JPH10140349A - Film forming method - Google Patents

Film forming method

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JPH10140349A
JPH10140349A JP9314786A JP31478697A JPH10140349A JP H10140349 A JPH10140349 A JP H10140349A JP 9314786 A JP9314786 A JP 9314786A JP 31478697 A JP31478697 A JP 31478697A JP H10140349 A JPH10140349 A JP H10140349A
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wafer
infrared radiation
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里志 岸本
Hide Kobayashi
秀 小林
Akira Okamoto
明 岡本
Hideaki Shimamura
英昭 島村
Susumu Tsujiku
進 都竹
Eisuke Nishitani
英輔 西谷
Yuji Yoneoka
雄二 米岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film formation method which make it possible to obtain films having good quality by executing the exact temp. monitor and control of substrates in vacuum and managing substrate temps. SOLUTION: The temp. of a wafer 10 under process is monitored by measuring the radiation intensity from the wafer 10 by IR radiation thermometers 14, 15 in a sputtering film forming chamber 4 and a substrate temp. control chamber 3 for heating or cooling the wafer prior to film formation. At this time, a mirror finished surface 20 is installed in proximity to the surface to be formed with the film of the wafer 10 before film formation placed on a calibration stage 5 and a substrate temp. control stage 6, by which the IR radiation characteristics exhibited by the wafer 10 under the metallic film formation in a chamber 4 are simulated. The radiation rate of the wafer 10 for later radiation temp. measurement in the chambers 3, 4 is thereby determined beforehand in a calibration chamber 2. Namely, the IR sensitivity correction value necessary for the IR temp. measurement during and after the film formation is previously acquired and the substrate is exactly subjected to the temp. management.

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を用いた成膜方法に係り、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用
いた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 film forming method using a vacuum processing apparatus for performing various processes on a substrate in a vacuum, and more particularly to a method using a vacuum processing apparatus suitable for use in a semiconductor device manufacturing process. It relates to a membrane 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, it is important to accurately control a process temperature in order to realize a well-controlled reaction or the like. A representative example of a process apparatus in which the temperature is the most important setting condition is a so-called furnace such as an oxidation furnace. The inside of this kind of furnace is an oxidizing atmosphere replaced with the atmosphere. In this case, the replacement atmosphere is at or above atmospheric pressure, and for example, a silicon wafer in the furnace body is heated by radiation from a heater installed around a quartz tube and heat conduction by the atmospheric pressure atmosphere in the quartz tube. . That is, since there is a medium for conducting heat, the temperature can be measured relatively accurately using a measuring element 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。
Further, as an example in which a heat conductive medium is not used, a photoresist baking apparatus used in a step of applying a photoresist used as a mask in an etching step can be exemplified. 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 a 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 atmospheric pressure using a vacuum chuck. Therefore, 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 measuring element such as a thermocouple attached to the heat block. Many semiconductor manufacturing processes rely on highly pure materials and well-controlled reactions in a dust-free environment, often requiring processing in a vacuum.

【0004】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。
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。
That is, in the heating by the lamp heater, the wafer is heated only by the radiation because there is no medium for transmitting heat, and therefore, as is well known, only a small absorption occurs on the metal mirror surface, and a large amount on the illuminator. Absorption occurs, and as a result, the degree of heating varies greatly depending on the surface condition of the heated wafer.

【0006】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。
Attempts have been made to accurately measure the temperature of the wafer during the process by attaching a thermocouple to the wafer. However, in order to measure the temperature of the wafer while the thermocouple is in point contact with the wafer, the temperature of the thermocouple is measured. It is difficult to stabilize the contact state to a constant level, and the measurement temperature has a drawback of poor reproducibility.

【0007】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。
When a wafer is heated by infrared radiation, since the wafer is almost transparent in a wide range of the infrared region, heat is not transmitted to the thermocouple only by conduction from the wafer, but the thermocouple itself is heated. In some cases, the wafer may be heated by a lamp heater, and it is difficult to accurately measure the temperature of the wafer.

【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。
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 set in a vacuum atmosphere, and the back surface of the silicon wafer is connected to the heat block. By filling the gas with a pressure of about 1 Torr in between, the temperature of the wafer is equilibrated with the temperature of the heat block. Also in this case, the temperature of the wafer is measured by a temperature measuring element 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。
However, in this example, since the wafer is clamped to the heat block with a small force as compared with the use of a vacuum chuck under atmospheric pressure, the uniformity and reproducibility of the temperature are not sufficient. The biggest disadvantage is that the heat transfer medium 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】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。
As described above, whichever heating means is used, the temperature of the wafer must be measured in a non-contact manner in a vacuum. As one of the methods, there has been proposed a method of measuring a radiation intensity from a wafer in an infrared region using an infrared thermometer.

【0011】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。
That is, in this method, a wafer is placed on a heat stage and heated in a sputtering apparatus.
The temperature of the wafer is measured by an infrared thermometer through a through hole formed in a target placed opposite to the wafer. In other words, the infrared emissivity of the wafer at a specific temperature is measured in advance with the calibration sample, and the wafer temperature during sputtering is controlled based on the measured value.

【0012】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] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-129966 can be cited as one related to this kind of technology.

【0013】[0013]

【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, in this method, since the emissivity of the wafer is not always constant as described below, it is difficult to accurately measure the temperature, and there are some problems.

【0014】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。
That is, a silicon wafer on which the same metal as the target material, for example, aluminum having a thickness of several hundreds of millimeters, is used as a calibration sample. Since the infrared emissivity from the wafer surface is different, temperature control before film formation cannot be performed.

【0015】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。
Further, even after the start of film formation, accurate temperature measurement cannot be performed until a film is formed to a certain thickness (for example, 500 to 1000 ° of aluminum).

【0016】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。
In order to perform accurate temperature measurement of a wafer in a vacuum and the accompanying temperature control, even if a wafer on which the same metal film is formed has a different infrared emissivity depending on the product lot, calibration is performed as in this example. In a method in which a separate wafer is prepared, accurate temperature control cannot be performed because the wafer is not a wafer on which a film is actually formed.

【0017】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。
As described above, in the vacuum processing apparatus conventionally used, various temperature control means are used, but none of them can accurately control the temperature of the process.

【0018】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。
That is, an ideal method of controlling the temperature of a wafer using an infrared thermometer is to calibrate the infrared thermometer using the wafer itself on which the film is actually formed, and to determine whether or not there is a film and the state of infrared radiation. This is a method that can be measured without being affected by the difference in rate. However, there has not yet been proposed any practical one.

【0019】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、真空中での基体の温度を
正確に計測し、制御できる真空処理装置を用いた改良さ
れた成膜方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an improved film forming method using a vacuum processing apparatus capable of accurately measuring and controlling the temperature of a substrate in a vacuum. Is to provide.

【0020】[0020]

【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 object, the present inventors have conducted studies as described in detail below and obtained various findings.

【0021】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。
That is, in the present invention, calibration is performed for each substrate (for example, a silicon wafer) in order to use an infrared radiation thermometer as a main temperature measuring means. Specifically, before processing the substrate by the target vacuum processing apparatus, heating or cooling to a known temperature for each substrate in a stage in the temperature calibration chamber, at one point or at multiple temperatures, The temperature of the substrate is measured by a first infrared radiation thermometer. From the indicated value of the first infrared radiation thermometer obtained at this time, a correction is applied to the infrared radiation thermometer in the vacuum processing chamber after the temperature calibration chamber. Specifically, by knowing this correction value in advance, the calibration of the infrared radiation thermometers after the temperature calibration chamber is performed using, for example, a coarse correction or a simple coefficient if the correction is performed in a narrow temperature range. When there are a plurality of temperature calibration points, there is a method of taking in the respective temperature calibration data into a computer and performing a calculation for correction.

【0022】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。
The temperature calibration chamber 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 simplified, but also
The temperature of the target wafer can be more easily brought close to the temperature of the heat block (stage) heated or cooled to a known temperature.

【0023】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。
Specifically, when the temperature calibration chamber is set at atmospheric pressure, it is possible to use a vacuum chuck on the stage to 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.

【0024】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。
When it is necessary to raise the temperature at the above-mentioned temperature calibration point, a problem such as oxidation of the surface of the target substrate occurs 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.

【0025】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。
When the temperature calibration chamber is set in a vacuum, in order to improve the heat conduction between the heat block and the base as described above, a heating or cooling gas is heated between the two at a pressure of 5 Pascal or more. By interposing as a conductive medium, the substrate temperature approaches the heat block in a relatively short time.

【0026】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。
For example, in an apparatus for forming a thin film on a substrate by a sputtering method, when the substrate in the atmosphere is taken into a vacuum processing tank, the moisture adsorbed on the surface of the substrate is sufficiently removed. For this reason, it is necessary to heat the substrate to 150 ° C. or higher, and conversely, it is necessary to lower the temperature of the substrate already heated to a film formation start temperature of about 50 ° C. in a vacuum chamber. There are cases where there is. In the case of the temperature increase and the temperature decrease, it is necessary to accurately measure the temperature each time the temperature is controlled, and it is necessary to calibrate the infrared radiation thermometer for measuring these temperatures in advance for each substrate. That is, before performing a predetermined vacuum processing, the substrate is heated or cooled to a known temperature in advance, the temperature of the substrate is measured by a first infrared radiation thermometer, and the substrate is used in a subsequent vacuum processing process based on the measurement result. A film forming apparatus having a function of calibrating one or a plurality of second infrared radiation thermometers, and having a need to accurately control the temperature of a substrate, such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus, is more electronically structured. A process suitable for parts can be realized.

【0027】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。
The measurement by the first and second infrared radiation thermometers described above can be performed at the same wavelength in the infrared region to enable more accurate calibration.

【0028】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。
Further, when the first infrared radiation thermometer at the above-mentioned known temperature is calibrated with a heated substrate, if the heating operation to the known temperature is performed in a vacuum, water adsorbed on the substrate can be removed. Can also be used as the so-called baking process, so that the scale of the apparatus can be reduced, which is sometimes preferable.

【0029】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。
For example, when raising the temperature of a substrate in a vacuum processing chamber of a sputtering apparatus, radiation heating by a lamp can be performed instead of using a heat block if an infrared radiation thermometer is calibrated in advance. A cheaper sputtering apparatus can be configured.

【0030】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。
When heating with a lamp is used in a vacuum processing chamber, since the light of the lamp may enter the infrared radiation thermometer as stray light, the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer is different from the wavelength radiated by the lamp. It is essentially preferred that the wavelength is within the specified wavelength range.

【0031】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。
When a silicon wafer is used as the substrate, for example, since the silicon wafer is almost transparent in the infrared region, it cannot be efficiently heated by a generally used infrared lamp containing quartz glass. In addition, since this type of infrared lamp tends to generate stray light with respect to the infrared radiation thermometer, it is more preferable to use a short wavelength lamp having a high absorption efficiency of a silicon wafer.

【0032】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。
If the temperature for starting film formation on the substrate in the vacuum processing chamber is lower than the baking heating temperature in vacuum for removing adsorbed moisture from the substrate, the baking is performed. Then, the substrate must be cooled to a predetermined temperature in a vacuum chamber and the substrate must be adjusted to a predetermined film formation start temperature. In order to realize such a film forming process with high accuracy, a stage having a first infrared radiation thermometer for performing temperature calibration in a temperature calibration chamber, and a stage for baking a substrate in a vacuum are provided. A stage for cooling to a temperature at which a predetermined film formation is started before further starting film formation;
Then, a sputtering apparatus having a second infrared radiation thermometer capable of accurately measuring the substrate temperature in the cooling stage by calculating and using a correction value obtained by the first infrared radiation thermometer is required.

【0033】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。
In order to observe the substrate with an infrared radiation thermometer, it is necessary to provide an observation through-hole (opening window) on the heating or cooling stage, but this causes non-uniformity in the temperature distribution of the substrate. Sometimes. In this case, the stage is divided into two in the same chamber, and both are adjusted to have the same temperature. That is, an opening window for observing the substrate temperature by an infrared radiation thermometer is provided on one of the heating or cooling stages. By providing an opening window on the other temperature measurement stage, and heating or cooling the substrate on one stage, and immediately transferring the substrate to the other stage and measuring the temperature, it is possible to reduce such non-uniformity. it can.

【0034】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。
By providing a plurality of temperature calibration points, more accurate control of the process temperature becomes possible. However, by providing a plurality of heating means or cooling means in the substrate temperature calibration chamber, calibration at a plurality of temperatures can be shortened. Can be done on time.

【0035】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。
In the case of an apparatus for forming a metal film by sputtering, an infrared ray radiated on a surface opposite to the surface on which the metal film formed on the substrate is observed is reflected. If not, the magnitude 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 by the shutter Since the radiated infrared rays are almost reflected, the difference in apparent infrared emissivity before and after the film formation can be significantly reduced.

【0036】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。
In the stage for heating or cooling the substrate, the substrate is close to the surface on the opposite side of the surface observed by the infrared radiation thermometer through the opening window of the stage and has sufficient wavelength for the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. By disposing a shutter mechanism whose main surface is formed by a member which is a mirror surface, stray light penetrating the base and entering the infrared radiation thermometer can be blocked.

【0037】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、上記目的は、成膜処理が施されるべき基体を温度管
理して前記基体上に成膜処理を行う成膜方法であって、
成膜処理前に、前記基体が成膜処理中及び処理後に呈す
る赤外線輻射特性を疑似的に起こさせ、前記基体の既知
の温度での輻射強度を第1の赤外線輻射温度計により測
定する工程と、前記既知の温度に基づく前記疑似的状態
にある基体からの輻射強度を測定した前記第1の赤外線
輻射温度計の出力から、第2の赤外線輻射温度計により
前記基体の温度を正しく獲得するための赤外線感度補正
値を演算して記憶手段に記憶する工程と、未知の温度条
件にある被測定対象の前記基体の成膜処理中及び処理後
に、前記基体の輻射強度を前記第2の赤外線輻射温度計
により測定する工程と、前記基体の輻射強度を測定する
前記第2の赤外線輻射温度計からの出力を、前記事前獲
得した赤外線感度補正値に基づき補正して前記基体の真
の温度を算出する工程と、前記算出した温度に従って、
基体を温度管理して成膜処理を行う工程とを有して成る
成膜方法により、達成される。
The present invention has been made on the basis of the above findings. The means for achieving the object will be specifically described below. The object of the present invention is to control the temperature of a substrate on which a film is to be formed. A film forming method for performing a film forming process on the substrate,
Before the film forming process, a step of causing the substrate to simulate infrared radiation characteristics exhibited during and after the film forming process, and measuring the radiation intensity of the substrate at a known temperature by a first infrared radiation thermometer. From the output of the first infrared radiation thermometer, which measures the radiation intensity from the substrate in the pseudo state based on the known temperature, to correctly obtain the temperature of the substrate by the second infrared radiation thermometer Calculating the infrared sensitivity correction value of the substrate and storing it in the storage means; and during and after the film formation processing of the substrate to be measured under unknown temperature conditions, the radiation intensity of the substrate is measured by the second infrared radiation. Measuring with a thermometer, and correcting the output from the second infrared radiation thermometer for measuring the radiation intensity of the substrate based on the previously acquired infrared sensitivity correction value, thereby obtaining the true temperature of the substrate. calculate And degree, according to the temperature that the calculated,
This is achieved by a film forming method including a step of performing a film forming process by controlling the temperature of the substrate.

【0038】そして好ましくは、上記成膜処理前に、上
記基体が成膜処理中及び処理後に呈する赤外線輻射特性
を疑似的に起こさせる工程を、基体が成膜処理を施され
る側の表面に、第1の赤外線輻射温度計の測定波長に対
して実質的に鏡面を構成する部材を近接させる工程とす
ることである。
Preferably, before the film forming process, a step of simulating the infrared radiation characteristic exhibited by the substrate during and after the film forming process is performed on the surface on which the substrate is subjected to the film forming process. And a step of bringing a member substantially constituting a mirror surface close to the measurement wavelength of the first infrared radiation thermometer.

【0039】[0039]

【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。
Before performing predetermined processing on a substrate in a vacuum processing chamber, the substrate is heated or cooled to a known temperature in a temperature calibration chamber, and the temperature of the substrate is measured by a first infrared radiation thermometer and a thermocouple. It measures and calculates the correction value of the infrared radiation thermometer, that is, the emissivity based on the measurement result.
Based on the calculation result, the temperature of the substrate in the subsequent vacuum processing chamber 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 in an accurately controlled temperature state.

【0040】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。
In the temperature calibration chamber, the first
By measuring the calibration temperature with the infrared radiation thermometer and the thermocouple at different temperatures, it is possible to control the process temperature in a wide temperature range when controlling the temperature of the substrate in the vacuum processing chamber thereafter. Will be possible.

【0041】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。
Further, by providing a plurality of means as a heating means or a cooling means for measuring the calibration temperature by the first infrared radiation thermometer and the thermocouple described above, calibration at a plurality of different temperatures can be performed in a shorter time. It can be carried out.

【0042】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。
In order to observe the substrate with an infrared radiation thermometer while heating or cooling the substrate, it is necessary to provide a through-hole (opening window) in the heating or cooling stage. Non-uniformity in distribution may occur. Therefore, as a countermeasure, it is possible to heat both the front and back surfaces of the base, but it is possible to divide the stage into two stages and to provide a stage dedicated to temperature control without providing an opening window on one of the substrate heating or cooling stages. The temperature measurement stage may be provided with an opening window, and the temperature may be measured by moving the substrate from one stage to the other stage when measuring the temperature.

【0043】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。
In the present invention, arranging 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. The first role is that in the case of an apparatus for forming a metal film by sputtering or CVD, the same infrared emissivity as the metal film is formed by this shutter is used regardless of the presence or absence of the metal film. Therefore, the difference in apparent infrared emissivity before and after film formation can be corrected, and correct temperature control of the substrate can be performed based on accurate temperature measurement. Another object of the present invention is to block stray light that penetrates a substrate and enters an infrared radiation thermometer, thereby preventing a measurement error due to the stray light.

【0044】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。
This shutter mechanism is indispensable especially for measuring the temperature of the substrate before film formation. Other operations that cannot be described here will be specifically described in the section of the embodiment.

【0045】[0045]

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0046】〈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。
<Embodiment 1> FIG. 1 is a schematic structural view showing an embodiment in which the vacuum processing apparatus of the present invention is applied to a sputtering film forming apparatus. In this embodiment, an example in which a silicon wafer is used as a substrate to be formed and an Al thin film is formed thereon by sputtering will be described as a typical example.

【0047】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。
The vacuum processing apparatus 1 of the present invention includes a substrate temperature calibration chamber 2 having a substrate temperature calibration stage 5, a substrate temperature adjustment chamber 3 having a substrate temperature adjustment stage 6 for heating and cooling the substrate, It comprises three chambers: a stage 7, an Al target 8, and a sputter deposition chamber 4 having a sputter electrode 9. These chambers are respectively gate valves GV1 and GV
Connected and independent by V2.

【0048】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。
Further, an exhaust system is connected to the substrate temperature calibration chamber 2 and the sputter film formation chamber 4, on the one hand, a predetermined vacuum state can be maintained, and, on the other hand, a predetermined gas is introduced from a gas inlet so that the substrate can be maintained. In the temperature calibration chamber 2, air or nitrogen gas can be introduced and set to atmospheric pressure.
The sputter deposition chamber 4 is configured so that an environment in which plasma is generated by a predetermined discharge by introducing a sputter gas can be set.

【0049】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1
1、14及び15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15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。
Further, each stage is provided with heating and cooling means as described later, and an opening window 19 comprising a through-hole for observing radiant infrared rays from the base 10 is provided. The first, second and third infrared radiation thermometers 1 are optically coupled through the opening window 19.
1, 14, and 15 are connected. The substrate temperature calibration stage 5 is provided with a thermocouple 12 for accurately measuring the temperature of the substrate temperature calibration stage 5. The output from each infrared radiation thermometer and the output from the thermocouple 12 are input to calculate the emissivity of the first infrared radiation thermometer 11, and the second and third infrared radiation are calculated based on the calculation result. It corrects the thermometers 14 and 15 to measure the correct temperature of the substrate 10 on each stage, and finally issues a command to set a predetermined stage temperature based on these measurement data to heat and cool each stage. A base temperature controller 13 is provided to control the temperature of the vacuum processing apparatus as a whole by setting and controlling the temperature of the stage to a predetermined value by feeding back to the means.

【0050】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。
The function of each chamber will be described. In the substrate temperature calibration chamber, the first infrared radiation thermometer 11 normally receives infrared radiation from the substrate 10 set at a known temperature higher than the film formation start temperature. Measure and calculate the emissivity to calibrate the infrared radiation thermometer. The substrate temperature adjustment chamber 3 has a temperature adjustment function before transferring the substrate to the next sputter deposition chamber 4, and the sputter deposition chamber 4 has a function of forming a film on the substrate by sputtering.

【0051】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。
Hereinafter, the temperature of each stage is controlled to
A specific example in which an Al thin film is sputter-deposited on the silicon wafer substrate 10 from the Al target 8 while maintaining 0 at a predetermined temperature will be described.

【0052】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。
First, in the substrate temperature calibration chamber 2 placed under the atmospheric pressure, the wafer 10 is heated stepwise on the calibration stage 5 to three temperature points of 200 ° C., 300 ° C., and 400 ° C. In addition, heating at these stages 5, 6, and 7,
The cooling method will be described later.

【0053】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。
The substrate 1 heated on the calibration stage 5
0 is connected to the first infrared radiation thermometer 11 and the thermocouple 12.
Observation and measurement are performed, and the arithmetic processing unit of the substrate temperature controller 13 obtains the indicated value of the temperature at each temperature stage. That is, the thermocouple 12
, The temperature of the calibration stage parallel to the substrate temperature is actually measured, and the emissivity at that time is measured with the infrared radiation thermometer 11 using the temperature as the substrate temperature, and this radiation is calculated by the arithmetic processing unit of the substrate temperature controller 13. Obtain an indication of temperature based on the rate.

【0054】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。
Since the temperature of the wafer 10 is previously set to a known temperature, the emissivity obtained from the first infrared radiation thermometer 11 can be calculated by back calculation. The processing temperatures of the temperature adjustment chamber 3 and the sputter deposition chamber 4 are determined by using this emissivity.
The emissivity is corrected and read from the third infrared radiation thermometers 14 and 15.

【0055】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。
When the emissivity calibration by the first infrared radiation thermometer 11 is completed, the inside of the substrate temperature calibration chamber 2 is evacuated to a vacuum state, and then the wafer 10 is opened by opening the gate valve GV1 to open the calibration chamber. 2 is transferred to a substrate temperature adjusting chamber 3 under vacuum, and is transferred to a second infrared radiation thermometer 1.
4, the temperature is measured. From the measurement result, the temperature of the stage 6 is adjusted by the substrate temperature controller 13 and the wafer 1 is adjusted.
Adjust the temperature of 0 to any temperature. In this example, 100
Set to ° C. After that, the wafer 10 is
V2 is opened, transported to the stage 7 of the sputtering film formation chamber 4 in a vacuum state, measured by the third infrared radiation thermometer 15, and based on the result, the temperature of the stage 7 is adjusted to an arbitrary temperature. The temperature of the base 10 is controlled to an arbitrary temperature to form a sputter film. In this example, the temperature was set to 250 ° C. to form an Al sputter film. After the sputter deposition, the wafer 10 was transferred to the calibration chamber 2 again, and the emissivity was re-calibrated, and the emissivity was used for correction in the temperature measurement during the subsequent sputter deposition. As a simple means for transferring between the chambers, for example, a transfer mechanism using a heat-resistant belt such as silicone rubber is used.

【0056】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。
Next, the outline of the structure of the stage on which the substrate is placed, the method of heating and cooling, and the method of measuring the emissivity of the wafer will be described using the example of the sputtering stage 7 with reference to FIG.

【0057】(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。
(1) Structure of substrate stage and method of heating and cooling: The sputter stage 7 has a built-in electric heater 18 for heating the stage, and transmits heat to the wafer in a vacuum, such as air or nitrogen gas. The structure has a structure in which the heat transfer gas flows, and a clamp 17 for uniformly bringing the heat transfer gas into contact with the wafer is provided. Further, there is provided an opening window 19 constituting a radiation observation cavity for measuring the temperature of the wafer with the infrared radiation thermometer 15. When cooling the wafer, although not shown, a stage is cooled by circulating a cooling medium such as freon instead of the heater 18,
The wafer is cooled by the heat transfer gas as described above.

【0058】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。
In the calibration stage 5, since the inside of the chamber is at atmospheric pressure, vacuum evacuation is performed without using heat transfer gas, and heat transfer is performed by heat conduction while maintaining close contact with the stage by means of a vacuum chuck. .

【0059】(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。
(2) Measurement of emissivity: Next, a method of measuring the temperature of the wafer base using an infrared radiation thermometer will be described.
In the present embodiment, the infrared radiation thermometers 11, 14, and 15 are installed below each stage to set the temperature on the back side of the wafer, and stray light from each chamber does not enter the infrared thermometer. As described above, the stray light blocking cylinder 16 is provided between each stage and the infrared radiation thermometer.

【0060】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。
In this embodiment, the processing in a vacuum is a film formation of Al on a substrate by sputtering. When the substrate receives the Al metal film, the emissivity is greatly increased by the amount reflected from the Al film. Therefore, the emissivity obtained by measuring the film forming process in the substrate temperature calibration chamber cannot be used in the subsequent film forming process.

【0061】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。
In the present invention, the wafer on which the film forming process has been completed is heated again to a preset known temperature in the calibration chamber, the emissivity is measured again on a new surface, and recalibration is performed. Thus, for example, the wafer temperature immediately after the film formation can be correctly measured by measuring the wafer immediately after the film formation by an infrared radiation thermometer and calculating the correct emissivity by the (second) emissivity measurement after the film formation. It is possible to know.

【0062】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。
For example, if the temperature of the wafer immediately after the film formation is too high, the setting of the heating conditions is changed so as to reduce the amount of substrate heating performed during or before the film formation.

【0063】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。
When it is desired to lower the temperature immediately after the end of film formation without changing the set temperature at the start of film formation, gas cooling is performed on the substrate stage and the gas pressure on the back surface of the substrate is adjusted. The setting of substrate cooling during film formation can be changed during film formation.

【0064】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。
In the above embodiment, an example was described in which a silicon wafer was used as a substrate and an Al thin film was formed on the back surface by sputtering. However, since the temperature of the substrate could be controlled with high precision via a stage, reproducibility within the wafer was obtained. However, good crystallinity was obtained, and high-quality film formation was achieved.

【0065】〈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。
<Example 2> When a metal film is formed on the opposite side of the substrate 10 observed by an infrared radiation thermometer, the value of the apparent infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film. FIG. 3 shows an example in which a second temperature calibration chamber 32 is added to the sputter film formation chamber 4 of FIG. 1 to calibrate the infrared emissivity of the substrate after film formation in the sputtering apparatus for such a purpose. It is shown.

【0066】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。
During the film formation by sputtering, the temperature of the substrate is measured by the infrared radiation thermometer 15. However, in this case, since the metal film has already been formed on the surface of the base 10, the correction value of the infrared emissivity obtained in the base temperature calibration stage 2 cannot be used. For this purpose, after the sputter deposition, the substrate 10 is transferred from the sputter deposition chamber 4 to the second temperature calibration chamber 32, and heated or cooled to a predetermined temperature by the heating or cooling stage 33 similarly to the temperature calibration chamber 2, Infrared radiation thermometer 3
The temperature is measured by the thermocouple 4 and the thermocouple 35, and the infrared emissivity of the substrate 10 after film formation at a predetermined temperature is calculated from the indicated values of both. By correcting the temperature data obtained during the film formation with this value, the temperature of the substrate during the film formation can be accurately obtained. If the temperature of the substrate 10 during the film formation obtained in this way is higher than a predetermined value, the heating means or the cooling means of the substrate temperature adjusting chamber 3 is appropriately adjusted in order to appropriately adjust the temperature of the substrate. By applying the feedback, it is possible to appropriately perform a film forming process on the next substrate.

【0067】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。
The temperature calibration chamber for calibrating the infrared emissivity of the substrate after film formation is not necessarily the temperature calibration chamber 2 for calibrating the infrared emissivity of the substrate before film formation as in this example. There is no need to prepare them separately. That is, after forming a film in the sputtering film forming chamber 4, the substrate is again transferred to the temperature calibration chamber 2 through the substrate temperature adjusting chamber 3.
Then, the infrared ray emissivity may be calibrated in the same manner as in the second temperature calibration chamber 32.

【0068】〈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。
<Embodiment 3> In Embodiments 1 and 2 described above, the emissivity of the substrate changes when the substrate is formed into a film, so that the emissivity needs to be re-calibrated again. This point is improved, and the correction of the infrared radiation thermometer can be performed by using the emissivity as a reference in the subsequent film forming process by one-time emissivity calibration.

【0069】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。
This embodiment also describes an apparatus example in which aluminum Al is formed on a silicon wafer substrate by sputtering, as in the first embodiment.

【0070】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。
FIG. 4 is a schematic structural view of a sputtering apparatus, which is basically the same as FIG. 1, but in this example, as will be described in detail later, a substrate 10 mounted on each stage That is, the shutters 20, 21, and 22 are arranged close to each other.

【0071】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。
The substrate 10 is first heated or cooled to a predetermined temperature by the heating or cooling stage 5 in the temperature calibration chamber 2, and the temperature is measured by the first infrared radiation thermometer 11 and the thermocouple 12, and the indicated values of both are measured. The infrared emissivity of the substrate 10 at a predetermined temperature is calculated from the following equation. When a metal film is formed by sputtering on the side of the substrate opposite to the side observed by the infrared thermometer, the apparent value of the infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film. The difference in apparent infrared emissivity due to the presence or absence can be reduced.

【0072】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。
The measurement by the infrared radiation thermometer 11 is performed with the shutter 20 closed.

【0073】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。
Next, the substrate 10 is transferred from the temperature calibration chamber 2 to the substrate temperature adjusting chamber 3, and the temperature of the substrate 10 is measured by the second infrared radiation thermometer 14 while heating or cooling on the heating or cooling stage 6. By adjusting the temperature of the heating or cooling stage 6 to a predetermined temperature through the substrate temperature controller 13 by correcting the emissivity of the substrate 10 at the predetermined temperature obtained in the calibration chamber 2, the temperature of the substrate 10 is controlled to a predetermined temperature. Control the temperature. The measurement is also performed on the thermometer side of the substrate temperature adjustment chamber 3 with the shutter 21 closed as in the case of the temperature calibration chamber 2.

【0074】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。
After that, the substrate 10 is
And heated or cooled by the sputter stage 7. At this time, the shutter 22 is closed on the base, the temperature of the base 10 is measured by the third infrared radiation thermometer 15, and the correct temperature is known by correcting the emissivity of the base 10 obtained in the calibration chamber 2. Can be. Further, by knowing the correct temperature in this way, the substrate temperature controller 1
The temperature of the heating or cooling stage 7 is adjusted to a predetermined temperature through 3 and the temperature of the base 10 is controlled to a predetermined temperature to start sputtering film formation. After the film formation is completed, the substrate 10 is returned to the substrate temperature adjustment chamber 3, and the temperature is measured by the second infrared radiation thermometer 14 while being heated or cooled by the stage 6. At this time, the temperature of the stage 6 is adjusted to a predetermined temperature through the substrate temperature controller 13 by correcting the emissivity of the substrate at the predetermined temperature obtained in the calibration chamber 2 to set the substrate temperature to the predetermined value. I do. Thereafter, the substrate is carried out of the vacuum processing apparatus 1 through the temperature calibration chamber 2 and proceeds to the next step.

【0075】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。
The temperature of the substrate 10 is measured at a plurality of temperatures by the first infrared thermometer 11 and the thermocouple 12 in the substrate temperature calibration stage 2, and the second and third infrared radiation thermometers 14 and 15 are measured. Use allows for more accurate control of the process temperature. Although not shown, by providing a plurality of means for heating or cooling the substrate for measurement with the first infrared radiation thermometer 11 for substrate temperature calibration, the temperature of the substrate at a plurality of similar temperatures can be reduced. Calibration can be performed in a shorter time.

【0076】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。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the sputtering stage 7 of FIG. 4 as a typical example of the stage. The configuration of the stage is basically the same as the example in FIG. 2, except that a shutter 22 is provided near the upper part of the base 10 in the present embodiment.

【0077】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。
That is, when a metal film is formed by sputtering on the side of the substrate opposite to the side observed by the infrared thermometer,
The value of the apparent infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film, but since the installation of this shutter can reduce the difference in the apparent infrared emissivity due to the presence or absence of the film,
As shown in FIG. 3, the measurement by the infrared thermometer for temperature calibration does not need to be performed twice before and after the film formation by arranging the second temperature calibration chamber 32 or the like, so that only one measurement is required.

【0078】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。
This shutter has an openable and closable mechanism that closes the surface of the substrate during temperature measurement and opens during film formation. For example, a stainless steel disk is supported on a rotatable drive shaft. It is configured to open and close by rotating a shaft.

【0079】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。
Further, since the silicon wafer substrate 10 is almost transparent to infrared rays, stray light penetrates the substrate and enters the infrared radiation thermometer, which may lower the temperature measurement accuracy of the substrate. As a countermeasure, in this example, a shutter 22 whose main surface is formed by a member which is close to the base on the side opposite to the side observed by the infrared thermometer and which is sufficiently specular with respect to the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. During the temperature measurement of the base 10 by the infrared radiation thermometer 15, the stray light is blocked so as not to enter.

【0080】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。
As described above, the role of the shutter mechanism is to firstly correct the increase in the apparent emissivity due to the radiation light from the wafer reflected by the metal film when the metal film is formed on the wafer substrate. The second is to block stray light.

【0081】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。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the stage 6 in FIG. 4, and has basically the same configuration as the stage 7 in FIG. The stage 6 has a built-in heater 18 and has a structure in which a heat transfer gas flows in a space between the stage 6 and the base 10 in a vacuum, and a clamp 17 for bringing the heat transfer gas into uniform contact with the base. is set up. Base 1
An opening window 19 for measuring a temperature of 0 with an infrared radiation thermometer 14 and a stray light blocking cylinder 16 are connected.
Window plates 23 and 24 made of a material that transmits infrared rays are attached to both ends of 6. Further, the cylinder 16 is heated and cooled by water so as not to become a source of stray light. In order to further reduce the influence of the stray light, the inner wall of the cylinder 16 can be subjected to black body processing. Also, in this example, the shutter 21 is located close to the base 10 as in FIG.
Are arranged.

【0082】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。
The shutter may have any structure as long as it has (1) a mirror surface having the same infrared reflectance as the deposited metal film and (2) a stray light blocking function. Various configurations can be adopted, such as a configuration in which the shutter can be opened and closed in synchronization with the temperature measurement timing, or a configuration in which a fixed shutter is provided in one region of the chamber and the substrate is moved below the shutter during measurement.

【0083】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。
FIG. 7 is a characteristic curve showing the difference in the infrared emissivity of the silicon wafer base with and without the shutter.
FIG. 7A is a comparative example without a shutter, and FIG.
4 shows the measurement results of the present example in which a shutter was provided. As apparent from this, the apparent infrared emissivity of the wafer before the aluminum Al film formation (without the Al film) in FIG.
Although the apparent infrared emissivity of the wafer after film formation (with an Al film) is smaller than the apparent infrared emissivity of the wafer, by installing a shutter on the wafer before the Al film formation, FIG.
As shown in (b), the apparent infrared emissivity was almost equal to that of the wafer after the Al film formation. Thus, it can be seen that by measuring the substrate temperature using the shutter, measurement can be performed at a constant emissivity.

【0084】〈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。
<Embodiment 4> If the temperature distribution of the substrate becomes uneven due to the opening window 19 for measuring the infrared temperature of the substrate on the heating or cooling stage, a through hole (opening window) as shown in FIG. After the base 10 is heated or cooled by a stage 25 dedicated to heating or cooling separately provided at a location remote from the base 19, the base 10 is transported to a stage having an opening window 19, and the temperature is measured by an infrared radiation thermometer 27. The measurement can be performed in a state where the temperature distribution of the base 10 is more uniform.

【0085】〈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。
Embodiment 5 When heating or cooling of the substrate is performed only from one of the front surface and the rear surface, a temperature difference occurs between the front surface and the rear surface of the substrate. Therefore, as shown in FIG. 9, the heating or cooling means 28, 2
The provision of 9 makes it possible to reduce the temperature difference between the two surfaces. This can also reduce the non-uniformity of the temperature distribution on the substrate due to the opening window 19.

【0086】〈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。
<Embodiment 6> Another embodiment in which an aluminum Al film is formed on a silicon wafer substrate 10 by sputtering using the sputtering apparatus 1 of FIG. 4 will be described.

【0087】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。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Al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Cuの折出を抑制することができ
た。
The silicon wafer substrate 10 is heated to 500 ° C. in the temperature calibration chamber 2 to remove adsorbed moisture and the like, measured by the thermocouple 12 and calibrated for the emissivity of the infrared radiation thermometer 11 based on the temperature. Then, the wafer is transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3. The wafer substrate 10 transported to the substrate temperature adjustment chamber 3 is measured by an infrared radiation thermometer 14, cooled to a predetermined 200 ° C. by controlling the temperature of the stage 6, and transported to the sputter deposition chamber 4. The substrate 10 is sputtered in the sputtering film forming chamber 4 according to a temperature profile as shown in FIG. Target 8 is 1% Si-3% Cu-
An Al composition was used. First, the temperature of the substrate 10 is controlled to 230 ° C., and the first
And then temporarily stop the sputtering,
The substrate is transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3. In the substrate temperature adjusting chamber 3, the temperature of the substrate 10 is controlled to be heated to 300 ° C. to grow the crystal grains of the Al film obtained by the first sputter deposition to improve the orientation and the like. Next, the substrate is transported again to the sputtering film forming chamber 4, and after setting the substrate temperature to about 400 ° C., the second sputtering film formation is restarted and the film is formed to a film thickness of about 1 μm. As a result, an Al sputtered film having large crystal grains and good orientation can be obtained. After the sputtering, the substrate is immediately transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3 and rapidly cooled to about 50 ° C. Thereby, the deposition of Si and Cu in the Al sputtered film could be suppressed.

【0088】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。
In the above embodiment, an example was described in which a silicon wafer was used as a base and an Al thin film was formed on the surface by sputtering. However, since the temperature of the base could be controlled with high precision via a stage, the reproducibility in the wafer was high. However, good crystallinity was obtained, and a film having excellent quality could be achieved. For example, when heating a thin film having a thickness of several hundred degrees 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, which can know an accurate temperature.

【0089】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。
The vacuum processing apparatus according to the present invention is not limited to the above-described sputtering apparatus, and may be a CVD (Chemicai Vapor Depositi).
It is needless to say that the present invention can be applied to a film forming apparatus according to on).

【0090】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。
For example, this is effective when a silicon wafer substrate is used as a base and a tungsten film is formed on the substrate by a known method by CVD.

【0091】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。
In any of the film forming apparatuses of this type, the precision of controlling the temperature of the substrate affects the quality of the film to be formed. Therefore, the film forming apparatus of the present invention can sufficiently respond to such a problem.

【0092】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。
Note that a film forming apparatus can be realized by using a vacuum processing chamber as a film forming processing chamber as in the above embodiment. However, this vacuum processing chamber can be replaced by a dry etching process such as plasma etching. And the temperature control of the substrate to be etched can be easily realized as in the above embodiment.

【0093】[0093]

【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、これ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 control the temperature of a substrate in a vacuum.
In addition, since the temperature during film formation can be easily controlled, a high-quality film can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the 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。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a partial cross-section of a vacuum processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】スパッタステージの一例を示す概略断面構成
図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a sputtering stage.

【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。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing a partial cross section of a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a partial cross-sectional block diagram schematically illustrating a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a sputtering stage and a substrate temperature adjustment stage each provided with a shutter mechanism.

【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。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a sputtering stage and a substrate temperature adjustment stage each provided with a shutter mechanism.

【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。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing temperature measurement results depending on the presence or absence of a shutter.

【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。
FIG. 8 is a sectional view of a stage according to another embodiment of the present invention in which the stage is divided into two in the same chamber.

【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。
FIG. 9 is a sectional view of a stage in which temperature control means are provided on both surfaces of a base.

【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。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing one temperature profile during film formation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum processing apparatus, 2 ... Substrate temperature calibration chamber, 3 ... Substrate temperature adjustment chamber, 4 ... Sputter deposition chamber, 5 ... Substrate temperature calibration stage, 6 ... Substrate temperature adjustment stage, 7 ... Sputter stage, 8 ... Target, 9: Sputtering electrode, 10: Substrate, 11, 14, 15: Infrared radiation thermometer, 13: Substrate temperature controller, 16: Stray light blocking cylinder, 19: Open window, 20-22: Shutter, GV1, GV2: Gate valve.

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年12月15日[Submission date] December 15, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 成膜方法[Title of the Invention] Deposition method

【特許請求の範囲】[Claims]

【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を用いた成膜方法に係り、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
用いた成膜方法に関するものである。
The present invention relates to relates to a film deposition method using the vacuum processing apparatus for performing various processes on the substrate in a vacuum, particularly suitable vacuum processing apparatus used in the manufacturing process of the semiconductor device <br />.

【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, it is important to accurately control a process temperature in order to realize a well-controlled reaction or the like. A representative example of a process apparatus in which the temperature is the most important setting condition is a so-called furnace such as an oxidation furnace. The inside of this kind of furnace is an oxidizing atmosphere replaced with the atmosphere. In this case, the replacement atmosphere is at or above atmospheric pressure, and for example, a silicon wafer in the furnace body is heated by radiation from a heater installed around a quartz tube and heat conduction by the atmospheric pressure atmosphere in the quartz tube. . That is, since there is a medium for conducting heat, the temperature can be measured relatively accurately using a measuring element 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。
Further, as an example in which a heat conductive medium is not used, a photoresist baking apparatus used in a step of applying a photoresist used as a mask in an etching step can be exemplified. 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 atmospheric pressure using a vacuum chuck. Therefore, 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 measuring element such as a thermocouple attached to the heat block. Many semiconductor manufacturing processes rely on highly pure materials and well-controlled reactions in a dust-free environment, often requiring processing in a vacuum.

【0004】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。
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
る媒体が存在せず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。
That is, in the heating by the lamp heater, the medium is not heated, and the wafer is heated only by the radiation. Therefore, as is well known, only a small absorption occurs on the metal mirror surface, and a large absorption occurs on the black body. Occurs, and as a result, the degree of heating greatly differs depending on the surface state of the wafer to be heated.

【0006】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。
Attempts have been made to accurately measure the temperature of the wafer during the process by attaching a thermocouple to the wafer. However, in order to measure the temperature of the wafer while the thermocouple is in point contact with the wafer, the temperature of the thermocouple is measured. It is difficult to stabilize the contact state to a constant level, and the measurement temperature has a drawback of poor reproducibility.

【0007】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。
When a wafer is heated by infrared radiation, the wafer is almost transparent in a wide range of the infrared region, so that heat is not transmitted to the thermocouple only by conduction from the wafer, but the thermocouple itself is heated. In some cases, the wafer may be heated by a lamp heater, and it is difficult to accurately measure the temperature of the wafer.

【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
を制御・管理することができる。
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 set in a vacuum atmosphere, and the back surface of the silicon wafer is connected to the heat block. By filling the gas with a pressure of about 1 Torr in between, the temperature of the wafer is equilibrated with the temperature of the heat block. Also in this case, the temperature of the wafer can be controlled and managed by a temperature measuring element 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。
However, in this example, since the wafer is clamped to the heat block with a small force as compared with the use of a vacuum chuck under atmospheric pressure, the uniformity and reproducibility of the temperature are not sufficient. The biggest disadvantage is that the heat transfer medium 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】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。
As described above, whichever heating means is used, the temperature of the wafer must be measured in a non-contact manner in a vacuum. As one of the methods, there has been proposed a method of measuring a radiation intensity from a wafer in an infrared region using an infrared thermometer.

【0011】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。
That is, in this method, a wafer is placed on a heat stage and heated in a sputtering apparatus.
The temperature of the wafer is measured by an infrared thermometer through a through hole formed in a target placed opposite to the wafer. In other words, the infrared emissivity of the wafer at a specific temperature is measured in advance with the calibration sample, and the wafer temperature during sputtering is controlled based on the measured value.

【0012】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] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-129966 can be cited as one related to this kind of technology.

【0013】[0013]

【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。また、金属膜を成膜する場合には鏡面が形成
され、非常に小さな輻射率となり、測定が難しくなる場
合もある。
However, in this method, since the emissivity of the wafer is not always constant as described below, it is difficult to accurately measure the temperature, and there are some problems. That is, the same metal as the target material is used for the calibration sample,
For example, a silicon wafer formed by depositing aluminum of several hundred degrees is used, but the infrared emissivity from the wafer surface varies depending on the presence or absence of a metal film on the surface of the wafer to be observed by an infrared thermometer. Can not do. When a metal film is formed, a mirror surface is formed.
The emissivity is very low, making measurement difficult.
In some cases.

【0014】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。
Further, even after the start of film formation, accurate temperature measurement cannot be performed until a film is formed to a certain thickness (for example, 500 to 1000 ° of aluminum).

【0015】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。
In order to accurately measure the temperature of a wafer in a vacuum and to control the temperature associated therewith, even if a wafer on which the same metal film is formed has a difference in infrared emissivity depending on the product lot, calibration is performed as in this example. In a method in which a separate wafer is prepared, accurate temperature control cannot be performed because the wafer is not a wafer on which a film is actually formed.

【0016】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。
As described above, in the vacuum processing apparatus conventionally used, various temperature control means are used, but none of them can accurately control the temperature of the process.

【0017】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。
In other words, an ideal method of controlling the temperature of a wafer using an infrared thermometer is to calibrate the infrared thermometer using the wafer itself on which a film is actually formed, and to detect infrared radiation based on the presence or absence of the film and its state. This is a method that can be measured without being affected by the difference in rate. However, there has not yet been proposed any practical one.

【0018】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、真空中での基体の温度を
正確に計測し、制御できる真空処理装置を用いた改良さ
れた成膜方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an improved film forming method using a vacuum processing apparatus capable of accurately measuring and controlling the temperature of a substrate in a vacuum. Is to provide.

【0019】[0019]

【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 object, the present inventors have conducted studies as described in detail below and obtained various findings.

【0020】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、基体ご
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、温度校正ステージ以降、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、温度校正ステージ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。
That is, in the present invention, calibration is performed for each substrate (for example, a silicon wafer) in order to use an infrared radiation thermometer as a main temperature measuring means. Specifically, before processing the substrate by the target vacuum processing apparatus,
Then , heating or cooling to a known temperature is performed, and the temperature of the base is measured at a temperature of one or more points by a 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 is corrected after the temperature calibration stage . Specifically, knowing this correction value in advance, for example, coarse correction,
Alternatively, if the target is a narrow temperature range, the calibration of the infrared radiation thermometer after the temperature calibration stage is performed using a simple coefficient. When there are a plurality of temperature calibration points, there is a method of taking in the respective temperature calibration data into a computer and performing a calculation for correction.

【0021】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。
The above-mentioned temperature calibration stage 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 simplified, but also
The temperature of the target wafer can be more easily brought close to the temperature of the heat block (stage) heated or cooled to a known temperature.

【0022】具体的には、温度校正ステージを大気圧下
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。温度校正を行う部分
は、所謂スパッタ装置本体に近接して設ける必要もな
く、またスパッタ装置本体に組み込む必要もない。
Specifically, when the temperature calibration stage is set at atmospheric pressure, it is possible to use a vacuum chuck for the stage to bring the base into close contact with a heat block having a larger heat capacity than the base. By doing so, the temperature of the substrate can be brought closer to the heat block temperature more accurately and in a short time. Temperature calibration section
Need not be provided close to the so-called sputtering device body.
And it is not necessary to incorporate it into the main body of the sputtering apparatus.

【0023】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、温度校正ステ
ージのある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。
[0023] When the need to take high temperature of the calibration point as described above, depending on the atmosphere than problems such as the surface of the substrate of interest is oxidized occurs, temperature calibration stearate
It is more preferable that the atmosphere of the chamber having the gaseous atmosphere be an atmosphere replacing the atmosphere, for example, a nitrogen or argon atmosphere.

【0024】温度校正ステージ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 stage is set in a vacuum, in order to improve the heat conduction between the heat block and the substrate as described above, a heating or cooling gas is applied between the two at a pressure of 5 Pascal or more. By interposing as a conductive medium, the substrate temperature approaches the heat block in a relatively short time.

【0025】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
度を測定するなどして、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。
For example, in an apparatus for forming a thin film on a substrate by sputtering, when the substrate in the atmosphere is taken into a vacuum processing tank, moisture adsorbed on the surface of the substrate is sufficiently removed. For this reason, it is necessary to heat the substrate to 150 ° C. or higher, and conversely, it is necessary to lower the temperature of the already heated substrate in the vacuum chamber to the film formation start temperature. is there. In the case of temperature rise and temperature decrease, accurate temperature measurement is required every time temperature control is performed.
It is necessary to calibrate the infrared radiation thermometer for measuring these temperatures in advance for each substrate. That is heated to a substrate in advance to a known temperature before performing the predetermined vacuum processing was cooled, such as by measuring the substrate temperature by the first infrared radiation thermometer, vacuum the subsequent process based on the measurement result A function capable of calibrating one or more second infrared radiation thermometers used in the process,
If a film forming apparatus, such as a sputtering apparatus or a CVD apparatus, that needs to accurately control the temperature of the substrate is configured, a process more suitable for electronic components can be realized.

【0026】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。
The above-mentioned measurements by the first and second infrared radiation thermometers can be performed at the same wavelength in the infrared region to enable more accurate calibration.

【0027】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。
When the first infrared radiation thermometer at the known temperature is calibrated with a heated substrate, if the heating to a known temperature is performed in a vacuum, water adsorbed on the substrate can be removed. Can also be used as the so-called baking process, so that the scale of the apparatus can be reduced, which is sometimes preferable.

【0028】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。
For example, when raising the temperature of a substrate in a vacuum processing chamber of a sputtering apparatus, if the infrared radiation thermometer is calibrated in advance, instead of using a heat block, radiation heating by a lamp can be performed. A cheaper sputtering apparatus can be configured.

【0029】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。
When heating with a lamp is used in a vacuum processing chamber, since the light of the lamp may enter the infrared radiation thermometer as stray light, the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer is different from the wavelength radiated by the lamp. It is essentially preferred that the wavelength is within the specified wavelength range.

【0030】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
赤外線ランプでは高効率な加熱ができない。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, the silicon wafer is almost transparent in the infrared region, so that the infrared lamp containing quartz glass, which is widely used, cannot perform highly efficient heating. As a lamp
It is more preferable to use a silicon wafer having a short wavelength having a high absorption efficiency.

【0031】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第2の放射温度計の温度
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。
If the temperature for starting film formation on the substrate in the vacuum processing chamber is lower than the baking heating temperature in vacuum for removing adsorbed moisture from the substrate, the baking is performed. Then, the substrate must be cooled to a predetermined temperature in a vacuum chamber and the substrate must be adjusted to a predetermined film formation start temperature. In order to realize such a film forming process with high accuracy, a stage provided with a first infrared radiation thermometer for performing temperature calibration of a second radiation thermometer in a temperature calibration chamber, and a stage provided in a vacuum. A stage for baking the substrate,
Further, a stage for cooling to a temperature at which a predetermined film formation is started before the film formation is started, and a substrate temperature at the cooling stage is accurately calculated and calculated by using a correction value obtained by a first infrared radiation thermometer. A sputtering apparatus having a second infrared radiation thermometer capable of measuring the temperature is required.

【0032】基体を赤外線輻射温度計にて観察する際、
金属膜表面を観察すると前述の通り輻射率が小さいため
に測定が難しいので、金属膜を形成する面と反対の面を
観察することが望ましい。その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。
When observing the substrate with an infrared radiation thermometer ,
Observation of the metal film surface shows that the emissivity is small as described above.
Measurement is difficult, so the surface opposite to the surface on which the metal film is
It is desirable to observe. For this purpose, it is necessary to provide a through hole (opening window) for observation on the heating or cooling stage, but this may cause non-uniformity in the temperature distribution of the substrate. In this case, the stage is divided into two in the same chamber, and both are adjusted to have the same temperature. That is, an opening window for observing the substrate temperature by an infrared radiation thermometer is provided on one of the heating or cooling stages. By providing an opening window on the other temperature measurement stage, and heating or cooling the substrate on one stage, and immediately transferring the substrate to the other stage and measuring the temperature, it is possible to reduce such non-uniformity. it can.

【0033】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。
By providing a plurality of temperature calibration points, more accurate control of the process temperature becomes possible, but by providing a plurality of heating means or cooling means in the substrate temperature calibration chamber, calibration at a plurality of temperatures can be shortened. Can be done on time.

【0034】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、
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、以下に
述べる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 the apparatus for forming a metal film by sputtering, for reflecting infrared radiation radiated in the opposite surface to the surface on which the metal film formed on the substrate is observed, the film
The presence or absence of different size of the radiation incident on the infrared radiation thermometer, but the apparent infrared emissivity is different, the following
Since the shutter described above almost reflects infrared rays radiated to the surface of the substrate opposite to the surface observed by the infrared radiation thermometer, the difference in apparent infrared emissivity before and after film formation can be significantly reduced. .

【0035】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。
In the stage for heating or cooling the substrate, the substrate is brought into close proximity to the surface opposite to the surface observed by the infrared radiation thermometer through the opening window of the stage and has a sufficient wavelength for the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. By disposing a shutter mechanism whose main surface is formed by a member which is a mirror surface, stray light penetrating the base and entering the infrared radiation thermometer can be blocked.

【0036】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、上記目的は、成膜処理が施されるべき基体を温度管
理して前記基体上に成膜処理を行う成膜方法であって、
成膜処理前に、前記基体が成膜処理中及び処理後に呈す
る赤外線輻射特性を疑似的に起こさせ、前記基体の既知
の温度での輻射強度を第1の赤外線輻射温度計により測
定する工程と、前記既知の温度に基づく前記疑似的状態
にある基体からの輻射強度を測定した前記第1の赤外線
輻射温度計の出力から、第2の赤外線輻射温度計により
前記基体の温度を正しく獲得するための赤外線感度補正
値を演算して記憶手段に記憶する工程と、未知の温度条
件にある被測定対象の前記基体の成膜処理中及び処理後
に、前記基体の輻射強度を前記第2の赤外線輻射温度計
により測定する工程と、前記基体の輻射強度を測定する
前記第2の赤外線輻射温度計からの出力を、前記事前獲
得した赤外線感度補正値に基づき補正して前記基体の真
の温度を算出する工程と、前記算出した温度に従って、
基体を温度管理して成膜処理を行う工程とを有して成る
成膜方法により、達成される。
The present invention has been made on the basis of the above findings. The means for achieving the object will be specifically described below. The object of the present invention is to control the temperature of a substrate on which a film is to be formed. A film forming method for performing a film forming process on the substrate,
Before the film forming process, a step of causing the substrate to simulate infrared radiation characteristics exhibited during and after the film forming process, and measuring the radiation intensity of the substrate at a known temperature by a first infrared radiation thermometer. From the output of the first infrared radiation thermometer, which measures the radiation intensity from the substrate in the pseudo state based on the known temperature, to correctly obtain the temperature of the substrate by the second infrared radiation thermometer Calculating the infrared sensitivity correction value of the substrate and storing it in the storage means; and during and after the film formation processing of the substrate to be measured under unknown temperature conditions, the radiation intensity of the substrate is measured by the second infrared radiation. Measuring with a thermometer, and correcting the output from the second infrared radiation thermometer for measuring the radiation intensity of the substrate based on the previously acquired infrared sensitivity correction value, thereby obtaining the true temperature of the substrate. calculate And degree, according to the temperature that the calculated,
This is achieved by a film forming method including a step of performing a film forming process by controlling the temperature of the substrate.

【0037】そして好ましくは、上記成膜処理前に、上
記基体が成膜処理中及び処理後に呈する赤外線輻射特性
を疑似的に起こさせる工程を、基体が成膜処理を施され
る側の表面に、第1の赤外線輻射温度計の測定波長に対
して実質的に鏡面を構成する部材を近接させる工程とす
ることである。
Preferably, before the film forming process, a step of simulating the infrared radiation characteristic exhibited by the substrate during and after the film forming process is performed on the surface on which the substrate is subjected to the film forming process. And a step of bringing a member substantially constituting a mirror surface close to the measurement wavelength of the first infrared radiation thermometer.

【0038】また、上記目的は、基体が既知の状態量を
持つ状態において、前記基体が所望の処理を施されてい
る時に持つ物理特性を疑似させ、その時の疑似基体の物
理量を測定することによって得られる物理量を獲得し、
これを記憶手段に記憶し、基体が未知の状態を持つ処理
中に、基体の物理量を測定し、基体から得られた測定値
を、事前に獲得した前記疑似基体の物理特性に基づき補
正して、真の状態量を算出し、所望の処理が施されるべ
き基体を状態管理して処理を行う基体の処理方法によっ
ても達成される。
Further , the above object is to provide a substrate having a known state quantity.
In a state where the substrate has been subjected to a desired treatment.
Simulate the physical properties of the object at the time
Obtain the physical quantity obtained by measuring the physical quantity,
This is stored in the storage means, and the process in which the substrate has an unknown state
During the measurement of the physical quantity of the substrate, the measured value obtained from the substrate
Is supplemented based on the physical properties of the pseudo substrate obtained in advance.
Correct, calculate the true state quantity, and perform the desired processing.
Depending on the substrate processing method,
Is also achieved.

【0039】[0039]

【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、温度校正ステージ内においては、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によりウ
ェハからの輻射強度を測定し、熱電対によって基体の温
度と平衡したステージ温度を測定し、その測定結果に基
づいて赤外線輻射温度計の補正値、或いは輻射率を演算
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。
[Action] Before performing predetermined processing on a substrate in a vacuum processing chamber, in the temperature calibration stage, the first infrared radiation thermometer is heated or cooled substrate to a known temperature c
Measure the radiation intensity from the wafer and use a thermocouple to measure the temperature of the substrate.
The stage temperature equilibrated with the temperature is measured, and the correction value of the infrared radiation thermometer or the emissivity is calculated based on the measurement result. Based on the calculation result, the temperature of the substrate in the subsequent vacuum processing chamber 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 in an accurately controlled temperature state.

【0040】また、温度校正ステージにおいては、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。
In the temperature calibration stage , the first
By measuring the calibration temperature with the infrared radiation thermometer and the thermocouple at different temperatures, it is possible to control the process temperature in a wide temperature range when controlling the temperature of the substrate in the vacuum processing chamber thereafter. Will be possible.

【0041】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。
Further, by providing a plurality of means as a heating means or a cooling means for measuring the calibration temperature by the first infrared radiation thermometer and the thermocouple described above, calibration at a plurality of different temperatures can be performed in a shorter time. It can be carried out.

【0042】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つ用い、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。
In order to observe the substrate with an infrared radiation thermometer while heating or cooling the substrate, it is necessary to provide a through-hole (opening window) in the heating or cooling stage. Non-uniformity in distribution may occur. So as the countermeasure, it is also possible so as to heat the substrate both sides, using two stages, the one substrate heating or cooling stage to a temperature control dedicated stage without providing the opening window, the other The temperature measurement stage may be provided with an opening window, and the temperature may be measured by moving the substrate from one stage to the other stage when measuring the temperature.

【0043】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、これにより赤外輻射光強度の向上に
よって測定精度を向上させることであり、第3には基体
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。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。
In the present invention, arranging 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. The first role is that in the case of an apparatus for forming a metal film by sputtering or CVD, the same infrared emissivity as the metal film is formed by this shutter is used regardless of the presence or absence of the metal film. it is possible to obtain the difference in infrared radiation rate of apparent before and after formation of the can and corrected child lies to permit correct temperature control of the substrate based on the accurate temperature measurement, the second role , Thereby improving the intensity of infrared radiation
Therefore, it is to improve the measurement accuracy, and thirdly, stray light penetrating the base and entering the infrared radiation thermometer is blocked,
It is to prevent a measurement error due to stray light. Other operations that cannot be described here will be specifically described in the section of the embodiment.

【0044】[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。 〈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。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. <Embodiment 1> FIG. 1 is a schematic structural view showing an embodiment in which the vacuum processing apparatus of the present invention is applied to a sputtering film forming apparatus.
In this embodiment, an example in which a silicon wafer is used as a substrate to be formed and an Al thin film is formed thereon by sputtering will be described as a typical example.

【0045】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。
The vacuum processing apparatus 1 of the present invention comprises a substrate temperature calibration chamber 2 having a substrate temperature calibration stage 5, a substrate temperature adjustment chamber 3 having a substrate temperature adjustment stage 6 for heating and cooling the substrate, It comprises three chambers: a stage 7, an Al target 8, and a sputter deposition chamber 4 having a sputter electrode 9. These chambers are respectively gate valves GV1 and GV
Connected and independent by V2.

【0046】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。
An exhaust system is connected to the substrate temperature calibration chamber 2 and the sputter film formation chamber 4. One side can maintain a predetermined vacuum state, and the other side allows a predetermined gas to be introduced from a gas introduction port. In the temperature calibration chamber 2, air or nitrogen gas can be introduced and set to atmospheric pressure.
The sputter deposition chamber 4 is configured so that an environment in which plasma is generated by a predetermined discharge by introducing a sputter gas can be set.

【0047】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1
1、14及び15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。そして第1
赤外線輻射温度計11からの出力及び熱電対12の出
力を入力して、赤外線感度補正値(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15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。
Further, each stage is provided with a heating and cooling means as described later, and an opening window 19 comprising a through-hole for observing radiant infrared rays from the base 10 is provided. The first, second and third infrared radiation thermometers 1 are optically coupled through the opening window 19.
1, 14, and 15 are connected. The substrate temperature calibration stage 5 is provided with a thermocouple 12 for accurately measuring the temperature of the substrate temperature calibration stage 5. And the first
Of the infrared radiation thermometer 11 and the output of the thermocouple 12 to calculate an infrared sensitivity correction value (emissivity) , and based on the calculation result, the second and third infrared radiation thermometers 14. And 15 are corrected to measure the correct temperature of the substrate 10 on each stage, and finally, a command to set a predetermined stage temperature based on these measurement data is fed back to the heating and cooling means of each stage. The substrate temperature controller 13 for setting and controlling the temperature of the stage to a predetermined value and for controlling the temperature of the so-called vacuum processing apparatus as a whole is provided.

【0048】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
強度を第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。
The function of each chamber will be described. The substrate temperature calibration chamber normally measures the infrared radiation intensity from the substrate 10 set to a known temperature higher than the film formation start temperature by the first infrared radiation thermometer 11. And the emissivity is calculated to calibrate the infrared radiation thermometer. The substrate temperature adjustment chamber 3 has a temperature adjustment function before transferring the substrate to the next sputter deposition chamber 4, and the sputter deposition chamber 4 has a function of forming a film on the substrate by sputtering.

【0049】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。
Hereinafter, the temperature of each stage is controlled to
A specific example in which an Al thin film is sputter-deposited on the silicon wafer substrate 10 from the Al target 8 while maintaining 0 at a predetermined temperature will be described.

【0050】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。
First, in the substrate temperature calibration chamber 2 under the atmospheric pressure, the wafer 10 is heated stepwise on the calibration stage 5 to three temperature points of 200 ° C., 300 ° C., and 400 ° C. In addition, heating at these stages 5, 6, and 7,
The cooling method will be described later.

【0051】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。
The substrate 1 heated on the calibration stage 5
0 is connected to the first infrared radiation thermometer 11 and the thermocouple 12.
Observation and measurement are performed, and the arithmetic processing unit of the substrate temperature controller 13 obtains the indicated value of the temperature at each temperature stage. That is, the thermocouple 12
In actually measuring the temperature of the calibration stage which is the substrate temperature and the equilibrium, the emissivity at that time was observed by infrared radiation thermometer 11 and the temperature as the substrate temperature, the arithmetic processing unit of the substrate temperature controller 13 Obtain an indication of temperature based on emissivity.

【0052】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。
Since the temperature of the wafer 10 is set in advance to a known temperature, the emissivity obtained from the first infrared radiation thermometer 11 can be calculated by back calculation. The processing temperatures of the temperature adjustment chamber 3 and the sputter deposition chamber 4 are determined by using this emissivity.
The emissivity is corrected and read from the third infrared radiation thermometers 14 and 15.

【0053】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、ロボット等が用いら
れる。
When the emissivity calibration by the first infrared radiation thermometer 11 is completed, the inside of the substrate temperature calibration chamber 2 is evacuated to a vacuum state, and then the wafer 10 is opened by opening the gate valve GV1 to open the calibration chamber. 2 is transferred to a substrate temperature adjusting chamber 3 under vacuum, and is transferred to a second infrared radiation thermometer 1.
4, the temperature is measured. From the measurement result, the temperature of the stage 6 is adjusted by the substrate temperature controller 13 and the wafer 1 is adjusted.
Adjust the temperature of 0 to any temperature. In this example, 100
Set to ° C. After that, the wafer 10 is
V2 is opened, transported to the stage 7 of the sputtering film formation chamber 4 in a vacuum state, measured by the third infrared radiation thermometer 15, and based on the result, the temperature of the stage 7 is adjusted to an arbitrary temperature. The temperature of the base 10 is controlled to an arbitrary temperature to form a sputter film. In this example, the temperature was set to 250 ° C. to form an Al sputter film. After the sputter deposition, the wafer 10 was transferred to the calibration chamber 2 again, and the emissivity was re-calibrated, and the emissivity was used for correction in the temperature measurement during the subsequent sputter deposition. As a simple means for transferring between the chambers, for example, a transfer mechanism using a heat-resistant belt such as silicone rubber , a robot, or the like is used.

【0054】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。
Next, referring to FIG. 2, the outline of the structure of the stage on which the substrate is placed, the method of heating and cooling, and the method of measuring the emissivity of the wafer will be described using an example of the sputtering stage 7.

【0055】(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。
(1) Structure of substrate stage and method of heating and cooling: The sputter stage 7 incorporates an electric heater 18 for heating the stage, and transfers heat to the wafer in a vacuum, for example, air or nitrogen gas. The structure has a structure in which the heat transfer gas flows, and a clamp 17 for uniformly bringing the heat transfer gas into contact with the wafer is provided. Further, there is provided an opening window 19 constituting a radiation observation cavity for measuring the temperature of the wafer with the infrared radiation thermometer 15. When cooling the wafer, although not shown, a stage is cooled by circulating a cooling medium such as freon instead of the heater 18,
The wafer is cooled by the heat transfer gas as described above.

【0056】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。
In the calibration stage 5, since the inside of the chamber is at atmospheric pressure, vacuum evacuation is performed without using a heat transfer gas, and heat transfer is performed by heat conduction while maintaining close contact with the stage by a vacuum chuck. .

【0057】(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。
(2) Measurement of emissivity: Next, a method of measuring the temperature of the wafer base using an infrared radiation thermometer will be described.
In the present embodiment, the infrared radiation thermometers 11, 14, and 15 are installed below each stage to set the temperature on the back side of the wafer, and stray light from each chamber does not enter the infrared thermometer. As described above, the stray light blocking cylinder 16 is provided between each stage and the infrared radiation thermometer.

【0058】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ステー
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。
In this embodiment, the treatment in a vacuum is the formation of Al on a substrate by sputtering. When the substrate receives the Al metal film, the emissivity is greatly increased by the amount reflected from the Al film. Therefore, the substrate temperature calibration stay
The emissivity obtained by measuring the film forming process in the above becomes unusable by the subsequent film forming process.

【0059】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。
In the present invention, the wafer on which the film forming process has been completed is heated again to a preset known temperature in the calibration chamber, the emissivity is measured again on a new surface, and the calibration is performed again. Thus, for example, the wafer temperature immediately after the film formation can be correctly measured by measuring the wafer immediately after the film formation by an infrared radiation thermometer and calculating the correct emissivity by the (second) emissivity measurement after the film formation. It is possible to know.

【0060】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。
For example, if the temperature of the wafer immediately after the film formation is too high, the setting of the heating conditions is changed so as to reduce the amount of substrate heating performed during or before the film formation.

【0061】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。
If it is desired to lower the temperature immediately after the end of the film formation without changing the set temperature at the start of the film formation, the gas is cooled on the substrate stage and the gas pressure on the back surface of the substrate is adjusted. The setting of substrate cooling during film formation can be changed during film formation.

【0062】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。
In the above embodiment, an example was described in which a silicon wafer was used as a substrate and an Al thin film was formed on the back surface by sputtering. However, since the temperature of the substrate could be controlled with high precision via a stage, the reproducibility within the wafer was However, good crystallinity was obtained, and high-quality film formation was achieved.

【0063】〈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。
<Example 2> When a metal film is formed on the opposite side of the substrate 10 observed by an infrared radiation thermometer, the value of the apparent infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film. FIG. 3 shows an example in which a second temperature calibration chamber 32 is added to the sputter film formation chamber 4 of FIG. 1 to calibrate the infrared emissivity of the substrate after film formation in the sputtering apparatus for such a purpose. It is shown.

【0064】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。
During the film formation by sputtering, the temperature of the substrate is measured by the infrared radiation thermometer 15. However, in this case, since the metal film has already been formed on the surface of the base 10, the correction value of the infrared emissivity obtained in the base temperature calibration stage 2 cannot be used. For this purpose, after the sputter deposition, the substrate 10 is transferred from the sputter deposition chamber 4 to the second temperature calibration chamber 32, and heated or cooled to a predetermined temperature by the heating or cooling stage 33 similarly to the temperature calibration chamber 2, Infrared radiation thermometer 3
The temperature is measured by the thermocouple 4 and the thermocouple 35, and the infrared emissivity of the substrate 10 after film formation at a predetermined temperature is calculated from the indicated values of both. By correcting the temperature data obtained during the film formation with this value, the temperature of the substrate during the film formation can be accurately obtained. If the temperature of the substrate 10 during the film formation obtained in this way is higher than a predetermined value, the heating means or the cooling means of the substrate temperature adjusting chamber 3 is appropriately adjusted in order to appropriately adjust the temperature of the substrate. By applying the feedback, it is possible to appropriately perform a film forming process on the next substrate.

【0065】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。
The temperature calibration chamber for calibrating the infrared emissivity of the substrate after film formation is not necessarily the temperature calibration chamber 2 for calibrating the infrared emissivity of the substrate before film formation as in this example. There is no need to prepare them separately. That is, after forming a film in the sputtering film forming chamber 4, the substrate is again transferred to the temperature calibration chamber 2 through the substrate temperature adjusting chamber 3.
Then, the infrared ray emissivity may be calibrated in the same manner as in the second temperature calibration chamber 32.

【0066】〈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。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。
<Embodiment 3> In Embodiments 1 and 2 described above, the emissivity of the substrate changes when the substrate is formed into a film, so that the emissivity must be recalibrated again. This point is improved, and the correction of the infrared radiation thermometer can be performed by using the emissivity as a reference in the subsequent film forming process by one-time emissivity calibration. This embodiment also describes an apparatus example for forming a film of aluminum Al on a silicon wafer substrate by sputtering, as in the first embodiment.

【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。
FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a sputtering apparatus, which is basically the same as FIG. 1, but in this example, as will be described in detail later, a substrate 10 mounted on each stage That is, the shutters 20, 21, and 22 are arranged close to each other.

【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。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。
The substrate 10 is first heated or cooled to a predetermined temperature by the heating or cooling stage 5 in the temperature calibration chamber 2, and the temperature is measured by the first infrared radiation thermometer 11 and the thermocouple 12, and the indicated values of both are measured. The infrared emissivity of the substrate 10 at a predetermined temperature is calculated from the following equation. When a metal film is formed by sputtering on the side of the substrate opposite to the side observed by the infrared thermometer, the apparent value of the infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film. The difference in apparent infrared emissivity due to the presence or absence can be reduced. Note that the measurement by the infrared radiation thermometer 11 is performed with the shutter 20 closed.

【0069】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。
Next, the substrate 10 is transported from the temperature calibration chamber 2 to the substrate temperature adjustment chamber 3, and the temperature of the substrate 10 is measured by the second infrared radiation thermometer 14 while heating or cooling on the heating or cooling stage 6. By adjusting the temperature of the heating or cooling stage 6 to a predetermined temperature through the substrate temperature controller 13 by correcting the emissivity of the substrate 10 at the predetermined temperature obtained in the calibration chamber 2, the temperature of the substrate 10 is controlled to a predetermined temperature. Control the temperature. The measurement is also performed on the thermometer side of the substrate temperature adjustment chamber 3 with the shutter 21 closed as in the case of the temperature calibration chamber 2.

【0070】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。金属膜が形成されれば、シャッ
タ22を用いずに温度計側をすることができる。
After that, the substrate 10 is
And heated or cooled by the sputter stage 7. At this time, the shutter 22 is closed on the base, the temperature of the base 10 is measured by the third infrared radiation thermometer 15, and the correct temperature is known by correcting the emissivity of the base 10 obtained in the calibration chamber 2. Can be. Further, by knowing the correct temperature in this way, the substrate temperature controller 1
The temperature of the heating or cooling stage 7 is adjusted to a predetermined temperature through 3 and the temperature of the base 10 is controlled to a predetermined temperature to start sputtering film formation. Once the metal film is formed,
The thermometer can be used without using the heater 22.

【0071】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1
3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。
After the film formation is completed, the substrate 10 is returned to the substrate temperature adjusting chamber 3, and the temperature is measured by the second infrared radiation thermometer 14 while being heated or cooled by the stage 6. At this time, the substrate temperature controller 1 is corrected by correcting the substrate emissivity at a predetermined temperature obtained in the calibration chamber 2.
The temperature of the stage 6 is adjusted to a predetermined temperature through 3 to set the substrate temperature to a predetermined value. Thereafter, the substrate is carried out of the vacuum processing apparatus 1 through the temperature calibration chamber 2 and proceeds to the next step.

【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。以上は温度校正を、スパッタ装置に組み込
んだ形で説明しているが、前述したように全く別途用意
することも可能である。
The temperature of the substrate 10 is measured at a plurality of temperatures by the first infrared thermometer 11 and the thermocouple 12 in the substrate temperature calibration stage 2, and the second and third infrared radiation thermometers 14 and 15 are measured. Use allows for more accurate control of the process temperature. Although not shown, by providing a plurality of means for heating or cooling the substrate for measurement with the first infrared radiation thermometer 11 for substrate temperature calibration, the temperature of the substrate at a plurality of similar temperatures can be reduced. Calibration can be performed in a shorter time. Above is the temperature calibration incorporated in the sputtering equipment
Although it is described in the form of a hand, it is prepared completely separately as described above
It is also possible.

【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。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the sputtering stage 7 of FIG. 4 as a typical example of the stage. The configuration of the stage is basically the same as the example in FIG. 2, except that a shutter 22 is provided near the upper part of the base 10 in the present embodiment.

【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。
That is, when a metal film is formed by sputtering on the side of the substrate opposite to the side observed by the infrared thermometer,
The value of the apparent infrared emissivity may vary greatly depending on the presence or absence of the film, but since the installation of this shutter can reduce the difference in the apparent infrared emissivity due to the presence or absence of the film,
As shown in FIG. 3, the measurement by the infrared thermometer for temperature calibration does not need to be performed twice before and after the film formation by arranging the second temperature calibration chamber 32 or the like, so that only one measurement is required.

【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。
This shutter has an openable and closable mechanism that closes the surface of the substrate during temperature measurement and opens during film formation. For example, a stainless steel disk is supported on a rotatable drive shaft. It is configured to open and close by rotating a shaft.

【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。
Further, since the silicon wafer substrate 10 is almost transparent to infrared rays, stray light penetrates the substrate and enters the infrared radiation thermometer, which may lower the accuracy of measuring the temperature of the substrate. As a countermeasure, in this example, a shutter 22 whose main surface is formed by a member which is close to the base on the side opposite to the side observed by the infrared thermometer and which is sufficiently specular with respect to the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer. During the temperature measurement of the base 10 by the infrared radiation thermometer 15, the stray light is blocked so as not to enter.

【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にはこれにより赤外輻射
光強度の向上によって測定精度を向上させることであ
り、第3には迷光の遮断である。
As described above, the role of the shutter mechanism is to firstly correct the increase in the apparent emissivity due to the radiation light from the wafer reflected by the metal film when the metal film is formed on the wafer substrate. And secondly, infrared radiation
Improving measurement accuracy by improving light intensity
Third, stray light is blocked.

【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、冷却を行った上で
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。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the stage 6 of FIG. 4, and has basically the same configuration as the stage 7 of FIG. The stage 6 has a built-in heater 18 and has a structure in which a heat transfer gas flows in a space between the stage 6 and the base 10 in a vacuum, and a clamp 17 for bringing the heat transfer gas into uniform contact with the base. is set up. Base 1
An opening window 19 for measuring a temperature of 0 with an infrared radiation thermometer 14 and a stray light blocking cylinder 16 are connected.
Window plates 23 and 24 made of a material that transmits infrared rays are attached to both ends of 6. Further, the cylinder 16 is heated and cooled by water so as not to become a source of stray light. In order to further reduce the influence of stray light, the inner wall of the cylinder 16 can be subjected to black body treatment after cooling . Also, in this example, a shutter 21 is provided close to the base 10 similarly to the case of FIG.

【0079】なお、上記シャッタは、(1)赤外線放射
温度計の測定波長に対して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。
Note that the shutter has (1) infrared radiation
Specular infrared reflectance for measurement wavelength of thermometer
Ones, (2) may be any structure as long as it has a shutdown function of the stray light, structure, or the fixed shutter to a region of the chamber for opening and closing freely driven for example in synchronization with the temperature measurement timing of the base Various configurations such as a mechanism for moving the substrate to the lower part of the shutter at the time of measurement can be adopted.

【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。
FIG. 7 is a characteristic curve showing the difference in the infrared emissivity of the silicon wafer base with and without the shutter.
FIG. 7A is a comparative example without a shutter, and FIG.
4 shows the measurement results of the present example in which a shutter was provided. As apparent from this, the apparent infrared emissivity of the wafer before the aluminum Al film formation (without the Al film) in FIG.
Although the apparent infrared emissivity of the wafer after film formation (with an Al film) is smaller than the apparent infrared emissivity of the wafer, by installing a shutter on the wafer before the Al film formation, FIG.
As shown in (b), the apparent infrared emissivity was almost equal to that of the wafer after the Al film formation. Thus, it can be seen that by measuring the substrate temperature using the shutter, measurement can be performed at a constant emissivity.

【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。
<Embodiment 4> If the temperature distribution of the substrate becomes non-uniform due to the opening window 19 for measuring the infrared temperature of the substrate on the heating or cooling stage, a through hole (opening window) as shown in FIG. After the base 10 is heated or cooled by a stage 25 dedicated to heating or cooling separately provided at a location remote from the base 19, the base 10 is transported to a stage having an opening window 19, and the temperature is measured by an infrared radiation thermometer 27. The measurement can be performed in a state where the temperature distribution of the base 10 is more uniform.

【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。
Embodiment 5 When heating or cooling of the substrate is performed only from one of the front surface and the rear surface, a temperature difference occurs between the front surface and the rear surface of the substrate. Therefore, as shown in FIG. 9, the heating or cooling means 28, 2
The provision of 9 makes it possible to reduce the temperature difference between the two surfaces. This can also reduce the non-uniformity of the temperature distribution on the substrate due to the opening window 19.

【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。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。
<Embodiment 6> Another embodiment in which an aluminum Al film is formed on a silicon wafer substrate 10 by sputtering using the sputtering apparatus 1 of FIG. 4 will be described. The silicon wafer substrate 10 is heated to 500 ° C. in the temperature calibration chamber 2 to remove adsorbed moisture and the like, measured by a thermocouple 12, and based on the temperature measured by an infrared radiation thermometer 11.
Then, the wafer is transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3. The wafer substrate 10 transported to the substrate temperature adjustment chamber 3 is measured by an infrared radiation thermometer 14, cooled to a predetermined 200 ° C. by controlling the temperature of the stage 6, and transported to the sputter deposition chamber 4. The substrate 10 is sputtered in the sputtering film forming chamber 4 according to a temperature profile as shown in FIG. The target 8 had a composition of 1% Si-3% Cu-Al.

【0084】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。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Al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Cuの折出を抑制することができた。
First, the temperature of the substrate 10 is controlled to 230 ° C., and a first sputter film is formed to a film thickness of about 100 ° C. Then, the sputtering is stopped once, and the substrate is transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3. Is done. Substrate temperature adjustment chamber 3
Then, the temperature of the base 10 is controlled to 300 ° C. to grow crystal grains of the Al film obtained by the first sputter deposition to improve the orientation and the like. Next, the substrate is transported again to the sputtering film forming chamber 4, and after setting the substrate temperature to about 400 ° C., the second sputtering film formation is restarted and the film is formed to a film thickness of about 1 μm. As a result, an Al sputtered film having large crystal grains and good orientation can be obtained. After the sputtering, the substrate is immediately transferred to the substrate temperature adjusting chamber 3 and rapidly cooled to about 50 ° C. Thereby, the deposition of Si and Cu in the Al sputtered film could be suppressed.

【0085】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及び
薄膜の微細構造が得られ、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 was described in which a silicon wafer was used as a substrate and an Al thin film was formed on the surface thereof by sputtering. Good crystallinity and
A fine structure of a thin film was obtained, and a high-quality film was formed. For example, when heating a thin film having a thickness of several hundred degrees 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, which can know an accurate temperature.

【0086】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(Chemical Vapor Deposi
tion)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。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。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。
[0086] The vacuum processing apparatus of the present invention, in addition to the CVD of the sputtering apparatus (Chemica l Vapor Deposi
It is needless to say that the present invention can be applied to a film forming apparatus or the like according to the above method. For example, it is effective when a silicon wafer substrate is used as a base and a tungsten film is formed on the substrate by a known method by CVD. In this type of film forming apparatus, since the accuracy of the temperature control of the substrate affects the quality of the film to be formed, the film forming apparatus of the present invention includes:
We can respond to that.

【0087】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。
Note that a film forming apparatus can be realized by using a vacuum processing chamber as a film forming processing chamber as in the above-described embodiment. And the temperature control of the substrate to be etched can be easily realized as in the above embodiment.

【0088】[0088]

【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、これ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 control the temperature of a substrate in a vacuum.
In addition, since the temperature during film formation can be easily controlled, a high-quality film can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the 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。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a partial cross-section of a vacuum processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】スパッタステージの一例を示す概略断面構成
図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a sputtering stage.

【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。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing a partial cross section of a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a partial cross-sectional block diagram schematically illustrating a vacuum processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a sputtering stage and a substrate temperature adjustment stage each provided with a shutter mechanism.

【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。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an example of a sputtering stage and a substrate temperature adjustment stage each provided with a shutter mechanism.

【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。
FIG. 7 is a characteristic curve diagram showing temperature measurement results depending on the presence or absence of a shutter.

【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。
FIG. 8 is a sectional view of a stage according to another embodiment of the present invention in which the stage is divided into two in the same chamber.

【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。
FIG. 9 is a sectional view of a stage in which temperature control means are provided on both surfaces of a base.

【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。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing one temperature profile during film formation.

【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。[Description of Signs] 1 ... Vacuum processing apparatus, 2 ... Base temperature calibration chamber, 3 ... Base temperature adjustment chamber, 4 ... Sputter deposition chamber, 5 ... Base temperature calibration stage, 6 ... Base temperature adjustment stage, 7 ... Sputter stage 8 target, 9 sputter electrode, 10 base, 11, 14, 15 infrared radiation thermometer, 13 base temperature controller, 16 stray light blocking cylinder, 19 opening window, 20-22 shutter, GV1, GV2: Gate valves.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/31 H01L 21/302 A (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──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/31 H01L 21/302 A (72) Inventor Hideaki Shimamura 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Production by Hitachi, Ltd. Within the Technical Research Laboratory (72) Inventor Susumu Tsutake Takeshi 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside of Hitachi, Ltd. Within Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory (72) Inventor Yuji Yoneoka 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture, Japan Hitachi, Ltd. Production Technology Laboratory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】成膜処理が施されるべき基体を温度管理し
て前記基体上に成膜処理を行う成膜方法であって、成膜
処理前に、前記基体が成膜処理中及び処理後に呈する赤
外線輻射特性を疑似的に起こさせ、前記基体の既知の温
度での輻射強度を第1の赤外線輻射温度計により測定す
る工程と、前記既知の温度に基づく前記疑似的状態にあ
る基体からの輻射強度を測定した前記第1の赤外線輻射
温度計の出力から、第2の赤外線輻射温度計により前記
基体の温度を正しく獲得するための赤外線感度補正値を
演算して記憶手段に記憶する工程と、未知の温度条件に
ある被測定対象の前記基体の成膜処理中及び処理後に、
前記基体の輻射強度を前記第2の赤外線輻射温度計によ
り測定する工程と、前記基体の輻射強度を測定する前記
第2の赤外線輻射温度計からの出力を、前記事前獲得し
た赤外線感度補正値に基づき補正して前記基体の真の温
度を算出する工程と、前記算出した温度に従って、基体
を温度管理して成膜処理を行う工程とを有して成る成膜
方法。
1. A film forming method for controlling a temperature of a substrate on which a film forming process is to be performed and performing a film forming process on the substrate, wherein the substrate is formed during the film forming process and before the film forming process. Pseudo-inducing the infrared radiation characteristics presented later, measuring the radiation intensity of the substrate at a known temperature with a first infrared radiation thermometer, from the substrate in the pseudo state based on the known temperature Calculating an infrared sensitivity correction value for correctly obtaining the temperature of the substrate by the second infrared radiation thermometer from the output of the first infrared radiation thermometer measuring the radiation intensity of the first infrared radiation thermometer, and storing the correction value in the storage means. During and after the film forming process of the substrate to be measured under unknown temperature conditions,
Measuring the radiation intensity of the substrate with the second infrared radiation thermometer; and outputting the output from the second infrared radiation thermometer for measuring the radiation intensity of the substrate to the previously acquired infrared sensitivity correction value. And calculating a true temperature of the substrate by correcting the temperature based on the calculated temperature, and performing a film forming process by controlling the temperature of the substrate according to the calculated temperature.
【請求項2】上記成膜処理前に、上記基体が成膜処理中
及び処理後に呈する赤外線輻射特性を疑似的に起こさせ
る工程を、基体が成膜処理を施される側の表面に、第1
の赤外線輻射温度計の測定波長に対して実質的に鏡面を
構成する部材を近接させる工程として成る請求項1に記
載の成膜方法。
2. A step of simulating the infrared radiation characteristic exhibited by the substrate during and after the film forming process before the film forming process is performed on the surface on the side where the substrate is subjected to the film forming process. 1
2. The film forming method according to claim 1, comprising a step of bringing a member substantially constituting a mirror surface close to the measurement wavelength of the infrared radiation thermometer.
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