JPH07150353A - 真空処理装置及びそれを用いた成膜装置と成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】真空中で基板の正確な温度モニタと制御とを容
易に行なうことのできる真空処理装置を実現すること。 【構成】成膜装置やエッチング装置等に使用される真空
処理装置であって、真空中に置かれる基板の温度を無接
触状態で正確に計測、モニタすると共に、所定温度に管
理する。成膜装置を例に説明すると、スパッタ成膜チャ
ンバ４、成膜前にウェハを加熱または冷却する基板温度
調節チャンバ３において、赤外線輻射温度計１４、１５
でウェハ１０からの輻射強度を測定することによってプ
ロセス中のウェハ１０の温度をモニタする際、校正ステ
ージ５及び基板温度調節ステージ６上におかれた成膜前
ウェハ１０の成膜を施す面に近接して鏡面２０を設置す
る。これによって、チャンバ４にて金属膜成膜中のウェ
ハ１０が呈する赤外線輻射特性を疑似し、校正チャンバ
２にて、後のチャンバ３、４での輻射温度測定のための
ウェハ１０の輻射率を事前に求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。 また、
熱伝導の媒体を用いない例としては、例えば蝕刻工程で
のマスクに用いるホトレジストを塗布する工程で用いる
ホトレジストのベーク装置を挙げることができる。この
装置では、ベーキングを大気圧雰囲気で行うが、所定の
ベーク温度に加熱したシリコンウェハよりも大きな熱容
量を持つヒートブロック上にシリコンウェハを置載し、
更にシリコンウェハをヒートブロック側に設けられた真
空チャックによって、シリコンウェハ全面を大気圧によ
ってヒートブロックに押し付ける。このためにウェハの
温度がヒートブロックの温度に平衡するので、ヒートブ
ロックに取付けた熱電対等の温度測定子によって正確に
ウェハの温度を制御、管理することができる。半導体製
造プロセスの多くは、純度の高い材料や、塵埃の無い環
境での良く制御された反応を利用するものであるため、
しばしば真空中での処理が必要となる。

【０００３】従来、半導体製造装置において真空中での
ウェハの正確な温度制御は、以下に述べるような理由か
ら本質的に困難であった。

【０００４】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ェハは加
熱されるために、良く知られるように金属鏡面では小さ
な吸収しかおこらず、また照体では大きな吸収が起こ
り、結果として加熱されるウェハの表面状態によって加
熱される度合が大きく異なることになる。

【０００５】熱電対をウェハに取り付けることによって
プロセス中のウェハ温度を正確に測定することも試みら
れてきたが、熱電対をウェハに点接触させた状態でウェ
ハの温度を測定するため熱電対の接触状態を一定に安定
させることが困難で、測定温度に再現性が乏しい欠点が
ある。

【０００６】また、赤外線の輻射によってウェハを加熱
する場合、赤外領域の広い範囲でウェハが殆ど透明であ
るため、熱電対にウェハからの伝導によってのみ熱が伝
わるのではなく、熱電対自身がランプヒータによって加
熱されてしまう場合もあり正確なウェハの測温は困難で
ある。

【０００７】また、真空中に強制的に伝導媒体を持ち込
む方法もある。例えば、特開昭５６−４８１３２号また
は特開昭５８−２１３４３４号に述べられているよう
に、シリコンウェハを真空雰囲気中に設置されたヒート
ブロックにクランプし、シリコンウェハの裏面とヒート
ブロックとの間に１トール前後の圧力でガスを充填する
ことによって、ヒートブロックの温度にウェハの温度を
平衡させるというものである。この場合もヒートブロッ
クに取付けた熱電対等の温度測定子によってウェハの温
度ができる。

【０００８】しかしながらこの例では、大気圧下での真
空チャックの使用に比較して小さな力によってウェハを
ヒートブロックにクランプするものであるため温度の均
一性、再現性が十分でない。最大の欠点は、熱伝導媒体
の密度が低いためにヒートブロックからウェハへの熱伝
導に時間が掛ることである。最終的にはヒートブロック
とウェハとが熱的に平衡に達するとしても、上記の例に
も述べられているように数秒から数十秒の時間が掛り、
更にこの熱伝導時間の再現性については様々な要因が影
響を与えると考えられる。

【０００９】以上述べるように、いずれの加熱手段をと
るにしても、真空中で非接触でウェハの温度を測定する
必要がある。その方法の一つとして赤外線温度計を用い
て赤外領域のウェハからの輻射強度を測定する方法が提
案されている。

【００１０】即ち、この方法はスパッタリング装置にお
いてウェハをヒートステージに置載して加熱しながら、
ウェハに対向して設置されたターゲットにあけた貫通孔
を通じて赤外線温度計によってウェハの温度を測定する
ものである。つまり、予め校正用試料によって特定の温
度でのウェハの赤外線輻射率を測定しておき、その値に
よってスパッタ中のウェハ温度を制御するものである。

【００１１】なお、この種の技術に関連するものとして
は、例えば特開平１−１２９９６６号公報を挙げること
ができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法には
以下に述べるようにウェハの輻射率は必ずしも一定しな
いために、正確な測温は困難であり幾つかの問題点があ
る。即ち、校正用試料にはターゲット材と同一の金属、
例えばアルミを数１００Å成膜したシリコンウェハを用
いるが、ウェハの赤外線温度計によって観察する側の表
面の金属膜の有無によって、このウェハ表面からの赤外
線輻射率が異なるため、成膜前の温度制御を行うことが
できない。

【００１３】また、成膜開始後も、ある程度の膜厚（例
えば、アルミを５００〜１０００Å）に成膜するまでは
正確な温度測定を行うことができない。

【００１４】真空中でのウェハの正確な温度計測とそれ
に伴う温度制御を行うためには、同じ金属膜を形成した
ウェハでも製品ロットによって赤外線輻射率に相違があ
るため、この例のように校正用のウェハを別に用意する
方式では、実際に成膜を行うウェハそのものでないため
正確な温度制御ができない。

【００１５】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。

【００１６】即ち、赤外線温度計を用いたウェハの温度
制御の理想的な方法は、実際に成膜を行うウェハそのも
のを用いて赤外線温度計の校正を行い、膜の有無やその
状態による赤外線輻射率の違いに左右されずに測定でき
る方法である。しかしながら、未だ実用に供し得るもの
が提案されていない。

【００１７】したがって、本発明の目的は、上記従来の
問題点を解消することに有り、その第１の目的は、真空
中での基体の温度を正確に計測し、制御できる改良され
た真空処理装置を、第２の目的は、この真空処理装置を
応用した、例えばスパッタ装置やＣＶＤ（Ｃhemical Ｖ
apor Ｄeposition）装置のような成膜装置を、そして第
３の目的は、この改良された成膜装置による成膜方法
を、それぞれ提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者等は以下に詳述するような検討を行い、種々
の知見を得た。即ち、本発明では、赤外線輻射温度計を
主たる温度計測の手段として用いるために、基体（例え
ばシリコンウェハ）ごとに校正する。具体的には対象と
する真空処理装置によって基体の処理を行う前に、温度
校正チャンバ内のステージにおいて基体ごとに既知の温
度に加熱乃至は冷却を行い、１点乃至は複数点の温度に
おいて、第１の赤外線輻射温度計によって基体の温度を
測定する。この時に得られる第１の赤外線輻射温度計の
指示値から、温度校正チャンバ以降、真空処理チャンバ
内の赤外線輻射温度計に補正をかける。具体的には、こ
の補正値を予め知って、例えば粗い補正、または狭い温
度範囲を対象としていれば単なる係数を以て、温度校正
チャンバ以降の赤外線輻射温度計の校正を行う。複数の
温度校正点を持つ場合には、コンピュータにそれぞれの
温度校正データを取り込み、補正のための演算を行う等
の方法がある。

【００１９】上記した温度校正チャンバは、真空に限ら
ず大気圧の環境下にあっても構わない。大気圧の環境下
であれば、装置構造が一般に簡易になるばかりでなく、
既知の温度に加熱乃至は冷却したヒートブロック（ステ
ージ）の温度に対象とするウェハの温度をより容易に近
ずけることが可能である。

【００２０】具体的には、温度校正チャンバを大気圧下
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。

【００２１】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、温度校正チャ
ンバの雰囲気を大気との置換雰囲気、例えば窒素やアル
ゴン雰囲気とすることがより好ましい。

【００２２】温度校正チャ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。

【００２３】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。即ち所定の真空処理を行う前に予め既知の温
度に基体を加熱乃至は冷却し、第１の赤外線輻射温度計
によってこの基体温度を測定し、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。

【００２４】上記した第１及び第２の赤外線輻射温度計
による測定は、同一の赤外領域の波長にて行うことがよ
り正確な校正を可能とする。また、上記した既知温度で
の第１の赤外線輻射温度計の校正を加熱した基体で行う
場合に、既知温度への加熱行為を真空中で行えば基体に
吸着した水分の除去のための所謂ベーキング処理と兼用
させることができるので、装置規模を縮小させることが
でき、好ましい場合もある。

【００２５】例えば、スパッタ装置の真空処理チャンバ
内で基体の昇温を行う場合、予め赤外線輻射温度計が校
正されていれば、ヒートブロックを用いる代わりに、ラ
ンプによる輻射加熱を行うことができ、より安価なスパ
ッタ装置を構成することができる。

【００２６】真空処理チャンバ内でランプによる加熱を
用いる際には、ランプの光が赤外線輻射温度計に迷光と
して入る場合があるので、赤外線輻射温度計の測定波長
はランプの輻射する波長とは異なった波長域であること
が本質的に好ましい。

【００２７】基体としては例えばシリコンウェハを用い
る場合には、シリコンウェハが赤外領域で殆ど透明であ
ることから、一般に広く用いられている石英ガラス入り
赤外線ランプでは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。

【００２８】基体からの吸着水分の除去のための真空中
でのベーキング加熱温度に比較して、真空処理チャンバ
内で基体への成膜を開始する温度が低い場合には、ベー
キングを行った後で、真空槽の中で基体を所定温度まで
冷却し、基体を所定の成膜開始温度に合わせなければな
らない。このような成膜プロセスを高精度で実現するた
めには、温度校正チャンバ内の温度校正を行うための第
１の赤外線輻射温度計を備えたステージと、真空中で基
体のベーキングを行うステージと、更に成膜を開始する
前に所定の成膜を開始する温度に冷却するステージと、
そして冷却ステージでの基体温度を第１の赤外線輻射温
度計で得られた補正値を演算し用いることで正確に測定
できる第２の赤外線輻射温度計とを備えたスパッタ装置
が必要である。

【００２９】基体を赤外線輻射温度計にて観察するため
には加熱または冷却用ステージに観察用の貫通孔（開口
窓）を設ける必要があるが、このため基体の温度分布に
不均一性が生じることがある。この場合、同一チャンバ
内でステージを２分割し、共に同一の温度になるように
調整しておく、即ち、一方の加熱または冷却用ステージ
には赤外線輻射温度計による基体温度観察用の開口窓を
設けず、他方の温度測定用ステージに開口窓を設け、一
方のステージで基体を加熱または冷却後速やかに他方の
ステージに搬送し温度測定をすることによってこのよう
な不均一性を低減することができる。

【００３０】温度校正点を複数点設けることによってよ
り正確なプロセス温度の制御が可能になるが、基体温度
校正チャンバ内の加熱手段または冷却手段を複数設ける
ことによって複数の温度での校正をより短時間に行うこ
とができる。

【００３１】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。

【００３２】また、基体の加熱または冷却用ステージに
おいて、ステージの開口窓を通して基体が赤外線輻射温
度計によって観察される表面の反対側の表面に近接して
赤外線輻射温度計の測定波長に対して充分に鏡面である
部材でその主面が構成されたシャッタ機構を配設するこ
とによって、基体を貫通して赤外線輻射温度計に入射す
る迷光を遮断することができる。

【００３３】以上の知見に基づいて本発明は成されたも
のであり、その目的達成手段を以下に具体的に述べれ
ば、上記第１の目的は、（１）．ステージに載置された
基体を既知の設定温度に加熱または冷却する手段を備え
た温度校正チャンバと；この温度校正チャンバ内のステ
ージに設けられた開口窓を通して基体の輻射熱を測定す
る第１の赤外線輻射温度計と；前記第１の赤外線輻射温
度計の出力から前記基体の既知の温度に基づいて輻射率
を求め、前記第１の赤外線輻射温度計により前記基体の
温度を正しく表示せしめるための赤外線感度補正値を演
算する手段と；温度校正チャンバを出た基体が載置され
るステージと、この基体を所定の設定温度に加熱または
冷却する手段と、前記基体に真空処理する手段とを備え
た真空処理チャンバと；この真空処理チャンバ内のステ
ージに設けられた開口窓を通して前記基体の輻射熱を測
定する第２の赤外線輻射温度計と；前記第２の赤外線輻
射温度計の出力から前記温度校正チャンバで求めた赤外
線感度補正値に基づき真空処理チャンバ内に置かれた基
体の真の温度を算出する手段と；この第２の赤外線輻射
温度計の出力から求めた基体の温度が、真空処理チャン
バ内の前記所定の設定温度からずれた分量の温度を調整
する温度制御手段とを備えて成る真空処理装置により、
達成される。そして好ましくは、（２）．ステージに載
置された基体を既知の設定温度に加熱または冷却する手
段を備えた温度校正チャンバと；この温度校正チャンバ
内のステージに設けられた開口窓を通して基体の輻射熱
を測定する第１の赤外線輻射温度計と；前記第１の赤外
線輻射温度計の出力から前記基体の既知の温度に基づい
て輻射率を求め、前記第１の赤外線輻射温度計により前
記基体の温度を正しく表示せしめるための赤外線感度補
正値を演算する手段と；温度校正チャンバを出た基体が
載置されるステージと、この基体を所定の設定温度に加
熱または冷却する手段と、前記基体に真空処理する手段
とを備えた真空処理チャンバと；この真空処理チャンバ
内のステージに設けられた開口窓を通して前記基体の輻
射熱を測定する第２の赤外線輻射温度計と；前記第２の
赤外線輻射温度計の出力から前記温度校正チャンバで求
めた赤外線感度補正値に基づき真空処理チャンバ内に置
かれた基体の真の温度を算出する手段と；この第２の赤
外線輻射温度計の出力から求めた基体の温度が、真空処
理チャンバ内の前記所定の設定温度からずれた分量の温
度を調整する温度制御手段と；上記各々のチャンバ内の
基体上に近接して配設され、赤外線温度計の測定波長に
対して充分に鏡面である部材でその主面が構成されたシ
ャッタ機構とを具備して成る真空処理装置により、達成
される。

【００３４】さら具体的に好ましくは、以下の（３）〜
（１２）記載の真空処理装置によっても、達成される。
すなわち、（３）．上記第１及び第２の赤外線輻射温度
計は、それぞれ同一の赤外領域の波長にて測定を行うよ
うにして成る上記（１）もしくは（２）記載の真空処理
装置により、また、（４）．上記温度校正チャンバ内の
基体を既知の所定温度に加熱または冷却する手段を、上
記真空処理チャンバ外に配設して成る上記（１）もしく
は（２）記載の真空処理装置により、また、（５）．上
記温度校正チャンバ内の基体を既知の所定温度に加熱ま
たは冷却する手段は、大気との置換雰囲気内に存在する
ようにして成る上記（１）乃至（４）何れか記載の真空
処理装置により、また、（６）．上記温度校正チャンバ
内の基体の温度を既知の所定温度に加熱または冷却する
手段は、基体よりも熱容量の大きな部材に前記基体を熱
的に接触させる手段をもって構成して成る上記（１）乃
至（５）何れか記載の真空処理装置により、また、
（７）．上記基体を基体よりも熱容量の大きな部材に熱
的に接触させる手段は、基体と部材とが接触する空間を
真空に排気する手段を持って構成して成る上記（６）記
載の真空処理装置により、また、（８）．上記温度校正
チャンバ内の基体の温度を既知の所定温度に加熱または
冷却する手段は真空処理チャンバ内にあり、基体を基体
よりも熱容量の大きな部材に熱的に接触させる手段と、
この基体と部材とが接触する空間には５パスカル以上の
圧力の気体を封入する手段とを配設して成る上記（１）
乃至（３）何れか記載の真空処理装置により、（９）．
基体温度校正チャンバと、真空処理チャンバとの間に基
体温度調整チャンバを配設し、前記チャンバ内には、基
体の温度制御用ステージとこのステージの開口窓を通し
て光学的に接続された第１、第２及び第３の赤外線輻射
温度計とを備えて成る上記（１）もしくは（２）記載の
真空処理装置により、また、（１０）．少なくとも上記
真空処理チャンバ内の基体が載置されるステージを、基
体を所定温度に加熱もしくは冷却する手段の配設された
第１のステージと、温度測定用の開口窓が配設された第
２のステージとに分割し、第１のステージで基体の温度
設定を行い、次いで第２のステージに基体を移動して温
度測定する手段を具備して成る上記（１）乃至（９）何
れか記載の真空処理装置により、また、（１１）．少な
くとも上記真空処理チャンバ内の基体を加熱する手段の
一つが、ランプ加熱手段から成る上記（１）乃至（９）
何れか記載の真空処理装置により、そしてまた、（１
２）．少なくとも上記温度校正チャンバ内の基体を加熱
もしくは冷却する手段の一方を上記ステージに備えると
共に、前記基体上面に近接して第２の加熱もしくは冷却
する手段を配設し、前記基板を両面から温度制御するよ
うに成した上記（１）乃至（９）何れか記載の真空処理
装置により、達成される。

【００３５】上記第２の目的は、（１３）．ステージに
載置された基体を既知の設定温度に加熱または冷却する
手段を備えた温度校正チャンバと；この温度校正チャン
バ内のステージに設けられた開口窓を通して基体の輻射
熱を測定する第１の赤外線輻射温度計と；前記第１の赤
外線輻射温度計の出力から前記基体の既知の温度に基づ
いて輻射率を求め、前記第１の赤外線輻射温度計により
前記基体の温度を正しく表示せしめるための赤外線感度
補正値を演算する手段と；温度校正チャンバを出た基体
が載置されるステージと、この基体を所定の設定温度に
加熱または冷却する手段と、前記基体に真空成膜処理す
る手段とを備えた真空成膜処理チャンバと；この真空成
膜処理チャンバ内のステージに設けられた開口窓を通し
て前記基体の輻射熱を測定する第２の赤外線輻射温度計
と；前記第２の赤外線輻射温度計の出力から前記温度校
正チャンバで求めた赤外線感度補正値に基づき真空成膜
処理チャンバ内に置かれた基体の真の温度を算出する手
段と；この第２の赤外線輻射温度計の出力から求めた基
体の温度が、真空成膜処理チャンバ内の前記所定の設定
温度からずれた分量の温度を調整する温度制御手段と；
上記各々のチャンバ内の基体上に近接して配設され、赤
外線温度計の測定波長に対して充分に鏡面である部材で
その主面が構成されたシャッタ機構とを具備して成る成
膜装置により、達成される。

【００３６】そしてさらに具体的に好ましくは、（１
４）．上記真空成膜処理チャンバをスパッタリング法に
よって所定条件で薄膜を形成することのできる真空成膜
処理チャンバで構成して成る上記（１３）記載のスパッ
タリング成膜装置により、そしてまた、（１５）．上記
真空成膜処理チャンバをＣＶＤ法によって所定条件で薄
膜を形成することのできる真空成膜処理チャンバで構成
して成る上記（１３）記載のＣＶＤ成膜装置により、達
成される。また、（１６）．上記基体温度校正チャンバ
と、真空成膜処理チャンバとの間に基体温度調整チャン
バを配設し、前記チャンバ内には、基体の温度制御用ス
テージとこのステージの開口窓を通して光学的に接続さ
れた赤外線輻射温度計とを備えて成る上記（１３）記載
の成膜装置により、また、（１７）．上記基体温度調節
チャンバの設定温度を、基体温度校正チャンバ及び基体
への真空成膜処理チャンバよりも低温もしくは高温の異
なる温度に保持して成る上記（１６）記載の成膜装置に
より、そしてまた、（１８）．上記真空成膜処理チャン
バがスパッタリング成膜チャンバから成る上記（１６）
もしくは（１７）記載の成膜装置により、達成される。

【００３７】上記第３の目的は、（１９）．成膜処理を
するための所定の基体を基体温度校正チャンバ内のステ
ージに載置し、基体を所定温度に加熱する工程と、次い
で真空下で所定温度に冷却し、基体を真空成膜処理チャ
ンバ内のステージに搬送して所定の第１の成膜設定温度
に制御して成膜を開始する工程と、次いで基体温度を前
記第１の成膜設定温度よりも高い第２の設定温度に制御
して所定厚みになるまで成膜する工程と、成膜終了後、
前記第１の成膜設定温度以下に急冷する工程とを有して
成る上記（１３）記載の成膜装置による成膜方法によ
り、また、（２０）．成膜処理をするための所定の基体
を基体温度校正チャンバ内のステージに載置し、基体を
所定温度に加熱する工程と、次いで基体を基体温度調整
チャンバ内のステージに搬送して所定温度に冷却する工
程と、次いで基体を真空成膜処理チャンバ内のステージ
に搬送して基体の温度を前記基体温度調整チャンバ内の
設定温度よりも高い第１の成膜温度に制御し、第１の成
膜を開始する工程と、一旦成膜を停止しこの基体を前記
基体温度調整チャンバ内もしくは他の温度調整チャンバ
中のステージに移し、前記第１の成膜温度よりも高い第
２の設定温度に一定時間保持して成膜の緒品粒を増大す
る工程と、次いでこの基体を前記真空成膜処理チャンバ
内のステージに戻し、基体の温度を前記基体温度調整チ
ャンバ内の第２の設定温度よりも高い第３の成膜温度に
制御して所定膜厚まで成膜を行う第２の成膜工程と、こ
の基体を再度前記基体温度調整チャンバ内に戻し、急冷
する工程とを有して成る上記（１６）記載の成膜装置に
よる成膜方法により、達成される。

【００３８】

【作用】真空処理チャンバにて基体に所定の処理を行う
前に、温度校正チャンバ内においては、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ャンバ内の
基体の温度を第２、第３の温度計で正確に測定する。そ
してその測定結果に基づいて温度制御系を作動させて真
空処理チャンバ内の基体の温度を所定値に設定して成膜
処理等の真空処理を正確に温度管理された状態で行う。

【００３９】また、温度校正チャンバにおいては、第１
の赤外線輻射温度計と熱電対による校正温度の測定を異
なる複数の温度にて行うことによって、以後の真空処理
チャンバ内での基体の温度制御を行うに際し、広い温度
範囲でのプロセス温度の制御が可能になる。

【００４０】更に、上述した第１の赤外線輻射温度計と
熱電対による校正温度の測定のための加熱手段または冷
却手段として複数の手段を設けることによって、異なる
複数の温度による校正をより短時間で行うことができ
る。

【００４１】基体を加熱または冷却中に基体を赤外線輻
射温度計にて観察するために加熱または冷却用ステージ
に貫通孔（開口窓）を設ける必要があるが、この貫通孔
のために基体の温度分布に不均一性が生じることがあ
る。そこでこの対策としては、基体表裏両面を加熱する
ようにしても可能であるが、ステージを２分割し、一方
の基板加熱または冷却用ステージには開口窓を設けず温
度制御専用のステージとし、他方の温度測定用ステージ
に開口窓を設け、温度測定に当たってはこの一方のステ
ージから他方のステージへ基板を移動して温度測定を行
うようにしても良い。

【００４２】本発明において基体の温度測定時に基体に
近接してシャッタを配設することは、基板の正確な温度
測定をする上で極めて重要な役割を果たす。その第１の
役割は、金属膜をスパッタ或いはＣＶＤ等により成膜す
る装置の場合には、金属膜の有無にかかわらず、このシ
ャッタにより金属膜が成膜しているのと同じ赤外線輻射
率を得ることができるため、成膜前後での見掛けの赤外
線輻射率の違いを補正するこどができ、正確な温度測定
に基づく基板の正しい温度制御を可能とすることにあ
り、第２の役割は、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。

【００４３】このシャッタ機構は、特に、成膜前の基体
の温度計測には必ず必要となる。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。

【００４４】

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。

【００４５】〈実施例１〉図１は、本発明真空処理装置
をスパッタ成膜装置に適用した一実施例を示した概略構
成図である。この実施例では、成膜対象である基体をシ
リコンウェハとし、この上にＡｌ薄膜をスパッタリング
により成膜する一例を代表例として説明する。

【００４６】本発明の真空処理装置１は、基体温度校正
ステージ５をもつ基体温度校正チャンバ２と、基体の加
熱及び冷却を行う基体温度調整ステージ６をもつ基体温
度調整チャンバ３と、スパッタ成膜ステージ７とＡｌタ
ーゲット８とスパッタ電極９とをもつスパッタ成膜チャ
ンバ４との三つのチャンバから構成されている。そして
これらのチャンバはそれぞれゲートバルブＧＶ１及びＧ
Ｖ２により接続され独立している。また、基体温度校正
チャンバ２とスパッタ成膜チャンバ４とには、排気系が
接続され、一方では所定の真空状態に保持できると共
に、他方ではガス導入口から所定のガスを導入し基体温
度校正チャンバ２においては空気や窒素ガスを導入して
大気圧にまで設定でき、スパッタ成膜チャンバ４におい
てはスパッタガスを導入して所定の放電によりプラズマ
が生じる環境に設定できるように構成されている。更に
また、各ステージには後述するように加熱及び冷却手段
が設けられていると共に、基体１０からの輻射赤外線を
観測するための貫通口から成る開口窓１９が配設されて
おり、この開口窓１９を通して光学的に結合されて第
１、第２及び第３の赤外線輻射温度計１１、１４及び１
５が接続されている。基体温度校正ステージ５には、基
体温度校正ステージ５の温度を正確に測定するための熱
電対１２が設けられている。そして各赤外線輻射温度計
からの出力及び熱電対１２の出力を入力して、第１の赤
外線輻射温度計１１の輻射率を演算したり、この演算結
果に基づいて第２、第３の赤外線輻射温度計１４及び１
５の補正をし、それぞれのステージ上の基体１０の正し
い温度を計測したり、最終的にはこれらの計測データに
基づき所定のステージ温度に設定する指令を各ステージ
の加熱及び冷却手段にフィードバックしてステージの温
度を所定値に設定コントロールする、所謂真空処理装置
全体の温度を管理するための基体温度制御器１３を備え
ている。

【００４７】そして各チャンバの機能について説明する
と、基体温度校正チャンバは、通常、成膜開始温度より
も高い既知の温度に設定された基体１０からの赤外線輻
射を第１の赤外線輻射温度計１１で測定し、輻射率を算
出してこの赤外線輻射温度計の校正を行う。基体温度調
整チャンバ３は、次のスパッタ成膜チャンバ４に基体を
搬送する前の温度調整機能をもち、スパッタ成膜チャン
バ４は、基体にスパッタにより成膜を行う機能を持つ。

【００４８】以下に各ステージの温度を制御して基体１
０を所定温度に保持してＡｌターゲット８からシリコン
ウェハ基体１０上にＡｌ薄膜をスパッタ成膜する具体例
につき説明する。

【００４９】まず、大気圧下におかれた基体温度校正チ
ャンバ２内において、ウェハ１０は校正ステージ５上で
２００℃、３００℃、４００℃の３温度点に段階的に加
熱される。なお、これらステージ５、６、７での加熱、
冷却法については、とりまとめて後述する。

【００５０】この校正ステージ５上で加熱された基体１
０の裏面を、第１の赤外線輻射温度計１１と熱電対１２
で観察及び測定し、基体温度制御器１３の演算処理部で
各温度段階の温度の指示値を得る。つまり、熱電対１２
で基体温度と平行になっている校正ステージの温度を実
測し、その温度を基体温度としてその時の輻射率を赤外
線輻射温度計１１で観測して、基体温度制御器１３の演
算処理部でこの輻射率に基づく温度の指示値を得る。

【００５１】ウェハ１０は、予め既知温度に加熱設定さ
れているので、この第１の赤外線輻射温度計１１から得
られた輻射率を逆算して求めることができるので、以後
の真空中での基体温度調整チャンバ３とスパッタ成膜チ
ャンバ４の処理温度は、この輻射率を使用して、第２、
第３の赤外線輻射温度計１４、１５から輻射率を補正し
て読み取る。

【００５２】第１の赤外線輻射温度計１１による輻射率
の校正が終了した時点で、基体温度校正チャンバ２内を
排気して真空状態とした後、ウェハ１０は、ゲートバル
ブＧＶ１を開いて校正チャンバ２から真空下の基体温度
調整チャンバ３に搬送され、第２の赤外線輻射温度計１
４により温度測定される。その測定結果から基体温度制
御器１３によりステージ６の温度調整を行い、ウェハ１
０の温度を任意の温度に調整する。この例では、１００
℃にセットした。その後ウェハ１０は、ゲートバルブＧ
Ｖ２を開いて真空状態のスパッタ成膜チャンバ４のステ
ージ７に搬送され、第３の赤外線輻射温度計１５により
温度測定され、その結果をもとにステージ７の温度を任
意の温度に調整し、基体１０の温度を任意の温度に制御
してスパッタ成膜を行う。この例では、２５０℃にセッ
トしてＡｌのスパッタ成膜を行なった。スパッタ成膜
後、ウェハ１０を再度校正チャンバ２に搬送し、輻射率
の再校正を行い、この輻射率を以後のスパッタ成膜時の
温度測定時の補正に用いた。なお、各チャンバ間を搬送
するための簡易手段としては、例えばシリコーンゴム等
の耐熱性ベルトを用いた搬送機構等が用いられる。

【００５３】次に、図２により基体を載置するステージ
の構造の概略、加熱、冷却方法及びウェハの輻射率の測
定方法ついて、スパッタステージ７の例を用いて説明す
る。

【００５４】（１）基板ステージの構造と加熱、冷却方
法：スパッタステージ７はステージを加熱するための電
熱ヒータ１８を内蔵し、真空中でウェハに熱を伝達する
例えば、空気や窒素ガス等の伝熱ガスが流れる構造とな
っており、ウェハに伝熱ガスを均一に接触させるための
クランプ１７が設置されている。また、ウェハの温度を
赤外線輻射温度計１５により測定するための輻射線観測
用空洞を構成する開口窓１９が設けてある。ウェハを冷
却する場合には、図示していないが、ヒータ１８の替り
にフレオン等の冷却媒体を循環させステージを冷却し、
上記と同様に伝熱ガスによりウェハを冷却する。

【００５５】また、校正ステージ５ではチャンバ内が大
気圧であるため伝熱ガスは用いず真空排気を行い、真空
チャックによりステージとの密着性を保ち熱伝導により
熱伝達を行うようになっている。

【００５６】（２）輻射率の測定：次に赤外線輻射温度
計によるウェハ基体の温度計測方法について説明する。
本実施例では、赤外線輻射温度計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設定す
るようになっており、各チャンバ内からの迷光が赤外線
温度計に入射しないように迷光遮断用円筒１６を各ステ
ージと赤外線輻射温度計の間に設けてある。

【００５７】本実施例では、真空中での処理はスパッタ
リングによる基体へのＡｌの成膜である。基体がＡｌ金
属の成膜を受けると、Ａｌ膜からの反射される分だけ輻
射率が大幅に高くなる。したがって基体温度校正チャン
バで成膜処理に測定して求めた輻射率は、その後の成膜
処理により使用できなくなる。

【００５８】本発明では成膜処理が終了したウェハを再
び校正チャンバにて予め設定された既知の温度に加熱
し、再び新しい表面に対して輻射率を測定し、再校正を
する。これによって例えば成膜終了直後のウェハを赤外
線輻射温度計で測定しておき、成膜後の（２回目の）輻
射率測定によって正しい輻射率を算出することで、成膜
直後のウェハ温度を正しく知ることが可能である。

【００５９】例えば成膜直後のウェハの温度が高すぎる
場合には、成膜中乃至は成膜前に行う基板加熱量を減少
させるように、加熱条件の設定を変える。

【００６０】成膜開始時の設定温度を変更することなし
に、成膜終了直後の温度だけ低下させたい場合には、基
体ステージでのガス冷却を行い、基体裏面のガス圧力を
調整することで、成膜中の基体冷却の設定を成膜中に変
化させることができる。

【００６１】上記実施例では、シリコンウェハを基体と
して、その裏面にＡｌ薄膜をスパッタリングにより成膜
する例を示したが、ステージを介して基体の温度制御が
高精度に行えるためウェハ内で再現性が良い結晶性が得
られ高品質の成膜を達成することができた。

【００６２】〈実施例２〉赤外線輻射温度計によって観
察される基体１０の反対側に金属膜を成膜する場合、膜
の有無によって見掛けの赤外線輻射率の値が大きく異な
る場合がある。図３ではこのような目的のスパッタ装置
において、成膜後の基体の赤外線輻射率を校正するため
に第２の温度校正チャンバ３２を、図１のスパッタ成膜
チャンバ４に付加して増設した例を示したものである。

【００６３】スパッタによって成膜中に赤外線輻射温度
計１５によって基体の温度を測定する。しかしながらこ
の場合には基体１０の表面には既に金属膜が形成されて
いるために基体温度校正ステージ２において得られた赤
外線輻射率の補正値は使用することができない。このた
めにスパッタ成膜後、スパッタ成膜チャンバ４から基体
１０を第２の温度校正チャンバ３２に搬送し、温度校正
チャンバ２と同様に加熱または冷却ステージ３３によっ
て所定の温度に加熱または冷却し、赤外線輻射温度計３
４および熱電対３５によって温度を測定し両者の指示値
から所定の温度における成膜後の基体１０の赤外線輻射
率を算出する。そうして成膜中に知り得た温度データを
この値で補正することで成膜中の基体の温度を正確に知
ることができる。もし、こうして知り得た成膜中の基体
１０の温度が所定の値よりも高過ぎた場合には、基体の
温度を適正に調整するために基体温度調整チェンバ３の
加熱手段または冷却手段に適宜フィードバックをかける
ことで、次の基体に対する成膜処理を適正に行うことが
できる。

【００６４】なお、成膜後の基体の赤外線輻射率を校正
するための温度校正チャンバは、必ずしもこの例のよう
に成膜前の基体の赤外線輻射率を校正するための温度校
正チャンバ２とは別個に用意する必要はない。即ち、ス
パッタ成膜チャンバ４にて成膜を行った後、基体を再
び、基体温度調整チャンバ３を経て温度校正チャンバ２
へ搬送し、ここで上記第２の温度校正チャンバ３２と同
様の赤外線輻射率の校正を行ってもよい。

【００６５】〈実施例３〉先の実施例１及び２では、基
体が成膜を受けると基体の輻射率が変化するため輻射率
の校正を再度やり直すという必要があったが、本実施例
ではその点を改良し、一度の輻射率の校正でその後の成
膜処理においてもこの輻射率を基準として赤外線輻射温
度計の補正ができるというものである。

【００６６】この実施例も実施例１と同様にシリコンウ
ェハ基体にアルミＡｌをスパッタリングにより成膜する
装置例について説明するものである。

【００６７】図４はスパッタ装置の概略構成図を示した
もので、基本的には図１と同様であるが、この例では後
で詳述するように各ステージに載置された基体１０に近
接してシャッタ２０、２１、２２がそれぞれ配設されて
いることである。

【００６８】基体１０は先ず温度校正チャンバ２中で加
熱または冷却ステージ５によって所定の温度に加熱また
は冷却され、第１の赤外線輻射温度計１１および熱電対
１２によって温度を測定し、両者の指示値から所定の温
度における基体１０の赤外線輻射率を算出する。基体の
赤外線温度計によって観察される側とは反対側に金属膜
をスパッタ成膜する場合、膜の有無によって見掛けの赤
外線輻射率の値が大きく異なる場合があるが、このシャ
ッタの設置によって膜の有無による見掛けの赤外線輻射
率の差を低減することができる。

【００６９】なお、赤外線輻射温度計１１による計測に
当たっては、シャッタ２０を閉ざした状態で測定する。

【００７０】次に基体１０は温度校正チャンバ２から基
体温度調整チャンバ３に搬送され、加熱または冷却ステ
ージ６にて加熱または冷却しながら第２の赤外線輻射温
度計１４によって基体１０の温度を測定し、校正チャン
バ２にて求めた所定の温度での基体１０の輻射率の値と
の補正により基体温度制御器１３を通じて加熱または冷
却ステージ６の温度を所定の温度に調節し基体１０の温
度を所定の温度に制御する。なお、この基体温度調整チ
ャンバ３での温度計側も温度校正チャンバ２の時と同様
にシャッタ２１を閉ざした状態で測定する。

【００７１】その後基体１０はスパッタ成膜チャンバ４
に搬送されスパッタステージ７にて加熱または冷却す
る。この時シャッタ２２を基体上に閉ざし、第３の赤外
線輻射温度計１５によって基体１０の温度を測定し、校
正チャンバ２にて求めた基体１０の輻射率の値との補正
により正しい温度を知ることができる。更にこのように
して正しい温度を知ることによって、基体温度制御器１
３を通じて加熱または冷却ステージ７の温度を所定の温
度に調節し、基体１０の温度を所定の温度に制御してス
パッタ成膜を開始する。成膜終了後、基体１０は基体温
度調整チャンバ３に戻され、ステージ６にて加熱もしく
は冷却されながら第２の赤外線輻射温度計１４によって
温度測定される。この時、校正チャンバ２にて求めた所
定の温度での基体の放射率の値との補正により、基体温
度制御器１３を通じてステージ６の温度を所定温度に調
節して基体温度を所定値に設定する。その後基体は温度
校正チャンバ２を経て真空処理装置１から搬出され次ぎ
の工程に進む。

【００７２】なお、基体温度校正ステージ２における第
１の赤外線温度計１１と熱電対１２による基体１０の温
度測定を複数の温度において行い、なおかつ第２および
第３の赤外線輻射温度計１４、１５を用いることによっ
て、より正確なプロセス温度の制御が可能になる。また
図示していないが、基体温度校正のため第１の赤外線輻
射温度計１１で測定するための、基体を加熱または冷却
する手段を複数個設けることによって、同様な複数の温
度における基体の温度の校正をより短時間で行うことが
可能になる。

【００７３】図５にステージの代表例として図４のスパ
ッタステージ７の概略構成図を示す。ステージの構成
は、基本的には図２の例と同一であるが、本実施例では
基体１０の上部に近接してシャッタ２２の設けられてい
る点が異なる。

【００７４】つまり、基体の赤外線温度計によって観察
される側とは反対側に金属膜をスパッタ成膜する場合、
膜の有無によって見掛けの赤外線輻射率の値が大きく異
なる場合があるが、このシャッタの設置によって膜の有
無による見掛けの赤外線輻射率の差を低減できるため、
図３のように温度校正のための赤外線温度計による測定
を、第２の温度校正チャンバ３２を配設するなどして成
膜前後で２回行う必要が無くなり１回で済むようにな
る。

【００７５】このシャッタは、温度測定時に基体表面を
閉ざし、成膜中は開放される開閉自在な機構を有してお
り、例えばステンレス製の円板が回転可能の駆動軸に支
持され、この駆動軸を回動することにより開閉する構成
となっている。

【００７６】また、シリコンウェハ基体１０は赤外線に
対してほとんど透明であることから、基体を貫通して赤
外線輻射温度計に迷光が入射し、基板の温度測定精度が
低下する場合がある。その対策としてこの例では、赤外
線温度計によって観察される側の反対側に基体に近接し
て、赤外線輻射温度計の測定波長に対して充分鏡面であ
る部材によってその主面が構成されたシャッタ２２を備
え、赤外線輻射温度計１５による基体１０の温度測定中
に、この迷光が入射しないように遮断する構成となって
いる。

【００７７】このようにシャッタ機構の役割は、第１に
は金属膜をウェハ基体に成膜する際に金属膜により反射
されるウェハからの輻射光による見掛けの放射率の増加
分を補正することであり、第２には迷光の遮断である。

【００７８】なお、図６は図４のステージ６の概略構成
図を示したもので、基本的には図５のステージ７と同様
の構成である。ステージ６にはヒータ１８を内蔵し、真
空中ではステージ６と基体１０との間の空間に伝熱ガス
が流れる構造になっており、基体に伝熱ガスを均一に接
触させるためのクランプ１７が設置されている。基体１
０の温度を赤外線輻射温度計１４で測定するための開口
窓１９と迷光遮断用円筒１６が接続されており、円筒１
６の両端には赤外線を透過する材質の窓板２３、２４が
装着されている。また、円筒１６自身が加熱され迷光の
発生源にならないように水冷する構造となっている。迷
光の影響をさらに低減する場合には、円筒１６の内壁を
黒体処理ことで可能となる。また、この例も図５の場合
と同様に基体１０に近接して図５と同様にシャッタ２１
が配設されている。

【００７９】なお、上記シャッタは、（１）成膜金属膜
と同じ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、例えば基体の温度測定タイミングに同期して開閉自
在に駆動する構成、或いは、チャンバの一領域に固定シ
ャッタを設け、測定時に基板をシャッタ下部に移動する
機構とするなど種々の構成を採用することができる。

【００８０】図７はシャッタの有無によるシリコンウェ
ハ基体の赤外線輻射率の違いを示した特性曲線である。
図７（ａ）は、シャッタ無しの比較例、図７（ｂ）は、
シャッタを設けた本実施例の測定結果を示している。こ
れから明らかなように、図７（ａ）のアルミＡｌ成膜前
（Ａｌ膜無し）のウェハの見掛けの赤外線輻射率はＡｌ
成膜後（Ａｌ膜有り）のウェハの見掛けの赤外線輻射率
より小さく両者にかなりの差が生じているが、Ａｌ成膜
前のウェハにシャッタを設置することによって、図７
（ｂ）に示すように見掛けの赤外線輻射率がＡｌ成膜後
のウェハとほぼ同等になることが分かった。これにより
シャッタを用いて基体温度を計測することにより一定の
放射率で計測可能と成ることが分かる。

【００８１】〈実施例４〉加熱または冷却ステージに基
体の赤外線温度測定のための開口窓１９により基体の温
度分布が不均一になる場合には、図８に示すように貫通
孔（開口窓）１９より離れた場所に分離して設けた加熱
または冷却専用のステージ２５にて基体１０を加熱また
は冷却した後、基体１０を開口窓１９のあるステージに
搬送し赤外線輻射温度計２７にて温度測定を行う構成と
することによって基体１０の温度分布がより均一な状態
で測定することができる。

【００８２】〈実施例５〉基体の加熱または冷却を表面
または裏面の何れか一方側からのみ行った場合、基体の
表面側と裏面側とには温度差が生じる。そこで、図９に
示すように基体の表面と裏面との両側から温度制御でき
るように、それぞれの側に加熱または冷却手段２８、２
９を設けることにより両面の温度差を低減することがで
きる。また、これにより開口窓１９による基体上の温度
分布の不均一性をも低減することができる。

【００８３】〈実施例６〉図４のスパッタ装置１を用い
て、シリコンウェハ基体１０上にアルミＡｌ膜をスパッ
タリングにより成膜する他の実施例を説明する。

【００８４】シリコンウェハ基体１０は、温度校正チャ
ンバ２で５００℃まで加熱されて吸着水分等が除去さ
れ、熱電対１２で測温されると共にこれをベースとして
赤外線輻射温度計１１の放射率の校正を行い、次いでウ
ェハは基体温度調整チャンバ３に搬送される。基体温度
調整チャンバ３に搬送されたウェハ基体１０は、赤外線
輻射温度計１４で測温され、ステージ６の温度制御によ
り所定の２００℃まで冷却され、スパッタ成膜チャンバ
４に搬送される。このスパッタ成膜チャンバ４内で基体
１０は、図１０に示すような温度プロファイルによって
スパッタされる。ターゲット８は１％Ｓｉ−３％Ｃｕ−
Ａｌの組成のものを用いた。先ず始めに、基体１０の温
度を２３０℃に制御し、膜厚数１００Å程度までの第１
のスパッタ成膜を行い、そこで一旦スパッタを停止し、
基体は基体温度調整チャンバ３に搬送される。基体温度
調整チャンバ３では、基体１０の温度を３００℃に加熱
制御し、第１のスパッタ成膜で得たＡｌ膜の結晶粒を成
長させ配向性等を向上させる。

【００８５】次ぎに、基体は再びスパッタ成膜チャンバ
４に搬送され、基体温度を４００℃程度に設定した後、
第２のスパッタ成膜を再開させ、膜厚１μｍ程度まで成
膜を行う。これにより結晶粒が大きく、配向性のよいＡ
ｌスパッタ膜が得られる。スパッタ終了後基体は直ちに
基体温度調整チャンバ３に搬送され、５０℃程度まで急
冷される。これにより、Ａｌスパッタ膜中のＳｉ及びＣ
ｕの折出を抑制することができた。

【００８６】上記実施例では、シリコンウェハを基体と
して、その表面にＡｌ薄膜をスパッタリングにより成膜
する例を示したが、ステージを介して基体の温度制御が
高精度に行えるためウェハ内で再現性が良い結晶性が得
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。

【００８７】なお、本発明の真空処理装置は、上記のス
パッタ装置のほかＣＶＤ（Ｃhemicai Ｖapor Ｄepositi
on）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。

【００８８】例えば、シリコンウェハ基板を基体とし
て、この基板上にＣＶＤにより既知の方法でタングステ
ン膜を成膜する場合などに有効である。

【００８９】この種の成膜装置においては、いずれも基
体の温度制御の精度が、形成される膜質を左右すること
から、本発明の成膜装置は、それに十分応え得るもので
ある。

【００９０】なお、上記実施例のように真空処理チャン
バを成膜処理チャンバとすれば成膜装置が実現される
が、この真空処理チャンバを成膜チャンバ以外にも例え
ばプラズマエッチング等のドライエッチング処理のチャ
ンバとすることも可能であり、エッチングする基板の温
度制御については上記実施例と同様に容易に実現でき
る。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
空中での基体の正確な温度制御を可能とするものであ
り、基板の正確な温度管理のできる真空処理装置を実現
すると共に、それを成膜装置に応用することにより正確
な温度制御を必要とする成膜前後、及び成膜中の温度の
管理が容易にできるので、高品質な膜の形成を可能とす
る。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】スパッタステージの一例を示す概略断面構成
図。

【図３】本発明の他の一実施例を示す真空処理装置の概
略説明用一部断面ブロック構成図。

【図４】本発明の更に異なる他の一実施例を示す真空処
理装置の概略説明用一部断面ブロック構成図。

【図５】それぞれシャッタ機構を配設したスパッタステ
ージ及び基体温度調節ステージの一例を示す概略断面構
成図。

【図６】それぞれシャッタ機構を配設したスパッタステ
ージ及び基体温度調節ステージの一例を示す概略断面構
成図。

【図７】シャッタの有無による温度計測結果を示した特
性曲線図。

【図８】同一チャンバ内でステージを２分割した本発明
の他の実施例となるステージの断面図。

【図９】温度制御手段を基体の両面に配設したステージ
の断面図。

【図１０】成膜時の一温度プロファイルを示した説明図
である。

【符号の説明】

１…真空処理装置、 ２…基体温度校正チャンバ、 ３…基体温度調節チャンバ、 ４…スパッタ成膜チャンバ、 ５…基体温度校正ステージ、 ６…基体温度調節ステージ、 ７…スパッタステージ、 ８…ターゲツト、 ９…スパッタ電極、 １０…基体、 １１、１４、１５…赤外線輻射温度計、 １３…基体温度制御器、 １６…迷光遮断用円筒、 １９…開口窓、 ２０〜２２…シャッタ、 ＧＶ１、ＧＶ２…ゲートバルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島村 英昭 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 都竹 進 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 西谷 英輔 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 米岡 雄二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステージに載置された基体を既知の設定温
   度に加熱または冷却する手段を備えた温度校正ステージ
   と；基体の輻射熱を測定する第１の赤外線輻射温度計
   と；前記第１の赤外線輻射温度計の出力から前記基体の
   既知の温度に基づいて輻射率を求め、前記第１の赤外線
   輻射温度計により前記基体の温度を正しく表示せしめる
   ための赤外線感度補正値を演算する手段と；該ステージ
   と同一ないしは異なる基体が載置されるステージと、こ
   の基体を所定の設定温度に加熱または冷却する手段と、
   前記基体に真空処理する手段とを備えた真空処理チャン
   バと；前記基体の輻射熱を測定する第２の赤外線輻射温
   度計と；前記第２の赤外線輻射温度計の出力から前記温
   度校正チャンバで求めた赤外線感度補正値に基づき真空
   処理チャンバ内に置かれた基体の真の温度を算出する手
   段とを備えて成る真空処理装置。
2. 【請求項２】ステージに載置された基体を既知の設定温
   度に加熱または冷却する手段を備えた温度校正ステージ
   と、基体の輻射熱を測定する第１の赤外線輻射温度計
   と；前記第１の赤外線輻射温度計の出力から前記基体の
   既知の温度に基づいて輻射率を求め、前記第１の赤外線
   輻射温度計により前記基体の温度を正しく表示せしめる
   ための赤外線感度補正値を演算する手段と；前期基体が
   載置される前期ステージ又は、これとは異なるステー
   ジ、と、この基体を所定の設定温度に加熱または冷却す
   る手段と、前記基体に真空処理する手段とを備えた真空
   処理チャンバと；前記基体の輻射熱を測定する第２の赤
   外線輻射温度計と；前記第２の赤外線輻射温度計の出力
   から前記温度校正チャンバで求めた赤外線感度補正値に
   基づき真空処理チャンバ内に置かれた基体の真の温度を
   算出する手段と；上記各々のステージ上の基体上に近接
   して配設され、赤外線温度計の測定波長に対して充分に
   鏡面である部材でその主面が構成されたシャッタ機構と
   を具備して成る真空処理装置。
3. 【請求項３】上記第１及び第２の赤外線輻射温度計は、
   それぞれ同一の赤外領域の波長にて測定を行うようにし
   て成る請求項１もしくは２記載の真空処理装置。
4. 【請求項４】上記温度校正ステージ上の基体を既知の所
   定温度に加熱または冷却する手段を、上記真空処理チャ
   ンバ外に配設して成る請求項１もしくは２記載の真空処
   理装置。
5. 【請求項５】上記温度校正ステージ上の基体を既知の所
   定温度に加熱または冷却する手段は、大気との置換雰囲
   気内に存在するようにして成る請求項１乃至４何れか記
   載の真空処理装置。
6. 【請求項６】上記温度校正ステージ上の基体の温度を既
   知の所定温度に加熱または冷却する手段は、基体よりも
   熱容量の大きな部材に前記基体を熱的に接触させる手段
   をもって構成して成る請求項１乃至５何れか記載の真空
   処理装置。
7. 【請求項７】上記基体を基体よりも熱容量の大きな部材
   に熱的に接触させる手段は、基体と部材とが接触する空
   間を真空に排気する手段を持って構成して成る請求項６
   記載の真空処理装置。
8. 【請求項８】上記温度校正ステージ上の基体の温度を既
   知の所定温度に加熱または冷却する手段は真空処理チャ
   ンバ内にあり、基体を基体よりも熱容量の大きな部材に
   熱的に接触させる手段と、この基体と部材とが接触する
   空間には５パスカル以上の圧力の気体を封入する手段と
   を配設して成る請求項１乃至３何れか記載の真空処理装
   置。
9. 【請求項９】基体温度校正ステージと、真空処理チャン
   バとの間に基体温度調整ステージを配設し、基体の温度
   調整ステージには第３の赤外線輻射温度計を備えて成る
   請求項１もしくは２記載の真空処理装置。
10. 【請求項１０】少なくとも上記真空処理チャンバ内の基
    体が載置されるステージを、基体を所定温度に加熱もし
    くは冷却する手段の配設された第１のステージと、温度
    測定を行う第２のステージとに分割し、第１のステージ
    で基体の温度設定を行い、次いで第２のステージに基体
    を移動して温度測定する手段を具備して成る請求項１乃
    至９何れか記載の真空処理装置。
11. 【請求項１１】少なくとも上記真空処理チャンバ内の基
    体を加熱する手段の一つが、ランプ加熱手段から成る請
    求項１乃至９何れか記載の真空処理装置。
12. 【請求項１２】少なくとも上記温度校正ステージ上の基
    体を加熱もしくは冷却する手段の一方を上記ステージに
    備えると共に、前記基体上面に近接して第２の加熱もし
    くは冷却する手段を配設し、前記基板を両面から温度制
    御するように成した請求項１乃至９何れか記載の真空処
    理装置。
13. 【請求項１３】ステージに載置された基体を既知の設定
    温度に加熱または冷却する手段を備えた温度校正ステー
    ジと；このステージ上の基体の輻射熱を測定する第１の
    赤外線輻射温度計と；前記第１の赤外線輻射温度計の出
    力から前記基体の既知の温度に基づいて輻射率を求め、
    前記第１の赤外線輻射温度計により前記基体の温度を正
    しく表示せしめるための赤外線感度補正値を演算する手
    段と；温度校正ステージとは同一ないしは異なるステー
    ジと、この基体を所定の設定温度に加熱または冷却する
    手段と、前記基体に真空成膜処理する手段とを備えた真
    空成膜処理チャンバと；この真空成膜処理チャンバ内の
    ステージに載置された前記基体の輻射熱を測定する第２
    の赤外線輻射温度計と；前記第２の赤外線輻射温度計の
    出力から前記温度校正ステージで求めた赤外線感度補正
    値に基づき真空成膜処理チャンバ内に置かれた基体の真
    の温度を算出する手段と；この第２の赤外線輻射温度計
    の出力から求めた基体の温度が、真空成膜処理チャンバ
    内の前記所定の設定温度からずれた分量の温度を調整す
    る温度制御手段と；上記各々のチャンバ内の基体上に近
    接して配設され、赤外線温度計の測定波長に対して充分
    に鏡面である部材でその主面が構成されたシャッタ機構
    とを具備して成る成膜装置。
14. 【請求項１４】上記真空成膜処理チャンバをスパッタリ
    ング法によって所定条件で薄膜を形成することのできる
    真空成膜処理チャンバで構成して成る請求項１３記載の
    スパッタリング成膜装置。
15. 【請求項１５】上記真空成膜処理チャンバをＣＶＤ法に
    よって所定条件で薄膜を形成することのできる真空成膜
    処理チャンバで構成して成る請求項１３記載のＣＶＤ成
    膜装置。
16. 【請求項１６】上記基体温度校正ステージと、真空成膜
    処理チャンバとの間に基体温度調整ステージを配設し、
    前記チャンバ内には、基体の温度調整用ステージとこの
    ステージに赤外線輻射温度計とを備えて成る請求項１３
    記載の成膜装置。
17. 【請求項１７】上記基体温度調整チャンバの設定温度
    を、基体温度校正ステージ及び基体への真空成膜処理チ
    ャンバよりも低温もしくは高温の異なる温度に保持して
    成る請求項１６記載の成膜装置。
18. 【請求項１８】上記真空成膜処理チャンバがスパッタリ
    ング成膜チャンバから成る請求項１６もしくは１７記載
    の成膜装置。
19. 【請求項１９】成膜処理をするための所定の基体を基体
    温度校正ステージに載置し、基体を所定温度に加熱する
    工程と、次いで真空下で所定温度に冷却し、基体を真空
    成膜処理チャンバ内のステージに搬送して所定の第１の
    成膜設定温度に制御して成膜を開始する工程と、次いで
    基体温度を前記第１の成膜設定温度よりも高い第２の設
    定温度に制御して所定厚みになるまで成膜する工程と、
    成膜終了後、前記第２の成膜設定温度以下に急冷する工
    程とを有して成る請求項１３記載の成膜装置による成膜
    方法。
20. 【請求項２０】成膜処理をするための所定の基体を基体
    温度校正ステージに載置し、基体を所定温度に加熱する
    工程と、次いで基体を基体温度調整ステージに搬送して
    所定温度に冷却する工程と、次いで基体を真空成膜処理
    チャンバ内のステージに搬送して第１の成膜温度にて、
    第１の成膜を開始する工程と、一旦成膜を停止しこの基
    体を前記基体温度調整チャンバ内もしくは他の温度調整
    チャンバ中のステージに移し、前記第１の成膜温度より
    も高い第２の設定温度に一定時間保持して膜の結晶粒を
    増大する工程と、基体の温度を前記基体温度調整チャン
    バ内の第２の設定温度よりも高い第３の成膜温度に制御
    して所定膜厚まで成膜を行う第２の成膜工程と、この基
    体を他の基体温度調整ステージにより、急冷する工程と
    を有して成る請求項１６記載の成膜装置による成膜方
    法。