
該処理室内に設けられ、表面上に周方向に沿って複数の基板載置部が設けられた回転テーブルと、
前記複数の基板載置部の各々に設けられた自転軸と、
該自転軸を回転させる自転軸駆動機構と、
該自転軸の回転角度を検出する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回転角度検出装置と、を有する基板処理装置。 - 前記自転軸と前記自転軸駆動機構は、磁力を用いて非接触で連結されている請求項９に記載の基板処理装置。
- 前記自転軸駆動機構は、前記自転軸の各々と全周で磁気的に連結する環状の遊星型磁気ギアを有し、該遊星型磁気ギアの回転により総ての自転軸を回転可能である請求項１０に記載の基板処理装置。
- 周方向に沿って設けられた複数の基板載置部の各々に基板が載置された回転テーブルを回転させる工程と、
前記複数の基板載置部の各々に設けられた自転軸を自転させる工程と、
前記自転軸の外周側面に設けられた可動側パターンと、該可動側パターンに対向して固定配置された固定側パターンとの重なり状態の変化に応じて変化する物理量を検出し、該物理量に基づいて前記自転軸の回転角度を検出する工程と、を有し、
前記可動側パターン及び前記固定側パターンは、ピッチが異なるパターンを含む周期的な繰り返しパターンである、
回転角度検出方法。 - 前記可動側パターン及び前記固定側パターンは導電パターンである請求項１２に記載の回転角度検出方法。
- 前記自転軸の回転角度を検出する工程は、
前記固定側パターンには交流電流を供給する工程を含み、
前記物理量は、前記固定側パターンで発生する磁界中で前記可動側パターンが移動することにより発生する電磁誘導電圧である請求項１３に記載の回転角度検出方法。 - 処理室内に設けられた回転テーブルの回転方向に沿って設けられた原料ガス供給領域において、基板の表面上に原料ガスを吸着させる工程と、
前記回転テーブルの回転方向において前記原料ガス供給領域の下流側に設けられた反応領域において、前記原料ガスが表面上に吸着した前記基板に前記原料ガスと反応して反応生成物を生成する反応ガスを前記基板に供給し、前記反応生成物の分子層を堆積させる工程とを、
請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の回転角度検出方法を実施しながら行う基板処理方法。
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