JPH05295543A - Vacuum treatment device and film forming method and film forming device using this device - Google Patents

Vacuum treatment device and film forming method and film forming device using this device

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JPH05295543A
JPH05295543A JP4161188A JP16118892A JPH05295543A JP H05295543 A JPH05295543 A JP H05295543A JP 4161188 A JP4161188 A JP 4161188A JP 16118892 A JP16118892 A JP 16118892A JP H05295543 A JPH05295543 A JP H05295543A
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temperature
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infrared radiation
radiation thermometer
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英昭 島村
Akira Okamoto
明 岡本
Hide Kobayashi
秀 小林
Yuji Yoneoka
雄二 米岡
Susumu Tsujiku
進 都竹
Eisuke Nishitani
英輔 西谷
Satoshi Kishimoto
里志 岸本
Tokio Kato
登季男 加藤
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Abstract

PURPOSE:To provide the vacuum treatment device which can control the temp. of a base body by exactly measuring the temp. in a vacuum, the film forming device which applies this vacuum treatment device, the film forming method by this film forming device and the method for measuring the temp. of the base body. CONSTITUTION:The radiation heat of the base body 10 is measured by IR radiation thermometers 11, 14, 15 in a vacuum treatment device 1 to determine a radiation rate. The calibration of the radiation rate in combination with a shutter 20 is executed in a temp. calibration stage 5 and thereafter, the temp. is controlled to the prescribed temp. by a controller 13 in a temp. regulating stage 6 and thereafter, the substrate is transported to a sputtering stage 7 and is subjected to the film formation.

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 kinds of processing on a substrate in a vacuum, a film forming apparatus and a film forming method using the same, and particularly to a manufacturing process of a semiconductor device. The present invention relates to a suitable vacuum processing apparatus, a film forming apparatus using the same, and a film forming method.

【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, accurate control of a process temperature is important in order to realize well-controlled reactions. A typical process apparatus in which the temperature is the most important setting condition is a so-called furnace body such as an oxidation furnace. The inside of this type of furnace body is an oxidizing atmosphere in which the atmosphere is replaced. In this case, the substitution atmosphere is atmospheric pressure or higher, and the silicon wafer in the furnace body is heated by radiation from a heater installed around the quartz tube and heat conduction by the atmospheric pressure atmosphere in the quartz tube. .. That is, since there is a medium that conducts heat, the temperature can be measured relatively accurately by using a probe 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
コンウエハを置載し、更にシリコンウエハをヒートブロ
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。このためにウエ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エハの温度を制御、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-conducting medium is not used, there can be mentioned, for example, a photoresist baking apparatus used in a step of applying a photoresist used as a mask in an etching step. 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 the 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 the atmospheric pressure by the vacuum chuck. For this reason, 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 probe such as a thermocouple attached to the heat block. Many semiconductor manufacturing processes utilize highly pure materials and well-controlled reactions in a dust-free environment, and therefore often require processing in vacuum.

【0004】従来、半導体製造装置において真空中での
ウエ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
る媒体が存在しないために輻射のみによってウエハは加
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エ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, since there is no medium for transmitting heat, the wafer is heated only by radiation, so that it is well known that only a small absorption occurs on the metal mirror surface and a large amount on the black body. Absorption occurs, and as a result, the degree of heating greatly varies depending on the surface state of the heated wafer.

【0006】熱電対をウエハに取り付けることによって
プロセス中のウエハ温度を正確に測定することも試みら
れてきたが、熱電対をウエハに点接触させた状態でウエ
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。
Although attempts have been made to accurately measure the temperature of the wafer during the process by attaching the thermocouple to the wafer, the thermocouple is used to measure the temperature of the wafer with the thermocouple in point contact with the wafer. It is difficult to stabilize the contact state at a constant level, and there is the drawback that the reproducibility of the measurement temperature is poor.

【0007】また、赤外線の輻射によってウエハを加熱
する場合、赤外領域の広い範囲でウエハが殆ど透明であ
るため、熱電対にウエ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エハの測温は困難で
ある。
When the wafer is heated by infrared radiation, since the wafer is almost transparent in a wide range of infrared region, heat is not transferred only to the thermocouple by conduction from the wafer, but the thermocouple itself. Accurate temperature measurement of the wafer is difficult because it may be heated by the lamp heater.

【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、シリコンウエ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、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ヒートブロ
ックの測温ができる。
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 installed in a vacuum atmosphere, and the back surface of the silicon wafer and the heat block are separated from each other. The temperature of the wafer is balanced with the temperature of the heat block by filling the gas with a pressure of around 1 Torr. In this case, the temperature of the heat block can be measured by a temperature probe 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エハへの熱伝
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 the vacuum chuck under the atmospheric pressure, the temperature uniformity and reproducibility are not sufficient. The biggest drawback is that the heat transfer from the heat block 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】また、この方法では、基体表面側と押しつ
け部材とが物理的に接触するために、基体表面が汚染さ
れたり、異物の発生の原因となる等して、製品不留を低
下させている。
Further, according to this method, since the surface of the substrate and the pressing member are in physical contact with each other, the surface of the substrate is contaminated, foreign matter is generated, etc., and product yield is reduced. There is.

【0011】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輻射温度計を
用いて赤外領域のウエ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, it is necessary to measure the wafer temperature in vacuum in a non-contact manner. As one of the methods, a method of measuring the radiation intensity from a wafer in the infrared region using an infrared radiation thermometer has been proposed.

【0012】即ち、本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
エハに対向して設置されたターゲットにあけた貫通孔を
通じて赤外線輻射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、予め別の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 the present method, the temperature of the wafer is measured by an infrared radiation thermometer through a through hole formed in a target placed facing the wafer while the wafer is placed on a heat stage and heated in a sputtering apparatus. It is a thing. That is, the infrared emissivity of the wafer at a specific temperature is measured in advance by another calibration sample, and the wafer temperature during sputtering is controlled by the measured value.

【0013】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。
As a technique related to this type of technique, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-129966 can be cited.

【0014】[0014]

【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。
However, since the emissivity of the wafer is not always constant in this method as described below, accurate temperature measurement is difficult and there are some problems.

【0015】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成膜した別のシリコ
ンウエハを用いるが、実際にはウエハの赤外線輻射温度
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。
That is, although the same metal as the target material, for example, another silicon wafer on which aluminum is deposited by several hundred liters is used as the calibration sample, the metal on the surface of the wafer on the side to be observed by the infrared radiation thermometer is actually used. With or without membrane,
Since the infrared emissivity from the wafer surface is different, the temperature control before film formation cannot be performed.

【0016】また、成膜開始後もある程度の膜厚(例え
ば、アルミを数100Å)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 film formation is started, accurate temperature measurement cannot be performed until the film is formed to a certain film thickness (for example, aluminum of several hundred Å).

【0017】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るには、同じ金属膜を形成した
ウエ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
方法では、実際に成膜を行うウエハそのものでないため
正確な温度制御ができない。上述のように従来用いられ
てきた真空処理装置では、様々な温度制御手段は用いら
れているものの、そのプロセスの温度を正確に知って制
御できているものは無かった。
In order to accurately measure the temperature of the wafer in vacuum and to control the temperature accordingly, even if the same metal film is formed on the wafer, the infrared emissivity differs depending on the product lot. With the method of separately preparing a wafer for use, accurate temperature control cannot be performed because it is not the wafer on which the film is actually formed. As described above, in the conventionally used vacuum processing apparatus, although various temperature control means are used, none of them can accurately control the temperature of the process.

【0018】また、Siウェハのような半導体材料で
は、赤外線輻射率が温度に対して増加する。これは温度
に伴い、フリーキャリアーの密度が増加するため(金属
化)の輻射・吸収が増加するためであり、詳細について
は、T.Sato;Japanese Journalof Applied Physics,Vo
l.6,No.3(1967)に述べられている。
In addition, in semiconductor materials such as Si wafers, the infrared emissivity increases with temperature. This is because the density of free carriers increases with temperature and the radiation / absorption of (metallization) increases. For details, see T. Sato; Japanese Journal of Applied Physics, Vo.
L.6, No. 3 (1967).

【0019】この輻射率の温度に対する変動のために、
高精度の温度測定を行なう場合には複数の温度での輻射
率補正が必要である。そのためには、測定対象温度範囲
で複数点の温度での輻射率測定を予め行っておけば良い
が、この際の加熱によって、プロセス上実質的には不必
要な熱処理工程が増加することとなる。
Due to this variation of emissivity with temperature,
For highly accurate temperature measurement, emissivity correction at multiple temperatures is necessary. For that purpose, emissivity measurement at a plurality of temperatures in the temperature range to be measured may be performed in advance, but heating at this time increases the number of heat treatment steps that are substantially unnecessary in the process. ..

【0020】しかしながら、他方非常に高精度の温度制
御を必要とするプロセスに対しては、プロセス温度にで
きる限り近い温度でウェハ毎に輻射率を補正することも
必要である。
On the other hand, however, for a process that requires extremely highly accurate temperature control, it is also necessary to correct the emissivity for each wafer at a temperature as close as possible to the process temperature.

【0021】即ち、赤外線輻射温度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輻射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。
That is, the ideal method of controlling the temperature of the wafer using the infrared radiation temperature is to calibrate the infrared radiation thermometer using the wafer itself on which the film is actually formed, and to determine the infrared radiation depending on the presence or absence of the film and its state. It is a method that can be measured without being affected by the difference in emissivity. However, what has been put into practical use has not been proposed yet.

【0022】また、複数の真空処理チェンバを有する真
空処理装置や、搬送チェンバの周囲に真空処理チェンバ
を配置した所謂マルチチェンバ方式の真空処理装置にお
いて、真空処理チェンバ自身へ温度測定の機構を設置す
る場合には、以下に示すような問題点がある(1)当該
真空処理チェンバ内の熱源からの熱雑音の侵入による障
害、(2)当該真空処理チェンバの真空性能、例えばリ
ークポテンシャルの増加、(3)成膜粒子が回り込むこ
とによる光学系の汚染や、塵埃の発生、(4)現有装置
への適用の際には、真空処理チェンバ内で該基体を置載
する基体ホルダー等の真空装置の設計仕様を変更する必
要性、(5)また、真空処理チェンバの数だけ温度計測
機構が必要である等の経済的問題、並びに精度の高い温
度計測についても従来技術ではなんら実用的な手法が考
慮されていない。
Further, in a vacuum processing apparatus having a plurality of vacuum processing chambers and a so-called multi-chamber type vacuum processing apparatus in which the vacuum processing chambers are arranged around the transfer chamber, a temperature measuring mechanism is installed in the vacuum processing chamber itself. In this case, there are the following problems (1) obstacles due to intrusion of thermal noise from a heat source in the vacuum processing chamber, (2) vacuum performance of the vacuum processing chamber, for example, increase in leak potential, ( 3) Contamination of the optical system by generation of film-forming particles and generation of dust. (4) When applied to existing equipment, a vacuum device such as a substrate holder for mounting the substrate in a vacuum processing chamber. Regarding the necessity of changing the design specifications, (5) economic problems such as the need for temperature measurement mechanisms for the number of vacuum processing chambers, and highly accurate temperature measurement. Any practical approach in the coming technology has not been taken into account.

【0023】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 Va
por 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。
Therefore, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional problems, and the first object thereof is an improved vacuum processing apparatus capable of accurately measuring and controlling the temperature of a substrate in vacuum. The second purpose is to apply this vacuum processing apparatus, for example, a sputtering apparatus or a CVD (Chemical Vapor).
and a third object is to provide a film forming method using the improved film forming apparatus.

【0024】[0024]

【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。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors conducted various studies as described below and obtained various findings.

【0025】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
シリコンウエハ)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、温度校
正チェンバ内のステージにおいて基体ごとに環境温度に
できる限り近い低温の少なくとも1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、温度校正チェンバ以降、真空処理チェンバ内の赤
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、温度校正チェン
バ以降の赤外線輻射温度計の校正を行う。複数の温度補
正点を持つ場合には、コンピュータにより予めそれぞれ
の温度補正データを作成し、補正のための演算を行う等
の方法を採ることができる。
That is, in the present invention, since the infrared radiation thermometer is used as a main temperature measuring means, calibration is performed for each substrate (eg, silicon wafer). Specifically, before the substrate is processed by the target vacuum processing apparatus, at least one point of low temperature, which is as close as possible to the environmental temperature for each substrate in the stage in the temperature calibration chamber,
The temperature of the substrate is measured by the first infrared radiation thermometer. From the indicated value of the first infrared radiation thermometer obtained at this time, the infrared radiation thermometer in the vacuum processing chamber after the temperature calibration chamber is corrected. Specifically, the infrared radiation thermometer after the temperature calibration chamber is calibrated by knowing this correction value in advance and, for example, a rough correction, or a simple coefficient if a narrow temperature range is targeted. In the case of having a plurality of temperature correction points, it is possible to adopt a method in which each temperature correction data is created in advance by a computer and calculation for correction is performed.

【0026】さらに高精度の温度計測ならびに制御を要
するプロセスでは、当該プロセス温度で赤外線輻射温度
計の校正を行う方法を採ることができる。
In a process requiring more accurate temperature measurement and control, a method of calibrating the infrared radiation thermometer at the process temperature can be adopted.

【0027】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する場合はヒートブロック
(ステージ)の温度に対象とするウェハの温度をより容
易に近づけることが可能である。
The temperature calibration stage described above 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 simple,
When heating or cooling to a known temperature, it is possible to bring the temperature of the target wafer closer to the temperature of the heat block (stage) more easily.

【0028】具体的には、温度校正チェンバを大気圧下
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。
Specifically, when the temperature calibration chamber is set under the atmospheric pressure, it is possible to use a vacuum chuck on the stage and 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.

【0029】また、ヒートブロックを用いず、積極的な
加熱ないしは冷却を行なわない場合であっても、前記真
空チャックを用いることで基体をステージ温度(この場
合は環境温度〜20℃)に素速く平衡させることができ
る。
Even when the heating block is not used and the positive heating or cooling is not performed, the vacuum chuck is used to quickly move the substrate to the stage temperature (in this case, ambient temperature to 20 ° C.). Can be equilibrated.

【0030】さらに、上記真空チャックの替りに静電チ
ャック(静電気力線による)を用いることもできる。
Further, an electrostatic chuck (by the lines of electrostatic force) can be used instead of the above vacuum chuck.

【0031】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、温度校正チェ
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。
When it is necessary to raise the temperature at the temperature calibration point, there is a problem that the surface of the target substrate is oxidized depending on the atmosphere. Therefore, the atmosphere in the temperature calibration chamber is replaced with the atmosphere. For example, a nitrogen or argon atmosphere is more preferable.

【0032】温度校正チェンバ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 chamber is set under vacuum, in order to improve the heat conduction between the heat block and the substrate as described above, heating or cooling gas is heated between them with a pressure of 5 Pascal or more. By interposing it as a conductive medium, the substrate temperature approaches the heat block in a relatively short time.

【0033】また、該基体をヒートブロックに接触させ
るためにも前記静電チャックを用いることができる。
The electrostatic chuck can also be used to bring the substrate into contact with the heat block.

【0034】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例えば50℃程度の成膜開始温度
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。
For example, in an apparatus for forming a thin film on a substrate by a sputtering method, the moisture adsorbed on the surface of the substrate is sufficiently removed when the substrate in the air is taken into the vacuum processing tank. Therefore, it is necessary to heat the substrate to 150 ° C. or higher, and conversely, it is necessary to lower the temperature of the substrate that has already been heated to a film formation start temperature of about 50 ° C. in the vacuum chamber. There are cases such as In the case of this temperature increase / decrease, it is necessary to measure the temperature accurately each time the temperature is controlled, and it is necessary to perform temperature calibration for each substrate in advance for the infrared radiation thermometer that measures these temperatures.

【0035】即ち所定の真空処理を行う前に予め既知の
温度に基体を制御し、第1の赤外線輻射温度計によって
この基体の輻射率を測定し、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。
That is, the substrate is controlled to a known temperature in advance before the predetermined vacuum treatment, the emissivity of the substrate is measured by the first infrared radiation thermometer, and the subsequent vacuum treatment process is performed based on the measurement result. If a film forming apparatus that has a function of calibrating a single infrared radiation thermometer or a plurality of second infrared radiation thermometers used in, and that needs to accurately control the temperature of the substrate, such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus, is constructed, A process suitable for electronic parts can be realized.

【0036】一般的に物質の赤外線輻射特性は波長に依
存するので上記した第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。
In general, the infrared radiation characteristic of a substance depends on the wavelength, so that the above-mentioned measurement by the first and second infrared radiation thermometers can be carried out at wavelengths in the same infrared region for more accurate calibration. And

【0037】また、上記した既知温度での第1の赤外線
輻射温度計による輻射率測定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。
When the emissivity measurement by 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 vacuum, the water adsorbed on the substrate is removed. Since it can be used also as a so-called baking process for, the apparatus scale can be reduced, which is preferable in some cases.

【0038】例えば、スパッタ装置の真空処理チェンバ
内で基体の昇温を行う場合、予め赤外線輻射温度計が校
正されていれば、ヒートブロックを用いる代わりに、ラ
ンプによる輻射加熱を行うことができ、より安価なスパ
ッタ装置を構成することができる。真空処理チェンバ内
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。
For example, when the temperature of the substrate is raised in the vacuum processing chamber of the sputtering apparatus, if the infrared radiation thermometer is calibrated beforehand, radiant heating by a lamp can be performed instead of using a heat block, A cheaper sputtering device can be configured. When heating with a lamp in the vacuum processing chamber, the light from the lamp may enter the infrared radiation thermometer as stray light, so the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer is in a wavelength range different from the wavelength emitted by the lamp. Is essentially preferred.

【0039】基体として例えばシリコンウエハを用いる
場合には、シリコンウェハが赤外領域で殆ど透明である
ことから、一般に広く用いられている石英ガラス入りの
赤外線ランプでは効率的な加熱ができない。また、この
種の赤外線ランプでは赤外線輻射温度計に対して迷光と
なりやすいので、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, since the silicon wafer is almost transparent in the infrared region, an infrared lamp containing quartz glass, which is widely used, cannot efficiently heat the substrate. Further, since an infrared lamp of this type is likely to become stray light with respect to the infrared radiation thermometer, it is more preferable to use a lamp having a short wavelength with a high absorption efficiency of a silicon wafer.

【0040】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、真空処理チェンバ
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、温度校正チェンバ内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
度計で得られた輻射率に基づいて演算した補正値を用い
ることで自動的に正確な測定ができる第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。
When the temperature at which film formation on the substrate is started in the vacuum processing chamber is lower than the baking heating temperature in vacuum for removing the adsorbed moisture from the substrate, after baking is performed. Then, it is necessary to cool the substrate to a predetermined temperature in the vacuum chamber and adjust the substrate to a predetermined film formation start temperature. In order to realize such a film forming process with high accuracy, a stage equipped with a first infrared radiation thermometer for performing temperature calibration in the temperature calibration chamber, and a stage for baking the substrate in vacuum A stage for cooling to a temperature at which a predetermined film formation is started before further film formation,
And a second infrared radiation thermometer capable of automatically and accurately measuring the substrate temperature at the cooling stage by using a correction value calculated based on the emissivity obtained by the first infrared radiation thermometer. Sputtering equipment is required.

【0041】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、後
述するようなシャッタが無ければ、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、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。
Further, in the case of an apparatus for forming a metal film by sputtering, since the infrared ray radiated to the surface opposite to the surface on which the metal film formed on the substrate is observed is reflected, a shutter as described later is used. If there is no film, the size of the radiation incident on the infrared radiation thermometer differs depending on the presence or absence of the film, and the apparent infrared emissivity differs, but to the surface of the substrate opposite to the surface observed by the infrared radiation thermometer due to the shutter. Since most of the radiated infrared rays are reflected, the difference in apparent infrared emissivity before and after film formation can be significantly reduced.

【0042】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が配設するこ
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。
Further, in the stage for heating or cooling the substrate, the substrate is close to the surface opposite to the surface observed by the infrared radiation thermometer through the opening window of the stage, and is sufficient for the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. By disposing the shutter mechanism whose main surface is composed of a member that is a mirror surface, it is possible to block stray light penetrating the base and entering the infrared radiation thermometer.

【0043】更に、マルチチェンバ方式の成膜装置にお
ける実用上の課題に対する解決手段としては、基体を所
定の設定温度に加熱或いは冷却する手段を備えた真空処
理チェンバと、該基体に真空成膜処理をする手段を備え
た真空成膜処理チェンバと、該真空処理チェンバないし
は該真空成膜処理チェンバに該基体を搬送するための搬
送ロボットを備えた搬送チェンバと、該搬送チェンバ内
の該基体の輻射熱を測定する赤外線輻射温度計と、該基
体に対向して設けられ、赤外線輻射温度計の測定波長に
対して鏡面である部材で輻射熱を反射する反射体とを有
することを特徴とした真空処理装置を用いること、及
び、基体を真空処理装置にロードし、該基体を搬送チェ
ンバへ移動し、次いで該基体を真空処理チェンバへ移動
し当該真空処理チェンバ内で該基体に所定の真空処理を
施し、その後該基体を搬送チェンバ内で温度計測するこ
とを特徴とし、該真空処理は、該基体を加熱或いは冷却
する工程、該基体をクリーニングする工程、該基体に薄
膜を形成する工程であって、当該真空処理のうち単一或
いは複数の工程を組み合わせて用いることを特徴とする
成膜方法を採ることができる。
Further, as means for solving practical problems in the multi-chamber type film forming apparatus, a vacuum processing chamber having means for heating or cooling the substrate to a predetermined set temperature, and a vacuum film forming process for the substrate. A vacuum film forming chamber having a means for performing the above, a vacuum chamber or a transfer chamber having a transfer robot for transferring the substrate to the vacuum film forming chamber, and radiant heat of the substrate in the transfer chamber. A vacuum processing apparatus characterized by having an infrared radiation thermometer for measuring the temperature and a reflector that is provided so as to face the substrate and that reflects radiant heat with a member that is a mirror surface with respect to the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. And loading the substrate into the vacuum processing apparatus, moving the substrate to the transfer chamber, and then moving the substrate to the vacuum processing chamber and the vacuum processing chamber. Characterized in that the substrate is subjected to a predetermined vacuum treatment in a chamber, and then the temperature of the substrate is measured in a transfer chamber, the vacuum treatment includes a step of heating or cooling the substrate, a step of cleaning the substrate, In the step of forming a thin film on the substrate, a film forming method characterized by using a single step or a combination of a plurality of steps in the vacuum treatment can be adopted.

【0044】[0044]

【作用】真空処理チェンバにて基体に所定の処理を行う
前に、温度校正チェンバ内においては、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と熱電対
によって基体の温度を測定し、その測定結果に基づいて
赤外線輻射温度計の補正値、つまり輻射率を演算する。
この演算結果に基づいてその後の真空処理チェンバ内の
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
空処理チェ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。
In the temperature calibration chamber, the substrate is heated or cooled to a known temperature and the temperature of the substrate is measured by the first infrared radiation thermometer and the thermocouple before the substrate is subjected to the predetermined treatment in the vacuum processing chamber. The infrared radiation thermometer correction value, that is, the emissivity is calculated based on the measurement result.
Based on this calculation result, the temperature of the substrate in the vacuum processing chamber thereafter 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 under the condition that the temperature is accurately controlled.

【0045】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、基体の正確な温度
測定をする上で極めて重要な役割を果たす。
In the present invention, disposing 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.

【0046】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
いるのと極めて近い赤外線輻射率を得ることができるた
め、成膜前後での見掛けの赤外線輻射率の違いを補正す
ることができ、正確な温度測定に基づく基体の正しい温
度制御を可能とすることにあり、第2の役割は、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。
The first role is very similar to the case where a metal film is formed by this shutter in the case of an apparatus for forming a metal film by sputtering or CVD, regardless of the presence or absence of the metal film. Since it is possible to obtain the infrared emissivity, it is possible to correct the apparent difference in the infrared emissivity before and after film formation, and to enable correct temperature control of the substrate based on accurate temperature measurement. The role of is to block stray light penetrating the substrate and entering the infrared radiation thermometer to prevent measurement errors due to stray light.

【0047】このシャッタ機構は、特に成膜前の基体の
温度計側には必ず必要となる。
This shutter mechanism is indispensable especially on the thermometer side of the substrate before film formation.

【0048】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。
Note that other actions that cannot be explained here will be specifically explained in the section of the embodiment.

【0049】[0049]

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0050】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、成膜対象であるウェハをシ
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。
Example 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, a silicon wafer is used as a film formation target, and an example in which an Al thin film is formed thereon by sputtering will be described as a typical example.

【0051】本発明の真空処理装置1は、ウェハ温度校
正ステージ5をもつウェハ温度校正チェンバ2と、ウェ
ハの加熱及び冷却を行うウェハ温度調整ステージ6をも
つウェハ温度調整チェンバ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
タ成膜チェンバ4との三つのチェンバから構成されてい
る。そしてこれらのチェンバはそれぞれゲートバルブG
V1及びGV2により接続され独立している。また、各
チェンバ2、3、4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、ウェハ温度校正チェンバ2
においては空気や窒素ガスを導入して置換雰囲気にて大
気圧にまで設定でき、スパッタ成膜チェンバ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、ウェハ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、
この開口窓19を通して光学的に結合されて第1、第2
及び第3の赤外線輻射温度計11、14及び15が接続
されており、上記各ステージ5、6、7上のウェハ10
上に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20、21、
22が近接して配設されている。
The vacuum processing apparatus 1 of the present invention comprises a wafer temperature calibration chamber 2 having a wafer temperature calibration stage 5, a wafer temperature adjustment chamber 3 having a wafer temperature adjustment stage 6 for heating and cooling the wafer, and a sputter deposition. It is composed of three chambers, a stage 7, an Al target 8 and a sputter deposition chamber 4 having a sputter electrode 9. Each of these chambers has a gate valve G
It is connected by V1 and GV2 and is independent. An exhaust system is connected to each of the chambers 2, 3 and 4, and a predetermined vacuum state can be maintained on the one hand, and a predetermined gas can be introduced from the gas introduction port on the other hand, so that the wafer temperature calibration chamber 2
Is configured so that the atmosphere can be set to the atmospheric pressure in the replacement atmosphere by introducing air or nitrogen gas, and the sputtering film forming chamber 4 is configured to introduce the sputtering gas and set the environment in which plasma is generated by a predetermined discharge. There is. Furthermore, each stage is provided with heating and cooling means as will be described later, and an opening window 19 made of a through hole for observing radiant infrared rays from the wafer 10 is provided.
Optically coupled through the opening window 19 to the first and second
And the third infrared radiation thermometers 11, 14 and 15 are connected, and the wafer 10 on each of the stages 5, 6 and 7 is connected.
The shutters 20 and 21, whose main surface is composed of a member that is sufficiently a mirror surface for the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer,
22 are arranged close to each other.

【0052】ウェハ温度校正ステージ5には、ウェハ温
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。そしてウェハ温度制御器13の
演算処理部に熱電対12の出力と第1の赤外線輻射温度
計11で測定したウェハ10の赤外線輻射率を入力し、
この赤外線輻射率に基づき該ウェハ10についての測定
対象温度範囲での該ウェハの持つ赤外線輻射率をウェハ
の温度の関数として演算によって推定する手段と、第2
の温度計によって該ウェハの真空処理中の温度を観察
し、該ウェハについて上記温度の関数として定めた赤外
線輻射率に基づいて、第2の温度計の電気出力を温度に
換算する手段により、それぞれのステージ上のウェハ1
0の正しい温度を計測する。また、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
を各々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ウェハ温度
制御器13を備えている。
The wafer temperature calibration stage 5 is provided with a thermocouple 12 for accurately measuring the temperature of the wafer temperature calibration stage 5. Then, the output of the thermocouple 12 and the infrared emissivity of the wafer 10 measured by the first infrared radiation thermometer 11 are input to the arithmetic processing section of the wafer temperature controller 13.
A means for estimating the infrared emissivity of the wafer in the temperature range to be measured for the wafer 10 as a function of the temperature of the wafer based on the infrared emissivity;
Observing the temperature of the wafer during vacuum processing by means of a thermometer, and by means of converting the electric output of the second thermometer into temperature based on the infrared emissivity determined as a function of the temperature for the wafer, respectively. Wafer 1 on the stage
Measure the correct temperature of 0. Further, finally, based on these measurement data, a command to set a predetermined stage temperature is fed back to the heating and cooling means of each stage to set and control the temperature of the stage to a predetermined value. A wafer temperature controller 13 for managing the wafer temperature is provided.

【0053】次に各チェンバの機能について説明する
と、ウェハ温度校正チェンバ2は、通常、校正ステージ
5上に置載されたウェハ10を該校正ステージと同一の
温度の環境温度に保持し、ウェハ10の赤外線輻射率を
温度の関数として推定し、該ウェハ10固有の温度計出
力と温度の関係を求める機能を持つ。
Explaining the function of each chamber, the wafer temperature calibration chamber 2 normally holds the wafer 10 placed on the calibration stage 5 at the same environmental temperature as that of the calibration stage. Has a function of estimating the infrared emissivity of as a function of temperature and obtaining the relationship between the thermometer output specific to the wafer 10 and the temperature.

【0054】ウェハ温度調整チェンバ3は、次のスパッ
タ成膜チェンバ4にウェハを搬送する前の温度調整機能
をもち、スパッタ成膜チェンバ4は、ウェハにスパッタ
により成膜を行う機能を持つ。
The wafer temperature adjusting chamber 3 has a temperature adjusting function before the wafer is transferred to the next sputter film forming chamber 4, and the sputter film forming chamber 4 has a function of forming a film on the wafer by sputtering.

【0055】以下に各ステージの温度を制御してウェハ
10を所定温度に保持してAlターゲット8からウエハ
10上にAl薄膜をスパツタ成膜する具体例について説
明する。
A specific example in which the temperature of each stage is controlled to hold the wafer 10 at a predetermined temperature and an Al thin film is sputtered on the wafer 10 from the Al target 8 will be described.

【0056】まず、真空雰囲気におかれたウェハ温度校
正チェンバ2内において、ウェハ10は校正ステージ5
上に静電チャック機構により接触され、当該校正ステー
ジ5とウェハ10との間の空間に5パスカルのArガス
を図示しないガス導入機構により導入し、環境温度20
℃に制御され、ウエハ10の裏面を、第1の赤外線輻射
温度計11と熱電対12で観察及び測定し、ウェハ温度
制御器13の演算処理部でウェハ10の赤外線輻射率を
温度の関数として求め、ウェハ10固有の温度計出力ウ
ェハ温度の関係を演算し、温度計出力−温度換算表の作
成を行なう。なお、上記輻射率、温度計出力−温度換算
表の作成についての詳細は後述する。
First, in the wafer temperature calibration chamber 2 placed in a vacuum atmosphere, the wafer 10 is calibrated by the calibration stage 5.
The upper surface is brought into contact with the electrostatic chuck mechanism, and Ar gas of 5 Pascal is introduced into the space between the calibration stage 5 and the wafer 10 by a gas introduction mechanism (not shown) to set the ambient temperature to 20
The backside of the wafer 10 is controlled and controlled by the first infrared radiation thermometer 11 and the thermocouple 12, and the infrared emissivity of the wafer 10 is calculated as a function of temperature by the arithmetic processing unit of the wafer temperature controller 13. The relationship between the thermometer output wafer temperature unique to the wafer 10 is calculated, and a thermometer output-temperature conversion table is created. The details of the creation of the emissivity / thermometer output-temperature conversion table will be described later.

【0057】各ステージ上でのウェハ10の温度は、こ
の第1の赤外線輻射温度計11から得られた温度計出力
−温度換算表から求めることができるので、以後の真空
中でのウェハ温度調整チェンバ3とスパッタ成膜チェン
バ4上でのウェハ10の処理温度は、このウェハ10固
有の温度計電気出力−温度換算表を使用し、第2、第3
の赤外線輻射温度計14、15からの電気出力を温度に
換算して読み取る。
Since the temperature of the wafer 10 on each stage can be obtained from the thermometer output-temperature conversion table obtained from the first infrared radiation thermometer 11, the wafer temperature adjustment in the subsequent vacuum is performed. The processing temperature of the wafer 10 on the chamber 3 and the sputter deposition chamber 4 is determined by using the thermometer electric output-temperature conversion table specific to this wafer 10, and
The electric output from the infrared radiation thermometers 14 and 15 is converted into temperature and read.

【0058】また、ウェハ温度制御器13では、校正ス
テージ5で測定したウェハ10がどのステージに搬送さ
れ置載されているかも判定し、該ウェハの温度換算表を
用いて該ステージに置載されたウェハ10の温度を測定
する。
The wafer temperature controller 13 also determines to which stage the wafer 10 measured by the calibration stage 5 is transferred and placed, and the wafer temperature controller 13 places the wafer 10 on the stage by using the temperature conversion table. The temperature of the wafer 10 is measured.

【0059】第1の赤外線輻射温度計11による輻射率
の校正が終了した後、ウェハ10は、ゲートバルブGV
1を開いて校正チェンバ2からウェハ温度調整チェンバ
3に搬送され、第2の赤外線輻射温度計14により温度
測定される。その測定結果からウェハ温度制御器13に
よりステージ6の温度調整を行い、ウェハ10の温度を
任意の所定の温度に調整する。この例では、100℃に
セットした。その後ウェハ10は、ゲートバルブGV2
を開いて真空状態のスパッタ成膜チェンバ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
所定の温度に調整し、ウェハ10の温度を任意の所定の
温度に制御してスパッタ成膜を行なう。この例では、2
50℃にセットしてAlのスパッタ成膜を行なった。そ
して図示しないウェハ10以外の別のウェハに対して
も、順次以上述べたウェハ10の場合と同様な手順で該
ウェハ10以外の別のウェハ固有の温度計電気出力−温
度換算表をそれぞれ作成・使用し、当該ウェハの温度計
測ならびに制御を行う。
After the emissivity calibration by the first infrared radiation thermometer 11 is completed, the wafer 10 is provided with the gate valve GV.
1 is opened and the wafer is transferred from the calibration chamber 2 to the wafer temperature adjustment chamber 3 and the temperature is measured by the second infrared radiation thermometer 14. From the measurement result, the temperature of the stage 6 is adjusted by the wafer temperature controller 13, and the temperature of the wafer 10 is adjusted to an arbitrary predetermined temperature. In this example, it was set to 100 ° C. After that, the wafer 10 has the gate valve GV2.
Is opened and conveyed to the stage 7 of the sputtering film forming chamber 4 in a vacuum state, the temperature is measured by the third infrared radiation thermometer 15, and the temperature of the stage 7 is adjusted to an arbitrary predetermined temperature based on the result. , The temperature of the wafer 10 is controlled to an arbitrary predetermined temperature to perform sputter film formation. In this example, 2
The film was set at 50 ° C. and the Al film was formed by sputtering. Then, for other wafers other than the wafer 10 (not shown), a thermometer electric output-temperature conversion table specific to another wafer other than the wafer 10 is sequentially created in the same procedure as that of the wafer 10 described above. It is used to measure and control the temperature of the wafer.

【0060】また、本質的にウェハ個々に対しては校正
が必要であるが、材料に対して、不透明な領域の波長を
検出する赤外線輻射温度計を用いる場合にはウェハ表面
側への金属膜の形成の有無によらず輻射率が変化しない
ので前記シャッタを用いずとも輻射率の測定及び補正が
可能となる。従って、真空処理装置内での各チェンバー
での全ての温度測定に対して同様にシャッターを用いず
測定する。
Although it is essentially necessary to calibrate each wafer, when an infrared radiation thermometer for detecting the wavelength of an opaque region is used for a material, a metal film on the wafer surface side is used. Since the emissivity does not change regardless of whether or not the emissivity is formed, the emissivity can be measured and corrected without using the shutter. Therefore, for all temperature measurements in each chamber in the vacuum processing apparatus, the measurement is similarly performed without using the shutter.

【0061】なお、各チェ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
を用いた搬送機構等が用いられる。
As a simple means for carrying between the chambers, for example, a carrying mechanism using a heat resistant belt made of silicone rubber or the like is used.

【0062】次に、図2によりウェハを載置するステー
ジの構造の概略、加熱、冷却方法及びウェハの輻射率の
測定方法について、ウェハ温度調整ステージ6の例を用
いて説明する。
Next, referring to FIG. 2, an outline of the structure of the stage on which the wafer is mounted, a heating and cooling method, and a method for measuring the emissivity of the wafer will be described using an example of the wafer temperature adjusting stage 6.

【0063】(1)ウェハ温度調整ステージの構造と加
熱、冷却方法:ウェハ温度調整ステージ6にはヒータ1
8を内蔵し、真空中ではステージ6とウェハ10との間
の空間に伝熱ガスが流れる構造になっている。ウェハ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とウェハからの赤外光を赤外線輻射温度計にまで
導くと共に迷光を遮断するための円筒16が接続されて
おり、円筒16の両端には赤外線を透過する材質の窓板
27、28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冷却する構造とな
っている。迷光の影響をさらに低減する場合には、円筒
16の内壁を鏡面処理することで可能となる。また、シ
ャッタ21が配設されている。なお、上記シャッタは、
(1)赤外線反射率を有する鏡面状態のもの、(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、例えばウェハ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、チェンバの一領域に固定
シャッタを設け、測定時にウェハ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。また、ウェハとステージを接触させる手段は、静電
チャック方式でもよい。また、ウェハを冷却する場合は
ヒータ18の替りに当該ステージ中に冷却機構を設けれ
ば良い。本法ではウェハ表面側に物理的接触がないの
で、ウェハ表面側への汚染がなく、また異物の発生も低
く抑えることが可能となった。
(1) Structure of wafer temperature adjusting stage and heating / cooling method: The heater 1 is provided on the wafer temperature adjusting stage 6.
8 is built in, and the heat transfer gas flows into the space between the stage 6 and the wafer 10 in vacuum. Wafer 1
An opening window 19 for measuring the temperature of 0 by the infrared radiation thermometer 14 and a cylinder 16 for guiding the infrared light from the wafer to the infrared radiation thermometer and blocking stray light are connected. Window plates 27 and 28 made of a material that transmits infrared rays are attached to both ends. Further, the structure is such that the cylinder 16 itself is heated and cooled so as not to be a generation source of stray light. In order to further reduce the influence of stray light, mirror surface treatment of the inner wall of the cylinder 16 is possible. A shutter 21 is also provided. The shutter is
Any structure may be used as long as it has (1) a mirror surface state having infrared reflectance, and (2) a function of blocking stray light, for example, a structure in which it can be opened / closed in synchronization with a wafer temperature measurement timing, or Various configurations can be adopted, such as providing a fixed shutter in one region of the chamber and providing a mechanism for moving the wafer to the lower portion of the shutter during measurement. The means for bringing the wafer into contact with the stage may be of the electrostatic chuck type. Further, when the wafer is cooled, a cooling mechanism may be provided in the stage instead of the heater 18. In this method, since there is no physical contact on the wafer surface side, there is no contamination on the wafer surface side, and the generation of foreign matter can be suppressed to a low level.

【0064】(2)輻射率の測定:次に赤外線輻射温度
計によるウェハの温度計測方法について説明する。本実
施例では、赤外線輻射温度計11、14、15を各ステ
ージの下部に設置し、ウェハの裏側の温度を測定するよ
うになっており、各チェンバ内からの迷光が赤外線輻射
温度計に入射しないように迷光遮断用円筒16をステー
ジと赤外線輻射温度計の間に設けてあり、測定する際に
はウェハの赤外線輻射温度計によって観察される側とは
反対側にウェハ10に近接して赤外光を反射する部材か
らなるシャッタ20、21、22がそれぞれ設置される
ように配設されている。
(2) Measurement of emissivity: Next, a method of measuring the temperature of the wafer by the infrared radiation thermometer will be described. In this embodiment, infrared radiation thermometers 11, 14 and 15 are installed at the bottom of each stage to measure the temperature on the back side of the wafer, and stray light from inside each chamber is incident on the infrared radiation thermometer. To prevent this, a stray light blocking cylinder 16 is provided between the stage and the infrared radiation thermometer, and when measuring, a red light is placed close to the wafer 10 on the side opposite to the side of the wafer observed by the infrared radiation thermometer. Shutters 20, 21 and 22 each made of a member that reflects external light are arranged so as to be installed.

【0065】次に、ウェハは校正ステージ上でその後の
各ステージでの処理に悪影響を与えないために、加熱せ
ず環境温度(室温)に制御し、輻射率を測定することが
有効である。そのためにはS/Nの高い輻射率の測定が
不可欠となる。以下に校正ステージにおいて環境温度
(室温)での正確なS/N比の高い輻射率の測定を可能
にする校正ステージの構成について図3を用いて説明す
る。
Next, it is effective to control the emissivity of the wafer on the calibration stage without controlling it to the ambient temperature (room temperature) so as not to adversely affect the processing in each subsequent stage. For that purpose, it is essential to measure the emissivity with a high S / N. The configuration of the calibration stage that enables accurate emissivity measurement with a high S / N ratio at the ambient temperature (room temperature) in the calibration stage will be described below with reference to FIG.

【0066】ウェハ10は校正ステージ5上に静電チャ
ックにより環境温度の20℃に保持され、置載されてお
り、迷光遮断用円筒16内面は鏡面とし、測定に影響の
ある赤外線輻射光(迷光)の発生及び乱入をなくしてい
る。また、測定する際にはウェハの赤外線輻射温度計に
よって観察される側とは反対側にウェハ10に近接して
赤外光を反射する部材からなるシャッタ20が設置され
るが、これも同様に測定に影響のある赤外線輻射光(迷
光)の発生をなくすようにしている。また、赤外線輻射
温度計11自身からの赤外線の輻射に対しては、温度計
を冷却し低温に制御し、好ましくは0℃以下に制御す
る。同様に上記迷光遮断用円筒16、シャッタ20も低
温に制御し、赤外線輻射による迷光をウェハ10が環境
温度(室温:通常20℃前後)の場合にウェハからの赤
外線輻射に比較して充分無視出来る程少なくなるように
する。
The wafer 10 is mounted on the calibration stage 5 by being held at an ambient temperature of 20 ° C. by an electrostatic chuck, and the inner surface of the stray light blocking cylinder 16 is a mirror surface. ) Has been eliminated. Further, at the time of measurement, a shutter 20 made of a member that reflects infrared light is installed close to the wafer 10 on the side opposite to the side observed by the infrared radiation thermometer. The generation of infrared radiant light (stray light) that affects the measurement is eliminated. Further, with respect to infrared radiation from the infrared radiation thermometer 11 itself, the thermometer is cooled and controlled to a low temperature, preferably 0 ° C. or lower. Similarly, the stray light blocking cylinder 16 and the shutter 20 are also controlled to a low temperature, and the stray light due to infrared radiation can be sufficiently ignored as compared with the infrared radiation from the wafer when the wafer 10 is at an ambient temperature (room temperature: usually around 20 ° C.). Try to keep it low.

【0067】さらに、高精度の温度計測ならびに制御を
要する場合、例えばタングステン−CVDの場合に高精
度に成膜速度を制御するために赤外線輻射率の測定温度
をCVD温度と等しくすることで高精度の温度計補正を
実現し、ひいては温度制御を可能とした。200℃以上
の温度にて、成膜膜厚ばらつき±1%を得た。
Further, when highly accurate temperature measurement and control are required, for example, in the case of tungsten-CVD, the infrared emissivity measurement temperature is made equal to the CVD temperature in order to control the film formation rate with high accuracy. It realized the thermometer correction of, and in turn, enabled the temperature control. At a temperature of 200 ° C. or higher, a film thickness variation of ± 1% was obtained.

【0068】実施例2.図4のスパッタ装置1を用い
て、ウェハ10上にアルミ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 2. Another embodiment of forming an aluminum film on the wafer 10 by sputtering using the sputtering apparatus 1 of FIG. 4 will be described.

【0069】ウェハ10は、温度校正チェンバ2で熱電
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の輻射率の測定を行い、ウェハ10固有の
輻射率補正、温度計出力電圧と温度との換算値を求め、
この温度計出力電圧と温度との換算値を用いてウェハ温
度調整チェンバ3、スパッタ成膜チェンバ4での温度計
測を行う。次いでウェハ10はロードロック室23に搬
送され、真空排気した後、ウェハ温度調整チェンバ3に
搬送される。ウェハ温度調整チェンバ3に搬送されたウ
ェハ10はランプヒータ25により加熱され、その際赤
外線輻射温度計14で測温され、400℃に制御され
る。次にスパッタ成膜チェンバ4に搬送される。このス
パッタ成膜チェンバ4内でウェハ10は、図5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。
The temperature of the wafer 10 is measured by the thermocouple 12 in the temperature calibration chamber 2 and the emissivity of the infrared radiation thermometer 11 is measured on the basis of this temperature. The emissivity correction unique to the wafer 10 and the output voltage of the thermometer are measured. Calculate the converted value between
Using the converted value of the thermometer output voltage and the temperature, the temperature is measured in the wafer temperature adjusting chamber 3 and the sputtering film forming chamber 4. Next, the wafer 10 is transferred to the load lock chamber 23, evacuated, and then transferred to the wafer temperature adjusting chamber 3. The wafer 10 transferred to the wafer temperature adjusting chamber 3 is heated by the lamp heater 25, at which time the temperature is measured by the infrared radiation thermometer 14 and controlled at 400 ° C. Next, the film is conveyed to the sputter film forming chamber 4. The wafer 10 is sputtered in the sputter deposition chamber 4 according to the temperature profile shown in FIG. The target 8 had a composition of 1% Si-3% Cu-Al.

【0070】また、ウェハ温度制御器13では、校正ス
テージ5で測定したウェハ10がどのステージに搬送さ
れ載置されているかも判定し、該ウェハの温度換算表を
用いて該ステージに載置されたウェハ10の温度を測定
する。そして、各々のステージでの測温結果からウェハ
温度制御器13によりステージ6の温度調整を行い、ウ
ェハ10の温度を任意の所定の温度に調整する。
The wafer temperature controller 13 also determines to which stage the wafer 10 measured by the calibration stage 5 is transferred and placed, and the wafer temperature controller 13 places the wafer 10 on the stage using the temperature conversion table. The temperature of the wafer 10 is measured. Then, the temperature of the stage 6 is adjusted by the wafer temperature controller 13 based on the temperature measurement result of each stage, and the temperature of the wafer 10 is adjusted to an arbitrary predetermined temperature.

【0071】先ず始めに、ウェハ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、ウェハはウェ
ハ温度調整チェンバ3に搬送される。ウェハ温度調整チ
ェンバ3では、ウェハ10の温度をランプヒータにより
300℃に加熱制御し、第1のスパッタ成膜で得たAl
膜の結晶粒を成長させ配向性等を向上させる。次ぎに、
ウェハは再びスパッタ成膜チェンバ4に搬送され、ウェ
ハ温度を400℃程度に設定した後、第2のスパッタ成
膜を再開させ、膜厚1μm程度まで成膜を行う。これに
より結晶粒が大きく、配向性のよいAlスパッタ膜が得
られる。スパッタ終了後ウェハは直ちにアンロード室2
4に搬送され、50℃程度まで急冷される。これによ
り、Alスパッタ膜中のSi及びCuの析出を抑制するこ
とができた。
First, the temperature of the wafer 10 is set to 230 ° C.
Control is performed to perform the first sputter film formation up to a film thickness of about 100 Å, the sputter is stopped there, and the wafer is transferred to the wafer temperature adjustment chamber 3. In the wafer temperature adjusting chamber 3, the temperature of the wafer 10 is controlled to be 300 ° C. by a lamp heater, and the Al obtained by the first sputtering film formation is used.
The crystal grains of the film are grown to improve the orientation and the like. Next,
The wafer is again transported to the sputter film forming chamber 4, and after setting the wafer temperature to about 400 ° C., the second sputter film forming is restarted to form a film having a film thickness of about 1 μm. As a result, an Al sputtered film having large crystal grains and good orientation can be obtained. Immediately after sputtering, the wafer is unloaded in chamber 2.
It is transported to 4 and rapidly cooled to about 50 ° C. As a result, the precipitation of Si and Cu in the Al sputtered film could be suppressed.

【0072】上記実施例では、ウェハ表面に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
を介してウェハ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、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 in which an Al thin film is formed on the surface of the wafer by sputtering is shown. However, since the temperature of the wafer can be controlled with high accuracy through the stage, crystallinity with good reproducibility can be obtained within the wafer. Therefore, it was possible to achieve a film having excellent quality. For example, when heating a thin film of several hundred liters 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 capable of knowing an accurate temperature.

【0073】なお、本発明の真空処理装置は、上記のス
パッツタ装置のほかCVD(Chemical Vapor Depo
sition)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。
The vacuum processing apparatus of the present invention is not limited to the above spatula apparatus, but can be used in a chemical vapor deposition (CVD) system.
It is needless to say that it can be applied to a film forming apparatus or the like according to the sition).

【0074】例えば、シリコンウェハを基体として、こ
のウェハ上に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。
This is effective, for example, when a silicon wafer is used as a substrate and a tungsten film is formed on this wafer by a known method by CVD.

【0075】この種の成膜装置においては、いずれもウ
ェハ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 all of the film forming apparatuses of this type, the accuracy of the temperature control of the wafer influences the quality of the film formed, and therefore the film forming apparatus of the present invention can sufficiently meet such requirements.

【0076】なお、上記実施例のように真空処理チェン
バを成膜処理チェンバとすれば成膜装置が実現される
が、この真空処理チェンバを成膜チェンバ以外にも例え
ばプラズマエッチング等のドライエッチング処理のチェ
ンバとすることも可能であり、エッチングするウェハの
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。
Although the film forming apparatus can be realized by using the vacuum processing chamber as the film forming processing chamber as in the above embodiment, the vacuum processing chamber can be used in addition to the film forming chamber, for example, dry etching processing such as plasma etching. The chamber can also be used as the chamber, and the temperature control of the wafer to be etched can be easily realized as in the above embodiment.

【0077】実施例3.上記実施例2の真空処理装置を
スパッタ成膜に使用した時のスパッタ成膜時及びランプ
加熱時のウェハ温度の測定例について以下に説明する。
Example 3. An example of measuring the wafer temperature during the sputtering film formation and the lamp heating when the vacuum processing apparatus of the second embodiment is used for the sputtering film formation will be described below.

【0078】図6はスパッタ成膜時のウェハの温度の経
時変化を示すものである。スパッタ電力を変えることに
より成膜温度に違いが現われることが分かる。
FIG. 6 shows changes with time in the temperature of the wafer during the sputtering film formation. It can be seen that a difference appears in the film formation temperature by changing the sputtering power.

【0079】図7はウェハ温度調整チェンバ3内でラン
プ加熱によりウェハ10の温度を加熱制御した時の測定
例である。ランプ加熱時のステージの構成は図8に示す
ようにウエハの上方に加熱用ランプ25が設置され、ウ
ェハとランプの間に温度測定時のみシャッタ21がウェ
ハ上部に近接されるように配設され、温度計14はステ
ージ下方に設置される。また、シャッタ21はウェハの
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、チェンバの一領域に固定シャッタを設け、
測定時にウェハ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。図7中の破線は
ランプ加熱時のシャッタ21をウェハ10上に設置して
いない時のランプからの赤外光が迷光として赤外線輻射
温度計に入射している値であり、実際のウェハ温度では
ない。そこでシャッタ21をウェハ10上に挿入すると
図中の実線のように迷光が除去されそのため測定値が小
さくなる。この値が実際のウェハ温度となる。このよう
に、ランプ加熱の場合にはシャッタ21がランプからの
迷光を除去する効果もある。ランプ加熱時はこのシャッ
タ21はウェハ上から離れた場所に設置され、ランプ加
熱に支障を与えることはない。図9、10はランプ加熱
時のウェハの温度制御方法を示すものであり、加熱開始
前のウェハ温度T0と、加熱を開始してから既知の時間
t1経過後の温度T1を赤外線輻射温度計により測定
し、そこまでの昇温速度を求め、その後も昇温速度を一
定と仮定し、所望の加熱温度(設定温度;TS)まで加
熱するための残りの加熱時間t2を決定する。そして加
熱終了後に温度T2を測定する。この結果、図10に示
すように300℃,400℃設定に対し、±2.5℃の
精度で制御できる。
FIG. 7 shows an example of measurement when the temperature of the wafer 10 is heated and controlled by heating the lamp in the wafer temperature adjusting chamber 3. As shown in FIG. 8, a stage for heating the lamp is provided with a heating lamp 25 above the wafer, and a shutter 21 is arranged between the wafer and the lamp so as to be close to the upper portion of the wafer only when measuring the temperature. The thermometer 14 is installed below the stage. Further, the shutter 21 is configured to be opened and closed in synchronization with the wafer temperature measurement timing, or a fixed shutter is provided in one region of the chamber,
Various configurations such as a mechanism for moving the wafer to the lower portion of the shutter at the time of measurement can be adopted. The broken line in FIG. 7 is the value at which the infrared light from the lamp is incident on the infrared radiation thermometer as stray light when the shutter 21 is not installed on the wafer 10 when the lamp is heated, and at the actual wafer temperature. Absent. Therefore, when the shutter 21 is inserted onto the wafer 10, stray light is removed as indicated by the solid line in the figure, and the measured value becomes smaller. This value becomes the actual wafer temperature. Thus, in the case of heating the lamp, the shutter 21 also has an effect of removing stray light from the lamp. When the lamp is heated, the shutter 21 is installed at a position apart from the wafer, and does not hinder the lamp heating. 9 and 10 show a method for controlling the temperature of a wafer during heating of a lamp. The wafer temperature T 0 before the heating is started and the temperature T 1 after a lapse of a known time t1 after the heating is started are infrared radiation temperatures. measured by meter determines the rate of temperature increase up there, thereafter assuming a constant heating rate, the desired heating temperature (set temperature; T S) to determine the remaining heating time t2 to heat up. After the heating is completed, the temperature T 2 is measured. As a result, as shown in FIG. 10, it can be controlled with an accuracy of ± 2.5 ° C. for the settings of 300 ° C. and 400 ° C.

【0080】実施例4.校正ステージによる輻射率測定
時における輻射率の補正方法及び温度計出力−温度換算
表の作成方法、及びウェハの温度測定方法について図1
1〜図14、表1〜5により説明する。
Example 4. Regarding the emissivity correction method, thermometer output-temperature conversion table creation method, and wafer temperature measurement method during emissivity measurement by the calibration stage, FIG.
1 to 14 and Tables 1 to 5 will be described.

【0081】図12は従来から用いられている赤外線輻
射温度計の構成図である。赤外線輻射温度計30からの
出力は輻射エネルギに比例したものであり、実態の温度
とは非線形的な関係にある。このために赤外線輻射温度
計30からの出力を線形化するリニアライザ38が必要
である、リニアライザによる線形化処理のためのデータ
は良く知られた黒体輻射の式から数値計算によって求め
ることができる。このような計算の結果を元にして、赤
外線輻射温度計の出力信号電圧と測定温度との関係に纏
めたのが表1である。
FIG. 12 is a block diagram of an infrared radiation thermometer which has been conventionally used. The output from the infrared radiation thermometer 30 is proportional to the radiant energy, and has a non-linear relationship with the actual temperature. For this reason, the linearizer 38 for linearizing the output from the infrared radiation thermometer 30 is necessary. Data for the linearization processing by the linearizer can be obtained by numerical calculation from a well-known black body radiation formula. Table 1 summarizes the relationship between the output signal voltage of the infrared radiation thermometer and the measured temperature based on the results of such calculations.

【0082】[0082]

【表1】 [Table 1]

【0083】リニアライザ38の前には増幅器36があ
り、この増幅器36はゲイン調整機能37を備えてい
る。輻射率はその物体が温度に応じた輻射を行うことの
しやすさを表す尺度である。例えば輻射率1の物体に対
しては増幅器のゲインを1と設定すれば温度測定を行う
ことができる。
An amplifier 36 is provided in front of the linearizer 38, and the amplifier 36 has a gain adjusting function 37. Emissivity is a measure of how easily an object emits radiation according to temperature. For example, for an object having an emissivity of 1, temperature can be measured by setting the gain of the amplifier to 1.

【0084】輻射率が0.5のものであれば、増幅器の
ゲインを2に設定すれば温度の測定を行うことができ
る。即ち輻射率に対してはリニヤライズ(直線化)を行
う前に全体の感度を合わせ込む。
If the emissivity is 0.5, the temperature can be measured by setting the gain of the amplifier to 2. That is, with respect to the emissivity, the overall sensitivity is adjusted before performing the linearization.

【0085】温度とともに赤外輻射率が変化するものに
あっては、図12の増幅器36のゲインを温度に追従さ
せて変化させるようにすることが必要である。更に詳し
く本発明に伴う実施例を述べる。
In the case where the infrared emissivity changes with temperature, it is necessary to change the gain of the amplifier 36 in FIG. 12 so as to follow the temperature. An embodiment according to the present invention will be described in more detail.

【0086】図11は図12に示した温度計の信号処理
をコンピュータを用いた例であり、線形化処理もデジタ
ル演算によって行っている。
FIG. 11 shows an example of using a computer for signal processing of the thermometer shown in FIG. 12, and linearization processing is also performed by digital calculation.

【0087】赤外線輻射温度計30からのアナログ信号
はA/D変換器31でデジタル信号化され、コンピュー
タ32に取り込まれる。演算処理した結果はディスプレ
ー33、フロッピディスク34また記録計用のアナログ
信号はD/A変換器35を介して表示、乃至は記録され
る。
The analog signal from the infrared radiation thermometer 30 is converted into a digital signal by the A / D converter 31 and taken into the computer 32. The result of the arithmetic processing is displayed or recorded through the display 33, the floppy disk 34, and the analog signal for the recorder via the D / A converter 35.

【0088】次に図13のフローチャート及び図14を
用いて温度測定の説明をする。
Next, the temperature measurement will be described with reference to the flowchart of FIG. 13 and FIG.

【0089】始めに、校正ステージにより既知の温度に
てウェハの輻射率を測定し、測定温度を例えばT0で測
定した場合、輻射率=ε0が求まる。次にTmaxでの輻射
率は、Siウェハのような半導体では、500℃以上の
高温になると金属化するため一定となることがわかって
おり、εmax に収束する。このウェハ温度と赤外線輻射
率の関係をコンピュータ32により直線補間の演算によ
って温度の関数ε(T)として求める。この一例を表2
に示す。
First, when the emissivity of the wafer is measured at a known temperature by the calibration stage and the measured temperature is measured at T 0 , emissivity = ε 0 is obtained. Next, it is known that the emissivity at Tmax becomes constant at a high temperature of 500 ° C. or higher in a semiconductor such as a Si wafer because it metallizes and converges to ε max . The relationship between the wafer temperature and the infrared emissivity is obtained as a function of temperature ε (T) by the computer 32 by calculation of linear interpolation. An example of this is shown in Table 2.
Shown in.

【0090】[0090]

【表2】 [Table 2]

【0091】このウェハ固有の輻射率特性を元にウェハ
固有の温度計出力と温度の換算表を該コンピュータ32
により作成する。この換算表は黒体輻射の理論から、輻
射率を0.01刻みで演算し、線形換算テーブルとして
作成したものである。ウェハの輻射率は表2からウェハ
温度1.0℃刻みで線形化データを拾い上げ、表5のよ
うに最終的なウエハ固有の換算表を作る。本ウェハの真
空処理装置内1での測定はこの換算表を逐次参照し、温
度を測定する。
Based on the emissivity characteristic peculiar to the wafer, a conversion table of the thermometer output and the temperature peculiar to the wafer is obtained by the computer 32.
Created by. This conversion table is created as a linear conversion table by calculating the emissivity in 0.01 steps from the theory of black body radiation. For the emissivity of the wafer, the linearized data is picked up from the table 2 at the wafer temperature of 1.0 ° C., and the final conversion table specific to the wafer is made as shown in Table 5. For the measurement of this wafer in the vacuum processing apparatus 1, the temperature is measured by sequentially referring to this conversion table.

【0092】次に、表5に示すウエハ固有の温度計出力
−温度換算表の作成を行なう場合の演算処理について具
体的に表2、3、4、5を用いて説明する。但し、数値
は仮想のものである。
Next, the calculation process when the wafer-specific thermometer output-temperature conversion table shown in Table 5 is created will be specifically described with reference to Tables 2, 3, 4, and 5. However, the numerical values are virtual.

【0093】[0093]

【表3】 [Table 3]

【0094】[0094]

【表4】 [Table 4]

【0095】[0095]

【表5】 [Table 5]

【0096】始めに、輻射率の演算方法について説明す
る。図14はこれから温度を測定するウェハの輻射率の
温度変化について別に測定した結果を示したものであ
る。例えば、該ウェハの輻射率を150℃で測定し、
0.3を得た場合、測定した150℃での輻射率0.3と
高温で一定となる輻射率0.5(500℃)の値との間
で直線的な補間を行い表2に示すような輻射率を得るこ
とができる。次に、この輻射率と黒体の温度計出力と温
度の関係とからウェハの温度計出力と温度の関係を演算
し、表3、4に示す輻射率が例えば0.30、0.31そ
れぞれの時の温度計出力と換算温度との関係を求めるこ
とが出来る。輻射率が0.30、0.31の場合、表1の
黒体のものと比較すると、ウエハは同一の測定温度を与
える赤外線輻射温度計の出力で電圧値が、単純に0.3
0、0.31倍になっている。これは物体の輻射の定義
から当然である。
First, the method of calculating the emissivity will be described. FIG. 14 shows the result of another measurement of the temperature change of the emissivity of the wafer whose temperature is to be measured. For example, measuring the emissivity of the wafer at 150 ° C.,
When 0.3 was obtained, linear interpolation was performed between the measured emissivity of 0.3 at 150 ° C and the value of emissivity of 0.5 (500 ° C), which is constant at high temperature, and shown in Table 2. Such emissivity can be obtained. Next, the relationship between the wafer thermometer output and the temperature is calculated from the relationship between the emissivity and the black body thermometer output and the temperature, and the emissivity shown in Tables 3 and 4 is, for example, 0.30 and 0.31, respectively. The relationship between the thermometer output at the time of and the converted temperature can be obtained. When the emissivity is 0.30 and 0.31, compared with the black body shown in Table 1, the wafer has an output of an infrared radiation thermometer that gives the same measurement temperature and the voltage value is simply 0.3.
It is 0, 0.31 times. This is natural from the definition of object radiation.

【0097】次に、コンピュータ内部での演算処理につ
いて以下に述べる。
Next, the arithmetic processing in the computer will be described below.

【0098】表2から、150℃から151℃の区間で
はウェハの輻射率は0.3を用いればよいことが判り、
150℃を与える温度計の出力電圧は表3から0.51
0Vである。また表2から152℃では輻射率が0.3
10となっていることから、152℃を与える温度計の
出力電圧は表4から0.530Vであることが判る。
It can be seen from Table 2 that the emissivity of the wafer should be 0.3 in the range of 150 ° C to 151 ° C.
The output voltage of the thermometer which gives 150 ° C is 0.51 from Table 3.
It is 0V. Also, from Table 2, the emissivity is 0.3 at 152 ° C.
Since it is 10, it can be seen from Table 4 that the output voltage of the thermometer which gives 152 ° C. is 0.530V.

【0099】以上の操作を測定対象温度範囲内について
行い、例えば一例であるが表5に示すように輻射温度計
の出力電圧と測定温度との関係を新たに表に纏める。
The above operation is performed within the temperature range to be measured, and as an example, as shown in Table 5, the relationship between the output voltage of the radiation thermometer and the measured temperature is newly summarized in the table.

【0100】表5に示すような温度計出力電圧と温度と
の換算を測定対象温度範囲内について行えば、図4に示
すように輻射率が大きく変化する半導体ウェハに対して
も環境温度ないしは環境温度と近い低温の1点でのみ輻
射率測定を行うだけで測定対象温度範囲全てに渡り正確
な測定を行うことができる。
If the thermometer output voltage and the temperature as shown in Table 5 are converted within the temperature range to be measured, the ambient temperature or the environment can be changed even for a semiconductor wafer whose emissivity greatly changes as shown in FIG. Accurate measurement can be performed over the entire temperature range to be measured by only measuring the emissivity at one low temperature close to the temperature.

【0101】実施例5.以下、ウェハとしてSiウェハ
の輻射率を測定する方法を図15によって説明する。
Example 5. Hereinafter, a method of measuring the emissivity of a Si wafer as a wafer will be described with reference to FIG.

【0102】図15はウェハの輻射率を測定する方法を
示す概念図である。ウェハ温度校正ステージ5の上にウ
エハ10が置載されている。ウェハ10の上方には鏡面
反射体40が設置されている。この鏡面反射体40は目
的とする測定波長域で充分に高い反射率を有するもので
なければならない。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing a method for measuring the emissivity of a wafer. A wafer 10 is placed on the wafer temperature calibration stage 5. A specular reflector 40 is installed above the wafer 10. The specular reflector 40 must have a sufficiently high reflectance in the intended measurement wavelength range.

【0103】ウェハ温度校正ステージ5の下方にはビー
ムスプリッタ41が設置されている。参照光発生器42
は本例では適宜フィルタを用いて約10μmの波長を主
成分とした出力光を得られるものであり、参照出力光4
3はビームスプリッタ41を通過し、ウエハ10に入射
する。ウエハ10からの反射光44はビームスプリッタ
41によって曲げられ、光検出器45に入射する。
A beam splitter 41 is installed below the wafer temperature calibration stage 5. Reference light generator 42
In this example, an output light mainly having a wavelength of about 10 μm can be obtained by using an appropriate filter.
The beam 3 passes through the beam splitter 41 and enters the wafer 10. The reflected light 44 from the wafer 10 is bent by the beam splitter 41 and enters the photodetector 45.

【0104】ウエハ10の上方に輻射又は透過した光は
鏡面反射体40によって反射され、その全てが、ウェハ
10に戻される。
The light radiated or transmitted above the wafer 10 is reflected by the specular reflector 40, and all of it is returned to the wafer 10.

【0105】一般に輻射率は入射光強度をIo、透過光
強度It、反射光強度Irを既知とした場合の吸収率αに
等しく、以下の式で表わされる。
In general, the emissivity is equal to the absorptance α when the intensity of incident light is Io, the intensity of transmitted light It, and the intensity of reflected light Ir are known, and is expressed by the following equation.

【0106】α=(Io−It−Ir)/Io 図14に示す例では、鏡面反射体40のために透過光I
t=0となる。従ってウェハ10への入射光強度Ioと反
射光強度Irを知ることで、吸収率、または輻射率を算
出することができる。このように知りえた輻射率を例え
ば、蒸着前のウェハ10等のウェハに適用するには、赤
外線輻射温度計にて例えば裏面から温度を測定するよう
にして、その際にウェハ10表面側に鏡面反射体を設置
する。金属膜を蒸着中または、蒸着後では金属膜自身が
当該鏡面反射体であるからこの鏡面反射体40は不必要
である。
Α = (Io-It-Ir) / Io In the example shown in FIG. 14, the transmitted light I due to the specular reflector 40 is used.
t = 0. Therefore, the absorptance or the emissivity can be calculated by knowing the incident light intensity Io and the reflected light intensity Ir on the wafer 10. To apply the emissivity thus known to, for example, a wafer such as the wafer 10 before vapor deposition, the temperature is measured, for example, from the back surface with an infrared radiation thermometer, and at that time, a mirror surface is formed on the front surface side of the wafer 10. Install a reflector. Since the metal film itself is the specular reflector during or after the vapor deposition of the metal film, the specular reflector 40 is unnecessary.

【0107】実施例6.図16から図19により本発明
の実施例6を説明する。
Example 6. A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0108】図16は本発明の真空処理装置をスパッタ
成膜装置に適用した概略構成図(平面図)である。この
実施例では、成膜対象をシリコン(Si)ウエハ(以下
ウェハとする)とし、この上にAlあるいはAl合金薄
膜(以下Al薄膜乃至はAl膜)をスパッタリングによ
り成膜する例を代表例として説明する。本発明の真空処
理装置50は、ウェハのロード室51、アンロード室5
2と、真空処理を行うための各真空処理室として、真空
ベーク室53と、Al膜形成に先がけて配線の導通不良
の原因となる表面の自然酸化膜等を除去する為のスパッ
タエッチ室54とAl膜を成膜するスパッタ成膜室55
と、各真空処理室へウェハ10を搬送し、各真空処理後
に各真空処理室から当該ウエハ10を搬送し戻す為の搬
送機構(例えば多関節搬送ロボット)を具備する搬送室
57からなる6チェンバ構成である。そして各真空処理
室と搬送室とはそれぞれゲートバルブ58、59、6
0、61、62、により接続され独立している。また、
各室は図示しない排気系が接続され所定の真空状態に保
持できる。そして真空ベーク室53にはウェハを加熱す
るための図示しない赤外線ランプヒータが配設されてお
り、スパッタエッチ室54及びスパッタ成膜室55には
図示しないガス導入口から所定の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。また、スパッタエッチ室54、スパッタ
成膜室55には、加熱手段が設けられている。本実施例
の構成ではそれらの室で処理されている間は温度測定を
していないが、加熱手段が一定の加熱条件で設定してあ
る。搬送室57での温度測定は、ウェハが真空成膜室に
投入される前後のウェハの温度を測定するために行われ
る。更にまた、ロード室51及びアンロード室52は、
ウェハをロード、アンロードするために当該両室を真空
状態から大気圧に戻すための気体(例えば窒素ガス乃至
は空気)の図示しない導入機構及びロード、アンロード
の為の扉63、64をそれぞれに備えている。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram (plan view) in which the vacuum processing apparatus of the present invention is applied to a sputtering film forming apparatus. In this embodiment, a silicon (Si) wafer (hereinafter referred to as a wafer) is used as a film formation target, and an Al or Al alloy thin film (hereinafter referred to as an Al thin film or an Al film) is formed thereon by sputtering as a typical example. explain. The vacuum processing apparatus 50 of the present invention includes a wafer loading chamber 51 and an unloading chamber 5
2, a vacuum bake chamber 53 as each vacuum processing chamber for performing the vacuum processing, and a sputter etching chamber 54 for removing a natural oxide film or the like on the surface which causes a wiring failure before the Al film is formed. And sputter deposition chamber 55 for depositing Al film
And a transfer chamber 57 having a transfer mechanism (for example, an articulated transfer robot) for transferring the wafer 10 to each vacuum processing chamber and transferring the wafer 10 back from each vacuum processing chamber after each vacuum processing. It is a composition. The vacuum processing chamber and the transfer chamber are respectively provided with gate valves 58, 59, 6
0, 61, 62 are connected and independent. Also,
An exhaust system (not shown) is connected to each chamber and can be maintained in a predetermined vacuum state. An infrared lamp heater (not shown) for heating the wafer is disposed in the vacuum bake chamber 53, and a predetermined gas is introduced into the sputter etch chamber 54 and the sputter film forming chamber 55 from a gas inlet (not shown). It is configured so that the environment in which plasma is generated by a predetermined discharge can be set. Further, the sputter etching chamber 54 and the sputter film forming chamber 55 are provided with heating means. In the configuration of this embodiment, the temperature is not measured during the treatment in those chambers, but the heating means is set under constant heating conditions. The temperature measurement in the transfer chamber 57 is performed to measure the temperature of the wafer before and after the wafer is put into the vacuum film forming chamber. Furthermore, the load chamber 51 and the unload chamber 52 are
A gas (for example, nitrogen gas or air) introduction mechanism (not shown) for returning the both chambers from the vacuum state to the atmospheric pressure for loading and unloading the wafer, and doors 63, 64 for loading and unloading, respectively. Be prepared for.

【0109】図17は図16に示した真空処理装置50
のA−A′断面を描いたものである。
FIG. 17 shows the vacuum processing apparatus 50 shown in FIG.
2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.

【0110】本実施例では、搬送室57の赤外線輻射温
度計65を設置した位置を温度計測位置とし、当該温度
計測位置は搬送室57に対し固定されている。図18
は、当該温度計測位置の光学系を更に詳細に示したもの
である。
In this embodiment, the position where the infrared radiation thermometer 65 is installed in the transfer chamber 57 is the temperature measurement position, and the temperature measurement position is fixed to the transfer chamber 57. FIG.
Shows a more detailed description of the optical system at the temperature measurement position.

【0111】図18に示すように温度計測用光路66に
は、ウエハ10の温度を赤外線輻射温度計65で測定す
るための開口窓67と迷光遮断用円筒68が接続されて
おり、当該円筒68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68の内
壁を黒体化処理することで可能となる。赤外線輻射温度
計65は大気中に設置されている。
As shown in FIG. 18, an opening window 67 for measuring the temperature of the wafer 10 with an infrared radiation thermometer 65 and a stray light blocking cylinder 68 are connected to the temperature measuring optical path 66. The structure is water-cooled so that it does not become a source of stray light when it is heated. In order to further reduce the influence of stray light, it is possible to cool the inner wall of the cylinder 68 and then blackbody it. The infrared radiation thermometer 65 is installed in the atmosphere.

【0112】このために光路66は大気と真空との境を
通らなければならない。部位67はこのための観察窓で
あり、当該観察窓67には大気圧と真空とを仕切る窓板
69を設置している。窓板69には赤外線を効率良く透
過させる材料、例えばフッ化バリウム、フッ化カルシウ
ム、ZnSe(ジンクセレン)等を用いている。この窓
板69は大気圧に耐えなければならないので、強度を確
保するために通常5mm程度の厚さのものを用いること
が行われている。更に、周辺からの迷光が赤外線輻射温
度計65の検出の雑音として入り込まないように、当該
温度計測位置のウェハ10の表側10−1にはウェハ1
0に1〜3mm程度に近接させて反射体70が反射面を
ウェハ10に対向させて設置されている。即ち、反射体
70の大きさは、ウェハ表面からの赤外線輻射を反射体
70の鏡面で反射させ観察用光路66の領域に対して十
分に入射出来る程度であり、反射体70とウェハの表側
10−1とは迷光が赤外線輻射温度計65の検出の雑音
として入り込まない程度に、近接されている。
For this reason, the optical path 66 must pass through the boundary between the atmosphere and vacuum. The part 67 is an observation window for this purpose, and the observation window 67 is provided with a window plate 69 that separates atmospheric pressure from vacuum. The window plate 69 is made of a material that efficiently transmits infrared rays, such as barium fluoride, calcium fluoride, ZnSe (zinc selenium), or the like. Since the window plate 69 must withstand atmospheric pressure, a window plate having a thickness of about 5 mm is usually used to secure the strength. Further, in order to prevent stray light from the surroundings from entering as noise of detection by the infrared radiation thermometer 65, the wafer 1 is placed on the front side 10-1 of the wafer 10 at the temperature measurement position.
The reflector 70 is installed close to 0 by about 1 to 3 mm with its reflection surface facing the wafer 10. That is, the size of the reflector 70 is such that the infrared radiation from the wafer surface can be reflected by the mirror surface of the reflector 70 and sufficiently incident on the region of the observation optical path 66. -1 is so close that stray light does not enter as noise of the detection of the infrared radiation thermometer 65.

【0113】なお、当該反射体70は(1)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、材質でも良い。
The reflector 70 has (1) an infrared reflectance in a mirror state. (2) Any structure and material may be used as long as it has a function of blocking stray light.

【0114】図19に本実施例で行うプロセスフローの
1例を示す。
FIG. 19 shows an example of the process flow performed in this embodiment.

【0115】ロード室51から真空中へ導入したウエハ
を真空ベーク室53にて脱ガスベークし、スパッタエッ
チ室54にてウェハ表面の自然酸化膜を除去する等のク
リーニング処理の後に、スパッタ成膜室55にてスパッ
タリング法によりウェハ表面側10−1へのAl膜の成
膜をし、アンロード室52から大気へ取り出す。そし
て、上記各真空処理室へウェハを搬送するために、ウェ
ハは各真空処理室への出入りの際に必ず上記搬送室57
を通過し、その際、即ち各真空処理を行う前後に於て上
記搬送室57内に設けた上記温度計測位置にてウェハの
温度を測定する。
The wafer introduced into the vacuum from the load chamber 51 is degassed and baked in the vacuum bake chamber 53, and the sputter etching chamber 54 is cleaned after the natural oxide film on the wafer surface is removed. At 55, an Al film is formed on the front surface side 10-1 of the wafer by the sputtering method, and is taken out from the unload chamber 52 to the atmosphere. In order to transfer the wafer to each of the vacuum processing chambers, the wafer must be transferred to and from each of the vacuum processing chambers without fail.
And at that time, that is, before and after performing each vacuum processing, the temperature of the wafer is measured at the temperature measuring position provided in the transfer chamber 57.

【0116】大気圧状態のロード室51内に扉63を開
けてウェハを1枚あるいは複数枚導入した(処理81)
後、当該ロード室51を所定の圧力まで真空排気する。
その後ゲートバルブ58を開け、搬送ロボット72が1
枚目のウェハを取り搬送室に持ち込み、上記温度計測位
置に搬送し温度測定(処理82)をする。
The door 63 was opened in the load chamber 51 under atmospheric pressure to introduce one or more wafers (process 81).
After that, the load chamber 51 is evacuated to a predetermined pressure.
After that, the gate valve 58 is opened and the transfer robot 72 is set to 1
The first wafer is taken into the transfer chamber, transferred to the temperature measurement position, and the temperature is measured (process 82).

【0117】ウエハは、半導体製品の品種や、製造工
程、すなわち本スパッタ成膜工程より以前に施された工
程により形成されている薄膜の構造及び種類により、ウ
ェハからの見かけの輻射率がウエハ毎に異なる。従っ
て、本赤外線輻射温度計は対象とするウエハについて1
枚ずつ輻射率を予め校正しておく。因みに輻射率=1の
場合が完全黒体である。Siウェハは比較的低い見掛け
の輻射率(0.2〜0.5)である。Siウエハは赤外波
長の広い範囲において赤外光を透過させるので、ウェハ
に未だ金属膜(Al膜)を形成していない状態では表面
側10−1から透過してきた赤外光は迷光として赤外線
輻射温度計に入射し雑音成分と成る。本発明では、反射
体70をウェハに近接させ、しかも迷光遮断用円筒68
を配設しているために迷光は赤外線輻射温度計には入射
せず迷光雑音の無い安定した温度測定が可能と成る。更
にまた当該反射体70はウェハ表側10−1からの赤外
光を裏面10−2へ反射させるために見掛け上ウェハ裏
面の輻射率を増加させることができるので、高い信号/
雑音比で温度計測することができる。
The apparent emissivity of a wafer varies from wafer to wafer depending on the type of semiconductor product and the structure and type of thin film formed in the manufacturing process, that is, the process performed prior to the main sputtering film forming process. Different to. Therefore, this infrared radiation thermometer is
The emissivity is calibrated in advance for each sheet. By the way, the case of emissivity = 1 is a perfect blackbody. Si wafers have a relatively low apparent emissivity (0.2-0.5). Since the Si wafer transmits infrared light in a wide range of infrared wavelengths, the infrared light transmitted from the surface side 10-1 is infrared as stray light when the metal film (Al film) is not yet formed on the wafer. It enters the radiation thermometer and becomes a noise component. In the present invention, the reflector 70 is placed close to the wafer, and the stray light blocking cylinder 68 is used.
The stray light does not enter the infrared radiation thermometer because of the provision of, and stable temperature measurement without stray light noise becomes possible. Furthermore, since the reflector 70 can reflect the infrared light from the front surface 10-1 of the wafer to the back surface 10-2, the emissivity of the back surface of the wafer can be apparently increased, so that a high signal /
Temperature can be measured by the noise ratio.

【0118】次いで、真空ベーク室53へ当該ウェハを
搬送し、当該真空ベーク室53にて当該ウエハを加熱し
脱ガスベークを行った(処理83)後に再び搬送室57
に搬送し戻し、再び真空ベーク後のウェハの温度を上記
した方法と同様に測定する(処理84)。この際測定し
た温度が次に行うスパッタエッチ処理前のウェハ温度と
なる。そして次にスパッタエッチ室へ搬送しスパッタエ
ッチ処理(処理85)を行った後にやはり搬送室57へ
ウェハを搬送し戻し再びスパッタエッチ後のウエハの温
度を上記した方法と同様に測定する(処理86)。そし
てまたこの温度を引き続き行うAl膜のスパッタ成膜前
のウェハ温度とする。
Next, the wafer is transferred to the vacuum bake chamber 53, the wafer is heated in the vacuum bake chamber 53 to be degassed and baked (process 83), and then the transfer chamber 57 is again used.
Then, the temperature of the wafer after vacuum baking is measured again by the same method as described above (process 84). The temperature measured at this time is the wafer temperature before the next sputter etching process. Then, after the wafer is transported to the sputter etch chamber and subjected to the sputter etch process (process 85), the wafer is also transported back to the transport chamber 57 and the temperature of the wafer after the sputter etch is measured again (process 86). ). Then, this temperature is again set as the wafer temperature before the Al film is formed by sputtering.

【0119】次にウェハをスパッタ成膜室55へ搬送し
Al膜を成膜し(処理87)、その後再び搬送室57に
ウエハを搬送し戻し、上記温度計測位置に於てAl膜成
膜後のウエハ温度を上記した方法と同様に測定する(処
理88)。
Next, the wafer is transferred to the sputter film forming chamber 55 to form an Al film (process 87), and then the wafer is transferred back to the transfer chamber 57 and after the Al film is formed at the temperature measuring position. The wafer temperature is measured by the same method as described above (process 88).

【0120】Siウェハの表面にAl金属を成膜した後
では、ウェハ表側10−1から輻射していた赤外光が成
膜したAl膜によって反射されウェハを透過してウェハ
裏側10−2へ輻射され、元々のウエハ裏面10−2か
らの輻射光に加算されるので、ウェハ裏面10−2から
の見掛けの輻射率が大幅に高くなる。したがって従来の
赤外線輻射温度計による温度測定では成膜処理前に校正
した輻射率は、その後の成膜処理により使用できなくな
る。しかしなかがら本発明では、Al成膜前のウエハで
あっても、前記反射体70がウエハ表側10−1にこれ
から成膜しようとするAl金属膜と等価な反射特性を示
すために、Al金属膜の成膜前後の図19に示すプロセ
スフローの全ての工程において元々校正した当該ウェハ
の輻射率を変更させる必要なく温度計測することが可能
である。
After depositing the Al metal on the surface of the Si wafer, the infrared light radiated from the front side 10-1 of the wafer is reflected by the deposited Al film and transmitted through the wafer to the back side 10-2 of the wafer. Since it is radiated and added to the original radiation from the wafer back surface 10-2, the apparent emissivity from the wafer back surface 10-2 is significantly increased. Therefore, in the conventional temperature measurement using the infrared radiation thermometer, the emissivity calibrated before the film forming process cannot be used due to the subsequent film forming process. However, according to the present invention, even if the Al film is not formed on the wafer, the reflector 70 has a reflection characteristic equivalent to that of the Al metal film to be formed on the front surface 10-1 of the wafer. The temperature can be measured without changing the emissivity of the wafer originally calibrated in all steps of the process flow shown in FIG. 19 before and after film formation.

【0121】上述したようにAl膜は非常に良い反射体
であるので、換言すれば、非常に輻射率が小さいことを
示している(約0.01〜0.15)。すなわち、ウェハ
表側の輻射率はAl膜成膜後には非常に小さくなるの
で、温度計測に十分な赤外光の輻射光を殆ど得ることが
できなくなる。従って、本発明とは逆にウェハ表側10
−1から赤外線輻射温度計により温度計測する場合に
は、Al金属膜の成膜前後で輻射率が更に大きく変化す
る為に、成膜処理前に校正した輻射率はその後の成膜処
理によりやはり使用できなくなる。しかもこの場合に
は、見掛けの輻射率が前記反射体70を用いる用いない
に係らず変化してしまうので、成膜される面側での温度
計測は非常に困難なものとなる。これに対し本発明で
は、前述したようにウェハ裏面からの測定であり、しか
も上記反射体70を用いることでこの問題を解決してい
る。
As described above, the Al film is a very good reflector, and in other words, it shows that the emissivity is very small (about 0.01 to 0.15). That is, since the emissivity on the front side of the wafer becomes extremely small after the Al film is formed, it is almost impossible to obtain infrared radiation sufficient for temperature measurement. Therefore, contrary to the present invention, the wafer front side 10
When measuring the temperature from -1 with an infrared radiation thermometer, the emissivity changes significantly before and after the Al metal film is formed. Cannot be used. Moreover, in this case, the apparent emissivity changes irrespective of whether the reflector 70 is used or not, so that it becomes very difficult to measure the temperature on the side where the film is formed. On the other hand, in the present invention, the measurement is performed from the back surface of the wafer as described above, and the problem is solved by using the reflector 70.

【0122】Al膜成膜後の温度計測の後にウェハをア
ンロード室52に搬送し、その後アンロード室52のみ
にガス、例えば空気や窒素ガス等を導入し当該アンロー
ド室52を大気圧にし、その後に扉64を開けてウェハ
を真空処理装置50から取り出す(処理89)。そして
次のウェハに対しても上に述べた要領により繰返し温度
計測及び真空処理を行う。
After the temperature measurement after forming the Al film, the wafer is transferred to the unload chamber 52, and then a gas such as air or nitrogen gas is introduced only into the unload chamber 52 to bring the unload chamber 52 to the atmospheric pressure. After that, the door 64 is opened and the wafer is taken out from the vacuum processing apparatus 50 (processing 89). Then, the temperature of the next wafer is repeatedly measured and the vacuum processing is performed in the same manner as described above.

【0123】但し、本発明で示したプロセスフローは上
記した1実施例に留まらず、種々形態を変えて行える。
即ち、積層配線膜構造を形成する場合などは、図19に
示したフローに加えて更に成膜処理室を1つ或いは複数
増加することに対しても、本発明は容易に適用可能であ
る。
However, the process flow shown in the present invention is not limited to the one embodiment described above, and various forms can be changed.
That is, in the case of forming a laminated wiring film structure or the like, the present invention can be easily applied to the addition of one or more film formation processing chambers in addition to the flow shown in FIG.

【0124】また、真空処理が図19に示した工程の他
に、加熱処理、スパッタエッチクリーニング処理、スパ
ッタ成膜処理などの後に、所定の温度までウェハを冷却
する為の冷却処理であっても本発明は何ら問題は無く適
用可能である。
In addition to the process shown in FIG. 19, the vacuum process may be a cooling process for cooling the wafer to a predetermined temperature after the heating process, the sputter etch cleaning process, the sputter film forming process, and the like. The present invention can be applied without any problems.

【0125】更に上記実施例では、Alスパッタ成膜を
例に説明を行ったが、こり他にタングステン−CVD処
理や当該タングステン−CVD処理との複数の金属膜の
積層多層構造形成処理等においても本発明の主旨を逸脱
しない範囲で適用することができる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the Al sputter film formation is described as an example, but also in the tungsten-CVD process or the process of forming a multi-layered multilayer structure of a plurality of metal films with the tungsten-CVD process. The present invention can be applied without departing from the spirit of the present invention.

【0126】また、本発明は、ウェハとして上記シリコ
ンウェハの他に赤外波長に対して透明乃至は半透明な特
性を示す材料、例えば酸化シリコンや酸化アルミニウム
等を主成分とする所謂ガラスウェハやCaAs(ガリウ
ムヒ素)ウェハ等に対しても適用可能である。
In addition to the above-mentioned silicon wafer, the present invention also employs a so-called glass wafer containing silicon oxide, aluminum oxide or the like as a main component, a material exhibiting transparent or translucent characteristics with respect to infrared wavelengths. It can also be applied to CaAs (gallium arsenide) wafers and the like.

【0127】また、上記実施例では、搬送室57内での
計測温度をそのまま真空処理前後の温度として扱った
が、搬送ロボットのスピードと、ウェハ自身の輻射率に
よって異なる放熱速度を有しているので、厳密には搬送
室57内での上記温度計測位置における計測温度と各真
空処理開始または終了温度は異なる。この温度の違いが
問題と成るプロセスに対しては、前記搬送室の温度計測
位置においてある時間温度計測を行い、放熱速度を算出
しその値から各真空処理開始または終了温度を外挿する
ことで更に高精度な温度計測が可能である。
Further, in the above embodiment, the temperature measured in the transfer chamber 57 is directly treated as the temperature before and after the vacuum processing, but it has different heat dissipation rate depending on the speed of the transfer robot and the emissivity of the wafer itself. Therefore, strictly speaking, the temperature measured at the temperature measurement position in the transfer chamber 57 and the vacuum processing start or end temperature are different. For this process in which the difference in temperature is a problem, temperature measurement is performed for a certain time at the temperature measurement position of the transfer chamber, the heat dissipation rate is calculated, and the vacuum processing start or end temperature is extrapolated from the value. It is possible to measure the temperature with higher accuracy.

【0128】上記実施例では、Siウェハの表面にAl
薄膜をスパッタリングにより成膜する例を示したが、ウ
ェハの温度計測が高精度に行えることにより、歩留り低
下の原因となるウェハ温度の変動をいち早く察知できる
ので、最終的に高品質の成膜を高歩留りで達成すること
ができた。
In the above embodiment, Al is formed on the surface of the Si wafer.
Although an example of forming a thin film by sputtering has been shown, the wafer temperature can be measured with high accuracy, so that fluctuations in the wafer temperature that cause a decrease in yield can be quickly detected, so that a high quality film can be finally formed. We were able to achieve it with a high yield.

【0129】[0129]

【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測定、温度制御を可能とする
ものであり、基体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 measure and control the temperature of a substrate in a vacuum, and to realize a vacuum processing apparatus capable of accurately controlling the temperature of the substrate. In addition, by applying it to a film forming apparatus, it is possible to easily control the temperature before and after the film formation and during the film formation, which requires accurate temperature control, and thus it is possible to form a high quality film.

【0130】さらに、本発明によれば、特にマルチチン
ェバ方式の真空処理装置において、基体の正確な温度管
理のできる真空処理装置を実現するものであり、高品質
な薄膜の形成を連続的に管理でき、最終的な製品不良率
を大幅に低減できる。
Furthermore, according to the present invention, a vacuum processing apparatus capable of accurately controlling the temperature of a substrate is realized particularly in a vacuum processing apparatus of a multi-channel type, and the formation of a high quality thin film can be continuously controlled. The final product defect rate can be greatly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional block configuration diagram for schematically explaining a vacuum processing apparatus showing an embodiment of the present invention.

【図2】ウェハ温度調整ステージの一例を示す概略断面
構成図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a wafer temperature adjustment stage.

【図3】校正ステージの一例を示す概略断面構成図であ
る。
FIG. 3 is a schematic sectional configuration diagram showing an example of a calibration stage.

【図4】本発明の他の一実施例を示す真空処理装置の概
略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a vacuum processing apparatus showing another embodiment of the present invention.

【図5】成膜時の一温度プロファイルを示した説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing one temperature profile during film formation.

【図6】Alスパッタ時の昇温特性測定例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an example of measuring temperature rise characteristics during Al sputtering.

【図7】ランプヒータ加熱によるウェハ温度測定例を示
す図。
FIG. 7 is a diagram showing an example of measuring a wafer temperature by heating a lamp heater.

【図8】ランプ加熱ステージの概略断面構成図。FIG. 8 is a schematic sectional configuration diagram of a lamp heating stage.

【図9】ランプ加熱でのウエハ温度制御方法を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a wafer temperature control method in lamp heating.

【図10】加熱設定温度に対する加熱終了時の温度を示
す図。
FIG. 10 is a diagram showing a temperature at the end of heating with respect to a heating set temperature.

【図11】本発明の赤外線輻射温度計の概略構成図。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an infrared radiation thermometer of the present invention.

【図12】従来の赤外線輻射温度計の概略構成図。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a conventional infrared radiation thermometer.

【図13】輻射率測定及び温度計出力換算表の作成フロ
ーシート。
FIG. 13 is a flow chart for creating an emissivity measurement and thermometer output conversion table.

【図14】ウェハの輻射率測定結果を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a result of measuring the emissivity of a wafer.

【図15】本発明の一実施例を示すウエハの輻射率を校
正するための手段を備えた装置の構成図である。
FIG. 15 is a configuration diagram of an apparatus including means for calibrating the emissivity of a wafer according to an embodiment of the present invention.

【図16】本発明に係る真空処理装置の実施例を説明す
るための平面図。
FIG. 16 is a plan view for explaining an embodiment of the vacuum processing apparatus according to the present invention.

【図17】図16の真空処理装置のA−A′における断
面構造を説明する図。
FIG. 17 is a diagram illustrating a cross-sectional structure taken along the line AA ′ of the vacuum processing apparatus of FIG.

【図18】本発明に係る真空処理装置の搬送チェンバに
設けられたウェハ温度測定用の光学系を説明する図。
FIG. 18 is a diagram illustrating an optical system for measuring a wafer temperature, which is provided in a transfer chamber of a vacuum processing apparatus according to the present invention.

【図19】本発明に係る真空処理装置を用いた際の真空
処理プロセスフローの一例を説明する図。
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a vacuum processing process flow when the vacuum processing apparatus according to the present invention is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空処理装置、 2…ウェハ温度校正チェンバ、 3…ウェハ温度調整チェンバ、 4…スパッタ成膜チェンバ、 5…ウェハ温度校正ステージ、 6…ウェハ温度調整ステージ、 7,7−1…スパッタステージ、 8…ターゲット、 9…スパッタ電極、 10…基体(ウェハ)、 10−1…ウェハ表側(金属膜(Al等)の成膜面)、 10−2…ウエハ裏側、 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、 18…ヒートブロック内部ヒータ、 19…開口窓、 20〜22…シャッタ、 23…ロードロック室、 24…アンロード室、 25…ランプヒータ、 27…下部窓板、 28…上部窓板、 40…鏡面反射体、 41…ビームスプリッタ、 42…校正用参照赤外光発生器、 43…参照入射光、 44…反射光、 45…反射赤外光検出器、 50…マルチチェンバ方式スパッタ装置、 51…ロード室、 52…アンロード室、 53…真空ベーク室、 54…スパッタエッチ室、 55…スパッタ室、 57…搬送室、 58〜62…ゲートバルブ、 63…ウェハロードの為の扉、 64…ウェハアンロードの為の扉、 65…赤外線輻射温度計、 66…赤外線輻射温度計の観察用光路。 67…大気と真空との間の覗き窓、 68…迷光遮断用円筒、 69…大気と真空とを仕切る赤外線光路の窓材、 70…反射体、 71…真空チェンバ壁、 72…搬送ロボット、 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum processing apparatus, 2 ... Wafer temperature calibration chamber, 3 ... Wafer temperature adjustment chamber, 4 ... Sputter deposition chamber, 5 ... Wafer temperature calibration stage, 6 ... Wafer temperature adjustment stage, 7, 7-1 ... Sputter stage, 8 ... Target, 9 ... Sputtering electrode, 10 ... Base (wafer), 10-1 ... Wafer front side (deposition surface of metal film (Al etc.)), 10-2 ... Wafer back side, 11, 14, 15 ... Infrared radiation Thermometer, 13 ... Base temperature controller, 16 ... Stray light blocking cylinder, 18 ... Heat block internal heater, 19 ... Open window, 20-22 ... Shutter, 23 ... Load lock chamber, 24 ... Unload chamber, 25 ... Lamp Heater, 27 ... Lower window plate, 28 ... Upper window plate, 40 ... Specular reflector, 41 ... Beam splitter, 42 ... Calibration reference infrared light generator, 43 ... Reference incident light, 4 ... reflected light, 45 ... reflected infrared light detector, 50 ... multi-chamber type sputtering device, 51 ... load chamber, 52 ... unload chamber, 53 ... vacuum bake chamber, 54 ... sputter etch chamber, 55 ... sputter chamber, 57 ... Transfer chamber, 58 to 62 ... Gate valve, 63 ... Door for loading wafer, 64 ... Door for unloading wafer, 65 ... Infrared radiation thermometer, 66 ... Optical path for observation of infrared radiation thermometer. 67 ... View window between atmosphere and vacuum, 68 ... Stray light blocking cylinder, 69 ... Infrared light path window material separating air and vacuum, 70 ... Reflector, 71 ... Vacuum chamber wall, 72 ... Transfer robot,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/66 T 7352−4M // H01L 21/203 Z 8422−4M (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 (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 岸本 里志 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 加藤 登季男 東京都小平市上水本町五丁目20番1号株式 会社日立製作所半導体設計開発センタ内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/66 T 7352-4M // H01L 21/203 Z 8422-4M (72) Inventor Yujioka Yoneoka 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd.Hitachi, Ltd., Production Engineering Laboratory (72) Inventor Susumu Susumu, 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa, Ltd., Hitachi, Ltd., Production Engineering Laboratory (72) Inventor Nishitani Eisuke 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd.Production Technology Research Institute, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Satoshi Kishimoto 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Ltd., Production Engineering Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tokio Kato 5-20-1 Kamimizumoto-cho, Kodaira-shi, Tokyo Stock company Hitachi Semiconductor Design and Development Center

Claims (41)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基体を環境温度に制御し、赤外線輻射率を
測定するための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
体が置載されるステージと、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ェンバと;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ェンバで求めた
赤外線感度補正値に基づき真空処理チェンバ内に置かれ
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とを具備して成る真空処理装置。
1. A temperature calibration stage for controlling a substrate to an ambient temperature to measure an infrared emissivity; a first infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of a substrate; and a first infrared radiation thermometer for the first infrared radiation thermometer. Means for calculating an emissivity from the output 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 provided with a stage on which different substrates are placed, a means for heating or cooling the substrates to a predetermined set temperature, and a means for performing vacuum processing on the substrates; a second for measuring radiant heat of the substrates And the true temperature of the substrate placed in the vacuum processing chamber based on the infrared sensitivity correction value obtained by the temperature calibration chamber from the output of the second infrared radiation thermometer. Means for calculating; and a shutter mechanism which is disposed close to the substrate on each of the above stages and whose main surface is constituted by a member that is sufficiently mirror surface for the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. Vacuum processing equipment.
【請求項2】基体の赤外線輻射率を測定するための温度
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置載されるステ
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
処理チェンバと;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
から前記温度校正ステージで求めた赤外線感度補正値に
基づき真空処理チェ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。
2. A temperature calibration stage for measuring the infrared emissivity of a substrate; a first infrared radiation thermometer for measuring the radiant heat of the substrate; and a known output of the first infrared radiation thermometer for the substrate. Means for calculating an emissivity based on the temperature of the first infrared radiation thermometer, 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 a substrate which is the same as or different from the stage is placed, a means for heating or cooling the substrate to a predetermined set temperature, and a vacuum processing chamber provided with means for performing vacuum processing on the substrate; Radiant heat of the substrate A second infrared radiation thermometer for measuring the true temperature of the substrate placed in the vacuum processing chamber based on the infrared sensitivity correction value obtained by the temperature calibration stage from the output of the second infrared radiation thermometer. A vacuum processing apparatus comprising: means for calculating.
【請求項3】上記真空処理装置は複数の真空処理槽を備
え、複数の基体に対する処理を行うものであり、N番目
の基体がM番目の真空処理槽で所定の処理を受ける際の
温度測定は、N番目の基体について予め測定と演算によ
る推定によって定められた温度の関数としての輻射率に
基ずいてM番目の真空処理槽に備わった温度計の電気出
力が温度に換算されるようにしたことを特徴とした請求
項1、2記載の真空処理装置。
3. The vacuum processing apparatus comprises a plurality of vacuum processing tanks for processing a plurality of substrates. Temperature measurement when an Nth substrate is subjected to a predetermined processing in an Mth vacuum processing tank. Is based on the emissivity as a function of temperature determined in advance by measurement and calculation for the Nth substrate so that the electric output of the thermometer provided in the Mth vacuum processing tank is converted into temperature. The vacuum processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the vacuum processing apparatus is provided.
【請求項4】上記各々のステージのうち少なくとも1つ
には、該赤外線輻射温度計によって基体の温度を観測す
るために設けられた観測用穴、また基体からの赤外光を
赤外線輻射温度計にまで導くための光路、基体をステー
ジの部材から発生する静電気力線により当該部材と接触
させる手段を持って構成して成る請求項1〜3記載の真
空処理装置。
4. An observation hole provided in at least one of the respective stages for observing the temperature of the substrate by the infrared radiation thermometer, and an infrared radiation thermometer for infrared light from the substrate. 4. The vacuum processing apparatus according to claim 1, further comprising: an optical path for leading to the substrate and means for bringing the substrate into contact with the member by an electrostatic force line generated from the member of the stage.
【請求項5】上記各々のステージのうち少なくとも1つ
には、該赤外線輻射温度計によって基体の温度を観測す
るために設けられた観測用穴、また基体からの赤外光を
赤外線輻射温度計にまで導くための光路、基体に接する
ステージの面内にあり、基体とステージとの成す空間に
所定のガスを所定のガス圧で満たすためのガス導入手段
を持ち、該赤外線輻射温度計の測定波長に対してほぼ透
明な材料でできた該観測用穴の基体側と赤外線輻射温度
計側との真空雰囲気を仕切るための第1の窓板を備えて
なる温度制御手段を備えた請求項1〜4記載の真空処理
装置。
5. An observation hole provided in at least one of the respective stages for observing the temperature of the substrate by the infrared radiation thermometer, and infrared radiation thermometer for infrared light from the substrate. , An optical path for guiding the temperature to the substrate, and a gas introduction means for filling a predetermined gas with a predetermined gas pressure in the space of the stage in contact with the substrate, and measuring the infrared radiation thermometer. The temperature control means comprising a first window plate for partitioning a vacuum atmosphere between the substrate side of the observation hole and the infrared radiation thermometer side made of a material substantially transparent to the wavelength. ~ The vacuum processing device according to 4.
【請求項6】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1〜5記載の真空処理装置。
6. The first and second infrared radiation thermometers,
The vacuum processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein measurement is performed at the same wavelength in the infrared region.
【請求項7】上記温度校正ステージでの基体を既知の所
定温度に制御する手段を、上記真空処理チェンバ外に配
設して成る請求項1〜6記載の真空処理装置。
7. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein means for controlling the substrate on said temperature calibration stage to a known predetermined temperature is provided outside said vacuum processing chamber.
【請求項8】上記温度校正ステージ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1〜7記載の真空
処理装置。
8. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature calibration stage is arranged in a replacement atmosphere with the atmosphere.
【請求項9】上記温度校正ステージでの基体の温度を既
知の所定温度に制御する手段は、基体よりも熱容量の大
きな部材に前記基体を接触させる手段をもって構成して
成る請求項1〜8記載の真空処理装置。
9. The means for controlling the temperature of the substrate on the temperature calibration stage to a known predetermined temperature comprises a means for bringing the substrate into contact with a member having a larger heat capacity than the substrate. Vacuum processing equipment.
【請求項10】上記基体を基体よりも熱容量の大きな部
材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1もし
くは2、7〜9記載の真空処理装置。
10. The means for bringing the substrate into contact with a member having a larger heat capacity than the substrate comprises means for evacuating the space where the substrate contacts the member to a vacuum. 9. The vacuum processing apparatus according to 9.
【請求項11】上記校正ステージの基体を基体よりも熱
容量の大きな部材に接触させる手段は、基体を部材の発
生する静電気力線により部材と接触させる手段を持って
構成して成る請求項1〜10記載の真空処理装置。
11. The means for bringing the substrate of the calibration stage into contact with a member having a larger heat capacity than the substrate comprises means for bringing the substrate into contact with the member by the lines of electrostatic force generated by the member. 10. The vacuum processing apparatus according to 10.
【請求項12】上記温度校正ステージでの基体の温度を
既知の所定温度に制御する手段は真空処理チェンバ内に
あり、基体を基体よりも熱容量の大きな部材に物理的に
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2、3、4、11何れか記載の真
空処理装置。
12. A means for controlling the temperature of the substrate on the temperature calibration stage to a known predetermined temperature is in a vacuum processing chamber, and means for physically contacting the substrate with a member having a larger heat capacity than the substrate, The vacuum processing apparatus according to any one of claims 1 to 2, 3, 4, and 11, wherein means for enclosing a gas having a pressure of 5 Pascal or more is provided in a space where the base body and the member are in contact with each other.
【請求項13】上記温度校正ステージでの基体の温度を
既知の所定温度に制御する手段は真空処理チェンバ内に
あり、基体を基体よりも熱容量の大きな部材に静電気力
線により接触させる手段とを配設して成る請求項1乃至
2、3、12何れか記載の真空処理装置。
13. The means for controlling the temperature of the substrate on the temperature calibration stage to a known predetermined temperature is in a vacuum processing chamber, and means for contacting the substrate with a member having a larger heat capacity than the substrate by lines of electrostatic force. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein the vacuum processing apparatus is provided.
【請求項14】上記校正ステージの基体を基体よりも熱
容量の大きな部材に接触させる手段は、基体を部材の発
生する静電気力線により部材と接触させる手段を持って
構成して成る請求項12、13記載の真空処理装置。
14. The means for bringing the substrate of the calibration stage into contact with a member having a larger heat capacity than the substrate comprises means for bringing the substrate into contact with the member by the lines of electrostatic force generated by the member. 13. The vacuum processing apparatus according to 13.
【請求項15】少なくとも上記真空処理チェンバ内の基
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2、3、何れか記載の真空処理装置。
15. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein at least one of the means for heating the substrate in the vacuum processing chamber comprises a lamp heating means.
【請求項16】上記真空処理チェンバ内のステージのう
ち少なくとも1つは、第2の赤外線輻射温度計の出力か
ら求めた基体の温度から真空処理チェンバ内の所定の設
定温度からずれた分量の温度を調整する温度制御手段を
具備してなる請求項1、2、3、4、5または15何れ
か記載の真空処理装置。
16. At least one of the stages in the vacuum processing chamber has a temperature which is an amount deviated from a predetermined set temperature in the vacuum processing chamber from the temperature of the substrate obtained from the output of a second infrared radiation thermometer. The vacuum processing apparatus according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 15, comprising temperature control means for adjusting the temperature.
【請求項17】基体のもつ赤外線輻射率を測定するため
の基体を既知温度に保つことのできる温度校正ステージ
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置載されるステージと、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ェン
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
度校正ステージで求めた赤外線感度補正値に基づき真空
処理チェンバ内に置かれた基体の真の温度を算出する手
段と;少なくとも校正ステージ上の基体に近接して配設
され、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とを具
備して成る成膜装置。
17. A temperature calibration stage capable of maintaining the substrate at a known temperature for measuring an infrared emissivity of the substrate; a first infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate; the first infrared ray. Means for calculating an emissivity from the output of the 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 a substrate identical to or different from the stage is placed, and means for heating or cooling the substrate to a predetermined set temperature,
A vacuum processing chamber provided with means for performing vacuum processing on the substrate; a second infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate; and a temperature calibration stage obtained from the 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 infrared sensitivity correction value; at least disposed close to the substrate on the calibration stage and sufficient for the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer And a shutter mechanism whose main surface is composed of a member that is a mirror surface.
【請求項18】上記真空成膜処理チェンバをスパッタリ
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
真空成膜処理チェンバで構成して成る請求項17記載の
スパッタリング成膜装置。
18. The sputtering film forming apparatus according to claim 17, wherein the vacuum film forming processing chamber comprises a vacuum film forming processing chamber capable of forming a thin film under a predetermined condition by a sputtering method.
【請求項19】上記真空成膜処理チェンバを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
処理チェンバで構成して成る請求項17記載のCVD成
膜装置。
19. The CVD film forming apparatus according to claim 17, wherein the vacuum film forming processing chamber comprises a vacuum film forming processing chamber capable of forming a thin film under a predetermined condition by a CVD method.
【請求項20】成膜処理をするための所定の基体を基体
温度校正チェンバ内のステージに載置し、基体の赤外線
輻射率を測定し、次いで基体を真空成膜処理チェンバ内
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請
求項17記載の成膜装置による成膜方法。
20. A predetermined substrate for film forming processing is placed on a stage in a substrate temperature calibration chamber, the infrared emissivity of the substrate is measured, and then the substrate is transferred to a stage in a vacuum film forming chamber. And controlling the temperature to a predetermined first film-forming set temperature to start film-forming, and then setting the substrate temperature to the first
Of the second film forming temperature, which is higher than the film forming set temperature, to form a film with a predetermined thickness, and after the film forming is completed, the film is rapidly cooled to the first film forming set temperature or less. A film forming method using the film forming apparatus according to claim 17.
【請求項21】成膜処理をするための所定の基体を基体
温度校正チェンバ内のステージに載置し、基体の温度を
真空処理チェンバ内での成膜時の設定温度と同一となる
ように制御し、赤外線輻射率を測定し、次いで基体を真
空成膜処理チェンバ内のステージに搬送して所定の設定
温度に制御して成膜を行う工程とを有して成る請求項1
7記載の成膜装置による成膜方法。
21. A predetermined substrate for film forming processing is placed on a stage in a substrate temperature calibration chamber so that the temperature of the substrate becomes the same as the set temperature at the time of film forming in the vacuum processing chamber. Controlling, measuring the infrared emissivity, and then transporting the substrate to a stage in a vacuum film forming chamber to control the film at a predetermined set temperature and perform film formation.
A film forming method using the film forming apparatus according to 7.
【請求項22】上記基体温度校正チェンバ内のステージ
に置載し、成膜時の基体温度と同一となるように制御す
るための基体とステージとの接触手段は、ステージの部
材と基体とが当該部材の発生する静電気力線により接触
する手段を持って構成してなる請求項17記載の成膜装
置による請求項21記載の成膜方法。
22. The means for contacting the substrate and the stage, which is placed on the stage in the substrate temperature calibration chamber and is controlled to be the same as the substrate temperature at the time of film formation, is composed of a stage member and a substrate. The film forming method according to claim 21, which is configured by a film forming apparatus according to claim 17, which is configured to have a means for contacting by an electrostatic force line generated by the member.
【請求項23】上記校正温度及び成膜温度が200℃以
上であることを特徴とした請求項17記載の成膜装置に
よる請求項21、22記載の成膜方法。
23. The film forming method according to claim 21, wherein the calibration temperature and the film forming temperature are 200 ° C. or higher.
【請求項24】温度を測定する対象の基体とその基体の
温度を測定しようとする赤外線輻射温度計と赤外線輻射
温度計で温度の測定を行う基体の表面とは逆の表面に、
前記赤外線輻射温度計で測定する光軸とほぼ垂直に、そ
の測定する赤外線波長に対して充分な反射率を有する鏡
面を設置し、上記基体の温度を測定するようにした基体
温度の測定方法。
24. A substrate whose temperature is to be measured, an infrared radiation thermometer for measuring the temperature of the substrate, and a surface opposite to the surface of the substrate whose temperature is measured by the infrared radiation thermometer,
A method for measuring a substrate temperature, in which a mirror surface having a sufficient reflectance for an infrared wavelength to be measured is installed substantially perpendicular to an optical axis measured by the infrared radiation thermometer and the temperature of the substrate is measured.
【請求項25】校正ステージでの第1の赤外線輻射温度
計の赤外線感度補正値を演算する手段は、基体の赤外線
輻射率を知り、基体の輻射率変化を温度の関数として定
め、この輻射率から基体の放射輝度出力と温度換算テー
ブルを作成し、このテーブルを用いて温度測定を行う赤
外線輻射温度計による半導体基体の温度測定方法。
25. The means for calculating the infrared sensitivity correction value of the first infrared radiation thermometer in the calibration stage knows the infrared emissivity of the substrate and determines the emissivity change of the substrate as a function of temperature. A method for measuring the temperature of a semiconductor substrate by an infrared radiation thermometer, which creates a radiance output of the substrate and a temperature conversion table from this, and measures the temperature using this table.
【請求項26】上記の基体の輻射率は2つ以上の異なっ
た温度での赤外線輻射率間の輻射率の値から補間し、温
度の関数として求めることを行う請求項25記載の赤外
線輻射温度計による半導体基体の温度測定方法。
26. The infrared radiation temperature according to claim 25, wherein the emissivity of said substrate is interpolated from the value of the emissivity between infrared emissivity at two or more different temperatures to obtain it as a function of temperature. Method for measuring the temperature of a semiconductor substrate by a meter.
【請求項27】上記の異なった温度での赤外線輻射率と
しては、対象物の少なくとも或る1点の温度での輻射率
測定を行い、また、この輻射率測定温度よりも高温での
輻射率を予め求めておくことを特徴とした、請求項2
5、26記載の赤外線輻射温度計による半導体基体の温
度測定方法。
27. As the infrared emissivity at the different temperatures, the emissivity is measured at a temperature of at least one point of the object, and the emissivity is higher than the emissivity measurement temperature. 3. The method according to claim 2, characterized in that
5. A method for measuring the temperature of a semiconductor substrate by the infrared radiation thermometer according to any of 5, 26.
【請求項28】上記赤外線輻射温度計によって基体の温
度を知るようにした基体温度測定手段に於いて、上記基
体の一方の面に測定を行う赤外線の波長領域を反射する
反射体を設置し、上記基体の輻射率を知るようにしたこ
とを特徴とする基体輻射率の測定手段及び装置。
28. In the substrate temperature measuring means for detecting the temperature of the substrate by the infrared radiation thermometer, a reflector for reflecting the infrared wavelength region to be measured is provided on one surface of the substrate, A means and a device for measuring the emissivity of a substrate, wherein the emissivity of the substrate is known.
【請求項29】基体を所定の設定温度に加熱する手段を
備えた真空処理チェンバと、該基体に真空成膜処理をす
る手段を備えた真空成膜処理チェンバと、該真空処理チ
ェンバないしは該真空成膜処理チェンバに該基体を搬送
するための搬送機構を備えた搬送チェンバと、該搬送チ
ェンバ内の該基体の輻射熱を測定する少なくとも1つの
赤外線輻射温度計と、赤外線輻射温度計の測定波長に対
して鏡面である部材で輻射熱を反射する該基体に対向し
て設けられた反射体とを有することを特徴とした真空処
理装置。
29. A vacuum processing chamber having means for heating a substrate to a predetermined set temperature, a vacuum film forming processing chamber having means for performing vacuum film forming processing on the substrate, and the vacuum processing chamber or the vacuum. A transport chamber having a transport mechanism for transporting the substrate to the film formation processing chamber, at least one infrared radiation thermometer for measuring radiant heat of the substrate in the transport chamber, and a measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. On the other hand, a vacuum processing apparatus, characterized in that it has a reflector provided to face the base body that reflects radiant heat with a member that is a mirror surface.
【請求項30】該赤外線輻射温度計は該基体の該真空処
理を施す面に対して反対側に設けられ、該反射体は該基
体の該真空処理を施す面に対向する方向に設けられるこ
とを特徴とする請求項29記載の真空処理装置。
30. The infrared radiation thermometer is provided on the opposite side of the surface of the substrate to be subjected to the vacuum treatment, and the reflector is provided in a direction opposite to the surface of the substrate to be subjected to the vacuum treatment. 30. The vacuum processing apparatus according to claim 29, wherein:
【請求項31】基体を所定の設定温度に加熱又は冷却す
る手段を備えた真空処理チェンバと、該基体に真空エッ
チング処理をする手段を備えた真空エッチング処理チェ
ンバと、該真空処理チェンバないしは該真空エッチング
処理チェンバに該基体を搬送するための搬送機構を備え
た搬送チェンバと、該搬送チェンバ内の該基体の輻射熱
を測定する少なくとも1つの赤外線輻射温度計と、赤外
線輻射温度計の測定波長に対して鏡面である部材で輻射
熱を反射する該基体に対向して設けられた反射体とを有
することを特徴とした真空処理装置。
31. A vacuum processing chamber having means for heating or cooling the substrate to a predetermined set temperature, a vacuum etching processing chamber having means for performing vacuum etching processing on the substrate, and the vacuum processing chamber or the vacuum. A transport chamber having a transport mechanism for transporting the substrate to the etching chamber, at least one infrared radiation thermometer for measuring the radiant heat of the substrate in the transport chamber, and a measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. And a reflector provided so as to face the substrate that reflects radiant heat with a member that is a mirror surface.
【請求項32】該赤外線輻射温度計は該基体の該真空処
理を施す面に対して反対側に設けられ、該反射体は該基
体の該真空処理を施す面に対向する方向に設けられるこ
とを特徴とする請求項31記載の真空処理装置。
32. The infrared radiation thermometer is provided on the opposite side of the surface of the substrate to be subjected to the vacuum treatment, and the reflector is provided in a direction opposite to the surface of the substrate to be subjected to the vacuum treatment. 32. The vacuum processing apparatus according to claim 31, wherein.
【請求項33】基体に真空処理を施す複数の真空処理チ
ェンバと、各真空処理チェンバへ該基体を搬送する搬送
機構を備えた搬送チェンバを設けたマルチチェンバ方式
の真空処理装置であって、該搬送チェンバ内の前記基体
の輻射熱を測定する少なくとも1つの赤外線輻射温度計
と、該赤外線輻射温度計の測定波長に対して鏡面である
部材で構成された基体からの輻射熱を反射する上記基体
に対向して設けられた反射体とを有することを特徴とし
たマルチチェンバ方式の真空処理装置。
33. A multi-chamber type vacuum processing apparatus comprising: a plurality of vacuum processing chambers for performing vacuum processing on a substrate; and a transfer chamber having a transfer mechanism for transferring the substrates to each vacuum processing chamber. At least one infrared radiation thermometer for measuring the radiant heat of the substrate in the transfer chamber, and the substrate for reflecting the radiant heat from the substrate composed of a member that is a mirror surface with respect to the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer, facing the substrate. A multi-chamber type vacuum processing device having a reflector provided by the above.
【請求項34】該赤外線輻射温度計は該基体の該真空処
理を施す面に対して反対側に設けられ、該反射体は該基
体の該真空処理を施す面に対向する方向に設けられるこ
とを特徴とする請求項33記載の真空処理装置。
34. The infrared radiation thermometer is provided on the opposite side of the surface of the substrate to be subjected to the vacuum treatment, and the reflector is provided in a direction opposite to the surface of the substrate to be subjected to the vacuum treatment. 34. The vacuum processing apparatus according to claim 33, wherein:
【請求項35】基体を真空装置にロードし、該基体を搬
送チェンバへ移動し、次いで該基体を真空処理チェンバ
に移動し当該真空処理チェンバ内で該基体に所定の真空
処理をし、該基体をクリーニングする処理し、該基体に
薄膜を形成する処理を施し、当該真空処理の後に該基体
を再び搬送チェンバへ移動する工程を有する成膜方法で
あって、該真空処理の前または後において該基体を搬送
チェンバ内で温度計測することを特徴とする請求項2
9、31、33記載の真空処理装置による成膜方法。
35. The substrate is loaded into a vacuum device, the substrate is moved to a transfer chamber, the substrate is then moved to a vacuum processing chamber, and the substrate is subjected to predetermined vacuum processing in the vacuum processing chamber, A film forming method comprising the steps of: cleaning the substrate, forming a thin film on the substrate, and moving the substrate again to the transfer chamber after the vacuum treatment. The temperature of the substrate is measured in the transfer chamber.
A film forming method using the vacuum processing apparatus according to 9, 31, 33.
【請求項36】該搬送チェンバ内の温度計測は、赤外線
輻射温度計を用いることを特徴とした請求項35記載の
成膜方法。
36. The film forming method according to claim 35, wherein an infrared radiation thermometer is used for measuring the temperature in the transfer chamber.
【請求項37】該搬送チェンバ内の温度計測の際に、該
赤外線輻射温度計の測定波長に対して鏡面である部材で
構成された基体からの輻射熱を反射する反射体が上記基
体に対抗して設けてあることを特徴とした請求項35記
載の成膜方法。
37. When measuring the temperature in the transfer chamber, a reflector for reflecting radiant heat from a base body made of a member which is a mirror surface against the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer opposes the base body. The film forming method according to claim 35, wherein the film forming method is provided as follows.
【請求項38】基体をロードし、該基体を第1の真空処
理チェンバへ移動し、該基体を第1の真空処理チェンバ
内で加熱し、該基体を第1の真空処理チェンバから搬送
チェンバへ移動し、該基体を該搬送チェンバ内で温度計
測し、該基体を第2の真空処理チェンバへ移動し、第2
の真空処理チェンバで該基体へエッチング処理を施し、
該基体を該搬送チェンバへ移動し、該基体を該搬送チェ
ンバ内で温度計測することを特徴とした請求項29、3
1、33記載の真空処理装置による成膜方法。
38. Loading a substrate, moving the substrate to a first vacuum processing chamber, heating the substrate in the first vacuum processing chamber, and transferring the substrate from the first vacuum processing chamber to a transfer chamber. Moving, temperature measuring the substrate in the transfer chamber, moving the substrate to a second vacuum processing chamber,
The substrate is etched by the vacuum processing chamber of
30. The temperature of the substrate is measured in the transport chamber by moving the substrate to the transport chamber.
A film forming method using the vacuum processing apparatus according to any one of 1, 33.
【請求項39】該搬送チェンバ内の温度計測は、赤外線
輻射温度計を用いることを特徴とした請求項38記載の
成膜方法。
39. The film forming method according to claim 38, wherein an infrared radiation thermometer is used to measure the temperature in the transfer chamber.
【請求項40】該搬送チェンバ内の温度計測の際に、該
赤外線輻射温度計の測定波長に対して鏡面である部材で
構成された基体からの輻射熱を反射する反射体が上記基
体に対向して設けてあることを特徴とした請求項38記
載の成膜方法。
40. When measuring the temperature in the transfer chamber, a reflector for reflecting radiant heat from a base body made of a member which is a mirror surface with respect to the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer faces the base body. 39. The film forming method according to claim 38, wherein the film forming method is provided as follows.
【請求項41】該基体の搬送時間での温度変化を算出
し、真空処理の開始或いは終了時の該基体の温度を算出
することを特徴とする請求項35または38記載の成膜
方法。
41. The film forming method according to claim 35 or 38, wherein a temperature change of the substrate during the transport time is calculated, and the temperature of the substrate at the start or end of the vacuum treatment is calculated.
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